遥感图像的变换与融合实习报告 1、实习目的1.掌握遥感影像融合的基本原理、内容和要点；2.掌握在ENVI中遥感影像融合的操作方法、步骤，并比较各种方法的优缺点；3. 掌握基本的遥感图像变换方法，如缨帽变换变换等方法的具体操作步骤2、操作步骤一、 波段的运算Band Math对话框(实习数据采用软件自带数据bhtmref.img，要求用此种方法叫做NDVI)选择Basi c Tools>Band Math．1.将出现Band Math对话框假如运算结果是一个二维数组，它将接受任何有效的IDL数学表达式、函数或程序2．在标签为‘Enter an expression：’的文本框内，输入变量名(将被赋值到整个图像波段或可能应用到一个多波段文件中的每个波段) 和所需要的数学运算符变量名必须以字符“b’’或‘‘B’’开头，后面跟着5个以内的数字字符实例：若想计算三个波段的平均值，则数学方程式为：(float(b1)+float(b2)+float(b3))／3.0IDL的浮点型函数用来防止计算时出现字节溢出错误3．一旦一个有效的表达式被输入，点击“OK’’处理。
将出现Variable to Band Name对话框1．要重新使用、保存或取消任何以前应用的数学表达式，点击显示在“Prev i ous Expression”列表中的任何表达式，把它导入到‘‘Enteran expression"，’文本区中2．一旦被导入，点击“OK”，把该表达式应用到一组新的波段将出现Variable toBand Name对话框要把表达式保存到一个输出文件，点击“save”，然后当出现Enteer output filename对话框时，键入输出文件名为了保持一致，输出文件名应该指定扩展名为．exp要恢复原先保存的表达式，点击--Restore，然后选择适当的文件名该表达式将显示在“Previous Expression．’，列表中要清除所有原先的表达式，点击“Clear”二、 图像变换一、Principal Component Analysis(主成分分析)(实习数据采用软件自带数据bhtmref．img)主成分分析(PCA)用多波段数据的一个线性变换，变换数据到一个新的坐标系统，以使数据的差异达到最大1．Forward PC Rotation(正向的PC变换) 正向的PC变换用一个线性变换使数据差异达到最大。
当运用正向的PC变换时，ENVI允许计算新的统计值，或将已经存在的统计项进行变换 一旦变换完成，将会出现PC特征值图显示出每一个输出的PC波段的差异量PC波段将显示在Available Bands List中 Compute New Statistics and Rotate(计算新的统计值和旋转) (1)选择Transfoms>PrinCipal Components>Forward PC Rotation>Compute NewStatistics and Rotate． (2)出现Principal Components Input File对话框时，选择输入文件或用标准ENVI选择程序建立子集 (3)出现Forward PC Rotation Parameters对话框时，在‘‘Stats X／Y Resize Factor”文本框键入小于1的调整系数，对计算统计值的数据进行二次抽样 键入一个小于1的调整系数，以提高统计计算的速度例如，在统计计算时，用一个O·1的调整系数将只用到十分之一的像元4)若需要，键入一个输出统计文件名5)点击按钮，选择是否计算“Covariance Matrix”(协方差)或“Correlation matrix”(相关系数)。
计算主成分时，有代表性地要用到协方差矩阵当波段之问数据范围差异较大时，要用到相关系数矩阵，并且需要标准化6)选用“File”或“Memory”输出若选择输出到“File”，在标“Enter Output Filename”的文本框里键入要输出的文件名；或用“Choose"按钮选择一个输出文件名7)从“Output Data Type”菜单里，选择需要的输出类型(字节型，整型，无符号整型，长整型，无符号长整型，浮点型，双精度型)8)用下列选项，选择输出PC波段数如果要限定输出PC波段数，用“Number of Output PC Bands"标签附近的按钮确定输出的PC波段数默认的输出波段数等于输入的波段数如果要通过检查特征值，选择输出的PC波段数，则点击“Select Subset from Eigenvalues”标签附近的按钮，选择“YES”9)选择上面一个选项以后，在Forward PC Rotation Parameters对话框里，点击“OK”为选择的输入文件计算协方差或相关系数和特征值，并进行正向的PC旋转当ENVI已经处理完毕，将出现PC EigenValues绘图窗口，PC波段将被导入Available Bands List中。
2．Inverse PC Rotation(反向PC变换)将主成分图像变换回到它们的原始数据空间：(1)选择Transforms>Principal Components>Inverse PC Rotation(2)当出现标准ENVI选择文件或子集对话框时，选择你的输入文件，并用标准ENVI文件选择程序建立需要的子集出现另一个文件选择对话框，在当前输入数据目录中，列表显示出了已经存在的统计文件(默认扩展名为．sta)3)用标准ENVI文件选择程序选择前面在正向PC旋转中存储的统计文件在选择反向PC旋转之前，统计文件必须已经存在4)在Calculate using标签附近，选择Covariance Matrix或‘Correlation Matrix’5)选用“File”或“Memory”输出若选择输出到“File”，在标有‘Enler Output Filenallie’的文本框里键入要输出的文件名，或用“Choose”按钮选择一个输出文件名6)从‘Output Data Type’下拉菜单里，选择一个数据类型，作为输出文件的数据类型7)点击‘‘OK”运行反向变换二、Tasseled Cap(缨帽变换)缨帽变换是一种通用的植被指数，可以被用于Landsat MM S或Landsat TM数据。
对于Landsa!M M S数据，缨帽变换将原始数据进行正交变换，变成四维空间(包括土壤亮度 指数SBI、绿色植被指数GVI、黄色成分(stuff)指数YVI，以及与大气影响密切相关的Non--such指数NSI)对于Landsat TM数据，穗帽植被指数由三个因子组成一一“亮度"、“绿度”与“第三"(Third)其中的亮度和绿度相当于MSS缨帽的SBl和GVI，第三种分量与土壤特征有关，包括水分状况1)选择Transforms>Tassled Cap2)出现Tasseled Cap Transformation Input File对话框时．选择输入文件,用标准ENVI文件选择程序输入文件或空间子集3)点击“OK”继续，显示Tasseled Cap Transform Parameters对话框4)用下拉菜单，选择“Input File Type”(Landsat TM数据bhtmref．img)5)选择输出到“File”或“Memory”若选择输出到“File”，在标有“Enter Output Filename”文本框里键入要输出的文件名；或用“Choose"按钮选择一个输出文件名。
6)点击“OK"开始计算穗帽变换，变换进行时，屏幕上出现一条状态信完成时，ENVI将穗帽波段名输入到Available Bands List中，在那里可以用标准ENVI灰阶或RGB彩色合成方法显示三、NDVI(归一化植被指数)NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)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1)选择Transforms>NDVI(Vegetation Index)2)出现NDVI Calculation Input File窗口时，选择输入文件若需要)用标准ENVI文件选择程序输入文件或空间子集3)点击“OK”4)通过点击“Input File Type，，下拉菜单，用NDVi Calculation Parameters对话框，说明你己经输入的文件类型(TM，MSS，AVHRR等)5)用“Output Data Type”下拉菜单选择输出类型(字节型或浮点型)。
6)选择输出到“File”或“Memory”若选择输出到“File”，在标有“Enter Output Filename’’的文本框里键入要输出的文件名：或用“Choose’’按钮选择一个输出文件名7)点击“OK’’开始计算NDVI变换变换正在进行时，屏幕上出现一条状态信息完成时，ENVI将NDVI波段名输入到Available Bands List中，在那里可以用标准ENVI方法显示四、Minimum Noise Fraction Rotation(最低噪声分离变换) 在ENVI中得到应用MNF本质上是两次层叠的主成分变换第一次变换(基于估计的噪声协方差矩阵≥用于分离和重新调节数据中的噪声第一步产生的变换数据中噪声有单位变化，没有波段-波段间的相关第二步是一次噪声白化数据的标准主成分变换数据空间可以被分为两部分：一部分与大的特征值和相对应的特征图像相关，其余部分与相差不大的特征值以及噪声占主导地位的图像联系在一起仅仅用相关部分，就可以将噪声从数据中分离于是提高波谱处理的效果MNF变换也可以被用来从数据中消除噪声主要通过运行正向的变换，判定哪些波段包含相关图像，用波谱子集(只包括“好"波段，或反转前平滑噪声)进行一次反向的MNF变换。
也可以基于特征值抽取MNF旋转输出的子集一旦变换结束，将显示一个MNF特征值的图示，表明每一个MNF输出波段的变化量，并且MNF波段将显示在Available Bands List中ENVI也可以将MN F变换应用到单个波谱中这一功能将端波谱变换为MNF空间，以输入到Mixture Tuned Matched Filteri1．Forward MNF Transform(正向的MNF变换)正向的MNF变换有三个选项，用于估计第一次旋转中用到的噪声统计三个选项包-括输入的数据中估计噪声，运用以前计算的噪声统计，或用与数据集相关的“暗色图像” 计算噪声统计 Estimate Noise Statistics from the Data(由数据估计噪声统计)当没有当前的暗色图像时，用这种方法估计噪声ENVI假定每一个像元都包含信号和噪声，且紧邻的像元包含同样的信号，但是具有不同的噪声对数据进行“shift difference”，就把邻近的像元区分开来，并把结果平均指定为没个正被处理的像元的“噪声”值最好的噪声估计是对一个类似的区域进行shift difference统计聚集的而不是对整个图像进行。
ENVI允许选择统计抽取的子(1)选择Transforms>MNF Rotation>Forward MNF>Estimate Noise Statistics From Data.(2)出现标准ENVI文件选择和子集构建对话框时，用标准ENVI文件选择程序选择和输入文件以及子集选择一个类似区域进行噪声统计，点击‘Spatial Subsel’，按钮，ENVI的标准空间子集程序或者手工键入一个子集或一个图表显示用于统计抽取的区域3)点击O K按钮，弹出For、Vard MNF Transform Parallleters对话框，此时，还可通过按钮shift diff Subset更改空问子集：在标有“Enter Output Noise Stals Filename【．Sta】”-的文本框里键入一个用于噪声统计的文件名4)在标有“Enter Output Stats Filename【．Sta】”的文本框里，键入一个用于MN F统计的输出文件名MNF与噪声统计的文件务必采用不同的名字5)选用“File”或“Memory”输出若选择输出到“File”，在标有“Enter Output Filename’’的文本框里键入要输出的文件名；或用“Choose’’按钮选择一个输出文件名。
6)选择输出MNF的波段数要在不选择特征值子集的情况下，限定输出的MNF波段数键入需要的数字，或用“Number of Output MNF Bands”标签附近的按钮确定输出的波段数，通过检查特征值，选择输出的MNF波段数，则A点击“Select Subset from Eigenvalues”标签附近的按钮，选择“Yes”7) 点击“OK"开始处理当ENVI已经完成处理时，MNF波段将被导入Available Bands List，显示MNF绘图窗口输出的仅包含选择输出的波段数2．Inverse MNF Transform(反向的MNF变换)用这一选项将MNF波段变换为它们的原始数据空间代表性地，以噪声为主导的图像(高波段数)在运行反向变换之前先被平滑，或在反向期间用波谱子集排除掉平滑或消除这些噪声波段将减少原始数据空间中的噪声1）选择Transforms>MNF Rotation>Inverse MNF Transform2）出现标准ENV!文件和子集选择对话框时，用标准ENVi文件选择程序选择并抽取正向MNF变换图像汁算的子集3）出现Enter forwad mnf stats对话框时，键入正向MNF统计文件名字，点击OK（4）出现nverse MNF，transform parameters对话框时，选择“File’’或“MemorY’’输出。
若选择输出到“Fi le”，在标订·t Enter 0utpul Filename"的文本框里键入要输出的文件名；或用“Choose’’按钮选择一个输出文件名5)从“Output Data Type’’菜单，选择需要的数据类型(字节，整型，无符号整型，长整型，无符号长整型，浮点型，双精度型)6）点击“OK”开始处理处理完成时，ENVI将把MNF结果导入Available Bands List中3．Apply、Forward MNF to Spectra(把正向的MNF应用到波谱)用这一选项将末端波谱变换为MNF空间用于Mixture Tuned Matched Filtering来自ixture Tu ned M atched Fi l teri ng输入数据文件的MN F统计被用作变换被变换的波谱能用一个类似于末端聚集的对话框，从绘图窗口、波谱库、ASCII文件、感兴趣区和统计文件中聚集1）选择Transforms>MNF Rotation>Apply Forward MNF to Spectra2)当出现Forward MNF Statistics Filename对话框时，选择Mixtu，re Tuned Matched Filtering输入数据文件计算的川F统计文件名。
3)出现Forward MNF Convert Spectra对话框时，用Import菜单选项将波谱输入到对话框，或将波谱拖曳到对话框顶部的黑色的绘制小部件中4)从对话框中删除波谱，点击波谱选中，点击“Delete Spectrum”5)点击“Apply”变换后的波谱将出现在Forward MNF Spectra绘图窗口里，且能输入到Mixture Tuned Matched Filtering Endmember Collection对话框将变换后的波谱存到一个波谱库或一个A SCII文件中，在MNF图示出口中，选择File>Output Data4． Apply Inverse MNF to Spectra(将反向的MNF应用到波谱)用这一选项将MNF波谱变换到原始数据空间来自一个数据文件的正向的MNF统计被用作变换将被变换的波谱能用用一个类似于末端聚集的对话框，从绘图窗口、波谱库、ASCII文件、ROls和统计文件中聚集1)选择Transforms>MNF Rotation>Apply Inverse MNF to Spectra2)当出现Forward MN F Statisti cs Filename对话框时，选择需要的正向的MNF统计文件名。
3)出现Inverse MNF Convert Spectra对话框时，用llnport菜单选项将波谱输入到(4)点击“Apply,”变换后的波谱将出现在Inverse MN F Speclra绘图窗口里将变换后的波谱存到一个波谱库或一个ASCII文件中，在MN F图表输出中，选择 File>Output Data 五、Decorrelation Stretch(去相关拉伸) ，RGB彩色合成时，波段被显示在一起，高度相关的多波谱数据集经常生成十分柔和的彩色图像去相关提供了一种消除这些数据中高度相关部分的一种手段1)选择Transforms>Decorrelaiion Strelch(2)出现Decorrelation Stretch Input对话框时，从．一个打开的彩色图像或Available Bands List中选择三个波段进行变换3)选择输出到“File”或“Memory”，如果文件输出，提供一个文件名若选择输出到“Fi le”，键入要输出的文件名4)点击“OK”开始去相关处理去相关拉伸名输入到Available Bands List中，在那里图像可以用标准ENVI灰阶或RGB彩色合成方法显示。
六、Saturation Stretch(饱和度拉伸) 饱和度拉伸变换对输入的一个三波段图像进行彩色增强输入的数据由红、绿、蓝变换成色调、饱和度和颜色值对饱和度波段进行了高斯拉伸，因此数据填满了整个饱和度范围然后，HSV数据自动被变换回RGB空间这一功能生成的输出波段包含有较饱和的色彩1)选择Transforms>Saturation Stretcll2)出现Saturation Stretch Input对话框时，从一个打开的彩色图像或Available Bands List中选择三个波段进行变换3)选择输出到“File”或‘‘Memory"若选择输出到“File”，键入要输出的文件名点击“OK"开始拉伸处理七、Synthetic Color Image(合成彩色图像) 用Synthetic Color Image变换选项，你可以将一幅灰阶图像变换成一幅彩色合成图像ENVI通过对图像进行高通和低通滤波，将高频和低频信息分开，使灰阶图像变换成彩色图像低频信息被赋予色调，高频信息被赋予强度或颜色值，也用到了一个恒定的饱和度值这些色调、饱和度和颜色值(HSV)数据被变换为红、绿、蓝(RGB)空间，生成一幅彩色图像。
这一变换经常被用于雷达数据在保留好的细节情况下，改善精确的大比例尺特征它非常适于中低地貌在雷达图像里，由于来自小比例尺地形的高频特征的存在，要看清低频的变化(差异)通常较困难低频信息通常是由于来自岩石或植被的表面散射差异形成的1)选择Transforms>Synthetic Color Image2）出现文件选择对话框时，选择输入文件，需要的话，运行空问子集 (3)出现Synthetic Color Parameters对话框时，在‘“High Pass KerneI Size-，和Low Pass Kernel Size”标签附近，用下拉按钮选择高通滤波和低通滤波的变换核(kemel)的大小高通变换核的大小应是与高频坡度决定的散射相对应的像元的数量低通变换核的大小应是与低频漫射相对应的像元的数量4)键入一个饱和度值(0～1)较高饱和度值产生较饱和的或“纯"的颜色5)选择输出到Fi l e或“Memory若选择输出到file，键入要输出的文件名，或选择输出文件名6)点击“ok”开始转换在Synthetic Color Processing对话框中显示着变换的过程作为结果的合成彩色图像将从Available Bands LiSt中显示。