遥感图像处理实习指导手册(ENVI软件平台).doc

遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台） 特别说明：本手册大部分文字资料和实验图像资料来自遥感数字图像处理实验教程（韦玉春 编著，科学出版社），仅供学生教学实习之用。遥感图像处理实习指导手册(ENVI软件平台)中国人民大学土地管理系目 录准备知识：ENVI软件基本功能菜单的认识与掌握实验一：图像处理基本操作实验二：图像合成和显示增强实验三：遥感图像的几何精纠正实验四：图像变换实验五：图像滤波实验六：图像分割实验七：图像分类实验八：地图制图操作实验九：使用ENVI进行三维曲面的浏览和飞行准备知识：ENVI软件基本功能菜单的认识与掌握【目的和要求】认识和熟悉ENVI软件的基本功能菜单，根据菜单的功能分类学习和掌握。第一部分 ENVI基础一、通用的图像显示概念ENVI中的图像显示由一组三个不同的图像窗口组成：主图像窗口、滚动窗口和缩放窗口。ENVI图像显示的一个例子如图1所示。一个显示组的单个图像窗口可以被缩放和放置在屏幕的任何一处。多个图像的显示可以通过从ENVI的window下拉菜单下的选择Start New Display window来启动，或通过点击可用波段列表内的“New Display”。图1 ENVI的显示窗口（一）主图像窗口主图像窗口由一幅以全分辨率显示的图像的一部分组成。该窗口在第一次载入一幅图像时自动地被启动。窗口的起始大小由在envi.cfg配置文件中设置的参数控制。它也能动态地被缩放。ENVI允许装载多个主图像窗口及相应的的滚动和缩放窗口。（二）主图像窗口内的功能菜单在主图像窗口中，功能菜单条包括5个下拉菜单：File，Overlay，Enhance，Tools，Window。这些菜单共同排列在显示窗口的菜单栏中，使用这些菜单来访问普通的显示操作和交互功能。（三）滚动窗口滚动窗口是一个以二次抽样的分辨率显示整幅图像的显示窗口。滚动窗口位置和大小最初在envi.cfg文件中被设置并且可以被修改。只有要显示的图像比主图像窗口以全分辨率能显示的图像大时，才会出现滚动窗口。可以动态地将其缩放到任何大小直至全屏。当练习这一选项时，重采样系数会自动改变以适用于新的图像大小。重采样系数出现在滚动窗口标题栏的括号内。对于滚动窗口中被再次重采样的大图像，可以缩放到区域内，并减少重采样系数。可能出现多个滚动窗口，每个窗口对应于一个已载入的主图像窗口。（四）缩放窗口缩放窗口是一个小的图像显示窗口，它以用户自定义的缩放系数使用像元复制来显示主图像窗口的一部分。缩放窗口的大小、位置和系统默认的缩放系数最初在envi.cfg文件中被设置，并且可以被用户修改。缩放窗口提供无限缩放能力，缩放系数出现在窗口标题栏的括号中。缩放窗口能动态地调整大小，直至屏幕中可利用的尺寸。可以显示多个缩放窗口, 每个窗口对应于一个已载入的主显示窗口。（五）调整窗口大小许多ENVI窗口能动态调整大小直至全屏。这包括图像显示、矢量窗口及所有除散布图和动画窗口之外的辅助窗口。窗口大小的调整通过用鼠标指针点住它的一角并拖到所需要的图像大小来实现。（六）当前活动显示每次只有一幅显示的图像（主图像、滚动和缩放窗口的组合）是”激活”的。激活的显示是下一幅图像将被载入的那个显示组。通过在现有波段列表中输入适当的显示数，来设置活动显示。请注意：没有必要为了将一个功能应用到一个显示而激活该显示，并且使用这些功能不会激活显示。（七）辅助窗口ENVI图像显示可以有很多相关的辅助窗口。这些窗口典型地由ENVI的交互显示功能来启动，并且可以包括X、Y、Z及任意的剖面、直方图、散点图、表面图（透视图）和动画窗口。它们都各自附属于一个特定的图像显示组。多个显示可以有各自独立的辅助窗口组。（八）矢量显示列表矢量显示列表由一个矢量窗口及与之相关的 “Vector Window Params” 对话框组成。一个矢量显示组的例子如图1-2所示。同图像显示窗口一样，矢量窗口可以调整大小及放置于屏幕任何位置。（九）显示窗口中的快捷菜单在一个显示窗口中点击右键，从显示的菜单中选择所需的选项。通过窗口中的任何一个快捷菜单，都可以访问许多显示窗口栏中的交互功能图2 ENVI矢量窗口二、数据管理ENVI为管理图像、矢量数据、对话框和单个窗口提供很多工具。这些工具将在以下部分讨论。（一）可用波段列表可利用波段列表是用于存取ENVI图像文件和这些文件的单个图像波段的控制面板。无论何时一个图像文件被打开，现有波段列表在它自己的对话框中出现，它包含所有打开的文件和任何内存数据项（在内存中进行计算，但不保存）的现有图像波段的一个列表，可以为配准过的图像显示地图信息。不管图像是否显示，若打开了多个文件，那么所有文件的所有波段按先后顺序列出，最新打开文件的波段位于列表最顶部。现有波段列表用于将灰阶和彩色图像装载到活动显示、打开和关闭文件、或从内存中删除单个波段。（二）可用矢量列表可利用矢量列表包含一列内存中现有的用于在图像显示窗口或矢量显示窗口显示的所有矢量文件。一旦载入，所有读入内存的矢量层按先后顺序列出，最新读入的矢量位于列表最顶部。将使用现有的矢量列表启动矢量显示组，以及从内存中删除矢量层。（三）浏览目录列表和GeoBrowser浏览目录列表列出一个已选择的目录中的所有ENVI文件，打印文件信息，允许打开选定的文件，以及启动GeoBrowser文件显示。GeoBrowser在一张世界地图上用一面红旗标记所有的地理编码数据的位置。用户可以缩放地图，然后在红旗上点击来选择所需要的文件。（四）打开文件列表打开文件列表是一个用于管理ENVI图像文件的工具。它列出了当前打开文件和任何内存数据项的所有名字。选择一个文件名，将列出该文件所有的已知信息。这包括诸如完整的路径和图像名等参数；线、样点和波段数；标题大小；文件类型；数据类型；交叉；数据的字节顺序；以及是否采用了地理坐标定位，是否波长与波段相关联。选项包括删除内存数据项，关闭或删除单个文件，以及将内存计算结果写到磁盘文件。这些操作允许最优使用系统内存。（五）ENVI窗口查找器ENVI窗口查找器列出所有已打开的主要的ENVI窗口，包括：主图像、滚动和缩放窗口、所有辅助窗口，以及许多ENVI交互功能中使用的其它窗口和对话框。可以通过在名字上点击，调用任何窗口或对话框到前景。例如，若你需要访问现有波段列表，但它隐藏在你的图像后面，步骤如下：（1） 选择Window window finder。（2） 点击”可利用波段列表”。（六）ENVI处理状态窗口 当计算进行时，大多数ENVI功能显示处理状态。功能启动后（通常通过点击OK按钮），会立即出现一个标准的状态窗口。窗口标题与正在执行的功能相匹配，并且显示结果是否被置于内存或到一个输出文件中。当数据被处理时，一个标有 ”% Complete” 的滑动块及时地更新。标有“Inc:”的文本框显示每个数据处理增量的大小，这基于tile size。功能自动地判定处理增量的大小。当在滑动块工具条上显示时，分数的增量将舍入到最接近的整数）。注意：若增量小于100%，可以用“Cancel”按钮终止处理。此时，当下一个增量发生时，功能将被中断。若增量等于100%，不可能再中断功能。三、内存管理ENVI允许通过调整系统内存来处理大的数据集,例如, 典型的处理任务经常在只有16Mb物理内存的机器上使用大于200Mb的数据集。若处理一项任务没有足够内存，数据集被分成易处理的片段，在内存中处理，然后写到磁盘文件上。在配置比较高档的机器上，可以在内存中处理较大的数据集，而不必创建磁盘文件。（一）Tiling操作ENVI允许使用“tiling”(分块) 处理较大图像和控制系统内存的使用。“tile”（局部）是从磁盘或内存中按片段读取的一段数据。ENVI中的单个“tile”大小是通过在ENVI配置文件中设置所需要的值来控制的。 修改配置文件执行，在ENVI主菜单中选择：File Preferences。对于按BSQ（按波段顺序）存储的图像，每个tile是单个波段的一个空间子集。对于按BIL（波段按行交叉）格式存储的图像，每个tile是一幅图像所有波段的一行。对于BIP（波段按像元交叉）格式, 每个tile是一幅图像中所有波段行的所有像素。Tiling通常是对用户透明的，ENVI用它来保证硬件内存的限制不影响处理的进行。（二）文件与内存功能运行对比对于有较大随机存储器（RAM）的系统，可能不用反复地将中间处理结果存储到磁盘文件，而进行有效的图像处理。对于大多数功能，ENVI允许把处理结果写到一个磁盘文件或保存在系统内存中。注意:若选择使用内存项，定期地将结果保存到磁盘文件。四、ENVI文件格式ENVI支持若干种图像文件格式，描述如下。本节也涉及ENVI头文件的格式、文件命名原则，以及跨平台的可移植性问题。（一）ENVI图像文件ENVI使用一个通用化的栅格数据格式，它由一个简单的二进制文件和一个相应的小的ASCII（文本）头文件组成。这种方式允许ENVI灵活地使用几乎任何一种图像格式, 包括那些嵌有文件标题信息的格式。ENVI支持所有数据类型的原始格式（字节型、整型、长整型、浮点型、双精度型或复数型）。通用的栅格数据按照BSQ、BIP或BIL格式，以二进制字节流存储。BSQ（波段顺序格式）在它最简单的格式中，数据是按照BSQ格式的。每行数据后面紧接着同一波谱波段的下一行数据。这种格式最适于对单个波谱波段中任何部分的空间（X，Y）存取。BIP（波段按像元交叉格式）按BIP格式存储的图像按顺序存储第一个像元所有的波段，接着是第二个像元的所有波段，然后是第3个像元的所有波段，等等，交叉存取直到像元总数为止。这种格式为图像数据波谱（Z）的存取提供最佳性能。BIL（波段按行交叉格式）按BIL格式存储的图像先存储第一个波段的第一行，接着是第二个波段的第一行，然后是第三个波段的第一行，交叉存取直到波段总数为止。每个波段随后的行按照类似的方式交叉存取。这种格式提供了空间和波谱处理之间一种折衷方式，它是大多数ENVI处理任务中所推荐的文件格式。（二）ENVI头文件单独的ENVI文本头文件提供关于图像尺寸、嵌入的头文件（若存在）、数据格式及其它相关信息。ENVI头文件包含用于读取图像数据文件的信息，它通常创建于一个数据文件第一次被ENVI存取时。必需信息通过交互式输入，或自动地用“file ingest”创建，并且以后可以编辑修改。若有必要，可以在ENVI之外使用一个文本编辑器生成一个ENVI头文件。（三）ENVI的文件命名约定ENVI的文件处理程序设计的极其灵活。ENVI软件对文件命名除不能使用用于头文件的扩展名 .hdr之外，不加以任何限制。为了便于使用，一些ENVI功能预先载入含特定扩展名的文件列表。这些扩展名如下表所示，当运行ENVI时，应当使用一致，以便文件处理效率最高。若需要，这也并不排除使用另外的文件名。表1 ENVI文件类型文件类型扩展名ENVI Image（ENVI图像）未定义ENVI Bad Lines List(ENVI坏行列表).bilSIR-C Compressed Data Product（压缩数据产品）.cdpENVI Header File（头文件）.hdrENVI Calibration Factors（校正因子）.cffENVI PPI Count File（像元纯净指数计算文件）.cntENVI Density Slice Range File（密度分割系列文件）.dsrENVI Vector File（矢量文件）.evfENVI Band Math or Spectral Math Expression（数学和波谱运算表达式）.expENVI Tape Script（磁带脚本）.fmtENVI Grid File（栅格文件）.grdENVI Filter Kernels（滤波卷积核文件）.kerENVI Map Key（图例文件）.keyENVI Contour Levels File（等高线文件）.levENVI Look Up Table（查找表文件）.lutENVI Mosaic Template File（镶嵌模板文件）.mosENVI n-D Visualizer State（N维可视化器状态文件）.ndvENVI GCP file（控制点文件）.ptsENVI Region of Interest(感兴趣文件).roiENVI Statistics Report（统计报告文件）.txtENVI Spectral Library（波谱库文件）.sliENVI Statistics File（统计文件）.staENVI Surface View Path File（曲面浏览路径文件）.patJPL AIRSAR Compressed Stokes Matrix Radar Data（JPL AIRSAR压缩的Stokes矩阵数据）.stkENVI Vector Template File（矢量模板文件）.vec（四）跨平台的文件可移植性当使用ENVI命名文件时，要考虑的一个附加因素是跨平台的可移植性。在UNIX系统上的文件名后附加一个 .hdr 。在Windows系统上，.hdr代替当前的扩展名。这对于保持图像文件和它们相应的（.hdr）头文件之间的关系是特别重要的 。例如，一个名为image_1.img的UNIX图像文件将image_1.img.hdr作为它相应的头文件。在Windows下，两幅图像image_1.img和image_1.dat将有同样的头文件名image_1.hdr，并且若这两幅图像大小和特征不同，那么ENVI将会出现问题。在UNIX下，同样的两个文件将有相应的头文件名image_1.img.hdr和image_1.dat.hdr，因此不会发生混乱。若图像的跨平台可移植性存在问题，那么最简单的解决方案是仅使用8个字符并且不用扩展名来命名图像文件。这样，图像文件image_1在UNIX和Windows下有同样的头文件名（image_1.hdr）。此外，将图像从UNIX系统移到Windows系统前，可以按Windows约定对图像和头文件进行重命名。五、ENVI支持的输入文件格式ENVI支持的输入文件格式如下所示。Flat Binary Files（二进制文件）： BSQ（band sequential format） BIL（band interleaved by line format） BIP（band interleaved by pixel format） Remote Sensing Format Files（支持遥感器格式文件）： GeoTIFF AIRSAR HDF ArcView Raster （.bil） HDF MAS-50 ATSR JERS AVHRR MRLC CADRG NITF CIB NLAPS CD DMSP （NOAA） PDS Image DOQ （USGS） RADARSAT EOSAT FAST IRS-1 SeaWiFS EOSAT FAST TM SIR-C ERS SPOT CD ESA Landsat TM TIMS ESA SHARP TOPSAR GeoSPOT Image Processing Formats（图像处理软件格式）： ArcView Raster （.bil） ER Mapper ERDAS 7.5 （.lan） PCI （.pix） ERDAS 8.x （.img） Other Generic Image Formats（其他一般格式）： ASCII PICT BMP SRF GIF TIFF （GeoTIFF） HDF TIFF world files （.tfw） JPEG XWD Digital Elevation Formats（数字高程文件格式） USGS DEM USGS SDTS DEM DMA DTED Vector Files Format（矢量文件）： ARC/INFO Interchange MapInfo Interchange ArcView Shape File Microstation DGN DXF USGS DLG ENVI Vector File（.evf） USGS DLG in SDTS Format六、ENVI支持的输出文件格式ENVI支持的输出文件格式如下所示。 ENVI Flat Binary Files（二进制文件）： BSQ （band sequential format） BIL （band interleaved by line format） BIP （band interleaved by pixel format） Generic Image Formats（一般图像格式）： ASCII PICT BMP SRF GIF TIFF （GeoTIFF） HDF TIFF world files （.tfw） JPEG XWD Image Processing Formats（图像处理格式）： ArcView Raster （.bil） ER Mapper ERDAS 7.5 （.lan） PCI （.pix） Vector Formats（矢量格式）： ArcView Shape File DXF ENVI Vector File （.evf）第二部分 基本菜单的认识ENVI包括的主菜单有：文件菜单、基本工具、分类、交换工具、滤波、波谱工具、制图工具、矢量工具、地形菜单、雷达工具、窗口管理工具、帮助工具。这里主要介绍文件菜单，其他菜单在随后的实习内容中介绍。一、File菜单所有数据文件读取到ENVI，都是通过从ENVI主菜单上的File下拉菜单进行选择。各个菜单项在以下几节叙述。图3 ENVI的File菜单（一）Open Image File （打开图像文件）Open Image File是一个普通的文件打开程序。使用该项打开ENVI图像文件或其它已知格式的二进制图像文件。 ENVI自动地识别和读取下列类型的文件：TIFF、GeoTIFF、GIF、JPEG、BMP、SRF、HDF、PDS、MAS-50、NLAPS、RADARSAT和AVHRR 。数据仍保留它原有格式，必要的信息从数据文件头中读取。 ENVI直接读取其它几种文件类型。（1）选择File Open Image File。（2）当出现Enter Data Filename对话框，点击文件名，再点击“OK” 或“Open” 以打开选择的文件。l 要选择一组连续显示的文件，在该组的第一个文件上点击，然后按住“shift”键的同时，点击该组的最后一个文件。或者用鼠标左键点击和拖曳来选择所需要的组。l 要选择非连续显示的多个文件，按住 “Ctrl” 键，在每个所需要的文件上点击。l 要改变目录来查找你的文件，在 “File Name” 文本框输入路径名（“Path” for UNIX）。l 注意：若得到 “File does not appear to be a valid Radarsat file” 这样一个错误消息，使用File Open External File来选择正确的数据类型。当ENVI第一次打开一个文件，它需要关于文件特征的特定信息。通常，这些信息存储在与图像文件同名的一个独立的文本头文件，但是文件扩展名为.hdr 。若文件打开时没有找到ENVI头文件，必须在Header Information对话框中输入一些基本的参数（如下所示）。一旦文件打开，波段在可利用波段列表中列出。注意：一些数据格式没有 .hdr文件也能自动打开。这些格式包括：TIFF、 GeoTIFF、 GIF、 JPEG、 BMP、 SRF、 HDF、 PDS、 MAS-50、 NLAPS、RADARSAT和AVHRR 。Header Information（头文件）对话框若在打开一个文件时没有发现头文件 （ .hdr文件 ） 或其它有效的头文件信息， 就会出现Header Info对话框。将使用这个对话框输入样本或像元数、行数、波段数、在从文件的开头到数据开始处（嵌入的文件头）的字节偏移量、数据的存储顺序（”交叉”）（BSQ，BIP， BIL）、数据的字节顺序（“Host （Intel）”: Host Least Significant First for DEC machines and PCs或 “Network （IEEE）”: Network Most Significant First for all other platforms）、数据类型（字节， 整数，浮点等），以及文件类型。其它选项包括设置默认的Z-Plot range，默认的显示拉伸，地理坐标的输入（entry of georeferencing information），相关的波长和FWHM值（full-width-half-maximum），传感器类型，波段名以及坏波段。若在ENVI显示一幅导入的图像前，必须将必要信息输入到Header Info（图4）窗口。图4 Header Information对话框一个文件没有ENVI文件头或其它支持的文件头格式，这个窗口自动地出现。每次打开一个数据文件时，ENVI搜索头文件并使用该信息来打开文件。这些信息只需输入一次，当选择Header Info窗口底部的 “OK” 按钮，它自动地保存到输入目录中的一个ENVI头文件。ENVI的Edit Header功能也可以用来更改已存在的头文件的信息。（二）打开外部文件ENVI支持的输入文件，虽然上述的Open Image File功能可以打开大多数文件类型，对于特定的已知文件类型，利用内部或外部的文件头信息通常会更加方便。使用Open External File选项，ENVI从内部文件头读取必要的参数，因此不必在Header Infor对话框输入任何信息。ENVI能读取这些标准文件类型的若干格式，这包括精选的遥感格式、图像处理格式、通用图像格式及数字高程模型。（三）打开矢量文件该菜单选项允许打开ARCView Shape文件、ARC / INFO交换（Interchange）格式文件、DXF矢量文件、MapInfo Interchange格式（.mif）、微型工作站DGN （.dgn）、USGS DLG文件、USGS SDTS文件以及ENVI矢量格式（.evf）文件。可以随意地导入多个矢量层；然而，应注意每个文件应该只包含一个矢量层。（1）选择File Open Vector File the desired format。（2）当出现标准文件选择对话框时，选择一个文件名，然后点击 “Open”。l 要选择一组连续显示的文件，在该组的第一个文件上点击，然后按住“shift”的同时，点击该组的最后一个文件。或者，用鼠标左键点击和拖曳以选择所需要的组。l 要选择非连续显示的多个文件，按住 “Ctrl” 键，在每个所需要的文件上点击。（四）Open Previous FileOpen Previous File菜单项包含一列在ENVI中20个最近打开的文件。选择一个所需要的文件名，将打开该文件。每个新打开的文件被添加到列表的顶部。当已经打开20个文件以上，列表底部的文件被删除。（五）Scan Directory List当打开文件时，将发现扫描目录以定位想得到的文件是非常有用的。ENVI提供递归（recursive）目录扫描，并允许选择多个文件来打开。geo-browser选项允许浏览地理坐标图像（georeferenced images）的定位（location）图，并打开基于地理坐标的文件。Geo-Browser有些情况下，可能想扫描文件并根据它们的地理位置来打开。ENVI的Geo-Browser允许浏览这种对地理坐标定位图像位置的地图。要启动ENVI的Geo-Browser：（1）从Scanned ENVI Files对话框内，选择Options Geo-Browser。ENVI绘出一幅具有大陆和国家轮廓的世界地图。在United States内部，也出现州的轮廓。地理坐标定位图像的位置 （ ENVI文件头中指定的基准像元（reference pixel）的位置 ） 在世界地图上用旗帜标出。对于同一位置的多个文件，ENVI绘出不同颜色的旗帜，并且旁边有一个数字，它显示出在该位置是第几个文件。注意：鼠标光标的经度和纬度显示在地图的左上角。（2）从以下选项中选择：l 要改变窗口的大小，按住并拖曳窗口的一角。l 要使地图在一点上集中（center the map on a point），点击鼠标左键。l 要放大地图区域，按住并拖曳鼠标中键。要缩小回来，点击鼠标中键。l 要识别与旗帜相对应的文件，在旗帜旁点击鼠标右键。ENVI在Located Files List中突出显示相对应的文件。对于有多个文件的地方，多次点击鼠标右键，以突出显示各自对应的文件。通过突出显示已经选择一个文件后，选择File Open File来打开。二、其他菜单项ENVI正常启动后，主菜单如下图所示。（一）基本工具（Basic Tools） Basic Tools菜单提供多种ENVI功能的访问。不管图像数据是哪种类型，Basic Tools的功能都很有用。这些功能包括：图像重采样、掩模处理、图像统计分析、空间统计分析、测量、变化探测。建立图像的兴趣区(Regions of Interest)用于监督分类，通过波段运算(Band Math)对图像进行代数运算。通过数据拉伸(Stretch Data)进行对比度拉伸。 一些重要的图像功能包括在本菜单下的预处理 (Preprocessing)子菜单中，如图像辐射校正，包括大气校正、坏条带处理等。（二）分类（Classification） Classification菜单包括监督分类和非监督分类、决策树分类，波谱端元收集和分类后处理。其中，监督分类方法包括了平行管道方法、最小距离方法、马氏距离方法、最大似然法、光谱角方法、二值编码方法、神经网络分类和支撑向量机分类等。非监督分类包括了迭代自组织方法和k均值方法。分类后处理包括了类别统计、混淆矩阵、多数/少数分析、类的集群、类的筛选分析、类的合并、类的叠加、缓冲区、图像分割以及分类结果矢量化等。（三）变换（Transform） Transform菜单是将栅格数据转换到另外一种数据空间的图像处理方法，通常通过简单或复杂的函数来实现。大多数变换目的是提高信息的表达能力。变换后的图像比原始图像在某些方面更易于解译。 变换的主要方法有：图像锐化；彩色变换、主成分变换、缨帽变换；图像的拉伸，如去相关拉伸、饱和度拉伸等。（四）滤波（Filter） Filter菜单包括卷积、图像形态学、纹理、自适应滤波和频率域的傅里叶滤波，强调滤波核与图像之间的操作。卷积和形态学滤波在空间域进行。卷积是最常用的图像滤波方法，包括了图像平滑和锐化的主要算法，如中值滤波、拉普拉斯变换等。形态学滤波以图像形态学为基础对图像进行处理，如膨胀和腐蚀运算。纹理从图像中提取纹理信息，包括同生测度(occurrence)和共生测度 (co-occurrence)。自适应滤波器主要用来处理雷达图像，其特点是在抑制噪声的同时保留了图像的边界信息和细节。傅里叶滤波在频率域对图像进行滤波，主要用来提取或去除图像中的周期成分。（五）波谱工具（Spectral） ENVI为多光谱和高光谱图像以及其他波谱数据的分析提供了专用工具。这些工具包括：波谱库的构建、重采样和浏览；波谱分割；波谱运算；波谱端元的判断；波谱数据的N维可视化；波谱分类；线性波谱分离；匹配滤波；包络线去除以及波谱特征拟合等。（六）配准与镶嵌（Map） Map菜单包括：图像的配准、正射投影、几何校正和图像镶嵌、地图坐标和投影转换、用户自定义投影、转换ASCII坐标、连接外接的GPS等。（七）矢量工具（Vector）Vector菜单包括：打开矢量文件、管理矢量文件、将栅格图像(包括分类图像)转化为ENVI矢量文件，不规则点数据的栅格化，将ENVI矢量文件(EVF)、注记文件(ANN)以及感兴趣区(ROI)转化为DXF格式的文件，数字化等。（八）地形工具（Topographic） Topographic菜单用来对数字高程数据进行分析。例如，计算坡度、坡向和不同的曲率值；生成一幅图像显示河道、山脊、山峰、沟谷、平原。使用创建山区阴影图像(Create Hill Shade Image)功能可以将一幅彩色遥感图像和一幅阴影图像(DEM产生)结合起来生成一幅山区阴影图像。相关的操作包括替换数字高程数据中的坏值、不规则数据的栅格化、转换等高线为DEM、地形数据(覆盖了矢量或彩色图像)的3-D浏览等。（九）雷达工具（Radar） ENVI为分析探测雷达图像以及SAR系统 (如JPL的极化偏振AIRSAR与SIR-C系统等)提供了标准化的工具。这些工具可以对ERS-l、JERS-l、RADARSAT、SIR-C、X-SAR和AIRSAR数据以及其他方式探测到的SAR数据进行处理。此外，ENVI也可以处理CEOS格式的雷达数据(包括来自其他雷达系统的CEOS格式数据)。 多数ENVI处理功能本身就包含了雷达数据的处理能力，如所有的显示功能、拉伸、颜色处理、分类、配准、滤波、几何校正等。另外，ENVI还提供了分析极化雷达数据的工具。（十）窗口（Window） Window菜单管理ENVI显示和绘图窗口，包括打开新窗口、窗口最大化、窗口间链接显示、关闭窗口、使用该工具访问可用波段列表和可用矢量列表。Window菜单的功能还包括：浏览显示窗口的信息、浏览显示图像中光标位置和像元值、从显示窗口中收集点、打开窗口查找工具、显示鼠标的按钮信息等。（十一）帮助（Help） ENVI提供了很好的帮助系统，可以很方便地按照关键词查找帮助内容。可以对感兴趣的内容设置书签，以便于将来阅读。 点击主菜单“Help”-“Start ENVI help”，阅读帮助文件。从“index” 输入“display images”，查看帮助信息。实验一 图像处理基本操作一、目的和要求【目的】熟悉ENVI中的基本图像处理操作。【要求】（1）能够按照工作要求进行ENVI设置；（2）能够根据图像的信息修改图像的头文件；（3）掌握基本操作：图像合并，头文件编辑，多窗口连接，图像剪裁等。【数据】TM图像数据。二、实验内容（一）ENVI文件菜单使用本实验需要的功能主要包括在主菜单File(文件)中。EVNI的文件菜单包括功能较多，其中最重要有以下几项。1、打开、转入图像，将图像保存为其他格式的数据。 ENVI按照四个类别选择图像：（1）卫星和传感器。（2）特殊格式。（3）常用遥感图像处理软件（IP Software）格式。（4）通用格式（Generic Formats）。2、编辑图像头文件。3、与IDL进行数据交换。将图像转出为IDL矩阵，经IDL处理后再返回到ENVI中。通过该功能可以很容易地扩充ENVI功能。4、保存当前的工作为宏，并在下次工作前打开使用。该功能用来保留上次的工作状态，类似的功能有Mapinfo软件的保存工作空间。所有上次工作中打开的窗口，运行该宏后均能恢复。注意：保存在内存中的数据不可以恢复。5、系统设置（Preferences）.（二）设置ENVI1、目录设置。包括数据文件、临时文件和输出文件的目录。 单击菜单 File-Preferences，点击“Default Directories”。具体设置在那个盘符，视具体情况而定。例如：D:遥感图像处理实验实验数据、D:遥感图像处理实验临时文件、D:遥感图像处理实验输出文件。2、背景设置。将背景色设设置为白色，前景色设置为黑色，可以便于拷屏保存处理结果。 单击Plot Defaults。右键点击a处，选择Items l:2O White。右键点击b处，选择1：20 Black。 ENVI中的所有颜色选择，均使用上述操作方式。 3、其他设置。包括页面的单位，设置为公制单位；内存分配，按照计算机的内存大小进行设置。Cache size：图像缓存。与计算机内存有关，对于2G内存以上用户，建议不少于512M。Image tile size：图块大小。图像按照块运行处理，实际工作中，要根据计算机可用内存大小、图像像素大小等参数设置，请参见软件在线帮助（检索关键词“tile size”）。特别注意“display defaults”中的设置。注意“zoom window interpolation”中使用“最近邻”采样，以保证窗口图像内容与原始图像的最大相似性。注意：默认显示的拉伸为2%，用以增强显示效果。（三）图像显示 经过ENVI设置后，数据目录为：D:遥感图像处理实验实验数据。该目录拷贝了实验数据。基本的实验数据是南京TM图像的一部分:包括b1、b2、b7等7个文件，分辨率600600，二进制存储。1、打开数据文件 File Open Image File ，选择b1，在对话框中输入各项参数。输入完成后显示头信息窗口。重复打开b2b7。设置正确后，在图像文件所在的目录将生成头文件*.hdr。 2、查看图像头文件信息图像头信息保存在头文件中，头文件是一个文本文件，可通过两种方式查看：（1）在ENVI中打开通过主菜单File edit ENVI header，或直接在Available Band窗口，右键点击图像名称，点击Edit Header。操作后显示头信息（Header Info窗口。头信息窗口下面是注释信息，可以自己修改。目前信息为“File Imported inti ENVI”。在Available Band.窗口下面给出图像分辨率和格式信息：分辨率显示为 列数行数，图像格式为BSQ，每个波段为一个数据块。（2）使用notepad等文字编辑工具打开 将头文件拖到文字编辑工具就可以显示头文件的内容。其中Unknown需要通过编辑头文件进行修改。 窗口中，有许多的数据项需要填写。其中，最重要的几项：波段名称、波长、像素大小、传感器类型和数据中忽略的值（一般忽略0，该项对干图像的统计很重要）。这些数据项的编辑工作在其他练习进行。3、显示图像（Available Bands List）如果该窗口关闭，可以通过主菜单Window Available Bands List 打开。图像有两种显示方式：单色显示和RGB合成显示。 单色显示：点击Gray Scale，点击波段，点击Load Band。 RGB合成显示：点击RGB Color，依次点击三个波段作为R、G、B通道对应的数据，点击Load Band。如果要调整RGB顺序，例如，将G对应的波段改为4，操作为：点击G，点击波段4。合成显示的各个波段的行列数（分辨率）必须完全相同。 按照 (3，2，1)方式进行RGB合成方式显示:点击RGB Color，点击R，顺序点击3，2，1，点击Load Band，显示图像合成的结果 (见上右图)。以后凡是RGB合成方式显示，均按照上述操作过程完成。4、ENVI显示窗口系统默认的是三窗口图像显示模式。（1）Scroll全景窗口。 下左窗口，显示所有的图像信息。像素是原始图像重采样的结果。（2）Image图像窗口。 上面窗口，按照1:1像素方式显示图像 (屏幕上的一个点对应图像中的一个像素)。只能显示Scroll窗口中的局部范围图像。（3）Zoom放大窗口。 下右窗口，放大显示Image中的部分区域。放大的倍数显示在窗口的标题中，例如上图为4倍放大。 点击Zoom窗口左下方的第三个框，可以打开或关闭“+”字线。单击“+”或“-”号进行图像的放大或缩小。（四）窗口连接 多窗口连接是ENVI的一个强大的功能。可以同时打开多个窗口，每个窗口显示不同的内容或不同的图像合成结果，然后通过像素坐标和地理坐标进行连接显示。在一个窗口中移动光标位置，其他窗口中的内容也自动更新显示为对应的位置。 窗口连接：连接多个图像显示窗口，同步显示图像数据。 在新窗口中单色显示b4波段：在Available Band. 窗口点击窗口下部的Display #l，点击New Display。点击Gray Scale，点击b4，Load Band。 （主菜单：ENVI独立的菜单条；窗口菜单：窗口顶部的菜单条）在新窗口打开图像，均指如上操作。 当前的窗口状态：#1窗口为 (3，2，1)合成图像显示，#2是b4单色显示。连接窗口#1和#2。点击#l窗口菜单Tools Link Link Displays.，显示Link Displays窗口。选择#1和#2的显示Yes，动态叠加显示为On。 连接后的窗口见下图。在一个窗口中移动红色的矩形框 (选框)，另外一个窗口的矩形框会移动到相同的位置。在#l的红色矩形框外单击，会叠加显示#2窗口图像。 在红色的矩形窗口内双击，显示光标位置的图像信息。（五）窗口图像保存保存窗口#l显示的图像为GeoTIFF格式。在#1窗，点击窗口菜单：File Save Image As Image File.。 执行后，显示窗口：输出显示到图像文件 (Output Display to Image File)。点击选择输出文件类型为：TIFF/GeoTIFF。点击Choose，选择目录并输入文件名保存。 如果将图像文件保存为TFF/GeoTIFF格式，请使用主菜单文件菜单下的“保存文件为”子菜单。（六）图像合并 将具有相同行列的单个图像文件合并为一个图像文件。某些图像处理要求所有的波段保存在一个文件中。 操作：主菜单File Save File as ENVI Standard。在显示的New File Builder窗口中，点击“Import File.”，选择bl，.，b7。 单击“Reorder Files.”，出现文件排序Reorder Files窗口。使用鼠标左键选择波段名称然后上下拖放进行排序，使得从1-7分别对应bl，.，b7，确定。输出的文件名为AA，确定。AA是以后各次实验用的图像文件名称。（七）关闭文件在“Available Bands List”窗口，点击：File Close All Files。注意：关闭显示窗口，并没有关闭文件。要关闭文件必须使用上述操作。（八）编辑头文件 编辑图像“AA”头文件。 操作：显示头信息窗口，在头信息窗口点击“编辑属性”。 输入如下信息： 波段名称：bl，b2，b3，b4，b5，b6，b7。 波长：取波段的中心波长值，分别为：478.700，561.000，661.400，834.600，1650.000，11500.000，2208.000。使用纳米作为波长单位。 像素大小：b6为 120米，其余为 30米。 传感器类型：Landsat TM。 数据中忽略值：0值。根据图像内容确定此值，其对图像显示影响大。（见下图）。注意：图像头文件中“数据中忽略值”一项参数很重要，影响着图像的显示和统计的结果！在获取的图像中，是不会有0值的。但是处理变换后的图像可能有0值。必须根据图像数据本身的数值范围进行设定。（九）图像剪裁 将图像的局部空间或波段剪裁出来，保存为单独的文件，分别称为创建空间子集和创建光谱子集。实验：将玄武湖范围的1-4波段数据剪裁保存为新文件。操作：关闭所有窗口。单色显示第4波段。剪裁操作：点击主菜单 Basic Tools Resize Data。在出现的输入文件窗口(Resize Data Input File)中，选择AA。1、空间范围剪裁点击空间子集 (Select Spatial Subset)。 剪裁可以：（1）基于显示的图像Image，在图像上确定矩形范围；（2）打开的己有文件File；（3）其他的矢量文件ROI/EVF。这里使用方式（1）。单击按钮Image，出现窗口“利用图像创建子集 (Subset by Image)”，其中的红框为剪裁后的图像范围。左键单击红框中间移动位置。单击红框的四个角拉伸框的范围。 移动到玄武湖周围，拉伸红框确定范围。输入需要的数据行数和列数。单击确定返回到Resize Data Input File窗口。2、光谱范围剪裁 在Resize Data Input File窗口，单击光谱子集 (Spectral Subset)按钮。在出现的文件光谱子集 (File Spectral Subset)窗口，使用Shift + 鼠标左键选择要保留的波段，确定。在Resize Data Input File窗口，单击确定。 窗口中的几个参数，在学习完几何纠正后会有更好的理解。现在使用默认的参数。 保存输出结果到文件中：AA_XWH。（十）改变图像大小 可以通过重采样来改变图像的大小。对于图像AA，将空间分辨率分别重采样到20米和60米。 菜单：主菜单Basic Tools Resize Data。选择图像AA，确定后，出现改变数据大小参数 (Resize Data Parameters) 窗口，单击其中的按钮：Set Output Dims by Pixel Size.。 如果你看到输出的X和Y的像素大小为1米，那么请退出本操作，设置头文件中的像素大小参数、然后重复上述步骤。像素大小应该为30米。 对于20米，输入X和Y的大小分别为20米，确定。（见下左图） 注意Resize Data Parameters窗口中的xfac和yfac参数的变化和图像行列数的变化。保存结果到内存中。重复上述过程，重采样为60米。（下右图） 思考：使用不同的空间分辨率进行重采样后，图像发生了什么变化？（十一）查看帮助信息 点击主菜单 “Help” “Start ENVI help”，阅读帮助文件。从“index”中，输入“display images”，查看帮助信息。 输入“TM”，查看相关的帮助信息。三、问题 （1）实验图像AA数据包括几个波段？各波段数据有什么特点？如何查看这些信息？ （2）本实验光盘中图像“BKmoon.bmp”包括几个波段？各波段数据有什么特点？ （3）本实验光盘中图像“南海之滨.bmp”包括几个波段？各波段数据有什么特点？ （4）问题 (2)、(3)的两个图像与AA图像的差异是什么？ （5）如何连接多个显示窗口？为什么要进行连接显示？ （6）如何将多个单独的图像文件合并为一个数据文件？文件合并的前提条件是什么？ （7）如何将图像窗口显示的图像保存为GeoTIFF格式？如何将图像文件另存为GeoTIFF格式？ （8）图像头文件信息的作用是什么？如何编辑图像头文件中的信息？ （9）如何进行图像的剪裁？ENVI中有哪些图像的剪裁方式？实验二 图像合成和显示增强一、目的和要求【目的】掌握图像合成和显示增强的基本方法，理解存储的图像数据与显示的图像数据之间的差异。【要求】根据图像中的地物特征进行图像合成显示、拉伸、图像均衡化等显示增强操作；理解直方图的含义，能熟练地利用直方图进行多波段的图像显示拉伸增强处理。【数据】TM图像数据。上次实验合并后的图像数据文件AA。二、实验内容（一）图像合成 数据：图像AA。 图像合成方法：伪彩色合成、彩色合成两种方式。其中彩色合成包括:真彩色合成、假彩色合成、模拟真彩色合成。模拟真彩色合成将在图像变换部分进行实验。 操作：使用 (4，3，2)进行RGB合成显示图像。图像窗口为#1。移动图像窗口的红色选框到玄武湖，将光标“+”字放在红框内，双击，显示光标位置窗口。该窗口中出现了Scrn（被拉伸的图像）和Data（原始数据），二者后面的RGB的值是不同的（Scrn和Data两个值分别是什么含义？为什么不同？）。 1、伪彩色合成 在新的窗口显示第4波段图像，窗口为#2。 菜单：窗口菜单 Tools Color Mapping Density Slice.，选择Band 4，确定。 在“Densit