书名：遥感数字图像处理与分析：ENVI 5.x实验教程pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语：高等学校教材

作者：杨树文,董玉森,罗小波,詹云军、

出版社：电子工业出版社

出版时间：2015-06-01

书籍编号：30468189

ISBN：9787121262227

正文语种：中文

字数：131914

版次：1

所属分类：教材教辅-大学

版权信息

书名：遥感数字图像处理与分析：ENVI 5.x实验教程

作者：杨树文　董玉森　罗小波　詹云军　等

ISBN：9787121262227

版权所有 · 侵权必究

编撰委员会

杨树文 兰州交通大学测绘与地理信息学院

董玉森 中国地质大学地球科学学院

罗小波 重庆邮电大学计算机科学与技术学院

詹云军 武汉理工大学资源与环境工程学院

韩惠 兰州交通大学测绘与地理信息学院

李名勇 华北水利水电大学资源与环境学院

张志华 兰州交通大学测绘与地理信息学院

高松峰 河南城建学院测绘工程学院

前言

ENVI（The Environment for Visualizing Images）是目前遥感领域应用最为广泛的遥感影像处理软件之一。ENVI遥感图像处理平台包含齐全的遥感影像处理功能，包括常规处理、几何校正、辐射定标、多光谱分析、高光谱分析、雷达分析、地形地貌分析、矢量应用、神经网络分析、区域分析、GPS 联接、正射影像图生成、三维图像生成、丰富的可供二次开发调用的函数库、制图、数据输入/输出等。ENVI 5.0开始采用全新的软件界面，如菜单项、工具栏、图层管理、工具箱、状态栏等，且所有操作都集成在一个窗口下。ENVI 5.1、ENVI 5.2等版本延续了ENVI 5.0的界面风格，但功能更为强大，个性化更强。

目前，一方面，针对ENVI 5.1及更高版本的中文实验教程仍较少，给广大用户学习和应用该软件带来了不便；另一方面，现有版本多侧重常规基础操作，而针对专题建模的集成应用涉及较少。为此，结合多年遥感数字图像处理等课程教学、实践的经验及科研项目研究、应用需求，我们组织了一批具有多年相关教学和科研经验的高校教师，共同编写了本教材。

全书分为基础篇和增强篇两部分，共计12章。第1章介绍遥感数字图像处理与分析的基本概念、研究内容及ENVI 5.x的功能和特色；第2章介绍ENVI软件的基本设置和基础知识；第3～8章系统介绍ENVI图像处理的常规操作，包括图像预处理（辐射定标、大气校正、几何校正、图像裁剪、图像镶嵌、彩色合成和图像融合等）、图像增强处理（图像变换、滤波增强和纹理增强等）、图像分类、矢量数据处理、图像分割、遥感制图与三维可视化等。第9章介绍高光谱分析技术，包括波谱重采样、图像波谱分割等；第10章介绍雷达图像处理技术，包括雷达图像基本处理、地理编码和极化处理等；第11章介绍地形特征提取，包括地形建模、地形特征提取、DEM自动提取等；第12章介绍多特征信息专题建模提取与分析，详细介绍了水体、植被和高分辨率影像中阴影的建模方法与具体提取实验步骤。书中所有实验数据都在随书附赠的DVD光盘中，便于读者参照书中内容进行学习。

本书由兰州交通大学杨树文博士拟定编撰大纲，并以其长期讲授的“遥感技术与数字图像处理”课程上机实践为蓝本，经编委会反复论证，增加了部分项目研究中的最新成果，形成本书的基本框架和内容。其中，第1章、第4章、第7章及第12章由杨树文编写，第2章由高松峰编写，第3章由李名勇编写，第5章由罗小波编写，第6章及第11章由韩惠编写，第8章由张志华编写，第9章由詹云军编写，第10章由董玉森编写。全书由杨树文主持编写和统稿、校对。此外，兰州交通大学的姚花琴、雍万铃、杨猛、杨兴旺、卢鑫、黄艳艳等研究生对各章节的文稿和实验进行了反复检查和测试，在此一并致以诚挚的谢意。

本书可作为遥感科学与技术、地理信息科学、测绘工程、工程地质遥感等专业本科生、研究生的ENVI上机实践参考用书，亦可以供相关专业的科研人员参阅。

本书在编写过程中虽然对涉及的实验反复验证，数易其稿，但是由于编者水平所限，错误与不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

编者

2015年5月

第一部分 基础篇

第1章 导论

第2章 ENVI窗口组成

第3章 图像预处理

第4章 图像增强

第5章 图像分类

第6章 矢量数量处理

第7章 高分辨率遥感图像分割

第8章 遥感制图与三维可视化

第1章 导论

本章主要内容：

● 遥感数字图像处理与分析

● ENVI 5.x概述

1.1 遥感数字图像处理与分析

1.1.1 基本概念

遥感是指应用现代技术和先进的工具，不与目标物体相接触，而从远距离接收目标物体的电磁波谱信息，并对所搜集的信息进行加工、传输、处理、存储，最后对其进行分析与解译的一门新兴的综合性科学技术^[1]。

遥感数字图像处理是遥感技术的核心内容之一。遥感数字图像是以数字形式记录的二维遥感信息，即其内容是通过遥感手段获得的，通常是地物不同波段的电磁波谱信息。其中的像素值称为亮度值（或称为灰度值、DN值）。

遥感数字图像处理是指利用计算机对遥感数字图像进行一系列操作，从而获得某种预期结果的技术^[2]。

1.1.2 遥感数字图像处理的主要内容

遥感影像数字图像处理的内容主要有：

（1）图像恢复：即校正在成像、记录、传输或回放过程中引入的数据错误、噪声与畸变，包括辐射校正、几何校正等。

（2）数据压缩：采用栅格数据编码、分形等技术减少冗余数据，以改进传输、存储和处理数据效率。

（3）影像增强：针对性地突出影像的某些特征，同时抑制或去除某些不需要的信息，以提高影像中某些地物的可识别性。常用的方法包括空域增强、频域增强、彩色增强、信息融合、K-L增强、K-T增强及比值运算等。

（4）图像分割：把图像分成若干特定的、具有独特性质的区域，并提出感兴趣目标的技术和过程。图像分割是深入进行图像识别、分析和理解的基础。常见的方法包括基于阈值的分割方法、基于区域的分割方法、基于边缘的分割方法和基于特定理论的分割方法等。

（5）变化检测：根据不同时间的多次观测来确定一个地物的状态变化或确定某现象的变化过程。根据遥感图像分析和变化信息获取的不同层次，将变化检测方法分为基于像素级、基于特征级和基于目标级三类。

（6）图像分类：把图像经过某些预处理（复原、增强等）后，对图像进行分割和特征提取，从而实现地物类别的分类。常见的方法有非监督分类、监督分类、模糊分类、人工神经网络分类及决策树分类等。

1.1.3 遥感图像理解与分析

图像理解就是对图像的语义理解，是以图像为对象，以知识为核心，利用计算机系统研究图像中有什么目标、目标之间的相互关系、图像是什么场景以及如何应用场景的一门学科^[3]。图像理解所讨论的问题是为了完成某一任务需要从图像中获取哪些信息，以及如何利用这些信息获得必要的解释^[4]。

王润生^[5]、章毓晋^[6]和孙显^[7]等均对图像处理、图像分析及图像理解的层次模型进行了论述，三者的抽象程度和数据量成反比，如图1.1所示。

图1.1 图像处理、分析和理解的层次模型（孙显，2011）

其中，图像处理是低层操作，数据量大，抽象度低，主要针对图像像素进行处理，强调图像的变换及其之间的相互转换；图像分析是中层操作，数据量减小，抽象度提高，主要针对图像中感兴趣的目标信息，通过检测来实现图像分割和特征提取，并用简洁的数据形式来描述图像；图像理解是高层操作，数据量小，抽象度高，主要针对从描述抽象出来的符号进行运算，进而研究图像中各目标的性质及其之间的相互联系，用以理解图像的内容。

遥感图像理解是图像理解的范畴，是图像理解理论的一个重要分支。其研究内容主要涉及三个方面，即对场景中的感兴趣地物目标进行检测识别，对整个场景进行描述和解译，对图像及目标空间语义的分析和计算。

遥感图像理解的研究方法包括遥感图像特征信息的表达与提取，以及遥感分析模型的构建。信息的表达与提取是研究如何选取典型的影像特征和目标描述因子，遥感分析模型是研究基于统计分析等专题分析下的符合实际需求的目标识别、分类模型。

1.1.4 遥感数字图像处理技术与发展

依靠专家进行人工目视解译和分析的方法虽然简单方便，但是存在工作效率、人为等影响因素。遥感数字图像处理技术的出现，从根本上改变了传统遥感图像的处理方式与识别方式，为遥感技术系统的完善，实现对地物高效、快速识别以及多源信息的数字化融合处理创造了良好的条件（汤国安，2004）。

目前，遥感数字图像处理技术主要是基于像素级别的光谱、纹理和上下文环境等特征设计的处理算法。这些算法针对中低分辨率影像一定程度上能解决目标信息的识别和提取，具有较高的精度，但是针对高分辨率影像往往精度不够，难以提取图像中的细节信息。因此，近年来基于对象（基元）的图像分析技术逐渐被大家所关注和研究。该方法以含有更多语义信息的多个相邻像素组成的对象为处理单元，根据目标信息分类或提取的要求，检测目标地物的多种图像特征（如光谱、纹理、形状、大小、阴影及空间位置等）（孙显，2011），从而达到对遥感图像进行分类或目标信息提取的目的。

总之，遥感图像处理技术在向高速、高分辨率、立体化和智能化的方向发展。

1.2 ENVI 5.x概述

ENVI 是一个完整的遥感图像处理平台^[8]，包含齐全的遥感影像处理功能：常规处理、几何校正、辐射定标、多光谱分析、高光谱分析、雷达分析、地形地貌分析、矢量应用、神经网络分析、区域分析、GPS 联接、正射影像图生成、三维图像生成、丰富的可供二次开发调用的函数库、制图、数据输入/输出等功能。

ENVI 5.0 开始采用全新的软件界面，它有菜单项、工具栏、图层管理、工具箱、状态栏几个组成部分，所有操作都在一个窗口下。ENVI 5.1、ENVI 5.2等版本延续了ENVI 5.0的界面风格，但功能更为强大，个性化更强。

1.2.1 ENVI软件特色

ENVI 5.x具有以下特点：

（1）简单易用。具有灵活、友好的界面，使其简单易学、便于操作和使用。

（2）性能可靠。将主流的图像处理过程集成到流程化（Workflow）图像处理工具中，提高了图像处理的效率；具有先进、可靠的影像分析工具，尤其具有突出的专业光谱分析能力。

（3）易于拓展。底层IDL语言可以帮助用户轻松地添加、扩展ENVI的功能，甚至开发/定制自己的专业遥感平台。

（4）与ArcGIS的“无缝融合”。为遥感与GIS一体化集成提供最佳的解决方案。

1.2.2 ENVI 5.x高级版本新增功能

ENVI 5.1、ENVI 5.2等高级版本在ENVI 5.0的基础上，增加了一些新的功能^[9]，具体如下。

（1）支持更多的传感器和文件格式

1）支持新传感器数据，包括IRSResourceSat-2、NigeriaSat-1/2、GeoEye-1数据的.til文件，SSOT（FASat-Charlie）、KOMPSAT-3、RASAT&Göktürk-2、RapidEyeLevel-3B 和 NPPVIIRS 等传感器数据。

2）新增了对GIF、ECRG、SICD和HDF5等数据格式的支持，提供通用的hdf5数据的浏览工具，可以从.h5的不同数据集中新建一个栅格数据。

3）64位的ENVI 5.1直接支持JPIP和IAS流。

4）全面支持Landsat 8数据，如_MTL.txt元数据文件的读取、太阳高度角自动校正及Landsat 8 OLI的大气校正等功能。

（2）改进了光谱曲线显示工具

采用全新的光谱曲线显示工具，可浏览波谱库数据和绘制新的波谱曲线图，内置植被指数图例。支持属性的修改，支持多个显示窗口的拖放，可显示X、Y、Z及任意方向的剖面图。

（3）增加了无缝镶嵌工具

新增了流程化的图像镶嵌工具，在一个流程化的界面中集成了所有功能。新增功能如下。

1）控制图层的叠放顺序。

2）设置忽略值，显示或隐藏图层或轮廓线，重新计算有效的轮廓线，选择重采样方法和输出范围，可指定输出波段和背景值。

3）可进行颜色校正、羽化/调和。

4）提供高级的自动生成接边线功能，也可手动编辑接边线。

5）提供镶嵌结果的预览。

（4）强化了ROI感兴趣区工具

强化后的感兴趣区工具包含所有经典 ROI 工具的功能，可定义各种形状和类型的感兴趣区，亦可根据矢量某一属性的条件建立ROI。同时，感兴趣区文件带有坐标，可用于任何与之有地理重叠的栅格数据，支持坐标自动重投影。

（5）强化了个性化特征

强化了个性化特征，如快捷键的增加、工程化的管理、缩放速度的控制、光标所在像素值及坐标的显示、可在图层管理器中对数据重命名等功能的使用。同时，支持多视窗之间的数据层的拖放，以及从数据管理器到多视窗的数据拖放，并增强了矢量数据的显示性能。

（6）新增了自带数据

1）自带了最新的波谱库数据，新增超过6500个新的波谱，更新了ASTER 波谱库和USGS 波谱库。这些数据的存放位置是“...\\ProgramFiles\\Exelis\\ENVI51\\data\\”，它们的坐标系都是GCS_WGS_1984坐标系。

2）提供全球自然地理栅格、矢量数据集，可直接使用。包括GMTED 2010全球DEM（30 角秒空间分辨率）、全球自然地形渲染图、全球小比例尺shapefile矢量数据。

（7）提高了数据处理效率

采用高速缓存技术极大地提高了处理效率。如改进的正射校正工具，使处理效率提高了25倍，自带GMTED2010DEM数据用于正射校正，可以自定义输出像元的大小，GLT校正加入了蝴蝶结效应的校正，对MODIS做几何定位处理时可校正双眼皮效应。

（8）改进了高光谱物质识别工具

改进后的高光谱物质识别工具新增了ACE光谱匹配算法，可基于贝叶斯统计计算概率得分来解释识别的结果。

（9）拓展了API功能

拓展后的 API 功能包括感兴趣区（ROI）、事件模型（鼠标事件）、坐标转换库、数据采集、定义&查询GCPs、RPC正射校正、辐射定标、无缝镶嵌及蝴蝶结效应校正的选项等，同时新增了批处理程序。

第2章 ENVI窗口组成

本章主要内容：

● ENVI主菜单下的基本操作

● ENVI主菜单下的工具栏

● ENVI主菜单下的图层管理窗口

● ENVI主菜单下的基础工具

2.1 主菜单

2.1.1 文件

1.系统设置

为提高ENVI的运算效率，需对软件进行系统设置。具体操作步骤为：第一步，在“开始”菜单下选择ENVI 5.1→Tools→ENVI Classic，启动ENVI Classic主菜单，如图2.1所示。第二步，选择ENVI Classic主菜单下的File→Preferences，在Default Directories下设置路径信息，设置完成后重启软件，如图2.2所示。

图2.1 ENVI Classic主菜单

ENVI Classic 是 ENVI 5.0 之前的图像显示窗口，主要由三个部分组成：主图像显示窗口（Image）、滚动窗口（Scroll）和放大窗口（Zoom），如图2.3所示。

主图像显示窗口按图像实际分辨率显示图像的一部分，显示范围为滚动窗口中的红色框（默认颜色）覆盖的区域。

滚动窗口中的图像以重采样的分辨率显示整个图像的内容。

放大窗口是一个很小的图像显示窗口，它以用户自定义的放大系数来显示图像的一部分，可以无级放大到像元大小。显示范围为Image窗口中的红色框（默认颜色）覆盖的区域。

图2.2 ENVI Classic下的路径参数设置

图2.3 ENVI Classic显示窗口

第三步，选择ENVI 5.1主菜单中的File→Preferences，在Preferences对话框中可以浏览和更改 ENVI 软件系统的当前配置信息。可设置的参数包括应用设置（Application）、数据管理（Data Manager）、文件目录（Directories）、显示设置（Display Defaults）、指北针设置（North Arrow）、缩略图设置（Overview）、金字塔（Pyramid）、打印设置（Printing）、本地化设置（Localization Settings）、文字注记设置（Text Annotation）、符号注记设置（Symbol Annotation）、指北针注记设置（Arrow Annotation）、多边形注记设置（Polygon Annotation）、线注记设置（Polyline Annotation）、图片注记设置（Picture Annotation）、国家影像传输格式设置（NITF）和远程连接设置（Remote Connectivity）。

通常，需要设置下面常用的几个参数。

（1）数据管理设置

在Preferences对话框中选择Settings→Data Manager，如图2.4所示。设置是否自动显示打开文件（Auto Display Files On Open）、多光谱数据显示模式（Auto Display Method For Multispectral Files）、打开新图像时是否清空视窗（Clear View When Loading New Image）、ENVI启动时是否自动启动数据管理器（Launch Data Manager After File/Open）等选项。

图2.4 数据管理参数设置窗口

（2）文件目录设置

在Preferences对话框中选择Settings→Directories，如图2.5所示。设置ENVI 5.1的默认数据输入、输出路径，如默认数据输入目录（Default Input Directory）、临时文件目录（Temporary Directory）、默认输出文件目录（Output Directory）、ENVI补丁文件目录（Extensions File Directory）。

（3）显示设置

在Preferences对话框中选择Settings→Display General，如图2.6所示。可以设置默认缩放因子（Zoom Factor）、缩放插值方法（Zoom Interpolation Method）和默认选择颜色（Default Selection Color）等属性。同样可以设置默认滚轮按下功能（Default Middle Mouse Action）、使用显卡加速功能（Use Graphics Card to Accelerate Enhancement Tools）和经纬度显示方法（Geographic Coordinate Format）等。

图2.5 文件目录设置窗口

图2.6 显示参数设置窗口

2.打开图像文件

单击主菜单中的File→Open，打开Open对话框，或者在工具栏中单击快捷按钮，可以选择 ENVI 自动读取和识别的数据文件，如图2.7所示。

图2.7 ENVI自动读取文件格式

3.打开外部文件

单击File→Open As，打开Open As对话框，可以选择ENVI标准格式的文件，这些格式包括精选的遥感格式、军事格式、数字高程模型格式、图像处理软件格式及通用图像格式，如表2.1所示。

表2.1 ENVI标准格式文件列表

续表

4.数据管理

打开影像数据 L7-1999.tif，影像数据来源于 Landsat-7 陆地卫星，单击主菜单中的 File→Data Manager，或者单击工具栏的快捷图标，打开Data Manager对话框，如图2.8所示。

在Data Manager对话框中，单击图标，可以打开ENVI自动读取和识别的数据文件，单击图标、可以控制波段折叠和展开，单击图标关闭当前选择的波段，单击图标关闭对话框中的所有波段，单击图标锁定当前数据，单击图标解锁当前数据，单击图标可在 ArcMap中打开数据。

单击File Information前面的三角按钮，可以看到当前选中的波段信息，包括文件位置、行列号、波段排列顺序、数据类型、数据大小、传感器类型、投影类型和中心波长等。

单击Band Selection前面的三角按钮，可以选择任意三波段组合，单击Load Data显示影像。

右击图层名，可以显示真彩色影像、假彩色影像、灰阶影像和查看元数据等，如图2.9所示。

图2.8 Data Manager对话框

图2.9 右击Data Manager对话框菜单列表

5.新建矢量图层和注记

打开影像数据L7-1999.tif，在主菜单中选择File→New→Vector Layer，弹出Create New Vector Layer对话框，输入矢量层名Men Yuan，分别选择数据类型Polygon和源数据L7-1999.tif，也可单击Open File按钮，打开其他数据作为源数据，在屏幕上移动鼠标的同时用左键定位节点绘制矢量图层。单击 OK按钮，如图2.10所示。

在Layer Manager中双击矢量层名Men Yuan，弹出Properties对话框，可以修改图层颜色，线型、线宽以及是否显示在当前窗口，如图2.11所示。

图2.10 创建矢量图层对话框

单击File→New→Annotation Layer，弹出Create New Annotation Layer对话框（见图2.12），输入注记名Men Yuan，选择源数据L7-1999.tif；若有需要，也可单击Open File按钮，打开其他数据作为源数据，然后单击 OK 按钮，再后在屏幕上单击鼠标，出现闪烁的黑色竖线时，输入注记符号。

展开Men Yuan注记层，双击左侧Layer Manager中的注记层，弹出Properties对话框，可以修改注记层是否显示在当前窗口中，是否随视图旋转，字体、字号、填充颜色、线宽以及水平排列方式等，如图2.13所示。

图2.11 矢量图层属性对话框

图2.12 创建注记对话框

图2.13 注记属性对话框

6.保存数据

打开影像数据L7-1999.tif，在主菜单中单击File→Save As，弹出 File Selection对话框（见图2.14），选择对话框中的数据，单击OK按钮，选择保存格式和路径，完成已选择影像的保存，默认保存大小为原始影像的大小。可保存为影像的数据格式有ENVI标准格式、NITF和TIFF。

图2.14 保存数据对话框

如果只需要选择影像中的部分区域，可单击Spatial Subset→Use View Extent，输入起始行列号、结束行列号，或者鼠标拖动红色矩形框选择感兴趣区保存影像；如果要保存整个范围的影像，可选择Use Full Extent；如果要使用某行政区域内的影像数据，可以选择Subset By File，选择某行政区域的矢量边界裁剪影像。

2.1.2 调整图层顺序

单击Edit→Order Layer，如果当前选中数据位于底层，可以选择Bring to Front将数据置于顶层显示，或者选择Bring to Forward，将数据上移一层；如果当前选中数据位于顶层，可以选择Send to Back将数据置于底层显示，或者选择Send to Backward，将数据下移一层。也可以在Layer Manager中右击数据，在Order子菜单下调整图层顺序。

简易操作为：左键选中要挪动的图层，然后只需移动鼠标，将其拖动到所需的位置。

2.1.3 显示

单击Display→Geo Link To ArcMap，可将ENVI窗口中打开的数据导入到ArcMap中显示出来。

1.浏览波谱库

单击Display→Spectral Library Viewer，或单击图标，可打开波谱库文件，也可在数据管理器中打开波谱库文件，弹出Spectral Library Viewer对话框，如图2.15所示。

在Spectral Library Viewer对话框中会自动列出ENVI 5.1软件自带的波谱库文件。单击右边的三角按钮，打开绘图窗口，可以单击左边任意波谱库文件，并在窗口中显示波谱曲线。

单击图标可以打印出波谱曲线图。

单击图标弹出保存对话框，可以保存波谱曲线图。

图2.15 浏览波谱库对话框

单击图标弹出属性对话框，可以编辑波谱曲线的属性。

单击图标可以改变X轴和Y轴的范围。

单击图标可以编辑波谱曲线的显示顺序并实现剪切、粘贴操作等。

单击图标可以插入文字、直线、多边形、椭圆、箭头和图表等。

单击绘图窗口右边的三角按钮，右边的窗口中会列出波谱文件名，右击波谱文件名可自动调整Y轴的显示范围，改变绘图范围，移除已选择的波谱文件或全部波谱文件。

单击图标，弹出保存到波谱库对话框，保存打开的波谱文件。

单击图标，创建新的绘图窗口，拖动窗口中已打开文件的文件名到新创建的窗口中。

2.绘制地物波谱剖面图

利用头文件信息按比例绘制波谱曲线。需要说明的是，图像窗口中显示多光谱数据的多个波段时，绘图窗口中会自动绘制出每个波段的波谱曲线。如果只需要绘制出单个波段的波谱曲线，可以在层管理器中波段前的

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