实验一、TM卫星数据的预处理.doc

《遥感与信息技术》实验一
实验一、TM卫星数据的预处理
一、实验目的：
通过本次实验，使学生了解卫星图片数据又预处理的一般过程，掌握预处理的常用方法：

Digital
Numbers
Radiance
TOA
Reflectance
Geometric correction
Step 1
Step 2
Surface
Reflectance
Step 3
Step 4
Analysis

具体要求掌握的知识点有：
1、ENVI软件常规功能的操作
2、图片重新采样：使不同波段、不同分辩率卫星资料合成可供计算机分析的同一文件内不同波段、同一分辩率的数据文件（ENVI里面的Layer Stacking功能）
3、图片切割：将卫星数据与地图有机配合起来，将卫星数据按照地图所要求的地理空间切割出来，让计算机只分析我们感兴趣的地点（ENVI里面的Masking功能）
4、辐射校正：将卫星传感器捕获的瞬间视场角观测值转化为传感器上空观测的反射辐射值（ENVI里面的Data Special-utilities功能）
5、大气校正：将计算的点的辐射值进行大气校正，消除大气层吸收、散射的影响，获取地面对照地物的反射率（ENVI里面的FLAASH功能）
6、大气校正前后彩色图片的比较
7、不同地物波谱特征的绘制
二、实验数据：
1、1992年7月28日02时36分(国际标准时间)TM卫星观测的124轨39区数据资料
2、当阳、公安、江陵、潜江、石首、松滋6县的1：25万电子地图
三、实验软件：
ENVI4.2
四、实验课时：
4学时
五、实验步骤：
1、打开ENVI软件：
方式一：双击桌面上的图标便可启动ENVI软件，
方式二：点击“开始à所有程序àRSI ENVI4.2àENVI
它会在桌面的上端出现一组菜单，如下图

不同菜单组分别代表不同的功能。
2、加入分析文件：
①、选择 File > Open Image File.
②.、当出现 Enter Data Filename 对话框，点击文件名，再点击“OK” 或“Open” 以打开选择的文件。
（注：这里多选文件：按住CTRL键，用鼠标点击每个待选文件p124r39_5t19920728_nn1.tif, p124r39_5t19920728_nn2.tif, p124r39_5t19920728_nn3.tif, p124r39_5t19920728_nn4.tif, p124r39_5t19920728_nn5.tif,p124r39_5t19920728_nn7.tif），如下图

这样我们把TM卫星六个波段的数据都载入进了计算机。

这个窗口是文件、波谱管理窗口，用鼠标右键点每个文件可以弹出菜单供操作，用鼠标左键双击某个波段会将这个波段的图片显示出来，如下图：

由一组三个不同的图像 窗口组成：主图像窗口、滚动窗口、缩放窗口。
①、主图像Image窗口：（400*400） 100％显示（全分辨率显示）scroll的方框，可交互式分析、查询信息。主图像窗口内的功能菜单：在主图像窗口内点击鼠标右键，切换隐藏子菜单的开启和关闭。该 "Functions" 菜单控制所有的ENVI交互显示功能，这包括：图像链接和动态覆盖；空间和波谱剖面图；对比度拉伸；彩色制图；诸如ROI的限定、光标位置和值、散点图和表面图等交互特征；诸如注记、网格、图像等值线和矢量层等的覆盖（叠置）；动画以及显示特征。
②滚动Scroll窗口：全局，重采样(降低分辨率)显示一幅图像。只有要显示的图像比主图像窗口能显示的图象大时，才会出现滚动窗口。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。
③缩放Zoom窗口：（200*200）显示image的方框。缩放系数（用户自定义）出现在窗口标题栏的括号中。
3、图片重新采样
6个波谱分别放入六个文件，计算机不好作分析，现在我们将打开的六个文件的数据放入统一的文件中。

方式：用鼠标点击Basic ToolsàLayers Stacking,会弹出下面的窗口：
A、点Import File按钮将6个文件全选，然后按OK，这样6个文件全部选入selected Files for Layer Stacking列表中，如下图

B、这里的顺序颠倒了，是7号波段在前面，1号波段在后面，这对我们后面的分析不利，为此用鼠标点击Recorder Files按钮，对出现的窗口中用鼠标拖动文件上下位置，使波段按1-7号排列

排列好后在“Enter output Filesname（choose）中输入文件名（这里取名为p124r39_5t19920728_1_7），然后按OK键，系统会自动将六个文件重新取样，生成一个文件。

为方便起见，将以前的六个文件关闭，步骤如下：
在Available Band List 窗口中，选中文件p124r39_5t19920728_nn1，用鼠标点击右键，在弹出的窗口中选Close Selected File;再依次关掉2，3，4，5，7文件。最后Available Band List 窗口如下图：

这样我们便将所有六个文件集中为一个包含多光谱的文件。
4、头文件的修改：
由于进行重新采样，文件里的相关信息都消失了，为了便于计算机分析，我们要将相关的信息（卫星类型、波段）进行修改，步骤如下：
A、打开头文件修改窗口：
方式一：在Available Band List 窗口中，选中文件p124r39_5t19920728_1_7，用鼠标点击右键，在弹出的窗口中选Edit Header.
方式二：打开菜单 FileàEdit ENVI Header,在窗口中选取文件p124r39_5t19920728_1_7。得到如下窗口：

B、修改波段名称：
点击Edit Attributes按钮，选取Band Names 如下图：

在修改框中分别写入Band1、Band2、……Band5、Band7，如下图：

C、修改各波段波长：
TM卫星各波段波长分布如下表：
波段号
波长范围（微米）
中间值（微米）
波段对应颜色
1
0.45-0.52
0.485
蓝（B）
2
0.52-0.60
0.560
绿（G）
3
0.63-0.69
0.660
红（R）
4
0.76-0.90
0.830
近红外（NIR）
5
1.55-1.75
1.650
中红外（MIR）
7
2.08-2.35
2.215
中红外（MIR）

点击Edit Attributes按钮，选取WaveLengths弹出如下窗口，用鼠标选中待改的波段号，输入波段范围的中间值，最后选择单位，MicroMeters，按OK，再按OK键完成。

5、显示彩色图片：
可以根据B、G、R三种颜色合成彩色图（也可以任选其它三个波段合成伪彩色图）
方式一：在Available Band List 窗口中，选中文件p124r39_5t19920728_1_7，用鼠标点击右键，在弹出的窗口中选Load True Color.

方式二：在Available Band List 窗口中点击RGB color，分别选取3、2、1号波段，点display按钮，出现如下图：

6、与电子地图结合，将分析区域提取出来。
A、点击主菜单WindowàAvailable Vector List,弹出如下图：

在当前窗口选取Fileàopen Vector File弹出如下窗口，下拉文件类型（*.Shp）,选取当阳、公安、江陵、潜江、石首、松滋（老师要求你分析的）中的一个县名，便可，系统会弹出一个类型转换对话框将SHP文件转成evf类型，你按OK系统便自动转换，参数为计算机缺省，如下图，这样一个矢量文件便调入ENVI软件中。

B、Masking生成：
MASK是一个模板，可以运用这个模板将要求的数据取出来，下面将建一个县行政边界的模板，表示县内的数据要取出来分析。
在主菜单中点击Basic ToolsàMaskingàBuild MASK,在弹出的对话框中Display1作如下操作：

①在OptionsàImports EVFs
②选取矢量文件后按OK
③选择保存在内存（Memory），按Apply,再选择Memory，按OK即可。

C、MASK应用
在主菜单中点击Basic ToolsàMaskingàApply MASK,弹出窗口如下：

①点击Spatial SubSet(空间子集)，表示不将全图抄本，只计算里面一小部分，在弹出的窗口中点击ROI/EVF，选取矢量图江陵，按OK。

②在Select Mask Band中选中刚才做好的MASK（memory1）如下图：

③这样我们 便将所有参数设置好了，按OK，点Choose,取一个名p124r39_5t19920728_1_7_JingZhou，按OK，便好了

这样我们便将只有江陵县的分析图片做出来了，同样为了分析方便在Available Band List 窗口中将p124r39_5t19920728_1_7、memory1关掉，这样Available Band List 窗口如下：

关掉原来显示的图像，点文件的右键，在弹出的窗口中选中Load True Color,如下图：

这是老的江陵县（不包括沙市城区）
7、反射辐射值的计算：
上图显示的值是卫星传感器的感应值，并非辐射值，在SCROLL或者IMAGE窗口中点鼠标右键，在弹出的窗口中点选Current Location/Value,你会发现如下的窗口，当你的鼠标在图片上移动时，鼠标点处的位置（经、纬度）和观测值就会实时显示出来，如下图：

其DATA值都是整数，是传感器的感应值，而非辐射的绝对值，我们可以利用ENVI中的辐射较正功能进行转换，具体步骤如下：
在主菜单中选中 Basic ToolsàPreprocessingàCalibration UtilitiesàLandsat TM,在弹出的窗口选中p124r39_5t19920728_1_7_JingZhou后出现对数设置窗口，按如下设置：

LandSat Satellite 选5
时间选：1992年7月28日
太阳高度角选：51.25
校正类型选：辐射校正
保存文件：点击Choose ，输入p124r39_5t19920728_1_7_JingZhou_R（你可以随便取名，这里为了后面讲述方便而取的名），按OK键便可。
同样为了分析方便在Available Band List 窗口中将p124r39_5t19920728_1_7_JingZhou关掉，这样Available Band List 窗口如下：

点文件的右键，在弹出的窗口中选中Load True Color，并在图片显示窗口中用鼠标点右键，在弹出的菜单中选择Z Profile(spectrum),系统会出现一个光谱窗口，实时显示某一地物传感器观测到的光谱图，这时观测值为实时，单位是：mW/(cm2*sr*mm)

8、地物反射率计算：
上面是传感器得到的反射辐射值，它有可能是来自地物，也有可能来自大气的散射辐射（这部分是无用的），为止我们要进行大气校正，通过传感器得到的反射辐射值来计算地物的反射率，即FLASSH功能。操作步骤如下：
A、由于FLAASH功能转换时要求卫星数据以BIP或者BIL方式保存，所以应首先将p124r39_5t19920728_1_7_JingZhou_R转成BIL格式的文件p124r39_5t19920728_1_7_JingZhou_RB
在主菜单中选中 Basic ToolsàConvert Data (BSQ、BIP、BIL)，选中文件p124r39_5t19920728_1_7_JingZhou_R后出现如下窗口：

参数选取 格式：BIL
点击Choose，输入文件名：p124r39_5t19920728_1_7_JingZhou_RB
按OK，便生成了以BIL格式存放的卫星数据
B、FLASSH功能
在主菜单中选中 Basic ToolsàPreprocessingàCalibration UtilitiesàFlaash

按Input Radiance Image按钮输入用于计算的源图片：p124r39_5t19920728_1_7_JingZhou_RB，在弹出下面的参数选择窗口中选下面的值：

输出文件选择：p124r39_5t19920728_1_7_Finale
工作目录：选择p124r39_5t19920728_1_7_Finale所在的目录
FLAASH前缀选择TEMP_
图片中心位置选择：纬度30度9分25微分
经度：112度1分45微分
卫星类型：多光谱的LandSat TM5
日期时间：1992年7月28日02时36分
大气模式：中纬度夏天
微粒模式选无
如下图：

最后按apply便可。
在Available Band List 窗口点p124r39_5t19920728_1_7_Finale文件右键，在弹出窗口中选Load True Color，如下图：

在图片显示窗口中用鼠标点右键，在弹出的菜单中选择Z Profile(spectrum)，
再在图片显示窗口中用鼠标点右键，在弹出的菜单中选择Current Location/Value
选取一个你确认的地物（城市、水体、植物）点击一下，转入光谱窗口，在Options菜单下选Plot Key和Collect Spectra。

点菜单EDITà 出现对话框，设置属性。

点菜单EDITàData parameters，在对话框中输入各选择的光谱曲线名称，如植被、居民地等。再分别定义不同地物曲线的颜色、形状和粗细及符号等，按Apply。

点菜单EDITàData Values,将数据记录下来（输入对应Xloc真实值，如下面图中644.0000、972.0000等值是乘以10000了的，输入真实值应是0.0644、0.0972等）：

选取几个特定地物后，在实验纸上以图的形式绘制出来，如下图：

注意：FLAASH计算时所有的点都被乘以10000，所以一个点的值除以10000才是该点的反射率。
六、实验结果：
绘制出辖区内至少三种地物（城市、水体、植物）TM反射光谱图，以实验纸形式交给教师。如下图：

----完------