如题所述
一、实验目的
学会用ENVI软件的Profiles功能做遥感影像X、Y方向和任意水平方向的地物反射波谱剖面测量,以及Z剖面(波谱维方向)的地物反射波谱测量,掌握用DN DN: Di5ital Number,遥感影像像元亮度值。
二、实验内容
(1) TM 遥感影像的X、Y方向和任意方向地物反射波谱剖面测量;
(2)水体、岩溶石山、碎屑岩土山、农田、市区和飞机场六种典型地物的Z 剖面(波谱维方向)的地物反射波谱测量;
(3)由DN计算反射率,DN剖面与反射率剖面差异比较分析。
三、实验要求
预习本实验,认真观摩老师演示。掌握ENVI的X、Y方向和任意方向地物反射波谱剖面制作;掌握ENVI的Z 剖面(波谱维方向)制作;学会使用图像DN值转换成反射率的方法。测量结果存档。编写实验报告。
四、技术条件
①微型计算机;②桂林市TM 1~7波段数据;③ENVI软件;④Photoshop软件(ver.6.0以上)和ACDSee软件(ver.4.0以上)。
五、实验步骤
(1)数据输入。选择“File>OpenImage File”,出现文件目录窗口,找到存放桂林市TM 1~7波段数据的子目录并打开。
(2)建立空间子集。
1)存储为标准的ENVI文件,在主菜单栏上选择“File>Save File As>ENVI Standard”,如图4-1所示,出现建立新文件对话框。
2)在“New File Builder”对话框中,单击【Import File…】按钮,出现如图4-2所示“Craete New File Input File”对话框,选中桂林市TM 1~7波段数据,点击【OK】按钮,返回到“New File Builder”对话框。
图4-1 建立新文件对话框
图4-2 建立新输入文件对话框
3)在“New File Builder”对话框中,可以通过【Reorder File…】按钮改变输入波段的顺序。
4)选择输出到“File”或“Memory”,点击【OK】按钮。
需要注意的是,空间子集只有当选用具有相同空间维数的波段时才能被建立。
(3)提取图像波谱图(Z 剖面)。
ENVI的“Z”剖面用于交互地绘制光标处像元的波谱图(所有波段)。波谱可以从多波谱数据集中提取,这些数据集包括MSS、TM,以及诸如GEOSCAN(24 波段)、GERlS(63波段)、AVIRIS(224波段)等高波谱Dimension数据。
1)在主窗口菜单栏上选择“Tools>Profiles>Z Profile(Spectrum)”,出现一个与主窗口图像中选中像元对应的图表窗口:“Spectral Profile”对话框,在该对话框中,默认显示Zoom 十字光标指向地物的波谱曲线,如图4-3所示。
2)在“Spectral Profile”对话框中移动直线到新的波段位置,单击鼠标右键选择“Load New Bnad”可以交互地改变显示在显示窗口内的波段。“Z”剖面窗口内的竖直线表明了当前显示窗口显示的相应波段。
图4-3 光谱剖面图对话框
3)在“Spectral Profil e”对话框中,选择“Options>Collect Spectral”功能绘制多波谱,该功能允许通过在主窗口中选择像元点,将多个互相叠加的Z 剖面图(波谱)绘制在“Spectral Profile”窗口内。
图4-4 输出绘图到ASCIl文件对话框
4)在“Spectral Profile”对话框中,选择“File>Save Plot As>Image File”,将该剖面图(波谱)保存成Image File格式,保存方法同实验二中“图像输出”方法。还可以选择“File>Save Plot As>ASCII”保存为ASCIl形式,当选择保存为ASCII形式时,出现如图4 -4 所示“Output Plots to ASCII File”对话框。
◎在“Select Plots to Output”文本框中选择样本的波段,该波段数在“Numb of items selected”文本框中相应的显示。
◎选择“X Precision”和“Y Precision”的精度。
◎ 选择浮点型的精度输出,有一般型(Normal)和科学型(Scientific)两种。
◎点击【Choose】按钮选择输出路径。
(4)提取水平X、Y剖面波谱图。
在主窗口菜单栏上选择“Tools>Profiles>X Profile”或者“Tools>Profiles>Y Profile”,弹出X或者Y剖面绘制对话框,如图4—5所示。在主窗口中,鼠标左键移动位置可以看到不同行或者列的剖面。
图4-5 TM7波段图像X方向(水平方向)DN剖面图
(5)提取任意剖面。
1)在主窗口菜单栏上选择“Tools> Profiles> Arbitrary Profile(Transect)”,出现“Spatial Profile Tool”对话框,如图4-6所示,在该对话框中选择绘制剖面的窗口。
图4-6 空间剖面工具对话框
2)在选择的窗口上绘制剖面,单击左键绘制起点,如想继续绘制折线则继续单击左键,单击右键结束绘制,此时在绘制的剖面线上会出现绿色按钮,可以按住左键移动剖面线位置,确定好起点、终点和剖面线位置后,再次单击右键完成剖面线绘制,这时会出现剖面图。
在“Spatial Profile Tool”对话框中,还可以通过选择“Options>Create Transect from Vector/Endpoint/ASCII Data”从外部文件中获取剖面线。提取的任意剖面效果如图4-7所示。
图4-7 TM7波段图像任意方向DN剖面图
3)在“Spatial Profile Tool”对话框中,选择“File> Save Annotation”或“Save Transect Points to ASCII…”,可以将剖面线保存为注记文件或者文本文件。
(6)表观大气反射率计算。
一般我们拿到的TM 数据都是灰度值(DN值),必须转换为反射率才能进行一些遥感反演运算。通过下列公式将DN值转换为地表(表观)反射率:
地表表观反射率=π·Lλ·d2/ESUNλ·coθs s (4-1)
式中:Lλ为辐射亮度值;d为天文单位的日地距离;ESUNλ为太阳表观辐射率均值;θ s为以度为单位的太阳高度角。
图4-8 ENVI陆地卫星校正对话框
ENVI软件的定标工具可以利用定标系数完成ASTER、MSS、TM、ETM+、QuickBird等传感器的辐射定标。将遥感数据的DN值转换成表观大气反射率,本次实验介绍桂林市TM 遥感影像即对Landsat传感器定标方法,具体操作步骤如下:
1)在ENVI主菜单中,选择“File>Open Exteml Filea>Lalndsat>GeoTIFF with Metadata”、打开桂林市Landsat5 TM数据。
2)在ENVI主菜单中,选择“Basic Tools>Preprocessing>Calibration Utilities>Landsat Calibrioan”,在打开的“Landsat Calibrtaion Input File”对话框中,选择桂林市Landsat5 TM 文件,单击【OK】按钮,出现“ENVI Landsat Calibration”(陆地卫星校正)对话框(图4-8)。
3)在“ENVI Landsat Calibration”对话框中,ENVI将自动从元数据中获取下列参数:Landsat卫星类型(Landsat Satellite Sensor);图像成像时间(Data Acquisition Month/Day/Year);太阳高度角(Sun Elevation)。
4)定标类型(Calibration Type)包括Radiance(辐射亮度值)和Reflectance(反射率),选择Reflectance(反射率)(注意:这里选择的Reflectance(反射率)为表现大气反射率,并不是地表真实反射率,关于DN值转成地表真实反射率,将在“实验十九遥感图像辐射校正”中详细讲解)。
5)点击【Edit Calibration Parameters】按钮,可以打开定标参数对话框,可以自己修改定标参数。
如果定标的数据格式是ENVI标准或者TIF格式,需要手动输入“ENVI Landsat Calibratino”对话框中的参数(Landsat卫星类型、图像成像时间和太阳高度角),并且每次只能定标一个波段。
6)选择输出路径及文件名,单击【OK】按钮,执行定标过程。
(7)遥感地物波谱测量,完成上述操作后,分别提取:①漓江沿江水体,五个部位;②岩溶石山,五个部位;③碎屑岩土山,五个部位;④农田,五个部位;⑤桂林市区,五个部位;⑥飞机场,五个部位的波谱信息,保存Image File格式和ASCII形式到自己的工作文件夹内
(8)选取任意剖面对桂林市TM 影像进行DN 值波谱测量和表观大气反射率波谱测量,比较二者差异,用WORD文件记录,取名为《同名地物DN 值与反射率任意剖面波谱测量差异分析》,存入自己的工作文件夹。
六、实验报告
(1)简述实验过程。
(2)回答问题:①ENVI软件可以测量几种类型的地物遥感波谱剖面?其中,哪些是空间维的剖面?哪些是波谱维的剖面?②空间维剖面曲线和波谱维剖面的起伏分别反映什么含义?对遥感地质应用有何实际意义?③什么是DN?其与反射率有何关系?为何要用它来计算反射率?
实验报告格式见附录一。