1、文檔目錄前言 3一、實驗目的 3二、實驗容 3三、實驗時間 3四、組織人員 31. 專題概述 42. 處理流程介紹 42.1 圖像獲取 42.2 數據讀取和定標 42.3 圖像配準 52.4 大氣校正 52.5 反演模型構建及模型應用 52.6 植被變化 63. 詳細處理過程 73.1 數據預處理 73.1.1 安裝環境小衛星數據處理補丁73.1.2 數據處理和定標73.1.3 工程區裁剪93.1.4 圖像配準143.1.5 大氣校正173.1.6 裁剪渾善達克區233.2 植被覆蓋度反演 273.2.1 計算歸一化植被指數273.2.2 計算植被覆蓋度283.3 植被變化監測 29文檔3.3

2、.1植被覆蓋區提取293.3.2 植被變化檢測313.4 成果后期處理與應用 323.4.1植被變化區域圖的背景值處理323.4.2 植被變化區域制圖33實驗心得 36文檔前言、 實驗目的1、掌握 ENVI軟件的基本操作。2、掌握衛星影像的預處理的基本流程。3、通過實習，學會自己去處理一些問題。4、進一步提高學生分析問題、解決問題的能力，增強實踐技能，并培養學生勇于 動手、勤于動手、熱愛本專業的思想。5、深刻地理解和鞏固基本理論知識 , 掌握基本技能和動手操作能力 , 提高綜合 觀察分析問題的能力、實習容1、了解 ENVI的基本操作。2、實現影像圖像的幾何校正、融合、鑲嵌及剪裁。3、掌握 EN

3、VI對影像信息的提取4、了解 ENVI的一些應用分析文檔專題：基于環境小衛星的草原荒漠化監測一、專題概述渾善達克地區位于草原陰山北麓錫林郭勒高原中部，是亞洲草原荒漠化土地東部 邊 緣區的重要組成部分，經緯度在東經 114 5511638，北緯 41 464307之 間，平均海拔 高度在 1100 米左右。退化區屬溫帶半干旱區、中溫帶干旱大陸性季風氣 候。渾善達克退化 土地多為沙地，植被稀少，特別是春季地面回暖解凍，地表裸露，多 細沙土，狂風起時沙塵 彌漫，形成沙塵天氣。近年來頻頻發生在京津地區春季的沙塵天 氣與該地區生態環境惡化， 人地關系嚴重失調相關。據統計，京津地區沙塵暴70%的沙源來自于

4、這個區域。根據該區域 不同時期的植被覆蓋數據可以實現該區域的植被變化監 測。 本專題詳細介紹了利用環境小衛星 CCD-1A 圖像反演植被覆蓋圖的完整流程，專題 涉及 環境小衛星的數據讀取、輻射定標、大氣校正、植被覆蓋反演模型的建立、遙感反 演過程、 植被覆蓋變化監測等容。 除了使用 ENVI 主模塊功能外， 還需要用到 FLAASH 大 氣校正擴 展模塊、 IDL 開發的環境小衛星數據讀取補丁、波段運算等功能。二、處理流程介紹根據環境小衛星 CCD 數據特點及草原植被變化監測的要求，采用的技術路線為：先 對 環境小衛星 CCD 數據進行數據預處理： 數據讀取、 輻射定標、 大氣校正、 研究區裁

5、剪， 建 立反演模型，利用波段運算工具，反演出整個渾善達克地區的歸一化植被指數、植被 覆蓋度， 根據不同時期的植被覆蓋數據，實現草原土地退化的遙感監測。 流程說明：2.1 圖像獲取本文的基礎數據包括 2006 年土地覆蓋圖數據、 環境小衛星 CCD-1A 數據。環境小衛 星 CCD-1A 數據可以在環保部衛星環境應用中心免費下載獲取， 土地覆蓋圖數據的制作時 間是 2006 年 8 月份，本專題選擇了影像質量良好的 2009 年 8 月 11 日的環境星數據 作為數據源。 環境小衛星 CCD 數據下載地址： .secmep.2.2 數據讀取和定標網上免費獲取的 HJ-1A 衛星 CCD的分發格

6、式為 Geotiff ，每一個波段為一個 Geotiff 文件， 并提供一個元數據說明（ .XML）。可以依次打開每個波段，并用元數據說明中提供 的定標參 數用 Band Math 工具進行手動定標，再用 Layer stcaking 功能將 4 個波段 的圖像合成為一個 多波段的數據文件。本專題中用的是環境小衛星的讀取補丁，直接讀 取 CCD 數據，輸出結 果為一個多波段的 ENVI 標準柵格文件，并帶有中心波長等信息， 可直接輸出定標結果（輻 射亮度）。補丁下載地址為：bbs.esrichina-bj./ESRI/viewthread.php?tid=75575文檔2.3 圖像配準獲取的

7、2006 年的土地利用分類圖已經過精確的地理定位， 以該景作為基準影像， 對 環境小衛星數據進行配準，便于后續的變化監測。2.4 大氣校正對于環境小衛星數據，提供光譜響應函數， 可用 FLAASH 大氣校正模塊中進行大氣 校正， 波譜響應函數下載地址：.cresda./n16/n1115/n1522/n2118/index.html 。2.5 、反演模型構建及模型應用文檔2.6 植被變化監測根據 2006 年 8 月和 2009 年 8 月的植被覆蓋數據， 采用波段運算， 實現草原植被變化 的遙感監測文檔三、詳細處理過程本專題的數據存放在“ 19- 草原植被變化遙感監測”文件夾。3.1 數據預

8、處理3.1.1 安裝環境小衛星數據處理補丁將 ENVI_HJ1A1B_Tools.sav 補丁放在： homeITTIDLIDL80productsenvi48save_add 目錄下。3.1.2 數據讀取和定標主菜單 -File-Open External File-HJ-1A/1B Tools，打開環境小衛星數據讀取補丁。在 HJ-1A/1B Tools V3.0 面板中，選擇 CCD，點擊 Input File 輸入“ 1- 環境小衛 星數據 HJ1A-CCD2-2-64-20090811-L20000154793154793 ”文件夾中的 .xml 文件， 點擊 Output Path

9、 設置數據的輸出路徑，勾選“ Calibration ”“ Layer Stacking ”兩個選項， 單擊 Apply 按鈕。文檔3.1.3 工程區裁剪 由于整景影像數據圍非常大， 本專題工程區只是其中一小部分， 在進行大氣校正之前， 先將渾善達克以及周邊區域裁剪出來。（1）打開上一步生成的文件： HJ1A-CCD2-2-64-20090811-L20000154793_Calbrated_LayerStacking.img ，文檔2）主菜單 -File-Save File As-ENVI Standard，彈出 New File Builder 面板；3）在 New File Builde

10、r 面板中，單擊 Import File ，彈出的 Create New File Input File 面板；4）在 Create New File Input File面板中，選中 Select Input File 列表中的裁剪數據，單擊 Spatial Subset 按鈕；文檔5）在 Select Spatial Subset面板中，單擊 Image ，彈出 Subset by Image 對話框，6）在 Subset by Image 對話框中，按住鼠標左鍵拖動圖像中的紅色矩形框確定裁剪區域， 裁剪出包括渾善達克區域的一部分，單擊 OK；7）在 Select Spatial Subs

11、et面板中，可以看到裁剪區域信息，單擊 OK；文檔8）在 Create New File Input File對話框中，單擊 OK；及路9）在 New File Builder ，單擊 Choose 設置輸出文件名 20090811-Cal-sub.img 徑, 單擊 OK。文檔3.1.4 圖像配準下面以土地利用圖作為基準影像對環境小衛星圖像進行圖像配準。1）分別打開和顯示基準影像“ 19- 基于環境小衛星的草原植被變化監測 渾善達克 2006 年 8 月土地利用分類圖 .img ”。文檔2）主菜單 -Map-Registration-Select GCPs:Image to Image，打開

12、幾何校正模塊。3) 選擇顯示 2006 年土地利用分類圖文件的 Display 為基準影像( Base Image)，顯示環境星文件的 Display 為待校正影像( Warp Image)，點擊 OK 進入采集地面控制點4) 打開 Tools-Link-Geografic link，將兩個窗口都選擇為 on ，單擊確定，找到定位的大 致區域后，再 Tools-Link-Geografic link ，改為 off ，關閉。5) 在兩個 Display 中找到相同區域，在 Zoom 窗口中，點擊左小下角第三個按鈕， 打開定位十字光標，將十字光標到相同點上，點擊 Ground Control P

13、oints selection上的 Add Point 按鈕，將當前找到的點加入控制點列表。文檔6）用同樣的方法繼續尋找其余的點，當選擇控制點的數量達到3 時， RMS被 自動計算。 Ground Control Points Selection上的 Predict 按鈕可用，選擇Options-Auto Predict ， 打開自動預測功能。這時在 Base Image 上面定位點， Warp Image 上會自動預測區域。7）完成控制點的選擇， RMS值 小于 1 個像素，點擊 Ground Control Points，將控制點保存Selection 上的 File-Save Coeff

14、icients to ASCII8）在 Ground Control Points Selection Map） ，選 擇校正文件 （HJ 數據文件 ）上，選擇 Options- Warp File （as Image文檔30 米。(9) 在校正參數面板中(圖專 5-7 )，默認投影參數和像元大小與基準影像一致，(10) 重采樣選擇 Nearest Neighor ，背景值( Background)為 0.(11) Output Image Extent ：默認是根據基準圖像大小計算，可以做適當的調整。(12) 選擇輸出路徑和文件名，單擊 Ok 按鈕。文檔3.1.5 大氣校正 環境小衛星提供了

15、波譜響應函數，以文本形式提供，第一列表示波長（ nm），后面四 列 分別表示 4 個波段對應波長的波譜響應值。需要制作波譜曲線來描述波譜響應函數， 用于大氣校正。制作波譜曲線 :（1）主菜單 Window-Start New Plot Window ，打開 ENVI Plot Window 面板，在 波譜繪制 窗口中,選擇 File-Input Data-ASCII ，導入“ 681_HJ1ACCD2.txt” 文本文件，如圖，自動將第一列作為 x 軸，后面 4 列作為 y 軸，波長單位 選擇 Nanometers ，單擊 OK。文檔2) 如圖，在繪制窗口生成了 4 條曲線，選擇 Edit-D

16、ata Parameters ，編輯每條線的名稱 為 b1 ，b2，b3，b4，便于區分文檔3）選擇 File-Save Plot As-Spectral Library，在 Output Plots to SpectralLibrary 面板中，單擊 Select All Items，單擊 OK。4）在 Output Spectral Library面板中，有輸出曲線相關參數設置，按默認，選擇輸出路 徑和文件名，單擊 OK，將波譜曲線保存為波譜庫文件：環境 1A 星 CCD2 光譜響應 .sli 。文檔FLAASH大 氣校正 :第一步：數據準備FLAASH 對圖像文件有以下幾個要求：(1)

17、數據是經過定標后的輻射亮度(輻射率)數據，單位是： (W)/ (cm2*nm*sr)。(2) 數據帶有中心波長( wavelenth )值，如果是高光譜還必須有波段寬度( FWH)M, 這兩 個參數都可以通過編輯頭文件信息輸入( Edit Header )。(3) 數據類型：支持四種數據類型：浮點型( floating )、長整型 (long integer ) 、整型 (integer )和無符號整型 (unsigned int) 。數據存儲類型： ENVI 標準柵格格式文 件， 且是 BIP 或者 BIL 。 4) 波譜圍： 4002500nm。本次用的環境小衛星經過以上處理，已經定標為

18、W*m(-2)*sr(-1)*um(-1) 單位、 浮點 型的輻射率數據，有中心波長信息，下面將 BSQ 格式轉成 BIL 格式。選擇主菜單 Basic Tools-Convert Data(BSQ、BIL、 BIP)，選擇已經經過定標和配 準的數 據 20090811-cal-jz.img ，在 Convert File Parameters 中， Output Interleave 選擇 BIL ，選擇 Convert In Place ：yes ，單擊 OK。第二步：設置參數進行 FLAASH 大氣校正(1)主菜單 Spectral-FLAASH 打開 FLAASH 大氣校正模塊；(2)

19、 點擊 Input Radiance Image ，選擇 BIL 格式的環境小衛星數據20090811-cal-jz.img ，在 Radiance Scale Factors 面板中選擇 Use single scale factor for all bands ，由于定標的輻 射量數據與 FLAASH 的輻射亮度的單位相差 10 倍，所以在此 Single scale factor 選擇 默認： 10，單擊 OK；(3) 設置輸出文件及路徑設置(4) 傳感器基本信息設置： 成像中心點經緯度、傳感器高度、成像區域平均高度、成像 時間設置，這些都可以 從數據頭文件中讀取：HJ1A-CCD2-2

20、-64-20090811-L20000154793.XML 。(5) 大氣模型，選擇 MLS，氣溶膠模型，選擇 Rural ，氣溶膠反演方法選擇 None，能見 度設置為 40km。文檔6）單擊 Multispectral Setting按鈕，在 Filter Function File 導入之前做好的光譜響應曲線 “環境 1A 星 CCD2 光譜響應.sli ”，單擊 OK;7）單擊 Advanced Settings ，在高級設置中， Tile Size 默認的是 Cash size 的大小， 手動 改為 100Mb，單擊 OK；文檔8）設置好后，在大氣校正模塊面板中，單擊 Apply 。

21、（9）大氣校正完成后，檢查大氣校正的結果， 分別加載校正前后的圖像， 將兩幅影像進 行 地理，移動到植被區域（植被的波譜曲線比較特殊） ，在影像上右鍵，選擇 Z Profile （Spectrum）打開光譜曲線窗口，顯示兩幅圖像同一位置的光譜曲線圖。文檔3.1.6 裁剪渾善達克區（1）顯示大氣校正后的圖像 20090811-cal-jz-FLAASH.img ，在 image 窗口選擇Overlay-Vectors ，打開 Vector Parameters 面板，選擇 File-Open Vector File ， 打開 hunshandake.evf ；文檔2）在 Available Ve

22、ctors List面板中選擇該矢量文件，點擊 Load Selected ，選擇顯示圖像 的 Display ，單擊 OK，矢量疊加在影像上；3）在 Available Vectors List 面板中，選擇 File-Export Layers to ROI，在 SelectData File to Associate with new ROI 面板中，選擇 20090811-cal-jz-FLAASH.img ，文檔單擊 OK，在 Export EVF Layers to ROI 中，選擇 Convert all records of an EVFl ayerto one ROI ，單擊

23、 OK，將 矢量轉為一個 ROI ；4）在圖像窗口，選擇 Overlay-Region of Interest ，打開 ROI 面板，渾善達克 ROI 顯示在 圖像上，在 ROI Tool 面板中，選擇 File-Subset Data via ROIs，在 Select Input File to Subset via ROI面板中，選擇 20090811-cal-jz-FLAASH.img ，單擊 OK；文檔5）在 Spatial Subset via ROI Parameters面板中選擇渾善達克 ROI ，Mask pixelsoutside of ROI選擇 Yes ；6）設置輸出路

24、徑及文件名 20090811-yanjiuqu.img ，單擊 OK。文檔到此， 數據預處理工作已經全部完成， 下面介紹如何應用 ENVI 進行植被覆蓋度反演和 植被變化監測。3.2 植被覆蓋度反演3.2.1 計算歸一化植被指數（1） 選擇主菜單 -File- Transform -NDVI ，打開 NDVI 計算模塊 （2） 選擇裁剪后的數據： 20090811-yanjiuqu.img 。3） 在 NDVI Calculation Parameters 面板中進行相應設置，環境星波段參數與 TM 數 據相似，應用被植被強吸收的紅光波段（環境星第 3 波段）和被植被強反射的近 紅外波 段（環

25、境星第四波段）計算歸一化植被指數。數據類型默認為浮點型。4） 選擇文件保存名（ 20090811-yanjiuqu-NDVI ）和路徑，單擊 OK 執行文檔3.2.2 計算植被覆蓋度計算植被覆蓋度 FC 采用的是混合像元分解法， 將整景影像的地類大致分為水體、 植 被 和建筑，具體的計算公式如下：FC = (NDVI- NDVISoil) (NDVIVeg - NDVISoil) (1)其中， NDVI 為歸一化植被指數， NDVISoil 為完全是裸土或無植被覆蓋區域的 NDVI 值， NDVIVeg 則代表完全被植被所覆蓋的像元的 NDVI 值，即純植被像元的 NDVI 值。 取經驗值 N

26、DVIVeg = 0.70 和 NDVISoil = 0.00 ，且有，當某個像元的 NDVI 大于 0.70 時， FC 取值為 1； 當 NDVI 小于 0.00 ，FC 取值為 0。利用 ENVI主菜單-Basic Tools-Band Math ，在公式輸入欄中輸入：(b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1 ge 0 and b1 le 0.7)*(b1-0.0)/(0.7-0.0)b1: 選擇 NDVI 圖像文檔3.3 植被變化監測3.3.1 植被覆蓋區提取(1)2009年 8月植被覆蓋區提取利用 ENVI主菜單-Basic Tools-Band Math ，在公

27、式輸入欄中輸入：(b1 le 0.3)*0 +(b1 gt 0.3)*1b1: 選擇 HJ1A-CCD2-20090811-cal-sub-flaash-ref-hunshandake-VCI 圖像， 0.3 為經驗值。選擇文件保存名( 2009 年 8 月植被覆蓋區)和路徑，單擊 OK 執行，得到 2009 年 8 月 植被蓋度區。文檔（2）2006年 8月植被覆蓋區提取獲取的 2006年 8 月標準的土地利用分類圖， 分類代碼與地物類型如下表所示， 耕地、 林 地、草地，屬于植被覆蓋區域。ENVI 主菜單 -Basic Tools-Band Math ，在公式輸入欄中輸入：(b1 ge 1 and b1 le 3)*1+(b1 lt 1)*0+(b1 gt 3)*0 b1: 選擇“渾善達克 2006 年 8 月土地利用分類圖” 。選擇文件保存名 （200608 植被覆蓋圖 .img ）和路徑，單擊 OK 執