1、ENVI遥感图像处理方法邓书斌邓书斌ESRIESRI中国（北京）有限公司中国（北京）有限公司 遥感事业部遥感事业部dengsbesrichina-dengsbesrichina-主要内容v1 1、遥感图像基本处理流程介绍、遥感图像基本处理流程介绍v2 2、ENVIENVI基础基础v3 3、遥感图像预处理、遥感图像预处理v4 4、遥感图像信息提取技术、遥感图像信息提取技术v5 5、ENVIENVI二次开发技术二次开发技术1 1、遥感图像基本处理流程介绍、遥感图像基本处理流程介绍数据的输入输出数据的输入输出图像显示与分析图像显示与分析图像预处理（几何纠正、融合、镶嵌等）图像预处理（几何纠正、融合、
2、镶嵌等）影像信息提取（人工解译、自动分类、特征提取、动态检测等）影像信息提取（人工解译、自动分类、特征提取、动态检测等）专题制图专题制图/三维可视化分析（集成三维可视化分析（集成GIS现有数据现有数据)成果报告（成果报告（GIS分析分析/共享）共享）遥感图像处理的一般流程常见商业高分辨率卫星传感器传感器发射时间发射时间国家国家多光谱波段多光谱波段空间分辨率空间分辨率(米米)重返周重返周期期IKONOSIKONOS19991999美国美国红、绿、蓝、近红外红、绿、蓝、近红外全色：全色：1 1多光谱：多光谱：4 41.5-2.9SPOT5SPOT520012001法国法国红、绿、近红外、中远红外红
3、、绿、近红外、中远红外全色：全色：5 5 或或2.52.5（超模式）（超模式）多光谱多光谱:10:102626Quick Bird Quick Bird（快鸟）（快鸟）20012001美国美国红、绿、蓝、近红外红、绿、蓝、近红外全色：全色：0.610.61多光谱：多光谱：2.442.441-3.51-3.5FORMOSAT II FORMOSAT II 20042004中国台中国台湾湾红、绿、蓝、近红外红、绿、蓝、近红外全色：全色：2 2多光谱：多光谱：4 41EROS-BEROS-B20062006以色列以色列/全色：全色：0.70.7（立体）（立体）55CartoSATCartoSAT-1
4、-1（P5P5）20052005印度印度/全色：全色：2.52.5（立体）（立体）ALOSALOS20052005日本日本红、绿、蓝、近红外红、绿、蓝、近红外全色：全色：2.52.5（立体）（立体）多光谱：多光谱：10102北京一号小卫星北京一号小卫星20052005中国中国红、绿、近红外红、绿、近红外全色：全色：4 4多光谱：多光谱：32323-53-5KOMPSAT-2KOMPSAT-220062006韩国韩国红、绿、蓝、近红外红、绿、蓝、近红外全色：全色：1 1多光谱：多光谱：4 43WorldView-1/2WorldView-1/220082008美国美国红、绿、蓝、近红外红、绿、蓝
5、、近红外红边、海岸、黄、近红外红边、海岸、黄、近红外2 2全色：全色：0.50.5多光谱：多光谱：2.42.41.1-3.71.1-3.7资源应用卫星资源应用卫星-2B-2B星星20082008中国中国/全色：全色：2.372.37多光谱：多光谱：19.519.526GeoEye-1GeoEye-120082008美国美国红、绿、蓝、近红外红、绿、蓝、近红外全色：全色：0.410.41（0.50.5）多光谱：多光谱：1.651.652-3RapidEye2008德国德国蓝、绿、红、红边、近红外蓝、绿、红、红边、近红外5每天每天其他卫星传感器传感器发射时间发射时间国家国家多光谱波段多光谱波段空间
6、分辨率空间分辨率(米米)Landsat17Landsat177299美国美国蓝、绿、红、近红外、短波红外、热红外蓝、绿、红、近红外、短波红外、热红外15、30、60、80、120SPOT4SPOT419991999法国法国绿、红、近红外、中远红外绿、红、近红外、中远红外全色：全色：1010 多光谱多光谱:20:20中巴资源卫星中巴资源卫星-01/0201/02 1999中国中国蓝、绿、红、近红外蓝、绿、红、近红外多光谱：多光谱：19.5Resourcesat（P6）2003印度印度绿、红、近红外、短波红外绿、红、近红外、短波红外多光谱多光谱 24 米全色米全色 5.8米米ALOS2005日本日
7、本微波微波、立体像对、多光谱、立体像对、多光谱2.5米立体像对、米立体像对、10米多米多光谱、光谱、3米米RadarTerraSAR-X2007德国德国微波微波1 m Radar、3m、5mCOSMO-SkyMed2007意大利意大利微波微波3米、米、15米米RADARSAT II2008加拿大加拿大微波微波3m 超细化模式超细化模式1m景观光线模式景观光线模式NOAA气象卫星/美国美国红、近红外、中红外和两个热红外红、近红外、中红外和两个热红外1.1km风云系列卫星风云系列卫星/中国中国可见光可见光4 4个，近红外个，近红外2 2个，中远红外个，中远红外2 2个，个，热红外热红外2 2个。个
8、。1.1kmMODIS/美国美国3636个波段个波段250m、500m和1000m减灾卫星减灾卫星A、B星星2008中国中国多光谱近中红外多光谱近中红外(4波段波段)、高光谱、高光谱(111波段波段)多光谱：多光谱：30米米 高光谱：高光谱：100米米Hyperion/EO-12000美国美国0.40.42.5m2.5m共有共有220220波段波段30米米数据源的选择图像选择图像选择经济成本经济成本专题目的专题目的专题地域环境专题地域环境专题图比例尺专题图比例尺空间分辨率空间分辨率时间分辨率时间分辨率波谱分辨率波谱分辨率中国资源卫星应用中心卫星数据服务系统环境保护部卫星环境应用中心免费获取存档
9、图像数据影像格式v传感器文件格式传感器文件格式 不同的卫星传感器研发或运行机构一般会给所分发的不同的卫星传感器研发或运行机构一般会给所分发的卫星数据设计一种分发格式，如卫星数据设计一种分发格式，如LandsatLandsat系列的系列的FastFast格格式、式、EOSEOS系列卫星的系列卫星的HDFHDF格式等。格式等。v商业软件文件格式商业软件文件格式 商业化的图像处理软件都会开发出软件本身的图像格商业化的图像处理软件都会开发出软件本身的图像格式，如式，如ENVIENVI的的Hdr&imgHdr&img格式，格式，ErdasErdas的的IMGIMG格式，格式，PCIPCI的的pixpix
10、格式等。格式等。v通用图像文件格式通用图像文件格式 很多图像格式成为国际通用，被大多数软件所支持。很多图像格式成为国际通用，被大多数软件所支持。如如TIFFTIFF、JPEG2000JPEG2000、BMPBMP等。等。引起图像畸变因素v系统误差系统误差 有规律的、可预测的。比如扫描畸变有规律的、可预测的。比如扫描畸变v非系统误差非系统误差 无规律的无规律的 如传感器平台的高度、经纬度、速度和姿态的不稳，如传感器平台的高度、经纬度、速度和姿态的不稳，地球曲率及空气折射，地形影响等地球曲率及空气折射，地形影响等几何校正中的几个概念v几何校正几何校正：纠正系统和非系统因素引起的几何畸变。：纠正系统
11、和非系统因素引起的几何畸变。v图像配准（图像配准（RegistrationRegistration）：同一区域里一幅图像：同一区域里一幅图像（基准图像）对另一幅图像校准，以使两幅图像中（基准图像）对另一幅图像校准，以使两幅图像中的同名像素配准。的同名像素配准。v图像纠正（图像纠正（RectificationRectification）：借助一组控制点，对：借助一组控制点，对一幅图像进行地理坐标的校正。又叫地理参照一幅图像进行地理坐标的校正。又叫地理参照（Geo-referencingGeo-referencing）v图像地理编码（图像地理编码（Geo-codingGeo-coding）：特殊的
12、图像纠正方：特殊的图像纠正方式，把图像矫正到一种统一标准的坐标系。式，把图像矫正到一种统一标准的坐标系。v图像正射校正（图像正射校正（Ortho-rectificationOrtho-rectification）：借助于地：借助于地形高程模型（形高程模型（DEMDEM），对图像中每个像元进行地形的），对图像中每个像元进行地形的校正，使图像符合正射投影的要求。校正，使图像符合正射投影的要求。实际中的概念v几何粗校正几何粗校正校正系统误差，地面站完成校正系统误差，地面站完成v几何精校正几何精校正包括图像纠正、地理编码和部分包括图像纠正、地理编码和部分图像配准图像配准v图像配准图像配准v正射校正正射
13、校正卫星影像的校正v根据卫星轨道参数，包括位置、姿态、轨道及扫根据卫星轨道参数，包括位置、姿态、轨道及扫描特征，校正影像描特征，校正影像(有时加入有时加入DEM)DEM)。v地面控制点校正地面控制点校正+校正模型校正模型v轨道参数轨道参数+地面控制点地面控制点+DEM+DEM多项式模型v多项式模型多项式模型 x=a0+a1x+a2Y+a3x2+a4xy+a5y2+x=a0+a1x+a2Y+a3x2+a4xy+a5y2+y=b0+b1x+b2Y+b3x2+b4xy+b5y2+y=b0+b1x+b2Y+b3x2+b4xy+b5y2+v最少控制点个数最少控制点个数 N=N=（n+1n+1）*（n+2
14、n+2）/2/2v误差计算误差计算 RMSEerror=sqrtRMSEerror=sqrt（x-xx-x）2+2+（y-yy-y）2 2）控制点获得途径v基础数据基础数据 基础测绘数据基础测绘数据 数字线画图（数字线画图（DLGDLG）数字栅格图（数字栅格图（DRGDRG）v影像数据影像数据 正射影像（正射影像（DOMDOM）v实地测量实地测量控制点质量控制v图像选点原则图像选点原则 选取图像上易分辨且较精细的特征点：道路交叉点，选取图像上易分辨且较精细的特征点：道路交叉点，河流弯曲或分叉处，海岸线弯曲处，飞机场，城廓边河流弯曲或分叉处，海岸线弯曲处，飞机场，城廓边缘等缘等 特征变化大的地区
15、需要多选特征变化大的地区需要多选 图像边缘部分一定要选取控制点图像边缘部分一定要选取控制点 尽可能满幅均匀选取尽可能满幅均匀选取v数量原则数量原则 在图像边缘处，在地面特征变化大的地区，需要增加在图像边缘处，在地面特征变化大的地区，需要增加控制点控制点 保证一定数量的控制点，不是控制点越多越好。如一保证一定数量的控制点，不是控制点越多越好。如一景景TMTM的控制点数量在的控制点数量在30-5030-50左右。左右。重采样方法（插值算法）v最近邻法最近邻法 取与所计算点（取与所计算点（x,yx,y）周围）周围相邻的相邻的4 4个点，比较它们与个点，比较它们与被计算点的距离，哪个点被计算点的距离，
16、哪个点距离最近，就取哪个亮度距离最近，就取哪个亮度值作为（值作为（x,yx,y）点的亮度值）点的亮度值 简单易用，计算量小，图简单易用，计算量小，图像的亮度具有不连续性，像的亮度具有不连续性，精度差精度差重采样方法（插值算法）v双线性内插法双线性内插法 取（取（x,yx,y）点周围的）点周围的4 4邻点，邻点，在在y y方向内插二次，再在方向内插二次，再在x x方方向内插一次，得到（向内插一次，得到（x,y)x,y)点点的亮度值的亮度值f f（x,y)x,y)双线性内插法比最近邻发虽双线性内插法比最近邻发虽然计算量有所增加，但精度然计算量有所增加，但精度明显提高，特别是对亮度不明显提高，特别是
17、对亮度不连续现象或线状特征的块状连续现象或线状特征的块状化现象有明显的改善。化现象有明显的改善。内插法会对图像起到平滑作内插法会对图像起到平滑作用，从而使对比度明显的分用，从而使对比度明显的分界线变得模糊。界线变得模糊。y x双线内插算法原理示意图双线内插算法原理示意图原始图像原始图像重采样方法（插值算法）v三次卷积内插法三次卷积内插法 进一步提高内插精度的一进一步提高内插精度的一种方法，通过增加邻点来种方法，通过增加邻点来获得最佳插值函数获得最佳插值函数 取与计算点周围相邻的取与计算点周围相邻的1616个点，先在某一方向内插，个点，先在某一方向内插，再根据计算结果在另一个再根据计算结果在另一
18、个方向上内插，得到一个连方向上内插，得到一个连续内插函数续内插函数 计算量大，精度高，细节计算量大，精度高，细节表现更为清楚，对控制点表现更为清楚，对控制点要求较高要求较高 x y12345图像融合v图像融合图像融合 将低分辨率的多光谱影像与高分辨率的单波段影像重将低分辨率的多光谱影像与高分辨率的单波段影像重采样生成成一副高分辨率多光谱影像遥感的图像处理采样生成成一副高分辨率多光谱影像遥感的图像处理技术。技术。v关键技术关键技术 两个影像配准在亚像元范围内两个影像配准在亚像元范围内 融合方法选择融合方法选择 运算速度和交换缓冲空间运算速度和交换缓冲空间图像融合方法彩色彩色合成合成数学运算数学运
19、算彩色技术彩色技术空间配准空间配准高分辨率高分辨率/多光谱多光谱图像变换图像变换HIS变换变换加加与与乘乘差值差值比值比值主成主成分分分分析析滤波滤波分析分析小波小波分析分析HSVHSV变换变换图像镶嵌v图像镶嵌图像镶嵌 指在一定地数学基础控制下，把多景相邻遥感影像拼指在一定地数学基础控制下，把多景相邻遥感影像拼接成一个大范围的影像图的过程。接成一个大范围的影像图的过程。v关键技术关键技术 颜色的平衡颜色的平衡 接边处理接边处理 运算速度和交换缓冲空间运算速度和交换缓冲空间图像裁剪v图像裁减图像裁减 图像裁剪的目的是将研究之外的区域去除，常用的是图像裁剪的目的是将研究之外的区域去除，常用的是按
20、照行政区划边界或自然区划边界进行图像的裁剪。按照行政区划边界或自然区划边界进行图像的裁剪。v关键技术关键技术 裁剪区的确定裁剪区的确定 无数据区处理无数据区处理影像信息提取技术概述v遥感影像通过亮度值或像元值的高低差异（反映遥感影像通过亮度值或像元值的高低差异（反映地物的光谱信息）及空间变化（反映地物的空间地物的光谱信息）及空间变化（反映地物的空间信息）来表示不同地物的差异，这是区分不同影信息）来表示不同地物的差异，这是区分不同影像地物的物理基础。像地物的物理基础。v遥感影像分类就是利用计算机通过对遥感影像中遥感影像分类就是利用计算机通过对遥感影像中各类地物的光谱信息和空间信息进行分析，选择各
21、类地物的光谱信息和空间信息进行分析，选择特征，将图像中每个像元按照某种规则或算法划特征，将图像中每个像元按照某种规则或算法划分为不同的类别，然后获得遥感影像中与实际地分为不同的类别，然后获得遥感影像中与实际地物的对应信息，从而实现遥感影像的分类。物的对应信息，从而实现遥感影像的分类。2 2、ENVIENVI基础基础2.1 ENVI2.1 ENVI体系结构体系结构2.2 2.2 快速认识快速认识ENVIENVI2.1 ENVI/IDL的发展v 19751975年，美国科罗拉多州立大学负责年，美国科罗拉多州立大学负责NASANASA的的火星计划中的影像处理火星计划中的影像处理v 19771977年
22、年 ,成立成立Research Systems,Inc.Research Systems,Inc.(RSI)(RSI)公司公司 v 19941994年，用年，用IDLIDL开发开发ENVIENVIv 20002000年年,Kodak,Kodak 收购收购RSIRSIv 20042004年年,RSI,RSI,连同连同 KodakKodak的的 Remote Remote Sensing Systems(RSS)Sensing Systems(RSS)部门和部门和ITTITT的的 GOES/POES and GPS GOES/POES and GPS 部门重新组合部门重新组合Space Space
23、 Systems group Systems group v 20062006年年 ,重组为重组为 ITT ITT Visual Information Visual Information SolutionsSolutions公司（简称公司（简称 ITT VISITT VIS）WashingtonSwitzerlandFranceUnited KingdomItalia Asia Pacific拥有拥有200,000200,000用户分布在用户分布在8080多个国家和地区多个国家和地区2.1 ENVI/IDL体系结构ENVI EXDEM ExtractionAtmospheric Corre
24、ctionENVIENVI扩展模块主模块开发语言IDL AdvancedIDL DataMinerOrthorectificationSARscapeNITFIDLIDL2.2 栅格文件系统和储存v ENVIENVI栅格文件格式：栅格文件格式：ENVIENVI使用的是通用栅格数据格式，包含一使用的是通用栅格数据格式，包含一个简单的二进制文件（个简单的二进制文件（a simple flat binary a simple flat binary）和一个相关）和一个相关的的ASCIIASCII（文本）的头文件。（文本）的头文件。ENVIENVI头文件包含用于读取图像数据文件的信息，它通常创建于一个
25、数据文件第一次被头文件包含用于读取图像数据文件的信息，它通常创建于一个数据文件第一次被 ENVIENVI读取时。单独的读取时。单独的ENVIENVI头文本文件提供关于图像尺寸、嵌入的头文件（若存在）、数据格式及头文本文件提供关于图像尺寸、嵌入的头文件（若存在）、数据格式及其它相关信息。所需信息通过交互式输入，或自动地用其它相关信息。所需信息通过交互式输入，或自动地用“文件吸取文件吸取”创建，并且以后可以编创建，并且以后可以编辑修改。您可以在辑修改。您可以在ENVIENVI之外使用一个文本编辑器生成一个之外使用一个文本编辑器生成一个ENVIENVI头文件头文件通用栅格数据都会存储为二进制的字节流
26、，通常它将以通用栅格数据都会存储为二进制的字节流，通常它将以BSQBSQ（按波段顺序）、（按波段顺序）、BIPBIP（波段按像（波段按像元交叉）或者元交叉）或者BILBIL（波段按行交叉）的方式进行存储。（波段按行交叉）的方式进行存储。v 储存储存窗口菜单界面窗口菜单界面 FileSave File AsFileSave File As，将影像按照需要的格式进行存储，保存的为原始数据，没有拉伸。，将影像按照需要的格式进行存储，保存的为原始数据，没有拉伸。主影像窗口主影像窗口 FileSave Images AsFileSave Images As，将影像按照需要的格式进行存储，存储的影像是显示
27、的影像样式。，将影像按照需要的格式进行存储，存储的影像是显示的影像样式。FileSave Zoom AsFileSave Zoom As，将，将ZoomZoom窗口显示的影像按照需要的格式进行存储。窗口显示的影像按照需要的格式进行存储。其他窗口下的文件存储其他窗口下的文件存储 例如：例如：MapMosaickingMapMosaicking的镶嵌窗口下：的镶嵌窗口下：ApplyApply；Save TemplateSave Template等；等；ClassificationClassification等功能下：等功能下：Output Result toOutput Result to等。等。
28、2.2 数据显示v波段列表波段列表 每次打开的文件都显示在每次打开的文件都显示在Available Bands ListAvailable Bands List中，列表中可以完成当中，列表中可以完成当前在前在ENVIENVI中打开的或存储在内存中的文件的信息，还可以进行包括：打中打开的或存储在内存中的文件的信息，还可以进行包括：打开新文件、关闭文件、将内存数据项保存到磁盘，以及编辑开新文件、关闭文件、将内存数据项保存到磁盘，以及编辑ENVIENVI头文件头文件等操作。等操作。v三视窗显示三视窗显示 当你打开一个图像文件时，会在一个当你打开一个图像文件时，会在一个ENVIENVI的三视窗图像显示
29、中，其中包的三视窗图像显示中，其中包括主图像窗口，缩放窗口和滚动窗口（应用于大的图像），如图括主图像窗口，缩放窗口和滚动窗口（应用于大的图像），如图1.51.5所所示，目前大部分的示，目前大部分的ENVIENVI图像处理操作都在这个窗口中完成。图像处理操作都在这个窗口中完成。vENVI ZOOMENVI ZOOM（ENVI EXENVI EX）显示）显示 将图层管理、图像显示、鼠标信息等集中在一个窗体中，目前只有部分将图层管理、图像显示、鼠标信息等集中在一个窗体中，目前只有部分ENVIENVI图像处理操作在这个窗口中完成，如面向对象的特征提取、图像处理操作在这个窗口中完成，如面向对象的特征提取
30、、Pan Pan sharpingsharping、异常检测等，在新的软件版本中会有更多的功能集成在此窗、异常检测等，在新的软件版本中会有更多的功能集成在此窗体中完成。体中完成。2.2 数据显示2.2 数据输入一般数据的打开 AVHRR HDF SeaWiFS MrSID BMP JPEG NLAPS ER Mapper,PCI(.pix)JPEG 2000 PDS ERDAS 7.x(.lan)Landsat 7 Fast(.fst)RADARSAT ERDAS IMAGINE 8.x(.img)Landsat 7 HDF SRF GeoTIFF MAS-50 TIFF HDF MRLC(.
31、dda)使用Open Image File打开 ENVI 图像文件或其它已知格式的二进制图像文件。ENVI 自动地识别和读取下列类型的文件：2.2 数据输入特定数据的打开v对于特定的已知文件类型，利用内部或外部的头对于特定的已知文件类型，利用内部或外部的头文件信息通常会更加方便。文件信息通常会更加方便。v使用使用 Open External File Open External File 选项，选项，ENVI ENVI 能够读能够读取一些标准文件类型的若干格式，包括精选的遥取一些标准文件类型的若干格式，包括精选的遥感格式、军事格式、数字高程模型格式、图像处感格式、军事格式、数字高程模型格式、图
32、像处理软件格式及通用图像格式。理软件格式及通用图像格式。ENVI ENVI 从内部头文从内部头文件读取必要的参数，因此不必在件读取必要的参数，因此不必在Header Header InformationInformation对话框中输入任何信息。对话框中输入任何信息。2.2 常见系统设置用户自定义文件v这里可以选择自定义的图形颜色文件、颜色表文这里可以选择自定义的图形颜色文件、颜色表文件、件、ENVIENVI的菜单文件（的菜单文件（ENVI Menu FileENVI Menu File、Display MenuDisplay Menu、Shortcut FileShortcut File）、
33、地图投影文）、地图投影文件等，需要重启件等，需要重启ENVIENVI。2.2 常见系统设置默认文件目录v 设置一些设置一些ENVIENVI默认打开的文件夹，如数据目录、临时文默认打开的文件夹，如数据目录、临时文件目录、输出文件目录、件目录、输出文件目录、ENVIENVI补丁文件、光谱库文件、补丁文件、光谱库文件、备用头文件目录等，需要重启备用头文件目录等，需要重启ENVIENVI。2.2 常见系统设置显示设置v 可以设置三窗口中各个分窗口的显示大小，窗口显示式可以设置三窗口中各个分窗口的显示大小，窗口显示式样等。其中可以设置数据显示拉伸方式（样等。其中可以设置数据显示拉伸方式（Display
34、Display Default StretchDefault Stretch），默认为），默认为2%2%线性拉伸。线性拉伸。2.2 常见系统设置综合设置v 这个选项设置的是一些杂项，值得设置的为制图单位（这个选项设置的是一些杂项，值得设置的为制图单位（Page UnitPage Unit），），默认为英寸（默认为英寸（InchesInches），可设置为厘米（），可设置为厘米（CentimetersCentimeters）；还有缓冲）；还有缓冲大小（大小（cache sizecache size），可以设置为物理内存的），可以设置为物理内存的50-75%50-75%左右，文件碎左右，文件碎片大小设置为片大小设置为cache sizecache size的的1/101/10。
