envi主成分分析文档.doc

ENVI主成分分析(PCA)是通过使用Principal Components选项生成互不相关的输出波段，达到隔离噪声和减少数据集的维数的方法。
    由于多波段数据经常是高度相关的，主成分变换寻找一个原点在数据均值的新的坐标系统，通过坐标轴的旋转来使数据的方差达到最大，从而生成互不相关的输出波段。
    主成分（PC）波段是原始波谱波段的线性合成，它们之间是互不相关的。可以计算输出主成分波段（与输入的波谱波段数相同）。
    第一主成分包含最大的数据方差百分比，第二主成分包含第二大的方差，以此类推，最后的主成分波段由于包含很小的方差（大多数由原始波谱的噪声引起），因此显示为噪声。由于数据的不相关，主成分波段可以生成更多种颜色的彩色合成图像。
    ENVI 能完成正向和逆向的主成分（PC）旋转。
1.正向主成分（PC）旋转
正向PC旋转用一个线性变换使数据方差达到最大。当使用正向PC旋转时，ENVI允许计算新的统计值，或根据已经存在的统计值进行旋转。输出值可以存为字节型、浮点型、整型、长整型或双精度型。也可以基于特征值来提取PC旋转的输出内容，生成只包含所需的PC波段的输出。
计算新的统计值和旋转
使用Compute New Statistics and Rotate选项可以计算数据特征值、协方差或相关系数矩阵以及PC正向旋转。
选择Transforms > Principal Components > Forward PC Rotation > Compute New Statistics and Rotate。
当出现Principal Components Input File对话框时，选择输入文件或用标准ENVI选择程序选取子集。将会出现Forward PC Rotation Parameters对话框。
注意：点击“Stats Subset”按钮可以基于一个空间子集或感兴趣区计算统计信息。该统计将被应用于整个文件或文件的空间子集。详细介绍，请参阅第348页的“根据子集进行统计”。
在“Stats X/Y Resize Factor”文本框中键入小于1的调整系数，用于计算统计值时的数据二次采样。
注意：键入一个小于1的调整系数，将会提高统计计算速度。例如：使用一个0.1的调整系数，在统计计算时将只用到十分之一的像元。
若需要，键入一个输出统计文件名。使用箭头切换按钮，选择是根据“Covariance Matrix”（协方差矩阵）还是根据“Correlation Matrix”(相关系数矩阵)计算主成分波段。
注意：一般说来，计算主成分时，选择使用协方差矩阵。当波段之间数据范围差异较大时，选择相关系数矩阵，并且需要标准化。
选用输出到“File”或“Memory”。在“Output Data Type”菜单中，选择所需的输出文件数据类型。
选择输出的主成分波段数。可以通过键入所需的数字，或用“Number of Output PC Bands”标签旁的增减箭头按钮来确定输出的主成分波段数。默认的输出波段数等于输入波段数。也可以用特征值来选择输出的主成分波段数，按照如下步骤操作。
A. 点击“Select Subset from Eigenvalues”标签附近的按钮，选择“YES”。统计信息将被计算，并出现Select Output PC Bands对话框，列出每个波段和其相应的特征值。同时也列出每个主成分波段中包含的数据方差的累积百分比。
B. 在“Number of Output PC Bands”文本框中，键入一个数字或点击箭头按钮，确定要输出的波段数。特征值大的主成分波段包含最大的数据方差。较小的特征值包含较少的数据信息和较多的噪声。为了节省磁盘空间，最好仅输出具有较大特征值的波段。
C. 在Select Output PC Bands对话框中，点击“OK”。输出的PC旋转将只包含选择的波段数。例如：如果选择“4”作为输出的波段数，则只有前4个主成分波段会出现在输出文件里。
在Forward PC Rotation Parameters对话框中，点击“OK”。
ENVI处理完毕后，将出现PC EigenValues绘图窗口，主成分波段将被导入可用波段列表中，并用于显示。
如果已经为数据统计出协方差和特征值，可以将它们输入到PC旋转中。可以在PC 旋转中使用包含如下数据的统计文件，包括：与输入数据具有相同波段数的协方差和特征值（也许已经用Basic Tools >Compute Statistics选项，或在以前的PC旋转中计算出了这些统计值）。
提示：当为PCA旋转计算统计信息时，如果要避免使用某些特定像元，首先建立一个包含这些“坏”像元的掩膜，然后使用Basic Tools >Statistics对掩膜图像计算协方差统计信息，也可以使用该统计文件进行主成分分析。
选择Transforms > Principal Components > Forward PC Rotation > PC Rotation from Existing Stats。当出现标准ENVI选择文件或子集对话框时，选择输入文件，并用标准ENVI文件选择程序建立所需的子集。将出现另一个文件选择对话框，在当前输入数据目录列表中，显示出了已经存在的统计文件（默认扩展名为 .sta ）。
     用标准ENVI文件选择程序选择统计文件。选择输出到“File”或“Memory”。在“Output Data Type”按钮菜单中，选择输出文件的数据类型。选择输出的主成分波段数。
     可以通过键入所需的数字，或用“Number of Output PC Bands”标签旁的增减箭头按钮来确定输出的主成分波段数。默认的输出波段数等于输入波段数。也可以用特征值来选择输出的主成分波段数，按照如下步骤操作。
    点击“Select Subset from Eigenvalues”标签附近的按钮，选择“YES”。统计信息将被计算，并出现Select Output PC Bands对话框，其中列出每个波段和其相应的特征值，同时也列出每个主成分波段中包含的数据方差的累积百分比。
    在“Number of Output PC Bands”文本框中，键入一个数字或点击箭头按钮，确定要输出的波段数。
    特征值大的主成分波段包含最大的数据方差。较小的特征值包含较少的数据信息和较多的噪声。为了节省磁盘空间，最好仅输出具有较大特征值的波段。
在Select Output PC Bands对话框中，点击“OK”。输出的PC旋转将只包含选择的波段数。例如：如果选择“4”作为输出的波段数，则只有前4个主成分波段会出现在输出文件里。
    在Forward PC Rotation Parameters对话框中，点击“OK”。
    ENVI处理完毕后，将出现PC EigenValues绘图窗口，主成分波段将被导入可用波段列表中，并用于显示。想了解特征值绘图窗口中有关编辑以及其它选项的信息，请参阅第193页的“交互式绘图功能”。
（2） 反向PC旋转
    使用Inverse PC Rotation工具可以将主成分图像变换回原始数据空间。
选择Transforms > Principal Components > Inverse PC Rotation。当出现标准ENVI选择文件或子集对话框时，选择输入文件，并用标准ENV 文件选择程序建立所需子集。将出现另一个文件选择对话框，在当前输入数据目录列表中，显示出了已经存在的统计文件（默认扩展名为 .sta ）选择在正向PC旋转中存储
的统计文件。
    注意：在选择反向PC旋转之前，统计文件必须已经存在。
    在“Calculate using”标签旁，使用箭头切换按钮选择“Covariance Matrix”或“Correlation Matrix”。
    注意：如果想要将图像反变换回原始数据空间，使用与正向PC旋转中相同的计算方法。
    选择输出到“File”或“Memory”。在“Output Data Type”按钮菜单中，选择输出文件的数据类型。
点击“OK”运行反向变换。ENVI处理完毕后，主成分波段将被导入到可用波段列表中，并用于显示（用标准灰阶或RGB彩色合成方法）。