【ENVI入门系列】03. 基于自带定位信息的几何校正 - 推酷
【ENVI入门系列】03. 基于自带定位信息的几何校正
版权声明：本教程涉及到的数据仅供练习使用，禁止用于商业用途。
2.详细操作步骤
2.1MODIS数据几何校正
2.2ASAR数据几何校正
2.3基于GLT方法的国产卫星影像几何校正
图像的几何形变一般分为两大类：系统性和非系统性。系统性几何形变一般是由传感器本身引起的，有规律可循、具有可预测性，可以用传感器模型来校正，卫星地面接收站已经完成了这项工作；非系统性几何形变是不规律的，引起它的缘由可以是传感器平台本身的高度、姿势等，也可以是地球曲率及空气折射的变化、地形变化等。常说的几何校正，就是要消除这些非系统性几何形变。
几何校正，是利用地面控制点和几何校正数学模型来矫正非系统性因素产生的误差，将图像投影到平面上使其符合地图投影系统的过程。由于校正过程中会将坐标系统赋予图像数据，所以此过程包括了地理编码（geo-coding）。
不同的数据需要使用不同的几何校正方法，对于重返周期短、空间分辨率较低的卫星数据，如AVHRR、MODIS、SeaWiFS等，地面控制点的选择有相当的难度。这时，可以利用卫星传感器自带的地理定位文件进行几何校正，校正精度主要受地理定位文件的影响。
本课程分别以MODIS和ASAR数据为例，学习Georeference工具的使用，以及以风云三号卫星影像为例，学习基于GLT方法的几何校正。
2.详细操作步骤
2.1 MODIS数据几何校正
下面以MODIS Level 1B级数据为例学习利用自带几何定位文件进行几何校正，数据在& …\03.基于自带定位信息的几何校正\数据\1-Modis&中，具体操作如下：
第一步：打开数据文件
选择主菜单File & Open AS & EOS & MODIS，选择文件MOD021KM.A5.005.4.hdf打开，这个是1000米分辨率的数据（1KM）。
注：1、MODIS数据是以HDF格式保存，HDF（Hierarchical Data Format）的全称为层次是文件格式，HDF文件格式是一种具有自我描述性、可扩展性、自我组织性的可用于绝大多数科学研究的储存形式。
2、ENVI支持读取MODIS Level1B、2、3、或者4数据，包括产品MOD02~MOD44以及MYD02~MYD44。
ENVI自动的提取相关的数据集，包括地理参考信息，数据质量波段等信息，并自动将MODIS数据定标为两部分数据——大气表观反射率（Reflectance）、发射率（Emissive）和辐射率（Radiance）。
图2.1 打开MODIS L1B数据后Data Manager面板
第二步：选择校正模型
在Toolbox 中，打开 Geometric Correction /Georeference by Sensor/ Georeference MODIS，在Input MODIS File对话框中选择相应的数据集，可在右边列表中查看文件信息。这里选择大气表观反射率数据（Reflectance），单击OK进入下一步Georeference MODIS Parameters对话框。
图2.2 Input MODIS File对话框
第三步：设置输出参数
（1）在Georeference MODIS Parameters面板中，设置输出坐标系。这里设置UTM/WGS84坐标系。
（2）在Number Warp Points: X and Y fields中，键入X、Y方向校正点的数量。在X方向的校正点数量应该小于等于51个，在Y方向的校正点数量应该小于等于行数。
注：Georeference工具主要思想是利用数据中提供的经纬度数据自动生成一系列的控制点，如这里的50x50个控制点。
（3）可以将校正点导出成控制点文件（.pts），这里不输出。
（4）Perform Bow Tie Correction选项是用来消除MODIS的&蝴蝶效应&的，默认是选择Yes。
（5）单击OK进入校正参数面板（Registration Parameters）。
图2. 3Georeference MODIS Parameters面板
（1）在Registration Parameters面板中，系统自动计算起始点的坐标值、像元大小、图像行列数据，可以根据要求更改。Background值设置0，选择路径和文件名输出。
（2）单击OK开始校正MODIS数据。
图2. 4 Registration Parameters面板
如下为校正结果，由于选择的是UTM坐标系，两边有一定范围的裁剪，如果要得到完整的图像，可以在Registration Parameters面板中手动将输出列大小 Output X Size数字设置大一些。
图2.5 Modis几何校正结果
2.2 ASAR数据几何校正
下面以ENVISAT的ASAR数据为例，学习利用自带几何定位文件进行几何校正。练习数据存放在&…\03.基于自带定位信息的几何校正\数据\2-ASAR&中。
第一步：打开数据文件
选择主菜单File & Open As& ENVISAT & ASAR，打开数据文件: ASA_IMP_1PNDPA506___0457.N1。
第二步：选择校正模型
在Toolbox中，选择 Geometric Correction & Georeference by Sensor & Georeference ASAR。在Select ENVISAT File对话框中选择文件，单击OK打开Select Out Projection对话框。
第三步：设置输出参数
（1）在Select Out Projection对话框中，设置输出文件的投影参数。选择Geographic Lat/Lon坐标类型，Rotate and Transpose if Descending：No（该数据为升归），单击OK 打开Registration Parameters对话框。
图2. 6 Select Out Projection对话框
（2）在Registration Parameters对话框中，单击Choose按钮，选择文件输出路径及文件名。其他主要主要参数：
校正方法（Method）：Triangulation
重采样方法（Resampling）：Cubic Convolution
（3）单击OK按钮执行校正。
图2. 7 Registration Parameters对话框
第四步：查看/验证结果
校正结果有了Map Info信息。
在Toolbox中，打开SPEAR/SPEAR Google Earth Bridge，利用流程化工具将校正结果叠加到Google Earth中显示，可以看到结果和Google Earth中的底图基本吻合。
图2. 8在Google Earth中显示结果
2.3 基于GLT方法的国产卫星影像几何校正
GLT几何校正法利用输入的几何文件生成一个地理位置查找表文件（geographic lookup table，GLT），从该文件中可以了解到某个初始像元在最终输出结果中实际的地理位置。地理位置查找表文件是一个二维图像文件，文件中所包含两个波段：地理校正影像的行和列，文件对应的灰度值表示原始影像每个像素对应的地理位置坐标信息，用有符号整型储存，它的符号说明输出像元是对应于真实的输入像元，是由邻近像元生成的填实像元（infill pixel）。符号为正时说明使用了真实的像元位置值；符号为负时说明使用了邻近像元的位置值，值为0说明周围7个象元内没有邻近像元位置值。
GLT文件包含初始影像每个像元的地理定位信息，它的校正精度很高。避免了通过地面控制点利用二次多项式几何校正法对低分辨率影像数据的处理。
下面介绍的是国产卫星数据的几何校正，数据在& …\03.基于自带定位信息的几何校正\数据\3-风云三号卫星影像&中，具体操作如下：
第一步：打开数据文件
（1）File & Open，选择文件后缀是.he5的文件，进入Select HDF5 Datasets面板，如下图所示。
注：风云三号卫星影像是以HDF5格式储存，但是后缀名还是.hdf，因此手动改成.he5。
（2）文件中包含很多信息，选择图像数据EV_RefSB，点击中间的加载箭头，将所选数据加载到右边的列表中，单击右下角Open Rasters，打开图像。
（3）相同方法，同时将定位文件（Latitude和Longitude）打开。
注：同时打开的数据集会形成一个多波段的文件。
图2.9 Select HDF5 Datasets面板
第二步：生成GLT文件
（1）在Toolbox中，选择/Geometric Correction/Build GLT。
（2）在弹出的对话框中，Input X Geometry Band选择经度longitude信息文件， Input Y Geometry选择纬度latitude信息文件。在接下来弹出的对话框中填写输出GLT文件的投影信息，这里选择Geographic Lat/Lon，WGS-84，如下图所示。
图2.10 填写GLT投影参数
（3）在Build Geometry Lookup File Parameters面板中，填写GLT输出参数，像元大小选择默认，旋转角度（Rotation）为0（正上方为北），选择保存路径和文件名输出。
图2. 11 Build Geometry Lookup File Parameters面板
第三步：利用GLT文件几何校正影像
（1）在Toolbox中，选择 /Geometric Correction/Georeference from GLT，在弹出的Input Geometry Lookup File对话框中选择GLT文件，在Input Data File对话框中选择待校正文件。
注：由于从HDF5数据集中打开的文件名称都一样，可通过左边的File Information来判断选择的文件。
图2. 12 利用GLT文件几何校正时数据输入
（2）选择输出路径和文件名，如下图所示。
图2. 13 校正文件输出
第四步：浏览结果
如下图为几何校正结果。
图2. 14 几何校正结果
利用ENVI下的Google Earth Bridge功能，将校正结果在Google Earth下叠加显示，可以看到校正结果和Google Earth完全重合。如下图所示。
图2.15 GLT校正结果与Google Earth叠加显示
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与原文不一致【ENVI入门系列】18.目标探测与识别
版权声明：本教程涉及到的数据提供仅供练习使用，禁止用于商业用途。
目标探测与识别
去伪装目标探测
数据浏览与准备目标波谱
目标探测流程化工具
选择输入/输出文件
输入目标波谱
输入背景波谱
执行MNF变换
选择及运行分析方法
浏览结果以及提取目标
结果后处理
基于BandMax向导的SAM目标探测
工具功能介绍
详细操作流程
数据打开与目视解译
收集目标与背景波谱
启动SAMTarget Finder withBandMax
高光谱图像分类方法与传统的多光谱分类有本质的区别，从高光谱图像的每个像元均可以获取一条连续的波谱曲线，就可以考虑用已知的波谱曲线和图上每个像元获取的波谱曲线进行对比，理想情况下，如果两条波谱曲线一样，就能说明这个像元是哪种物质。
高光谱图像的这个特性，使它除了应用于一般的图像分类，还应用于物质识别、目标探测等。图像分类更多关注的是地物覆盖和物质成分，目标识别和探测是对特定对象的搜索，其结果是 有 或者 没有 。因此我们把高光谱图像分类、物质识别、探测等称为波谱识别。
本节以两个专题为例（去伪装目标探测与基于BandMax向导工具的SAM目标探测），学习ENVI中提供的高光谱目标探测与识别功能。
2、去伪装目标探测
去伪装目标探测也是利用高光谱图像的地物识别能力，从图像上探测遮掩或者伪装的目标，比如一种特殊物质、矿物甚至军事目标等。下面以从图像上探测一个目标为例（练习数据存放在 ..18.目标探测与识别数据1.目标探测 中），介绍ENVI的Target Detection Wizard工具的操作流程。
在本例中，示例数据是包含384个波段，波段覆盖382nm~2500nm的高光谱数据。主要过程如下：从图上目视解译一个目标（可以是多个目标），以这个目标的平均波谱作为参考，搜索整个图像，识别具有类似或者相同波谱的目标。
2.1数据浏览与准备目标波谱
（1）选择菜单File &Open，打开文件nvis_sub1_hsi.img；
注：可以采用RGB彩色显示模式，在DataManager中选择波段54、34、14分别对应RGB三个通道，然后点击LoadData按钮可以近似真彩色的显示原始图像，如下图。
图1 真彩色显示输入图像
（2）在右边图层管理器中nvis_sub1_hsi.img右键选择New Region Of Interest打开ROITool，在ROI Tool中修改ROI Name：target 1。
（3）在ENVI主界面中的工具栏Goto输入：，回车定位到一辆装甲车目标。绘制这个目标的一个多边形ROI。
注：练习数据中提供了目标ROI文件。其中target1_sub1_roi.roi是ENVIClassic或者ENVI4.8及更早版本的ROI文件，target1_sub1_roi.xml是ENVI5.1或者更高版本的ROI文件。选择菜单File& Open，可以打开ROI文件。
图2 绘制目标的多边形ROI
（4）浏览目标波谱。在LayerManager中，右键点击target1，选择Statistics（如下图左），会对ROI的波谱进行统计，结果如下图（右）所示。
图3 统计菜单（左）与波谱曲线（右）
2.2目标探测流程化工具
2.2.1选择输入/输出文件
（1）启动TargetDetection Wizard工具，位于Toolbox/Target Detection/Target DetectionWizard，在弹出的面板左侧为整个流程的描述信息，单击Next按钮；
（2）单击Select InputFile，选择高光谱数据nvis_sub1_hsi.img；
（3）单击SelectOutput Root Name，选择输出结果的根目录，如D:Temp
vis_sub1_hsi；
（4）单击Next按钮进入 Atmospheric Correction 面板。
2.2.2大气校正
此数据是经过大气校正的，选择None / Already Corrected选项，单击Next进入 Select TargetSpectra
注：这个面板提供了快速大气校正（QUAC）、几个基于统计学的大气校正方法（IAR Reflectance、LogResiduals、Flat Field、Empirical Line）和简化的黑暗像元法（DarkSubtraction），如果输入数据未经过大气校正，用户可根据需要进行方法的选择。
2.2.3输入目标波谱
在 Select Target Spectra
面板选择Import & From ROI/EVF from inputfile，选择列表中的target 1，点击OK，选择后效果如下图所示。单击SelectAll，选中目标波谱，然后单击Next按钮进入 Select Non-Target Spectra
1）如果需要探测多个目标，则输入多个目标的波谱，单击Select All选择列表中所有目标波，单击Next执行下一步操作。
2）当需要应用OrthogonalSubspace Projection （OSP）, Target-ConstrainedInterference-Minimized Filter （TCIMF）, 和Mixture TunedTarget-Constrained Interference-Minimized Filter（MTTCIMF）三种波谱分析方法时，需要至少2个目标波谱，或提供背景波谱。
图4 选择目标波谱面板
2.2.4输入背景波谱
在 Select Non-Target Spectra 面板中可以选择易与目标波谱混淆的波谱作为背景波谱，有助于提高探测精度。这里选择No（不选择背景波谱），单击Next进入 ApplyMNF Transform
注：如果要使用Orthogonal Subspace Projection （OSP）或Target-ConstrainedInterference-Minimized Filter（TCIMF）方法，必须在第三步骤输入大于一种的目标波谱，或在第四步骤输入背景波谱。如果要使用Mixture TunedTarget-Constrained Interference-Minimized Filter（MTTCIMF）分析方法，必须在第三步骤输入大于一种的目标波谱，或在第四步骤输入背景波谱，而且在下面的第五步要执行MNF变换。
2.2.5执行MNF变换
（1）在Apply MNFTransform面板中，Apply MNF Transform？选择Yes；
（2）单击ShowAdvanced Options按钮，默认选择全部的MNF波段；
（3）单击Noise StatsShift Diff Spatial Subset，默认选择全部图像区域用于统计噪声；
（4）单击Next执行MNF变换，计算完成后自动进入 Target Detection Methods
注：MNF变换可以分离噪声，对数据降维以减少计算量。如果选择No，那么将不能选择Mixture Tuned MatchedFilter （MTMF）和Mixture Tuned Target-ConstrainedInterference-Minimized Filter （MTTCIMF）识别方法。
2.2.6选择及运行分析方法
在 Target Detection Methods 面板选择CEM、ACE和MTMF三种方法（如图所示），单击Next按钮执行分析，之后自动进入 Load Rule Images andPreview Result 面板。
图5 Target Detection Methods面板
2.2.7浏览结果以及提取目标
在Load Rule Images and PreviewResult面板中， Target 列表中显示所有探测目标参考波谱，在 Method 列表中选择相应分析方法，其得到的规则自动显示在Display窗口中，选择规则阈值或者散点图上选择点云将目标分离。
（1）在 Method 列表中选择CEM，规则阈值（Rule Threshold）：0.2。
（2）在 Method 列表中选择ACE，规则阈值（Rule Threshold）：0.1。
（3）在 Method 列表中选择MTMF，自动会生成一个MF scores和infeasibilityvalues的散点图，选择高MF scores 和低infeasibilityvalues的点云，也就是散点图右下角部分点云，就是探测到的目标。
（4）单击Next执行从规则图像中分离目标，进入 Filter Targets 面板。
1）对于MF, CEM, ACE,SAM, OSP, 和TCIMF，ENVI自动生成默认值阈值。当手动修改阈值时，调整阈值越小，得到的目标点越多， 假目标 也随之增多，重新获取的目标点会在图上高亮显示。SAM刚好相反。
2）对于MTTCIMF和MTMF，ENVI自动生成MF scores 和Infeasibilityvalues的整个图像的散点图。用鼠标左键绘制多边形区域选择点云，鼠标右键结束选择。鼠标中建拉框可放大点云，单击中键回到上一个试图，同时之前选择的点云被取消，当选择错误时候用这个功能重新选择点云。散点图勾选区域如图所示，需要选择Infeasibilityvalues较低，且右侧散落的点。
图6 Load Rule Images and PreviewResult面板
图7 MTTCIMF和MTMF算法散点图的勾选区域
2.2.8结果后处理
在Filter Targets面板中（如下图），按照默认设置单击Next按钮，进入Export Results面板。
注：这一步提供分类后处理的方法（Clumping和Sieving）用于去除结果中的小斑点。Clumping是用卷积的方法定性去除小斑点；Sieving是用定性的方法去除小斑点，通过设置最小聚类像素个数（GroupMin Threshold）移除小斑点。
图8 结果后处理（小斑点去除）
2.2.9输出结果
在ExportResults面板（如下图），可以将探测结果输出为感兴趣区（ROI）和矢量（Shapefile），按照默认设置（ROI）单击Next按钮，进入最后一个面板 ViewStatistics and Report ，自动统计探测的结果，且探测的所有结果自动加载到ROITool中并显示在图上。定位探测结果（169，163）是一个树林掩盖的目标，点击Finish完成。
注：整个流程都可以使用Prev按钮回到上一步操作。
图9 结果输出面板
图10 View Statistics and Report面板
3基于BandMax向导的SAM目标探测
3.1工具功能介绍
基于BandMax向导的SAM目标探测工具可以引导我们完成高光谱影像的目标探测。向导的BandMax工具能帮助找到最佳的波谱子集从而区分背景和目标，并节省处理的时间。
向导主要有以下几个步骤：
（1）选择输入/输出文件
（2）选择目标 —选择目标波谱
（3）选择背景 —选择需要抑制的背景信息
（4）利用BandMax计算有效波段—识别对SAM分析中有效的波段
（5）选择最大角阈值 —定义SAM 最大角
（6）检验制图成果 —SAM分析以及成果检验。
如处理结果理想，那么可以点击Finish退出向导。如果检验结果显示波段子集不充分，向导会返回到第二步，需要重新输入目标和背景波谱，然后利用BandMax选择最合适的波段子集以及利用SAM对输入数据重新分类。处理分析完成后，向导中将显示分析报告。如果需要，我们可以保存这个文件以备后用。向导特定步骤中得出的影像结果会显示在ENVI的Data Manager中。如果输入数据的质量不好或者设置了不合适的参数，很有可能得到不理想的结果。
向导的第一个面板主要介绍该向导的工作流程。向导中其他的面板主要介绍完成这个过程的6个步骤。这些处理步骤有时会因为分析方法的不同而反复出现。
3.2详细操作流程
下面介绍详细操作流程，以AVIRIS高光谱数据为例（位于 …数据2. Target Finding With SAMand BandMax sandiego_reflectance.img ），此数据经过了大气校正，为地表反射率图像。
3.2.1数据打开与目视解译
（1）启动ENVI5.1，打开File & Open，选择 …数据2. Target Finding With SAM andBandMax sandiego_reflectance.img 文件，并加载到视图中，如图所示；
（2）从图中可以看出，影像中包含了一些飞机。绿色圆圈选中的三架飞机是我们的探测目标，像元位置为 [88, 10] 和 [] 等。另外最明显的红色圆圈选中的两家飞机将是我们需要抑制的背景，像元位置为 [231, 135] 和 []。
注：像元坐标以 [0, 0] 为原点。
图11 数据加载与目视解译
3.2.2收集目标与背景波谱
（1）启动光谱曲线查看器，菜单为Spectral & Profiles & Spectral，如下图所示；
（2）收集目标波谱。在ENVI主界面第一行工具栏最右侧的 Go To 框内手动输入 88,10 ，然后按Enter键，将自动定位到目标像元，并在波谱查看器中显示目标波谱；
注：输入坐标不包含双引号，X与Y坐标中间为英文状态下的逗号。
图12 波谱曲线查看器
图13 获取目标波谱
（1）在SpectralProfile面板中，选择Options & New Window withPlots，打开一个新的Plot窗口，并保留了目标波谱，可以点击右侧中间三角形箭头显示出波谱列表；
（2）以同样的方法收集背景波谱。在第一行工具栏最右侧的 Go To 框内手动输入
，然后按Enter键，将自动定位到背景像元，波谱将自动显示在SpectralProfile面板中，点击右侧中间三角形箭头，可以显示波谱列表；
注：如果想收集多条光谱曲线，可以使用鼠标左键将波谱拖入到新建Plot窗口的波谱列表中，如下图所示，本例中目标和背景波谱均为一条曲线，可以不进行拖拽。
图14 使用鼠标拖可以收集多条光谱曲线
3.2.3启动SAM Target Finder with BandMax
（1）启动工具Toolbox/Target Detection/SAMTarget Finder with BandMax，工具第一步左侧文字介绍了工具的功能与操作步骤，点击Next进入下一步；
（2）点击Select InputFile，选择输入文件，即 sandiego_reflectance.img ，ENVI会自动设置输出文件夹路径，可以点击SelectOutput Root Name按钮修改输出路径。点击Next进入下一步；
（3）在TargetSpectra面板，需要输入目标波谱。在表格空白处右键选择 [88, 10]波谱曲线，将自动加载到波谱列表中，如下图所示。点击Next进入下一步；
图15 输入目标波谱
（4）选择SelectBackgrounds to Reject为Yes，在下面用同样的方法将[]输入作为背景波谱，点击Next进入下一步；
（5）在此步骤，将Band SignificanceThreshold设置为0.2775，Number of SignificantBands将变为32，如下图所示。点击Next进入下一步；
注1：ENVI利用BandMax算法为输入文件的每一个波段计算特征值（BandSignificance），范围0~1，值越大表示目标与背景区分越好。BandMax会选出特征值大于阈值（BandSignificance Threshold）的波段进行目标探测。
注2：默认的阈值为0.2475，是根据大约25%的比例计算得出的。选出的波段数过大时，将不利于区分目标与背景。所以增加阈值到0.2775，选出波段数为32。用户可根据需要修改阈值或波段数，以获取不同的结果。
注3：可以点击Save Significant Bands toFile按钮，将保存波段子集到txt文本文件中。
图16 设置特征值阈值和波段子集数
设置SAM MaximumAngle为0.08，点击Next执行SAM分析；注：降低阈值可以减少匹配出的像元数，可以更好的与目标波谱匹配。增大阈值，可能得到空间相干更好的结果。然后，阈值越低，整体像元匹配效果不一定会越好。
在此步骤，可以点击按钮Load SAM ClassResult加载SAM分类结果，如下图所示，红色区域为目标探测结果。注1、可以点击按钮Load SAM Rule Image查看规则图像，DN值为像元波谱与目标波谱之间的波谱角。
2、如果目标没有被很好的区分，可以点击Next按钮返回到步骤3。
3、点击Show Report按钮可以浏览整个过程的参数设置情况。
如果结果理想，可以点击Finish完成整个流程。
图17 加载结果
操作手册下载：/s/1gd1lvb1
讲课录屏下载：/s/1kT2zd6v
练习数据下载：/s/1i3EE1Pr
【ENVI入门系列】18.目标探测与识别由用户自行发布，【ENVI入门系列】18.目标探测与识别内容不代表本站立场，请自行分辨真伪。君，已阅读到文档的结尾了呢~~
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