ENVI实验指导 - 图文

《ENVI遥感图像处理与分析》

实验指导书

适用专业：遥感科学与技术

二O一一年五月

前 言

本课程主要是使学生在掌握遥感数字图像原理的基础上，学会相关图像处理软件的应用，从而进一步巩固在理论课学习中所掌握的知识。

为使学生更好地理解和深刻地把握这些知识，必须通过对软件的操作训练，以培养综合运用数字图像解决实际问题的能力。本课程实验全为综合性实验。

ENVI是一个完善的数字图像处理系统，它具有全面分析卫星和航空遥感影像的能力，它能在各种计算机操作平台上提供强大新颖的友好界面，显示和分析任何数据尺寸和类型的影像。

为培养学生较强的动手能力，掌握不同的专业图像处理系统，有助于学生对专业知识的灵活运用。通过《遥感原理与方法》与《遥感数字图像处理》课程的学习和，同学门在对数字图像的理解上已有了一定有掌握，在此基础上，通过对ENVI的学习，将基本能解决一般的数字图像处理问题。为今后从事相关工作打下良的理论与实践基础。

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目 录

实验一 ENVI基本功能 ................................................................................................................................ 1

一、实验目的 ......................................................................................................................................... 1 二、实验内容 ......................................................................................................................................... 1 三、实验原理、方法和手段 ................................................................................................................. 1 四、实验组织运行要求 ......................................................................................................................... 1 五、实验条件 ......................................................................................................................................... 1 六、实验步骤 ......................................................................................................................................... 1

启动ENVI ...................................................................................................................................... 1 打开影像文件 ................................................................................................................................. 2 熟悉显示窗口 ................................................................................................................................. 2 鼠标键的使用方法 ......................................................................................................................... 4 显示影像剖面廓线 ......................................................................................................................... 4 进行快速对比度拉伸 ..................................................................................................................... 6 显示交互式的散点图 ..................................................................................................................... 6 加载一幅彩色影像 ......................................................................................................................... 7 链接两个显示窗口 ......................................................................................................................... 7 选择感兴趣区 ................................................................................................................................. 8 对影像进行注记 ........................................................................................................................... 10 添加网格 ....................................................................................................................................... 10 七、思考题 ........................................................................................................................................... 10 实验二 全色影像和矢量叠合显示 ............................................................................................................. 11

一、实验目的 ....................................................................................................................................... 11 二、实验内容 ....................................................................................................................................... 11 三、实验原理、方法和手段 ............................................................................................................... 11 四、实验组织运行要求 ....................................................................................................................... 11 五、实验条件 ....................................................................................................................................... 11 六、实验步骤 ....................................................................................................................................... 12

打开一个全色（SPOT）影像文件 ............................................................................................. 12 进行交互式的对比度拉伸 ........................................................................................................... 13 彩色制图 ....................................................................................................................................... 15 像素定位器 ................................................................................................................................... 15 显示光标位置处的地理坐标 ....................................................................................................... 15 交互式滤波处理 ........................................................................................................................... 16 查看GeoSpot地图信息 ............................................................................................................... 16 打开并叠合DXF矢量文件 ......................................................................................................... 17 基本地图制图 ............................................................................................................................... 19 保存和输出影像 ........................................................................................................................... 20 七、思考题 ........................................................................................................................................... 20 实验三 影像地理坐标定位和配准 ............................................................................................................. 21

一、实验目的 ....................................................................................................................................... 21 二、实验内容 ....................................................................................................................................... 21

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三、实验原理、方法和手段 ............................................................................................................... 21 四、实验组织运行要求 ....................................................................................................................... 22 五、实验条件 ....................................................................................................................................... 22 六、实验步骤 ....................................................................................................................................... 23 （一）带地理坐标的数据和影像地图 ............................................................................................... 23

打开并显示SPOT数据 ............................................................................................................... 23 修改ENVI头文件中的地图信息 ............................................................................................... 23 光标位置/值 .................................................................................................................................. 24 叠合地图公里网 ........................................................................................................................... 24 叠合地图注记 ............................................................................................................................... 25 输出到影像或Postscript文件 ..................................................................................................... 26 （二）影像到影像的配准 ................................................................................................................... 26

打开并显示Landsat TM影像文件 ............................................................................................. 26 显示光标位置/值 .......................................................................................................................... 26 开始进行影像配准并加载地面控制点 ....................................................................................... 26 校正影像 ....................................................................................................................................... 27 （三）影像到地图的配准 ................................................................................................................... 28 （四）对不同分辨率的带地理坐标的数据集进行HSV融合 ........................................................... 28

分别打开TM与SPOT影像 ....................................................................................................... 28 进行HSV变换融合 ..................................................................................................................... 28

实验四 基于影像自带几何信息的地理坐标定位 ..................................................................................... 28

一、实验目的 ....................................................................................................................................... 28 二、实验内容 ....................................................................................................................................... 29 三、实验原理、方法和手段 ............................................................................................................... 29 四、实验组织运行要求 ....................................................................................................................... 30 五、实验条件 ....................................................................................................................................... 30 六、实验步骤 ....................................................................................................................................... 30

打开并显示HyMap数据 ............................................................................................................. 30 查看未校正影像特征 ................................................................................................................... 30 查看IGM文件 ............................................................................................................................. 31 使用IGM文件对影像进行几何校正 ......................................................................................... 31 查看GLT文件 ............................................................................................................................. 32 使用GLT文件对影像进行几何纠正.......................................................................................... 32 使用地图投影创建GLT .............................................................................................................. 32

实验五 多光谱遥感影像分类 ..................................................................................................................... 34

一、实验目的 ....................................................................................................................................... 34 二、实验内容 ....................................................................................................................................... 34 三、实验原理、方法和手段 ............................................................................................................... 34

非监督分类 ................................................................................................................................... 34 经典的多光谱监督分类 ............................................................................................................... 34 波谱分类方法 ............................................................................................................................... 35 分类后处理 ................................................................................................................................... 36 四、实验组织运行要求 ....................................................................................................................... 36 五、实验条件 ....................................................................................................................................... 36

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六、实验步骤 ....................................................................................................................................... 37

打开影像 ....................................................................................................................................... 37 查看影像颜色 ............................................................................................................................... 37 光标位置/值 .................................................................................................................................. 38 查看波谱曲线 ............................................................................................................................... 38 非监督法分类 ............................................................................................................................... 38 监督法分类 ................................................................................................................................... 40 波谱分类方法 ............................................................................................................................... 42 分类后处理 ................................................................................................................................... 44 将类转换为矢量层 ....................................................................................................................... 46 使用注记功能添加分类图例 ....................................................................................................... 47

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实验一 ENVI基本功能

实验学时：6学时 实验类型：验证性 实验要求：必修

一、实验目的

了解ENVI基本信息、基本概念及其主要特性。对ENVI操作界面有一个基本的熟悉，对各菜单功能有一个初步了解，为后面的实验作好准备。

二、实验内容

本实验主要涉及数字图像的概念、光谱的概念、影像数据波段的概念、假彩色合成的概念、直方图的概念等。

三、实验原理、方法和手段

软件的熟悉。学生可自行阅读帮助文件学习。

四、实验组织运行要求

集中授课方式。学生可自行摸索软件结构、菜单组成、功能等。

五、实验条件

微型计算机，ENVI软件，实验数据。

六、实验步骤

启动ENVI

双击ENVI图标，成功打ENVI后，其主菜单会出现在屏幕上。如下图

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打开影像文件

要打开一个影像文件：

1、选择File→Open Image File。屏幕弹出对话框“Enter Input Data File”。

2、选择进入envidsta目录中的can_tm子目录，从列表中选择can_tmr.img文件然后点击OK。随即弹出可用波段列表（Available Band List）。在列表中可以选择特定的光谱波段显示影像或者对其进行处理。此时就可以选择打开灰阶影像或RGB彩色影像了。

3、使用鼠标左键点击对话框中所列波段名，选中某个影像波段。所选波段会在标有“Selected Band”的区域中显示出来。

4、点击Load Band，将影像加载到一个新的显示窗口中。

打开的影像窗口有三个，包括主图像窗口（Image Window）、滚动窗口（Scroll Window）、缩放窗口（Zoom window）。

三个窗口都有各自的快捷菜单，以进行常规的显示设置和使用交互式的功能。

熟悉显示窗口

以上三个显示窗口相互关联，改变其中任何窗口都会对另外两个窗口产生影响。 同学可在打开的影像窗口中尝试作以下操作： ? 拖动缩放指示矩形框；

? 使用快捷菜单，可通过点击鼠标右键来完成； ? 放大、缩小或漫游影像； ? 滚动影像； ? 调整窗口大小；

主影像窗口和缩放影像窗口都有可供选择的滚动条，它提供了另一种可替代的方法，来移动影

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像。a）要在任意一个窗口中加入或取消滚动条，可以在该窗口中点击鼠标右键，并选择Toggle →Display Scroll Bars或者Toggle →Zoom Scroll Bars 。b)要设置默认情况下，任意一个窗口是否自动的带的滚动条，可以在ENVI主菜单上，选择File→Preferences，并点击Display Defaults标签，然后使用箭头切换按钮来改变相应的设置。 ? 改变显示组显示方式

你可以改变显示窗口的组合及其位置。

? 要改变当前显赤窗口的组合，可以在任意显示窗口中，点击鼠标右键，并在Display Window

Style子菜单中选择某种组合方式。

? 要改变显示类型的默认设置，可以在ENVI主菜单中选择File→Preferences，并点击

Display Default标签，然后在Display Window Style菜单中选择合适的窗口组合类型。 ? 要改变当前所显示的滚动窗口的位置，可以在任意窗口中，点击鼠标右键，并在

Scroll/Zoom Position 子菜单中来进行选择。

? 要改变滚动窗口和缩放窗口的默认位置，可以在ENVI主菜单中选择File→preferences，

并点击Display Default 标签，然后在Scroll/Zoom Position 和Zoom Position菜单中进行选择。

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鼠标键的使用方法

ENVI有许多交互式的功能，对于每个不同功能，鼠标键的组合和作用都不同。Mouse Button Descriptions对话框将告诉你在每个图形窗口中鼠标键的功能。

? 要打开Mouse Button Descriptions对话框，可以从主影像窗口菜单栏或者从ENVI主菜单栏中

选择Window →Mouse Button Descriptions

现在，只要你的鼠标光标出现在ENVI显示窗口或者图形窗口中，鼠标键的功能就会出现在对话框中。MB1代表鼠标左键，MB2代表鼠标中键，MB3代表鼠标右键。

显示光标位置

? 要显示鼠标光标的位置和值，可以从主影像窗口菜单栏或者从ENVI主菜单栏中选择

Window→Cursor Location/Value，或者在主动脉影像窗口中点击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择Cursor Location/Value。接着屏幕上出现的Cursor Location/Value对话框将显示出光标在方影像窗口、滚动窗口或者缩放窗口中的位置（如下图）。该对话框还显示了十字丝光标所对应的那个像素的屏幕值（颜色）和实际数据值。 ? 要关闭这个对话框，可以在Cursor

Location/Value对话框顶部的菜单中，选择File→Cancel。

? 一旦Cursor Location/Value对话框打开后，

要隐藏或者显示该对话框，可以在主影像窗口中双击鼠标左键。

显示影像剖面廓线

可以交互式地选择和显示X轴（水平）、Y轴（垂直）和Z轴（波谱）的剖面廓线图。这些剖面廓线图显示了穿过影像的横线（X）、纵线（Y）或者波谱波段（Z）的数据值。

从主图像窗口菜单栏中，可作以下操作：Tools → Profile → X Profile → Y Profile → Z Profile

分别显示数据值与列号（sample number）之间的关系曲线图；数据值与行号（line number）之间的关系曲线图；波谱剖面廓线图。

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进行快速对比度拉伸

你可以使用主图像窗口、缩放窗口或者滚动窗口中的默认参数和数据来进行快速对比度拉伸。 Enhance菜单中可进行各种各样的对比度拉伸：线性拉伸，0-255之间的线性拉伸，2%的线性拉伸，高斯拉伸，均衡化拉伸以及平方根拉伸。

显示交互式的散点图

ENVI可以绘制出两个所选影像波段的数值关系图，即分别选定这两个波段为X、Y轴，在平面坐标上绘制两者的散点图。

1、在主图像窗口菜单栏中，选择Tools → 2D Scatter Plots。接着Scatter Plot Band Choice对话框就会出现在屏幕上，在该对话框中选择要进行比较的两个影像波段。

2、选择其中一个波段作为X轴，另一个波段作为Y轴，然后点击OK。 3、一旦打开了散点图绘制窗口，就可以将鼠标光标放在主图像窗口中任意位置，并可以按住鼠标中键来拖动光标。此时，十字丝光标周围10×10范围内的像素在散点图中所对应的点将会用红色突出显示出来。

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加载一幅彩色影像

从可用波段列表中通过RGB对应选择波段进行假彩色合成影像。

链接两个显示窗口

将两个显示窗口链接在一起进行比较。当把两个显示窗口链接在一起后，在一个显示窗口中所进行的任何操作，都会在与其相链接的显示窗口中产生相同的响应。要将两个显示窗口链接在一起，操作如下：

主图像窗口中Tools → Link → Link Displys，或点击右键，在弹出的快捷菜单中选Link Displys。 动态叠加

鼠标中键选择叠加区域，可以在任何时候，点击并拖动鼠标中间键来改变叠加区域大小。作左键显示叠加效果。

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选择感兴趣区

ENVI允许在影像中定义感兴趣区（ROIs）。感兴趣区主要被用于提取分类的统计信息、生成掩膜以及其它一些操作。

主图像窗口中选择Overlay → Region of Interest 要定义一个新感兴趣区，点击NEW Region按钮，可编辑感兴趣区的名字，选择感兴趣区的颜色和填充方式。

感兴趣区的操作处理

在任意影像中，可定义任意多个感兴趣区。

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? 一旦创建了感兴趣区，就可以在表

中列出来；

? 点击Stats按钮，可以查看所选感兴

趣区的统计数据。

? 点击Grow按钮，使用一个特定的阀

值把感兴趣区“生长”到邻近的像素。

? 点击Pixel按钮，可以将多边形、椭

圆、矩形以及折线进行“像素化”。像素化后目标就变成是可编辑点的集合。

? 点击Delete按钮，将会把所选的感

兴区从列表中永久性地消除。 ? ROI Tool对话框顶部的其它按钮和

下拉菜单中的选项，可以用于计算

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感兴趣区的均值、保存感兴趣区的定义、载入已存的感兴趣区、显示或者删除列表中的所有感兴趣区的定义。

对影像进行注记

ENVI灵活的注记功能，允许在地图和影像中加入文本、多边形、色标条以及其它的一些符号注记。 1、要对一幅影像进行注记，可以从主影像菜单中选择Overlay → Annotation。接着与主影像窗口相对应的Annotation：Text对话框就会出现在屏幕上（下图）。

2、要对绘制图、3-D表面以及相似的对象进行注记，可以从绘制窗口的菜单栏中选择Options → Annotation。

添加网格

尝试在影像中添加公里网。

1、要在影像中叠加公里网信息，可以在主影像窗口中选择Overlay → Grid Lines。这将打开Grid Line Parameters对话框。 注意：当给影像叠加公里网时，影像的边框也会自动添加进来。

2、在Grid Line Parameters 对话框中，选择Options → Edit Pixel Grid Attributes 对话框，设置公里网的线宽、颜色和公里网间隔，来修改公里网的属性。

3、在Edit Pixel Grid Attributes 对话框中，可以改变公里网标注、格网线、矩形边框和交叉角的颜色、宽度以及公里网间隔。完成了这些属性设

置后，点击Edit Pixel Grid Attributes 对话框的OK按钮，将所做的更改应用到影像中。

4、当对所有的方里网满意后，点击Grid Line Parameters 对话框中的Apply按钮。

其它保存、输出等请同学门自行操作。

七、思考题

谈谈你对ENVI系统的初步认识。

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实验二 全色影像和矢量叠合显示

实验学时：6学时 实验类型：验证性 实验要求：必修

一、实验目的

通过使用ENVI对SPOT全色影像数据的处理，使学生掌握ENVI的基本操作，探究ENV的主要功能：如拉伸、彩色分割、地理定位、矢量叠合等。

二、实验内容

本实验主要涉及遥感图像处理中一些基本增强功能，通过实验进一步掌握这类处理的理论原理。

三、实验原理、方法和手段

ENVI选项中的任何一个使用系统默认的参数，提供基于主图像窗口数据 “[Image]”、二次抽样的滚动窗口数据 “[Scroll]” 或缩放窗口 “[Zoom]” 数据的 “Quick” 拉伸，而不用用户交互。

Quick Linear 拉伸使用数据的最小和最大值执行线性对比度拉伸（不裁剪）。这对于只有少数数据值的图像特别有用，这时裁剪可以饱和所有的值。Quick 2% 选项提供线性拉伸时，在显示数据的两端进行了 2% 裁剪。Quick Gaussian 使用 DN 127 的均值 和三个标准差，应用 Gaussian 拉伸。Quick Equalization 拉伸应用被显示数据的直方图均衡化拉伸。Quick Square Root 拉伸取输入的直方图的平方根，然后再应用线性拉伸。

四、实验组织运行要求

集中授课方式。学生可自行摸索软件结构、菜单组成、功能等。

五、实验条件

微型计算机，ENVI软件。 实验数据：路径envidata/enfidavi

文件 描述 11

enfidavi.bil enfidavi.hdr enfidavi.dsc enfidavi.rep enfidavi.rsc dxf.txt alti.dxf energy.dxf hydro.dxf industry.dxf physio.dxf popu.dxf transport.dxf copyrite.txt

Enfidaville,Tunisia地区的SPOT全色影像 ENVI相应的头文件 GeoSpot体描述文件 GeoSpot报表文件（REP/B：GEOSPOT结构） GeoSpot栅格源描述文件 DXF编码描述文件 Spot高程DXF矢量文件 石油和天燃气管道的DXF矢量文件 水文地形的DXF矢量文件 工业区的DXF矢量文件 地形的DXF矢量文件 城市特征（人口中心）的矢量文件 交通网的DXF矢量文件 数据版权声明 六、实验步骤

打开一个全色（SPOT）影像文件

1、File → Open Image File ，Enter Input Data File 文件选择对话框会出现在屏幕上。

2、选择#1 envidata 目录中的enfidavi 子目录，从列表中选择enfidavi.bil文件，然后点击“打开”。

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进行交互式的对比度拉伸

交互式对比度拉伸将显示出影像的直方图，它允许交互地调整所显示影像的对比度，并可以进行多种类型的对比度拉伸。在默认的情况下，当数据被第一次显示时，将进行2%的线性拉伸。

? 要访问ENVI交互式的对比度拉伸功能，可以从主图像窗口菜单栏中，选择Enhance →

Interactive Stretching 。

显示波段所对应的交互式拉伸（Interactive Stretching）对话出现在屏幕上。这个对话框允许改

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变所显示影像的对比度（下图）。两幅直方图显示了输入影像（左）和经过对比度拉伸后的影像（右）的彩色或灰阶范围。

线性对比度拉伸

1、主图像窗口中，选择Enhance → Interactive Stretching。出现Interactive Stretching 。

2、选择 Stretch_Type → Linear。

3、将鼠标指针放在左边那条线上，按下鼠标左键，可以将该直线从一侧拖致力到另一侧。 当按下鼠标左键，拖动虚线时，将会有一些数字出现在对话框的状态栏中。不管什么时候直方图上点击鼠标左键，状态栏上都会显示出当前的像素值、具有该值的像素个数、像素个数所占的百分比，以及小于或等于当前像素值的累积像素百分比。

4、自动地应用该变化可能会即刻显示拉伸效果。从Interactive Stretching 对话框中，选择Options → Auto Apply On。

如果希望直到完成了所有参数设置后，再应用该变化，那么可以选择Options → Auto Apply Off，然后使用对话框中的Apply按钮，手动地应用拉伸并观察结果。

5、尝试将左边的虚线移动到累积像素百分比大致接近5%的位置，将右边的移到95%位置。 6、左边文本框中输入4%，右边文本框中输入96%，显示结果并观察。 均衡化对比拉伸

1、选择Stretch_Type → Equalization，注意对话框中Output Histogram绘制图的变化。 2、若选择 Options → Auto Apply On，可以选择将拉伸自动地应用到影像显示窗口中。若想手动应用，则只需作Options → Auto Apply Off 操作，然后用Apply按钮显示结果。

高斯对比度拉伸

1、从Interactive Stretching 对话框中，选择Stretch_Type → Gaussian。 2、Options → Set Gaussian Stdv，设置标准差。

3、Set Gaussian Stdv 对话框出现在屏幕上，然后可以调整标准差，当新的设置应用于影像显示窗口中后，观察拉伸的效果。

4、若选择 Options → Auto Apply On，可以选择将拉伸自动地应用到影像显示窗口中。若想手动应用，则只需作Options → Auto Apply Off 操作，然后用Apply按钮显示结果。

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彩色制图

ENVI为灰附图像进行快速彩色分割（color slicing）处理提供了工具。

1、主图像：Tool → color Mapping → ENVI Color Table，出现ENVI Color Table对话框。 2、通过向前向后滑动Stretch Bottom 和Stretch Top滑块，对所显示的影像进行快速拉伸，然后观察拉伸后的影像。

3、点击ENVI Color Table对话框的Color Table列表中所列的某些彩色表名称，然后观察彩色编码后的影像。

4、在ENVI Color Table对话框中，选择Options → Reset Color Table ,返回到[初始的拉伸和灰阶颜色表设置。

像素定位器

Pixel Locator 对话框可以提取出光标所在的位置，以及所选像素的屏幕值和数据值。 1、主图像窗口，Tool → Pixel Locator ,打开Pixel Locator对话框。 2、在任何影像窗口移动鼠标光标，观察对话框中当前像素点的位置。

3、使用Proj:/Datum:箭头切换按钮，在真实地图坐标和经纬度地理坐标之间切换。

显示光标位置处的地理坐标

使用ENVI光标位置/值（cursor location/value）功能来查看影像的数据值和地理位置。

主图像窗口：Tool → Cursor Location/Value。或ENVI

主菜单：Window → Cursor Location/Value ，Cursor Location/Value对话框出现在屏幕上。

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交互式滤波处理

ENVI给用户提供了对影像显示窗口进行一些预定义或者自定义的滤波处理能力（对文件进行滤波处理也可以达到这种效果，它可以通过ENVI主菜单中的Filter菜单来访问）。下面将展示如何对主影像窗口中的影像进行预定义的滤波处理。

选择滤波

主图像窗口：Enhance → Filter，并从下拉菜单中，选择所需的滤波类型，然后将该滤波应用到所显示的影像上。

尝试对所显示的影像进行不同的锐化、平滑和中值滤波。

在第二个显示窗口中打开影像并应用不同的滤波 1、通过可用波段列表显示第二个显示窗口。 2、在第二个显示窗口影像中作上述操作。可选用不同的滤波与第一个窗口进行比较。

使用动态链接比较影像

Tool → Link → Link Display ,OK

查看GeoSpot地图信息

要查看ENVI头文件中相应的GeoSpot地图信息：

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1、在可用波段列表中，用鼠标右键点击enfidavi.bil

文件名下的Map Info图标，并从快捷菜单中选择Edit Map Information。接着Edit Map Information 对话框就会出现在屏幕上（上图）。

2、注意，这里的数据采用的是UTM投影，Zone为32，使用了NAD27的基准面。

打开并叠合DXF矢量文件

1、主菜单：File → Open Vector File。将跳出Enter DXF Filenames 文件选择对话框。或Vector→ Open Vector File

2、选择envidata#1 /envidata/enfidavi目录下一个*.dxf文件，打开Import Vector File Parameters对话框（左图）。

所有被打开的矢量文件都列在对话框中Selected Input Files列表中。

3、当Import Vector File Parameters对话框进行到中途时，会出现一个投影选择表。在Native File Projection列表中，点击 UTM。这表示导入的矢量数据采用的是该种地图投影坐标。

4、点击Datum按钮，打开Select Geographic Datum对话框。在列表中选择Mexico（NAD27）基准面，然后点击OK。

5、在Import Vector File Parameters对话框中，输入Zone为32，并击N单选按钮。

6、点击OK加载这个DXF矢量文件，并将它们转变为.evf

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格式（ENVI的矢量文件格式）。

7、可用矢量列表（Available Layers按钮，然后，再点击Load Vector 对话框，该对话框列出了所有

8、从列表中选择Display #1。#1 上，并且它将已加载的矢量层的名字

9、点击#1 Vector Parameter 对

Vector List）对话框中点击Select All Selected按钮。接着就会出现Load 可用的显示窗口。

Vector Parameter对话框出现在屏幕显示出来。

话框中的某个矢量层的名字，在主影像

显示窗中，点击并拖动鼠标左键，在影像中移动光标，同时观察#1 Vector Parameter对话框中所选矢量的地图坐标。

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基本地图制图

添加公里网

在影像中添加公里网：

1、要在影像中叠合公里网，可以在主影像窗口中，选择Overly → Grid Lines。当给影像叠合公里网时，影像的边框也会自动添加进来。

2、可以在Option 下拉菜单中，设置公里网线的宽度、颜色以及公里网的间隔，来调整公里网的显示特征。

3、当加入了一个满意的分里网后，点击Grid Line Parameters对话框中的Apply按钮。

添加地图图例

ENVI可以在地图和影像中加入文本、色标条以及其它的一些符号注记。

1、要对一幅影像进行注记，可以选择 Overlay → Annotation。接着#1 Annotation：Text对话框就会出现在屏幕上。

2、要注记现DXF矢量叠合相对应的地图图例，在#1 Annotation：Text对话框中，选择Object → Map Key 。

3、在对话框中点击Edit Map Key Items 按钮，修改地图图例的参数。接着Map Key Object Definition 对话框就会出现在屏幕上。

4、使用Map Key Object Definition对话框来改变注记的名称、颜色填充方式（对于多边形而言）。然后点击OK返回到#1 Annotation：Text对话框。

5、在#1 Annotation：Text对话框的Background色彩按钮有下拉菜单中，为背景选择一种颜色。 6、点击鼠标左键在主影像窗口中放置地图图例。通过点击鼠标左键或者点击并拖动鼠标，来重新放置地图图例。点击鼠标右键在影像中锁定地图图例的位置。

保存和恢复注记

1、从#1 Annotation：Text对话框的菜单栏中，选择File → Save Annotation，来保存影像注记。 2、在该对话框中，选择File → Restore Annotation，就可以恢复原先保存过的注记文件。

暂时停止使用注记功能

1、要暂时停止注记功能，返回到正常的ENVI操作处理中，在Annotation：Text对话框中，选择

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Off单选按钮。

2、这就使得在不丢失注记的前提下，在显示空口中使用滚动和缩放功能。

3、要重新返回到注记功能，选择Annotation：Text对话框中，相应的要进行注记的窗口所对应的单选按钮。

保存和输出影像

File → Save Image As → Image File。跳出Output Display to Image File对话框。 Outout File Type 下选择TIFE/GeoTIFF格式输出。

七、思考题

1、简要说明各种线性拉伸的数学表达式。 2、简要说明彩色分割的含义。

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实验三 影像地理坐标定位和配准

实验学时：6学时 实验类型：验证性 实验要求：必修

一、实验目的

学会在ENVI中对影像进行地理校正，添加地理坐标，以及如何使用ENVI进行影像到影像的配准和影像到地图的校正。学会使用ENVI生成影像地图的步骤，学会利用全色影像和多光谱影像进行HSV融合的步骤。

二、实验内容

本实验主要涉及遥感图像处理中影像校正、配准功能，通过实验进一步掌握这类处理的理论原理。

三、实验原理、方法和手段

ENVI对带地理坐标的影像提供了全面的支持，它能够对许多预定义的地图投影进行处理，这些地图投影可以采用UTM或State Plane投影方式。此外，ENVI的用户自定义地图投影像功能能够创建自定义的地图投，它允许使用6种基本投影类型，超过35种的不同椭球体以及时100多种的基准数据集（Datum），来满足大多数地图投影的需要。

ENVI地图投影像参数存储在一个ASCⅡ文本文件map_proj.txt中，该文本文件能够被ENVI地图投影工具修改，或者直接被用户编辑。这个文件中的信息会被影像相应的头文件（ENVI Header files）所使用，而且ENVI允许使用已知的地图投影坐标来简单地指定相关联的Magic Pixel（地图坐标系统的起始点）。然后，选择的ENV函数就能够使用该信息，在带地理坐标的数据空间中进行操作处理。

ENVI的影像配准和几何纠正工具允许用户将基于像素的影像定位到地理坐标上，然后对它们进行几何纠正，使其匹配基准影像的几何信息。使用全分辨率（主影像窗口）和缩放窗口来选择地面控制点（GCPs），进行影像到影像和影像到地图的配准。基准影像和未校正影像的控制点坐标都会显示出来，同时由指定的校正算法所得的误差也会显示出来。地面控制点预测功能能够使对地面控制点的选取简单化。

将使用重采样、缩放比例和平移（这三种方法通称RST），以及多项式函数（多项式系数可以从1到n），或者Delaunay三角网的方法，来对影像进行校正。所支持的重采样方法包括最近邻法（nearest-neighbor）、双线性内插法（bilinear interpolation）和三次卷积法（cubic convolution）。使用ENVI

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的多重动态链接显示功能对基准影像和校正后的影像进行比较，可以快速地评估配准的精度。

四、实验组织运行要求

集中授课方式。学生可自行摸索软件结构、菜单组成、功能等。

五、实验条件

微型计算机，ENVI软件。 实验数据：路径envidata/bldr_reg

文件 所需文件 bldr_sp.img bldr_sp.hdr bldr_sp.grd bldr_sp.ann bldr_tm.img bldr_tm.hdr bldr_tm.pds bldrtm_m.pts bldr_rd.dlg bldrtmsp.grd bldrtmsp.ann 生成的文件 bldr_tm1.wrp bldr_tml.hdr bldr_tm2.wrp bldr_tm2.hdr bldr_tm3.wrp bldr_tm3.hdr 使用缩放平移和最近邻重采样法得到的影像到影像的配准结果 ENVI相应的头文件 使用RST和双线性内插重采样法进行的影像到影像的配准结果 ENVI相应的头文件 使用RST和三次卷积重采样法进行的影像到影像的配准结果 ENVI相应的头文件 Boulder SPOT带地理坐标的影像子集 ENVI相应的头文件 Boulder SPOT地理公里网参数 Boulder SPOT地理注记 Boulder TM没有地理坐标的影像 ENVI相应的头文件 TM-SPOT影像到影像配准中所用的控制点 TM-MAP影像到地图配准中所用的控制点 Boulder道路数字线划图（DLG） 融合后的TM-SPOT影像的地图公里网 融合后的TM-SPOT影像的注记 描述 22

bldr_tm4.wrp bldr_tm4.hdr bldr_tm5.wrp 使用一次多项式和三次卷集积采样法进行的影像到影像的配准结果 ENVI相应的头文件 使用Delaunay三角网和三次卷积重采样法进行的影像到影像的配准结果 bldr_tm5.hdr bldrtm_m.img bldrtm_m.hdr bldrtmsp.img bldrtmsp.hdr ENVI相应的头文件 Boulder TM影像到地图的配准结果，使用了RST和三次卷积重采样法 ENVI相应的头文件 Boulder TM/SPOT使用HSV融合后的结果，分辨率为10米 ENVI相应的头文件 六、实验步骤

（一）带地理坐标的数据和影像地图

打开并显示SPOT数据

1、从ENVI主菜单：File → Open Imagine File。

2、Enter Data Filename对话框选择envidata#1/envidata/bldr_reg/bldr_sp.img文件。 3、点击OK。

4、通过可用波段列表打开图像。

修改ENVI头文件中的地图信息

1、在可用波段列表中，右键点击bldr_sp.img文件名下的Map Info图标，从弹出的快捷菜单中选择Edit Map Information。

Edit Map Information对话框出现在屏幕上。 这个对话框列出了在ENVI中添加地理坐标所用的地理信息。可以调整ENVI使用的Magic Pixel（作为地图坐标系统的起始点）相对应的影像坐标。因为ENVI可以从相应头文件信息和地图投影文件中，识别出地图投影、像元大小

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以及地图投影参数，所以用它能够计算出影像中任意像元的地理坐标。既可以输入地图坐标，也可以输入地理坐标（纬度/经度）。

2、点击Projection/Datum文本旁边的箭头切换按钮，显示UTM Zone 13 North地图投影的纬度/经度坐标。ENVI在处理过程中才进行转换。

3、点击当前的DMS或者 DDEG按钮，分别在度-分-秒（Degrees-Minutes-Swconds）和十进制的度（Decimal Degrees）之间进行切换。

光标位置/值

要打开一个显示主影像窗口，滚动窗口，或者缩放窗口中光标位置信息的对话框，可以按如下几步进行。

1、从主影像窗口菜单栏中，选择Tool → Cursor Location/Value。也可以从ENVI主菜单和主影像窗口菜单栏中，选择Window →Cursor Location/Value，打开这个对话框。

注意到对于这幅带地理坐标的影像，对话框同时给出了像素坐标和地理坐标。

2、在影像中移动光标，查看特定位置的坐标值，并注意地图坐标和经纬度之间的关系。

叠合地图公里网

1、从主影像窗口菜单栏中，选择Overlay → Grid Line。#1 Grid Line Parameters 对话框出现在屏幕上，同时一个虚拟的边框添加到影像中，允许在影像外部显示地图公里网的标注。

2、在这个新的对话框中，选择File → Restore Setup。

3、在Enter Grid Parameters Filename 对话框中，选中bldr_sp.grd文件，点击Open。先前保存过的公里网参数就会被加载到对话框中。

4、在#1 Grid Line Parameters对话框中，从对话框菜单栏中，选择Option → Edit Map Grid Attributes，来查看地图参数。这将打开Edit Map Attributes对话框。

5、在Edit Map Attributes对话框中，注意公里网的间隔以及控制线条、标签、公里网交角以及矩形框（轮廓框）相应颜色和其它特征的参数。

6、处理完成后，点击Cancel来关闭该对话框。

7、在#1 Grid Line Parameters对话框，从菜单栏中，选择Option → Edit Geographic grid Attributes，

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查看地理坐标。在Geographic grid Attributes对话框，再次注意地理坐标（纬度/经度）公里网的参数。处理完成后，点击Cancel来关闭该对话框。

8、在Grid Line Parameters dialog对话框中，点击 Apply，在影像中放置公里网。 ENVI允许同时放置像素、地图、和地理坐标公里网。

叠合地图注记

1、在主影像窗口中，选择Overlay → Annotation。

2、在#1 Annotation:Text对话框中，选择File → Restore Annotation。打开一个标准的文件选择对话框。

3、在Enter Annotation Filename对话框中，从文件列表中选择bidr_sp.ann文件，点击OK，先前保存过的地图注记被加载到影像上。

4、按住滚动窗口的一角，并拖动鼠标，拉大该滚动窗口。重新放置改变了大小的滚动窗口，这样就可以同时看到主影像窗口。

5、在改变了大小的滚动窗口中，使用鼠标左键，移动主影像指标矩形框，查看主影像窗口中出现的地图要素。

6、在#1 Annotation:Text对话框中，点击并按住Object菜单，查看可以用来注记地图的对象。

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输出到影像或Postscript文件

1、主影像窗口：File → Save Image As → Image File。

2、Output Display to Image File中：Output File Type下拉菜单选择输出格式；

Chang Graphics Overlay Selections按钮打开的对话框允许添加或删除许多制图叠合选项（graphics options），包括注记和公里网；

Change Image Border Size按钮也可以打开一个对话框，允许改变顶部、底部、左边和右边的边框宽度，如果需要，也可以改变边框颜色。

输出Postscript文件：File → Save Image As →Postscript File。操作同上类似。

（二）影像到影像的配准

带有地理坐标的SPOT影像被用作基准影像，一个基于像素坐标的Landsat TM影像被校正。以匹配SPOT影像。

打开并显示Landsat TM影像文件

打开bldr_reg/bldr_tm.img。通过可用波段列表打开3波段。

显示光标位置/值

Tool → Cursor Location/Value。注意到坐标是以像素单位给出的，这是因为这个影像是基于像素坐标的，它不同于上面带的地理坐标的SPOT影像。

开始进行影像配准并加载地面控制点

1、ENVI主菜单：Map → Registration → Select GCPs:Image to Image。

2、在Image to Image Registration 对话框中，分别选择Base Image和Warp Image。（下右图）

3、点击OK跳出Ground Control Points Selection对话框

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（上左图）。

4、在Ground Control Points Selection对话框中，点击Add Point，把选择的控制点添加到列表中。

5、Ground Control Points Selection对话框中选择File → Restore GCPs from ASCⅡ。选择bldr_tm.pts，加载这个预先保存的地面控制点坐标。

通过Image to Image GCP List相应的菜单操作可对地面控制点进行相关处理。同学可自行通过查阅help进行操作尝试。

校正影像

可以校正显示波段，也可以同时校正多波段影像中的所有波段。

1、Ground Control Points Selection对话框：Option → Warp Displayed Band或Warp File； 2、Registration Parameters对话框Warp Method有三种可选，分别是RST、Polynomial和Triangulation；重采样方法也有三种；

3、可分别采用不同校正方法和不同重采样方法进地校正，最后可比较各种校正的效果。

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（三）影像到地图的配准

开始操作同上；

不同处从Map → Registration → Select GCPs:Image to Map开始； ??

关于影像到地图的配准，同学们可以自行查阅help文件进行练习。

（四）对不同分辨率的带地理坐标的数据集进行HSV融合

这部分将对两幅不同分辨率的带地理坐标的数据集进行融合处理。这里使用配准过的TM彩色合成影像作为分辨率的多光谱影像，而带地理坐标的SPOT影像作为高分辨率影像。融合后的结果为增强了空间分辨率的合成影像。

分别打开TM与SPOT影像

注意TM影像必须是已校正好了的：bldrtm_m.img； SPOT影像：bldr_sp.img。

进行HSV变换融合

Transform → Image Sharpening →HSV

High Resolution Input File对话框。在Select Input Band列表中选SPOT点击OK。 换名存文件即可。

实验四 基于影像自带几何信息的地理坐标定位

实验学时：6学时 实验类型：验证性 实验要求：必修

一、实验目的

许多传感器在获取的遥感数据都携带了详细的数据获取时的参数信息（传感器平台的几何参数信息），根据这些信息我们就可以进行基于模型的几何纠正和地理坐标定位。

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本实验内容主要是使同学学会如何用ENVI对自身已带有几何信息的影像进行基于模型的地理坐标定位，并将讨论这种遥感数据的具体特征，配准操作过程。

二、实验内容

ENVI可以支持包括UTM和State Plane在内的许多已知的地图投影。此外，ENVI的用户自定义地图投影功能能够创建自定义的地图投影，它可以使用多种不同的投影类型、椭球体和基准数据集，来满足大多数地图投影类型的需要。

三、实验原理、方法和手段

ENVI地图投影参数存储在一个ASCⅡ文本文件map_proj.txt中，该文本文件可以在ENVI地图投影工具中修改，或者直接被用户编辑。这个文件中的信息会被影像相应的头文件（ENVI Header file） 所使用，而且允许使用已知的地图投影坐标来简单地指定相关联的Magic Pixel（地图坐标系统的起始点）。然后，选择的ENVI函数就能够使用该信息，在带地理坐标的数据空间中进行操作处理。新式的传感器能够同时采集影像数据和星历表数据，并允许精确地将影像定位到地理坐标上。ENVI存储传感器的几何信息，并自动地用指定的地图投影/坐标来校正影像数据。

输入的几何信息文件（Input Geometry，IGM）包含了在指定地图投影下，未校正过的输入影像的每一个像素的X和Y的地图坐标。几何信息（Geometry Lookup，GLT）查找表文件包含了行（line）和列（sample）的对应信息，这样就将输出影像中的每一个像素同输入影像联系起来。如果GLT值是正值，那么就会进行精确的像素匹配。如果GLT值是负值，无法进行精确的像素匹配，只能使用最临近的像素进行匹配。

ENVI提供了三个程序来进行地理坐标的定位：

? Map → Georeference from Input Geometry → Build GLT，从输入的几何信息创建GLT（地

理信息查找表）文件。

? Map → Georeference from Input Geometry → Georeference from GLT，使用地理信息查找

表数据进行影像地理坐标定位。

? Map → Georeference from Input Geometry → Georeference from IMG，使用输入的几何

信息进行地理校正，并创建GLT文件。

用户至少获得IGM或者GLT文件，才能进行这种形式的地理校正。对于几类传感器（包括MODIS、AVIRIS、MASTER和HyMap）的产品，其发售的遥感数据文件包含了影像几何信息数据文件。

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四、实验组织运行要求

集中授课方式。学生可自行摸索软件结构、菜单组成、功能等。

五、实验条件

微型计算机，ENVI软件。 数据文件：envidata/cup99hym

文件 Cup99hy_true.img Cup99hy_true.hdr Cup99hy_geo_glt Cup99hy_ geo_glt.hdr Cup99hy_ geo_igm Cup99hy_ geo_igm.hdr 描述 真彩色合成影像，Cuprite的HyMap数据（1999） ENVI相应的头文件 几何信息查找表文件（Geometry Lookup File） ENVI相应的头文件 输入的几何信息文件 ENVI相应的头文件 HyMap提供了卓越的空间、光谱和辐射处理性能。该系统为推扫式的传感器，并使用了衍射光珊以及32维的探测器阵列（1个Si，3个液态氮制冷的InSb）。影像数据由126个光谱通道组成，涵盖了0.44-2.5μm的光谱范围，光谱分辨率约为15nm，信噪比为1000：1，刈幅为512个像元。空间分辨率为3-10m。几何变形较小，只需进行微小的校正。

六、实验步骤

根据影像自带的几何信息进行地理坐标定位

打开并显示HyMap数据

1、File → Open Image File； 2、输入Cup99hy_true.img；

查看未校正影像特征

1、选择下列方式之一可显示Cursor Location/Value对话框： ? 主影像窗口：Tools →Cursor Location/Value；

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? ENVI主菜单：Window →Cursor Location/Value； ? 主影像窗口中，双击鼠标左键。

2、跳出的对话框显示了在主影像窗口、滚动窗口或者缩放窗口中，光标的位置信息。

查看IGM文件

要打开一个HyMap的输入几何信息数据文件（Input Geometry data file）： 1、File → Open Image File。

2、选择envidata/cup99hym/ Cup99hy_ geo_igm。 3、打开IGM Input X Map和IGM Input Y Map。

4、通过Cursor Location/Value查看窗口像素的位置和数据值。

使用IGM文件对影像进行几何校正

1、从ENVI主菜单中，选择Map → Georeference from Input Geometry →Georeference from IGM。 2、在Input Data File 对话框中，点击Open File按钮。

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3、在Please Select a File对话框中，选中文件cup99hy.eff，点击Open。

4、在Input Data File对话框中，选中文件cup99hy.eff，点击Spectral Subset按钮。 5、在File Spectral Subset对话框中，仅仅选择波段109，然后点击OK。 6、在Input Data File 对话框中，点击OK。

7、在Input X Geometry Band 对话框中，选择IGM Input X Map波段，点击OK。 8、在Input Y Geometry Band 对话框中，选择IGM Input Y Map波段，点击OK。

9、在Geometry Projection information对话框中，确保输入和输出投影参数都为UTM，Zone 13，datum为North America 1927。然后点击OK。将产生一幅同IGM影像具有相同地图投影的影像。

10、在Build Geometry Lookup File Parameters对话框中，输入要输出的GLT文件名，背景值设为-9999，并输入进行地理校正后的输出文件名。点击OK。

可通过Cursor Location/Value来对校正结果行评估。

查看GLT文件

要打开一个HyMap几何信息查找表文件（Geomrtry Lookup File）： 1、ENVI主菜单：File → Open Image File

2、在Enter Data Filenames对话框中，选择进入envidata/cup99hym目录，打开cup99hy_geo_glt。 3、可用波段列表中选择GLT Sample Look-up波段。载入。

4、打开Cursor Location/Value查看，特别注意负值，这些负值表明要使用最临近的像素进行影像匹配。 5、对GLT Line Look-up波段重复以上操作。

使用GLT文件对影像进行几何纠正

1、Map → Georeference from Input Geometry → Georeference from GLT。

2、在Input Geometry Lookup File对话框中，选择文件cup99hy_geo_glt，点击OK。 3、在Input Data File对话框中，选中文件cup99hy_geo_glt，点击Spectral Subset按钮。 4、在File Spectral Subset对话框中，仅仅选择波段109，然后点击OK。 5、Input Data File对话框中，点击OK。

6、在Georeference from GLT Parameters对话框中，输入背景值-9999，并输入进行地理纠正后的文件名，然后点击OK。

可通过Cursor Location/Value来对校正结果行评估。

使用地图投影创建GLT

1、Map → Georeference from Input Geometry → Build GLT。

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2、在Input X Geometry Build对话框中，选择IGM Input X Map波段，点击OK。 3、在Input Y Geometry Build对话框中，选择IGM Input Y Map波段，点击OK。

4、在Geometry Projection Information对话框中，选择State Plane (NAD 27)作为输出的地图投影。 5、点击Set Zone，选择Nevada West(2703)和为输出的区域。OK。

6、在Build Geometry Lookup File Parameters对话框中，输入一个要输出的GLT文件名，点击OK创建GLT文件。

请同学们下去后，自行查找帮助文件操作“使用GLT文件对影像进行地理校正”。并通过Cursor Location/Value对影像进行查看。

通过Grid Lines叠合公里网。

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实验五 多光谱遥感影像分类

实验学时：6学时 实验类型：验证性 实验要求：必修

一、实验目的

学会使用计算机进行自动分类，了解分类方法，并对分类后进行处理，评价分类的精度，或者将类概括出来并导入到地图影像和矢量GIS中。

二、实验内容

用ENVI完成常规的多光谱遥感影像分类操作处理。比较监督分类与非监督分类影像，讨论分类后处理方法。

三、实验原理、方法和手段

非监督分类

K-均值（K-Means）分类法

非监督分类的一种。使用统计手段，把N维数据归类到它们本身具有的波谱类中。K-均值分类器使用了聚类分析方法，它需要分析员在数据中选定所需的分类个数，随机地查找聚类簇的中心位置，然后迭代地重新配置它们，直到达到最优化的波谱分类。 IsoData(迭代自组织数据分析技术)

IsoData非监督分类法将计算数据空间中均匀分布的类均值，然后用最小距离规则将剩余的像元进行迭代聚合。每次迭代都重新计算均值，且根据所得的新均值，对像元进行再分类。这一处理过程持续到每一类的像元数变化少于所选的像元变化阀值或者达到了迭代的最大次数。

经典的多光谱监督分类

平行六面体法（Parallelepiped）

平行六面体将用一条简单的判定规则对多光谱数据进行分类。判定边界在影像数据空间中是否形成了一个N维的平行六面体。平行六面体的尺度是由标准差阀值所确定的，而该标准差阀值则是根据每种

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所选类的均值求出的。

最大似然分类（Maximum Likelihood）

最大似然分类假定每个波段中每类的统计都呈正态分布，并将计算出给定像元属于特定类别的概率。除非选择一个概率阀值，否则所有像元都将参与分类。每一个像元都被归到概率最大的那一类里（也就是最大似然）。

最小距离法（Minimum Distance）

最小距离分类法使用了每个感兴趣区的均值矢量，来计算每一个求知像元到每一类均值量的欧氏距离（Euclidean distance）。除非用户指定了标准差和距离的阀值（在这种情况下，如果有些像元不满足所选的标准，那么它们就不会被归为任何类unclassified），否则所有像元都将分类到感兴趣区中最接近的那一类。

马氏距离（Mahalanobis Distance）

这个分类是假定了所有类的协方差都相等，是一种较快的分类方法。除非用户指定了距离的阀值（在这种情况下，如果有些像元不满足所选的标准，那么它们就不会被归为任何类unclassified），否则所有像元都将分类到感兴趣区中最接近的那一类。

波谱分类方法

端元采集（Endmember Collecton）对话框

是一个标准的采集波谱信息的工具，所采集的波谱信息可以从ASCⅡ文件、感兴趣区、波谱库或者统计文件中获取，它将被用来进行监督法的分类。

二值编码分类法（Binary Encoding Classification）

是根据波段值落在波谱均值的下方或者上方的情况，把数据波谱和端元波谱编码为0或者1。“异域”逻辑函数被用来将每一种编码后的参考波谱同编码后的数据波谱进行比较，生成一幅分类影像。除非用户指定了最小匹配阀值（在这种情况下，如果有些像元不满足所选的标准，那么它们就不会被归为任何类unclassified），否则后有像元都将分类到波段匹配最多的那一个端元类中。

波谱角填图分类法（Spectral Angle Mapper Classification SAM）

是一个基于物理的波谱分类法，它是用N维角度将像元与参考波谱进行匹配。该算法将波谱看作是空间中的矢量，矢量的维数就等于波段的个数，通过计算波谱间的角度，来判断两个波谱间的相似度。

规则影像（Rule Images）

ENVI可以生成这样一类影像，其像元值会被用来生成分类影像。这些可选择性生成的影像允许用

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户对分类的结果进行评估，如果需要还可以根据指定的阀值，重新进行分类。这些灰阶规则影像，每一个都对应于分类中所用的某个感兴趣区或者某个端元波谱。

分类后处理

分类统计(Class Statistics)

从被分类的影像中，提取统计信息，这些不同的统计信息可以是基本统计信息（最小值，最大值，均值，标准差，特征值）、直方图或者是从每个所选类中计算出的平均波谱。

混淆矩阵（Confusion Matrix）

允许对两幅分类影像（分类影像和真实影像），或者对分类影像和感兴趣区进行比较。地面真实影像（truth image）可以是另一幅分类影像，或者是根据地面真实测量生成的影像。

聚合和筛选处理（Clump and Sieve）

通常先对分类影像进行筛选处理，根据设定的大小阀值（像元个数），移除孤立像元，然后再进行聚合处理，把相邻的相似类合并为一类，使得已存在的类更具的有空间一致性。

四、实验组织运行要求

集中授课方式。学生可自行摸索软件结构、菜单组成、功能等。

五、实验条件

微型计算机，ENVI软件。 数据文件：envidata/can_tm

文件 can_tmr.img can_tmr.hdr can_km.img can_km. hdr can_iso.img can_iso.hdr Classes.roi Boulder Colorado反射率影像 ENVI相应的头文件 K均值（K-MEANS）分类影像 ENVI相应的头文件 ISODATA分类影像 ENVI相应的头文件 监督法分类中感兴趣区 描述 36

can_pcls.img can_pcls.hdr can_bin.img can_bin.hdr can_san.img can_san.hdr can_rul.img can_rul.hdr can_sv.img can_sv.hdr can_clmp.img can_clmp.hdr can_comb.img can_comb.hdr can_ovr.img can_ovr.hdr Can_v1.evf Can_v2.evf 平行六面体（Parallelepiped）分类影像 ENVI相应的头文件 二值编码（Binary Enciding）分类影像 ENVI相应的头文件 波谱角填图（SAM）分类影像 ENVI相应的头文件 波谱角填图（SAM）分类后的规则影像 ENVI相应的头文件 筛选处理后的影像（Sieved Image） ENVI相应的头文件 筛选并聚合处理后的影像（Clump of sieved image） ENVI相应的头文件 并类处理后的影像 ENVI相应的头文件 叠加在灰阶影像上的分类图 ENVI相应的头文件 从分类#1中生成的矢量层 从分类#2中生成的矢量层 六、实验步骤

打开影像

打开一幅数据影像（本实验数据影像是美国科罗拉多州Colorado，Canon市的Landsat TM影像数据）。 File → Open Image File envidata/can_tm，can_tmr.img

选择TM4、TM3、TM2进行RGB合成。

查看影像颜色

该影像相当于一幅假彩色合成的近红外照片。即使只使用简单的三波段影像，也可以看到影像中存

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在有光谱特征相似的区域。影像中的亮红色区域表明该地区近红外反射率较高，通常对应为茂盛的植被，位于耕种区或者沿着河流分布。浅暗红色区域代表了当地的植被，在这种情况下，分布在高低不平的山区地带，主要对应为针叶林。根据几个明显的地形特征和城市化的类型特点也可以从影像上识别出城市区来。

光标位置/值

使用Cursor Location/Value操作，查看特定位置的影像数据值，注意影像颜色和数据值之间的关系。

查看波谱曲线

Tool → Profile → Z Profile(Specture)，开始提取波谱的剖面曲线。

注意影像颜色与波谱形状之间的关系。特别留意一下绘制图中，红、绿、蓝的三条垂直线所对应的影像波段的位置。

非监督法分类

从ENVI主菜单中，选择Classification → Unsupervised → K-Means或者IsoData，生成ENVI非监督分类法分类后的影像。或者在can_tm目录中，直接选择打开预先分类生成的影像。

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K-均值（K-Means）分类

选择K-Means作为非监督分类法，使用所有的的默认设置，点击OK，或者查看包括在can_km,img影像中的分类结果。

说明：K-Means Parameters 对话框

在 K-Means 参数对话框里的可选项包括：由聚类程序限定的分类数的选择，像元变化阈值（0-100%），用于分类的迭代最多次数以及可选项距离阈值。

1 在相应文本框里，键入分类数以及迭代的最多次数。

2 键入一个变化阈值（0-100%），用于当每一类像元数变化小于阈值时结束迭代过程。达到阈值或迭代达到最多次数时分类结束。

3 随意设置类均值左右的标准差和最大允许距离误差（用十进制），分别在 “Maximum Stdev From Mean:” 和 “Maximum Distance Error:” 文本框里，键入数值。

如果这些可选参数的数值都已经输入，分类就用两者中较小的一个判定将参与分类的像元。如果两个参数都没有输入，则所有像元都将被分类。

4 选用 “File” 或 “Memory” 输出。

如果选用 “File” 输出，在标有“Enter Output File Name”的文本框里键入要输出的文件名；或用“Choose”按钮选择一个输出文件名。

使用Link工具进行查看分类结果。

如果需要，尝试改变类别数、阀值（thresholds）、标准差（standard deviations）和最大距离误差（maximum distance error），并判断它们对分类结果所产生的影响。

IsoData（迭代自组织数据分析技术）

选择IsoData作为非监督分类法，使用所有的默认设置，点击OK，或者查自包含在can_iso,img影像中的分类结果。

说明：ISODATA Parameters 对话框

在 ISODATA Parameters 对话框中可以利用的选项包括：即将被限定的分类数的范围输入，像元变化阈值（0-100%），被用来对数据进行分类的最多迭代次数，分割、合并和删除分类阈值以及可选的距离阈值。

1 输入被限定的类数范围（最小值和最大值）。

用到类数范围是由于独立数据算法是基于输入的阈值进行拆分与合并的，并不遵循一个固定的类数。

2 在合适文本框里，输入迭代次数的最大值和一个变化阈值（0-100%）。

当每一类的像元数变化小于阈值时，用变化阈值来结束迭代过程。当达到阈值或迭代达到了最多次数时，分类结束。

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3 在合适文本框里，键入形成一类需要的最少像元数。

如果一类中的像元数小于构成一类的最少像元数，则这一类就要被删除，其中的像元被归到距离最近的类里。

4 在“Maximum Class Stdv”文本框里，键入最大分类标准差（用十进制）。 如果一类的标准差比这一阈值大，则这一类将被拆分成两类。

5 在合适文本框里，键入类均值之间的最小距离和合并成对的最多数。

如果类均值之间的距离小于输入的最小值，则这一类就会被合并。被合并后的成对类的最大数由合并成对的菜蔬最大值设定。

使用Link工具进行查看分类结果。

如果需要，尝试改变类别数、阀值（thresholds）、标准差（standard deviations）和最大距离误差（maximum distance error），并判断它们对分类结果所产生的影响。

监督法分类

从ENVI主菜单中：Classification → Supervised → [method]。在这里，[method]是下拉菜单中所列的某个监督分类法（Parallelepiped，Maximum Likelihood，Minimum Distance，Mahalanobis Distance，Spectral Angle Mapper，Binary Encoding或者Neural Net）。使用下面所描述的两个方法之一，来选择训练样区，它也可以被称为是感兴趣区（ROIs）。

使用感兴趣区（ROIs）工具来选择训练样区

ENVI能够很容易地定义感兴趣区，这些感兴趣区将被用来提取分类的统计信息、建立掩膜或者进行其它的操作处理。

1）恢复预定义的感兴趣区

主影像窗口，Overlay → Region of Interest，在#1 ROI Tool对话框中，选择Classes.roi作为输入文件，恢复预定义的感兴趣区。

2）创建自己的感兴趣区

主影像窗口，Overlay → Region of Interest，对应的ROI Tool对话框跳出。 在主影像窗口，绘制多边形，该多边形代表了新创建的感兴趣区： ? 在主影像窗口中，点击鼠标左键，建立感兴趣区多边形的第一个点。

? 再次点击鼠标左键，按顺序选择更多的边线点，点击鼠标右键来闭合该多边形。鼠标中键可以

被用来删除最新定认的点，或者（如果你已闭合了该多边形）删除整个多边形。再一次点击鼠标右键，固定多边形的位置。

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? 通过选择ROI Controls对话框顶部相应的单选按钮，感兴趣区也可以在缩放窗口和滚动窗口中

被定义。

感兴趣区定义完后，它就会在对话框的可用区域（Available Regions）列表中显示出来，同时显示的还包括感兴趣区的名字、颜色以及所包含的像素总数。定义的感兴趣区对所有的ENVI分类程序都有效。

要定义一个新的感兴趣区，点击New Region按钮。

可以输入感兴趣区的名字，选择感兴趣区的颜色和填充方式。按上面所描述的步骤，定义新的感兴趣区。

经典的多光谱监督分类

1）平行六面体法（Parallelepiped）

A、can_pcls.img文件为预先保存过的平行六面体分类影像。查看该影像，或者使用上面所描述的classes.roi感兴趣区文件，生成自己的分类影像。尝试使用默认的参数设置，仅改变相对于感兴趣区均值的标准差，来生成分类影像。

B、使用影像动态链接功能，将这个分类影像同原彩色合成影像以及先前生成的非监督法分类影像进行比较。

2）最大似然分类（Maximum Likelihood）

A、使用上面所描述的classes.roi感兴趣区文件，生成自己的分类影像。尝试保留其它默认参数设置，仅改变概率阀值，来生成分类影像。

B、使用影像动态链接功能，将这个分类影像同原彩色合成影像以及先前生成的非监督法分类影像和监督法分类影像进行比较。

3）最小距离法（Minimum Distance）

A、使用上面所描述的classes.roi感兴趣区文件，生成自己的分类影像。尝试保留其它默认参数设置，仅改变标准差和最大距离误差，来生成分类影像。

B、使用影像动态链接功能，将这个分类影像同原彩色合成影像以及先前生成的非监督法分类影像和监督法分类影像进行比较。

4）马氏距离法（Mahalanobis Distance）

A、使用上面所描述的classes.roi感兴趣区文件，生成自己的分类影像。尝试保留其它默认参数设置，仅改变最大距离误差，来生成分类影像。

B、使用影像动态链接功能，将这个分类影像同原彩色合成影像以及先前生成的非监督法分类影像和监督法分类影像进行比较。

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波谱分类方法

端元采集（Endmember Collection）对话框

Endmember Collection：Parallel对话框是一个标准的采集波谱信息的工具，所采集的波谱信息可以从ASCⅡ文件、感兴趣区、波谱库或者统计文件中获取，它将被用来进行监督法的分类。

1、ENVI主菜单：Spectral → Mapping Methods → Endmember Collection。或Classification →Endmember Collection。打开Classification Input File对话框。

2、在Classification Input File对话框中，点击对话框底部的Open File按钮。

3、出现一个文件选择对话框Please Select a File，选择要输入的文件名can_tnr.img，点击Open。然后can_tnr.img就会出现在Classification Input File对话框的Select Input File区域中。

4、点击can_tnr.img文件，然后点击OK。 5、打开Endmember Collection：Parallel对话框。 在默认情况下，Endmember Collection：Parallel对话框打开时选用的是平行六面体（Parallelepiped）分类法，所有的可用的分类方法和映射方法（mapping methods）都列在菜单Algorithm → [method]中。

二值编码分类法（Binary Encoding Classification）

1、can_bin.img 文件为预先保存过的二值编码分类影像，它使用的最小编码阀值（minimum encoding threshold）为75%。查看该影像，或者使用上面所描述的感兴趣区文件classes.roi，生成自己的分类影像。要生成自己的分类影像，从菜单栏中，选择Algorithm → Binary Encoding。

2、加载预定的感兴趣区文件classes.roi。并从Encoding Classification对话框的菜单栏中，选择Import → from ROI from Input File。

3、在出现Select Regions for Stats对话框中，点击select All Items按钮，再点击OK。

4、在Endmember Collection对话框中，点击Apply。这将打开Paralleleoiped Parameters对话框。 5、在Paralleleoiped Parameters对话框的Output Result to区域，点击Memory单选按钮。 6、点击Output Rule Images文本框对应的箭头切换按钮，将其改变为NO，然后点击对话框底部的

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OK，开始进行二值编码分类。

7、使用影像动态链接功能，将这个分类影像同原彩色合成影像以及先前生成的非监督法分类影像和监督法分类影像进行比较。

波谱角填图分类法（Spectral Angle Mapper Classification）

1、can_sam.img 文件为预先保存过的波谱角填图分类影像。查看该影像，或者使用上面所描述的感兴趣区文件classes.roi，该感兴趣区文件将会列在Encoding Classification对话框中，来生成自己的分类影像。要生成自己的分类影像，从Encoding Classification菜单栏中，选择Algorithm → Spectral Angle Mapper，然后点击Apply，开始进行波谱角填图分类。

2、如果要生成自己的分类影像，那么在Spectral Angle Mapper Parameters对话框中，输入要输出的文件名can_tmr.sam，作为生成的波谱角分类影像。同样，输入文件名can_rul.img，作为要输出的规则影像名，然后点击对话框底部的OK，开始进行波谱角填图分类。

3、使用影像动态链接功能，将这个分类影像同原彩色合成影像以及先前生成的非监督法分类影像和监督法分类影像进行比较。

规则影像（Rule Image）

在不同分类方法所生成的规则影像中，像元值代表了不同的信息。例如：

分类方法 平行六面体（Parallelepiped） 最小距离（Minimum Distance） 规则影像像元值 满足平行六面体准则的波谱数 到类中心的距离和 最大似然（Maximum Likelihood） 像元属于该类的概率 马氏距离（Mahalanobis Distance） 到类中心的距离 二值编码（Binary Encoding） 波谱角（Spectral Angle Mapper） 二值匹配成功的百分比 以弧度为单位的波谱角（越小的波谱角表明与参考波谱相匹配的越好） 1、对于上面波谱角填图（SAM）分类的结果，可以将分类影像和规则影像（rule image）加载到单独的显示窗口中，然后用动态叠加功能进行比较。选择Tools → Color Mapping → ENVI Color Tables，并拖动Stretch Bottom 和 Stretch Top滑块到各自相反的方向的末端，来反转波谱角填图分类影像的颜色。现在，小波谱角（波谱更相似）的区域就会自起来亮一些。

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2、使用其它分类方法，生成新的分类影像和规则影像。使用动态叠加和Cursor Location/Value，来确定是否有更好的阀值，以获取空间上更一致的分类。

3、如果已经找到了更好的阀值，那么从ENVI主菜单中，选择Classification → Post Classification → Rule Classifier。

4、双击can_tmr.sam作为输入文件，打开Rule Image Classifier Tool对话框，输入阀值来生成一个新的分类影像。将新生成的分类影像同先前生成的分类影像进行比较。

分类后处理

分类统计（Class Statistics）

1、选择Classification → Post Classification → Rule Classifier，来进行统计处理。选择分类影像can_pcis.img，然后点击OK。

2、接着选择原始被用来分类的影像can_tmr.img，点击OK。

3、使用Class Section对话框，来选择要进行统计的类。点击Select All Items，然后点击OK。 4、最后，在Compute Statistics Parameters对话框中，选择要计算的统计信息，并点击Compute Statistics Parameters对话框底部的OK按钮。

然后，根据所选择的统计选项，几个绘制图（plots）和报表（reports）就会出现在屏幕上。

混淆矩阵（Confusion Matrix）

1、选择Classification → Post Classification → Confusion Matrix → [method]，其中[method]为Using Ground Truth Image，或者Using Ground Truth ROIs。

2、对于Using Ground Truth Image选项，我们将输入两个文件名can_sam.img和can_pcls.img，点击OK将平行六面体(Parallelepiped)分类影像和波谱角填图（SAM）分类影像进行比较。

3、使用Match Classes Parameters对话框，来把两幅影像中相应的类进行匹配，然后点击OK。 4、使用Output Result to单选按钮，将结果输出到Memory中，然后点击Confusion Matrix Parameters对话框中的OK按钮。

5、查看混淆矩阵（Confusion Matrix）和混淆影像（Confusion Image）。通过使用动态叠加、波谱剖面廓线以及Cursor Location/Value，来对分类影像和原始反射率影像进行比较，确定误差的来源。

6、对于Using Ground Truth ROIs选项，我们将选择分类影像can_sam.img进行评估。

7、将影像中的不同类同感兴趣区匹配在一起，该感兴趣区是从classes.toi文件中加载来的。然后点

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击OK，计算混淆矩阵。

8、点击Confusion Matrix Parameters对话框的OK按钮。

9、查看混淆矩阵（Confusion Matrix）和混淆影像（Confusion Image）。通过使用波谱剖面廓线和Cursor Location/Value，来对分类影像和原始反射率影像中的感兴趣区进行比较，确定误差的来源。

聚合和筛选处理（Clump and Sieve）

1、要对分类影像进行筛选处理，Classifiation → Post Classification → Sieve Classes，再选择某个分类影像，并输入到Memory中，然后击OK。

2、使用输出的筛选处理后的影像，作为聚合处理的输入。选择Classifiation → Post Classification →Clump Classes，在内存中选择先前生成的筛选处理后的影像，点击OK。

3、输出到Memory，点击Clump Parameters对话框中的OK按钮。

4、比较处理后的这三幅影像，如果需要，反复进行处理，以生成综合性较强的分类影像。

合并类（Combine Classes）

1、查看预先生成的合并后的分类影像can_comb.img，或者按下面的描述，对自己的分类影像进行合并处理。

2、选择Classifiation → Post Classification →Clump Classes。

3、在Combine Classes Input File对话框中，选择can_comb.img文件，点击OK。

4、选择类Region 3，并将它同类Unclassified合并到一起，点击Add Combination，然后点击Combine Classes Parameters对话框中的OK按钮。选择输出到Memory中，点击OK。

5、使用影像动态链接功能，将合并处理后的影像同原始分类影像和综合处理后的影像进行比较。

修改类的颜色

当显示分类影像时，可以通过修改类的颜色，改变特定类所对应的颜色。

1、在主影像显示窗口中，选择Tools → Color Mapping → Class Color Mapping。

2、在Class Color Mapping对话框中，点击某个类的名字，并拖动相应的颜色条，或者输入所需的颜色值，来改变类的颜色，所做的改动就会立刻应用到分类影像上。要进行永久性的改变，在对话框中，选择Options → Save Changes。

叠加显示类（Overlay Classes）

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