遥感影像反差增强、直方图均衡化和MODIS数据预处理

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像镶嵌的一幅或多幅影像必须满足：
（1）统一的影像投影和坐标系；
（2）统一的空间分辨率；
（3）统一的波段对应关系；
（4）统一的辐射特征。

3.坏道填补
坏道是指由于传感器等原因影像数据上出现具有规律的数据缺失现象，去条带处理是使用插值处理对影像进行修复以去除条带，通过计算坏道上下的数据行的均值填充坏道上的单元的灰度值可以完成坏道修补。

4.几何校正
遥感成像的时候，由于飞行器的姿态、高度、速度以及地球自转等因素的影响，造成图像相对于地面目标发生几何畸变，这种畸变表现为像元相对于地面目标的实际位置发生挤压、扭曲、拉伸和偏移等，针对几何畸变进行的误差校正就叫几何校正。

一般是指通过一系列的数学模型来改正和消除遥感影像成像时因摄影材料变形、物镜畸变、大气折光、地球曲率、地球自转、地形起伏等因素导致的原始图像上各地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参照系统中的表达要求不一致时产生的变形。

数据准备与研究区概况
一．数据准备：
1.复制如下文件到ENVI相应的安装目录：
modistool.sav
envi.men
2. 实习1：lc8124034201406lgn00sjz-512石家庄子区影像
实习2：wasia1_mss，wasia2_mss （ERDAS Imagine）
实习3：Mosaic1, moasic2 与MODIS数据
二．数据基本特征：
1. lc8124034201406lgn00sjz-512石家庄子区影像
（1）传感器：Landsat8的OLI
（2）空间分辨率与光谱：
（3）OLI 包括 9个波段，空间分辨率为 30m，其中包括一个 15m 的全色波段（Band 8 Pan），成像宽幅为 185x185km；TIRS 包含 2 个波段，空间分辨率为100m
2.wasial_mass与wasia2_mass
(1)传感器Landsat Mss
(2)空间分辨率：80m
3.MODIS数据分辨率：波段1-2是250m,波段3-7是500m
4.MOD02HKM_A2010227.040
5.005.hdf命名分解
MOD02为产品编号
HKM为数据集，分辨率为250m的1，2波段和分辨率为500m的3-7波段
2010年是获取时间
227分辨标示
0405数据集版本号
005产品生产时间
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操作步骤
实习1单波段影像对比度增强：
1.进入ENVI系统，分别按照单波段和彩色模式加载影像数据，利用菜单栏下面的工具条按钮分别
选取不同的反差拉伸选项，说明在不同拉伸增强方式下影像中各类地物的显示情况。

a.点击Views-Two Vertical Views，打开两个垂直窗口.在Link Views-Link All中可以同步
连接两个窗口中的影像。

b.打开Data Manager,在左侧窗口加载单波段第四波段（红波段）在右侧窗口加载标准假彩色
波段按第5,4,3波段加载（近红外，红，绿波），有结果可知但波段整体影像色彩呈现黑灰
色，假彩色呈现红色。

c.在工具栏上方处可以提供11种反差拉伸方法
No stretch为不拉伸 Linear线性拉伸
Linear 1% 2% 5%分别是线性拉伸1%，2%，5% Equalizations直方图均衡化
Gausian高斯拉伸（标准差拉伸） Square Root平方根拉伸
Logarithmic对数函数拉伸 Optimal Linear最优线性拉伸(适合Landsat8影像)
Custom Stretch自定义拉伸
d.也可以在Raster Management-Data Stretching中进行拉伸。

进行拉伸的结果如下：
2. 打开实习1截取的典型研究区512×512子区Landsat TM/ETM+/OLI影像，使用Band math工具计算归一化差值植被指数：
⁄∗10000)
fix((float(b2)−b1)(b2+b1)
结果以双精度整型数形式加以存储。

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a.在Band Ratio-Band Math中进行归一化
打开对话框在Enter an expression中输入公式
⁄∗10000)
fix((float(b2)−b1)(b2+b1)
点击Add to List点击OK
b.在Variables to Bands Pairings窗口下，其他默认
B1选择红波段 B2选择近红外波段
c.在该窗口下选择储存路径。

保存文件为NDVI。

并在Data Manager中打开
NDVI图像如下
3. 打开NDVI数据及原始Landsat TM/ETM+/OLI子区影像，利用Geographic Link建立二者之间的链接关系；使用ROI工具分别选取水体、农田样本，利用分段线性拉伸（piecewise linear）方法作交互式对比度拉伸以分别突出水体、农田信息，比较变换前后影像及其直方图中的差异。

a.点击Views-Two Vertical Views，打开两个垂直窗口.在右侧打开子区影像以543近红外，红，绿波段加载假彩色影像，在Views-Link Views -Link All同步两个影像，可以同时反放大缩小。

b. 点击工具栏右上角多边形，Region of Interest对话框，加号可以选取类型，加载Farmland与Water类型, 并选取样本点。

右击Accent Rectangle可以保存样本点，在File-Save ROIs to -XML中进行保存，文件保存为ROIs。

样本点如下
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d.点击OK后出现ROI Statistics Results NDVI窗口，在Stats For中可以转化类型。

在该窗口可以观察到Farmland最小值2732，最大值5741
Water最小值-921，最大值-499
d.选中NDVI影像，取消样本点图层显示，点中自定义拉伸工具Custom Stretch，打开窗口。

就水
体而言，在Black-Point中输入最小值，在White-Point中输入最大值，然后回车，可以观察到
图像只剩水体，示意图如下：
e.打开ENVI Classic-Open Image File,打开NDVI影像。

在子窗口表头Enhance-Interaction
Stretching，打开Band Band Math窗口，Stretch _Type---Piecevise Linear(分段线性拉伸)，在图片斜线，用鼠标中间滚轮增加3个节点：1节点为纵坐标0，横坐标最小值；2节点纵坐标
为顶，横坐标最大值；3节点与2节点垂直，如图分别为农田与水体
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实习二：影像镶嵌
镶嵌时进行直方图匹配，使一幅影像的所有波段的直方图与另一幅影像对应波段的直方图达到结构上的匹配。

ENVI 4.X直方图匹配：enhance | histogram matching
ENVI 4.X影像镶嵌：Map | Mosaicking | Georeferenced
ENVI 5.X 影像镶嵌：Toolbox | Mosaicking | Seamless Mosaic
输入影像：wasia1_mss.img, wasia2_mss.img
输出影像：wasia_match.img
比较不进行直方图匹配、用重叠部分进行直方图匹配和用整体影像进行直方图匹配的镶嵌结果。

1.在Data Manager里面加载wasia1_mss.img, wasia2_mss.img按红绿蓝波段记载，Band123.线
性拉伸2%
2.Mosaiking -Seamless Mosaic（无缝影像镶嵌），打开Seamless Mosaic对话框点击菜单栏中加
号，加载两个影像。

a.将wasia1最后一列Feathering改为30，wasia2为0。

两个数据的第二列Data均改为0。

b.在Color Correction中Histogram Watching为直方图匹配，不点前面对号则是不进行直
方图匹配；点击对号有两种直方图匹配：一种是Overlap Area Only基于重叠部分的，一种
是Entire Scene基于整体影像的。

在这里这三种方法都要进行。

c.选择Edge Feathering边缘羽化
d.输出文件，三种方法文件名分别为不进行直方图Image _Mosaicking _No
基于重叠部分进行直方图匹配Image _Mosaicking _Overlap
基于整体影像进行直方图匹配Image _Mosaicking _Entire
e.最后结果如下
分别以No, Overlap, Entire的顺序进行展示
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实习三：MODIS L1B数据预处理
对MOD02HKM类型的数据进行预处理，得到可用于进一步处理的ENVI标准格式的多光谱影像。

1.利用Georeference MODIS工具，进行自带定位信息的影像几何纠正
（1）在File-Open As-Generic Formats(通用格式)-HDF4中加载MOD02HKM_A2010227.0405.005数据，只加载加载第三层（包含3-7波段共5个波段信息）与第五层信息（1，2波段信息），选择BSQ 格式
（2）点击Geometric Correction- Georeference by Sensor- Georeference MODIS
出现Input MODIS File窗口
a.先对第三层信息#3进行处理，点击Spectral Subset选中第1245行（即第3467波段）,点
击OK,选择投影系统UTM与WGS-84（Datum），Zone为48，保存文件为Modis_gcps，保存栏
下面Perform Bow Tie Correction选择Yes代表在几何校正时同时去蝴蝶结效应，点击8
OK，其他默认，选择输出文件为MODIS_3_Geocorrrect
b.按以上共工具再做一遍进行第5层处理，第五层的1,2波段均进行处理，点击OK。

选择投
影系统UTM与WGS-84（Datum），Zone为48，这次不保存该文件。

点击OK。

其他默认，选择
输出文件为MODIS_5_Geocorrrect
（3）加载校正后的结果，在Data Manager中按红绿蓝加载MODIS_3_Geocorrrect，并拉伸并加载MOD02HKM_A2010227.0405.005的125红绿蓝作对比
未处理的是左图，处理后为右图
2.第5波段处理（由于第5波段存在周期性的坏道，需要单独处理）
（1）坏道填补
a.在Data Manager中，打开MOD02HKM_A2010227.0405.005（Data Set 3#）中的第五波段即第三行
波段，可以出现坏道
b.使用工具栏中该工具Cursor Value圆中的十字叉丝，在图最上方第一个坏道，右击
可以查出坏道行数，四舍五入取整。

如下3.8550即第一坏道是第4行，同理最下面的坏道是4044行，周期是20
c.在Toolbox-Raster Management-Masking-Replace Bad Lines打开对话框，选择
MOD02HKM_A2010227.0405.005（Data Set 3#），打开Spectral Subset，选择第三行（第五波段），
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点击OK，在Bad Line中填写4，然后回车，进入下面框内，点击Save保存文件，名为huaidao.bll
d.打开EXCEL，在File-打开-浏览，所有文件，打开huaidao.bll，4下面填24，一直拉到4044，
然后文件另存为txt格式，band5shujv.txt
e.在Bad Lines对话框里Restore 中，所有文件，加载band5shujv.txt文件，然后保存文件为
restore_badlines_band5
修复前与修复后的图片对比
（2）去除蝴蝶结效应
a.打开ENVI Classic，File-Enter Data Filenames打开restore_badlines_band5数据，图像如
下，有明显蝴蝶结效应
b.在菜单栏Basic Tools- Preprocessing - MODIS tools - Bow-tie correction，选中第五波
段，点击OK。

选择输出路径，文件保存为Clean_bowtie_band5
c.在Data Manager中打开Clean_bowtie_band5，图形如下
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（3）几何校正
a.点击Geometric Correction—Registration—Warp from GCPs: Image to Map Registic双击打
开Modis_gcps.pts文件
b.选择参考坐标系统UTM，WGS-84；Zone为48；X Pixel Size 500 Meters（分辨率）；Y Pixel Size
500 Meters，点击OK
c.选择Clean_bowtie_band5，点击OK
d.其他默认，选择输出文件，几何校正结果，geocorrect_band5
几何校正结果如下
3.生成ENVI标准格式的影像
a.在Raster Management-IDL-Layer Stacking，在Import File中依次加载MODIS_5_Geocorrrect
的全部波段，MODIS_3_Geocorrrect前两个波段，geocorrect_band5，MODIS_3_Geocorrrect后两个波段（1234567波段）
b.选择输出路径，文件保存为MODIS_standard
c.在Data Manager中以1,4,3波段加载MODIS_standard的真彩色图像，反差拉伸一下
加载后的图像如下
结果与分析
（1）比对三种影像镶嵌，不进行直方图匹配影像镶嵌，基于重叠部分直方图匹配的影像镶嵌，基于整体影像直方图匹配的影像镶嵌
不进行直方图匹配的影像镶嵌，可以看出它和原图除了边框融为一体，图内未有较大变化
基于重叠部分直方图匹配的影像镶嵌，可以看出重叠部分色彩过渡衔接非常自然，边缘也融合比较好
基于整体影像直方图匹配的影像镶嵌，可以看出重叠部分色彩过渡不自然，右侧多白色斑块，整体色彩一致
（2）由图可知MODIS_standard影像色彩与真实地球色彩比，非常逼真
存在问题与解决办法。