遥感图像处理实习指导手册(ENVI软件平台)

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）1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遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）2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StartNewDisplaywindow来启动，或通过点击可用波段列表内的“NewDisplay”。图1ENVI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遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）3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“VectorWindowParams”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2ENVI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）可用波段列表遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）4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Geo－Browser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Geo－Browser文件显示。Geo－Browser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Windowwindowfinder。（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tilesize。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，在内遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）5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。必遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）6需信息通过交互式输入，或自动地用“fileingest”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1ENVI文件类型文件类型扩展名ENVIImage（ENVI图像）未定义ENVIBadLinesList(ENVI坏行列表).bilSIR-CCompressedDataProduct（压缩数据产品）.cdpENVIHeaderFile（头文件）.hdrENVICalibrationFactors（校正因子）.cffENVIPPICountFile（像元纯净指数计算文件）.cntENVIDensitySliceRangeFile（密度分割系列文件）.dsrENVIVectorFile（矢量文件）.evfENVIBandMathorSpectralMathExpression（数学和波谱运算表达式）.expENVITapeScript（磁带脚本）.fmtENVIGridFile（栅格文件）.grdENVIFilterKernels（滤波卷积核文件）.kerENVIMapKe