ENVI圖像預處理及圖像解譯應用研究

摘 要：衛星遙感影像數據具有現勢性好、時空分辨率高等優點，能及時、準確、快速地反映土地利用變化情況。該文以ENVI在某項目中的應用為研究對象，詳細介紹了基于ENVI的QuickBird高分影像預處理及圖像解譯過程，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：高分辨率遙感 ENVI 圖像預處理 解譯

中圖分類號：P2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-02

著信息技術的快速發展，衛星遙感技術得到了突破性進展，隨著商用衛星IKONOS，QuickBird相繼發射成功，衛星遙感突破了米級空間分辨率的局限，極大地促進了各應用行業的科技進步和管理水平。

遙感在國土資源調查評價、土地利用動態監測、土地更新調查以及大中比例尺地形圖測繪等方面已取得顯著成績。該文主要介紹高分辨率遙感數據的預處理及圖像解譯。

1 衛星遙感技術的應用優勢

早期的土地整理使用的基礎圖件為數年前的土地利用現狀圖，已經變化的土地利用情況則采用實地調查的方式進行部分變更，以變更后的土地利用現狀圖為底圖進行土地整理規劃和設計。由于土地利用現狀圖存在精度不足及時效性的限制，同時受客觀條件及主觀因素影響，規劃和設計的精度較低。目前的土地整理項目對項目區地形圖的精度和現勢性要求都較高，單靠野外數字化采集數據方法可靠、精度也較高，但外業工作量大，且在地貌起伏大、植被覆蓋好的地段施測困難。應用衛星遙感技術可以充分發揮遙感技術的優越性，能夠快速及時獲取土地整理區域的多時相數據，最大程度地保證監測的及時性及現勢性，有效降低人為因素干擾，客觀反映實際情況，減少地形、地貌、海拔、氣候等自然因素的影響，最大程度地節省人力、物力和財力。隨著高分辨率遙感影像的普遍應用以及遙感數字影像分類技術的發展，在專業的地理信息系統軟件平臺下，通過人機交互解譯，根據影像中各地類、地物的色調、形狀、陰影、紋理、位置和大小等特征，可直接勾繪出土地整理區域內各地類地物邊界，同時賦予所勾繪的地物各種屬性，以便進行下一步的數據統計與匯總工作，使工作效率大大提高，這一技術方法具有周期短、精度高、可操作性強、信息提取和更新速度快等特點。

2 研究方法

2.1 總體思路

2.1.1 數據源的選擇

首先要根據實際需要購買遙感影像數據源。影像分辨率是決定影像精度的一個重要指標，影像精度要滿足相應比例尺地圖對于影像識別能力和成圖精度要求，同時又要考慮成本。冗余的分辨率會增加衛星影像購買成本和加重數據處理的負擔；而若分辨率達不到一定要求，就無法判讀細小的地物、降低衛星影像圖視覺上形象、逼真的效果，滿足不了成圖精度。因此我們在選擇數據源時，并不是分辨率越高就越好，而是要針對現實情況，綜合考慮成本、數據的可得性、成圖比例尺等因素。QuickBird遙感影像，重訪周期1～6 d，現勢性好，地面分辨率高（全色波段為0.61 m，多光譜為2.44 m），空間紋理清晰息。其多光譜波段光譜信息豐富，進行屏幕矢量化時，成圖比例尺可達1∶10000或1∶5000；全色波段分辨率高達0.61 m，但因影像上地物顏色比較一致，無法準確分辨地面復雜地物。因此，有必要進行二者之間的數據融合，在保留QuickBird多光譜影像豐富的光譜信息的前提下提高其分辨率，增強圖像的視覺效果，提高地物判讀準確性，一般來說，融合后的數據可以滿足精度1∶2000比例尺圖件成圖的需要。圖1是部分融合后的QuickBird影像圖。

其次，遙感影像分辨率的選擇除了考慮不同比尺成圖對影像分辨率的要求，還要考慮現有可獲的遙感影像產品規格，在好幾種遙感數據都能滿足成圖比例尺的情況下，要考慮的是數據源的穩定性、性價比以及選擇這種衛星的何種等級的數據產品。

再次，遙感影像的拍攝時間、拍攝時的天氣狀況也是選擇數據源時要考慮的。在土地整理工作中制作項目區地形圖，為保證現勢性，我們要盡量使用最新日期拍攝的數據為保證地面地物不被遮蓋，要盡量選擇無云或云量盡可能少的數據源。

2.1.2 遙感數據處理

這里所說的遙感數據處理是指供應商提供的影像到提供給作業員進行影像解譯之間的一系列處理，影像處理的質量也直接影響更新精度。影像提供給用戶之前一般都會根據用戶的要求進行各種不同級別的處理。作為地形圖測繪，首先是 要將影像處理成正射影像，這時就需要供應商提供IA級的處理（經過輻射校正、CCD探測器陣列均衡化處理），其它校正由用戶

完成。

該文選擇ENV圖像處理軟件對衛星數據光譜特性的分析和圖像增強處理。

值得說明的是，在對遙感影像進行正射校正時，包括控制點選擇、糾正模型選取、幾何糾正精度檢查等。糾正計算的方法主要有物理模型、多項式和逐微分糾正幾種方式。多項式的校正精度與地面控制點（即GCP）的精度、分布和數量及校正影像的范圍有關，對于二次多項式來說，適當地增加GCP的數量可提高幾何精校正精度。GCP的均勻分布以及GCP的位置精度高，均可提高幾何校正精度。若GCP太少或其自身的定位誤差大，或分布不均勻，都會給整個圖像校正帶來較大影響。在實際工作中，也可以采用RTK技術野外采集控制點的方法來對遙感影像進行校正。

2.2 實現過程

2.2.1 室內解譯

該文選擇在ENVI軟件環境中進行解譯和矢量圖繪制，解譯標志是遙感圖象上能直接反映和判別地物信息的影像特征，它是室內解譯的依據。主要從目標地物的大小、形狀、陰影、色調、紋理、圖型和位置與周圍的關系等推斷出目標地物的屬性等相關信息。外業調查是內業解譯的基礎。通過實地調查，了解研究區的自然、社會、經濟狀況和水土流失特點、水土保持治理措施等情況，并建立實際地類與影像的對應關系，即影像解譯標志。對于QuickBird這樣的高分辨率影像的解譯標志比較好判斷，從圖像上基本可以辨別出地物類別。我們在土地整理工作的實際操作也只需要將居民點、道路、溝渠、林地、園地、旱地等地類特征直接沿影像特征的邊緣準確勾劃出地類界線，進行圖斑勾繪。如圖2所示。

在進行室內解譯時主要遵循以下原則：

（1）多尺度宏觀原則：在詳細解譯之前，首先對影像總體輪廓和研究區生態概況進行研究，以獲取整個研究區宏觀生態分布類型。

（2）先易后難，循序漸進原則：整個遙感圖像目視解譯工作往往比較復雜，反復枯燥，工作量較大，需要有足夠的耐心，可遵循先易后難，循序漸進的原則。

2.2.2 外業調繪

室內解譯過程結束后，要將解譯結果帶到野外進行實地驗證，驗證的主要內容是檢查解譯圖各圖斑的劃分與實際情況的一致性和范圍界限的準確性，對解譯有誤的地方重新進行解譯與修改；利用GPS先布設好圖根控制點，實測控制點坐標，采集圖斑實地邊界和新增線狀地物的坐標數據及相關幾何數據，并實地調查該變化圖斑的位置、土地利用狀況等屬性，將其填寫外業記錄表上.并繪制外業調繪圖。

2.2.3 地形圖的制作

將野外采集的各種數據上傳至電腦中，在GIS平臺下利用數字成圖系統，對變化圖斑和新增圖斑以及新增線狀地物進行矢量勾繪，并建立完整的拓撲關系，利用軟件相關功能計算出圖斑變化面積，再根據外業調查、量測情況，經過添加高程信息，進而編繪生成地形圖。主要技術流程見圖3。

3 應用中要注意的問題

在利用高分辨率遙感影像數據進行土地整理的地形圖制作時，有以下兩點問題需要注意：

1）目前土地利用數據信息或圖斑變化主要依靠目視解譯方法來判讀，造成了它易受人為因素影響的局限性，例如：一條干涸的小河流就有可能在衛星遙感圖上被誤判為一條沙石路；公路兩側的干溝渠被誤判為道路等，這就要求作業人員具有豐富的專業知識和作業經驗。

2）室內解譯完成之后一定要進行外業調繪，尤其是一些新增的線狀地物或零星地物，決不能主觀臆斷，一些在圖上難以判斷的圖斑必須到實地去調查是否變化及測量變化前后的面積，其位置無法在圖上直接標出時必須進行實地的野外測量。

4 結語

隨著遙感技術的發展，遙感技術將成為土地調查的重要手段，高分辨率遙感影像數據具有現勢性好、空間、時間分辨率高等優點，能及時、準確、快速地反映土地利用變化情況，將成為獲取土地利用變化的重要信息源。與傳統的土地調查方法比較，利用高分辨率遙感影像調查具有快速、省時、省力等特點，能基本滿足現代土地利用調查的

需要。

參考文獻

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