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从图像光谱中收集分类训练数据

来源：https://vis-webcontent.s3.amazonaws.com/quickguides/Classification/Collect+Training+Data/index.html#/

课程内容

第 1 课，共 1 课

从图像光谱中收集分类训练数据

在本快速指南中，您将：

  • • 设置缩放插值偏好。
  • • 打开并显示 Sentinel-2 波段叠加图像。
  • • 使用预定义的土地覆盖类别创建感兴趣区 (ROI) 文件。
  • • 打开并显示高分辨率参考图像以帮助辨别土地覆盖类型。
  • • 在代表每种土地覆盖类型的图像像元上绘制 ROI。

示例数据

下载下方的示例数据。然后将 .zip 文件的内容解压到本地目录。

[Sentinel2_LandCoverClassification.zip

1.7 GB

下载下方带横线的箭头](assets/Sentinel2_LandCoverClassification.zip)

背景

监督分类的一个关键组成部分是使用训练数据，它们是您感兴趣地物的样本。这些样本具有已知的类别身份，因为它们是经过高度确定其对应于特定地物后才从图像中选取的。分类算法利用训练数据的光谱属性，将未知身份的像元分类到您定义的类别之一。

在 ENVI 中，您可以在已知属于每个类别的多光谱图像像元上绘制 ROI。例如，您可以有一个包含植被像元样本的“植被” ROI。有关 ROI 的更多信息，请参阅绘制感兴趣区快速指南。

设置缩放插值方法偏好

为了在放大以收集训练数据时能看到单个像元，您需要将默认的缩放插值方法更改为最近邻。当前设置为优化双三次插值，放大时会产生模糊效果。

  1. 1 从菜单栏选择 文件 > 首选项。出现首选项对话框。
  2. 2 在左侧选择 显示常规 项。
  3. 3 点击 缩放插值方法 字段，然后点击出现的小下拉箭头。
  4. 4 选择 最近邻。

  1. 5 点击 确定 以关闭首选项对话框。
  2. 6 关闭 ENVI。
  3. 7 重新启动 ENVI 以使首选项生效。

打开并显示 Sentinel-2 多光谱图像

  1. 1 从菜单栏选择 文件 > 打开。出现打开对话框。
  2. 2 转到您保存示例数据的目录，选择文件 Sentinel2_LayerStack_Montana.dat。
  3. 3 点击 打开。该图像被添加到图层管理器并显示在图像窗口中。
  4. 4 点击工具栏中的 缩放到全图范围 按钮。

这是一个波段叠加图像，意味着 10 米和 20 米的多光谱波段被组合在一个图像中，而不是在单独的波段组中。更多信息请参阅构建波段和图层叠加快速指南。

  1. 4 可选：使用工具栏中的 亮度 滑块增加图像亮度。
  2. 5 从菜单栏选择 文件 > 数据管理器。数据管理器列出了波段叠加图像的所有 10 个波段。它们覆盖了电磁波谱的可见光到短波红外 (SWIR) 范围。通过使用编辑 ENVI 头文件工具编辑图像元数据，已为它们指定了自定义名称——例如“B4: 红波段 (10米)”。更多信息请参阅查看和编辑元数据快速指南。
  3. 6 关闭数据管理器。

接下来，您将创建一个包含每个输出类别训练样本的 ROI 文件。

定义输出类别

监督分类要求您在开始前定义输出类别。对于本次练习，您将使用美国地质调查局的 LCMAP Level-1 方案（在新标签页中打开）对不同的土地覆盖类型进行分类。土地覆盖类型包括：建成区、农田、草地/灌木、树木覆盖、水体、湿地、冰雪和裸地。

Level 1 LCMAP 土地覆盖类别。来源：美国地质调查局，公共领域。

  1. 1 在图层管理器中，右键单击 Sentinel2_LayerStack_Montana.dat，然后选择 新建感兴趣区。出现感兴趣区 (ROI) 工具对话框。ENVI 创建一个名为 "ROI #1" 的空的红色类别。

  1. 2 在ROI 工具中，将光标置于 ROI 名称 字段中的 "ROI #1" 末尾，然后多次点击 退格 键以删除文本。
  2. 3 在 ROI 名称 字段中，键入 建成区 并按 回车 键。名称在图层管理器和ROI 工具中更改为"建成区"。您将为此 ROI 保留红色。
  3. 4 在ROI 工具中，点击 新建 ROI 按钮。将创建一个新的绿色 "ROI #1"。

  1. 5 将 ROI 名称 更改为 农田 并按 回车 键。
  2. 6 点击 ROI 名称 旁边的颜色下拉箭头。出现一个颜色弹出窗口。
  3. 7 选择深橙色；例如：

  1. 8 重复步骤 4 到 7 以定义剩余的类别：
类别名称 颜色
草地/灌木 浅绿色
树木覆盖 深绿色
水体 蓝色
湿地 浅蓝色
冰雪 白色
裸地 灰色

完成后，图层管理器中的 ROI 列表如下：

以下是这些步骤的无声视频片段：

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  1. 9 从ROI 工具菜单栏中，选择 文件 > 另存为。出现将 ROI 另存为 .XML对话框。
  2. 10 点击 全选项目 按钮。
  3. 11 输入输出文件名 TrainingDataROIs.xml。

  1. 12 点击 确定 将 ROI 文件保存到磁盘。稍后，在您为每个 ROI 收集完训练数据后，将再次保存它。

打开并显示参考图像

稍后，您将从 Sentinel-2 图像中收集每种土地覆盖类型的样本，并将它们存储在其各自的 ROI 中。用于创建真彩色合成的红、绿、蓝波段空间分辨率为 10 米。当您放大以收集训练样本时，可能会发现很难准确识别不同的土地覆盖类型。

为了提供指导，我们包含了一张与 Sentinel-2 图像区域相同的国家农业影像计划 (NAIP) 正射影像镶嵌图。该正射影像的分辨率（60 厘米）比 Sentinel-2 图像高得多，并且它是在 Sentinel-2 图像采集前一天获取的。当您从 Sentinel-2 图像中收集训练样本时，可以使用该正射影像作为视觉参考。

  1. 1 从 ENVI 菜单栏，选择 文件 > 打开。
  2. 2 选择文件 NAIP_Mosaic_Montana.dat 并点击 打开。该图像被添加到图层管理器顶部并显示在图像窗口中。
  3. 3 放大图像，然后在图层管理器中取消勾选并再次勾选 NAIP_Mosaic_Montana.dat，以将其与 Sentinel-2 图像进行比较。您可以在 NAIP 图像中看到更多细节；例如：

  1. 4 在图层管理器中，右键单击 Sentinel2_LayerStack_Montana.dat 并选择 顺序 > 置于顶层。Sentinel-2 图像被移动到图层列表的顶部。

收集训练数据

从图像中收集训练样本时，在识别代表您感兴趣地物的像元时应具有高度的选择性和准确性。ROI 记录不应包含来自多个地物的像元。

  1. 1 从"裸地"类别开始。在图层管理器中，双击 裸地 ROI。ROI 工具聚焦于此 ROI，并且光标变为十字准线符号。
    有多种绘制 ROI 的选项，但对于本次练习，您将主要使用多边形、矩形、线和点等形状。ROI 工具默认处于多边形模式。
  2. 2 寻找一个主要为裸露土壤或岩石、没有植被的区域。

提示：参考上方的 LCMAP 表格，以获取在每个土地覆盖类型中应寻找什么的指导。

如果不确定哪些区域是裸地，请在图层管理器中取消勾选 Sentinel2_LayerStack_Montana.dat 以隐藏它。或者，选择 Sentinel-2 图层并使用工具栏中的滑块增加透明度值。

  1. 3 在图像窗口中点击，开始围绕一些"裸地"像元绘制多边形。点击以定义多边形的线段，或者点击并按住鼠标左键以绘制连续线。要完成多边形，可以在起点附近双击，或者右键单击并选择 完成并接受多边形。
  2. 4 围绕裸地像元绘制更多多边形。ROI 工具的记录计数部分列出了您已绘制的项目数量。

以下视频片段演示了这些步骤。

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绘制 ROI 的提示

您不应在 NAIP 图像上绘制 ROI，因为其分辨率与 Sentinel-2 图像有很大不同。相反，应在您相当确定属于给定地物类别的 Sentinel-2 图像像元上绘制 ROI。仅使用 NAIP 图像作为视觉参考。

在绘制 ROI 时进行缩放，请滚动鼠标滚轮。要进行平移，请点击并按住鼠标中键，然后向任意方向拖动。

要取消绘制一个 ROI 记录，请右键单击并选择清除多边形、清除多段线或清除点，具体取决于您正在绘制的 ROI 类型。对于多边形，点击退格键可移除最后一个顶点，然后重新绘制多边形。

有关 ROI 的更多信息，请参阅绘制感兴趣区快速指南。

  1. 5 在图层管理器中双击一个不同的 ROI 名称，然后绘制 ROI 以收集该地物的训练数据。每个地物类别争取达到 10 到 60 个多边形或多段线 ROI。您提供的 ROI 训练样本质量越高、数量越多，监督分类的准确性就越高。
  2. 6 对其余地物类别重复此过程。这可能需要长达一小时才能完成。

以下视频片段演示了这些步骤。

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完成后，ROI 会显示在 Sentinel-2 图像上。

  1. 7 从ROI 工具菜单栏中，选择 文件 > 保存。
  2. 8 本次练习到此结束。

现在您已经为每个地物类别收集了训练数据，您可以执行监督分类了。更多信息请参阅执行监督分类快速指南。

其他资源

您的意见对我们很重要，请花几分钟时间填写我们的快速指南反馈表（在新标签页中打开）。

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