遥感图像处理系统ENVI及其在MODIS数据处理中的应用
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摘要：介绍了美国遥感图像处理系统ENVI的主要功能，包括数据接口、交互式分析功能、波谱工具、矢量处理功能、及遥感图像处理功能等。并将MODIS影像（HDF数据格式）在ENVI中进行了处理分析，包括数据读入、影像几何校正、监督分类和制图。应用证明，ENVI可以处理最先进的卫星数据格式，在高级遥感图像处理和高光谱影像处理方面具有优势。
关键词：软件；ENVI；MODIS；应用
引言
ENVI软件是一种遥感图像处理软件，是处理、分析并显示多光谱数据、高光谱数据和雷达数据的高级工具，直观且功能强大，获2001年美国权威机构NIMA遥感软件测评第一。可广泛应用于地质、林业、农业、模式识别、军事、自然资源勘探、水/海岸资源管理、环境和土地利用管理等部门。EOS-MODIS影像具有36个波段和250～1000m的地面分辨率，利用ENVI软件可对其进行处理和分析。
1遥感图像处理系统ENVI主要功能
1.1数据输入输出格式
在数据接口方面，ENVI支持众多数据格式，可方便的读入信息源和输出成果，在ENVI中处理分析的专题图可在多种常用RS/GIS软件中显示。ENVI支持输入格式：TIFF、JPEG、BMP等通用图像格式；ARC/Info Images（.bil）、ArcViewShape（.shp）、AutoCAD DXF、MapInfo（.mid）等矢量格式；LandsatTM、SPOT、IKONOS、AVHRR、MODIS、Radar、Thermal、Military等遥感数据格式；PCI（.pix）、ERMapper、ERDAS IMAGINE等遥感软件格式；及ASCII、DOQ等数据格式。ENVI支持的输出格式为ARC/Info Images（.bil）、ArcView Shape（.shp）、ASCII、BMP、ERDAS7.5（.lan）、ERMAPPER、GIF、PCI、RGB等。
1.2交互式分析
1.2.1感兴趣区（ROI）
使用提供的多边形、线段和像素工具可交互式定义感兴趣区；允许多个ROIs合并成一个ROI；可将整个ROI区转换成点；可将一幅图像里的ROIs通过地理坐标转换到另一幅图像里；可通过输入带有像元位置或地理坐标的ASCII文件来定义ROI；可用2-D散度图曲线或N-D散度分析器来定义ROI；可用区域生长来定义ROI；在ROI分析功能中，可以计算多个ROIs的交集，并用计算结果定义新的ROI或进行掩膜。
1.2.2N维散度可视化分析
可以显示和输出任意散点或类的光谱曲线，很方便地编辑、分离各类型；给散点窗口中的一类或几类散点增加不同的符号；可用预分类结果进行N-D散度分析，交互式地进行感兴趣区的细化；可将分析窗口与光谱分析工具连结，对光谱曲线和标准光谱库作比较，提供更多依据，改进分类模版，提高分类精度。
1.3矢量处理
ENVI支持的矢量文件格式有ArcView SHAPE、ARC/Info Interchange、Autocad DXF、MapInfo、Microstation DGN、USGS DLG、USGS SDTS等。在Available Vectors List中能编辑矢量层名，编辑和转换矢量投影，可进行光栅-矢量相互转换，具有灵活的矢量编辑功能，矢量属性查询及属性编辑功能，缓冲区分析，掩膜工具里可输入ENVI矢量文件，并可将输出的矢量文件转换为ArcView SHAPE文件。
1.4普通遥感图像处理
1.4.1地图投影与制图
ENVI具有丰富完备的投影软件包，有38种投影类型。可进行坐标转换、地图投影转换、地图标记等，支持汉字注记、影像旋转和网格线旋转。在制图模版QuickMap中可快速进行图幅整饰。
1.4.2数据预处理与定标
对遥感图像可进行空间和波谱重采样，图像立方体可按新的波长和分辨率重采样，可进行图像旋转及镜象处理，图像格式转换及数据查询，对遥感影像进行坏行替换和去条带处理。可针对TM和MSS进行特殊预处理，可按AVHRR的头信息，对其进行大气精校正、地形建模和海平面温度计算等。定标工具中有内部平均相对反射率定标、平面场定标和地面定标，可进行传感器通道电平及增益校正、原始TIMS数据的辐射率校正，运用参考通道法、发射率标准化法和α剩余法可计算热红外IR数据，可利用用户提供的值、值的范围或掩膜修正DEM文件坏值。
1.4.3图像校正与镶嵌
可按照图像到图像，图像到地图（或矢量图）交互式定义GCP并做出预测，利用GCP文件对图像进行校正。同时，ENVI具有对航空数据和SPOT数据进行正射校正的功能，还可用卫星数据自带的经纬度信息对遥感影像进行校正（如：AVHRR、SeaWEFS、MODIS传感器数据）。在镶嵌菜单中，具有交互式图像镶嵌及多个波段的交互式图像镶嵌功能，可基于像素点镶嵌，基于地理坐标镶嵌，进行边缘直方图匹配操作，实现无缝镶嵌。
1.4.4图像滤波
有多种滤波工具可对图像进行处理，包括卷积滤波（图像平滑和边缘提取）、形态学滤波、纹理分析、自适应滤波、交互式Fourier变换、Landsat7 ETM滤波等。
1.4.5图像空间变换
可进行波段比值计算、主成份分析及MNF分析、RGB到HSV、HLS和Munsell HSV彩色空间变换及反变换、HIS增强及饱和度拉伸、NDVI植被指数及缨帽变换等。
1.4.6图像分类
对遥感影像可进行非监督分类和监督分类（加入了波谱角分类法――Spectral Angle Mapper和神经网络分类法――Neural Net），分类后处理包括类别合并、面积滤波、类别统计、集群分析、分类叠合、混淆矩阵等。监督分类灵活性更强，能达到更好的分类结果；后处理中规则分类交互式更强，用户可以随机改变每类的阈值、类型、颜色，可更快速查询分类结果。
1.5高级遥感图像处理
1.5.1高光谱遥感图像处理和波谱分析
波谱工具中，有波谱库的管理与编辑、波谱分割、运算、归一化处理。高光谱遥感图像处理中具有MNF变换、像元纯净指数（PPI）、样本空间管理、分类和亚像元分类等工具，并具有多光谱和高光谱分析向导工具，从定标、噪声分析、像元纯度分析、N-D散度分析到提取终端单元的流程都有详细的提示，易于使用。
1.5.2雷达数据处理
用ENVI完整的集成是雷达数据分析工具，可以快速处理雷达SAR数据，提取CEOS信息并浏览RADARSAT和ERS-1数据。用天线阵列校正、斜距校正、自适应滤波等功能提高数据的利用率。纹理分析功能还可以分段分析SAR数据。ENVI还可处理极化雷达数据，幅度图分析及相位图分析和交互式极化信息分析及提取。
1.5.3三维地形可视分析及动画飞行
在地形分析工具中，可进行DEM分析，地貌特征提取，创建山坡阴影图像等。利用DEM建立3D立体图，悬挂遥感影像在DEM上，能按指定路径飞行，允许将动画序列输出为MPEG文件。
2EOS-MODIS数据资料
美国地球观测卫星（EOS）系列中的第一颗上午太阳同步Terra卫星携带的中分辨率成像光谱仪MODIS是EOS卫星系列上的最主要和最有特色的仪器。MODIS具有较高的光谱分辨率，为36个波段，地面分辨率分别为250m（1～2波段），500m（3～7波段），1000m（8～36波段），扫描观测宽度达2330km，影像数据可以每天上、下午获取，并免费接收。MODIS资料可用于气象、环境、林业、渔业、港口、交通、自然灾害监测等领域。MODIS数据采用的数据格式是HDF格式。HDF数据结构是分层式数据管理结构，一个HDF文件可以包含多种类型的数据，信息丰富，如栅格图像数据、科学数据集、信息说明数据。
3ENVI在MODIS数据处理中的应用
3.1数据的读入
ENVI能接收大量的遥感传感器数据，可直接读取EOS-MODIS的HDF数据格式，并能识别其中包含的所有文件信息，将图像信息、属性信息和文本信息作为波段列于一个波段列表中，波段信息包括波段名称、图像波段波长、波段大小、数据类型及文件内插方法等。
3.2影像几何校正
MODIS数据本身带有详细的经纬度波段信息，是1km分辨率MODIS数据中对应象素点的经纬度信息，以波段的形式存放。ENVI软件提供了用既定地理信息校正影像功能，可利用MODIS数据中的地理信息对影像进行几何校正，无需再选地面控制点，缩短了校正时间，精度比选地面控制点的方法更高。值得一提的是，在选择参数（Pixels Between Lat/Lon Values）时，应按不同分辨率区别对待，250m分辨率的波段取4，500m分辨率的波段取2，1000m分辨率的波段取1，以保证校正精度。
3.3监督分类选用
根据已知信息，可运用ROI工具建立分类模版，并不断对其编辑、修改和完善。然后在Classificatin菜单中，可选用最大似然法和波谱角分类法分别进行监督分类，对分类结果进行比较。
3.4制图
利用制图模块中提供的工具，可对图像编辑、修改、旋转，可很方便的加图例、网格线、比例尺、指北针、注记等。
4结语
ENVI遥感影像处理软件是专业的显示、处理和分析多光谱数据、高光谱数据和雷达数据的高级工具，可以处理最先进的卫星数据格式，具有齐全的遥感影像处理功能，能够充分提取图像信息。实践证明，ENVI是目前对EOS-MODIS影像支持最好的处理软件。在ENVI中可直接输入MODIS数据，无须给系统打补丁和进行文件格式转换。菜单中有专门针对MODIS数据处理的工具，可采用既定地理信息校正影像。监督分类中除了常用的算法外，还提供了操作方便的波谱角分类法和神经网络分类法两种工具，有助于得到理想的遥感影像分类结果。
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