遙感圖像的變換與融合實習(xí)

1、遙感圖像的變換與融合實習(xí)報告 1、實習(xí)目的1.掌握遙感影像融合的基本原理、內(nèi)容和要點；2.掌握在ENVI中遙感影像融合的操作方法、步驟，并比較各種方法的優(yōu)缺點；3. 掌握基本的遙感圖像變換方法，如纓帽變換變換等方法的具體操作步驟。2、操作步驟一、 波段的運算Band Math對話框(實習(xí)數(shù)據(jù)采用軟件自帶數(shù)據(jù)bhtmref.img，要求用此種方法叫做NDVI)選擇Basi c ToolsBand Math1.將出現(xiàn)Band Math對話框。假如運算結(jié)果是一個二維數(shù)組，它將接受任何有效的IDL數(shù)學(xué)表達(dá)式、函數(shù)或程序。2在標(biāo)簽為Enter an expression：的文本框內(nèi)，輸入變量名(將被賦值

2、到整個圖像波段或可能應(yīng)用到一個多波段文件中的每個波段) 和所需要的數(shù)學(xué)運算符。變量名必須以字符“b或B開頭，后面跟著5個以內(nèi)的數(shù)字字符。實例：若想計算三個波段的平均值，則數(shù)學(xué)方程式為：(float(b1)+float(b2)+float(b3)3.0IDL的浮點型函數(shù)用來防止計算時出現(xiàn)字節(jié)溢出錯誤。3一旦一個有效的表達(dá)式被輸入，點擊“OK處理。將出現(xiàn)Variable to Band Name對話框。1要重新使用、保存或取消任何以前應(yīng)用的數(shù)學(xué)表達(dá)式，點擊顯示在“Prev i ous Expression”列表中的任何表達(dá)式，把它導(dǎo)入到Enteran expression，文本區(qū)中。2一旦被導(dǎo)入，

3、點擊“OK”，把該表達(dá)式應(yīng)用到一組新的波段。將出現(xiàn)Variable toBand Name對話框。要把表達(dá)式保存到一個輸出文件，點擊“save”，然后當(dāng)出現(xiàn)Enteer output filename對話框時，鍵入輸出文件名。為了保持一致，輸出文件名應(yīng)該指定擴(kuò)展名為exp。要恢復(fù)原先保存的表達(dá)式，點擊-Restore，然后選擇適當(dāng)?shù)奈募?。該表達(dá)式將顯示在“Previous Expression，列表中。要清除所有原先的表達(dá)式，點擊“Clear”。二、 圖像變換一、Principal Component Analysis(主成分分析)(實習(xí)數(shù)據(jù)采用軟件自帶數(shù)據(jù)bhtmrefimg)主成分分析(

4、PCA)用多波段數(shù)據(jù)的一個線性變換，變換數(shù)據(jù)到一個新的坐標(biāo)系統(tǒng)，以使數(shù)據(jù)的差異達(dá)到最大。1Forward PC Rotation(正向的PC變換) 正向的PC變換用一個線性變換使數(shù)據(jù)差異達(dá)到最大。當(dāng)運用正向的PC變換時，ENVI允許計算新的統(tǒng)計值，或?qū)⒁呀?jīng)存在的統(tǒng)計項進(jìn)行變換。 一旦變換完成，將會出現(xiàn)PC特征值圖。顯示出每一個輸出的PC波段的差異量。PC波段將顯示在Available Bands List中。 Compute New Statistics and Rotate(計算新的統(tǒng)計值和旋轉(zhuǎn)) (1)選擇TransfomsPrinCipal ComponentsForward PC Ro

5、tationCompute NewStatistics and Rotate (2)出現(xiàn)Principal Components Input File對話框時，選擇輸入文件或用標(biāo)準(zhǔn)ENVI選擇程序建立子集。 (3)出現(xiàn)Forward PC Rotation Parameters對話框時，在Stats XY Resize Factor”文本框鍵入小于1的調(diào)整系數(shù)，對計算統(tǒng)計值的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次抽樣。 鍵入一個小于1的調(diào)整系數(shù)，以提高統(tǒng)計計算的速度。例如，在統(tǒng)計計算時，用一個O1的調(diào)整系數(shù)將只用到十分之一的像元。(4)若需要，鍵入一個輸出統(tǒng)計文件名。(5)點擊按鈕，選擇是否計算“Covariance

6、Matrix”(協(xié)方差)或“Correlation matrix”(相關(guān)系數(shù))。計算主成分時，有代表性地要用到協(xié)方差矩陣。當(dāng)波段之問數(shù)據(jù)范圍差異較大時，要用到相關(guān)系數(shù)矩陣，并且需要標(biāo)準(zhǔn)化。(6)選用“File”或“Memory”輸出。若選擇輸出到“File”，在標(biāo)“Enter Output Filename”的文本框里鍵入要輸出的文件名；或用“Choose按鈕選擇一個輸出文件名。(7)從“Output Data Type”菜單里，選擇需要的輸出類型(字節(jié)型，整型，無符號整型，長整型，無符號長整型，浮點型，雙精度型)。(8)用下列選項，選擇輸出PC波段數(shù)。如果要限定輸出PC波段數(shù)，用“Numbe

7、r of Output PC Bands標(biāo)簽附近的按鈕確定輸出的PC波段數(shù)。默認(rèn)的輸出波段數(shù)等于輸入的波段數(shù)。如果要通過檢查特征值，選擇輸出的PC波段數(shù)，則點擊“Select Subset from Eigenvalues”標(biāo)簽附近的按鈕，選擇“YES”。(9)選擇上面一個選項以后，在Forward PC Rotation Parameters對話框里，點擊“OK”。為選擇的輸入文件計算協(xié)方差或相關(guān)系數(shù)和特征值，并進(jìn)行正向的PC旋轉(zhuǎn)。當(dāng)ENVI已經(jīng)處理完畢，將出現(xiàn)PC EigenValues繪圖窗口，PC波段將被導(dǎo)入Available Bands List中。2Inverse PC Rotat

8、ion(反向PC變換)將主成分圖像變換回到它們的原始數(shù)據(jù)空間：(1)選擇TransformsPrincipal ComponentsInverse PC Rotation(2)當(dāng)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)ENVI選擇文件或子集對話框時，選擇你的輸入文件，并用標(biāo)準(zhǔn)ENVI文件選擇程序建立需要的子集。出現(xiàn)另一個文件選擇對話框，在當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)目錄中，列表顯示出了已經(jīng)存在的統(tǒng)計文件(默認(rèn)擴(kuò)展名為sta)。(3)用標(biāo)準(zhǔn)ENVI文件選擇程序選擇前面在正向PC旋轉(zhuǎn)中存儲的統(tǒng)計文件。在選擇反向PC旋轉(zhuǎn)之前，統(tǒng)計文件必須已經(jīng)存在。(4)在Calculate using標(biāo)簽附近，選擇Covariance Matrix或Correl

9、ation Matrix。(5)選用“File”或“Memory”輸出。若選擇輸出到“File”，在標(biāo)有Enler Output Filenallie的文本框里鍵入要輸出的文件名，或用“Choose”按鈕選擇一個輸出文件名。(6)從Output Data Type下拉菜單里，選擇一個數(shù)據(jù)類型，作為輸出文件的數(shù)據(jù)類型。(7)點擊OK”運行反向變換。二、Tasseled Cap(纓帽變換)纓帽變換是一種通用的植被指數(shù)，可以被用于Landsat MM S或Landsat TM數(shù)據(jù)。對于Landsa!M M S數(shù)據(jù)，纓帽變換將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行正交變換，變成四維空間(包括土壤亮度 指數(shù)SBI、綠色植被指數(shù)G

10、VI、黃色成分(stuff)指數(shù)YVI，以及與大氣影響密切相關(guān)的Non-such指數(shù)NSI)。對于Landsat TM數(shù)據(jù)，穗帽植被指數(shù)由三個因子組成一一“亮度、“綠度”與“第三(Third)。其中的亮度和綠度相當(dāng)于MSS纓帽的SBl和GVI，第三種分量與土壤特征有關(guān)，包括水分狀況。(1)選擇TransformsTassled Cap。(2)出現(xiàn)Tasseled Cap Transformation Input File對話框時選擇輸入文件,用標(biāo)準(zhǔn)ENVI文件選擇程序輸入文件或空間子集。(3)點擊“OK”繼續(xù)，顯示Tasseled Cap Transform Parameters對話框。(4)

11、用下拉菜單，選擇“Input File Type”(Landsat TM數(shù)據(jù)bhtmrefimg)。(5)選擇輸出到“File”或“Memory”。若選擇輸出到“File”，在標(biāo)有“Enter Output Filename”文本框里鍵入要輸出的文件名；或用“Choose按鈕選擇一個輸出文件名。(6)點擊“OK開始計算穗帽變換，變換進(jìn)行時，屏幕上出現(xiàn)一條狀態(tài)信。完成時，ENVI將穗帽波段名輸入到Available Bands List中，在那里可以用標(biāo)準(zhǔn)ENVI灰階或RGB彩色合成方法顯示。三、NDVI(歸一化植被指數(shù))NDVI(Normalized Difference Vegetation

12、 Index)是一個普遍應(yīng)用的植被指數(shù)，將多波譜數(shù)據(jù)變換成唯一的圖像波段顯示植被分布。NDVI值指示著像元中綠色植被的數(shù)量，較高的NDVI值預(yù)示著較多的綠色植被。NDVI變換可以用于AVHRR、Landsat MSS、Landsat TM、SPOT或AVIRIS數(shù)據(jù)，也可以輸入其他數(shù)據(jù)類型的波段來使用。(1)選擇TransformsNDVI(Vegetation Index)。(2)出現(xiàn)NDVI Calculation Input File窗口時，選擇輸入文件。(若需要)用標(biāo)準(zhǔn)ENVI文件選擇程序輸入文件或空間子集。(3)點擊“OK”。(4)通過點擊“Input File Type，下拉菜單，

13、用NDVi Calculation Parameters對話框，說明你己經(jīng)輸入的文件類型(TM，MSS，AVHRR等)。(5)用“Output Data Type”下拉菜單選擇輸出類型(字節(jié)型或浮點型)。(6)選擇輸出到“File”或“Memory”。若選擇輸出到“File”，在標(biāo)有“Enter Output Filename的文本框里鍵入要輸出的文件名：或用“Choose按鈕選擇一個輸出文件名。(7)點擊“OK。開始計算NDVI變換。變換正在進(jìn)行時，屏幕上出現(xiàn)一條狀態(tài)信息。完成時，ENVI將NDVI波段名輸入到Available Bands List中，在那里可以用標(biāo)準(zhǔn)ENVI方法顯示。四、

14、Minimum Noise Fraction Rotation(最低噪聲分離變換) 在ENVI中得到應(yīng)用MNF本質(zhì)上是兩次層疊的主成分變換。第一次變換(基于估計的噪聲協(xié)方差矩陣用于分離和重新調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)中的噪聲。第一步產(chǎn)生的變換數(shù)據(jù)中噪聲有單位變化，沒有波段-波段間的相關(guān)。第二步是一次噪聲白化數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)主成分變換。數(shù)據(jù)空間可以被分為兩部分：一部分與大的特征值和相對應(yīng)的特征圖像相關(guān)，其余部分與相差不大的特征值以及噪聲占主導(dǎo)地位的圖像聯(lián)系在一起。僅僅用相關(guān)部分，就可以將噪聲從數(shù)據(jù)中分離。于是提高波譜處理的效果。MNF變換也可以被用來從數(shù)據(jù)中消除噪聲。主要通過運行正向的變換，判定哪些波段包含相關(guān)圖像，用

15、波譜子集(只包括“好波段，或反轉(zhuǎn)前平滑噪聲)進(jìn)行一次反向的MNF變換。也可以基于特征值抽取MNF旋轉(zhuǎn)輸出的子集。一旦變換結(jié)束，將顯示一個MNF特征值的圖示，表明每一個MNF輸出波段的變化量，并且MNF波段將顯示在Available Bands List中。ENVI也可以將MN F變換應(yīng)用到單個波譜中。這一功能將端波譜變換為MNF空間，以輸入到Mixture Tuned Matched Filteri。1Forward MNF Transform(正向的MNF變換)正向的MNF變換有三個選項，用于估計第一次旋轉(zhuǎn)中用到的噪聲統(tǒng)計。三個選項包-括輸入的數(shù)據(jù)中估計噪聲，運用以前計算的噪聲統(tǒng)計，或用與數(shù)

16、據(jù)集相關(guān)的“暗色圖像” 計算噪聲統(tǒng)計。 Estimate Noise Statistics from the Data(由數(shù)據(jù)估計噪聲統(tǒng)計)當(dāng)沒有當(dāng)前的暗色圖像時，用這種方法估計噪聲。ENVI假定每一個像元都包含信號和噪聲，且緊鄰的像元包含同樣的信號，但是具有不同的噪聲。對數(shù)據(jù)進(jìn)行“shift difference”，就把鄰近的像元區(qū)分開來，并把結(jié)果平均指定為沒個正被處理的像元的“噪聲”值。最好的噪聲估計是對一個類似的區(qū)域進(jìn)行shift difference統(tǒng)計聚集的而不是對整個圖像進(jìn)行。ENVI允許選擇統(tǒng)計抽取的子(1)選擇TransformsMNF RotationForward MNFE

17、stimate Noise Statistics From Data.(2)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)ENVI文件選擇和子集構(gòu)建對話框時，用標(biāo)準(zhǔn)ENVI文件選擇程序選擇和輸入文件以及子集。選擇一個類似區(qū)域進(jìn)行噪聲統(tǒng)計，點擊Spatial Subsel，按鈕，ENVI的標(biāo)準(zhǔn)空間子集程序或者手工鍵入一個子集或一個圖表顯示用于統(tǒng)計抽取的區(qū)域。(3)點擊O K按鈕，彈出For、Vard MNF Transform Parallleters對話框，此時，還可通過按鈕shift diff Subset更改空問子集：在標(biāo)有“Enter Output Noise Stals Filename【Sta】”-的文本框里鍵入一個用于

18、噪聲統(tǒng)計的文件名。(4)在標(biāo)有“Enter Output Stats Filename【Sta】”的文本框里，鍵入一個用于MN F統(tǒng)計的輸出文件名。MNF與噪聲統(tǒng)計的文件務(wù)必采用不同的名字。(5)選用“File”或“Memory”輸出。若選擇輸出到“File”，在標(biāo)有“Enter Output Filename的文本框里鍵入要輸出的文件名；或用“Choose按鈕選擇一個輸出文件名。(6)選擇輸出MNF的波段數(shù)。要在不選擇特征值子集的情況下，限定輸出的MNF波段數(shù)。鍵入需要的數(shù)字，或用“Number of Output MNF Bands”標(biāo)簽附近的按鈕確定輸出的波段數(shù)，通過檢查特征值，選擇輸出

19、的MNF波段數(shù)，則A點擊“Select Subset from Eigenvalues”標(biāo)簽附近的按鈕，選擇“Yes”。(7) 點擊“OK開始處理。當(dāng)ENVI已經(jīng)完成處理時，MNF波段將被導(dǎo)入Available Bands List，顯示MNF繪圖窗口。輸出的僅包含選擇輸出的波段數(shù)。2Inverse MNF Transform(反向的MNF變換)用這一選項將MNF波段變換為它們的原始數(shù)據(jù)空間。代表性地，以噪聲為主導(dǎo)的圖像(高波段數(shù))在運行反向變換之前先被平滑，或在反向期間用波譜子集排除掉。平滑或消除這些噪聲波段將減少原始數(shù)據(jù)空間中的噪聲。（1）選擇TransformsMNF RotationI

20、nverse MNF Transform。（2）出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)ENV!文件和子集選擇對話框時，用標(biāo)準(zhǔn)ENVi文件選擇程序選擇并抽取正向MNF變換圖像汁算的子集。（3）出現(xiàn)Enter forwad mnf stats對話框時，鍵入正向MNF統(tǒng)計文件名字，點擊OK（4）出現(xiàn)nverse MNF，transform parameters對話框時，選擇“File或“MemorY輸出。若選擇輸出到“Fi le”，在標(biāo)訂t Enter 0utpul Filename的文本框里鍵入要輸出的文件名；或用“Choose按鈕選擇一個輸出文件名。(5)從“Output Data Type菜單，選擇需要的數(shù)據(jù)類型(字節(jié)，整

21、型，無符號整型，長整型，無符號長整型，浮點型，雙精度型)。（6）點擊“OK”開始處理。處理完成時，ENVI將把MNF結(jié)果導(dǎo)入Available Bands List中。3Apply、Forward MNF to Spectra(把正向的MNF應(yīng)用到波譜)用這一選項將末端波譜變換為MNF空間用于Mixture Tuned Matched Filtering。來自ixture Tu ned M atched Fi l teri ng輸入數(shù)據(jù)文件的MN F統(tǒng)計被用作變換。被變換的波譜能用一個類似于末端聚集的對話框，從繪圖窗口、波譜庫、ASCII文件、感興趣區(qū)和統(tǒng)計文件中聚集。（1）選擇Transfo

22、rmsMNF RotationApply Forward MNF to Spectra。(2)當(dāng)出現(xiàn)Forward MNF Statistics Filename對話框時，選擇Mixtu，re Tuned Matched Filtering輸入數(shù)據(jù)文件計算的川F統(tǒng)計文件名。(3)出現(xiàn)Forward MNF Convert Spectra對話框時，用Import菜單選項將波譜輸入到對話框，或?qū)⒉ㄗV拖曳到對話框頂部的黑色的繪制小部件中。(4)從對話框中刪除波譜，點擊波譜選中，點擊“Delete Spectrum”。(5)點擊“Apply”。變換后的波譜將出現(xiàn)在Forward MNF Spectra

23、繪圖窗口里，且能輸入到Mixture Tuned Matched Filtering Endmember Collection對話框。將變換后的波譜存到一個波譜庫或一個A SCII文件中，在MNF圖示出口中，選擇FileOutput Data。4 Apply Inverse MNF to Spectra(將反向的MNF應(yīng)用到波譜)用這一選項將MNF波譜變換到原始數(shù)據(jù)空間。來自一個數(shù)據(jù)文件的正向的MNF統(tǒng)計被用作變換。將被變換的波譜能用用一個類似于末端聚集的對話框，從繪圖窗口、波譜庫、ASCII文件、ROls和統(tǒng)計文件中聚集。(1)選擇TransformsMNF RotationApply In

24、verse MNF to Spectra。(2)當(dāng)出現(xiàn)Forward MN F Statisti cs Filename對話框時，選擇需要的正向的MNF統(tǒng)計文件名。(3)出現(xiàn)Inverse MNF Convert Spectra對話框時，用llnport菜單選項將波譜輸入到(4)點擊“Apply,”。變換后的波譜將出現(xiàn)在Inverse MN F Speclra繪圖窗口里。將變換后的波譜存到一個波譜庫或一個ASCII文件中，在MN F圖表輸出中，選擇 FileOutput Data。 五、Decorrelation Stretch(去相關(guān)拉伸) ，RGB彩色合成時，波段被顯示在一起，高度相關(guān)的多

25、波譜數(shù)據(jù)集經(jīng)常生成十分柔和的彩色圖像。去相關(guān)提供了一種消除這些數(shù)據(jù)中高度相關(guān)部分的一種手段。(1)選擇TransformsDecorrelaiion Strelch(2)出現(xiàn)Decorrelation Stretch Input對話框時，從一個打開的彩色圖像或Available Bands List中選擇三個波段進(jìn)行變換。(3)選擇輸出到“File”或“Memory”，如果文件輸出，提供一個文件名。若選擇輸出到“Fi le”，鍵入要輸出的文件名。(4)點擊“OK”開始去相關(guān)處理。去相關(guān)拉伸名輸入到Available Bands List中，在那里圖像可以用標(biāo)準(zhǔn)ENVI灰階或RGB彩色合成方法顯示。六、Saturation Stretch(飽和度拉伸) 飽和度拉伸變換對輸入的一個三波段圖像進(jìn)行彩色增強(qiáng)。輸入的數(shù)據(jù)由紅、綠、藍(lán)變換成色調(diào)、飽和度和顏色值。對飽和度波段進(jìn)行了高斯拉伸，因此數(shù)據(jù)填滿了整個飽和度范圍。然后，HSV數(shù)據(jù)自動被變換回RGB空間。這一功能生成的輸出波段包含有較飽和的色彩。(1)選擇TransformsSaturation Stretcll。(2)出現(xiàn)Saturation Stretch Inp