ENVI遙感影像變化檢測(cè)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)實(shí)習(xí)序號(hào)及題目實(shí)習(xí)9. 變化檢測(cè)實(shí)習(xí)人姓名專業(yè)班級(jí)及編號(hào) 11地信17任課教師姓名劉勇老師實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師姓名實(shí)習(xí)地點(diǎn)榆中校區(qū)實(shí)驗(yàn)樓A109實(shí)習(xí)日期時(shí)間2013年12月26日實(shí)習(xí)目的深入理解變化檢測(cè)的基本原理，掌握影像直接比較法和分類后比較法變化檢測(cè)的基本方法和步驟實(shí)習(xí)內(nèi)容ENVI變化檢測(cè)功能及其軟件操作步驟森林開(kāi)采監(jiān)測(cè)Compute Difference MapImage Difference 林地病蟲(chóng)害遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)SPEAR Change Detection耕地變化監(jiān)測(cè)

2、Change Detection StatisticsThematic Change 基本原理1、時(shí)序變化分析就是動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，利用前后兩期影像數(shù)據(jù)迅速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出地表生物物理特征及人工地物的變化。時(shí)序變化分析具有實(shí)踐意義，可以對(duì)全球變化及其人類活動(dòng)的影響分析，植被與生態(tài)系統(tǒng)變化，農(nóng)作物、草地、森林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，城市化、荒漠化監(jiān)測(cè)。2、遙感影像中地物變化的影響因素主要有誤差因素、自然因素與人類活動(dòng)，誤差因素主要來(lái)自于遙感傳感器的類型差異、影像獲取日期和時(shí)間差異、影像像元值的量化等級(jí)、量綱單位差異 、影像空間分辨率差異、影像幾何配準(zhǔn)精度差異、影響輻射誤差校正精度；自然因素主要有天氣變化、季節(jié)變化、多年

3、變化，人類活動(dòng)主要有區(qū)域開(kāi)發(fā)、荒漠化、城鎮(zhèn)化。3、定性變化分析是通過(guò)二期或者多期影像的疊加顯示，使影像中發(fā)生變化的部分突出顯示出來(lái)的方法。主要有疊置顯示、假彩色合成法、波段替換法（寫功能內(nèi)存插入法）：（1）疊置顯示：使用特定的工具，如卷簾、閃爍等，檢測(cè)前后兩景影像中發(fā)生不連續(xù)變化的部分。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不限所操作影像相似空間分辨率、輻射分辨率、波段選擇上的差異，可檢測(cè)細(xì)微的影像變化，缺點(diǎn)是檢測(cè)結(jié)果無(wú)法保留，且檢測(cè)僅針對(duì)卷簾邊界附近，無(wú)法擴(kuò)展到整個(gè)區(qū)域。（2）假彩色合成法：根據(jù)假彩色合成原理，將前后兩期影像數(shù)據(jù)中的相同波段的溫暖別賦予紅、綠、藍(lán)中的兩個(gè)、三個(gè)波段，生成假彩色合成影像。地表未發(fā)生的

4、區(qū)域在合成后的影像上呈現(xiàn)灰色，而發(fā)生變化的區(qū)域顯示為彩色。優(yōu)點(diǎn)是完整顯示發(fā)生變化的空間范圍，并加以保存，缺點(diǎn)是非定量，沒(méi)有“從到”變化類別信息。（3）波段替換法：在RGB假彩色合成方法中，如果G和B分量使用前一個(gè)時(shí)相的兩個(gè)波段，后一個(gè)時(shí)相的一個(gè)波段組成R分量，那么在合成的RGB假彩色影像上就能夠很容易發(fā)現(xiàn)紅色部分就是變化了的區(qū)域。 4、定量變化分析：（1）影像直接比較法：或稱代數(shù)變化檢測(cè)法，是指將兩個(gè)時(shí)相的遙感影像相減或相除以后進(jìn)行定量變化分析的方法 (2)光譜特征變異法：進(jìn)行兩個(gè)不同時(shí)相的影像融合，如果同一地物在兩期影像上的信息表現(xiàn)不一致，那么融合后就會(huì)表現(xiàn)出光譜特征上的變異 (3)變化矢量

5、分析方法 5、分類后變化監(jiān)測(cè)是將經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)的兩個(gè)時(shí)相的遙感影像分別進(jìn)行分類，然后比較分類結(jié)果，從而得到變化檢測(cè)信息，包括變化結(jié)果分布圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。一般來(lái)說(shuō)，影像變化檢測(cè)精度的因素主要有誤分類、空間分辨率/最小制圖單位上的差異，定位誤差、數(shù)據(jù)處理過(guò)程中出現(xiàn)的誤差。6、變化檢測(cè)的三個(gè)大的步驟為數(shù)據(jù)與處理，變化信息檢測(cè)、變化信息提取。圖像直接比較法是最為常見(jiàn)的方法，它是對(duì)經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)的兩個(gè)時(shí)相遙感影像中像元值直接進(jìn)行運(yùn)算和變換處理，找出變化的區(qū)域。目前常用的光譜數(shù)據(jù)直接比較法包括圖像差值法、圖像比值法、植被指數(shù)比較法、主成分分析法、光譜特征變異法、假彩色合成法、波段替換法、變化矢量分析法、波段交叉相關(guān)

6、分析以及混合檢測(cè)法等。圖像插值法就是將兩個(gè)時(shí)相的遙感圖像相減。其原理是：圖像中未發(fā)生變化的地類在兩個(gè)時(shí)相的遙感圖像上一般具有相等或相近的灰度值，而當(dāng)?shù)仡惏l(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)位置的灰度值將有較大差別。因此在差值圖像上發(fā)生地類變化區(qū)域的灰度值會(huì)與背景值有較大差別，從而使變化信息從背景影像中顯現(xiàn)出來(lái)。光譜特征變異法就是同一地物反映在一時(shí)相影像上的信息與其反映在另外時(shí)相影像上的光譜信息是一一對(duì)應(yīng)的。當(dāng)將不同時(shí)相的影像進(jìn)行融合時(shí)，如同一地物在兩者上的信息表現(xiàn)不一致時(shí)，那么融合后的影像中此地物的光譜就表現(xiàn)得與正常地物的光譜有所差別，此時(shí)稱地物發(fā)生了光譜特征變異，我們就可以根據(jù)發(fā)生變異的光譜特征確定變化信息。數(shù)

7、據(jù)準(zhǔn)備ENVI 4.8/5.0軟件及其配套數(shù)據(jù)和鄧書斌ENVI遙感圖像處理方法配套數(shù)據(jù)1-森林開(kāi)采監(jiān)測(cè)文件夾july_00_quac.img 2000年的TM5圖像 july_06_quac.img 2006年的TM5圖像2-林冠變化監(jiān)測(cè)文件夾aug_25_2007.img 2007年的快鳥(niǎo)圖像 oct_07_2002.img 2002年的快鳥(niǎo)圖像3-農(nóng)業(yè)用地變化監(jiān)測(cè)ag_08_quac.img 2008年Landsattm圖像 ag_09_quac.img 2009年Landsattm圖像Greenfields農(nóng)田Stubble field留茬地Fallow field/Bare soil休

8、耕地/裸土地Water水體Bare ground/rock裸地/裸巖地操作方法及過(guò)程森林開(kāi)采監(jiān)測(cè)打開(kāi)實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)0-森林開(kāi)采監(jiān)測(cè)下的實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)。Compute Difference Map選擇basic tools/change detection/ Compute Difference Map，分別選擇原始的影像july_06與july_00，在彈出的Compute Difference Map input parameters窗口下，查看define class thresholds，no change表示沒(méi)有變化，change（-1）表示減少，change（+1）表示增加；其他默認(rèn)選項(xiàng)不變，勾

9、選normalize data range0-1，選擇輸出路徑與文件名為com_diff。選擇classification/post classification/classification to vector，在輸入圖層中選擇上一步生成的結(jié)果，彈出窗口中選擇全部，保存路徑生成結(jié)果，轉(zhuǎn)化為矢量。（由于耗時(shí)過(guò)多，故可以不做）Image Difference 打開(kāi)ENVI Zoom 4.8，將原始的影像導(dǎo)入到其中，在ENVI Zoom窗口下的toolbox中選擇image change，彈出image change detection的對(duì)話框，將time 1classification imag

10、e file選擇為00年影像，點(diǎn)擊OK，time2 classification image file中選擇06年影像數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊OK，選擇下一步，保持默認(rèn)設(shè)置，選擇下一步，選擇image difference，選擇下一步，選擇difference of feature index，繼續(xù)選擇下一步，直到彈出cleanup窗口，將smooth kernel size改為3，aggregate minimum size改為30，選擇進(jìn)行下一步，選擇輸出路徑與文件名，點(diǎn)擊finish，完成。 打開(kāi)arc map，將上一步生成的結(jié)果導(dǎo)進(jìn)來(lái)，右擊圖層選擇properties/symbology，categ

11、ories下選擇unique values，value field下選擇class_name，add all values，將big decrease顏色改成大紅色，big increase改為亮綠色，other部分改為淡綠色，在arc map中制圖輸出，對(duì)森林開(kāi)采監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析。林地病蟲(chóng)害遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)SPEAR Change Detection選擇transform/NDVI打開(kāi)，將2002、2007的兩幅影像對(duì)第四波段進(jìn)行NDVI計(jì)算，在進(jìn)行過(guò)NDVI計(jì)算的影像上選擇tools/region of interest/band threshold ROI，輸入圖層分別選擇NDVI2002、ND

12、VI2007，最小值選擇0.3，最大值選擇1，把0.31之間的區(qū)域劃分為植被。選擇basic tools/subset data via ROIs，輸入數(shù)據(jù)選擇2002年影像，選擇2002年ROI，掩膜選擇yes，選擇輸出路徑與文件名。選擇SpectralSPEAR ToolsChange Detection，在Input File中分別輸入兩個(gè)時(shí)相的影像數(shù)據(jù)，然后選擇第四波段。在Select Output Name中設(shè)置一個(gè)存儲(chǔ)路徑。進(jìn)入幾何精糾正的階段。選擇select tie points automatically自動(dòng)選擇。接著點(diǎn)擊自動(dòng)尋找種子點(diǎn)，這里會(huì)自動(dòng)尋找四個(gè)種子點(diǎn)。這些種子點(diǎn)不

13、作為GCP參與匹配，設(shè)置配準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)為125個(gè)，搜索窗口大小為111，單擊next，出現(xiàn)控制點(diǎn)窗口即列表，篩選控制點(diǎn)精度在一個(gè)像元內(nèi)，最大允許均方差為1，單擊next進(jìn)入Change Detection Methods對(duì)話框，在變化監(jiān)測(cè)方式中選擇前三項(xiàng)，點(diǎn)擊next，進(jìn)行計(jì)算并輸出結(jié)果。在Display窗口中顯示Diff波段，即NDVI（Time # 2） NDVI（Time # 1）。在主窗口中選擇EnhanceInteractive Stretching，打開(kāi)顯示圖像的直方圖，把圖形進(jìn)行x軸的修改，y軸的修改，x軸最大值是0，y軸最大值是35000。把鼠標(biāo)移動(dòng)虛線滑到左邊凸值點(diǎn)，從左下角獲取閾

14、值：-0.512。然后再主菜單中選擇OverlayDensity SliceClear Ranges按鈕，只剩下三種類型，點(diǎn)擊edit range修改三種類型的閾值，分別為-1.74-0.512，-0.512-0.02，-0.021，清除默認(rèn)分割范圍，點(diǎn)擊apply，生成結(jié)果即可。然后再ClassificationPost Classification，選擇最大最小值分析，選擇Kernel Size為：5*5，去除小斑點(diǎn)。耕地變化監(jiān)測(cè)Change Detection StatisticsThematic Change 首先加載兩幅影像ag_08_maxlike.img，ag_09_maxlik

15、e.img，觀察影像信息，我們發(fā)現(xiàn)，其中黃色的是休耕地，綠色的是有農(nóng)作物覆蓋的農(nóng)田農(nóng)田，黃褐色的是留茬地，藍(lán)色是水體，灰色是裸巖。操作：Basic ToolsChange DetectionChange Detection Statistics，首先選擇08年數(shù)據(jù)，然后選擇09年數(shù)據(jù)，因?yàn)閮煞跋竦姆诸惷Q一致，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)應(yīng)。點(diǎn)擊ok。在change detection statistics output中選中pixels、percent、area，選擇掩膜輸出，選擇保存位置。生成統(tǒng)計(jì)結(jié)果，選擇area選項(xiàng)，在option中選擇單位變換為square km。打開(kāi)ENVI Zoom，把08和0

16、9年的數(shù)據(jù)加載進(jìn)去，與前面一樣，也可以利用Portal進(jìn)行查看兩個(gè)年份的土地覆蓋類型的變化，另外，點(diǎn)擊crosshairs，移動(dòng)鼠標(biāo)可以查看兩個(gè)年份是否發(fā)生了土地類型的變化；點(diǎn)擊crosshairs，移動(dòng)鼠標(biāo)可以查看兩個(gè)年份是否發(fā)生了土地類型的變化。ToolboxworkflowsThematic Change，分別輸入兩個(gè)時(shí)相的影像數(shù)據(jù)，接著點(diǎn)擊Next，然后進(jìn)行結(jié)果影像進(jìn)行平滑和聚類處理，平滑處理的參數(shù)與上面一樣，設(shè)置為3；聚類處理的參數(shù)設(shè)置為5。把結(jié)果影像和統(tǒng)計(jì)結(jié)果輸出。結(jié)果與分析圖像直接比較法結(jié)果（森林開(kāi)采監(jiān)測(cè)）： 如下圖1所示，淺紅色即是森林面積變化較大的區(qū)域，該區(qū)域的森林大量被砍伐

17、，森林面積大量減少，大面積的藍(lán)色表示未被砍伐的區(qū)域，影像中顯示的亮藍(lán)色（小范圍的）表示森林已經(jīng)被砍伐的區(qū)域，在影像中留下的空地。整體來(lái)說(shuō)，砍伐區(qū)域還是很大的。 圖1圖2 將影像在zoom中生成結(jié)果后如上圖2所示，影像上紅色區(qū)域變化加大，表示的是兩幅影像時(shí)間差之間被砍伐的森林區(qū)域，占大部分的面積，藍(lán)色部分表示該時(shí)間段內(nèi)植被增長(zhǎng)的區(qū)域，但是面積相比較被砍伐的區(qū)域來(lái)說(shuō)小很多，黑色部分是代表沒(méi)有變化的區(qū)域。在arcmap中將最后結(jié)果輸出，如下圖3所示，很清楚的可以看清楚紅色表示00年到06年植被大量減少的區(qū)域，綠色表示植被增加的區(qū)域，淺綠色表示植被覆蓋沒(méi)有發(fā)生變化的區(qū)域。圖3 Arc map制圖輸出結(jié)

18、果林地病蟲(chóng)害遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 圖4 ndvi影像如上圖4所示，分別是2002年與2007年經(jīng)過(guò)NDVI計(jì)算的影像，從上面的影像中可以清楚的看到2007年的NDVI影像上有些區(qū)域變成了灰色，也就是植被收到病蟲(chóng)害的區(qū)域，NDVI影像上亮度很高的植物量表示很大。 圖5 如上圖5所示，前者為未經(jīng)過(guò)Density Slice處理的結(jié)果，后者為經(jīng)過(guò)Density Slice處理的結(jié)果，在最后生成的結(jié)果中（圖5中右圖）綠色表示植物被破壞嚴(yán)重區(qū)域，這種區(qū)域面積很大，而紅色的斑點(diǎn)區(qū)域都是破壞嚴(yán)重程度一般的區(qū)域，這種區(qū)域占面積不很大，只有不大的區(qū)域，藍(lán)色區(qū)域表示的是基本沒(méi)有發(fā)生大變化的地方。3、耕地變化監(jiān)測(cè)Area

19、(Square Km) g_fields s_fieldB_soilwater b_ground R_Total C_TotalUnclassified0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 green fields676.28 365.15 276.10 0.68 50.40 1368.61 1368.61 S_field92.23 114.28 73.91 0.01 20.24 300.67 300.67 B_soil49.57 90.61 491.67 1.30 249.44 882.58 882.58 water0.32 0.62 0.53 340.42

20、0.71 342.60 342.60 B_ground2.99 11.01 31.04 0.72 1559.79 1605.54 1605.54 Class Total821.38 581.66 873.25 343.11 1880.59 0.00 0.00 C_ Changes145.10 467.38 381.59 2.69 320.79 0.00 0.00 I_Difference547.23 -281.00 9.32 -0.51 -275.04 0.00 0.00 表1 橫向表示的是08年的各土地類型的面積數(shù)據(jù)，縱向的是09年各土地類型對(duì)應(yīng)的面積，比較橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)，發(fā)現(xiàn)08年的stu

21、bble field在09年有90.61Km變成bare ground/rock。Class Total行表示08年每個(gè)類別中的總面積，Class Total列表示09年每個(gè)類別中的總面積，Class Change表示的是對(duì)應(yīng)類別改變?yōu)槠渌恋仡愋偷拿娣e；Image Difference表示的是08和09年同種地物面積的差值。對(duì)角線上08、09 沒(méi)有發(fā)生變化的，非對(duì)角線上的發(fā)生變化，對(duì)列方向最終年份的統(tǒng)計(jì)。圖6如上圖6所示，每種顏色分別代表一種變化類型，如green fields變化成stubble field就有一種顏色表示，而影像中大部分的黑色代表地物類型沒(méi)有變化的區(qū)域。下圖為arcmap

22、出圖結(jié)果，從圖中可以更好的看清楚結(jié)果。存在問(wèn)題與解決辦法1、此次實(shí)習(xí)雖然內(nèi)容并不復(fù)雜，但是中間過(guò)程比較多，需要認(rèn)真一步接一步進(jìn)行，需要搞清楚每一步的目的與原理，否則會(huì)將參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致結(jié)果發(fā)生錯(cuò)誤。林地病蟲(chóng)害遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)最后在進(jìn)行Density Slice處理時(shí)，需要設(shè)置一個(gè)閾值，是對(duì)影像的拉伸窗口的工具中進(jìn)行的，不知道這個(gè)拉伸世道什么程度就好，是要將手病蟲(chóng)害的區(qū)域拉伸凸顯出來(lái)為止嗎？也不知道這一步究竟為什么要這樣做，做到怎么樣的程度才是好的效果，只是根據(jù)自己的理解將手病蟲(chóng)害區(qū)域拉伸，取其值-0.512。3、本次操作需要使用到ENVI Zoom 4.8工具，由于以前也沒(méi)使用該工具，所以第一次使用有些難度，但總體感覺(jué)跟ENVI還是有一些相像的，但為什么一定要到ENVI Zoom 4.8中處理而不是在ENVI中使用呢？4、對(duì)影像進(jìn)行自動(dòng)配準(zhǔn)不是很了解，包括其原理、參數(shù)設(shè)置，在