Landsat TM 影像处理最完整流程

一. 界面系统介绍

1. 主菜单： 菜单项， Tool、Classification、Tranform、Spectral实

习所涉及的（粗略介绍）

2. Help 工具的使用

3. 主菜单设置（preferences）：内存设置

二. 文件的存取与显示

1． 图像显示

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

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。

2． 图像的头文件资料的获取和编辑

ENVI：File>>Edit ENVI Header，选择相应的文件。

从 Header Info 对话框里，你可以点击 Edit Attributes 下拉菜单中的选项，调用

编辑特定文件头参数的独立对话框。这些参数包括波段名、波长、地图信息等。

3． 图像的存取

File > Open Image File. 当你打开任何文件，可用波段列表（ABL）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”。

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点击 “Load Band” 或 “Load RGB” ，以把选定的波段导入选定的显示。

4.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

5．剖面和波谱图（Profiles and Spectral Plots）

Image:>>Tools>>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。

三. 图像预处理

1． 图像的切割（取子区）

ENVI：Basic Tools>> Resize Data >> Resize Data Input File对话框（如下图）。

①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 。* 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）。

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

四. 影像分析

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影像统计分析

1. 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

五.图像增强 (Image:Enhance)

1. 直方图调整

(1) 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。

(2) 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. 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。

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3. 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）。

六.专题信息提取

1. 波段运算获取不同专题信息

ENVI: Basic Tools>>band math

例：Newband=band5-band4

具体操作是：

打开Band Math对话框(如右图)，在Enter an expression中键入：b5-b4，点击OK后将

会出现Variables to Bands Pairings对话框。从可利用波段列表中，分别选择b5和b4

代表的波段，并键入待输出的文件名，点击OK即可。

2. NDVI的提取:> NDVI(vegetation Index)

NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）归一化植被指数：是一个普遍应

用的植被指数，将多波谱数据变换成唯一的图像波段显示植被分布。NDVI 值指示着像

元中绿色植被的数量，较高的NDVI值预示着较多的绿色植被。NDVI 变换可以用于

AVHRR、Landsat MSS、Landsat TM、SPOT 或 AVIRIS 数据，也可以输入其他数据类型

的波段来使用。

3. 缨帽变换ENVI: Transform>>Tasseled Cap

5. 定义感兴趣区(ROI)及分类

监督分类（Supervised Classification）

监督分类：按照分类以前自定义的样本进行分类。

1. 训练样本的选择和优化

1）训练样本的提取（ROI区的选择）

ENVI: Basic Tools >> Region Of Interest>> ROI tool调出感兴趣区工具窗口进行

样本选择（注意：必须事先打开一幅图像），可以进行样本编辑（名称，颜色，填充

方式等），样本选择越精确，分类结果越好。感兴趣区工具窗口的打开方式还有：

Image：Overlay>>Region of Interest，或者直接在图像窗口上点击鼠标右键，再选

择ROI Tool。

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根据前面的背景资料和预处理结果选择分类图像，建立各类地物的训练区。各类地物

的解译标志，即地物的明显特征是最重要的选择标准。根据其在影像上表现出的色调

、纹理等特征，通过目视解译方法用鼠标在工作区影像图上选择其训练区，并使训练

区的分布尽量均匀。在实际的工作中，由于存在“同物异谱”的情况，因此对于同一

种类型可能有多种不同的特征。为此，我们可以对同一地物选择多个训练区，分类后

再合并。

感兴趣工具窗口见下图。

提取训练样本的具体操作如下：

（1）确定ROI的提取类型（ROI>Polygon, Polyline, Point, Rectangel, Ellipse）

和待操作窗口（主图像窗口、滚动窗口或缩放窗口）。

（2）在图像窗口上画出感兴趣区，单击鼠标右键确定选择形状（此时可以拖动感兴趣

区域，用Ctrl＋鼠标左键可以删除），再次单击右键确定此训练区（此时若要删除训

练区，需要点击ROI Tool窗口中的Delete控键，此操作将删除所有该类型的感兴趣区

域）。ROI Tool 窗口中将会显示选择区域的颜色和相关信息，其中，感兴趣区域名称

（ROI Name）和色彩可以修改。可就某一类训练区选择多个感兴趣区域。

（3）该类训练区的选择完成后，点击ROI Tool窗口的New Region控键，再进行另一类

训练样本的选择，其颜色将自动改变。按以上操作完成所有训练区的选择。

2）训练样本的优化和提纯ROI

上述步骤中选择的某类训练样本，可能混入了其他类型的样本，为了提高图像分类精

度，需要对训练样本进行提纯。N维可视化分析器（N — Dimensional Visualizer）

即是对选择的训练区像元进行提纯。当某些像元始终聚集在一起运动时，这些就是所

需的最纯像元；若在运动时，像元分成了两个部分，则说明选择了两类地物的训练区

，需把此训练区像元分开处理。

ROI>Export ROIs to n-D Visualizer >> n-D Control; n-D Visualizer

让训练区像元在n维空间内自由转动（可以控制转动速度Speed），当转到最能区分各

类型训练区像元的位置时，停止转动，进行样本提纯操作。即：

（1）在n-D Visualizer窗口中用鼠标选择某类训练区的纯像元并点击鼠标右键确定（

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可进行多次选择），再次单击右键>>Export Class，提纯后的训练区将出现在ROI

Tool窗口中。

（2）进行下一个类型训练区的提纯时，首先要在n-D Visualizer窗口中单击右键

>>New Class，下面的操作如前。如此，完成所有训练区的提纯。

（3）训练区的保存：ROI>Save ROIs…

2. 选择分类方式

分类方式包括平行六面体法、最短距离法、马氏距离法、最大似然法、波谱角分类以

及二进制编码法等，选择合适的分类方式。

1) 最大似然法（Maximum Likelood Classification）

ENVI: Classification >> supervised >>Maximum likelihood >> Classification

Input File 选择分类的图像 >> Maximum likelihood Parameters 选择训练样本，设

置说明

最大似然分类假定每个波段每一类统计呈均匀分布，并计算给定像元属于一特定类别

的可能性。除非选择一个可能性阈值，所有像元都将参与分类。每一个像元被归到可

能性最大的那一类里。

在Maximum Likelihood Parameters 对话框中设置一般分类参数，在 “Set

Probability Threshold” 文本框里，键入一个阈值（0~1）。选项参数被用来控制像

元准确分类的可能性。如果像元的可能性低于所有类的阈值，则它被归为“无类别”

，在此，我们一般选择默认值。

2) 波谱角分类法（Spectral Angle Mapper — SAM）

ENVI: Classification >> supervised >> Spectral Angle Mapper >>

Classification Input File 选择分类的图像 >> Spectral Angle Mapper

Parameters 选择训练样本，设置说明

波谱角分类法是以物理学为基础的一种分类法，通过比较终端光谱向量和每个像元的

矢量在N维空间中的角度，将像元分配到相应的区间中去，角度值越小，分类越精确。

输入由上步提纯得到的像元数据，选择适宜的参数[Maximum Angle（radians）] 值，

小于此值的像元将不参加分类，经多次实验。默认值是0.1（弧度）。

3. 分类

引入影像—>确定分类范围和波段—>选择训练样本—>给定阈值—>确定存储路径和文

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件名—OK。下图为最大似然法分类对话框。

非监督分类（Unsupervised Classification）

非监督分类：仅仅用统计方法对数据集中的像元进行分类，不需要样本。

方法：

（1）IsoData:>unsupervised>>IsoData>> IsoData Parameters对话框：参数设置说

明

在ISODATA Parameters 对话框中，输入Number of Classes（分类数），Min（最少分

类数）8、Max（最大分类数）15，Maximum Iteration（最大迭代数）10，Chang

Threshold（像元变化的阀值）5.00，Minimum ＃Pixel in Class（每类中的最小像元

数）1，Maximum Class Stdv （最大标准差）3.00，Minimum Class Distance （最小

类间距）4.00，Maximum ＃Merge Pairs（最大合并数）2等8个基本参数（根据实际图

像和先验知识更改参数的设置）

（2）K-Means:>unsupervised>> K-Means>> K-Means Parameters参数设置说明

分类后处理（Post Classification）

1. 分类统计：ENVI:Classification>>Post Classification>>Class Statistics：包

括每一类的点数、最小值、最大值、平均值以及类的每个波段的标准差等。其中每一

类的最小值、最大值、平均值以及标准差可以以图的方式进行显示。可以显示出每一

类的直方图，并且计算其协方差矩阵、相关矩阵、特征值和特征矢量等。

2. 两个分类结果的比较：ENVI:Classification>>Post Classification>>Confusion

Matrix：分类结果的精度，显示在一个混淆矩阵里。通过用分类结果与地表真实图像

（Ground Truth Image）或地表真实感兴趣区（Ground Truth ROIs）相比较来计算混

淆矩阵。分类结果记录了总体精度、准确度、Kappa系数、混淆矩阵、commission 误

差（每类中额外像元占的百分比）和冗长误差（类左边的像元占的百分比）等等。当

用地表真实图像计算混淆矩阵时，还可以输出每类图像中没有被正确分类的那些像元

。

3. 类别集群：ENVI: Classification>>Post Classification>>Clump Classes细小块

的合并，将一些碎块进行合并（平滑处理）。

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注：未被选上用于聚块（clumping）的类，在输出图像上无变化。

4. 类别筛选：ENVI: Classification>>Post Classification>> Sieve Classes通过

用斑点分组消除这些隔离的被分类的像元。该功能菜单将删除分类中的孤岛像元，并

用黑像元表示，可以用成块分类功能代替黑像元。

注：在 “Group Min Threshold” 文本框里，输入一个类组需要包含的最少像元数（

4或8）。任何一组小于这一数值的像元将从类中被删除。

5. 类的合并：ENVI : Classification>>Post Classification>>Combine Classes：

将分过的类进行选择性的合并，可以合并为一类或几类。

6. 类的叠合：ENVI : Classification>>Post Classification>>Overlay Class：用

一幅彩色合成影像或灰阶影像生成一幅影像地图，并且类的颜色叠置在一起，输出一

幅3波段的 RGB图像。

7. 修改类的颜色：Image: Tools>>Color Mapping>>class color mapping：当一个分

类后的图像被导入一个显示窗口时，每类自动呈现出不同的颜色。每类的颜色与监督

分类中选择的感兴趣区的颜色或非监督分类中预先选择的每类颜色相对应。未分类区

域在图像中呈黑色，可以改变每类的颜色。

七. 制图输出

图形的整饰

1. 经纬网格线>Grid>…来设置网格线的属性及图像边界。

注：设图面大小--- Annotation --- Options > Display Borders---输入左、上、右

和低部图像边框所需要的边框宽度（按像元）

2. 注记Image: overlay>>annotation(标题；图例；比例尺；南北指针)

(1) 添加注记：Image: overlay>>annotation。注记可以被放置在主图像窗口、滚动

窗口或缩放窗口。通过从各自的 Options 菜单中选择 Annotation，每种图表，包括

X、Y、Z 剖面图或表面图，可以被注记。当出现 #n Annotation 对话框时（其中

“#n” 指正被注记的那个显示），选择 Object > >所需要的注记对象。

1〉文本注记（Text）：Object>>text ，选择注记的属性（如font、size等），在文

本框中输入待添加文本，用鼠标在图像中点击注记位置，按右键确定。

2〉图例注记（map key）：Object>>map key可以直接将各类的图例加载上去，并且可

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以进行颜色、名称等编辑。

3〉比例尺注记（Scale Bar）：Object>>Scale bar

4〉偏差图注记（Declination）：Object>>Declination，Declination 选项允许你在

图像上放置一个磁偏角图表。磁偏角图表包括指向真北（True North，用星号显示）

、坐标北（Grid North，GN）和磁北（Magnetic North，MN）的箭头的任意组合。

5〉覆盖分类结果：Image:Overlay>>classification

6〉边界设置（Set Display Border）：Option>>Set Display Border

7〉其他注记略

8〉若要对注记进行选择或编辑：Object>>Selection/Edit

注：每一种注记添加到图像中后，单击鼠标右键进行确定。所有注记对象都有一个小

的彩色菱形 “handle”，它被用来决定位置。

(2) 保存注记文件：1.选择Annotation: File > Save Annotation.2. 当出现新的对

话框时， 在文本框中键入输出文件名，或点击 “Choose”，然后当出现 ENVI 文件

选择对话框时后，输入一个文件名。3. 选择 “OK” ，把注记保存到一个输出文件。

（3） 图形输出

1．分类结果图像输出：Image: File>>Save Image As >>Image File （有多种格式可

供选择）or Postscript File

2．分类结果的矢量输出：ENVI: Classification >> Post Classification >>

Classification to Vector：将选择的类变换为矢量多边形进行输出。

注：输出图像名不能与其他文件名相同。

八. 图像存取的举例说明

ENVI中支持多种格式的图像文件，有些格式无法直接打开，需要添加头文件信息。下

面以一DAT格式为例，说明如何打开其他格式的图像文件，并转换为ENVI标准格式。

如下图是.dat格式的TM图像文件，每一个文件包含一个波段信息，header为头文件信

息。

（1）File >> Open Image File，选择待打开的图像，如先打开band1，将会出现头文

件对话框。从头文件中查出图像行列数（若行列数填写错误将不能正确打开图像），

填入Header Info对话框中。波段数选择1（注意这里的波段数是指待打开的文件包含

几个波段，并不是指第几波段）。

注：若无法用File >> Open Image File则需要用File >> Open External File来选择

相应的文件格式类型。

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（2）点击OK后band1文件将出现在可利用波段列表中。重复以上操作打开所有的波段

。若要将这些波段合并到一个ENVI标准格式文件中，需进行下面的操作。

（3）ENVI: File >> Save >>ENVI Standard ，将出现New 对话

框，点击Import File…，选择待添加的波段文件，确定后文件将出现在对话框中。点

击Reorder Files…可改变文件顺序。最后键入输出文件名即可。

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