基于ENVI 5.X 用地分類的掩膜制作方法及步驟

程 燕

（蘭州交通大學博文學院 工程管理系，甘肅 蘭州 730101）

近年來，隨著計算機硬件軟件技術的快速發(fā)展，遙感軟件市場涌現(xiàn)出眾多遙感圖像處理的新興軟件，這就提高了遙感分類的要求，遙感影像的分類是統(tǒng)計模式識別技術在遙感領域中的具體應用。關鍵是提取待識別模式的一組統(tǒng)計特征值，然后按照一定準則作出決策，從而對數(shù)字圖像予以識別[1]，從眾多信息中提取出感興趣的信息。如何快速有效的提取所需信息，是每個作業(yè)單位和技術人員必須掌握和精通的一項專業(yè)技能。本文以ENVI 5.X 為分類軟件平臺，從數(shù)據(jù)加載到用地分類掩膜的生成，按步驟介紹掩膜制作的整個過程。

1 軟件概況

ENVI（The Environment for Visualizing Images）是目前遙感領域應用最為廣泛的遙感影像處理軟件之一，是美國Exelis Visual Information Solutions公司的旗艦產(chǎn)品[2]。ENVI 軟件是由遙感領域的著名科學家，采用交互式數(shù)據(jù)語言IDL (Interactive Data Language)開發(fā)的一套功能強大，操作簡單的遙感圖像處理軟件。它能快速、便捷、準確地從影像中提取信息，ENVI 已經(jīng)廣泛應用于科研、環(huán)境保護領域、自然災害、石油、氣象、農(nóng)業(yè)、礦產(chǎn)勘探、醫(yī)學、林業(yè)、地球科學、公用基礎設施管理、水利、遙感工程、海洋、交通運輸、國土資源、測繪、勘察、城市規(guī)劃等領域。ENVI 遙感圖像處理平臺包含齊全的遙感影像處理功能，覆蓋了圖像數(shù)據(jù)的輸入、輸出、圖像定標、圖像增強處理、正射校正、圖像糾正、影像鑲嵌、目標信息提取、圖像分類、數(shù)據(jù)融合以及各種圖像變換、雷達數(shù)據(jù)處理、基于知識的決策樹分類與GIS集成、DEM（數(shù)字高程模型）及地形信息提取、三維模型顯示與分析。

2 用地分類掩膜制作的方法和步驟

2.1 遙感影像波段

波段是遙感影像的核心，貫穿于整個遙感數(shù)據(jù)處理的環(huán)節(jié)，波段也稱為電磁波。遙感是通過收集到的電磁波來判斷地物目標，由于其種類、特征和環(huán)境條件的不同，因此各類地物具有完全不同的電磁波反射或發(fā)射輻射特征。目前遙感技術中通常采用的電磁波位于可見光、紅外和微波波譜區(qū)間，按照頻率從高到低的排列依次為：γ 射線—X 射線—紫外線—可見光—紅外線—無線電波[3]，其中人眼對可見光有敏銳的感覺，是遙感技術應用中的重要波段。

2.2 感興趣區(qū)域波段加載

根據(jù)用地分類的要求，所加載圖像應通過輻射校正和正射校正，才能精確的顯示地物類別信息，達到影像目視解釋的效果，準確提取地物類別，為感興趣區(qū)域的確定做好準備。

以作者所在地的遙感TM 數(shù)據(jù)為例，打開ENVI 5.1，單擊主菜單中的File →Data Manager 打開或者單擊工具欄上的Data Manager 按鈕打Data Manager 對話框，加載L7-1999.tif文件，添加Band1.tif～Band7.tif 七個波段，按住Shift 鍵加載全部波段，根據(jù)項目要求添加相應波段，該研究區(qū)是提取用地分類，應選擇地物類型較突出的真彩色或者假彩色，在彈出的對話框中選擇321 波段，分別賦予紅、綠、藍色，則獲得自然彩色圖像，圖像的色彩與原地圖像的實際色彩一致，稱為真彩色合成，選擇好321 波段后點擊確定完成波段加載，如圖1所示：

圖1 真彩色波段

2.3 圖像拉伸

由于遙感影像中有噪聲，造成圖像模糊不清，不能精確的顯示地物類別信息，達不到影像目視解譯的目的，不能用作地物類型的提取，因此需要進行拉伸處理來提高色彩的可辨度。ENVI 5.1 中添加真彩色合成的321 波段，打開Custom Stretch 對話框，在對話框下方下拉菜單中選擇Linear（線性拉伸），在Linear（Percent Value）輸入拉伸值2，單擊Display →Custom Stretch，這樣就能得到一幅通過2%線性拉伸處理后的真彩色圖像[4]，為進一步地物類型分辨工作打下基礎，如圖2 所示：

圖2 線性拉伸

2.4 感興趣區(qū)域定義

從上圖2 可以很清楚的辨別出，居民點和植被，其中植被以深綠色顯示，居民點接近土色，同時居民點一般按聚集成群的形式或者零散形式出現(xiàn)，然后將具有代表性的區(qū)域選擇訓練樣本，也稱為感興趣區(qū)域。在選擇訓練樣本時盡可能選擇純真像元，以便地類之間的區(qū)分。

打開File 主菜單→New →彈出Region of Interest (ROL)Tool 對話框，在對話框中單擊New ROI圖標新建ROI，輸入ROI Name 和ROI Color 顏色，默認ROI 繪制類型為Polygon（多邊形），也可以繪制Rectangle（矩形）、Ellipse（橢圓）、Polyline（線）和Point（點）。在遙感影像上辨別居民點區(qū)域并單擊鼠標繪制樣本，雙擊鼠標左鍵完成繪制，或單擊鼠標右鍵彈出快捷鍵，選擇Complete Polygon 完成繪制樣本，同樣的方法繪制多個訓練樣本，一個ROI 文件中可包含n 個多邊形，繪制好的樣本可以保存為ROI 文件，作為以后分類的樣本直接添加，如圖3 所示：

圖3 研究區(qū)用地分類訓練樣本

2.5 掩膜

掩膜是一幅由1 和0 組成的二進制灰度圖像，掩膜的應用領域非常廣泛并受專業(yè)技術人員的青睞，如使用掩膜裁剪行政區(qū)界，或者用掩膜裁剪池塘水庫等，能夠在雜亂無章的信息中提取出重要信息。當掩膜用在ENVI 中處理時，1 值區(qū)域被處理，0值區(qū)域在計算機中被忽略，掩膜通常用在分類、統(tǒng)計、匹配濾波、波譜特征擬合等操作中[5]。

2.5.1 掩膜創(chuàng)建

首先在ENVI 5.1 中打開L7-1999.tif 文件，在ENVI 工具箱中選擇Raster Management→Masking→Build Mask，彈出Build Mask Input File 對話框，選擇L7-1999.tif,單擊OK 按鈕，彈出Mask Definition對話框中點擊Options→Import ROLs，在彈出Mask Definition Import ROLs 對話框中單擊Select AII Items 彈出圖4 對話框“林地”“居民點”，選擇“居民點”單擊OK 按鈕，單擊Choose 選擇輸出文件路徑和文件名單擊OK，掩膜創(chuàng)建成功，如圖5 所示：

圖4 掩膜創(chuàng)建

圖5 居民點掩膜計算結(jié)果

2.5.2 掩膜應用

在工具箱中選擇Raster Management→Masking→Apply Mask 在彈出Apply Mask Input File 對話框，選擇L7-1999.tif 文件,在Select Mask Band 中選擇已經(jīng)創(chuàng)建好的居民點掩膜波段，單擊OK，彈出Apply Mask Parameter 對話框，如圖6 所示，選擇輸出文件名和路徑，單擊OK，掩膜應用完成，在File→Data Manager 菜單中打開Data Manager 對話框，加載居民點掩膜文件的真彩色波段321，掩膜應用完成，如圖7 所示：

圖6 掩膜應用對話框

圖7 居民點掩膜應用結(jié)果

用創(chuàng)建居民點掩膜的方法分別創(chuàng)建林地和耕地掩膜文件，圖8 為林地掩膜創(chuàng)建，圖9 為林地掩膜應用。圖10 為耕地掩膜創(chuàng)建，圖11 為耕地創(chuàng)膜計算結(jié)果。

圖8 林地掩膜計算創(chuàng)建

圖9 林地掩膜應用結(jié)果

圖10 耕地掩膜計算創(chuàng)建

圖11 耕地掩膜計算結(jié)果

3 結(jié)論

在信息化日益發(fā)達的今天，用地分類的軟件供不應求，分類方法多種多樣，其中ENVI 軟件在遙感分類中有著很高的市場占有率，由于操作簡單，界面友好及與其他數(shù)據(jù)處理軟件兼容性強的特點，所以在眾多遙感軟件中脫穎而出。盡管ENVI 功能強大，但還是存在很多問題，在掩膜的創(chuàng)建和應用過程中發(fā)現(xiàn)了不少問題，諸如第一訓練樣本確定困難，第二地類的復雜性，第三在不同地類中存在相同的光譜特征和紋理特征，第四異物同譜和同物異譜現(xiàn)象，第五不同地物之間有著極高的相似性。

掌握掩膜制作的精準度，在監(jiān)督分類中是很重要的一個環(huán)節(jié)，對后期聚類分析和精度評價也是至關重要的，其中掩膜的選擇受專業(yè)人員綜合知識和基礎資料的限制，能否精確選擇不同地物類型是目前的一大難題，因此提高技術創(chuàng)新能力，充分利用現(xiàn)有的技術，從分類的核心技術著手，才能有所突破。