ENVI遥感图像增强处理

任务五图像增强目录1.空间域增强处理11.1卷积滤波12.辐射增强处理22.1交互式直方图拉伸23.光谱增强处理43.1波段比的计算43.2色彩空间变换53.3NDVI计算64.傅里叶变换64.1快速傅里叶变换64.2定义FFT滤波器74.3反向FFT变换85.波段组合85.1RGB合成显示8图像增强的主要目的是提高图像的目视效果，以便处理结果图像比原图像更适合于特定的应用要求，方便人工目视解译、图像分类中的样本选取等。

ENVI图像增强的内容主要包括：●空间域增强处理●辐射增强处理●光谱增强处理●傅里叶变换●波段组合1.空间域增强处理空间域增强处理是通过直接改变图像中的单个像元及相邻像元的灰度值来增强图像。

1.1卷积滤波卷积滤波是通过消除特定的空间频率来增强图像。

它们的核心部分是卷积核，ENVI提供很多卷积核，包括高通滤波、低通滤波、拉普拉斯算子、方向滤波、高斯高通滤波、高斯低通滤波、中值滤波、Sobel、Roberts，还可以自定义卷积核。

使用数据：lena.jpg具体操作：通过尝试ENVI提供的各种图像增强算子，观察比较图像增强的效果。

（1）打开图像文件lena.jpg。

（2）在主菜单中，选择Filter→Convolutions and Morphology。

（3）在Convolutions and Morphology Tool中，选择Convolutions→滤波类型。

（4）不同的滤波类型对应不同的参数，主要包括三项参数：●Kernel Size（卷积核的大小）卷积核的大小，以奇数来表示，如3×3、5×5等，有些卷积核不能改变大小，包括Sobel和Roberts。

●Image Add Back（输入加回值）将原始图像中的一部分“加回”到卷积滤波结果图像上，有助于保持图像的空间连续性。

该方法常用于图像锐化。

“加回”值是原始图像在结果输出图像中所占的百分比。

●Editable Kernel（编辑卷积核中各项的值）在文本框中双击鼠标可以进行编辑，选择Kernel可以把卷积核保存为文件（.ker），选择Kernel可以打开一个卷积核文件。

（5）卷积增强图像中的单个波段a）选择Convolutions→High Pass，其他项按照默认设置，单击Quick Apply按钮，第一次点击此按钮会提示选择增强的波段，增强后的波段在Display中显示。

如果要更改卷积增强波段，选择Options→Change Quick-Apply Input Band。

b）选择Quick Result to File，可以将增强结果保存（6）卷积增强图像文件a）单击Apply To File按钮，在Convolution Input File对话框中选择图像文件。

b）选择输出路径及文件名。

2.辐射增强处理辐射增强处理是通过对单个像元的灰度值进行变换来增强处理，如直方图匹配、直方图拉伸、去条带噪声等。

2.1交互式直方图拉伸使用数据：lena.jpg将一个多光谱图像打开并在Display中显示。

在主图像窗口中，选择Enhance→Interactive stretching，就可以打开交互式直方图拉伸操作对话框（图1）。

图1 交互式直方图拉伸操作对话框在交互式直方图拉伸操作对话框中：●显示一个输入直方图和一个输出直方图，它们表明当前的输入数据以及分别应用的拉伸。

●两条垂线（虚线）表明当前拉伸所用到的最小值和最大值，其值显示在Stretch标签的两个文本框中。

●对于彩色图像来说，直方图的颜色与所选择的波段颜色一致（系统默认显示红色波段），可以用鼠标选择RGB波段。

●在状态栏中列出拉伸类型和直方图来源，或者当前十字指针指定DN值和指定DN值的像元数、直方图及累计直方图。

在交互式直方图拉伸操作对话框中的菜单命令及其功能。

菜单命令功能Export Stretch Save Stretch to LUT Restore LUT Stretch Save Plot As 输出图像拉伸结果拉伸结果（LUT表）可以保存为ASCII文件或默认拉伸LUT 打开原先保存的LUT导出直方图为图像文件放大窗口（Zoom）、整个原始波段（Band）和感兴趣区（ROI）。

Default命令菜单包括一些默认拉伸方式以及直方图生成源，与主图像菜单中Enhance的默认拉伸一致。

交互式直方图拉伸的操作过程：（1）在Display中加载图像，在主图像窗口中，选择Enhance→Interactive stretching，打开交互式直方图拉伸操作对话框。

（2）要浏览像元DN值和指定DN值的像元个数、百分比以及累计百分比，可以在直方图内按住鼠标左键并拖动随之产生的白色十字交叉指针，在状态栏中显示信息。

（3）在交互式直方图拉伸操作对话框中，选择Stretch_Type→拉伸方法。

不同拉伸方法操作和参数设置不一样，常用操作如下：●Linear（线性拉伸）（1）选择Stretch_Type→Linear（2）选择Options→Auto Apply，打开自动应用功能（3）设定拉伸范围，使用鼠标左键，移动输入直方图中的垂直线（白色虚线）到所需要的位置，或在“Stretch”文本框中输入所需要的DN值或一个数据百分比●Piecewise Linear（分段线性拉伸）（1）选择Stretch_Type→Piecewise Linear（2）选择Options→Auto Apply，打开自动应用功能（3）一个转换函数（初始伟一条白色直线）将被绘制在输入直方图中。

在输入直方图的任何位置点击鼠标中键，为转换函数增加一个节点，绘制的线段将把端点和绘制的节点标记连接起来。

（4）要移动一个点的位置，在标记上按住鼠标左键，然后把它拖放到一个新位置。

要删除点，在标记上点击鼠标右键。

也可以手动地键入输入和输出值，选择Options→Edit Piecewise Linear。

●Gaussian（高斯拉伸）（1）选择Stretch_Type→ Gaussian（2）选择Options→Auto Apply，打开自动应用功能（3）设定拉伸范围，使用鼠标左键，移动输入直方图中的垂直线（白色虚线）到所需要的位置，或在“Stretch”文本框中输入所需要的DN值或一个数据百分比（4）选择Options→ Set Gaussian Stdv，设置高斯标准差（5）输出直方图用一条红色曲线显示被选择的Gaussian函数。

被拉伸数据的分布呈白色，并叠加显示在红色Gaussian函数上●Equalization（直方图均衡化拉伸）（1）选择Stretch_Type→ Equalization（2）选择Options→Auto Apply，打开自动应用功能（3）设定拉伸范围，使用鼠标左键，移动输入直方图中的垂直线（白色虚线）到所需要的位置，或在“Stretch”文本框中输入所需要的DN值或一个数据百分比（4）根据拉伸DN值范围自动缩放数据，使每个直方图中的DN数相均衡。

输出直方图用一条红色曲线显示均衡化函数，被拉伸数据的分布呈白色叠加显示（图2）。

图2 直方图均衡化3.光谱增强处理光谱增强处理是基于多光谱数据对波段进行变换达到图像增强处理，如主成分变换、独立成分变换、色彩空间变换、色彩拉伸等。

3.1波段比的计算计算波段的比值可以增强波段之间的波谱差异，减少地形的影响。

用一个波段除以另一个波段生成一幅能提供相对波段强度的图像，该图像增强了波段之间的波谱差异。

计算波段比，必须输入一个“分子”波段和一个“分母”波段，波段比是分子与分母的比值。

使用数据：can_tmr.img计算波段比的具体操作如下：（1）打开一个多波段图像文件（TM图像）。

（2）在主菜单中，选择Transforms Band Ratios。

（3）在Band Ratios Input Bands对话框中，从可用波段列表（Select from the Available Band）中选择分子（Numerator）和分母（Denominator）波段。

例如，近红外波段/红波段（图3）。

单击Clear按钮可以清除选择的分子和分母波段。

（4）单击Enter Pair按钮，将比值波段添加到Selected Ratio Pairs中。

（5）选择输出文件路径及文件名，单击OK按钮。

（6）将得到的近红外波段/红波段比值图像与近红外波段和红波段的灰度图像进行对比，特别是植被、裸地的灰度变化。

图3 波段比的计算3.2色彩空间变换ENVI支持将三波段红、绿、蓝图像变换到一个特定的彩色空间，并且能从所选彩色空间变换回RGB。

两次变换之间，通过对比度拉伸，可以生成一个色彩增强的彩色合成图像。

ENVI支持的彩色空间包括“色度、饱和度、颜色亮度值（HSV）”，“色度、亮度、饱和度（HLS）”和描述土壤岩石颜色特征的HSV（USGS Munsell）。

使用数据：can_tmr.img色彩空间变换操作比较简单，下面以RGB to HSV为例，各种色彩空间变换操作过程类似。

（1）打开多光谱图像can_tmr.img，显示为RGB彩色图像。

（2）在主菜单中，选择Transforms→Color Transforms→RGB to HSV。

在RGB to HSV Input 对话框中，可以从一个显示的彩色图像窗口或可用波段列表中选择3个波段进行变换。

（3）在RGB to HSV Parameters对话框中，选择输出路径及文件名，单击OK按钮完成。

3.3NDVI计算归一化植被指数NDVI计算可以将多光谱数据变换成一个单独的图像波段，用于显示植被分布。

较高的NDVI值预示着包含较多的绿色植被。

ENVI的NDVI使用如下标准算法：NIR-RedNDVI=NIR+RedNDVI值的范围为-1~+1。

ENVI已经为A VHRR、Landsat MSS Landsat TM、SPOT和A VIRIS数据预设值了相应波段，对于其他数据类型，可以自己指定波段来计算NDVI值。

使用数据：0112024.img（1）打开TM图像0112024.img。

（2）在主菜单中，选择Transforms→NDVI。

在NDVI Calculation Input File对话框中，选择TM图像，单击OK按钮。

（3）在NDVI Calculation Input File对话框中，Input 选择Landsat TM。

用于计算NDVI的波段将被自动导入到“Red”和“Near IR”文本框中。

（4）在Output Data Type选择输出字节型（Byte）或浮点型（Floating Point）。

如果选择字节型输出，键入最小NDVI值，该值将被拉伸为0；键入最大NDVI值，该值将被拉伸为255，获得的ENVI将被拉伸为0~255范围内。