分析宽带植被指数

来源: https://vis-webcontent.s3.amazonaws.com/quickguides/Spectral+Analysis/Broadband+Indices/index.html

课程内容

第 1 课，共 1 课

背景

宽带植被指数使用宽泛的波长类别（如红波段、近红外波段和绿波段）来衡量植被健康状况和绿度。其中，红光和近红外反射率尤其值得关注。宽带植被指数可由多光谱成像传感器（如 Landsat、Sentinel-2、MODIS、PlanetScope 和 Quickbird）的数据创建。

大多数宽带植被指数测量的是植被中光合物质的总量和质量。这反过来可以指示植被的健康状况和活力。ENVI 提供了 29 种不同的宽带植被指数。详情请参阅 ENVI 帮助中的宽带绿度（在新标签页中打开）主题。

通过对图像中的每个像素应用简单的数学表达式来计算给定的植被指数。例如，归一化差分植被指数（NDVI）（在新标签页中打开）使用以下公式：

只要您的图像包含红波段和近红外波段，并且它们的中心波长已在元数据中定义，您就可以创建 NDVI 图像。

从 菜单栏 中选择 文件 > 打开。出现打开对话框。
转到 ENVI 安装路径下的 "data" 目录。 Windows: C:\Program Files\NV5\ENVIxx\data （xx 是版本号） Linux: /user/local/NV5/envixx/data Mac: /Applications/NV5/envixx/data
选择文件 qb_boulder_msi 并点击打开。这是美国科罗拉多州博尔德市的一幅 Quickbird 多光谱图像。下图显示了图像的全貌。

ENVI 会根据关联的头文件中的波长元数据来确定哪些植被指数可用。如果图像没有给定植被指数所需的波段，则该植被指数不会出现在此列表中。例如，WorldView 改进型植被指数在此未列出，因为该指数需要 "NIR 2" 波段，该波段仅存在于 WorldView-2 影像中。

在 输出栅格 字段中，输入文件名 BroadbandVIs.dat。
点击确定。处理完成后，ENVI 会创建一个多波段图像，其中每个波段对应不同的植被指数。一个彩色合成图像会添加到 图层管理器 并显示在 图像窗口 中。该图像不是必需的，您接下来会将其从视图中移除。
在 图层管理器 中，右键点击 BroadbandVIs.dat 并选择移除。

从 菜单栏 中选择 文件 > 数据管理器。出现 数据管理器。
选择 归一化差分植被指数 波段，然后点击 加载灰度图 按钮。NDVI 波段被显示。该指数有效地突出了健康、绿色的植被，但整体看起来对比度相对较低，显得有些"褪色"。然而，它是遥感应用中常用的植被指数。

选择 绿度差值植被指数 波段，然后点击 加载灰度图 按钮。该指数是近红外波段减去绿波段的结果。与 NDVI 相比，它在植被和其他地物之间显示出更高的对比度。例如，与 NDVI 图像相比，图像顶部的球场在周围景观中显得更加突出。

选择 简单比值 波段，然后点击 加载灰度图 按钮。该指数是近红外波段与红波段的比值。它能有效地在各种条件下突出显示健康植被。与绿度差值植被指数图像相比，简单比值图像在绿度上显示出更多变化，尤其是在球场区域。在后一幅图像中，球场区域高度饱和（明亮）。

与其解读灰度图像，您可以应用一个颜色表来帮助可视化植被的相对健康状况。

NDVI 图像在遥感中用于指示一个区域的植被丰度。其像素值实际上具有以下含义：

来源： Brown, Jesslyn. "NDVI, the Foundation for Remote Sensing Phenology." Updated November 27, 2018. https://www.usgs.gov/special-topics/remote-sensing-phenology/science/ndvi-foundation-remote-sensing-phenology（在新标签页中打开）。

对 NDVI 图像应用颜色表（在 ENVI 中称为 栅格颜色分割）可以帮助您可视化这些数据范围。在本练习中，您将恢复一个已为您创建好的颜色分割。

在 图层管理器 中，取消勾选 简单比值 和 绿度差值植被指数 图层以隐藏它们。
右键点击 归一化差分植被指数 图层并选择 新建栅格颜色分割。出现 数据选择 对话框。
选择 归一化差分植被指数 波段并点击确定。出现 编辑栅格颜色分割 对话框。默认的颜色分割已应用到 NDVI 图像上。我们不需要这个配色方案，所以您将在下一步中移除它。
在 编辑栅格颜色分割 对话框中，点击 清除颜色分割 按钮。

在同一工具栏中，点击 从文件恢复颜色分割 按钮。出现文件选择对话框。
转到 ENVI 安装路径下的 "hyperspectral" 目录。 Windows: C:\Program Files\NV5\ENVIxx\data\hyperspectral （xx 是版本号） Linux: /user/local/NV5/envixx/data/hyperspectral Mac: /Applications/NV5/envixx/data/hyperspectral
选择文件 RENDVIColorSlice.dsr 并点击打开。栅格颜色分割显示在 NDVI 图像上。

这个颜色分割最初是为红边 NDVI 图像（源自高光谱图像）设计的。然而，其数据值同样适用于 NDVI 图像。

颜色分割显示，该场景中的大部分植被处于 0.2 到 0.5 的范围内。确实，生成 NDVI 的 QuickBird 图像是在冬季获取的。几乎所有的植被都处于休眠状态或非常稀疏。只有少数像素高于 0.5。这些对应于常青树。

总之，宽带植被指数使用宽波长范围（如红、蓝、绿、近红外和短波红外）来指示健康绿色植被的存在和相对丰度。每种植被指数最初都是为特定目的设计的，因此它们并不都产生相同的结果，但在总体上有效表征研究区域的植被特征方面仍然非常有效。

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