1-遥感图像处理基本流程与ENVI基础

ENVI遥感图像处理方法邓书斌ESRI中国（北京）有限公司遥感事业部[e-mail]主要内容1、遥感图像基本处理流程介绍2、ENVI基础3、遥感图像预处理4、遥感图像信息提取技术5、ENVI二次开发技术1、遥感图像基本处理流程介绍数据的输入输出图像显示与分析图像预处理（几何纠正、融合、镶嵌等）影像信息提取（人工解译、自动分类、特征提取、动态检测等）专题制图/三维可视化分析（集成GIS现有数据)成果报告（GIS分析/共享）遥感图像处理的一般流程常见商业高分辨率卫星传感器发射时间国家多光谱波段空间分辨率(米)重返周期IKONOS1999美国红、绿、蓝、近红外全色：1多光谱：41.5-2.9SPOT52001法国红、绿、近红外、中远红外全色：5或2.5（超模式）多光谱:1026QuickBird（快鸟）2001美国红、绿、蓝、近红外全色：0.61多光谱：2.441-3.5FORMOSATII2004中国台湾红、绿、蓝、近红外全色：2多光谱：41EROS-B2006以色列/全色：0.7（立体）55CartoSAT-1（P5）2005印度/全色：2.5（立体）ALOS2005日本红、绿、蓝、近红外全色：2.5（立体）多光谱：102北京一号小卫星2005中国红、绿、近红外全色：4多光谱：323-5KOMPSAT-22006韩国红、绿、蓝、近红外全色：1多光谱：43WorldView-1/22008美国红、绿、蓝、近红外红边、海岸、黄、近红外2全色：0.5多光谱：2.41.1-3.7资源应用卫星-2B星2008中国/全色：2.37多光谱：19.526GeoEye-12008美国红、绿、蓝、近红外全色：0.41（0.5）多光谱：1.652-3RapidEye2008德国蓝、绿、红、红边、近红外5每天其他卫星传感器发射时间国家多光谱波段空间分辨率(米)Landsat1~772~99美国蓝、绿、红、近红外、短波红外、热红外15、30、60、80、120SPOT41999法国绿、红、近红外、中远红外全色：10多光谱:20中巴资源卫星-01/021999中国蓝、绿、红、近红外多光谱：19.5Resourcesat（P6）2003印度绿、红、近红外、短波红外多光谱24米全色5.8米ALOS2005日本微波、立体像对、多光谱2.5米立体像对、10米多光谱、3米RadarTerraSAR-X2007德国微波1mRadar、3m、5mCOSMO-SkyMed2007意大利微波3米、15米RADARSATII2008加拿大微波3m超细化模式1m景观光线模式NOAA气象卫星/美国红、近红外、中红外和两个热红外1.1km风云系列卫星/中国可见光4个，近红外2个，中远红外2个，热红外2个。1.1kmMODIS/美国36个波段250m、500m和1000m减灾卫星A、B星2008中国多光谱近中红外(4波段)、高光谱(111波段)多光谱：30米高光谱：100米Hyperion/EO-12000美国0.4－2.5μm共有220波段30米数据源的选择图像选择经济成本专题目的专题地域环境专题图比例尺空间分辨率时间分辨率波谱分辨率中国资源卫星应用中心卫星数据服务系统环境保护部卫星环境应用中心免费获取存档图像数据影像格式传感器文件格式不同的卫星传感器研发或运行机构一般会给所分发的卫星数据设计一种分发格式，如Landsat系列的Fast格式、EOS系列卫星的HDF格式等。商业软件文件格式商业化的图像处理软件都会开发出软件本身的图像格式，如ENVI的Hdr&img格式，Erdas的IMG格式，PCI的pix格式等。通用图像文件格式很多图像格式成为国际通用，被大多数软件所支持。如TIFF、JPEG2000、BMP等。引起图像畸变因素系统误差有规律的、可预测的。比如扫描畸变非系统误差无规律的如传感器平台的高度、经纬度、速度和姿态的不稳，地球曲率及空气折射，地形影响等几何校正中的几个概念几何校正：纠正系统和非系统因素引起的几何畸变。图像配准（Registration）：同一区域里一幅图像（基准图像）对另一幅图像校准，以使两幅图像中的同名像素配准。图像纠正（Rectification）：借助一组控制点，对一幅图像进行地理坐标的校正。又叫地理参照（Geo-referencing）图像地理编码（Geo-coding）：特殊的图像纠正方式，把图像矫正到一种统一标准的坐标系。图像正射校正（Ortho-rectification）：借助于地形高程模型（DEM），对图像中每个像元进行地形的校正，使图像符合正射投影的要求。实际中的概念几何粗校正——校正系统误差，地面站完成几何精校正——包括图像纠正、地理编码和部分图像配准图像配准正射校正卫星影像的校正根据卫星轨道参数，包括位置、姿态、轨道及扫描特征，校正影像(有时加入DEM)。地面控制点校正+校正模型轨道参数+地面控制点+DEM多项式模型多项式模型x=a0+a1x+a2Y+a3x2+a4xy+a5y2+……y=b0+b1x+b2Y+b3x2+b4xy+b5y2+……最少控制点个数N=（n+1）*（n+2）/2误差计算RMSEerror=sqrt（（x’-x）2+（y’-y）2）控制点获得途径基础数据基础测绘数据数字线画图（DLG）数字栅格图（DRG）影像数据正射影像（DOM）实地测量控制点质量控制图像选点原则选取图像上易分辨且较精细的特征点：道路交叉点，河流弯曲或分叉处，海岸线弯曲处，飞机场，城廓边缘等特征变化大的地区需要多选图像边缘部分一定要选取控制点尽可能满幅均匀选取数量原则在图像边缘处，在地面特征变化大的地区，需要增加控制点保证一定数量的控制点，不是控制点越多越好。如一景TM的控制点数量在30-50左右。重采样方法（插值算法）最近邻法取与所计算点（x,y）周围相邻的4个点，比较它们与被计算点的距离，哪个点距离最近，就取哪个亮度值作为（x,y）点的亮度值简单易用，计算量小，图像的亮度具有不连续性，精度差重采样方法（插值算法）双线性内插法取（x,y）点周围的4邻点，在y方向内插二次，再在x方向内插一次，得到（x,y)点的亮度值f（x,y)双线性内插法比最近邻发虽然计算量有所增加，但精度明显提高，特别是对亮度不连续现象或线状特征的块状化现象有明显的改善。内插法会对图像起到平滑作用，从而使对比度明显的分界线变得模糊。ΔyΔx双线内插算法原理示意图原始图像重采样方法（插值算法）三次卷积内插法进一步提高内插精度的一种方法，通过增加邻点来获得最佳插值函数取与计算点周围相邻的16个点，先在某一方向内插，再根据计算结果在另一个方向上内插，得到一个连续内插函数计算量大，精度高，细节表现更为清楚，对控制点要求较高ΔxΔy12345图像融合图像融合将低分辨率的多光谱影像与高分辨率的单波段影像重采样生成成一副高分辨率多光谱影像遥感的图像处理技术。关键技术两个影像配准在亚像元范围内融合方法选择运算速度和交换缓冲空间图像融合方法彩色合成数学运算彩色技术空间配准高分辨率/多光谱图像变换HIS变换加与乘差值比值主成分分析滤波分析小波分析HSV变换图像镶嵌图像镶嵌指在一定地数学基础控制下，把多景相邻遥感影像拼接成一个大范围的影像图的过程。关键技术颜色的平衡接边处理运算速度和交换缓冲空间图像裁剪图像裁减图像裁剪的目的是将研究之外的区域去除，常用的是按照行政区划边界或自然区划边界进行图像的裁剪。关键技术裁剪区的确定无数据区处理影像信息提取技术概述遥感影像通过亮度值或像元值的高低差异（反映地物的光谱信息）及空间变化（反映地物的空间信息）来表示不同地物的差异，这是区分不同影像地物的物理基础。遥感影像分类就是利用计算机通过对遥感影像中各类地物的光谱信息和空间信息进行分析，选择特征，将图像中每个像元按照某种规则或算法划分为不同的类别，然后获得遥感影像中与实际地物的对应信息，从而实现遥感影像的分类。2、ENVI基础•2.1ENVI体系结构•2.2快速认识ENVI2.1ENVI/IDL的发展1975年，美国科罗拉多州立大学负责NASA的火星计划中的影像处理1977年,成立ResearchSystems,Inc.(RSI)公司1994年，用IDL开发ENVI2000年,Kodak收购RSI2004年,RSI,连同Kodak的RemoteSensingSystems(RSS)部门和ITT的GOES/POESandGPS部门重新组合SpaceSystemsgroup2006年,重组为ITTVisualInformationSolutions公司（简称ITTVIS）WashingtonSwitzerlandFranceUnitedKingdomItaliaAsiaPacific拥有200,000用户分布在80多个国家和地区2.1ENVI/IDL体系结构ENVIEX空间特征提取模块DEMExtraction立体像对高程提取模块AtmosphericCorrection大气校正模块ENVI扩展模块主模块开发语言IDLAdvanced数学与统计扩展工具包IDLDataMiner数据库连接工具包Orthorectification正射校正模块SARscape雷达高级处理模块NITFNITF数据支持模块IDL2.2栅格文件系统和储存ENVI栅格文件格式：ENVI使用的是通用栅格数据格式，包含一个简单的二进制文件（asimpleflatbinary）和一个相关的ASCII（文本）的头文件。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读取时。单独的ENVI头文本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。所需信息通过交互式输入，或自动地用“文件吸取”创建，并且以后可以编辑修改。您可以在ENVI之外使用一个文本编辑器生成一个ENVI头文件通用栅格数据都会存储为二进制的字节流，通常它将以BSQ（按波段顺序）、BIP（波段按像元交叉）或者BIL（波段按行交叉）的方式进行存储。储存窗口菜单界面File—SaveFileAs，将影像按照需要的格式进行存储，保存的为原始数据，没有拉伸。主影像窗口File—SaveImagesAs，将影像按照需要的格式进行存储，存储的影像是显示的影像样式。File—SaveZoomAs，将Zoom窗口显示的影像按照需要的格式进行存储。其他窗口下的文件存储例如：Map—Mosaicking的镶嵌窗口下：Apply；SaveTemplate等；Classification等功能下：OutputResultto等。2.2数据显示波段列表每次打开的文件都显示在AvailableBandsList中，列表中可以完成当前在ENVI中打开的或存储在内存中的文件的信息，还可以进行包括：打开新文件、关闭文件、将内存数据项保存到磁盘，以及编辑ENVI头文件等操作。三视窗显示当你打开一个图像文件时，会在一个ENVI的三视窗图像显示中，其中包括主图像窗口，缩放窗口和滚动窗口（应用于大的图像），如图1.5所示，目前大部分的ENVI图像处理操作都在这个窗口中完成。ENVIZOOM（ENVIEX）显示将图层管理、图像显示、鼠标信息等集中在一个窗体中，目前只有部分ENVI图像处理操作在这个窗口中完成，如面向对象的特征提取、Pansharping、异常检测等，在新的软件版本中会有更多的功能集成在此窗体中完成。2.2数据显示2.2数据输入——一般数据的打开AVHRRHDFSeaWiFSMrSIDBMPJPEGNLAPSERMapper,PCI(.pix)JPEG2000PDSERDAS7.x(.lan)Landsat7Fast(.fst)RADARSATERDASIMAGINE8.x(.img)L