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构建波段与图层堆叠

来源: https://vis-webcontent.s3.amazonaws.com/quickguides/Image+Preprocessing/Build+Band+Layer+Stacks/index.html#/

第 1 课，共 1 课

创建波段与图层堆叠

在本快速指南中，您将：

  • • 构建一个波段堆叠，包含来自不同 Landsat 影像的两个波段。
  • • 构建一个图层堆叠，包含来自 Sentinel-2 影像的 10 米、20 米和 60 米波段。

示例数据

下载下方的示例数据。将 .zip 文件的内容解压到本地目录。

[BandLayerStacksSampleData.zip

314.9 MB

下载](assets/BandLayerStacksSampleData.zip)

打开 Landsat 影像

  1. 从菜单栏中选择 文件 > 打开。将出现 打开 对话框。
  2. 导航到保存示例数据的位置，然后进入 Landsat 目录。
  3. 使用 Ctrl + 单击来多选文件 LasVegasMay1985.dat 和 LasVegasMay2020.dat。
  4. 点击 打开。影像将添加到图层管理器中，并显示在图像窗口中。

构建波段堆叠

在本练习中，您将创建一个波段堆叠，其中包含 1985 年 Landsat 影像的波段 4（近红外）和 2020 年 Landsat 影像的波段 5（近红外）。您可以使用 构建波段堆叠 工具来创建一个由来自不同、但具有相同维度栅格的波段组成的新文件。以下规则适用于输入栅格：

  • • 它们必须具有相同的行数和列数。
  • • 它们不需要进行地理配准。
  • • 它们可以具有不同的交错存储类型，但生成的波段堆叠栅格将是波段顺序（BSQ）。
  • • 它们可以具有不同的数据类型（例如浮点型和整型），但生成的波段堆叠栅格将被转换为所有输入栅格中的最高数据类型。

有关更多信息，请参阅文档中心的 构建波段堆叠（在新选项卡中打开）主题。

请按以下步骤操作：

  1. 在工具箱中，展开 栅格管理 文件夹，然后双击 构建波段堆叠。将出现构建波段堆叠对话框。
  2. 点击 输入栅格 字段旁边的 浏览 按钮（三个省略号）。将出现数据选择对话框。
  3. 选择 LasVegasMay1985.dat，然后点击 光谱子集 按钮。将出现光谱子集对话框。

  1. 选择 band 4 surface reflectance (0.8400) 并点击 确定。
  2. 在数据选择对话框中点击 确定。构建波段堆叠对话框的 输入栅格 字段将显示一个名为 [子集] LasVegasMay1985.dat 的新栅格。

  1. 对 LasVegasMay2020.dat 栅格的 波段 5 重复步骤 2-5。完成后，构建波段堆叠对话框的 输入栅格 字段将列出名为 [子集] LasVegasMay2020.dat 的新栅格。
  2. 保持 按波长排序波段 的默认选择 否。
  3. 选择 虚拟栅格 选项。这将创建一个临时栅格。

  1. 点击 确定。处理完成后，波段堆叠的第一个波段（即 1985 年影像的波段 4）将被添加到图层管理器中，并显示在图像窗口中。

  1. 从菜单栏中选择 文件 > 数据管理器。将出现数据管理器。它列出了波段堆叠中的两个波段。
  2. 在数据管理器中，选择波段堆叠的 波段 2，然后点击 加载灰度图 按钮。这是 2020 年 5 月的近红外波段。

  1. 在图层管理器中，取消勾选并重新勾选 [1] Band Stack 图层（即 2020 年近红外影像），以将其与 1985 年的近红外影像进行比较。将两个波段放在同一个栅格中可以方便直接比较。
  2. 为准备下一个练习，请在数据管理器中点击 关闭所有文件 按钮。
  3. 保持数据管理器打开。

尽管 Landsat 影像已进行地理配准，但波段堆叠可以合并来自不同、未进行地理配准的栅格的影像。例如，您可能希望在不考虑地理定位的情况下创建多个波段的动画。

另一方面，图层堆叠由多个已进行地理配准的栅格组成。接下来您将构建一个图层堆叠。

构建图层堆叠

您可以使用 构建图层堆叠 工具，根据具有不同像素大小、范围（Extents）和投影的已地理配准影像构建一个新的多波段文件。输入波段将被重采样和重投影到一个公共空间网格上。构建图层堆叠 的一个常见用途是将 Landsat-8 或 Sentinel-2 数据中的不同波段组合并到一个文件中。在本练习中，您将使用 Sentinel-2 影像。

有关更多信息，请参阅文档中心的 构建图层堆叠（在新选项卡中打开）主题。

打开 Sentinel-2 数据集

  1. 从菜单栏中选择 文件 > 打开。将出现 打开 对话框。
  2. 导航到保存示例数据的位置，然后进入 Sentinel-2 目录。
  3. 选择文件 MTD_MSIL1C.xml 并点击 打开。一个 10 米波段的彩色合成图像将被添加到图层管理器中，并显示在图像窗口中。这是一幅覆盖科罗拉多州丹佛市大都会区东北部分的小范围影像。

数据管理器显示该数据集包含三个波段组：10 米、20 米和 60 米。10 米组包含四个波段。20 米组包含六个波段。60 米组包含三个波段。

ENVI 将每个波段组视为一个独立的数据集，因为它们具有不同的空间分辨率。但是，您可以通过创建图层堆叠将所有波段合并到一个数据集中。使用更多光谱波段可以：

  • • 潜在地改善土地覆盖分类结果
  • • 为创建假彩色合成提供更多选择
  • • 为目标检测和光谱映射方法提供更完整的可见光到短波红外光谱（具有更多“数据点”）
  • • 提供更多专用光谱指数的访问能力

图层堆叠并非 Sentinel-2 影像预处理的必需步骤。只有那些从获得额外光谱数据中受益的工作流才需要此步骤。分类、变化检测、特征提取和机器学习等应用都是可能从使用图层堆叠影像中受益的例子。

运行构建图层堆叠工具

  1. 在工具箱中，选择 栅格管理 > 构建图层堆叠。将出现构建图层堆叠对话框。
  2. 点击 输入栅格 旁边的 浏览 按钮。将出现数据选择对话框。
  3. 点击 全选 按钮。

  1. 在数据选择对话框中点击 确定。波段组将被添加到构建图层堆叠对话框的 输入栅格 字段中。

定义公共空间网格

构成图层堆叠的源影像或波段必须配准到标准地图投影。但是，它们可以具有不同的像素大小、范围和投影。为了创建图层堆叠，源影像或波段将被重采样和重投影到一个公共空间网格上。

网格定义包含一个已知的坐标系，加上任何其他参数的组合，例如像素大小、影像尺寸以及左上角像素的配准点坐标。

与其手动定义所有这些参数，您可以使用现有数据集的空间参考作为公共空间网格的基础。在本练习中，您将使用 10 米波段组的空间参考参数作为公共网格。

  1. 在构建图层堆叠对话框中，点击 从数据集 按钮。将出现数据选择对话框。

  1. 选择 10m-S2MSI1C... 数据集并点击 确定。坐标系、范围 和 像素大小 字段将自动填充从 10 米数据集派生的值。（注：像素大小 X 和 Y 值均为 10。）

指定其余参数

  1. 保持 重采样方法 的默认选择 最近邻法。此方法不会更改任何像素值，这对于光谱应用很重要。
  2. 为 按波长排序波段 选择 是 选项。这将根据波长从低到高对最终图层堆叠的波段进行重新排序。
  3. 输入输出文件名为 Sentinel2_LayerStack.dat。

使用最近邻法重采样时，每个波段组将保留其原始空间分辨率。像素不会被上采样或下采样到 10 米。另一方面，立方卷积重采样会将 20 米和 60 米波段上采样到 10 米。这种方法的缺点是，在重采样过程中您实际上是在创建“虚假”数据。

  1. 点击 确定。处理完成后，前三个波段的彩色合成图像将被添加到图层管理器中，并显示在图像窗口中。
  2. 在数据管理器中，查看 Sentinel2_LayerStack.dat 下的波段。每个波段名称后的括号内列出了波长，范围从 442.3 到 2185.7 纳米（nm）。

ENVI 为每个波段分配了自己的名称（即波段 1 至 13）。实际的 Sentinel-2 波段名称跟在 ENVI 名称之后。例如，波段 9 对应于 Sentinel-2 的 B8A 波段（864 nm）。

  1. （可选）在图层管理器中，右键单击 Sentinel2_LayerStack.dat 并选择 波段动画 > 栅格序列，以动画方式查看图层堆叠的所有 13 个波段。由于我们之前描述的最近邻法重采样，您将看到不同的像素分辨率。
  2. （可选）在图层管理器中，右键单击 Sentinel2_LayerStack.dat 并选择 剖面 > 光谱。将出现光谱剖面窗口。
  3. 单击一个有绿色植被的区域。光谱剖面窗口将显示该像素的反射率曲线。波长沿 X 轴列出。这演示了按波长对波段排序的重要性。如果波段顺序混乱，您将无法获得准确的光谱剖面。

本快速指南到此结束。

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