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目录
高级光谱分析
1. 概述
2. 详细操作步骤
1.概述
高光谱识别非常重要的一个步骤就是端元波谱的获取（端元波谱概念源自混合像元分解），也就是分类样本的选择。端元光谱的确定有两种方式：(1) 使用光谱仪在地面或实验室测量到的"参考端元"；(2) 在遥感图像上得到的"图像端元"。方法(1)一般从标准波谱库选择，方法(2)直接从图像上寻找端元可选择的方法有：从二维散点图中基于几何顶点的端元提取，借助纯净像元指数（Pixel Purity Index——PPI）和n维可视化工具用于端元波谱收集，基于连续最大角凸锥（Sequential Maximum Angle Convex Cone——简称SMACC）的端元自动提取。
本课程学习借助纯净像元指数（Pixel Purity Index——PPI）和n维可视化工具用于端元波谱收集，之后进行地物识别。
如下图为波谱识别一般流程，从图中可以可到，由于端元波谱获取方法不同，光谱识别操作流程有一定的区别。
图1.1波谱识别流程
2.详细操作步骤
下面以一个经过大气校正的航空高光谱数据为例，介绍基于PPI端元提取方法完成高光谱图像分类的过程。
数据：《基本光谱分析》章节中的高光谱数据：CupriteReflectance.dat
2.1高光谱图像物质识别
第一步：端元波谱获取
（1）启动ENVI，打开高光谱数据CupriteReflectance.dat；
（2）在Toolbox中，选择/Transform/MNF Rotation/Forward MNF Estimate Noise Statistics，选择高光谱数据，点击OK；
（3）选择输出路径及文件名，其他参数按照默认，点击OK。
图2.1 MNF变换结果输出面板
（4）在Toolbox中，选择/Spectral/Pixel Purity Index/Pixel Purity Index (PPI) [FAST] New Output Band，选择上一步MNF变换后的结果，单击Spectral Subset按钮，选择前11个波段；
（5）在PPI计算参数面板中，设置迭代次数（Number of Iterations）：默认为5000和阈值（Threshold Factor）：2.5。迭代次数越高，得到结果的精度越高，但是计算数据越慢，阈值越小，得到结果的精度越高，但是得到纯净数量越小。
（6）这里按照默认参数，选择输入路径及文件名，单击Next计算结果；
图2.2 PPI计算参数
（7）在PPI的结果上点击右键，选择New Region of Interest，在ROI Tools窗口选择Threshold，选择PPI结果，Min Value 设置为10，Max Value设置为2503，回车，点击OK，看到阈值范围的ROI显示在图层上；
图2.3 按照阈值建立ROI
（8）在Toolbox中，打开/Spectral/n-Dimensional Visualizer/n-Dimensional Visualizer New Data，选择MNF变换结果，点击OK；
（9）在n-D Selected Bands列表框中，选择前5个波段，单击Start按钮，构成的散点图在N维可视化窗口中旋转，通过Start和stop控制旋转到的位置，Speed控制角度，这里设置Speed为10，转动到一定程度时候，单击Stop按钮，在视图中用鼠标勾画"白点"集中区域。继续单击Start按钮查看选择选择点是否集中，如果点不集中，选择Class>Items 1:20>White，选择散落的点删除。
（10）在散点图中单击右键，选择New Class，新建一个样本区，重复第（8）步，选择足够多的样本区。
图2.4 N维可视化空间选择端元
（11）在散点图上，单击右键选择Mean All，选择高光谱数据CupriteReflectance.dat作为波谱曲线源数据，自动绘制样本内的像元平均波谱。
图2.5 绘制的端元波谱
（12）在Toolbox中，打开/Spectral/Spectral Analyst，选择标准矿物波谱库...\Program Files\Exelis\ENVI51\classic\spec_lib\usgs_min \usgs_min.sli作为对比波谱库，在识别方法权重上设置Binary Encoding权重设置为1，其他按照默认，点击OK；
图2.6 设置识别方法权重
（13）在Spectral Analyst面板上，选择Options>Edit(x,y) Scale Factors，设置X Data Multipliter为0.001，设置Y Data Multipliter为0.0001，点击OK；
图2.7 设置待识别波谱与标准波谱库的单位比例关系
（14）在Spectral Analyst面板上，单击Apply按钮，选择之前步骤中得到的第一个波谱进行分析，点击OK，记下分值最高对应的地物；
图2.8 波谱曲线分析结果
（15）在波谱曲线显示面板，将波谱分析得到的地物名在Name中输入；
（16）同样的方法，识别剩下的波谱，最后结果如下图所示：
图2.9端元波谱结果
第二步：波谱识别
（1）在Toolbox中，打开/Classification/Endmember Collection工具，在文件对话框中选择高光谱数据；
（2）在Endmember Collection面板中，选择Import >from Plot Windows。将显示的端元波谱选中，点击OK；
（3）在Endmember Collection面板中，选择Algrithm >Spectral Angle Mapper 波谱角识别方法；
（4）选择Select All将所有端元波谱全部选中，点击OK；
（5）单击Apply，运行波谱角法制图；
（6）在Spectral Angle Mapper面板上，设置波谱角阈值：0.05，选择结果输出路径和名称。
第三步：浏览结果及分类后处理
得到的结果就是ENVI的分类文件的格式，自动加载显示在图中。
2.2波谱沙漏工具
以上高光谱物质识别的步骤都集成在波谱沙漏工具，采用向导式的操作，下面介绍用该工具进行高光谱物质识别的流程。
（1）打开高光谱数据；
（2）打开/Spectral/Spectral Unmixing/Spectral Hourglass Wizard，波谱沙漏工具，显示了工具说明，点击Next；
（3）点击Select Input File，选择高光谱数据，点击Next；
（4）设置MNF变换参数，默认是全部波段输出，点击Next。
（5）查看MNF变换结果，点击Next；
（6）计算数据维数，点击Calculate Dimensionality，在Spatial Coherence Threshold面板中，设置Threshold Level 为0.8（即选择信息量达到80%的波段数量），回车，点击OK，数据维数自动修改为17（即前17个波段的信息量就达到了80%），点击Next；
（7）选择端元波谱方式，Drive Endmembers from Image？Yes 或者No。如果选择No，则需要从外部文件中获取端元波谱；如果选择Yes，则从图像上获取端元波谱。这里我们选择Yes，单击Next。
（8）计算纯净像元指数。需要设置三个参数
- 迭代次数（Number of PPI Iterations）
设定数据被映射到随机向量的次数。迭代次数越多，ENVI越能较好的发现极值像元。因此要平衡迭代次数与所用时间的关系。每次迭代所需的时间是由CPU和系统的配置决定的。通常为高光谱数据制图时，需要上千次的迭代。运行中的迭代次数显示在图像头文件的描述行中。
- PPI阈值（PPI Threshold Value）
以数据位数为单位键入一个阈值。例如：阈值为"2"，则只有DN值与极值像元的差值大于两位数的像元才被标为极值。该阈值在影射向量的末端选取像元。阈值应是数据噪声等级的2-3倍。例如，对于TM 数据，它的噪声通常小于1 DN ，因此阈值用2或3即可。当用包含标准化噪声的MNF数据时，1 DN 等于1标准差，因此阈值用2或3即可。较大的域值将使得PPI找到更多的极值像元，但是它们不可能是"纯"的端元。
- 最大使用内存（PPI Maximum Memory use）：默认是10M，可根据内容大小自行调整。
（9）迭代次数和PPI阈值都按照默认值，使用最大内存设置为1000M，单击Next；
（10）这一步是选择PPI的个数，以便在N维散点图中选择波谱端元。默认是10000个PPI纯净像元，点击Next；
（11）在N维可视化空间，自动选择了部分端元，可以手动修改或者重新收集部分端元波谱。直到在每个角度下，各类端元都是离散的；
图2.10 N维可视化空间选择端元
（12）在流程化工具面板中，点击Retrieve Endmembers，Endmember List下面就列出了选择的几类端元，点击Plot Endmembers，绘制出几类端元的波谱曲线，
图2.11 显示波谱曲线
（13）点击Start Spectral Analyst，选择自带的标准矿物波谱库...\Program Files\Exelis\ENVI51\classic\spec_lib\usgs_min \usgs_min.sli，在Spectral Analyst面板上，选择Options>Edit(x,y) Scale Factors，设置X Data Multipliter为0.001，设置Y Data Multipliter为0.0001，点击OK，在Spectral Analyst面板上，单击Apply按钮，依次选择每类端元进行波谱分析，在Endmenber List中选中该类，点击Edit Names，名称改为得分最高对应的地物；若是得分太低，可直接将该类端元删除，最后得到端元识别的结果；
图2.12 波谱识别
（14）点击Next，是否输入其他的端元波谱，默认为No，如果选择Yes，则会打开波谱收集工具，这里按照默认No，点击Next；
（15）提供了三种高光谱制图的方法：SAM光谱角法、MTMF以及Unmixing方法，这里选择SAM方法，最大光谱角度阈值设置为0.05，点击Next；
（16）查看分类的结果，（若是结果不理想，可以点击Prev，调节阈值或者选择其他分类方法），点击Next；点击Finish。完成光谱分析，最后打印出了流程化操作过程的记录，可以File >Save Text to ASCII，保存为文本文件，以供查看
图2.13流程化工具记录
图2.14 波谱沙漏工具高光谱物质识别结果
教程下载：http://pan.baidu.com/s/1bns5Xkb
数据下载：http://pan.baidu.com/s/1qWjsbnu
视频下载：http://pan.baidu.com/s/1c08IWBQ
