基于TM影像的水体信息提取实习报告

1、目录 实习目的 2 实习内容 2 一、操作环境 2. 二、常用的水提取方法 2. 1、非监督分类法 2. 2、监督分类法 2. 3、单波段阈值法 2. 4、谱间关系法 2. 5、归一化水体指数法 3. 三、具体操作步骤及效果比较 3. 1、非监督分类法 3. 2、监督分类法 4. 3、单波段阈值法 5. 3.1 步骤5. 3.2 单波段阈值法分析 6. 4、谱间关系法 7. 4.1 步骤7. 4.2 分析 7. 5、水体指数法 7. 5.1 步骤 7. 5.2 分析 9. 四、水体提取的综合应用 9. 1、水体及背景地物的光谱值分析 9. 2、水体提取方法综合运用 1.0 五、制图与输出 1.

2、2. 实习总结 1.2. 实习目的 1、熟悉 ENVI 软件的具体安装和操作； 2、理解并能掌握水体信息的提取方法、步骤及其结果评价方法； 3、掌握遥感专题图的制图输出； 4、通过实习，加深对所学遥感专业知识的理解与掌握，使理论知识融会贯 通，提高实践动手能力和综合解决实际问题的能力。 实习内容 、操作环境 软件： ENVI 4.7 影像：某地区的 TM 影像 、常用的水提取方法 1、非监督分类法 也称聚类分析，是一种 “盲目 ”的分类；仅凭遥感影像地物的光谱特 征的分布规律，即自然聚类的特性，进行分类； 2、监督分类法 根据已知训练区提供的水体样本，通过选择特征参数，求出特征参 数作为决策规

3、则，建立判别函数以对各待分类影像进行的图像分类； 3、单波段阈值法 单波段阈值法主要利用对水陆界线反映较好的 TM 影像的第 5 波段 (中红外波段) , 根据影像的灰度特征经过数据采样确定其阈值。进行 水体的提取。提取模型如式 1所示, 其中 TM5 表示第五波段的灰度值 , T 为水体提取的灰度阈值 : TM 5 TM4+TM5(2) 5、归一化水体指数法 水体指数法的基本原理是通过波段之间的比值运算增强某些地物 之间的反差。 考虑水体的波谱特征是在 TM2 具有较强的透射性 ,TM5 处于水的吸 收带内, 反映含水量敏感 , 因此采用 TM2波段与TM5波段数值之差和这 两个 波段 数值

4、之和的比值作为规 一化 水体指数 (NDWI) , 当满足 NDWIC 时所提取的地物为水体。归一化水体指数计算式如式 3 所示: NDWI = (TM2- TM5) / (TM2+TM5)(3) 三、具体操作步骤及效果比较 1、非监督分类法 Classification Unsupervised IsoData选择 实验影像弹出对话框 ISODATA Paramete(r 选择最多分 10 类，循环 10 次)生成非监督分类图像 (通 过类别的属性设置，使水体高亮显示 黑色为其他地物，白色为水体，绿色为河 岸、人造水塘等浅水体) 非监督分类图像 局部 2、监督分类法 1）建立模板： 原图像的

5、 Overlay 菜单 Region of Interest 弹出对 话框 ROI Tool，选择样本 2）评价分类模板：对话框ROI Tool Option Compute ROI Separability 弹出 Select Input File 对话框（选择原图影像） 弹出 ROI Separability Cacilation 对话框（选择要评价的 ROI ） 生成 ROI Separability Report。 注 : 大于 1.8 即为合格 3）进行监督分类 ClassificationSupervised Maxinum Likelihood 选择 实验影像生成监督分类图像 监

6、督分类图像 局部图像 3、单波段阈值法 3.1 步骤 1）确定阈值 原图像的 Overlay 菜单 Region of Interest 弹出对话 框 ROI Tool 选择样本 确定阈值 确定阈值为 21； 2）进行提取 Basic Tools Band Math （输入提取模型 b5 b4+b5 ） 生成谱 间关系法提取的图像。 谱间关系法图像 局部 4.2 分析 杨存建提出的水体具有 （TM2+TM3）（TM4+TM5） 的特征的方法易操作、 稳定性好。本文采用此方法经试验， 得到如图所示的谱间关系法水体提取效果图。 用 ENVI 对水体提取结果影像和原影像进行叠加判读，谱间关系法提取了

7、几乎 所有的水体区域，但是，此方法存在把阴影误提为水体的问题。 5、水体指数法 5.1 步骤 1）建立 NDWI 模型： Basic Tools Band Math （输入 （ b2-b4）/ b2+b4） 生成 NDWI 的图像。 NDWI 图像 局部 2）选择水体样本：确定水体的 NDWI 范围 NDWI 图像的 Overlay 菜单 Region of Interest 弹出对话框 ROI Tool 选择样本 确定范围 确定范围为： max=0.49 min=0.22 3）波段运算输出提取图像： Basic Tools Band Math（输入（ b10.22） 生成 NDWI 的图像

8、水体指数图像 某局部 1 某局部 2 某局部 3 5.2 分析 改进的归一化差异水体指数 （NDWI） 法提取漏提了部分水体（如局部 3）， 主要也是因为水体被污染 （如山洪爆发使水体混入了泥沙） 后和非水体在影像上 表现为差别不大， 由于确定的范围问题， ，部分水体（如局部 2）中间部分有 “椒 盐噪音”现象，可以通过分类后图像处理解决（如腐蚀、膨胀） 。 四、水体提取的综合 1、水体及背景地物的光谱值分析 我们对易混淆的地物进行了采样统计， 做出水体与易混淆地物的光谱特征曲 线图，分析了以上方法产生误提和漏提的原因， 并观察地物的光谱特征规律， 研 究如何综合各方法的优势，取得好的提取效果

9、。首先，在遥感影像上，就每种地 物选取一定的研究样本， 测定各波段的光谱亮度值， 并从中抽取一些典型而具有 代表性的样本。 统计后平均值数据列于表 1 中，并对同一地物同一波段的采样点 亮度值做均值统计，做出如图所示的地物光谱特征曲线图。 TM 2 TM 3 TM 4 TM 5 水体 72 60 17 29 河岸等浅水体 74 76 52 61 阴影 43 35 21 34 表1 地物光谱特征曲线图 水体 河岸及浅水体 阴影 从地物光谱特征曲线图中可以看出 由于在第五波段阴影和水体的亮度值较接近，单波段阈值法无法将水体单 独提取出来； 水 体 、 河 岸 及 浅 水 体 和 阴 影 在 第 2

10、、 3、 4 、 5 波 段 上 均 有 (TM2+TM3)(TM4+TM5) 的光谱特性，所以用光谱间关系法提取水体时误提了很 多东西出来； 河岸及浅水体 TM2 和 TM5 采样点的亮度值比较接近， 所以用改进归一化差 异水体指数法会提 取 出部分 河 岸及浅 水体 。 同时，阴影 的亮度 值也具有 TM2TM5 的特征，导致阴影被误提为水体。 2、水体提取的解决方案 分析了上述 3 种方法的提取效果，并结合地物的光谱特征曲线图，我们得出 的解决方法如下 (1) 如何解决阴影的误提： (TM2+TM3)(TM4+TM5) 特征对消除易混淆的阴 影的效果较好， 但对部分阴影， (TM2+TM

11、3)(TM4+TM5) 影像仅起到了增加水体 和阴影亮度差值的作用。用谱间关系法和改进的归一化差异水体指数 (NDWI) 法 都不易消除阴影的影响。因此，可以用 T0(TM2+TM3) -(TM4+TM5) T1 (T1 为 阈值)的方法来解决。 (2) 如何解决河岸及浅水体的误提：光谱特征曲线图第五波段水体和阴影的 亮度值差异不大， 而河岸及浅水体的亮度值与水体和阴影的亮度值差异很大。 因 此可采用 TM5T2 (T2 为阈值 )来消除河岸及浅水体的影响。 通过上述分析得到水体提取综合方法，对影像进行处理，流程如图所示，且 得出水体提取效果图，如提取效果图所示。 T0(TM2+TM3) -(TM4+TM5) T1 TM 5 T2 水体提