ETM数据矿化蚀变信息提取教程
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选择主菜单-> Help-> Star ENVI Help，选择对话框左边 Index 按钮，点击 Altmospheric Model Setting，查询对应的大气模型。如下表：
中国地质大学
数学地质遥感地质研究所
吴浩
2013,9,11
大气模型选择表 1 Aerosol Model（气溶胶模型），可供选择的气溶胶模型有无气溶胶、城市气 溶胶、乡村气溶胶、海洋气溶和对流层气溶胶模型，当能见度大于 40Km 时，气 溶胶类型选择对反演没有太多影响，可根据研究区所在地进行选择。其他设置由 系统默认，如图（4）-2
输入公式（b1 lt -0.24）（将影像中反射率值小于-0.24 的像素值设置为 1，大
于-0.24 即为水体信息，值为 0。常用逻辑语言：EQ（等于）、NE（不等于）、
LE（小于或等于）、LT（小于）、GE（大于或等于）、GT（大于），不分大小
写），b1 匹配水体信息数据。如图（1）-4：
点击 OK，即生成水体掩膜。如图（1）-5（黑色区域为水体，值为 0）：
（1）水体掩膜生成
单波段法主要是依据水体在近红外波段是强吸收体，而干燥土壤建筑物和植 被等在近红外波段为强反射体的特点，常选用近红外波段影像，通过阈值法提取 水体信息；多波段法是依据水体在各波段的反射光谱特征，通过分析并挖掘多波 段的优势，建立各种算法来提取水体信息。
杨 存 建 等 发 现 在 TM 图 像 上 ， 只 有 水 体 影 像 才 具 有 ( TM2+TM4) ＞ ( TM5+TM3) 的特征，据此即可从 TM 图像上将水体信息提取出来；Mcfeeters 提出了采用绿光波段反射率( G) 和近红外波段反射率( NIR) 构成归一化差异水 体指数( NDWI) 法，其中 NDWI =( G－NIR) /( G+NIR) 该方法可以有效地抑制 植被建筑物等地物信息，突出水体信息［8－10］，虽可较好地提取一般水体信息， 但提取的水体信息中仍夹杂有非水体的信息；在此基础上，徐涵秋和曹荣龙等通 过更换波段，提出了改进的归一化差异水体指数( MNDWI)和修订型归一化差异 水体指数( RNDWI)法 其方法可减弱土壤建筑物和阴影的影响 丁凤利用 ETM1， 4，5，7 波段图像数据构建了提取水体信息的新型水体指数( NWI) ，认为该方 法能部分消除由太阳高度角地形阴影和大气条件带来的影响，可获得较高的提取 精度。
这里选择徐涵秋提出的归一化差异水体指数( MNDWI)进行水体信息的提 取。M N DW I = ( G r een - M I R ) / ( G r een + M I R ) ，G r een 、M I R 分别对 应 ETM 数据的 2、5 波段。
选择主菜单-> Basic Tools -> Band Math，出现 Band Math 公式编辑框，输入 MNDWI 公式，点击 Add to List，如图（1）-1。
吴浩
2013,9,11
出现 ENVI Landsat Calibration 对话框，Calibration Type 选择 Radiance,设置 文件输出名（辐射定标）和输出路径。其他的参数由软件直接向 ETM 数据头文 件中获取，不需要用户自行设置。点击 OK
（3）将辐射定标结果转化为 BIL 格式，这是进行大气校正（FLAASH）的 前提，大气校正只识别 BIL 格式数据。
击 Spatial Subset ，有 Image、Map、File、ROI/EVF 四种裁剪方式，由于已知研
究区的经纬度，这里选择裁剪方式 Map。如图（6）-1：
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图（6）-1
吴浩
2013,9,11
可以点击 图标，进行直角坐标与地理坐标的转化输入。设置好研究区的
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吴浩
2013,9,11
图（4）-3 再进行高级设置，点击 Advanced Settings 按钮，如图（4）-4，参数默认（有 些资料 Modtran Resolution 选择 5cm-1）。点击 OK，最后点击 Apply，进行大气 校正。
图（4）-4
Leabharlann Baidu国地质大学
范围，一直点击 OK，完成研究区的裁剪。 到此，影像的预处理已经完成。有人会问，要不要做几何校正，其实是没有
必要的，几何校正既有卫星、传感器等内部因素造成也由大气，光照条件，研究 区环境等外部因素造成。用户是很难获取这部分的实际资料的，在购买数据之前 厂家已经做好了几何校正。
二 生成掩膜
对矿化蚀变异常信息进行提取，毫无疑问，我们的研究对象应该是岩石、矿 物等地质数据。那么水体、植被、阴影、冰雪、云层等则为干扰信息，要剔除这 些干扰信息，就需要将他们从影像中提取出来，然后将他们在影像中的值设置为 0，这样就不会参与蚀变异常信息提取运算，上述过程我们称之为掩膜。通常水 体、植被的干扰较大，因此只对这两个因子做掩膜。
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吴浩
2013,9,11
（1）-1 点击 OK，出现 Variables to Bands Pairings 对话框，将 b2、b5 分别对应研究 区数据的 2、5 波段，并设置输出路径与名称。如图（1）-2：
图（1）-2
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2013,9,11
对水体有透射能力，能够反映浅水水下特征，可区分土壤和植被、 编制森林类型图、区分人造地物类型 探测健康植被绿色反射率、可区分植被类型和评估作物长势，区 分人造地物类型，对水体有一定透射能力 这个波段为红色区，在叶绿素吸收带内，在可见光中这个波段是 识别土壤边界和地质界线的最有利的光谱区 测定生物量和作物长势，区分植被类型，绘制水体边界、探测水 中生物的含量和土壤湿度
大气校正
归一化处理
（6）研究区裁剪。注意：先裁剪研究区，再对研究区进行蚀变异常信息的
提取与先对整幅影像做蚀变异常信息提取，再裁剪研究区有着本质的区别。后者
研究区外的其他无用信息会对异常的提取产生不可预知的影响，为减少无用信息
干扰常选择前者。
选择主菜单-> Basic Tools ->Rsize Data(Spatial/Spectral)，选择归一化数据，点
图（4）-2 点击 Multispectral Settings 按钮，进入多光谱参数设置对话框。图（4）-3， 选择 GUI 选项，再点击 Kaufman -Tanre Aerosol Retrieval，将 KT Upper Channel 后 面选择波段 7，因为用气溶胶模型要求数据波段覆盖 660nm 和 2100nm 波谱。其 他参数默认。点击 OK
图（4）-1 若波段的转化因子不同则选择第一项，分别为不同波段设置因子。若相同， 则选择第二项，并设置 Scale Factor 。常见的设置有两种：1 和 10，由于本人知 识较浅，也不知何时设置为 1 何时设置为 10，但有一个判断标准与大家分享。 首先随意设置（1 或者 10），继续后面操作，得到大气校正的结果，查看 z 剖面 曲线， 若为几千内则为正常，会出现少数上万及小于 0 的数，如下图。地物反 射率范围 0~1，但大气校正将影像值扩大了 10000 倍（可以从大气校正高级设置 对话框（图（4）-4），Output Reflectance Scale Factor 的默认参数设置看出），
图（3）-1 选择主菜单-> Basic Tools ->Convert Data(BSQ、BIL、BIP)，选择辐射定标结 果，点击 OK 出现 Convert File Parameters 对话框，Output Interleave 选择 BIL 格 式，设置输出路径点击 OK。 （4）大气校正（FLAASH），选择主菜单-> Basic Tools -> Preprocessing -> Calibration Utilities -> FLAASH。出现大气校正对话框，如（4）-2 所示，输入辐 射定标 BIL 数据，会出现（4）-1 对话框。
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吴浩
2013,9,11
影像某点 Z profie 图
继续设置输出文件（大气校正）的路径及名称，由头文件可得到 Scene Center Location（中心位置）经纬度。传感器类型（Sensor Type），传感器确定，那么 Sensor Altitude 和 Pixel Size 也就随之确定，Ground Elevation 是研究区的平均海 拔高度（可查阅资料或者度娘），Flight Data 和 Flight Time 可由头文件获取。 Altmospheric Model（大气模型），模块提供热带、中纬度夏季、中纬度冬季、极 地夏季、极地冬季和美国标准大气模型，研究者根据数据获取时间和研究区经纬 度选择相应的大气模型。
图（1）-1
（2）辐射定标，选择主菜单-> Basic Tools -> Preprocessing -> Calibration Utilities -> Landsat Calibration，选择含有六个波段的数据，即包括波段 1,2,3,4,5,7 的数据。
图（2）-1
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30
水的吸收率很高，区分不同类型的岩石，区分云、地面冰和雪
探测地球表面不同物质的自身热辐射的主要波段，可用于地热制 60
图，热惯量制图
30
用于地质制图，特别是热液蚀变岩制图。
15
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一 影像预处理
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2013,9,11
1 辐射定标
（ 1 ） 打 开 ETM 影 像 ， 选 择 主 菜 单 ->File -> Open External File -> Landsat->GeoTIFF with Metadata，选择 MET 文件，可以看到 ENVI 自动进行了 波段合成。
点击 OK，得到水体信息增强影像（如图（1）-3）。注意，运用任何提取水 体信息的公式对影像进行处理，不外乎利用水体在不同波段的强反射、强吸收特 性对水体信息做增强处理，高值意味着水体信息。我们需要设置合适的阈值，对 水体信息做进一步的提取。
图（1）-3
图（1）-4
选择主菜单-> Basic Tools -> Band Math，出现 Band Math 公式编辑框，
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2013,9,11
（5）归一化处理，由于大气校正将影像值扩大了 10000 倍，因此需要进行 归一化处理将值控制在 0~1 之间。
选择主菜单-> Basic Tools -> Band Math，在对话框中输入转换公式 b1/10000.0 （注意 10000 与 10000.0 的区别，前者是整型，后者是浮点型，很多人都会忽视 这个问题，若为 10000 则输出结果会进行四舍五入，只要么是 0 要么是 1）。下 面是点（3554,883）大气校正与归一化处理的对比。
波段
波长范围
波段
序号
(μm)
1
蓝色 0.45-0.52
2
绿色 0.52-0.6
3
红色 0.63-0.69
4 近红外 0.76-0.90
短波红
5
1.55-1.75
外
6 热红外 10.4-12.5
短波红
7
2.08-2.35
外
PAN 全色 0.50-0.90
地面分 辨率(m)
30 30
30
30
主要应用领域
图（1）-5
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小贴：有人可能会问这个-0.24 是怎么得到的？这个值不是通过计算得 到，仅仅是经验值，没有统一的标准。跟大家分享我是怎么设置阈值的。如 图（1）-3 是水体增强影像，大部分水体信息处于高值，即白色区域。可以 双击影像查看白色区域的值的变化范围，来判断水体与其他信息的边界值。 如图（1）-6：
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2013,9,11
ETM 数据矿化蚀变异常信息提取步骤
ETM 数据特点
美国陆地卫星 7 号 Landsat 7 星发射于 1999 年 4 月 15 日，采用增强型主题 制图仪 ETM，星上设置绝对定标，提高了对地观测分辨率和定位质量，调整了 辐射测量精度、范围和灵敏度，是目前应用比较成熟、比较稳定、具有全球覆盖 性的遥感数据之一。ETM 资料包含 8 个波段，1-5 波段和 7 波段地面分辨率为 30m，6 波段地面分辨率为 60m，8 波段地面分辨率为 15m，每景 ETM 覆盖面积 为 31110 km2（183 km×170 km），重复周期为 16 天。
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大气模型选择表 1 Aerosol Model（气溶胶模型），可供选择的气溶胶模型有无气溶胶、城市气 溶胶、乡村气溶胶、海洋气溶和对流层气溶胶模型，当能见度大于 40Km 时，气 溶胶类型选择对反演没有太多影响，可根据研究区所在地进行选择。其他设置由 系统默认，如图（4）-2
输入公式（b1 lt -0.24）（将影像中反射率值小于-0.24 的像素值设置为 1，大
于-0.24 即为水体信息，值为 0。常用逻辑语言：EQ（等于）、NE（不等于）、
LE（小于或等于）、LT（小于）、GE（大于或等于）、GT（大于），不分大小
写），b1 匹配水体信息数据。如图（1）-4：
点击 OK，即生成水体掩膜。如图（1）-5（黑色区域为水体，值为 0）：
（1）水体掩膜生成
单波段法主要是依据水体在近红外波段是强吸收体，而干燥土壤建筑物和植 被等在近红外波段为强反射体的特点，常选用近红外波段影像，通过阈值法提取 水体信息；多波段法是依据水体在各波段的反射光谱特征，通过分析并挖掘多波 段的优势，建立各种算法来提取水体信息。
杨 存 建 等 发 现 在 TM 图 像 上 ， 只 有 水 体 影 像 才 具 有 ( TM2+TM4) ＞ ( TM5+TM3) 的特征，据此即可从 TM 图像上将水体信息提取出来；Mcfeeters 提出了采用绿光波段反射率( G) 和近红外波段反射率( NIR) 构成归一化差异水 体指数( NDWI) 法，其中 NDWI =( G－NIR) /( G+NIR) 该方法可以有效地抑制 植被建筑物等地物信息，突出水体信息［8－10］，虽可较好地提取一般水体信息， 但提取的水体信息中仍夹杂有非水体的信息；在此基础上，徐涵秋和曹荣龙等通 过更换波段，提出了改进的归一化差异水体指数( MNDWI)和修订型归一化差异 水体指数( RNDWI)法 其方法可减弱土壤建筑物和阴影的影响 丁凤利用 ETM1， 4，5，7 波段图像数据构建了提取水体信息的新型水体指数( NWI) ，认为该方 法能部分消除由太阳高度角地形阴影和大气条件带来的影响，可获得较高的提取 精度。
这里选择徐涵秋提出的归一化差异水体指数( MNDWI)进行水体信息的提 取。M N DW I = ( G r een - M I R ) / ( G r een + M I R ) ，G r een 、M I R 分别对 应 ETM 数据的 2、5 波段。
选择主菜单-> Basic Tools -> Band Math，出现 Band Math 公式编辑框，输入 MNDWI 公式，点击 Add to List，如图（1）-1。
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出现 ENVI Landsat Calibration 对话框，Calibration Type 选择 Radiance,设置 文件输出名（辐射定标）和输出路径。其他的参数由软件直接向 ETM 数据头文 件中获取，不需要用户自行设置。点击 OK
（3）将辐射定标结果转化为 BIL 格式，这是进行大气校正（FLAASH）的 前提，大气校正只识别 BIL 格式数据。
击 Spatial Subset ，有 Image、Map、File、ROI/EVF 四种裁剪方式，由于已知研
究区的经纬度，这里选择裁剪方式 Map。如图（6）-1：
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图（6）-1
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可以点击 图标，进行直角坐标与地理坐标的转化输入。设置好研究区的
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图（4）-3 再进行高级设置，点击 Advanced Settings 按钮，如图（4）-4，参数默认（有 些资料 Modtran Resolution 选择 5cm-1）。点击 OK，最后点击 Apply，进行大气 校正。
图（4）-4
Leabharlann Baidu国地质大学
范围，一直点击 OK，完成研究区的裁剪。 到此，影像的预处理已经完成。有人会问，要不要做几何校正，其实是没有
必要的，几何校正既有卫星、传感器等内部因素造成也由大气，光照条件，研究 区环境等外部因素造成。用户是很难获取这部分的实际资料的，在购买数据之前 厂家已经做好了几何校正。
二 生成掩膜
对矿化蚀变异常信息进行提取，毫无疑问，我们的研究对象应该是岩石、矿 物等地质数据。那么水体、植被、阴影、冰雪、云层等则为干扰信息，要剔除这 些干扰信息，就需要将他们从影像中提取出来，然后将他们在影像中的值设置为 0，这样就不会参与蚀变异常信息提取运算，上述过程我们称之为掩膜。通常水 体、植被的干扰较大，因此只对这两个因子做掩膜。
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（1）-1 点击 OK，出现 Variables to Bands Pairings 对话框，将 b2、b5 分别对应研究 区数据的 2、5 波段，并设置输出路径与名称。如图（1）-2：
图（1）-2
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对水体有透射能力，能够反映浅水水下特征，可区分土壤和植被、 编制森林类型图、区分人造地物类型 探测健康植被绿色反射率、可区分植被类型和评估作物长势，区 分人造地物类型，对水体有一定透射能力 这个波段为红色区，在叶绿素吸收带内，在可见光中这个波段是 识别土壤边界和地质界线的最有利的光谱区 测定生物量和作物长势，区分植被类型，绘制水体边界、探测水 中生物的含量和土壤湿度
大气校正
归一化处理
（6）研究区裁剪。注意：先裁剪研究区，再对研究区进行蚀变异常信息的
提取与先对整幅影像做蚀变异常信息提取，再裁剪研究区有着本质的区别。后者
研究区外的其他无用信息会对异常的提取产生不可预知的影响，为减少无用信息
干扰常选择前者。
选择主菜单-> Basic Tools ->Rsize Data(Spatial/Spectral)，选择归一化数据，点
图（4）-2 点击 Multispectral Settings 按钮，进入多光谱参数设置对话框。图（4）-3， 选择 GUI 选项，再点击 Kaufman -Tanre Aerosol Retrieval，将 KT Upper Channel 后 面选择波段 7，因为用气溶胶模型要求数据波段覆盖 660nm 和 2100nm 波谱。其 他参数默认。点击 OK
图（4）-1 若波段的转化因子不同则选择第一项，分别为不同波段设置因子。若相同， 则选择第二项，并设置 Scale Factor 。常见的设置有两种：1 和 10，由于本人知 识较浅，也不知何时设置为 1 何时设置为 10，但有一个判断标准与大家分享。 首先随意设置（1 或者 10），继续后面操作，得到大气校正的结果，查看 z 剖面 曲线， 若为几千内则为正常，会出现少数上万及小于 0 的数，如下图。地物反 射率范围 0~1，但大气校正将影像值扩大了 10000 倍（可以从大气校正高级设置 对话框（图（4）-4），Output Reflectance Scale Factor 的默认参数设置看出），
图（3）-1 选择主菜单-> Basic Tools ->Convert Data(BSQ、BIL、BIP)，选择辐射定标结 果，点击 OK 出现 Convert File Parameters 对话框，Output Interleave 选择 BIL 格 式，设置输出路径点击 OK。 （4）大气校正（FLAASH），选择主菜单-> Basic Tools -> Preprocessing -> Calibration Utilities -> FLAASH。出现大气校正对话框，如（4）-2 所示，输入辐 射定标 BIL 数据，会出现（4）-1 对话框。
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影像某点 Z profie 图
继续设置输出文件（大气校正）的路径及名称，由头文件可得到 Scene Center Location（中心位置）经纬度。传感器类型（Sensor Type），传感器确定，那么 Sensor Altitude 和 Pixel Size 也就随之确定，Ground Elevation 是研究区的平均海 拔高度（可查阅资料或者度娘），Flight Data 和 Flight Time 可由头文件获取。 Altmospheric Model（大气模型），模块提供热带、中纬度夏季、中纬度冬季、极 地夏季、极地冬季和美国标准大气模型，研究者根据数据获取时间和研究区经纬 度选择相应的大气模型。
图（1）-1
（2）辐射定标，选择主菜单-> Basic Tools -> Preprocessing -> Calibration Utilities -> Landsat Calibration，选择含有六个波段的数据，即包括波段 1,2,3,4,5,7 的数据。
图（2）-1
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30
水的吸收率很高，区分不同类型的岩石，区分云、地面冰和雪
探测地球表面不同物质的自身热辐射的主要波段，可用于地热制 60
图，热惯量制图
30
用于地质制图，特别是热液蚀变岩制图。
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1 辐射定标
（ 1 ） 打 开 ETM 影 像 ， 选 择 主 菜 单 ->File -> Open External File -> Landsat->GeoTIFF with Metadata，选择 MET 文件，可以看到 ENVI 自动进行了 波段合成。
点击 OK，得到水体信息增强影像（如图（1）-3）。注意，运用任何提取水 体信息的公式对影像进行处理，不外乎利用水体在不同波段的强反射、强吸收特 性对水体信息做增强处理，高值意味着水体信息。我们需要设置合适的阈值，对 水体信息做进一步的提取。
图（1）-3
图（1）-4
选择主菜单-> Basic Tools -> Band Math，出现 Band Math 公式编辑框，
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（5）归一化处理，由于大气校正将影像值扩大了 10000 倍，因此需要进行 归一化处理将值控制在 0~1 之间。
选择主菜单-> Basic Tools -> Band Math，在对话框中输入转换公式 b1/10000.0 （注意 10000 与 10000.0 的区别，前者是整型，后者是浮点型，很多人都会忽视 这个问题，若为 10000 则输出结果会进行四舍五入，只要么是 0 要么是 1）。下 面是点（3554,883）大气校正与归一化处理的对比。
波段
波长范围
波段
序号
(μm)
1
蓝色 0.45-0.52
2
绿色 0.52-0.6
3
红色 0.63-0.69
4 近红外 0.76-0.90
短波红
5
1.55-1.75
外
6 热红外 10.4-12.5
短波红
7
2.08-2.35
外
PAN 全色 0.50-0.90
地面分 辨率(m)
30 30
30
30
主要应用领域
图（1）-5
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小贴：有人可能会问这个-0.24 是怎么得到的？这个值不是通过计算得 到，仅仅是经验值，没有统一的标准。跟大家分享我是怎么设置阈值的。如 图（1）-3 是水体增强影像，大部分水体信息处于高值，即白色区域。可以 双击影像查看白色区域的值的变化范围，来判断水体与其他信息的边界值。 如图（1）-6：
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ETM 数据矿化蚀变异常信息提取步骤
ETM 数据特点
美国陆地卫星 7 号 Landsat 7 星发射于 1999 年 4 月 15 日，采用增强型主题 制图仪 ETM，星上设置绝对定标，提高了对地观测分辨率和定位质量，调整了 辐射测量精度、范围和灵敏度，是目前应用比较成熟、比较稳定、具有全球覆盖 性的遥感数据之一。ETM 资料包含 8 个波段，1-5 波段和 7 波段地面分辨率为 30m，6 波段地面分辨率为 60m，8 波段地面分辨率为 15m，每景 ETM 覆盖面积 为 31110 km2（183 km×170 km），重复周期为 16 天。