《ENVI基本影像處理概論》ppt課件

1、ENVI根本影像處置流程操作ESRI中國北京 遙感事業(yè)部 鄧書斌主要內(nèi)容1.快速認(rèn)識ENVI2.影像普通預(yù)處置3.影像信息根本提取方法4.制圖與三維可視化數(shù)據(jù)的輸入輸出圖像顯示與分析圖像預(yù)處置幾何糾正、交融、鑲嵌等影像信息提取人工解譯、自動分類、特征提取、動態(tài)檢測等專題制圖/三維可視化分析集成GIS現(xiàn)有數(shù)據(jù))成果報告GIS分析/共享遙感圖像處置的普通流程1.快速認(rèn)識ENVI1.1 ENVI簡介1.2 安裝目錄構(gòu)造1.3 柵格文件系統(tǒng)和儲存1.4 數(shù)據(jù)顯示1.5 常見系統(tǒng)設(shè)置Feature Extraction空間特征提取模塊DEM Extraction立體像對高程提取模塊Atmospheric

2、 Correction大氣校正模塊1.1ENVI簡介ENVI/IDL體系構(gòu)造ENVIIDL擴展模塊主模塊開發(fā)言語IDL Advanced數(shù)學(xué)與統(tǒng)計擴展工具包IDL DataMiner數(shù)據(jù)庫銜接工具包Orthorectification正射校正模塊NITFNITF數(shù)據(jù)支持模塊1.1ENVI簡介ENVI從圖像中獲得您所需的信息 Data - InformationPanchromatic 全色Multispectral 多光譜Hyperspectral 高光譜Radar 雷達(dá)Lidar 激光雷達(dá)Thermal 熱量數(shù)據(jù) Terrain 地形數(shù)據(jù)GPS 位置數(shù)據(jù)Vector 矢量數(shù)據(jù)三維可視分析制圖

3、輸出GIS分析Geodatabase1.1ENVI簡介大氣校正擴展模塊(Atmospheric Correction)可以有效地去除水蒸氣, 氣溶膠散射，漫反射的鄰域效應(yīng)。獲得地物反射率和輻射率、地表溫度等真實物理模型參數(shù)。使影像變得“明晰1.1ENVI簡介立體像對高程提取擴展模塊(DEM Extraction) 快速從ALOS PRISM, ASTER, CARTOSAT-1, FORMOSAT-2, GeoEye-1, IKONOS, KOMPSAT-2, OrbView-3, QuickBird, WorldView-1, SPOT 1-5等以及航空影像立體像對中提取DEM。全面支持RP

4、C模型參數(shù)，盡能夠少的控制點以到達(dá)有效的精度運用DEM編輯工具對提取的DEM做部分編輯交互量測特征地物的高度和搜集3D信息并導(dǎo)出為3D Shapefile文件格式 提供面向?qū)ο蠓椒ā⒁子谶\用的導(dǎo)游操作流程從高分辨率全色和多光譜數(shù)據(jù)中提取地物信息。包括：交通工具飛機, 坦克, 汽車, 船只建筑物建筑物輪廓, 屋頂根底設(shè)備道路, 橋梁, 機場, 海港碼頭自然要素河流, 湖泊,森林, 田地云和霧1.1ENVI簡介空間特征提取擴展模塊Feature Extraction1.1ENVI簡介正射校正擴展模塊Orthorectification由瑞典的Spacemetric公司開發(fā)支持大多數(shù)傳感器模型快速、

5、容易和準(zhǔn)確校正影像同時對多幅影像正射校正集成鑲嵌和裁剪規(guī)范分幅功能可以自行開發(fā)新傳感器模型提供程序接口便于擴展流程化操作方式Workflow1.1ENVI簡介 NITF數(shù)據(jù)支持?jǐn)U展模塊 NITF讀寫、顯示規(guī)范NITF格式文件JPEG2000編碼緊縮NITF格式文件支持NITF2.0、NITF2.1和NSIF1.0之間的轉(zhuǎn)換讀寫從商業(yè)衛(wèi)星、NCDRD和 第二圖像格式NSIF中獲得政府規(guī)范數(shù)據(jù)廣泛支持NSDE的分類或未分類的TREs，也包括自定義的TREs1.1ENVI簡介ENVI/IDL的特點先進(jìn)、可靠的影像信息提取工具全套影像信息智能化提取工具,全面提升影像的價值。專業(yè)的光譜分析高光譜分析不斷

6、處于世界領(lǐng)先位置。隨心所欲擴展新功能底層的IDL言語可以協(xié)助用戶輕松地添加、擴展ENVI的功能，甚至開發(fā)定制本人的專業(yè)遙感平臺。流程化圖像處置工具ENVI將眾多主流的圖像處置過程集成到流程化Workflow圖像處置工具中，進(jìn)一步提高了圖像處置的效率。與ArcGIS的整合從2007年開場，與ESRI公司的全面協(xié)作,為遙感和GIS的一體化集成提供了一個典型的處理方案。1.2 安裝目錄構(gòu)造Bin：相應(yīng)的ENVI運轉(zhuǎn)目錄。Data：數(shù)據(jù)目錄，保管一矢量文件夾一些矢量數(shù)據(jù)、兩個TM5柵格數(shù)據(jù)、兩個DEM數(shù)據(jù)和一個高光譜數(shù)據(jù)。Filt_func：ENVI常規(guī)傳感器的光譜庫文件。例如：aster、modis

7、、spot、tm等。Help：ENVI的協(xié)助文檔。Lib：IDL生成的可編譯的程序，用于二次開發(fā)。Map_proj：影像的投影信息，文本格式，客戶可以進(jìn)展定制。Menu：ENVI菜單文件，可以進(jìn)展中、英文菜單互換。Save：運用IDL可視化言語編譯好的、可執(zhí)行的ENVI程序。Save_add：客戶自主開發(fā)的、可執(zhí)行程序，比如各種補丁程序。Spec_lib：波譜庫，不同地域可以有不同的波譜庫，用戶可以自定義。1.3 柵格文件系統(tǒng)和儲存ENVI柵格文件格式：ENVI運用的是通用柵格數(shù)據(jù)格式，包含一個簡單的二進(jìn)制文件 a simple flat binary 和一個相關(guān)的ASCII文本的頭文件。EN

8、VI頭文件包含用于讀取圖像數(shù)據(jù)文件的信息，它通常創(chuàng)建于一個數(shù)據(jù)文件第一次被 ENVI讀取時。單獨的ENVI頭文本文件提供關(guān)于圖像尺寸、嵌入的頭文件假設(shè)存在、數(shù)據(jù)格式及其它相關(guān)信息。所需信息經(jīng)過交互式輸入，或自動地用“文件汲取創(chuàng)建，并且以后可以編輯修正。您可以在ENVI之外運用一個文本編輯器生成一個ENVI頭文件通用柵格數(shù)據(jù)都會存儲為二進(jìn)制的字節(jié)流，通常它將以BSQ按波段順序、BIP波段按像元交叉或者BIL波段按行交叉的方式進(jìn)展存儲。儲存窗口菜單界面FileSave File As，將影像按照需求的格式進(jìn)展存儲，保管的為原始數(shù)據(jù)，沒有拉伸。主影像窗口FileSave Images As，將影像按

9、照需求的格式進(jìn)展存儲，存儲的影像是顯示的影像款式。FileSave Zoom As，將Zoom窗口顯示的影像按照需求的格式進(jìn)展存儲。其他窗口下的文件存儲例如：MapMosaicking的鑲嵌窗口下：Apply；Save Template等；Classification等功能下：Output Result to等。1.4 數(shù)據(jù)顯示波段列表每次翻開的文件都顯示在Available Bands List中如圖1.4所示，列表中可以完成當(dāng)前在ENVI中翻開的或存儲在內(nèi)存中的文件的信息，還可以進(jìn)展包括：翻開新文件、封鎖文件、將內(nèi)存數(shù)據(jù)項保管到磁盤，以及編輯ENVI頭文件等操作。三視窗顯示當(dāng)他翻開一個圖像

10、文件時，會在一個ENVI的三視窗圖像顯示中，其中包括主圖像窗口，縮放窗口和滾動窗口運用于大的圖像，如圖1.5所示，目前大部分的ENVI圖像處置操作都在這個窗口中完成。ENVI ZOOM顯示將圖層管理、圖像顯示、鼠標(biāo)信息等集中在一個窗體中，目前只需部分ENVI圖像處置操作在這個窗口中完成，如面向?qū)ο蟮奶卣魈崛?、Pan sharping、異常檢測等，在新的軟件版本中會有更多的功能集成在此窗體中完成。1.4 數(shù)據(jù)顯示1.5常見系統(tǒng)設(shè)置用戶自定義文件這里可以選擇自定義的圖形顏色文件、顏色表文件、ENVI的菜單文件ENVI Menu File、Display Menu、Shortcut File、地圖投

11、影文件等，需求重啟ENVI。1.5常見系統(tǒng)設(shè)置默許文件目錄設(shè)置一些ENVI默許翻開的文件夾，如數(shù)據(jù)目錄、暫時文件目錄、輸出文件目錄、ENVI補丁文件、光譜庫文件、備用頭文件目錄等，需求重啟ENVI。1.5常見系統(tǒng)設(shè)置顯示設(shè)置可以設(shè)置三窗口中各個分窗口的顯示大小，窗口顯示式樣等。其中可以設(shè)置數(shù)據(jù)顯示拉伸方式Display Default Stretch，默以為2%線性拉伸。1.5常見系統(tǒng)設(shè)置綜合設(shè)置這個選項設(shè)置的是一些雜項，值得設(shè)置的為制圖單位Page Unit，默以為英寸Inches，可設(shè)置為厘米Centimeters；還有緩沖大小cache size，可以設(shè)置為物理內(nèi)存的50-75%左右，文

12、件碎片大小設(shè)置為cache size的1/10。2.影像預(yù)處置2.1 普通預(yù)處置流程引見2.2 預(yù)處置中根底知識2.3 ENVI中的幾何校正2.4 ENVI中的圖像交融、鑲嵌、裁剪校正模型選擇影像參考源控制點選取誤差檢查影像重采樣不符合圖像交融圖像鑲嵌圖像裁剪配準(zhǔn)影像其它影像同名點選取人工/自動影像配準(zhǔn)校正影像2.1數(shù)據(jù)預(yù)處置普通流程2.2預(yù)處置中根底知識常見商業(yè)高分辨率衛(wèi)星傳感器發(fā)射時間國家多光譜波段空間分辨率(米)重返周期IKONOS1999美國紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：1多光譜： 41.5-2.9SPOT52001法國紅、綠、近紅外、中遠(yuǎn)紅外全色：5 或2.5（超模式）多光譜:1026Qu

13、ick Bird （快鳥）2001美國紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：0.61多光譜：2.441-3.5FORMOSAT II 2004中國臺灣紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：2多光譜：41EROS-B2006以色列/全色：0.7（立體）55CartoSAT -1（P5）2005印度/全色：2.5（立體）ALOS2005日本紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：2.5（立體）多光譜：102北京一號小衛(wèi)星2005中國紅、綠、近紅外全色：4多光譜：323-5KOMPSAT-22006韓國紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：1多光譜：43WorldView-1/22008美國紅、綠、藍(lán)、近紅外紅邊、海岸、黃、近紅外2全色：0.5多光譜：2.

14、41.1-3.7資源應(yīng)用衛(wèi)星-2B星2008中國/全色：2.37多光譜：19.526GeoEye-12008美國紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：0.41（0.5）多光譜：1.652-3RapidEye2008德國藍(lán)、綠、紅、紅邊、近紅外5每天其他衛(wèi)星傳感器發(fā)射時間國家多光譜波段空間分辨率(米)Landsat177299美國藍(lán)、綠、紅、近紅外、短波紅外、熱紅外15、30、60、80、120SPOT41999法國綠、紅、近紅外、中遠(yuǎn)紅外全色：10 多光譜:20中巴資源衛(wèi)星-01/02 1999中國藍(lán)、綠、紅、近紅外多光譜：19.5Resourcesat（P6） 2003印度綠、紅、近紅外、短波紅外多光譜

15、24 米全色 5.8米ALOS2005日本微波 、立體像對、多光譜2.5米立體像對、10米多光譜、3米RadarTerraSAR-X2007德國微波1 m Radar、3m、5mCOSMO-SkyMed2007意大利微波3米、15米RADARSAT II2008加拿大微波3m 超細(xì)化模式1m景觀光線模式NOAA氣象衛(wèi)星/ 美國紅、近紅外、中紅外和兩個熱紅外1.1km風(fēng)云系列衛(wèi)星/中國可見光4個，近紅外2個，中遠(yuǎn)紅外2個，熱紅外2個。1.1kmMODIS/美國36個波段250m、500m和1000m減災(zāi)衛(wèi)星A、B星2008中國多光譜近中紅外(4波段) 、高光譜(111波段)多光譜：30米 高光譜

16、：100米Hyperion/EO-12000美國0.42.5m共有220波段30米2.2 預(yù)處置中根底知識數(shù)據(jù)源的選擇圖像選擇經(jīng)濟(jì)本錢專標(biāo)題的專題地域環(huán)境專題圖比例尺空間分辨率時間分辨率波譜分辨率2.2 預(yù)處置中根底知識影像格式傳感器文件格式不同的衛(wèi)星傳感器研發(fā)或運轉(zhuǎn)機構(gòu)普通會給所分發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)設(shè)計一種分發(fā)格式，如Landsat系列的Fast格式、EOS系列衛(wèi)星的HDF格式等。商業(yè)軟件文件格式商業(yè)化的圖像處置軟件都會開發(fā)出軟件本身的圖像格式，如ENVI的Hdr&img格式，Erdas的IMG格式，PCI的pix格式等。通用圖像文件格式很多圖像格式成為國際通用，被大多數(shù)軟件所支持。如TIFF、J

17、PEG2000、BMP等。2.2預(yù)處置中根底知識引起圖像畸變要素系統(tǒng)誤差有規(guī)律的、可預(yù)測的。比如掃描畸變非系統(tǒng)誤差無規(guī)律的如傳感器平臺的高度、經(jīng)緯度、速度和姿態(tài)的不穩(wěn)，地球曲率及空氣折射，地形影響等2.3預(yù)處置中根底知識幾何校正中的幾個概念幾何校正：糾正系統(tǒng)和非系統(tǒng)要素引起的幾何畸變。圖像配準(zhǔn)Registration：同一區(qū)域里一幅圖像基準(zhǔn)圖像對另一幅圖像校準(zhǔn)，以使兩幅圖像中的同名像素配準(zhǔn)。圖像糾正Rectification：借助一組控制點，對一幅圖像進(jìn)展地理坐標(biāo)的校正。又叫地理參照Geo-referencing圖像地理編碼Geo-coding：特殊的圖像糾正方式，把圖像矯正到一種一致規(guī)范的坐

18、標(biāo)系。圖像正射校正Ortho-rectification：借助于地形高程模型DEM，對圖像中每個像元進(jìn)展地形的校正，使圖像符合正射投影的要求。2.4預(yù)處置中根底知識實踐中的概念幾何粗校正校正系統(tǒng)誤差，地面站完成幾何精校正包括圖像糾正、地理編碼和部分圖像配準(zhǔn)圖像配準(zhǔn)正射校正2.2預(yù)處置中根底知識衛(wèi)星影像的校正根據(jù)衛(wèi)星軌道參數(shù)，包括位置、姿態(tài)、軌道及掃描特征，校正影像(有時參與DEM)。地面控制點校正+校正模型軌道參數(shù)+地面控制點+DEM2.2預(yù)處置中根底知識多項式模型多項式模型x=a0+a1x+a2Y+a3x2+a4xy+a5y2+y=b0+b1x+b2Y+b3x2+b4xy+b5y2+最少控制

19、點個數(shù)N=n+1*n+2/2誤差計算RMSEerror=sqrtx-x2+y-y22.2預(yù)處置中根底知識控制點獲得途徑根底數(shù)據(jù)根底測繪數(shù)據(jù)數(shù)字線畫圖DLG數(shù)字柵格圖DRG影像數(shù)據(jù)正射影像DOM實地丈量2.2預(yù)處置中根底知識控制點質(zhì)量控制圖像選點原那么選取圖像上易分辨且較精細(xì)的特征點：道路交叉點，河流彎曲或分叉處，海岸線彎曲處，飛機場，城廓邊緣等特征變化大的地域需求多項選擇圖像邊緣部分一定要選取控制點盡能夠滿幅均勻選取數(shù)量原那么在圖像邊緣處，在地面特征變化大的地域，需求添加控制點保證一定數(shù)量的控制點，不是控制點越多越好。如一景TM的控制點數(shù)量在30-50左右。2.2預(yù)處置中根底知識重采樣方法插值

20、算法最近鄰法取與所計算點x,y周圍相鄰的4個點，比較它們與被計算點的間隔，哪個點間隔最近，就取哪個亮度值作為x,y點的亮度值簡單易用，計算量小，圖像的亮度具有不延續(xù)性，精度差2.2預(yù)處置中根底知識重采樣方法插值算法雙線性內(nèi)插法取x,y點周圍的4鄰點，在y方向內(nèi)插二次，再在x方向內(nèi)插一次，得到x,y)點的亮度值fx,y)雙線性內(nèi)插法比最近鄰發(fā)雖然計算量有所添加，但精度明顯提高，特別是對亮度不延續(xù)景象或線狀特征的塊狀化景象有明顯的改善。內(nèi)插法會對圖像起到平滑作用，從而使對比度明顯的分界限變得模糊。 y x雙線內(nèi)插算法原理表示圖原始圖像2.2預(yù)處置中根底知識重采樣方法插值算法三次卷積內(nèi)插法進(jìn)一步提高

21、內(nèi)插精度的一種方法，經(jīng)過添加鄰點來獲得最正確插值函數(shù)取與計算點周圍相鄰的16個點，先在某一方向內(nèi)插，再根據(jù)計算結(jié)果在另一個方向上內(nèi)插，得到一個延續(xù)內(nèi)插函數(shù)計算量大，精度高，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更為清楚，對控制點要求較高 x y123452.2預(yù)處置中根底知識圖像交融圖像交融將低分辨率的多光譜影像與高分辨率的單波段影像重采樣生成成一副高分辨率多光譜影像遙感的圖像處置技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)兩個影像配準(zhǔn)在亞像元范圍內(nèi)交融方法選擇運算速度和交換緩沖空間2.2預(yù)處置中根底知識圖像交融方法彩色合成數(shù)學(xué)運算彩色技術(shù)空間配準(zhǔn)高分辨率/多光譜圖像變換HIS變換加與乘差值比值主成分分析濾波分析小波分析HSV變換2.2預(yù)處置中根底知識

22、圖像鑲嵌圖像鑲嵌指在一定地數(shù)學(xué)根底控制下，把多景相鄰遙感影像拼接成一個大范圍的影像圖的過程。關(guān)鍵技術(shù)顏色的平衡接邊處置運算速度和交換緩沖空間2.2預(yù)處置中根底知識圖像裁剪圖像裁減圖像裁剪的目的是將研討之外的區(qū)域去除，常用的是按照行政區(qū)劃邊境或自然區(qū)劃邊境進(jìn)展圖像的裁剪。 關(guān)鍵技術(shù)裁剪區(qū)確實定無數(shù)據(jù)區(qū)處置2.3 ENVI中的幾何校正傳感器參數(shù)校正傳感器(帶有地理定位文件)SPOT1-4SeaWiFSASTERAVHRRENVISATMODISRADARSAT自定義地理定位文件GLTIGM2.3 ENVI中的幾何校正傳感器參數(shù)校正練習(xí)數(shù)據(jù)源Aster傳感器的L1A級別數(shù)據(jù)“數(shù)據(jù)/1-Aster文件

23、夾內(nèi))EOS-HDF格式儲存處置過程利用自帶地理定位文件進(jìn)展幾何校正輸出幾何校正結(jié)果2.3 ENVI中的幾何校正幾何精校正流程顯示圖像文件采集地面控制點計算誤差選擇幾何模型檢驗校正結(jié)果開場終了重采樣輸出誤差太大2.3 ENVI中的幾何校正幾何精校正練習(xí)數(shù)據(jù)源曾經(jīng)做過幾何校正的SPOT4全色10米分辨率影像 “數(shù)據(jù)/2-幾何精校正文件夾待校正的Landsat5 TM 30米分辨率影像“ 數(shù)據(jù)/2-幾何精校正文件夾處置過程用SPOT4影像作為基準(zhǔn)影像，選擇控制點來校正TM影像。輸出校正結(jié)果2.4 ENVI中的影像交融、鑲嵌、裁剪交融ENVI中的交融方法HSV變換、主成分分析、Brovey變換 ，

24、CN Spectral Sharpening ，高保真的Gram-Schmidt，Pansharping，小波交融補丁 自定義有地理坐標(biāo)和無地理坐標(biāo)都可以交融操作方式主模塊流程化操作ENVI ZOOM中2.4 ENVI中的影像交融、鑲嵌、裁剪交融練習(xí)數(shù)據(jù)源曾經(jīng)做過幾何校正的SPOT4全色10米分辨率影像 “數(shù)據(jù)/2-幾何精校正文件夾待校正的Landsat5 TM 30米分辨率影像“ 數(shù)據(jù)/2-幾何精校正文件夾處置過程用主成分分析、HSV顏色變換等方法交融兩個影像輸出交融結(jié)果2.4 ENVI中的影像交融、鑲嵌、裁剪鑲嵌基于像素鑲嵌和基于地理坐標(biāo)鑲嵌自動顏色平衡，邊緣直方圖匹配接邊線、接邊羽化虛擬

25、鑲嵌運算速度快占用非常少的虛擬內(nèi)存空間2.4 ENVI中的影像交融、鑲嵌、裁剪鑲嵌練習(xí)數(shù)據(jù)源兩幅曾經(jīng)校正好的SPOT4 10米全色影像“數(shù)據(jù)/4-影像鑲嵌文件夾中處置過程用注記工具勾畫兩影像接邊線，用羽化和顏色校正等使兩幅影像鑲嵌在一同。輸出鑲嵌結(jié)果2.4 ENVI中的影像交融、鑲嵌、裁剪裁剪空間裁減基于感興趣區(qū)ROI的裁減基于矢量/柵格數(shù)據(jù)文件的裁剪自定義裁剪波譜裁剪2.4 ENVI中的影像交融、鑲嵌、裁剪裁剪練習(xí)數(shù)據(jù)源一幅TM影像、影像區(qū)域的Shapefile矢量文件“數(shù)據(jù)/5-影像裁剪文件夾中處置過程用ROI工具在TM影像上繪制不規(guī)那么的多邊形感興趣區(qū)域，后利用這個感興趣區(qū)域裁剪TM影像

26、利用Shapefile矢量文件裁剪TM影像輸出裁剪結(jié)果3.影像信息根本提取方法3.1 影像信息提取技術(shù)概述3.2 影像加強處置3.3 監(jiān)視分類3.4 非監(jiān)視分類3.1 影像信息提取技術(shù)概述遙感影像經(jīng)過亮度值或像元值的高低差別反映地物的光譜信息及空間變化反映地物的空間信息來表示不同地物的差別，這是區(qū)分不同影像地物的物理根底。遙感影像分類就是利用計算機經(jīng)過對遙感影像中各類地物的光譜信息和空間信息進(jìn)展分析，選擇特征，將圖像中每個像元按照某種規(guī)那么或算法劃分為不同的類別，然后獲得遙感影像中與實踐地物的對應(yīng)信息，從而實現(xiàn)遙感影像的分類。 3.1 影像信息提取技術(shù)概述遙感分類技術(shù)的開展可分為四個階段人工解譯基于光譜計算機自動分類基于專家知識的決策樹分類面向?qū)ο筇卣髯詣犹崛∷姆N方法并存3.2圖像加強處置圖像變換主成分PCA獨立主成分最小噪聲分別(MNF)顏色