基于ENVI 5.X 用地分类的掩膜制作方法及步骤

程 燕

（兰州交通大学博文学院 工程管理系，甘肃 兰州 730101）

近年来，随着计算机硬件软件技术的快速发展，遥感软件市场涌现出众多遥感图像处理的新兴软件，这就提高了遥感分类的要求，遥感影像的分类是统计模式识别技术在遥感领域中的具体应用。关键是提取待识别模式的一组统计特征值，然后按照一定准则作出决策，从而对数字图像予以识别[1]，从众多信息中提取出感兴趣的信息。如何快速有效的提取所需信息，是每个作业单位和技术人员必须掌握和精通的一项专业技能。本文以ENVI 5.X 为分类软件平台，从数据加载到用地分类掩膜的生成，按步骤介绍掩膜制作的整个过程。

1 软件概况

ENVI（The Environment for Visualizing Images）是目前遥感领域应用最为广泛的遥感影像处理软件之一，是美国Exelis Visual Information Solutions公司的旗舰产品[2]。ENVI 软件是由遥感领域的著名科学家，采用交互式数据语言IDL (Interactive Data Language)开发的一套功能强大，操作简单的遥感图像处理软件。它能快速、便捷、准确地从影像中提取信息，ENVI 已经广泛应用于科研、环境保护领域、自然灾害、石油、气象、农业、矿产勘探、医学、林业、地球科学、公用基础设施管理、水利、遥感工程、海洋、交通运输、国土资源、测绘、勘察、城市规划等领域。ENVI 遥感图像处理平台包含齐全的遥感影像处理功能，覆盖了图像数据的输入、输出、图像定标、图像增强处理、正射校正、图像纠正、影像镶嵌、目标信息提取、图像分类、数据融合以及各种图像变换、雷达数据处理、基于知识的决策树分类与GIS集成、DEM（数字高程模型）及地形信息提取、三维模型显示与分析。

2 用地分类掩膜制作的方法和步骤

2.1 遥感影像波段

波段是遥感影像的核心，贯穿于整个遥感数据处理的环节，波段也称为电磁波。遥感是通过收集到的电磁波来判断地物目标，由于其种类、特征和环境条件的不同，因此各类地物具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征。目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间，按照频率从高到低的排列依次为：γ 射线—X 射线—紫外线—可见光—红外线—无线电波[3]，其中人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。

2.2 感兴趣区域波段加载

根据用地分类的要求，所加载图像应通过辐射校正和正射校正，才能精确的显示地物类别信息，达到影像目视解释的效果，准确提取地物类别，为感兴趣区域的确定做好准备。

以作者所在地的遥感TM 数据为例，打开ENVI 5.1，单击主菜单中的File →Data Manager 打开或者单击工具栏上的Data Manager 按钮打Data Manager 对话框，加载L7-1999.tif文件，添加Band1.tif～Band7.tif 七个波段，按住Shift 键加载全部波段，根据项目要求添加相应波段，该研究区是提取用地分类，应选择地物类型较突出的真彩色或者假彩色，在弹出的对话框中选择321 波段，分别赋予红、绿、蓝色，则获得自然彩色图像，图像的色彩与原地图像的实际色彩一致，称为真彩色合成，选择好321 波段后点击确定完成波段加载，如图1所示：

图1 真彩色波段

2.3 图像拉伸

由于遥感影像中有噪声，造成图像模糊不清，不能精确的显示地物类别信息，达不到影像目视解译的目的，不能用作地物类型的提取，因此需要进行拉伸处理来提高色彩的可辨度。ENVI 5.1 中添加真彩色合成的321 波段，打开Custom Stretch 对话框，在对话框下方下拉菜单中选择Linear（线性拉伸），在Linear（Percent Value）输入拉伸值2，单击Display →Custom Stretch，这样就能得到一幅通过2%线性拉伸处理后的真彩色图像[4]，为进一步地物类型分辨工作打下基础，如图2 所示：

图2 线性拉伸

2.4 感兴趣区域定义

从上图2 可以很清楚的辨别出，居民点和植被，其中植被以深绿色显示，居民点接近土色，同时居民点一般按聚集成群的形式或者零散形式出现，然后将具有代表性的区域选择训练样本，也称为感兴趣区域。在选择训练样本时尽可能选择纯真像元，以便地类之间的区分。

打开File 主菜单→New →弹出Region of Interest (ROL)Tool 对话框，在对话框中单击New ROI图标新建ROI，输入ROI Name 和ROI Color 颜色，默认ROI 绘制类型为Polygon（多边形），也可以绘制Rectangle（矩形）、Ellipse（椭圆）、Polyline（线）和Point（点）。在遥感影像上辨别居民点区域并单击鼠标绘制样本，双击鼠标左键完成绘制，或单击鼠标右键弹出快捷键，选择Complete Polygon 完成绘制样本，同样的方法绘制多个训练样本，一个ROI 文件中可包含n 个多边形，绘制好的样本可以保存为ROI 文件，作为以后分类的样本直接添加，如图3 所示：

图3 研究区用地分类训练样本

2.5 掩膜

掩膜是一幅由1 和0 组成的二进制灰度图像，掩膜的应用领域非常广泛并受专业技术人员的青睐，如使用掩膜裁剪行政区界，或者用掩膜裁剪池塘水库等，能够在杂乱无章的信息中提取出重要信息。当掩膜用在ENVI 中处理时，1 值区域被处理，0值区域在计算机中被忽略，掩膜通常用在分类、统计、匹配滤波、波谱特征拟合等操作中[5]。

2.5.1 掩膜创建

首先在ENVI 5.1 中打开L7-1999.tif 文件，在ENVI 工具箱中选择Raster Management→Masking→Build Mask，弹出Build Mask Input File 对话框，选择L7-1999.tif,单击OK 按钮，弹出Mask Definition对话框中点击Options→Import ROLs，在弹出Mask Definition Import ROLs 对话框中单击Select AII Items 弹出图4 对话框“林地”“居民点”，选择“居民点”单击OK 按钮，单击Choose 选择输出文件路径和文件名单击OK，掩膜创建成功，如图5 所示：

图4 掩膜创建

图5 居民点掩膜计算结果

2.5.2 掩膜应用

在工具箱中选择Raster Management→Masking→Apply Mask 在弹出Apply Mask Input File 对话框，选择L7-1999.tif 文件,在Select Mask Band 中选择已经创建好的居民点掩膜波段，单击OK，弹出Apply Mask Parameter 对话框，如图6 所示，选择输出文件名和路径，单击OK，掩膜应用完成，在File→Data Manager 菜单中打开Data Manager 对话框，加载居民点掩膜文件的真彩色波段321，掩膜应用完成，如图7 所示：

图6 掩膜应用对话框

图7 居民点掩膜应用结果

用创建居民点掩膜的方法分别创建林地和耕地掩膜文件，图8 为林地掩膜创建，图9 为林地掩膜应用。图10 为耕地掩膜创建，图11 为耕地创膜计算结果。

图8 林地掩膜计算创建

图9 林地掩膜应用结果

图10 耕地掩膜计算创建

图11 耕地掩膜计算结果

3 结论

在信息化日益发达的今天，用地分类的软件供不应求，分类方法多种多样，其中ENVI 软件在遥感分类中有着很高的市场占有率，由于操作简单，界面友好及与其他数据处理软件兼容性强的特点，所以在众多遥感软件中脱颖而出。尽管ENVI 功能强大，但还是存在很多问题，在掩膜的创建和应用过程中发现了不少问题，诸如第一训练样本确定困难，第二地类的复杂性，第三在不同地类中存在相同的光谱特征和纹理特征，第四异物同谱和同物异谱现象，第五不同地物之间有着极高的相似性。

掌握掩膜制作的精准度，在监督分类中是很重要的一个环节，对后期聚类分析和精度评价也是至关重要的，其中掩膜的选择受专业人员综合知识和基础资料的限制，能否精确选择不同地物类型是目前的一大难题，因此提高技术创新能力，充分利用现有的技术，从分类的核心技术着手，才能有所突破。