ENVI遥感影像变化检测.docx

实习序号及题目实习9.变化检测实习人姓名专业班级及编号11地信17任课教师姓名刘勇老师实习指导教师姓名实习地点榆中校区实验楼A109实习日期时间2013 年 12 月 26 日实习目的深入理解变化检测的基本原理，掌握影像直接比较法和分类后比较法变化检 测的基本方法和步骤实习内容ENVI变化检测功能及其软件操作步骤1. 森林开采监测✓ Compute Difference Map✓ Image Difference2. 林地病虫害遥感动态监测✓ SPEAR Change Detection3. 耕地变化监测✓ Change Detection StatisticsThematic Change基本原理1、 时序变化分析就是动态监测，利用前后两期影像数据迅速、准确地检测出地表生物 物理特征及人工地物的变化时序变化分析具有实践意义，可以对全球变化及其人类活动的 影响分析，植被与生态系统变化，农作物、草地、森林动态监测，城市化、荒漠化监测2、 遥感影像中地物变化的影响因素主要有误差因素、自然因素与人类活动，误差因素 主要来自于遥感传感器的类型差异、影像获取日期和时间差异、影像像元值的量化等级、量 纲单位差异、影像空间分辨率差异、影像几何配准精度差异、影响辐射误差校正精度；自 然因素主要有天气变化、季节变化、多年变化，人类活动主要有区域开发、荒漠化、城镇化。

3、 定性变化分析是通过二期或者多期影像的叠加显示，使影像中发生变化的部分突出 显示出来的方法主要有叠置显示、假彩色合成法、波段替换法（写功能内存插入法）：（1）叠置显示：使用特定的工具，如卷帘、闪烁等，检测前后两景影像中发生不连续 变化的部分这种方法的优点是不限所操作影像相似空间分辨率、辐射分辨率、波段选 择上的差异，可检测细微的影像变化，缺点是检测结果无法保留，且检测仅针对卷帘边 界附近，无法扩展到整个区域2) 假彩色合成法：根据假彩色合成原理，将前后两期影像数据中的相同波段的温暖 别赋予红、绿、蓝中的两个、三个波段，生成假彩色合成影像地表未发生的区域在合成后 的影像上呈现灰色，而发生变化的区域显示为彩色优点是完整显示发生变化的空间范围， 并加以保存，缺点是非定量，没有“从一到”变化类别信息3) 波段替换法：在RGB假彩色合成方法中，如果G和B分量使用前一个时相的两 个波段，后一个时相的一个波段组成R分量，那么在合成的RGB假彩色影像上就能够很容 易发现红色部分就是变化了的区域4、 定量变化分析：(1) 影像直接比较法：或称代数变化检测法，是指将两个时相的遥感影像相减或相除 以后进行定量变化分析的方法(2) 光谱特征变异法：进行两个不同时相的影像融合，如果同一地物在两期影像上的信 息表现不一致，那么融合后就会表现出光谱特征上的变异(3) 变化矢量分析方法5、 分类后变化监测是将经过配准的两个时相的遥感影像分别进行分类，然后比较分类 结果，从而得到变化检测信息，包括变化结果分布图和状态转移矩阵。

一般来说，影像变化检测精度的因素主要有误分类、空间分辨率/最小制图单位上的差 异，定位误差、数据处理过程中出现的误差6、 变化检测的三个大的步骤为数据与处理，变化信息检测、变化信息提取图像直接比较法是最为常见的方法，它是对经过配准的两个时相遥感影像中像元值直接 进行运算和变换处理，找出变化的区域目前常用的光谱数据直接比较法包括图像差值法、 图像比值法、植被指数比较法、主成分分析法、光谱特征变异法、假彩色合成法、波段替换 法、变化矢量分析法、波段交叉相关分析以及混合检测法等图像插值法就是将两个时相的遥感图像相减其原理是：图像中未发生变化的地类在两 个时相的遥感图像上一般具有相等或相近的灰度值，而当地类发生变化时，对应位置的灰度 值将有较大差别因此在差值图像上发生地类变化区域的灰度值会与背景值有较大差别，从 而使变化信息从背景影像中显现出来光谱特征变异法就是同一地物反映在一时相影像上的信息与其反映在另外时相影像上 的光谱信息是一一对应的当将不同时相的影像进行融合时，如同一地物在两者上的信息表 现不一致时，那么融合后的影像中此地物的光谱就表现得与正常地物的光谱有所差别，此时 称地物发生了光谱特征变异，我们就可以根据发生变异的光谱特征确定变化信息。

数据准备ENVI 4.8/5.0软件及其配套数据和邓书斌《ENVI遥感图像处理方法》配套 数据1- 森林开采监测文件夹july_OO_quac.img 2000 年的 TM5 图像 july_06_quac.img 2006 年的 TM5 图像2- 林冠变化监测文件夹aug_25_2007.img 2007 年的快鸟图像oct 07 2002.img 2002 年的快鸟图像3- 农业用地变化监测ag_08_quac.img 2008 年 Landsattm 图像ag_09_quac.img 2009 年 Landsattm 图像Greenfields 农田Stubble field 留茬地Fallow field/Bare soil 休耕地/裸土地丄Water水体Bare ground/rock 裸地 / 裸岩地操作方法及过程1. 森林开采监测打开实习数据0-森林开采监测下的实习数据✓ Compute Difference Map选择 basic tools/change detection/ Compute Difference Map，分另 U选择 原始的影像 july_06 与 july_00,在弹出的 Compute Difference Map input parameters 窗 口下，查看 define class thresholds, no change 表示没有变化， change (-1)表示减少，change (+1)表示增加；其他默认选项不变， 勾选normalize data range[0-1]，选择输出路径与文件名为com_diff。

NujTitier of Classes 11 De fine CIslee T tn-es holdsSave Au t n-C or s g：i z t e r e d Inpiit Im ages 7 Ho选择 classification/post classification/classification to vector,在输入图 层中选择上一步生成的结果，弹出窗口中选择全部，保存路径生成结果, 转化为矢量由于耗时过多，故可以不做）✓ Image Difference打开ENVI Zoom 4.8，将原始的影像导入到其中，在ENVI Zoom窗 口下的 toolbox 中选择 image change，弹出 image change detection 的对话 框，将 time 1classification image file 选择为 00 年影像，点击 OK，time2 classification image file中选择06年影像数据，点击OK，选择下一步， 保持默认设置，选择下一步，选择image difference，选择下一步，选择 difference of feature index，继续选择下一步，直到弹出 cleanup 窗口，将 smooth kernel size 改为 3， aggregate minimum size 改为 30，选择进行下一步，选择输出路径与文件名，点击finish，完成。

打开arc map，将上一步生成的结果导进来，右击图层选择 properties/symbology, categories 下选择 unique values，value field 下选择 class_name， add all values，将 big decrease 颜色改成大红 色，big increase改为亮绿色，other部分改为淡绿色，在arc map中 制图输出，对森林开采监测进行分析2. 林地病虫害遥感动态监测SPEAR Change Detection选择transform/NDVI打开，将2002、2007的两幅影像对第四波段 进行NDVI计算，在进行过NDVI计算的影像上选择tools/region of interest/band threshold ROI、、、，输入图层分别选择 NDVI2002、NDVI2007, 最小值选择0.3，最大值选择1,把0.3〜1之间的区域划分为植被选择 basic tools/subset data via ROIs，输入数据选择 2002 年影像， 选择2002年ROI,掩膜选择yes，选择输出路径与文件名选择 Spectral—SPEAR Tools—Change Detection，在 Input File 中分别输入两个时相的影像数据，然后选择第四波段。

在Selec tOut put Name中设置一个存储路径进入几何精纠正的阶段选择select tie poin ts automatically 自动选择接着点击自动寻找种子点，这里 会自动寻找四个种子点这些种子点不作为GCP参与匹配，设置配准点 数为125个，搜索窗口大小为111,单击next,出现控制点窗口即列表， 筛选控制点精度在一个像元内，最大允许均方差为1,单击next进入 Change Det ec tion Met hods对话框，在变化监测方式中选择前三项，点 击next,进行计算并输出结果在 Display 窗口中显示 Diff 波段，即 NDVI (Time # 2) — NDVI (Time # 1)在主窗口中选择 Enhance—In terac tive St re tching，打 开显示图像的直方图，把图形进行x轴的修改，y轴的修改，x轴最大值 是0, y轴最大值是35000把鼠标移动虚线滑到左边凸值点，从左下角 获取阈值：-0.512然后再主菜单中选择 Overlay—Densi ty Slice — Clear Ranges按钮，只剩下三种类型，点击edit range修改三种类型的 阈值，分别为-1.74~-0.512, -0.512~-0.02, -0.02~1，清除默认分割范 围，点击apply ,生成结果即可。

然后再Classifica tion —Post Classification,选择最大最小值分析，选择Kernel Size为：5*5,去 除小斑点Eat a FLiTLfre ResetMirt-1.764706 1.087302Define 1 IleREi ty SLi ce R：=iTLgeEEdit R：xTLge DniLet^ R=xTLge ClEar R：辽底es[Apply |Window J Image/Zoom / Scroll3. 耕地变化监测Change Detection StatisticsThematic Change首先加载两幅影像 ag_08_maxlike.img, ag_09_maxlike.img,观察 影像信息，我们发现，其中黄色的是休耕地，绿色的是有农作物覆盖的 农田农田，黄褐色的是留茬地，蓝色是水体，灰色是裸岩操作：Basic Tools—Change Detectio n—Change Detection Statistics，首先选择 08年数据，然后选择09年数据，因为两幅影像的分类名称一致，系统会 自动对应点击 ok在 change detection statistics output。