ENVI实验指导

《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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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xpsg.html