利用遥感影像软件ENVI提取植被指数

利用遥感影像软件ENVI提取植被指数

郭　凯1,孙培新2,张　锐3,刘卫国1(11大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐　830046;21新

疆生产建设兵团勘测设计院二分院,乌鲁木齐　830002;31重庆邮电学院通信与信息工程学院,重庆　400065)

摘要:在遥感影像处理中,植被指数提取广泛应用于定性和定量评价植被覆盖及其生长活力。主要介绍了在ENVI遥感图像处理软件对遥感影像进行植被指数。对植被指数提取的关键部分进行分析,并给出植被指数提取的技术关键。关键词:植被指数;ENVI;遥感;NDVI

中图分类号:X87　　文献标识码:A　　文章编号:1008-2301(2005)01-0010-03AbstractingVegetationIndexfromRemoteSensingImagesUsingENVISoftware.GUOKai1,SUNPei-xin2,ZHANGRui3,LIUWei-guo1(11CollegeofResourcesandEnvironmentSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046;21SurveyandDesignInstituteofXinjiangReclamationCorps,Urumqi830002;3.Communication&InformationEngineeringCollege,ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications,Chongqing400065,China).EnvironmentalProtectionofXinjiang2005,27(1):10～12

Abstract:VegetationIndex(VI)iswidelyusedinecosystemandremotesensing.ThispaperpresentsapracticalmethodinabstractingVegetationIndexfromremotesensingimagesusingtheENVISoftware.What’smore,italsopointsouthowtocorrectthefalseresultwithwhichmanydissertationsconfrontbutignoredincomputingavarietyofVIabstracting.Keywords:vegetationindex;ENVI;remotesensing;NDVI

　　植被指数是遥感监测地面植物生长和分布的一种方法。由于不同绿色植被对不同波长光的吸收率不同,光线照射在植物上时,近红外波段的光大部分被植物反射,而可见光波段的光则大部分被植物吸收,通过对近红外和红波段反射率的线性或非线性组合,可以消除地物光谱产生的影响,得到的特征指数称为植被指数。

植被指数经过近20年的发展,目前有几十种,但常用的植被指数有:归一化植被指数NDVI(Normal2izedDifferenceVegetationIndex)、比值植被指数RVI(RatioVegetationIndex)、差值植被指数DVI(DifferenceVegetationIndex)、土壤调节植被指数SAVI(theSoilAdjustedVegetationIndex)、修正型土壤植被指数MSAVI(ModifiedSoilAdjustedVegetationIndex)等[1]。

土地利用覆盖探测、植被覆盖密度评价、作物识别和作物预报等方面[2]。1　植被指数提取

植被指数提取的方法很多,最为常用的一种方法是通过遥感影像处理软件对遥感影像不同波段进行处理,从而得到各类植被指数。

目前常见的LandsatTM遥感影像,共有7个波μ段,其中TM3(波长0.63～0.69m)为红外波谱段,为μ叶绿素主要吸收波段;TM4(波长0.76～0.90m)为近红外波谱段,对绿色植被的差异敏感,为植被通用波段。Modis遥感影像共有36个光谱通道,其第一波段

基金项目:本研究由国家重点基础研究发展规划项目

(G1999043503)

在遥感应用领域,植被指数已广泛用来定性和定量评价植被覆盖及其生长活力。植被指数有助于增强遥感影像的解译力,并已作为一种遥感手段广泛应用于

和重大基础研究前期研究专项

(2002CCA04600)资助

收稿日期:2004-12-20

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第1期　　　　　　　　　　　　　郭凯等:利用遥感影像软件ENVI提取植被指数11

(0.62～0.67μμm)、第二波段(0.841～0.876m)分别是

红色和近红外波段,可以用第一和第二波段计算植被指数。

例如归一化植被指数NDVI的定义是:NDVI=

NIR-RedNIR+Red

(其中NIR代表近红外波段,Red代表红波段)

要计算NDVI,就是在遥感处理软件中,计算近红外波段与红波段之差,再除以两个波段之和。

利用遥感影像处理软件提取植被指数流程一般为:①使用遥感处理软件打开遥感图像;②依据植被指数公式,对图像不同波段进行波段计算;③生成植被指数影像文件。

2　植被指数提取中存在的问题图2　运算分析后NIR+RED值为零的图像

Fig.2　ThezerospotsofBandNIR+RED

通常使用ENVI提取植被指数方法为:①打开要处理的遥感影像文件;②在BasicTools中选择BandMath;③在表达式中输入要波段运算表达式:(float(b2)-b1)/(b2+b1)。此表达式的意义是,将波段转

　　在计算归一化植被指数NDVI时,此时若直接采用NDVI公式直接进行波段计算,如果NIR+RED(近红外波段+红波段)的值为零时(见图2),对这些点的计算就会产生结果溢出的现象。此类情况在干旱区植被覆盖度较低的遥感影像处理中较为常见。

图1是天山北坡Modis2003-10-15日影像,图2是图1经过分析处理后Nir+Red值为零的像元图像。从图2中可以看到,在影像的下方有一条明显的轮廓,在实测中发现,此轮廓正是位于古尔班通古特沙漠与阜康绿洲之间的绿洲-荒漠交错带。而正是这些值为零,导致计算NDVI值时发生错误。

因此,生成NDVI植被指数影像图时,如果不进行适当处理,在对生成的植被指数影像文件分析判读时,就会与实测数据产生很大的误差。特别要注意的是,在计算植被覆盖面积、生物量估算、图像分类等过程中,遥感影像中的这些点就有可能被忽略,计算结果的精度就无法保证。3　在ENVI中正确提取植被指数

化为浮点型(float)后,计算(b1-b2)/(b1+b2);④选择要运算的波段(其中b2指定为遥感影像的近红外波段,b1指定为红光波段);⑤输出处理后的图像。

图1　天山北坡Modis图像

Fig.1　ModisImageofXinJiangtheNorth

ENVI是美国RSI(ResearchSystems,Inc.)公司的

遥感图像处理软件,ENVI是一套功能齐全的遥感图像处理系统,是处理、分析并显示多光谱数据、高光谱

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12　　　　新　疆　环　境　保　护　　　　　　　　　　　　　　　　　第27卷

数据和雷达数据的高级工具。ENVI完全由IDL(In2teractiveDataLanguage)交互式数据语言开发,方便灵

如果在执行程序时有关键字/check选项,那么指针PTR指向变量den的所有值为0的位置,并将变量den中所有值为零的个数赋给变量count;否则(在执

活,可扩展性强。

在ENVI中,可采用BandMath来进行处理,现以提取归一化植被指数NDVI为例,所用的影像为2003-10-15的Modis影像。其他植被指数提取可

行程序时,用户没有使用/check参数),将count的值赋为零;④如果count的值>0(变量den中的值中存在0值),则den中非零元素的值赋为1;⑤计算(b1-b2)/den(即(b1-b2)/(b1+b2));⑥如果count的

修改相应的波段运算表达式。具体步骤如下:1)　编辑如下的文本文件

functionbm-ndvi,b1,b2,check=checkden=float(b1)+b2

if(keyword-set(check))thenptr=where(deneq0.,count)＄

elsecount=0

if(countgt0)thenden[ptr]=1.0result=(float(b1)-b2)/denif(countgt0)thenresult[ptr]=0.0return,resultend

2)　将上述程序保存为文本文件NDVI.PRO,存放在ENVI目录下的\\IDL55\\PRODUCTS\\ENVI35\\SAVE-ADD目录中。

值>0(变量den中的值中存在0值),将结果中指针所指地址(以前为零值的位置)的值置为0;⑦输出结果。注意:如果使用的是ENVI3.5,则放在此目录中,若使用的是ENVI4.0,则存放于ENVI目录下的\\IDL60\\PRODUCTS\\ENVI40\\SAVE-ADD。3)　启动或重启ENVI。

4)　打开具有两个以上波段的遥感影像文件。5)　在BasicTools菜单中选择BandMath。在输入表

5　结语

图3　利用ENVI处理后的NDVI

Fig.3　ThefinalresultofNDVI

达式对话框中输入:bm-ndvi(b1,b2,/check)。6)　选择遥感影像的波段,其中指定红外波段为b1、

不仅在计算NDVI时需要注意其运算结果溢出情况,在计算其它诸如RVI、SAVI等植被指数时,同样也存在上述问题。在计算这几类植被指数时可根据上述讨论,对程序进行相应的修改即可。参考文献

[1]梅安新,彭望　,等.遥感导论[M].北京:高等教育出版社,2002.[2]张远东,徐应涛,等.荒漠绿洲NDVI与气候、水文因子的相关分析

[J].生态学报,2003,27(6):816-821.

红光波段为b2。

7)　将运算结果输出为内存影像文件或磁盘文件(见

图3)。

至此,遥感影像NDVI值的提取就已完成。其他植被指数的计算与此类似。4　对程序的一些说明

①定义一个过程文件名:bm-ndvi,其中b1,b2为指定的波段号,并定义check为关键字;②将b1转化为浮点型后,计算b1-b2,并将结果赋给变量den;③

作者简介:郭凯(1968-),男,重庆人,在读硕士生,工程师。研究

方向为绿洲生态学,现就职于大学图书馆自动化技术部。

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