ENVI基礎篇—影象分割

一、目的與要求

1、目的

利用光譜特徵進行遙感影象的分割和分割後處理

1）利用影象直方圖進行影象分割，對分割結果進行數學形態學處理、區域標識和向量化的方法和流程

2）利用光譜剖面確定分割閾值的方法

3）利用色彩資訊建立分割準則的方法

2、要求

1）能夠根據影象的特徵，綜合使用不同的方法分割出地物物件

2）熟練掌握影象直方圖在影象分割中的應用

3）掌握彩色影象分割的基本方法

4）掌握利用波段運算進行影象分割的工作流程

5）熟悉數學形態學基本方法的應用

二、實驗內容

1）利用直方圖進行彩色影象的分割

2）提取彩色影象中指定顏色的物件

3）去除彩色圖片的背景噪聲

4）提取TM遙感影象中的水體資訊

5）提取線性地物資訊

6）影象形態學基本方法

7）區域標識和柵格向量化

三、實驗步驟

1、利用直方圖進行影象分割

1）開啟影象，並顯示影象的直方圖（如圖）

2）在直方圖視窗設定（R，G，B）拉伸的最小值分別為150，160，150，並分別應用，檢視拉伸後的影象（如圖）

3）使用表示式分割天空

b4*（1-（b1 gt 150）*（b2 gt 160）*（b3 gt 150））

顯示結果（如圖）

2、彩色影象的分割

1）提取影象中的蘭花

a。載入影象，檢視直方圖，觀察各通道上的灰度值差異（如圖）

b。確定表示式：

（b1 gt b2）*（b1 gt b3）

執行後的結果，其中，b1為藍通道，b2和b3為綠通道和紅通道（如圖）

2）去除背景噪音，增強影象中的字元資訊

a。開啟影象，灰階顯示，檢視（R，G，B）三個通道的噪聲和直方圖（如圖）

b。檢視噪聲的分佈範圍，構造表示式提取字元：

255 * （1-（（b3 lt 200） and （b2 lt 100） and （b1 lt 100）））

顯示結果（如圖）

3、提取TM影象中的水體資訊

1）檢視影象的直方圖

使用（4，3，2）進行RGB合成顯示，以Scroll視窗為資料來源，檢視三個通道的直方圖（如圖）

2）檢視光譜剖面資訊

點選影象視窗選單Tolls → Profiles → Z Profile，在Image視窗中移動矩形框，檢視光譜剖面曲線的變化（如圖）

3）檢視指定路線上的光譜變化

a。點選影象視窗選單Tools → Profiles → Artitrary Profile（Transect）。。。

指定資料來源：Image，在Image視窗的影象中，點選滑鼠左鍵，拖拽一條直線過長江，點選滑鼠左鍵，點選右鍵兩次（如圖）

b。設定資料的顯示引數：設定空間剖面繪圖視窗引數，使用RGB對應的顏色，線型分別為線、虛線、點，Thick為2，空間剖面視窗：Edit → Data Parameters，設定引數，顯示（如圖）

4）檢視不同畫素位置光譜值的變化

在空間剖面視窗移動滑鼠，觀察Image視窗和Zoom視窗中的游標位置的變化，觀察光譜剖面中對應位置的光譜變化（如圖）

a。顯示影象和直方圖，灰階顯示5波段影象，檢視視窗的直方圖（如圖）

b。確定直方圖分級點的畫素值，在直方圖視窗移動滑鼠，檢視顯示的DN值，確定谷底的灰度級（如圖）

c。設定拉伸的範圍，保持最小值0不變，改變最大值為25，應用拉伸（如圖）

5）檢視（5，3，2）合成影象中水體與非水體光譜的差異（如圖）

6）比較不同地物的畫素差異

在Spatial Profile Tool視窗中，點選off，關閉空間剖面，進行如下操作：點選Tools → Spectral Pixel Editor

7）提取當前位置的畫素值

在Image 視窗，移動游標位置到長江，然後在Spectral Pixel Editor 視窗中點選Edit → Extract 8 pixel average，順序移動游標到玄武湖、秦淮河、紫金山上的林地，城區中的建築提取位置周圍8個畫素值的均值，共5條曲線（如圖）

8）提取水體

進行影象的波段運算：b2-b5，其中b2，b5分別對應影象的波段2和波段5，顯示運算的結果並檢視運算結果的直方圖（如圖）

9）密度分割

將運算產生的影象按照如下的閾值分為4級：

0-10，red

11-25，green

26-40，blue

41-255，black

檢視結果影象（如圖）

10）增強顯示

進行假彩色合成（5，5，b5-b2）並顯示，對比其他假彩色合成結果，確定能夠突出水體資訊抑制非水體資訊的影象合成方法（如圖）

4、提取線性地物資訊

利用拉普拉斯運算元從高解析度影象IKONOS中提取線性地物資訊

1）顯示影象，檢視影象的直方圖（如圖）

2）使用拉普拉斯進行銳化，並對比銳化後的結果，其中低通濾波使用高斯低通濾波方法，拉普拉斯銳化的是高斯低通後的資料，銳化結果=原始資料+拉普拉斯資料（如圖）

3）利用流程的結果影象，從直方圖中選擇250作為閾值，構造表示式： b1 ge 250進行影象分割（如圖）

5、影象數學形態學處理

1）二值影象的形態學處理

a。 點選主選單濾波→卷積和形態學方法，在出現的視窗中，視窗子選單Morphology

b。 操作：腐蝕→膨脹→開運算→閉運算，使用3*3視窗，進行1輪操作，資料為二值資料，然後點選Quick Apply 進行影象處理（如圖）

2）灰度值資料的形態學處理

a。 開啟影象，顯示（如圖）

b。 對該影象使用快速應用方式進行形態學處理：輪次，1；資料：灰階（如圖）

3）彩色影象的形態處理

a。開啟影象，按照（R，G，B）彩色顯示影象（如圖）

b。進行影象形態學處理：腐蝕，設定視窗，彩色顯示（如圖）

注：

對比腐蝕前後影象差異，特別注意貓的眼睛

c。對影象進行膨脹（如圖）

4）基於密度分割結果的形態學處理

a。對AA影象的5波段進行密度分割，使用預設引數，並檢視分割結果（如圖）

b。進行波段運算：（b5 lt 28）*（b5 gt 2）（如圖）

c。對結果進行3*3視窗的二值影象的開運算和閉運算（如圖）

6、區域標識

1）開啟影象，使用如下表達式：b5/b2 eq 0的到水體影象（如圖）

2）對提取的水體影象進行數學形態學的腐蝕處理，顯示（如圖）

3）對上述數學形態學處理後的影象進行密度分割（如圖）

注意：ENVI中的上述功能實際上是對分割/分類後的區域進行區域標識，使得每個面具有唯一的ID

7、柵格向量化

1）柵格向量化

點選主選單：Vector→Raster to Vector，選擇AA影象提取的水體形態學處理的結果作為輸入，對DN=1的結果進行向量化，儲存，系統產生向量檔案，彈出的對話方塊（如圖）

2）向量層另存為Shape檔案

點選主選單File→Expor layer to shapefile。。。，結果儲存（如圖）

四、實驗總結

1、形態學影象處理中腐蝕和膨脹的定義：

形態學影象處理是在影象中移動一個結構元素，然後將結構元素與下面的二值影象進行交、並等集合運算；先腐蝕後膨脹的過程稱為開運算。它具有消除細小物體，在纖細處分離物體和平滑較大物體邊界的作用，先膨脹後腐蝕的過程稱為閉運算，它具有填充物體內細小空洞，連線鄰近物體和平滑邊界的作用；

2、直方圖的特點：

1）直方圖圖反映了影象中的灰度分佈規律，它描述每個灰度級具有的畫素個數，但不包括這些畫素在影象中的位置資訊、在遙感數字影象處理中可用透過修改影象的直方圖改變影象的反差；

2）任何一幅特定的影象都有唯一的直方圖與之對應，但不同的影象可以有相同的直方圖；

3）如果一幅影象僅包括兩個不相連的區域，並且每個區域的直方圖已知，則整幅影象的直方圖都是這兩個區域的直方圖之和；

4）由於遙感影象資料的隨機性，在影象畫素數足夠多且地物型別差異不是非常懸殊的情況下，遙感影象資料與自然界的其他現象一樣服從或接近於正態分佈