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ENVI功能总结白皮书






第一章 ENVI 简介 .........................................................................................................................................1 第二章 ENVI 软件体系结

构 .........................................................................................................................3 2.1 ENVI/IDL 和 ENVI RT 遥感处理系统 ........................................................................................3 2.2 大气校正模块-FLAASH ...............................................................................................................4 2.3 DEM 自动提取模块.........................................................................................................................5 2.4 ENVI-RX 异常探测工具 .................................................................................................................5 2.5 SARscape 模块 .................................................................................................................................5 2.7 ArcGIS ENVI 格式读取模块...........................................................................................................6 2.8 RemoteView 模块.............................................................................................................................6 第三章 ENVI 4.2/4.3 新功能 .......................................................................................................................7 3.1 自动配准工具 .................................................................................................................................7 3.1.1 基于区域的匹配算法...........................................................................................................7 3.1.2 基于特征的匹配算法...........................................................................................................9 3.2 DEM 提取功能模块 ....................................................................................................................10 3.3 植被分析 ....................................................................................................................................... 11 3.3.1 植被指数计算器................................................................................................................ 11 3.3.2 植被指数分析工具............................................................................................................ 11 3.4 对数残差定标工具 ......................................................................................................................13 3.5 数据格式支持 ...............................................................................................................................13 3.6 异常检测 .......................................................................................................................................14 3.8 ENVI4.3 新特性 ...........................................................................................................................15 3.8.1 面向对象的空间特征提取 .................................................................................................15 3.8.2 更友好的显示界面—ENVI ZOOM .......................................................................................16 3.8.3 支持企业级应用.................................................................................................................17 第四章 ENVI 特色功能介绍 .......................................................................................................................18 4.1 自动、快速的影像预处理工具.....................................................................................................18 4.1.1 丰富的传感器数据格式支持 .............................................................................................18 4.1.2 低分辨率数据的自动纠正和处理 .....................................................................................19 4.1.3 中高分辨率影像快速自动配准和正射校正 .....................................................................21 4.1.4 专业的大气校正工具包—FLAASH .....................................................................................22 4.1.5 专业定标工具.....................................................................................................................23 4.1.6 影像无缝镶嵌技术及虚拟镶嵌 .........................................................................................23 4.1.7 具有多种高保真遥感影像融合方法 .................................................................................23 4.1.8 强大的影像增强功能.........................................................................................................24 4.2 专业、精确的信息提取工具.........................................................................................................24 4.2.1 先进的波谱分析工具 ......................................................................................................24 4.2.2 方便、快捷的工程化应用 ..............................................................................................28 4.3 快捷、强大的系统定制功能........................................................................................................30 4.3.1 方便、灵活的功能扩展 ..................................................................................................30 4.3.2 优秀的底层开发语言 IDL ...............................................................................................30 4.3.3 完备的功能函数库 ..........................................................................................................32 4.4 易学易用 ........................................................................................................................................32 4.4.1 界面友好——提供汉化菜单 .........................................................................................32 4.4.2 影像及波谱信息的灵活显示与处理 .............................................................................32 4.4.3 完善的技术培训和支持 ..................................................................................................33 第五章 ENVI 全功能一览 ...........................................................................................................................34
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5.1 数据输出格式 ................................................................................................................................34 5.1.1 数据输入格式.....................................................................................................................34 5.1.2 数据输出格式.....................................................................................................................35 5.2 显示功能 ........................................................................................................................................35 5.3 计算及统计功能 ............................................................................................................................36 5.4 交互式分析 ....................................................................................................................................37 5.5 基本遥感影像处理 ........................................................................................................................37 5.5.1 地图投影与制图.................................................................................................................37 5.5.2 数据预处理与定标.............................................................................................................38 5.5.3 影像校正.............................................................................................................................39 5.5.4 影像滤波.............................................................................................................................39 5.5.5 影像空间变换.....................................................................................................................40 5.5.6 影像分类.............................................................................................................................40 5.6 高级遥感影像处理 ........................................................................................................................41 5.6.1 高光谱遥感影像处理和波谱分析 .....................................................................................41 5.6.2 雷达数据处理.....................................................................................................................43 5.7 三维地形可视化分析及动画飞行.................................................................................................44 5.8 矢量分析功能 ................................................................................................................................44 5.9 制图功能 ........................................................................................................................................45 5.10 系统与管理 ..................................................................................................................................46 第六章 ENVI4.2 支持的操作系统 .........................................................................................................47

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第一章 ENVI 简介

ENVI (The Environment for Visualizing Images)是美国 RSI 公司的旗舰产品,它由遥感领域的 科学家采用交互式数据语言 IDL(Interactive Data Language)开发的一套功能强大的遥感图像处理 软件。

创建于 1977 年德 RSI 公司已经成功地为其用户提供了超过 28 年的科学可视化软件服务,帮 助各领域的科学家、工程师、研究人员从复杂的数据中提取有用信息,创造出诸多科研成果。目前 RSI 的用户已达 200,000 之多,遍布世界 80 多个国家和地区。其旗舰产品的 ENVI,深受遥感、 工程、地球科学、气象、环境、林业、农业、军事、自然资源勘探、海洋资源管理等领域的用户喜 爱,并从 2000 年开始连续三年获得美国权威机构 NIMA 遥感软件测评第一。

ENVI 一直致力于为用户提供简单、自动、专业、易于定制的遥感影像解决方案:

简单易用的 ENVI:ENVI 一个显著特点是具有灵活、友好的界面,使其简单易学、便于操 作和使用。ENVI 可以轻松读取、显示和分析各种类型的遥感数据、矢量数据和通用格式影像数据, 并提供了从影像预处理、信息提取到与 GIS 整合所需要的各种功能。而其特有的向导式处理流程及 影像自动配准、DEM 自动提取、高保真融合、目标探测、植被分析等工具大大简化了复杂的处理程 序,提高了影像处理速度。

专业可靠的 ENVI:ENVI 的波谱分析工具一直处于世界领先地位。作为专业的遥感影像处理平 台,除了具有常见的功能外,ENVI 提供了更多先进的波谱分析功能,如混合像元分类、匹配滤波、 线性波谱分离、波谱角分类、波谱特征匹配、决策树分类和神经元网络分类等。而具有创新性的波 谱绘图和 N 维散度分析工具,可用来定位和识别目标、提取地物物理模型并进行影像波谱与波谱库 对比等。通过 ENVI,用户可以利用其他软件无法提供的一系列高级影像分析工具获取所需的各种 目标信息。

随心扩展的 ENVI:底层的 IDL 语言使得 ENVI 软件具有其它同类软件所无可比拟的可扩展性。IDL 语言可以帮助用户轻松的添加、扩展 ENVI 的功能或是定制自己的专业遥感平台,更能够创新

性的使用 IDL 进行波段运算、定制影像批处理程序、在 ENVI 环境下增加自己的算法、甚至可 以利用 ENVI/IDL 提供的大量现成的遥感影像处理算法函数库定制自己的遥感影像处理系统。 ENVI 具有强大的影像信息分析、提取工具,齐全的遥感影像处理功能连同丰富的可供二
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次开发调用的 IDL 函数库, 组成了非常全面的图像处理系统, ENVI 拥有领先的波谱分析工具, 并加入了遥感领域的最新科研成果,此外 ENVI 还一直致力于帮助用户解决遥感领域中的一些 疑难问题,包括非标准数据类型的输入、大幅图像的浏览和分析、用户自定义的分析功 能简单 扩展(插件程序)等,并取得了显著成果。

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第二章 ENVI 软件体系结构

ENVI 采用模块化设计,它齐全的遥感影像处理功 能连同丰富的二次开发函数库, 组成了非常全面的 影像 处理系统。 ENVI RT 环境和 ENVI/IDL 环境为不同层次 的用户提供了完整的影像处理工具, 能满足大多数用户 的专业应用需求。此外 ENVI 系统还拥有 FLAASH、 DEM、异常地物提取、SARscape 等扩展功能模块, 可满足更高级用户需求。

2.1 ENVI/IDL 和 ENVI RT 遥感处理系统
ENVI 拥有全面的专业遥感处理工具。ENVI 提供了灵活的显示功能,能够浏览有地理坐标或无 坐标的影像, 并提供了对海量多波段数据集、 影像尺寸、 波谱以及感兴趣区的交互式处理过程。 ENVI 提供了大量交互式功能,包括:X、Y、Z 剖面;影像裁切;线性和非线性直方图及对比度拉伸;颜 色表;密度分割和分类彩色制图;快速滤波;感兴趣区的定义和处理;特殊像元定位;空间/波谱像 元的交互式编辑;交互式散点图,包括二维散点图和 N 维可视化器;影像链接和动态覆盖;GIS 矢 量叠加图;在影像上添加地图或公里网格以及注记;三维飞行;曲面阴影;影像动画;几何纠正和 镶嵌等。 ENVI 支持丰富的数据格式,能够处理全色图像、AVHRR 数据、Landsat MSS 数据、Landsat TM 数据、EOS、IRS、SPOT、IKONOS、QUICKBIRD 以及其它多光谱和高光谱数据、SAR 以及 InSAR 等雷达数据。 ENVI 具有主成分变换;波段比值变换;色度-饱和度-值变换;去相关拉伸;生成植被指数 等数据变换工具。ENVI 提供了低通滤波、高通滤波、中值滤波、方向滤波、边缘检测滤波等滤波 功能,ENVI 也支持用户自定义的滤波核,所有的滤波核都可以进行交互式编辑。ENVI 还提供一些 特定类型的滤波,包括:Sobel 滤波、Roberts 滤波、膨胀滤波、侵蚀滤波以及自适应滤波(Lee、 Frost、Gamma、和 Kuan 滤波) ;纹理滤波以及对一些参数的测量,包括:数据范围、均值、方差、 熵、偏移、同质性、对比度、相异性和相关性。 ENVI 提供了丰富的分类方法,非监督分类有 K 均值和 ISODATA 方法;监督分类有平行六面 体分类、最小距离分类、马氏距离分类、最大似然分类、波谱角分类、二进制编码分类。ENVI 还

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具有基于专家知识的决策树分类,以及各种分类后处理的工具,包括:对分类的聚合、筛选和合并; 对分类的交互式显示;生成评价分类精度的混淆矩阵和 Kappa 系数等。 ENVI 提供了一整套的高光谱数据处理工具,包括影像或波谱端元线性波谱分离和匹配滤波的 特定制图工具;波谱库构建,影像波谱与波谱库中波谱匹配的工具。ENVI 纯净像元指数(PPI)工 具用以在影像中寻找最纯净的波谱像元,可用于波谱端元选取。独特的 N 维可视化器可以将散点图 在 N 维空间进行交互式浏览,用于选取特定的端元要素。使用波谱特征拟合技术,可以对岩石、矿 物、植被以及其他要素进行识别。ENVI 还提供波谱分析技术,将用户数据与波谱库中波谱的进行 比较,用于对要素识别。 使用 ENVI 提供的一整套 GIS 矢量输入、输出和分析工具可以将行业标准的 GIS 数据加载到 ENVI 中,并对矢量和 GIS 属性进行浏览和分析,编辑现有矢量;进行属性查询;使用矢量层进行 栅格分析或从栅格图像的处理结果中生成新的矢量 GIS 层,并生成标准的 GIS 输出格式文件。 ENVI 还拥有全面的 SAR 处理功能。除了标准的 ENVI 处理程序能够对雷达数据进行处理外, ENVI 还提供了许多特定的雷达数据分析工具,包括:读取标准 SAR 格式的 Radarsat 和 ERS-1 数 据; CEOS 格式数据中浏览和读取头文件信息; 从 消除天线增益畸变; 斜距校正; 生成入射角影像; 自适应和纹理滤波;合成彩色影像;极化数据分析工具等。 最后,ENVI 提供了将图像数据转换到最终地图格式的工具。包括:影像-影像和影像-地图 的配准;正射校正;图像镶嵌;地图制图等。 ENVI 是用交互式数据语言 IDL 编写的。IDL 是语法简单、功能强大的第四代计算机语言,它是 科学数据可视化的强大工具。有两种类型的 ENVI 环境-ENVI/IDL 开发版本和 ENVI RT 运行版本, 后者不带有底层 IDL 开发平台。ENVI/IDL 运行时会启动 IDL,ENVI 的灵活性正是来源于 IDL 的强 大功能。借助 IDL,用户能够非常方便的为 ENVI 添加新功能和算法,并且可以将遥感技术与专业 应用紧密结合,构建出独有的专业遥感应用平台。ENVI RT 提供了所有的 ENVI 功能,由于没有提 供 IDL 编辑环境,ENVI RT 不能编写自定义程序,但它能够使用编译后的 IDL 扩展程序。

2.2 大气校正模块-FLAASH
ENVI独有的大气校正模块--FLAASH,由光学研究权威机构--光谱科学研究所与美国空气 动力研究实验室(AFRL)及光谱信息技术应用中心(SITAC)共同研发。 FLAASH使用了目前精度最高的大气辐射校正模型 MODTRAN 4+ 辐射传输模型,它基 于像元进行校正,不仅校正了由于漫反射引起的邻域效应,还可以进行卷云和不透明云层的分 类图,并调整由于人为抑止而导致的波谱平滑。该模块可以处理各种高(多)光谱、卫星和航空 数据(860nm/1135nm),还能校正垂直成像数据和侧视成像数据。 FLAASH模块采用向导式流程,FLAASH纠正向导指导用户进行大气校正,能够在很短的 时间内完成复杂的大气纠正工作。

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2.3 DEM 自动提取模块
越来越多的遥感影像处理用户需要通过精确的三维显示来更好地分析影像数据。ENVI 的 DEM 自动提取模块能够简单、快速地从 ASTER、SPOT5、IKONOS、QuickBird、OrbView-3 及航片的立体像对中创建 DEM,而独特的向导工具使得 DEM 提取更加简便、自动。提取完成 后还可以使用 DEM 编辑工具对 DEM 进行局部编辑。DEM 模块全面支持 RPC 模型参数,尽 可能用最少的地面控制点达到有效精度;此外用户还可以交互量测特征的高度或者是收集 3D 特征并导出为 3D Shapefile 格式文件。

2.4 ENVI-RX 异常探测工具
随着遥感影像数据量的增长,从影像中提取信息所耗费的时间也成倍增多。实际上用户一般关 心的是影像中发生异常的区域。ENVI-RX 异常探测工具能够快速在影像中定位异常发生区域,帮助 用户在更小的范围内快速准确地提取有用信息。 异常探测可应用于多个领域,包括精细农业上农作物胁迫的识别,林业上染病树木定位,以及 地质学上珍稀矿石的寻找。在国防和情报分析应用中,能够于探测军事车辆等运动目标,能够通过 识别土壤的细微变化检测出地雷埋设或部队行军等军事活动行动。 ENVI-RX 异常探测工具采用了最新的 RXD 异常探测算法,该算法能够非常敏感地识别微弱异 常。ENVI-RX 异常检测工具提供了向导式的处理方法,简化了操作过程,用户无需专门知识就能使 用该工具快速从影像上提取异常信息。

2.5 SARscape 模块
ENVI 具有全面的雷达数据处理功能。ENVI 提供了许多特定的雷达数据分析工具,包括读取标 准 SAR 格式的 Radarsat 和 ERS-1 数据;从 CEOS 格式数据中浏览和读取头文件信息;消除天线 增益畸变;斜距校正;生成入射角图像;自适应纹理滤波;合成彩色图像;极化数据分析等工具。 SARscape 模块是在 ENVI 原有雷达处理模块的基础上,由瑞士 Sarmap 公司依托 ENVI 系统开发 的用于 InSAR/SAR 数据处理的专业工具。SARscape 模块进一步增强了 ENVI 对雷达数据处理的 能力。 ENVI SARscape 模块专门用于处理合成孔径雷达数据。目前 SARscape 模块支持 ERS-1/2、 JERS-1、 RADARSAT-1 以及 ENVISAT ASAR 数据。 SARscape 模块可以从 SAR 原数据开始处理, 或是从 SLC 数据或多视角数据进行处理。 除了能够处理振幅数据, SARscape 模块也完全集成了各 种干涉合成孔径雷达处理技术。 ENVI SARscape 模块是构建在 SARscape2.2 基础之上的。SARscape2.2 是当前市场上最先
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进的雷达数据处理软件之一。SARscape 模块通过 IDL 编写的用户界面集成到 ENVI 系统中。IDL 接口和 ENVI 软件环境使得用户能够自动进行 InSAR/SAR 数据的处理,并将它集成到各种复杂的 工作流程中。

2.7 ArcGIS ENVI 格式读取模块
ArcGIS ENVI 格式读取模块是为 ArcGIS 8.1(或更高)软件提供的扩展模块,它使 ArcGIS 能够访问 ENVI 格式的影像文件。ENVI 影像文件格式包括一个二进制文件以及一个相关联的 ASCII 码头文件。头文件中包含了用于读取影像数据的必要信息。

2.8 RemoteView 模块
RemoteView 是北美和欧洲国家广泛应用于提取影像信息的强大工具,它能够快速浏览 GB 级 影像数据,并拥有丰富的多光谱分析工具。ENVI RemoteView 模块,作为 RemoteView 和 ENVI 两个软件之间的桥梁,能够为 RemoteView 软件的用户增加 ENVI 强大的高光谱数据可视化和分析 功能,同时 ENVI 用户也能够利用 RemoteView 软件的强大功能进行影像浏览和分析处理。

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第三章 ENVI 4.2/4.3 新功能

概述:
作为专业遥感软件,ENVI 秉承了 RSI 为用户提供专业、易用软件工具的一贯理念,紧跟遥感 科学的发展,不断推出新的版本,添加新的功能。ENVI4.2 已于 2005 年 9 月发布,ENVI4.3 也将 在 2006 年第三季度发布。在新版本 ENVI 软件中,引入了自动配准、DEM 提取、植被指数分析、 面向对象的特征提取等一系列专业工具,能够让用户的遥感影像处理更加快速、自动。 主要特色: ? ? ? ? ? ? 支持更多的传感器数据格式 影像自动配准工具 DEM 自动提取工具 植被指数分析工具 异常检测工具 面向对象的特征提取

3.1 自动配准工具
ENVI4.2 提供了影像自动配准工具,在进行影像对影像的配准时使用该工具能够自动产生匹配 点, 实现影像快速纠正。 自动影像配准工具提供了基于区域和基于特征两种匹配算法来产生匹配点:

3.1.1 基于区域的匹配算法
算法介绍: ? 比较两幅影像局部区域的灰度比率值 ? ? ? ? 通过灰度比率值相似程度寻找匹配像元位置 精度取决与参考影像和纠正影像的相似程度 需要地图信息或者三个匹配点 匹配速度快

参数设置:

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图 3.1 基于区域的自动匹配参数选项
? ? 匹配点个数:设定要产生的匹配点数目,默认为 25 个。 搜索窗口大小:设定搜索窗口的大小。搜索窗口是影像的一个子集,移动窗口在其中进行扫描

寻找地形特性匹配。搜索窗口大小可以是大于或等于 21 的任意整数,并且必须比移动窗口大。其 默认值为 81,即搜索窗口的大小为 81×81 像素。该参数的值越大,找到匹配点的可能性也越大, 但同时也要耗费更多的计算时间。 ? 移动窗口大小:设定移动窗口的大小。移动窗口是在搜索窗口中进行检查,寻找地形特征匹配

的小区域。移动窗口大小必须是奇数。最小的移动窗口大小是 5,即为 5×5 像素。使用较大的移动 窗口将会获得更加可靠的匹配结果,但也需要更多的处理时间。默认设置值为 11,即移动窗口大小 为 11×11 像素。对于高分辨率的影像(1 米左右) ,移动窗口需要设置为较大的区域(例如,17× 17 像素或更高)以获得较好的匹配结果。 ? 区域切片大小:设定用于提取特征点的区域切片大小,默认值为 128。最小值为 64,最大值为

2045。 ? ? ? 最小相关系数:设定可以被认为是候选匹配点对的最小相关系数,默认值为 0.7。 采样点数目:设定在单一影像切片中采集的点的数目。 感兴趣运算:设定感兴趣运算的算法。感兴趣运算用于识别特征点。可选项为 Moravec 和

Fornster。Moravec 运算计算某个像素和它周围临近像素的灰度值差异,而 Fornster 运算计算并分 析某个像素和周围它临近像素的灰度梯度矩阵。

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3.1.2 基于特征的匹配算法
算法介绍: ? ? 提取影像的独特特征 根据特征寻找匹配点(比较属性和方向)

参数设置:

图 3.2 基于特征的自动匹配参数设置
? ? ? 匹配层数:设定用于进行影像匹配的影像金字塔层数,默认为 1。 最大匹配尺寸:设定用于进行影像匹配的金字塔影像大小。默认值为 512×512 像素。 像元大小比率(纠正/参考):设定纠正影像的地面像元大小和参考影像的地面像元大小。默认值

为 1.0。该参数用于指导匹配处理。例如,如果参考影像地面像元大小为 20 米而纠正影像地面像元 大小为 10 米,则像元大小比率为 0.5。如果参考影像和纠正影像具有任何形式的地图信息,系统会 自动计算相对应的像元大小比例。 ? 辅助可靠性检查:设置 Yes 或 No 来确定是否执行辅助可靠性检查。设置 Yes,将会获得较少

但更可靠的匹配点。设置 No 将会获得更多的匹配点,但可靠性相当较差。对于通常的遥感影像, 建议设置为 Yes。如果影像质量较差只能提取较少的特征点,或是要提取出尽可能多的匹配点,设 置为 No。 ? 空间裁减区域: 如果需要, 从参考或纠正影像上选择一个空间区域来确定两幅影像的重叠区域。

这在两幅影像仅有部分重叠区域的情况下非常有用。

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图 3.3 基于区域的自动匹配结果(左图为 30 米 TM 影像,右图为 10 米 SPOT 影像)

3.2 DEM 提取功能模块
DEM 是用规则空间格网表示的实际地形高程值。DEM 可以用来产生等高线地图,正射影 像,透射影像,构建三维地形,也可以用于修建高速公路和铁路的路线规划等。ENVI 提供的 DEM 提取模块能够从 ASTER、IKONOS、OrbView-3、QuickBird,以及 SPOT 卫星影像中提 取 DEM。 DEM 提取模块提供了向导工具,并使用了影像自动配准工具,能够自动寻找同名点,找点 速度快。提取结束后,用户能够对 DEM 结果进行编辑,减少噪音对 DEM 的影响。DEM 提取 模块还提供了立体像对 3D 测量工具,用户可以交互式的量测立体影像上同一点的高程值。

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输入立体像对

添加/编辑地面控制点

自动寻找/编辑匹配点

选择核影像参数

选择DEM投影参数

选择DEM提取参数

输出DEM并检查结果

编辑DEM

图 3.4 DEM 提取模块工作流程图

3.3 植被分析
3.3.1 植被指数计算器
ENVI4.2 新加入的植被指数计算器能够根据影像信息自动列出能够计算的植被指数,并可自动 进行植被指数计算。 它提供了 6 类 27 种常用植被指数的计算, 包括绿度(Greenness)、 光利用率(Light Use Efficiency)、氮、干旱或炭衰减(Dry or Senescent Carbon)、叶绿素(Stress Pigments)、冠层 水分含量(Canopy Water Content)。植被指数计算器还提供了生物物理学交叉检验,能够提高植被 指数的计算精度。

3.3.2 植被指数分析工具
除了提供了植被指数计算工具,ENVI4.2 还为植被指数应用提供了三类分析工具: ? 农作物胁迫 Agricultural Stress

使用农作物胁迫工具能够创建农作物胁迫的空间分布图。干旱农作物不能有效的利用氮和光 能,表现为胁迫较高;而健康生长作物则表现为较低的胁迫。用户能从农作物胁迫的空间分布图上
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判断出适合农作物生长的区域,该工具可用于精确农业分析。农作物胁迫工具使用以下几类的植被 指数: 绿度:来标识闲置农田、虚弱的植被、健康的作物; 光利用效率:标识植被生长率; 冠层氮含量:用于估计相关的氮等级; 叶绿素:突出植被胁迫; 冠层水分含量:标识水胁迫的层次。 农作物胁迫工具将输入影像数据根据胁迫程度分为 9 类,下面是农作物胁迫的分类示意图:

图 3.5 农艺胁迫分类示意图
? 易燃性分布分析工具

易燃性分布分析工具可用于创建某一区域植被易燃性的空间分布图。易燃性空间分布制图能够 用于森林规划,也可用它来分析城郊混合区的火灾风险。高易燃性分布区域通常由处于干燥和干旱 状态的植被构成,水分含量很少;而低易燃性分布区通常由茂盛的绿色植被构成。易燃性分布分析 使用以下几类的植被指数: 绿度:显示大多数的绿色指数; 冠层水分含量:标识植被的冠层水分含量; 干旱或炭衰竭:突出非生物指数; 易燃性分布分析工具将输入的影像分为 9 类,分别对应于该地区植被的易然程度,用于评估影 像中易燃植被的空间分布。下面显示了易燃性工具的输出分类示意图:

图 3.6 易燃物分类示意图
? 林木健康分析工具

林木健康工具用于创建整个森林区域健康程度的空间分布图。林木健康程度分布图可用于检测 病虫害以及枯萎病的发生情况,也可以用于评估某地区的木材收获量。林木健康工具使用以下几类 的植被指数:
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绿度:表面绿色植被的分布; 叶绿素:标识类胡萝卜素以及花青素的含量; 冠层水分含量:标识水分含量; 光使用效率:标识森林生长率; 林木健康分析工具根据林木的健康程度将输入影像分为 9 类,有助于评估整个影像中的林木健 康情况。下图显示了林木健康分析工具产生的输出的分类图:

图 3.7 林木健康分类示意图

3.4 对数残差定标工具
对数残差工具能够去除太阳辐照度、大气传输、仪器增益、地形以及反照率对辐射率数据的影 响。使用工具能创建反射率影像,并可用于分析地物的基本吸收特性。影像数据的对数残差定义为 输入光谱除去光谱几何平均,再除去空间几何平均。由于因为各种因素的影响是几何倍增的,因此 计算时使用数据值的对数进行计算。 光谱平均是该位置所有波段像元值平均, 并去除了地形的影响。 空间平均是每个波段所有像元的均值,并考虑到了太阳辐照度、大气传输以及仪器增益的影响。

图 3.8 对数残差定标前后的波谱(左图:定标前波谱 右图:定标后波谱)

3.5 数据格式支持
? 新增输入格式: ? ? QuickBird Tile (.til)文件,并支持 QuickBird Tile 文件的自动镶嵌。 ERDAS IMAGINE 8.x (支持超过 2GB 大小的文件以及影像金字塔文件。)
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?

改进的输出格式: ? 改进的 JPEG2000 文件输出:具有更好的压缩比并进行了编码优化。

?

增强的 MODIS 数据支持: ? ? ? ? 支持 MODIS 1B 数据。 支持 MODIS 数据产品 MOD02-MOD44 以及 MYD02-MYD44。 MODIS 数据的自动地理纠正。 MODIS 数据的自动“双眼皮”(bowtie)去除。

?

增强的 IKONOS 和 QuickBird 数据的支持: ? 能够从 IKONOS 及 QuickBird 数据中自动提取波长和 FWHM 信息。

?

增强的 ASTER 数据支持: ? ? 支持所有的 ASTER L2 数据,包括 DEM 数据。 对 ASTER L1B 数据的自动几何纠正和 DEM 提取。

?

增强的 AVHRR 数据支持: ? ? ? 支持所有不包括 TBM 或 ARS 文件头的 AVHRR 数据。 支持 Quorum 接收站的数据。 为 2004 年 12 月 14 以后接收的 NOAA-16 和 NOAA-17 数据提供了新的定标系数。

3.6 异常检测
随着影像数据量的不断增大,提取信息时需要检测的像素数量也成倍增多,从空间影像中获取 有价值的信息往往会耗费大量的精力和时间。一般来说为了缩小数据分析范围,影像分析通常集中 于异常发生区域。 为了帮助用户快速准确地定位异常信息, 公司推出了 ENVI-RX 异常检测工具。 RSI ENVI 用户可以利用 ENVI-RX 异常探测工具在影像上快速识别出有别于影像背景的异常特征。 异常探测可应用于多个领域,包括精细农业上农作物胁迫的识别,林业管理中的染病林木的定 位,以及寻找珍稀矿石的地质学应用。在国防和情报应用中,可用于探测军事车辆等运动目标,并 通过土壤的异常变化检测出地雷埋设或部队行军等军事活动。 ENVI-RX 异常检测工具提供了向导式的处理方法,指导用户从影像上识别异常信息。通过这 种向导式的处理方法,用户无需具备 ENVI 和图像处理的专业知识,只需选择输入文件以及用于异 常提取的算法就能轻松完成整个处理流程,并产生可应用于诸多领域的精确结果。

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图 3.9 异常检测结果(左图:原始影像 右图:异常检测结果)

3.8 ENVI4.3 新特性
ENVI4.3 将于 2006 年第三季度发布,ENVI4.3 在 4.2 的基础上增加了面向对象的空间特征提 取工具,提供了更适合用户进行数据浏览和分析的 EZ 显示界面,并提供了企业级应用功能。这些 工具能够更好的满足用户对遥感影像自动化处理的需求。

3.8.1 面向对象的空间特征提取
传统的遥感影像分类方法,包括监督分类或非监督分类,都是在影像的光谱特征空间中,依靠 不同光谱数据组合在统计上的差别进行分类的。随着高空间分辨率数据的大量涌现(IKONOS、 QuickBird 等) ,高空间分辨率影像上地物景观的结构、形状、纹理和细节等信息都非常突出,而光 谱分辨率并不高(通常只有 3 到 4 个波段) 。因此,在分类时不能仅依靠其光谱特征,更多的是要 利用其空间几何结构信息。 ENVI 作为遥感信息获取的专业平台,特别为广大高空间分辨率数据用户提供了面向对象的空 间特征提取模块。该模块进一步丰富了 ENVI 信息提取手段,使 ENVI 能够处理从高光谱分辨率到 高空间分辨率的各种数据。 面向对象的空间特征提取模块采用基于工作流程的向导方式,帮助用户从高分辨率的卫星影像 中提取出所需要的信息。它能够提取线性地物如道路,边界线等;也能够提取面状地物如农田,水 体等。提取结果输出为 ESRI Shapefile 格式的矢量文件。该模块还提供了新的栅格矢量转换工具。

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图 3.10 ENVI 4.3 空间特征提取模块

3.8.2 更友好的显示界面—ENVI ZOOM
以前 ENVI 的影像显示都是传统的三窗口模式(影像/缩略/放大) ,这种显示模式方便研究者对 影像局部进行分析以及对影像进行各种分析处理。随着遥感科学的发展,越来越多的用户需要使用 ENVI 显示处理更大的影像数据,并进行全局性的数据分析。传统的三窗口显示模式已不能满足用 户的这种需求。因此 ENVI 在 4.3 版本中增加了新的显示界面,ENVI Zoom 显示模式。ENVI Zoom 模式可在单一窗口中显示多幅图像,并且支持矢量和标注的叠加显示。用户可以更加方便地对影像 进行缩放和平移操作。同时为了满足偏好传统三窗口模式的 ENVI 用户,ENVI 4.3 还保留了传统的 三窗口显示模式,并可以和 ENVI Zoom 自由切换。

图 3.11 ENVI4.3 新增显示模式
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3.8.3 支持企业级应用
随着遥感影像数据的日益增加,绝大多数大型结构都采用了影像数据库进行海量影像数据的管 理,不同的用户通过客户端连接到数据库服务器获取影像数据并进行处理。使用影像数据库能够提 高影像的利用效率,有效的管理影像,促进企业的生产效率。ENVI 作为遥感数据信息获取的最佳 平台,也适时地推出了企业连接模块,该模块能够使 ENVI 成为 OGC(支持 WMS 和 WCS)服务 以及 IAS 服务的客户端软件。 OGC 是开源地理空间信息联盟的缩写, 它制定了 WMS 和 WCS 两种 网络地图服务标准是业界公认的行业标准。 IAS 是 RSI 推出的进行影像网络发布和海量数据管理的软件系统。它使用基于小波的 JPEG 2000 数据标准编码技术能够在数据信息损失很小(无损)情况下进行影像的压缩、发布和传输。 ENVI 的企业连接模块能够使 ENVI 作为 WMS 和 WCS 服务或是 IAS 的客户端, 使企业用户能够充 分利用 ENVI 提供的强大信息提取工具进行海量数据的分析处理。

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第四章 ENVI 特色功能介绍

4.1 自动、快速的影像预处理工具
ENVI 能够对遥感影像进行多种预处理,包括影像裁切(空间及波谱)、影像旋转及镜像处 理、影像格式转换及数据查询、磁带数据的读取及查询、坏行替换、去条带等。 ENVI 可以对 TM、ETM+、NOAA-AVHRR、MODIS 等特定数据进行定标处理,例如显示 AVHRR 的头信息, 对 AVHRR 进行大气精校正、地形建模、海洋表面温度计算等;对 Landsat 7 数据的 HDF 和 FAST 格式进行定标时,能自动从头文件中获取成像时间、太阳高度角等信息,可以进行内部 平均相对反射率定标、平面场定标、地面定标、传感器通道电平及增益校正、原始 TIMS 数据 的辐射率校正,可以计算热红外 IR 数据(MWIR 和 LWIR),修整 DEM 数据坏值。

4.1.1 丰富的传感器数据格式支持
ENVI 能处理不同传感器、不同波段和不同空间分辨率的数据,包括 Landsat 系列卫星、 高分辨率的 IKONOS、QuickBird 和 EOS 系列卫星 TERRA、AQUR,法国 SPOT 卫星,支持 NASA、NOAA 等机构广泛采用的 HDF、netCDF 等科学数据格式。ENVI 能够处理各种常用 光学传感器和雷达传感器数据,并具备处理未来更多传感器数据的能力。 ENVI 兼容其它遥感影像处理软件,它能读写其它遥感图像处理软件的标准数据格式, 包 括 PCI 的.pix 格式的数据、 ERDAS IMAGINE 8.X 的数据、 ERMapper、 ARC/Info Images 的.bil 格式的数据。ENVI 能自动导入/导出遥感影像的投影信息,大大地简化了用户在不同软件系统 之间数据转换的繁琐过程。 ENVI 支持通用格式的图像数据,如 TIFF、GeoTIFF、JPEG、BMP、SRF、XWD、MrSID 等格式的数据; 支持包括 ARC/Info 的.e00、 ArcView Shape 的.shp、 ADRG、 AutoCAD 的.DXF、 MapInfo 的.mif、Microstation 的.DGN 等在内的多种矢量格式数据。 除了以上各种特定的数据格式外, ENVI 还支持广泛的科学数据格式, ENVI 能够读取 ASCII 数据、二进制数据,甚至用户自定义格式的数据,同时能够对遥感数据特有的头文件信息进行 编辑。 ENVI 可以提供了以下列格式的输出文件:ENVI 标准格式;通用影像格式(TIFF/GeoTIFF);其 它遥感影像格式,如 ERDAS、ER-Mapper、PCI、Arc/Info Images 使用的数据格式;PostScript 格式;通用影像传输格式 NITF。

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4.1.2 低分辨率数据的自动纠正和处理
1)、根据影像自带的几何信息进行地理坐标定位 ENVI 对带有地理坐标信息的影像提供了全面的支持,ENVI 拥有 38 种投影类型的投影集,包括 亚尔勃斯等积(Albers Equal Area)投影、等积方位(Azimuthial Equal Area)投影、兰勃特等角圆锥 (Lambert Conformal Conic)投影、 斜轴墨卡托(Transverse Mercator)投影、 任意(Arbitrary(x,y))投影、 地理经纬度(Geographic(lat/lon))投影、高斯-克吕格(Gauss Kruger)投影、统一横轴墨卡托(UTM) 投影等。此外,ENVI 支持自定义地图投影,用户能够创建自定义的地图投影,它可以使用多种不 同的投影类型、椭球体和基准数据集,来满足世界各地地图投影的需要。 如果输入影像相关文件中包含每个像元的地图位置信息,ENVI 可以使用这些信息对数据进行地 理坐标定位。 该方法是一种非常精确的定位方法, 因为它可以将每个像元放置在准确的地图位置上, 从而避免了地面控制点选取和多项式纠正。 许多数据集在发布时提供了输入的几何文件,如 MODIS、AVIRIS、MASTER、HyMAP 等传 感器获取的数据, ENVI 也可以为不同传感器例如 SeaWiFS 和 AVHRR 生成输入的几何文件。 ENVI 使用输入的几何文件生成一个地理位置查找表文件(GLT),然后根据地理位置查找表进行精确的地 理坐标定位。 2)、先进的 MODIS 数据处理功能 MODIS 数据具有 36 个波段和 250m、500m、1000m 地表分辨率,加上数据以每天上、下午 的频率采集和免费接收等数据获取政策,使得其成为我国地学研究和生态环境监测的重要数据资 源。目前国内已有多家单位安装了 MODIS 数据接受系统,实现了该数据的实时接收,获得了大量 的 MODIS 数据影像。ENVI 完全支持 MODIS 数据格式,能够对 MODIS 进行几何纠正和去除“双 眼皮”等预处理,为 MODIS 数据的应用提供了强大的处理工具。 MODIS 数据采用 HDF(Heirarchical Data Format)数据格式存储,ENVI 可以直接读取 HDF 格式文件,并能识别 HDF 文件中所包含的所有信息。从下图中可以看到,该文件中除两个影像波 段外,还包含经度波段、纬度波段、热红外探测器的噪声、反射率变化参数等信息。除了能够直接 读取 HDF 格式的文件外, ENVI 提供了对 MODIS 1B 数据以及 44 级 MODIS 数据产品的全面支持, ENVI 可以自动从 HDF 文件中提取相关信息用于 MODIS 数据的处理。

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图 4.1 MODIS 数据 250 米 HDF 文件信息
MODIS 数据集中提供了详细的经纬度地理信息,这种地理信息以波段的形式存放。 利用 这些地理信息无需选择地面控制点就可以进行 MODIS 数据精纠正,而且纠正精度比选取控制 点的方法更高。ENVI 提供了 Georeference from Input Geometry(用既定地理信息校正影像) 功能,即用现成的 IGM(Input Geometry)对影像进行精确地理校正。这种 影像地理校正可 以分两步进行,首先建立 GLT(Geometry Lookup File) ,然后根据 GLT 进行精确的地理纠正, 这两步操作都可以在 ENVI 中自动进行。可以很快生成校正结果,并可在此基础上叠合经纬网 格、公里网格以及矢量信息等。

Longitud e

Latitud e

图 4.2MODIS 数据经度波段、纬度波段、143 波段关联查询

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图 4.3 纠正后的 MODIS 影像
ENVI 4.2 中加入了去除 MODIS 数据中“双眼皮”效应的工具,该工具集成到几何纠正的 过程中,在几何纠正的同时就去除了“双眼皮”效应。

图 4.4 MODIS 数据双眼皮去除效果(左图:未处理原图 右图:处理后图像)
此外,ENVI 的波段运算功能可以按指定公式进行波段运算,使用该功能可以非常方便地 计算植被指数。 ENVI 全面支持 HDF 科学数据格式为 EOS/MODIS 数据的处理和分析应用提供了较好的解 决方案。

4.1.3 中高分辨率影像快速自动配准和正射校正
对于中高分辨率影像,ENVI 支持影像到影像、影像到地图(矢量)的几何校正。在影像到 影像的几何校正过程中,用户除了交互式选择地面控制点(GCP)外,还可以使用 ENVI 提供的 自动配准功能,该功能能够快速寻找出两幅影像中的同名匹配点,并进行匹配。 ENVI 可对航空照片、SPOT5、QuickBird、IKONOS、OrbView3 等数据进行正射校正。 ENVI 可设置调整缓存系统,提高大数据量的航空数据正射校正的速度,也提高了进行标准校 正的速度;对大图像进行多项式校正,当用三角网校正时,校正对话框将有一个“零边界”选 项,沿图像产生一个一像元的边界背景,避免模糊效应。

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图 4.5 IKONOS 和 QuickBird 影像的正射校正
ENVI4.2 能自动寻找、编辑和记录影像上的控制点,增加几何纠正和变化监测的精度。

4.1.4 专业的大气校正工具包—FLAASH
ENVI独有的大气校正模块。FLAASH模块用于对波谱数据进行快速大气校正分析。大气 校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响,获得地物反射率和辐射率、地表温度 等真实物理模型参数,用来消除大气中水蒸气、氧气、二氧化碳、甲烷和臭氧对地物反射的影 响,消除大气分子和气溶胶散射的影响。 FLAASH采用了目前精度最高的大气辐射校正模型MODTRAN 4+模型,基于像素级的校 正,去除了由于漫反射引起的领域效应,包含卷云和不透明云层的分类图,可调整并进行波谱 平滑。 FLAASH 可 以 处 理 各 种 高 光 谱 数 据 、 卫 星 数 据 和 航 空 数 据 (860nm/1135nm) , 包 括 由 HyMAP、 AVIRIS、 CASI、 HYDICE、 HYPERION(EO-1)AISA、 HARP、 DAIS、 Probe-1、 TRWIS-3、 SINDRI、MIVIS、OrbView-4、NEMO等传感器所获得的高光谱数据。FLAASH可对Landsat, SPOT, AVHRR, ASTER, MODIS, MERIS, AATSR, IRS等多光谱、高光谱数据、航空影像及自 定义格式的高光谱影像进行快速大气校正分析。 它能有效消除大气和光照等因素对地物反射的 影响,获得地物较为准确的反射率和辐射率、地表温度等真实物理模型参数。 FLAASH 波谱还原精度高,它由 AFRL(US Air Force Research Labs)推广应用。

图 4.6 FLAASH 大气纠正 TM 影像效果(左图:纠正前 右图:纠正后)
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4.1.5 专业定标工具
除了具有专业的大气校正工具 FLAASH 模块外,ENVI 还提供了专业的定标工具。ENVI 支持对 ASTER、AVHRR、MSS、TM、IKONOS、QuickBird 数据的辐射定标。对于其它遥感 数据,ENVI 提供了平场域定标、经验线性定标、对数残差定标等工具可以轻松的将原始辐亮 度数据转变为反射率数据,能减少原始影像中由于地形、大气,仪器,以及太阳光照而引起的 光谱噪音。

4.1.6 影像无缝镶嵌技术及虚拟镶嵌
在影像镶嵌方面,ENVI 能进行基于像元的镶嵌和基于地理位置的镶嵌。 ENVI 自动地按照影像的地理位置信息将影像镶嵌在一起,允许用户设置是否羽化、羽化 边缘以及羽化的半径,并可选择镶嵌线羽化。ENVI 能够自动对镶嵌影像进行颜色平衡,并提 供了多种影像增强和直方图匹配工具,可以最大限度地消除镶嵌影像间的色调和颜色 差异,实 现无缝镶嵌。 ENVI 提供的虚拟镶嵌工具能够快速的对影像进行虚拟镶嵌,虚拟镶嵌并不真正生成为文 件,而是将镶嵌设置保存在模板文件中,该模板可以继续参与镶嵌,直到最后结果才进行文件 操作,在进行多幅影像镶嵌时,可极大提高镶嵌的工作效率。

4.1.7 具有多种高保真遥感影像融合方法
ENVI 除包含 HSV 变换、PCA 变换、Brovey 方法等常见影像融合方法外,还提供了高保 真融合方法—Gram-Schmidt 融合。Gram-Schmidt 融合是一种新的融合方法,适合于高分辨 率影像进行融合。 第一步, 使用低分辨率多光谱波段模拟出一个低分辨率的全色波段。 第二步, 对模仿出的全色波段和多光谱波段使用 Gram-Schmidt 进行转换。第三步,使用高分辨率的全 色波段替换 Gram-Schmidt 变换后的第一波段, 并对替换后的数据进行 Gram-Schmidt 反变换, 形成融合后的光谱波段。Gram-Schmidt 方法能保持融合前后影像波谱信息的一致性,是一种 高保真的遥感影像融合方法。 下图所示为运用 ENVI 的高保真融合算法——Gram-Schmidt 波谱锐化方法,对数据进行 融合处理的结果图。

图 4.7 Gram-Schmidt 融合前后波谱对比(左图:融合后影像 右图:融合前影像)
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可以看到的是,运用这种方法不但取得了较好的融合效果,而且融合前后地物的波谱特征曲线 并无明显变化。

4.1.8 强大的影像增强功能
ENVI 具有强大的影像增强功能,其中包括波段比值、主成份分析及 MNF 分析;RGB 到 HSV、HLS 和 Munsell HSV 的彩色空间变换及其反变换;IHS 增强及饱和度拉伸、去相关拉 伸;NDVI 植被指数及缨帽变换。 ENVI 提供了强大影像滤波功能: (1) 卷积滤波:高通、低通、拉普拉斯、方向、高斯、中值、Sobel、Roberts 及用户自定 义滤波核等; (2) 形态学滤波:形态扩张、骨骼化、开区处理、闭区处理等; (3) 纹理分析:一阶及二阶灰度统计纹理分析; (4) 适应滤波:Lee, Frost, Gamma, Kuan, Local Sigma 及 Bit Errors; (5) 傅立叶变换:傅立叶变换和反傅立叶变换, 交互式频率域掩模生成工具。

4.2 专业、精确的信息提取工具
ENVI 具有强大的信息提取功能, 可以让用户从影像中快速提取有用的信息。ENVI 的专业 波谱分析工具可灵活有效地用于高光谱以及多光谱数据的分析处 理;ENVI 提供的影像分类算 法除传统分类方法外,还包括波谱角、决策树等先进算法以及丰富的分类后处理工具;此外, ENVI 还新增植被分析工具、地物自动识别方法和去伪装目标识别技术,这些都能快速有效地 帮助用户从影像中挖掘一切有用信息。值得一提的是,ENVI 与 RiverTools 的整合,可进行专 业的地形和河流网系的提取和分析。

4.2.1 先进的波谱分析工具
1)、地物自动识别工具—SMACC 终端单元提取技术 连续最大角凸锥(Sequential Maximum Angle Convex Cone)简称 SMACC,它是一种新的 地物自动识别方法。SMACC 比传统的波谱影像处理流程更自动化,需要更少的先验知识和时 间。终端单元是在波谱影像上选出的用以代表纯净表面地物的波谱。代表辐射率和反射率波谱 的终端单元必须满足正约束条件(不包括小于 0 的值)。同时也可能添加一些其它基于自然法则 的约束条件。如果高光谱数据定标为辐射率或者热红外发射率,应采用求和的方法统一线性波 谱分类约束条件。 SMACC 方法基于凸锥模型并借助这些约束条件去识别影像终端光谱。采用极点来确定凸 锥,并以此定义第一个终端单元。之后,在现有锥体中应用一个具有约束条件的 斜投影生成下
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一个终端单元。增加锥体生成新的终端单元。该方法一直重复,直至生成一个凸锥中已有的终 端单元,或者直至满足了指定的终端单元类别个数。 换而言之,SMACC 方法首先找到影像中最亮的像元,然后找到和最亮的像元差别最大的 像元。最后再找到与前两张像素差别最大的像素。重复该方法直至 SMACC 找到一个在前面查 找像素过程已经说明过的像素,或者直至终端单元数以及满足。SMACC 方法找到的像素波谱 变成成果波谱库的终端单元。 2)、去伪装目标识别—基于 BandMax 的 SAM 目标探测 基于 BandMax 的波谱角(SAM)目标探测器工具允许用户使用 BandMax 向导实现快速 目标检测功能。 BandMax 通过确定区分目标波谱和背景波谱有用的波谱子集来去除背景数据。 BandMax 的这些有效计算方法为每个波段确定一个波段有效值。这个值没有单位,值域是从 0.1 到 1。波段有效值与阈值对比之后会产生一系列波段。在选择的目标和背景之间对比选出 最佳的波段子集结果。这个子集作为 SAM 分析的输入数据可以减少处理时间并去除目标和背 景混淆从而提高处理精度。 对于目标和背景比较相似或目标隐藏在较小的影像像元中的区域检 测效果尤佳。可有效用于伪装物检测。 3)、强大的波谱分析能力和高光谱数据处理能力 ENVI 拥有美国地质调查局(USGS)和喷气推进实验室(JPL)标准物质成份波谱库,以及 John Hopking 大学的 2~25?m 热红外和植被波谱库,用户也可以建立自己的波谱库。对各波 谱库,用户均可查看、编辑和分析。对于所处理的遥感影像,用户可进行水平、垂直及任意方 向的波谱分割分析,可进行各种复杂波谱曲线运算,显示、对比、编辑、输出图像中任意像元 的波谱曲线或灰度曲线。 波谱分析工具帮助用户进行波谱特征分析,根据波谱特征识别物质成分,其中包括: ? 波谱归一化处理——这是多光谱和高光谱分析向导工具,它引导用户于进行定标、噪 声分析、像元纯度分析、N 维散度分析和提取终端单元,帮助用户进一步识别地物, 提取特定目标的信息; ? ? 像元纯净指数(PPI)工具——用来提取出图像中的所有纯净像元; N 维散度可视分析工具——允许散点在 N 维空间进行旋转,散点的分布使得用户能 同时使用图像的所有波段做波谱分析, 通过使用者的视觉技术和散点的几何形状可以 定位图像的波谱终端单元,这些波谱终端单元可以用于波谱角分类、混合像元分解、 匹配滤波和光谱特征拟合等; ? ? ? ? ? 分类和亚像元分类; 最小二乘方拟合(LS-Fit); 线性波谱分离; 匹配滤波和混合匹配滤波; 波谱特征拟合;
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?

强大的向导式高光谱处理功能。

ENVI 中用于多光谱和高光谱分析的特有工具有 MNF 变换、像元纯净指数(PPI)、N 维散 度可视分析工具、二进制编码分类、波谱角分类、最小二乘拟合(LS-Fit)、线性波谱分离、匹 配滤波、混合匹配滤波、波谱特征拟合,可解决如下具体问题: ? 样本选取问题。 样本选取的精度与准确性直接影响计算机分类的精度与准确性, 因此, 选择正确的样本并充分利用遥感数据的丰富信息,是取得好的分类结果的关键。 ? 混合像元问题。由于遥感数据的空间分辨力有限(例如 TM 为 30m×30m),因此每一 个像元都是所有地物的综合反映,面积较小的耕地地块,经常被其它地类所包围,产 生混合像元,人们很难准确地识别其中的地物;基于混合像元的分类或识别结果所做 的统计,自然也是不准确的,因此必须解决混合像元问题。 ? 分类精度问题。由于传统的统计分类方法的统计特性造成了分类中的混分和漏分,从 而大大影响了分类精度。ENVI 的特征分析法能提高分类精度。 ENVI 独有的高光谱沙漏分析工具,帮助用户识别地物和分类,分类流程如下:

Apparent Reflectance MNF PPI n-D ID

Map Distribution and Abundance
图 4.8 波谱沙漏工具流程图
①遥感数据定标。 ②采用 MNF 变换实现信息重组。MNF 变换本质上是两次层叠的主成分变换。第一次变换 用于分离和重新调节数据中的噪音。 第一步操作导致变换后的噪音数据只有最小的方差且没有 波段间的相关。第二步是对噪音白化数据的标准主成份变换。为了进一步进行波谱处理,通过 检查最终特征值和相关图像来判定数据的内在维数。数据空间被分为两部分;一部分与较大特 征值和相对应的特征图像相关,其余部分与近似相同的特征值以及噪音占主导地位的图像相 关。通过这种方法可以把结果影像分成大特征值的主要成分图像、小特征值的噪声分图像,达 到分离噪声、去除相关的作用。
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③利用 PPI 寻找纯净像元。 选择 MNF 结果的前三个主成分作为分析数据, 运用 PPI Pixel ( Purity Index)纯净像元指数工具进行处理,结果图像中最亮的像元就是最纯净的像元,这些 最纯净的像元可被作为影像波谱的终端单元,并可将它们进一步定义为感兴趣区( ROIs) 。 ④利用 N 维散度法进行样本重组。为了提高样本的精度,ENVI 采用 N 维散度分析工具来 进一步提纯样本。N 维散度分析利用了最新的可视化技术使用户可以在真实 N 维样本空间中 进行样本分离,大大提高样本分离的精度,减少由于肉眼识别造成的误差。通过散点在 N 维 空间的旋转,用户能同时对图像的所有波段做波谱分析,通过散点的几何形状来定位图像的波 谱终端单元,这些波谱终端单元可以用于波谱角分类、混合像元分解、匹配滤波和光谱特征拟 合等。 ⑤波谱角分类。由于遥感数据的混合像元效应和各种干扰,造成不同物质谱线相似、相同 物质谱线差异大等现象,用传统分类方法得到的结果常常有漏分及混分现象。为了解决分类中 未考虑地物波谱特征和混合像元问题而造成的混分和漏分,ENVI 采用波谱角分析法和特征分 析法,同时采用规则分类法进行类别重组。在波谱库的支持下进行波谱角分类 ,可根据影像像 元与参考光谱或感兴趣区的相似性来确定一个像元的类别的,对 N 个波段的数据,则在 N 维 空间中比较参考光谱矢量与每个像元矢量之间的夹角来确定一个像元的类别, 角度越小说明此 像元与参考光谱越匹配。这种现象有效克服了上述现象的发生。SAM 的识别能力强,分类结 果中的碎块少。 由于各种物质都有自己的特征吸收峰,它们不受其它现象的干扰,因此通过波谱特征识别 就可以大大减少混分和漏分现象。 规则分类法可对某一分类规则得到的类型特征,按用户定义的参数标准进行类型重组,它 可以实现不同类别不同标准的归类方式,大大增加了分类的灵活性。 为了解决混合像元问题,ENVI/IDL 软件提供了亚像元分解法和空域分辨增强法。亚像元 分析法利用地物波谱组合等研究成果,对遥感数据每一个像元进行波谱分离,从而计算出每个 像元中某类地物的含量,达到解决混合像元问题的目的,图亚像元法解决混合像元问题的示意 图。 由于混合像元使接近一个像元或小于一个像元的地物边界不清,传统的分类方法很难识别此类 地物,空域分辨增强法能增强小于或接近一个像元的地物,它利用空间域地物纹理特点和空间大核 卷积算法,增强此类地物的识别能力。 4)、包含多种先进方法的分类工具包 ENVI 提供的影像分类算法有非监督分类和监督分类以及基于专家知识的决策树分类。非 监督分类有 K-means 和 Isodata 两种算法;监督分类有平行体、最小距离、马氏距离、最大 似然、波谱角、二进制编码、神经网络等多种分类算法。决策树分类器 是典型的专家分类器, 它由一系列二叉决策树构成,用于将像元归属到相应的类别。其中 ENVI 决策树分类中的自动 阈值生成程序为 ENVI 的监督分类提供了一种新的方法。
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对于分类结果的处理,ENVI 提供了强大的分类后处理工具,包括类别合并、类别统计、 集群分析、分类叠合、混淆矩阵、分类彩色制图、混淆矩阵可以进行精度评价,向用户提供类 别统计信息。并且可以把分类结果转换成矢量,进而获得分类结果信息。 一般的监督分类算法只能对所有类别设置一个分类阈值,作为“拒绝”的门槛值, ENVI 的监督分类具有更强的灵活性,允许用户对每一类设置阈值,因而能获得更好的分类结果;在 分类的后处理中,ENVI 允许用户随时改变每类的阈值、类名、颜色,并可快速交互式查询分 类结果。

4.2.2 方便、快捷的工程化应用
除了具有强大的波谱分析工具,ENVI 也为工程应用提供了许多易用、快捷的工具。 1)、地形分析工具 ENVI 地形分析工具可根据数字高程模型(DEM)分析坡度、坡向等,可提取山顶、山脊、 山谷等地貌特征,可模拟太阳高度角创建山坡阴影图像。 如果所显示的影像和 DEM 都具有地理编码, ENVI 能自动地把显示的影像与 DEM 叠加起 来,形成三维景观图,并可以进行三维曲面飞行以及叠加矢量信息。利用 DEM 建立三维立体 图后,用户可查询影像的 X 轴和 Y 轴的像元大小、将影像叠在 DEM 上,使用鼠标作为操纵杆 来改变视角和位置,并使影像做“贯穿飞行” 、可站在任意角度交互地观看影像全景、可以指 定三维地形的背景颜色。三维飞行动画序列可输出成 VRML2.0 文件,或输出为 MPEG 文件。 2)、向导式 DEM 快速提取工具 ? 通过使用向导工具提取和编辑 DEM ? ? ? 能够交互式量测地物的高度或者是收集 3D 矢量层并导出到 GIS 软件中 全面支持 RPC 模型参数,尽可能用最少的地面控制点达到有效的精度 从 ASTER,IKONOS,OrbView-3,QuickBird 或是 SPOT1-5 立体像对中快速创建 DEM

图 4.9 DEM 提取及三维飞行
3)、交互式三维可视化 利用 ENVI 可进行空间建模分析和虚拟 GIS 分析,ENVI 具有三维地形可视分析及动画飞 行功能,能按用户制定路径飞行,并能将动画序列输出为 MPEG 文件保存,便于用户演示成 果。如果影像及 DEM 均具有地理编码,ENVI 将自动叠合它们的重叠区域,用户即可快速便
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捷地浏览三维地形的飞行效果。 4)、矢量分析功能 在 ENVI 中,用户可以直观地控制矢量层,编辑矢量层,编辑和转换矢量投影,把分类图 及其它栅格数据转成矢量数据,进行矢量属性查询及属性编辑、矢量图中光标位置查询、缓冲 区分析。ENVI 允许用户将覆盖在窗口上的等高线输出为矢量文件或是直接生成 DEM,这样 ENVI 产生的等高线也能被其他 GIS 软件使用。 当用 ENVI 自带的高分辨率世界地图数据来构建矢量层时,可以指定经纬度范围来提取特 定区域的高分辨率矢量信息。 5)、影像快速输出 使用 ENVI 的 QuickMap 工具可以简化地图产品生成的过程。用户可以快速地在影像上添 加网格线、比例尺、标题、指北针、三北指示和标注,从而生成一幅可输出的地图。在所有参 数设置完毕后,可以将设置保存为一个快速制图模板,以后可以在其他影像上使用。输出地图 生成后,还可以利用主图像窗口的交互式叠加功能对其进行更改;并将地图输出到 PostScript 文件或是打印机。 6)、便捷的网络数据发布——EON(ENVI On Net) EON(ENVI On Net)是美国 RSI 公司在 ENVI/IDL 和 ION 的基础上推出的专门针对 Internet 或 Intranet 上进行影像数据浏览、 分析和发布的解决方案, 是基于网络的遥感影像处理软件 , 能 够在网上进行影像浏览、分析、信息提取和共享。 EON 的工作原理如下: ? ? ? 服务器端运行 ENVI 和 ION 的服务,存有大量遥感影像数据或者通用影像数据。 客户端通过 Web 浏览器浏览影像,并能够进行各种处理和分析。 所有分析过程均在服务器端实现,客户端只需通过 Web 浏览器来浏览分析结果,并可以

实现下载(具有服务器端指定的权限)。 EON 的主要功能如下: ? 支持大部分 ENVI 所支持的传感器数据格式(HDF、NITF、MrSID)和通用影像格式

(JPG、PNG、BMP、GIF、GeoTIFF); ? 具有影像信息查询和分析工具:三个显示窗口、色度列表、快速增强、查询光标位置

和数值、窗口链接显示、影像平滑、影像锐化、植被指数、ISOdata 分类法、剖面分析、波段 运算、波谱分析等影像处理功能; ? 可扩展性强, 提供开发工具包 (Java SWING API)和 IDL API, 允许用户在 Java SWING

和 AWT 基础上进行扩展开发。 跟传统网上影像共享方案相比,EON 的优势在于: ? 大部分网上影像是静态的,而 EON 允许用户对网上影像进行交互式处理,甚至可以

创建新的成果影像。
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?

大部分网上共享的影像只是简单的 Web 浏览器支持影像格式(JPG, PNG, BMP, GIF),

而 EON 支持大部分遥感传感器数据格式(HDF, NITF, MrSID、ETM 等)。 ? EON 实现真正的数据共享,遥感影像数据量的日益庞大,如果每台机器上放置同样

数据会造成极大的浪费。 ? ? ? EON 可以保证服务器端影像数据的完整性。 EON 的处理能力强、运算速度快,一台服务器可以向若干终端提供影像服务。 EON 可扩展性强,用户可以用开发工具包(Java SWING API)在 Java SWING 和

AWT 基础上进行扩展开发,按照实际需求来进行定制。 7)、流域信息自动提取——RiverTools 3.0 RiverTools 是用 IDL 开发的专业地形和河流网系提取和分析软件,它内建多种水文模型, 能从超大型 DEM 中快速提取出河流流域的网络模型,并提供了简单易用的用户界面。它具有 对河流网络进行综合分析的能力,如自动测量上游面积、河道长度、落差、坡度、曲率、流域 密度、纵向剖面等几何量和拓扑量等属性信息。 通过与 ENVI 整合,RiverTools 的强大地形和流域分析功能可用于洪水淹没模拟、流域分 析、防汛工程、灾情分析、水文站水位流量分析、堤岸建设、数字流域等应用领域。

4.3 快捷、强大的系统定制功能
4.3.1 方便、灵活的功能扩展
ENVI 是非常开放的系统,用户可以定制、修改 ENVI 的菜单,为 ENVI 添加新的颜色、坐标 系、投影类型以及各种类型的分析工具。借助 ENVI 和 IDL 的无缝集成,用户能够非常简易地将新 的功能或算法加入到 ENVI 环境中。通过使用 ENVI 软件提供的强大 I/O 功能,用户无需考虑数据 读写问题,只需专注于自定义功能的实现。针对海量的遥感数据,ENVI 提供了影像分块工具,它 通过将数据分割为可正常处理的数据片或者数据块,分别处理这些数据块,然后再把数据块重新合 并成输出影像。ENVI 的影像分块工具,突破了物理内存大小的限制,能够处理任意大小的遥感数 据。

4.3.2 优秀的底层开发语言 IDL
ENVI 拥有优秀的底层开发语言 IDL,它是科学数据可视化的理想工具。作为面向矩阵、 语法简单的第四代可视化语言,IDL 致力于科学数据的可视化和分析,是跨平台应用开发的最 佳选择。它集可视、交互分析、大型商业开发为一体,为用户提供了完善、灵活、有效的开发 环境。 IDL 的主要特性包括:具有高级图像处理能力、交互式二维和三维图形显示技术、面向对 象的编程方式、OpenGL 图形加速、量化数据可视化表现、集成数学与统计算法、灵活的数据
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输入输出方式、跨平台图形用户界面工具包、连接 ODBC 兼容数据库及多种程序连接工具等。 IDL 面向矩阵的特性,使得它具有快速分析超大规模数据的能力。IDL 可以通过灵活方便 的 I/O 方式访问任何数据,可以读取或输出任意有格式或无格式的数据,支持通用文本及图像 格式,支持在 NASA、TPT、NOAA 等机构中大量使用的 HDF、CDF 及 netCDF 等科学数据 格式,支持医学影像的标准 DICOM 格式,支持字符、字节、16 位整型、长整型、浮点、双精 度、 复数等多种数据类型, 用户无需进行过多的数据格式转换就可以分析 多种的科学数据。 IDL 可以处理海量数据,能够处理大于 2GB 的数据文件。 IDL采用OpenGL技术,支持OpenGL软件或硬件加速,可进行交互式的二维及三维数据分 析、图像处理及可视化。除保留传统的直接图形法外,IDL还采用了先进的面向对象技术;可 以实现曲面的旋转和飞行;使用多光源进行阴影或照明处理;可观察实体(Volume)内部复杂的 细节。 一旦创建了对象, 便可从各个不同的视角对对象进行可视分析, 而不用费时地反复重绘。 IDL 具有完善的图像处理软件包,包括感兴趣区(ROI)分析及一整套图像分析工具、地图 投影及转换软件包,使 GIS 开发易如反掌。 IDL 具有强大的数据分析能力,IDL 带有完善的数学分析和统计软件包,提供强大的科学 计算模型,可进行曲线和曲面拟合分析、多维网格化和插值、线性和非线性系统等分析。集成 的数学分析和统计软件包可以快速分析处理数据,包括工业标准的数学模型算 法和内部函数。 这些函数经过充分测试并集成为一个整体,可进行基本数学分析、信号处理及实验性开发。需 要说明的是,这些函数库已包含在 IDL 中,用户不需要再另外购买其它的函数库。 使用 IDL DataMiner 可快速访问、查询并管理与 ODBC 兼容的数据库,支持 Oracle, Informix, Sybase, MS SQL 等数据库。可以创建、删除、查询表格,执行任意的 SQL 命令, 进行设置、查询、增加、删除记录等操作。 IDL 可以通过 ActiveX 控件将 IDL 应用开发集成到与 COM 兼容的环境中。 Visual Basic、 在 Visual C++的程序中通过 ActiveX 访问 IDL,还可以通过动态链接库的方式从 IDL 程序中调用 C 、Fortran 程序。 IDL GUIBuilder 可以迅速开发跨平台的用户图形界面(GUI),而无需熟悉 IDL 控件编程知 识。用 户可 拖放式 创建 图形用 户界 面 (GUI), 非 常灵活 、快 速地产 生应 用程序 的界 面。 IDL GUIBuilder 已集成到 IDL 开发环境 (IDLDE) 中。IDLDE 是用户快速编写、调试代码的最佳环 境,用户可以在该环境中方便地进行应用开发。 IDL 提供了最优化的结果输出。IDL 提供了可缩放的 TrueType 字体,可以注记中文;能 将结果存为标准图像格式或 PostScript 格式,尽可能地优化图像质量。IDL 带有小波变换工具 包,主要用于信号处理和图像处理、去除噪声、图像压缩、特征和图像细节提取,其信息损失 量比 FFT 小得多。 IDL为用户提供了完整可视数据分析的解决方案,早在 1982年NASA火星飞越航空器的开 发就使用了IDL软件。IDL使科学家无须写传统程序就可直接研究数据。 IDL还被广泛应用于地
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球科学、医学影像、图像处理、软件开发、大学教学、实验室研究、测试技术、天文、信 号处 理、防御工程、数学分析、统计等诸多领域。

4.3.3 完备的功能函数库
除了具备优秀的底层开发平台IDL,ENVI也提供了大量的功能函数供用户使用。ENVI的功 能函数非常完备,交互式ENVI中提供的所有功能,都有相应的功能函数与之对应,并且每个 功能函数都提供了详细的文档说明和示例程序。这些功能函数构建在IDL的基础上,能够被用 户的IDL程序所调用。用户使用这些功能函数,完全能够定制出属于自己的专业遥感应用平台。

4.4 易学易用
4.4.1 界面友好——提供汉化菜单
ENVI 的图形用户界面直观方便,操作便捷。我们更可为广大用户提供 ENVI 的中文菜单, 以满足不同层次的用户需求。

图 4.10 ENVI4.2 的汉化菜单
用户还可以根据自己的喜好方便的修改 ENVI 菜单,重新排列各菜单选项,构成满足自己 特定影像处理需求的遥感平台。

4.4.2 影像及波谱信息的灵活显示与处理
用户能十分方便地使用 ENVI 进行交互分析。ENVI 能快速打开影像,用多个窗口以不同 比例尺显示影像,浏览多种窗口影像更为方便。ENVI 在波段列表窗口中增加了鼠标右键控制, 触发右键菜单可以便捷地控制波段组合、显示或删除;在 Zoom 窗口中增加了右键触发菜单, 用户可以方便地完成 Zoom 窗口的设置(重采样方法、放大/缩小、显示滚动条等)。ENVI 具有 强大的影像链接功能,不论影像是否具有地理编码均可互相链接,不必考虑它们各自的投影方 式、 像素大小以及旋转角度的差异。 在影像大小、 像素尺度和投影类型各不相同的众多影像中, ENVI 可以快速查找出具有重叠范围的影像,并将它们放入一个图层集内加以管理。 ENVI 的感兴趣区(ROI)工具为用户分析特定区域的影像和处理分类结果提供了方便灵活 的功能控制。利用 ROI 工具,用户可用多边形、矢量、象素点、GPS 等多种要素交互定义感 兴趣区,可把多个感兴趣区合并成一个感兴趣区,可以计算多个感兴趣区的交集,并用计算结 果定义新的感兴趣区或进行掩膜。可以将整个感兴趣区转换成像素点,可通过地理坐标将一幅 影像里的感兴趣区转换到另一幅影像, 可通过输入带有像元位置或地理坐标的 ASCII 文件来定 义感兴趣区,可将影像中的感兴趣区和用地理坐标定义的感兴趣区协调一致,可用二维散点图
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曲线或三维散度分析器来定义感兴趣区,把 ASCII 文件转变成多边形感兴趣区,可用 ASCII 文件输出感兴趣区。 ENVI 的基本工具使用户在影像处理过程中能灵活地选择各种方法。例如,打开文件对话 框后用户可以同时输入多个文件,文件输出时可选择无损压缩方式存储文件以节省空间,可以 拖动窗口的滚动条来快速查看影像。对影像所作的任何拉伸都重新显示影像,通过鼠标和窗口 链接用户可以方便地比较影像,读取坐标,读取及定位亚像元坐标,生成二维散度和三维透视 图, 分析极化数据, 修改像元灰度值; 用户可以对影像数据进行各坐标轴向统计并形成波谱(剖 面处理、 波谱提取); 影像能够自动拉伸或进行交互式拉伸。 ENVI 的叠加工具能叠合多源数据, 包括注记、影像等值分析、矢量、网格等。ENVI 动画工具可编辑二维及三维动画。ENVI 测量 工具可以测量影像的距离、面积等,其统计工具可对任意统计区域、任意光谱、任意兴趣区进 行统计分析。 ENVI 交互式分类显示工具可把分类结果叠合到灰度影像或彩色影像上,可打开或关闭个 别类,可编辑和合并类名及色彩,可以交互编辑分类图像,添加或移去一组像元,或将一组像 元从一类移到另一类。 像素点采集工具可方便地采集的像素点以用于影像校正, 或输出为 ASCII 码或 ENVI 格式 的矢量文件。

4.4.3 完善的技术培训和支持
航 天 星 图 作 为 美 国 RSI 公 司 中 国 地 区 的 独 家 代 理 商 和 增 值 服 务 商 , 将 定 期 为 广 大 ENVI/IDL 用 户 提 供 专 业 的 技 术 培 训 和 最 新 中 文 使 用 手 册 。 用 户 可 登 陆 航 天 星 图 网 站 (www.imagetekinfo.com)或通过 E-mail(support@imagetekinfo.com)查询相关事宜。

图 4.11 ENVI 中文教程(左图:ENVI 遥感影像处理实用手册 右图:ENVI 遥感影像处理专题与实践)

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第五章 ENVI 全功能一览

5.1 数据输出格式
5.1.1 数据输入格式
? 通用影像格式: ASCII(x,y,z columns, grids) 、 BMP、 ECW、 Binary、 GeoJ2K、 HDF、 HDF-EOS 、

JPEG、JPEG 2000、MrSID、PDS、PICT、PNG、SRF、TIFF、GeoTIFF、XWD; ? 遥感数据格式: Landsat MSS、 TM、 ETM 、 GeoTIFF、 HDF、 NLAPS、 ACRES CCRS、 MRLS、

ESA CEOS、LAS Lidar; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? SPOT 数据: SPOT 5 (DIMAP) 1B、 1A、 2A数据、 CAP、 ACRES、 HDF Vegetation、 GeoSPOT; ENVISAT level 1b 和level 2 数据:MERIS、AATSR、ASAR EROS A level 1a 和 1b 数据 EOS数据(HDF-EOS 格式):ASTER、MISR、MODIS SeaWiFS(OrbView-2)数据:CEOS、HDF 军事遥感数据格式:NITF 2.0, 2.1、NSIF 1.0、ADRG、CADRG、CIB 高程数据:USGS DEM,USGS SDTS DEM,DTED,SRTM 热成像数据:TIMS、MASTER (MODIS/ASTER Simulator)、ASTER、AATSR 雷达数据:RADARSAT、ASAR、AIRSAR、SIR-C/X-SAR、TOPSAR、ERS、JERS IRS数据:EOSAT Fast LAS Lidar 格式 AVIRIS 数据 DMSP 数据 Hymap 数据 AVHRR 数据 ATSR数据 MERIS 数据 MIVIS 数据 MODIS 数据 MODIS Simulator(MAS-50 HDF)数据 USGS DOQ文件 图像处理软件格式:ArcView (bil) 、ECW、ENVI、ERDAS(lan、img、ige) 、ER Mapper、
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MrSID、PCI(pix) ? 矢量格式: ARC/INFO 交互格式 (未经压缩的) ESRI Shape (.shp) with attributes、 、 AutoCAD

DXF、USGS DLG、USGS SDTS、MapInfo、Microstation .DGN ? 其它数据格式:MrSID 格式、ESRI栅格数据、Gzip 压缩文件、用户自定义数据格式

5.1.2 数据输出格式
? 栅格格式: ArcView(bil)、 BMP、 ENVI Standard、 ERDAS (lan、 img) 、 Mapper(ers) 、 ER ESRI GRID、GeoTIFF、Gzip Compressed、JPEG、NITF 2.1、PCI(pix) 、PICT、PNG、 SRF、TIFF、XWD ? ? ? ? 矢量格式:ESRI Shapefiles (带属性)、DXF、ENVI 矢量格式(EVF) PostScript MPEG VRML

5.2 显示功能
? ? 彩色显示 颜色标: – 内建的颜色表 – 交互式颜色表编辑 ? ? ? ? ? 数据的指针查询 动态链接 (显示窗口不限数目) 直方图匹配 影像闪烁和动画 图层叠加: – 注释 – 分类结果 – 等高线 – 密度分割彩色(灰度级)显示 – 栅格线 – 感兴趣区 – 矢量层 ? ? 交互式二维散点图 交互式直方图拉伸: – 自定义对比度拉伸
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– 自动拉伸 – 高斯对比度拉伸 – 直方图均衡化拉伸 – 显示影像之间的直方图匹配 – 分段线性对比度拉伸 – 均方根拉伸 – 输入/输出 ASCII 查找表 – 用户自定义查找表 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 交互式像素编辑器 线性分析 多重动态覆盖 测量工具 处理结果输出到文件或打印机 Zoom窗口的影像输出 快速滤波:锐化、平滑、中值 快速真彩色、假彩色显示 保存和恢复显示 从波谱曲线图上选择显示波段 定制默认显示波段 在空间和光谱维中进行像素编辑 空间和光谱剖面 像元定位器 无限多的影像显示 虚拟镶嵌技术 矢量叠合显示、GIS分析

5.3 计算及统计功能
? ? ? 相关性统计功能 波段直方图统计 波段运算和光谱运算:布尔算子,三角函数,数据类型转换功能,相关性算法及其它一些 专业算法 ? ? 相关图 显示统计图表:Minimum, Maximum, Mean, Standard
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?

影像统计图表:Band Minimum, Maximum, Mean, Standard,Deviation, Eigenvalues, Eigenvectors, Covariance, Correlation Matrices

? ?

偏差 将以下矩阵输出为影像文件:协方差矩阵、相关系数矩阵、特征向量矩阵

5.4 交互式分析
? ? ? ? ? ROIs周围的缓冲区分析 根据ROIs对图像进行分类 将ROIs转为矢量格式并进行存储 可将ASCII文件生成为ROIs 可通过以下简单的操作交互式定义ROIs: – 通过 Polygons、Polylines、Pixels – 内部画 ROI(Donuts) – 计算多个 ROIs 的交集定义新的 ROIs – 一个 ROI 多个对象 – 通过 2-D 散点图或 N-D 散点图定义 ROIs – 将经过 PPI 计算后的极值图像生成 ROIs – 将多个 ROIs 合并成一个 ROI – 将矢量图输出为 ROIs ? ? ? ? ? 将ROIs输出为ASCII格式 将ROIs进行保存或重建 将一幅影像里的ROIs通过地理坐标转换到另一幅影像里 基于统计学的ROIs扩展 对ROIs进行统计学分析

5.5 基本遥感影像处理
5.5.1 地图投影与制图
? ? ? ? 不同投影之间的相互转换 坐标转换 地图投影转换 支持多种地图投影类型(如Universal Transverse Mercator (UTM),State Plane, Gauss-Kruger,Map Grid of Australia,Mississippi Standard Transverse Mercator等等)
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? ? ?

支持所有标准椭圆(>35)和基准面(>100) 支持用户自定义地图投影 对USGS GCTP投影包的支持包括: – Albers Conical Equal Area – Azimuthal Equal Area – Lambert Conformal Conic – Space Oblique Mercator (A & B) – Stereographic – Transverse Mercator

5.5.2 数据预处理与定标
? ? ? 从已有波段创建新的或虚拟的影像 通过以下文件生成掩模(注释文件,数据值,ROIs,感兴趣区交集,矢量文件,NaN) 影像镶嵌功能: – 镶嵌效果预览 – 图例说明和边缘羽化 – 多波段、文件之间的交互式镶嵌 – 基于像素或地理坐标的镶嵌 ? 通过以下方法定义空间子集: – 在显示窗口中勾画 – 文件、地图坐标 – 感兴趣区 – 其它影像区域 – Meta Scroll 区域 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 影像旋转及镜像处理 定义空间或波谱子集 影像重采样(包括空间和波谱重采样) 坏行替换 坏值替换 去条带 交叉光照纠正 暗裁减 去除坏数据 经验线性定标 ERS 和 Radarsat 数据的定标
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? ? ? ? ?

平面场定标 确定内部平均相关反射系数定标 对数残差定标 AVHRR、Landsat MSS, TM, ETM、TIMS、QuickBird、MODIS数据的定标 对AVHRR进行大气精校正、地形建模、海平面温度计算等

5.5.3 影像校正
? ? 根据影像信息生成DEM 利用卫星数据自带的经纬度信息完成ASTER, AVHRR, AATSR, ASAR, MERIS, MODIS, Radarsat,SeaWiFS,,SPOT等数据的自动影像校正 ? ? ? ? ? 像素地面控制点定位 交互式收集地面控制点及地面控制点预测功能 从文件输入地面控制点 影像对地图/影像对影像纠正 航片,以及ASTER,Generic RPC,IKONOS,OrbView - 3,QuickBird,SPOT 1-5等数 据的正射校正 ? ? ? ? ? GPS实时连接 坐标旋转 将变换矩阵保存为ASCII文件 重采样方法:最近邻法、双线性内插法、立方卷积 纠正方法:Delaunay Triangulation、Polynomial、Rotation, Scaling, Translation (RST)

5.5.4 影像滤波
? 自适应滤波(包括:Frost,Enhanced Frost Gamma,Kuan,Lee,Enhanced Lee,Local Sigma,Bit Error等) ? 卷积滤波(包括:高通滤波、低通滤波、拉普拉斯算子、方向滤波、高斯滤波、中值滤波、 Sobel算子、Roberts梯度算子等) ? ? 滤波处理结果预览 交互式傅立叶变换 – 傅立叶变换及其反变换 – 交互式频率域掩模生成工具 ? ? 形态学滤波(膨胀、腐蚀、开区、闭区) 纹理分析(Range,Mean,Variance,Entropy Skewness,Homogeneity, Contrast, Dissimilarity,Second Moment,Correlation) ? 用户自定义滤波模板
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5.5.5 影像空间变换
? ? ? ? 波段比值 彩色变换:RGB到HSV、HSL,或Munsell HSV及其反变换 去相关拉伸 影像锐化: – Color Normalized Spectral – Gram-Schmidt Spectral – HSV and Brovey – PC Spectral – Preserving Spectral Integrity ? ? ? ? ? ? ? 最小噪声变换(MNF) 归一化植被指数(NDVI) 全色增强 主成分分析(PC旋转) 饱和度拉伸 影像彩色合成 缨帽变换

5.5.6 影像分类
? 通过以下方法进行样本的训练: – 感兴趣区 – 像素波谱曲线 – 波谱库中的参考波谱 ? 非监督分类: – K-means – ISODATA ? 监督分类: – 二进制编码 – 平行六面体 – 马氏距离 – 最小距离 – 最大似然 – 神经元网络 – 波谱角(SAM) – 决策树分类
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?

分类后处理: – 分类精度分析:Kappa 系数、混淆矩阵 – 分类结果转矢量 – 类别统计 – 交互式的分类结果图叠加显示工具 – 可任意调整类别颜色、名称 – 空间函数:类别缓冲区分析、类别合并、面积滤波,集群分析、最大/最小可能性分析 – 分层随机点生成

? ? ? ? ? ?

分类结果预览 分类后影像图例的自动生成 AIRSAR散射机理分类 主题及灰度的变换检测 类别统计 ROC曲线检测功能: – 探测最佳分类边界 – 减少错误分类

? ? ?

密度分割 交互式的用户自定义规则分类器(Rule Classifier) 提供如下植被分类工具: – 植被易燃性 – 农作物胁迫 – 森林植被健康程度

5.6 高级遥感影像处理
5.6.1 高光谱遥感影像处理和波谱分析
? ? ? ? ? ? ? ? N-D散度分析 BandMax目标探测器 决策树分类器 终端单元提取工具 交互式波谱察看和分类工具 线性波谱分离 最小二乘拟合 匹配滤波
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? ? ? ?

像元编辑器功能 像元纯度指数运算(PPI) SMACC终端单元提取方法 通过以下方法进行波谱重采样 – 预先确定的传感器滤波 – 用户自定义滤波 – 波谱库和影像

? ? ? ? ?

波谱分析和材料鉴定 波谱角制图(SAM) 波谱特征匹配(SFF) 波谱“沙漏”向导工具 提供以下波谱库: – 矿物质、植被、岩石、水体、土壤、雪、人造地物 – VNIR, SWIR, MWIR, LWIR

? ? ? ?

波谱库自定义工具/输入外部波谱库工具 波谱库查看 波谱运算 波谱绘图: – Boxcar Average of Pixel Spectra – Continuum Removal – 光标查询 – 从绘图中拖放光谱 – 从三维表面 – 像元值 – 从光谱库 – 从 ROI 均值 – 多影像光谱链接 – 光谱聚类绘图 – 用户自定义绘图 – Wavenumber or Wavelength

? ?

波谱分割 提供如下植被分析向导工具: – 易燃性检测 – 农作物胁迫监测

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– 森林植被健康程度检测 ? 植被指数分析: – 绿度(Greenness) – 光利用率(Light Use efficiency) – 冠层氮(Canopy Nitrogen) – 干旱或炭衰减(Dry or Senescent Carbon) – 叶片色素(Leaf Pigments) – 冠层水分含量(Canopy Water Content)

5.6.2 雷达数据处理
? 自适应滤波(包括:Frost,Enhanced Frost Gamma,Kuan,Lee,Enhanced Lee,Local Sigma,Bit Error等) ? ? ? ? 天线增益纠正 AIRSAR散射机理分类 CEOS磁带数据读取 可将完整的TOPSAR转换为:C-band VV 数据,相关性影像,数字高程模型(DEM), 附带角度影像,L-及P-band polarimetric AIRSAR数据 ? ? ? 可运用标准ENVI工具进行雷达数据的显示和分析 可运用边缘增强滤波处理 支持输入的数据包括:Import ASAR,ERS,JERS,RADARSAT,AIRSAR,TOPSAR, SIR-C/X-SAR ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 入射角影像 Multi-Look SIR-C 数据 基座高程影像 相差影像 从ROIs或单个像素提取极化信号 ROIs & Single Pixels RADARSAT Level 2 Endorsement Sigma nought and Beta nought from ERS, Radarsat 斜距转换 合成彩色影像 压缩的伪彩色影像 复杂的散射矩阵数据 纹理测量 查看CEOS文件头

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5.7 三维地形可视化分析及动画飞行
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 根据矢量高程等高线创建DEM 将DEM叠加在影像上,建立3D影像图 计算坡面和坡度 创建山坡阴影地貌影像,并可将其与RGB彩色影像相结合 将影像处理为三维表面 通过旋转可进行任意角度的三维地形全景观看 利用鼠标即可轻松改变观察角度 定制飞行路线(可在用户选择的视角任意切换) 将飞行路线输出为MPEG、VRML 2.0文件 定制背景颜色 可覆盖矢量图及感兴趣区(ROIs) 可将影像及DEM进行平滑处理 地形测量工具包括: Convexity, Plan Convexity, Longitudinal Convexity, Cross Sectional convexity,Minimum Curvature,Maximum Curvature ? 地形特征提取(分类):Ridge,Channel,Plane,Peak,Pit

5.8 矢量分析功能
? ? ? 在矢量层中增加点 在影像上添加矢量注释窗口 矢量的属性功能: – 可定义、编辑、查询矢量的属性 – 从 ArcView Shapefiles 文件或 ASCII 文件导入矢量 – 查询新生成的矢量层 ? ? ? ? ? 栅格-矢量/矢量-栅格转换功能 转换矢量投影 从栅格数据中生成等高线 生成新的矢量层 生成矢量边界: – 国界、省界、海岸线、河流 – 可生成全球范围内的边界矢量 – 可生成 Lat/Lon 边界
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? ? ? ? ? ? ? ? ?

将GIS矢量层直接输出到打印机 在同一窗口中显示不同投影下的矢量数据 通过拖拽改变矢量层的叠放顺序 编辑矢量层属性 将矢量数据输出为一般的GIS格式 可将矢量的属性输出 连接GPS 进行屏幕数字化 可输入的一般GIS格式:ESRI Shapefiles,Arc Interchange,AutoCAD DXF,MapInfo, Microstation DGN,USGS DLG,USGS SDTS,ENVI矢量格式

? ? ? ? ? ? ?

矢量层的交互式查询 矢量层连接 同时选择多个矢量 矢量投影转换 矢量分割 矢量的指针查询 矢量的缩放显示

5.9 制图功能
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 等高线高程自动标注 分类图像的类别图例、比例尺、符号等自动生成 在影像上叠加注释、等高线、栅格线、矢量图 在影像上显示地图符号 交互式区域比例缩放 交互式地图综合 交互式的标准和地图元素 地图投旋转 保存及重建所有地图参数 可使用TrueType? Fonts字体库(可自由添加) 用户自定义指北针

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5.10 系统与管理
? 支持的操作系统: – Windows 2000, XP – Linux Red Hat Fedora Core 3, Enterprise – 3.x (32-bit and 64-bit) – Mac OS X (10.3.x) – HP-UX 11.0 (32-bit and 64-bit) – IBM AIX 5.1 (32-bit and 64-bit) – SGI IRIX 6.5.1 (32-bit and 64-bit) – SUN Solaris 8, 9 (32-bit and 64-bit) ? ? 支持上百种打印机、绘图仪的直接输出 可选模块: – Certified NITF Support – DEM Extraction from Stereo Images – FLAASH Atmospheric Correction ? 帮助系统: – 所有窗体都提供了相关帮助 – 各扩展模块提供各自帮助文档 – 对所有功能提供 ENVI 在线帮助及 PDF 帮助文档 – 提供中文手册 《ENVI 遥感影像处理实用手册》 《ENVI 遥感影像处理专题与实践》 ( 、 ) – 航天星图公司提供技术支持(support@imagetekinfo.com) – 星图论坛提供技术交流帮助(http://www.imagetekinfo.com/bbs/)

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第六章 ENVI4.2 支持的操作系统

ENVI 支持绝大多数的操作系统以及硬件平台,并能够利用 64 位处理器进行 64 位计算,下表 为 ENVI 4.2 支持的操作系统以及硬件平台。 平台 Microsoft Windows Apple Macintosh UNIX2
1,2

支持的版本 2000,XP 10.3,10.4 HP 11

操作系统 Windows OS X HP-UX

硬件 Intel X86,32-bit PowerMac G4,G5 PA-RISC 32-bit PA-RISC 64-bit 1

IBM 5.1

AIX Linux2

RS/6000 32-bit RS/6000 64-bit1

Red Hat Enterprise 3.x+Fedora Core 3 SGI 6.5.1

X86 32-bit X86_64,64-bit1

IRIX

Mips 32-bit Mips 32-bit 1

SUN

Solaris 8,9

SPARC 32-bit SPARC 64-bit 1,3

注:在提供 64 位支持的平台上,ENVI 既可以运行在 32 位环境下也可以运行在 64 位环 境下。在两种版本都安装的情况下,默认为 64 位环境。可以通过使用-32 关键字在命令行中 启动 ENVI:% envi -32。

1. 2.

在 Mac OS X 或是 64 为平台上不支持 DXF 文件格式。 对于 UNIX 和 Mac OS X,所列出的版本只是表面 ENVI 在该版本上构建或是测试过,在 其它与这些版本兼容的版本上也可以安装和运行 ENVI。

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