ENVI实习(一).doc

ENVI实习
ENVI（The Environment for Visualizing Images）Version 4.1 ,由美国系统研究公司（Research System INC.）开发。
第一部分：ENVI界面认识与基本操作
实习目的：
通过实习认识ENVI系统主要界面及功能，初步掌握ENVI环境下遥感数据特点及计算机处理遥感数据的性能。
1、 熟练掌握显示灰度图像与假彩色图像的操作步骤。
2、 熟练掌握图像规则裁剪、密度分割的操作步骤。
3、 掌握图像动态叠加和与矢量数据叠加的操作步骤。
4、 掌握图像剖面波谱曲线及波段运算等操作步骤。

实习数据：
ENVI系统携带的TM多光谱遥感数据，说明如下表：

Date File
Description
can_tmr.img
Cañon City, CO, TM Data
can_tmr.hdr
ENVI header for above
bhtmref.img
Cañon City, CO, TM Data
bhtmref.hdr
ENVI header for above
can_v1.evf
矢量数据文件
can_v2.evf
矢量数据文件
can_v3.evf
矢量数据文件
can_v4.evf
矢量数据文件

一. 界面系统介绍
1. 主菜单：File、Basic Tool、Classification、Tranform、Spectral等
1) File： ENVI的文件管理功能，如：打开文件，设置默认参数，退出ENVI，以及实现其他文件和项目的管理功能等。
2) Basic Tools：提供对多种ENVI功能的访问，如：Regions of Interest 功能可以用于多重显示，Band Math 功能用于对图像进行一般的处理。Stretch Data功能提供了进行文件对文件对比度拉伸的一个典范。
3) Classification：分类，如：监督分类和非监督分类（supervised/unsupervised）、决策树分类（decision tree）、波谱端元收集(Endmember collection)、分类后处理（post classification）等。
4) Transform：图像转换功能，如：图像锐化（Image sharpening），波段比计算(band ratio)，主成分分析( principle components analysis)等。
5) Filter：滤波分析，包括：卷积滤波（Convolutions）、形态学滤波（Morphology）、纹理滤波（text）、自适应滤波(Adaptive)和频率域滤波(傅立叶变换FFT)。
6) Spectral：多光谱和高光谱图像以及其它波谱数据类型的分析,包括：波谱库的构建、重采样和浏览；抽取波谱分割；波谱运算；波谱端元的判断；波谱数据的N维可视化；波谱分类；线性波谱分离；匹配滤波；匹配滤波；包络线去除以及波谱特征拟合。
7) Map：图像的配准（registration）、正射校正(orthoretification) 、镶嵌(mosaicking)；转化地图坐标和投影；构建用户自定义投影；转换ASCII坐标；GPS-链接。
8) Vector：打开矢量文件、生成矢量文件、管理矢量文件、将栅格图像（包括分类图像）转换为ENVI矢量图层、不规则点栅格化，以及将ENVI矢量文件（EVF）、注记文件（ANN）以及感兴趣区（ROI）转换为DXF格式的文件。
9) Topographic：可以对地形数字高程数据进行打开、分析和输出等操作,比如提取阴影(hill shade )、提取地形特征(topographic feature),三维表面分析（3D surface）等。
10) Radar：对雷达数据的处理，如打开文件、拉伸、颜色处理、分类、配准、滤波、几何纠正等,另外还提供可分析极化雷达数据的特定工具。

2、Help 工具的使用

3、系统设置（preferences）
二、观测岩矿石的波谱曲线
ENVI中内建有一系列波谱库，可供大家认识了解不同岩矿石的波普曲线。
ENVI：Spectral>>Spectral Libraries >>Spectral Library Viewer

三、ENVI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(*.img)和一个相关的ASCII 的头文件(*.hdr)。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。与影像数据分离的文本头文件为ENVI 提供了影像的维数、波段名、波长、地图信息等任何可能嵌入的头信息、数据格式，及其它一些相关信息。

头文件通常是在ENVI 第一次读取到一个数据文件时创建的（有时需要自己输入）。可以在ENVI 的菜单栏中选择ENVI：File>>Edit ENVI Header，选择相应的文件，查看和编辑头文件，或者在可用波段列表中，点击鼠标右键，选择Edit Header 来完成同样的处理，也可以在ENVI 之外，使用文本编辑器，产生一个ENVI的头文件。

四. 文件的存取与显示
1、图像的存取
(1)读取文件：File > Open Image File. 当你打开任何文件（如can_tmr.img），可用波段列表（ABL:AvailableBandsList）自动地出现。ABL列出该图像文件的所有波段，并允许你显示灰阶和彩色图像、启动新的显示窗口、打开新文件、关闭文件，以及设置显示边框。

要选择当前活动显示，请按以下步骤：
从ABL（Available Bands List）内，点击 “Display #X” 按钮菜单（其中 “X” 是与显示窗口标题栏内数字相对应的数字），再从列表中选择所需要的显示。
要开始一个新的显示，从按钮菜单选择 “New Display”。
点击 “Load Band” 或 “Load RGB” ，以把选定的波段导入选定的显示。
（2） 保存文件：File > Save File As.

2、灰度图像和彩色图像的显示
ENVI：File>>Open Image>>Available Bands List（ABL）中选择Gray Scale或RGB Color模式，并选取需要显示的波段。
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： 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：主菜单及浮动菜单（图像窗口内点击鼠标右键，切换隐藏浮动菜单的开启和关闭。）

该菜单控制所有的ENVI交互显示功能，这包括：图像链接和动态覆盖(Link Displays… &Geographic Link…)；空间和波谱剖面图(Z Profile…)；对比度拉伸(Interactive Strectching…或Enhance)；彩色制图；诸如ROI的限定(ROI tool..)、光标位置和值(Cursor Location/Value..)、散点图和表面图等交互特征(Overlay)；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：全景 (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。

注：具体显示几个窗口，可通过鼠标右键的浮动菜单中的“Display Windows Style”来设置。

3、剖面和波谱图（Profiles and Spectral Plots）

Image:>>Tools>>Z Profiles。ENVI 允许抽取水平的（X）、垂直的（Y）、波谱的（对每个像元为 Z ）以及任意的剖面图。剖面图显示在单独的图表窗口，并且X、Y 和 Z 剖面图可以同时是激活的。鼠标用来移动一个十字准线并交互地选择剖面图。图表窗口内 Options 菜单下的 Auto Scale Y-Axis非常有用。

五. 图像裁剪与重采样
1． 图像的切割（取子区）
ENVI：Basic Tools>> Resize Data >> Resize Data Input File对话框（如下图）。

② 选择需要切割的原始图像；
②选择Spatial Subset或Spectral Subset方式；

③若设置空间切割方式（Spatial Subset>>select Spatial Subset）点击 “Image”；

④出现Subset by Image对话框，Subset的尺寸用2种形式，移动图像上的方框或直接填写samples/lines（列/行）值；

③’若设置波段范围（Spectral Subset>>File Spectral Subset），选择波段；
若要根据已选择的感兴趣区域进行切割，可用ENVI：Basic Tools>>Subset Data via ROIs。若要使用与上次输入的空间大小相同的文件的空间子集，点击 “Previous” 按钮。

注：Resize Data还可以进行图像重采样（如下），若仅仅进行子区的选择，则不要调整Output File Dimensions。* 图像左上角为原点(1.1 --- 列.行)。

“Masking”---把一个空间掩膜应用到图像的某个部分，包括统计、分类、分离（unmixing）、匹配滤波、连续删除（continuum removal）和波谱特征拟合（spectral feature fitting）。

①
②
③
④移动方框
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
④’ 可直接填写S/L

2． 图像的重采样
ENVI：Basic Tools>> Resize Data >> Resize Data
Input File对话框选择需要采样的原始图像—OK
>>Resize Data Parameters——调整 Output File
Dimensions的像元数；选择采用方法 >> 文件
输出

六. 影像统计分析
1. 基本统计特征分析ENVI：Basic Tools>> Statistics >> Computer Statistics
Calculate Statistics Parameters对话框---选择统计类型（Basic、Histogram、Covariance）

2. 主成分分析(ENVI: Transform>>principle compents)
Transforms > Principal Components > Forward PC Rotation > Compute New Statistics and Rotate.---- 选择输入文件--- 选择输出 PC 波段数---“Select Subset from Eigenvalues”---出现 PC EigenValues 绘图窗口（每个节点是PC各分量的特征值，可进一步计算PC各分量的方差百分比）。

3. 相关分析 ENVI：Basic Tools>> Statistics >> Computer Statistics

七、图像密度分割

ENVI: Tools>>Color Mapping>>Density Slice…

⑴ 打开图像文件：选择主菜单 File > Open Image File，在数据文件管理界面中点击 Data\ can_tmr.img，以灰度或 RGB假彩色方式显示图像。

⑵ 选择图像波段：在图像显示界面中，选择Tools > Color Mapping > Density Slice，显示密度分割波段选择界面，选择波段，如TM Band1。

⑶ 编辑密度分割参数：在密度分割界面上，选择定义的密度分割范围 “72 to 82 [Sea Green]”，单击编辑按钮，修改相应参数。单击ok，回到密度分割参数界面。

⑷ 生成密度分割图像：在密度分割参数界面，单击Apply，产生密度分割图像。

八.图像增强 (Image:Enhance)
（一）、直方图调整
(1) 直方图的交互式拉伸(Image: Enhance>>Interactive Stretching )
ENVI 用 2% 的系统默认线性拉伸值来显示所有图像(两边均舍去信息量的2%)，经过这样处理后合成的假彩色图像层次分明、地物差异大，各类地物易于判别。
注：多在Scroll窗口对全局调整，分别调整R、G、B，使彩色更丰富（一般R、G敏感，B线性即可）。

(2) 直方图匹配(Image: Enhance>>Histogram Matching)
至少显示两幅图像，从想更改直方图的图像（如“Display#1—PC1”）中，选择Enhance>>Histogram Matching---‘Match To’选择想匹配直方图的图像“Display#2--V” ---“OK”，保存直方图匹配后的PC1’。
查看两图像（PC1’与V）直方图：点右键Interactive Stretching或 选择 Functions > Interactive Stretching显示直方图；若需‘图像替代’则要求两直方图输入值相同，—可根据两直方图输入值的关系，通过‘Band Math’使两直方图数值相同（PC1’变为PC1’’）---保存PC1’’，可为下一步PC1’’图像替代V，进行HSV-RGB反变换作准备。

（二）彩色变换（ENVI: Transform>>Color Transform）
包括‘HSV-色调、饱和度、数值’变换，‘HLS--色调、亮度、饱和度’变换等。
（三）、MNF变换
最小噪声分离（Minimum Noise Fraction，MNF）变换是同主分量变换相似的一种方法，它被用来分离数据中的噪声，确定数据内在的维数，减少随后处理的计算量（Green 等人，1988；Boardman和Kruse，1994）。

九、图像叠加
⑴图像动态叠加

① 打开两个图像窗口，从任一图像窗口的菜单栏上选择Tools > Link > Link Display，显示链接显示对话框，单击OK，如图18。
② 在其中的一个图像窗口中，将鼠标放在放大框外，点击鼠标左键，第二幅图像就会叠加第一幅图像上。
③ 单击鼠标中间键并拖动鼠标，可以改变重叠区的大小。然后单击鼠标左键，重叠区域图像则会以新的大小显示，如图19。
④ 在任一个图像窗口中的菜单栏选择File > Cancel关闭图像。

图18 两图像动态链接显示对话框

图19 两图像动态叠加显示界面

⑵叠加矢量数据

①打开图像文件：选择主菜单 File > Open Image File，在数据文件管理界面中点击 Data\ can_tmr.img，在可用波段列表中点击TM Band 4，点击Gray Scale按钮，点击Load Band显示灰度图像。
②装入矢量数据：选择主菜单File > Open Vector File，打开Select Vector Filenames对话框。浏览定位到数据所在的文件夹，单击can_v1.evf，按住shift键再单击最后一个文件can_v4.evf（选择4个.evf文件），最后点击OK，如图20。

③在Available Vector List对话框中单击任一图层，可以查看该图层的相关信息，如图20。点击对话框底部的Select All Layers，选择所有矢量层，然后点击Load Selected，出现Load Vector Layers对话框。

④在Load Vector Layers对话框，点击Display #1把矢量层加载到图像窗口，并出现#1Vector Parameters对话框，如图21。
在#1Vector Parameters对话框中，点击Apply把矢量数据加载到图像上。在菜单栏中

选择Options > Vector Information打开Vector Information对话框。在图像窗口中按住鼠标左键并拖动鼠标，可以显示当前选定的矢量层，并显示该矢量层的相关信息，如图22。在#1Vector Parameters对话框中点击另一个矢量层名选定，然后在图像窗口中单击拖动来显示不同的矢量层。

⑤在#1Vector Parameters菜单栏中选择Edit→Edit Layer Properties，改变矢量层相关参数，点击Apply显示改变后的效果，如图23。

图20 选择矢量数据界面

图20 矢量数据图层信息查看界面 图21 矢量参数对话框

图22 矢量数据叠加及矢量层信息查询界面

图23 矢量层参数编辑界面

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