Institut fr Geotechnik und Markscheidewesen
Wintersemester 2014/2015
Fernerkundung II
Einfhrung in ENVI mit multispektralen Daten
Dr.-Ing. Diana Walter
Prof. Dr.-Ing. W. Busch
Institut fr Geotechnik und Markscheidewesen Abteilung Markscheidewesen und Geoinformation
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Zeitp
lan
Mo., 27.10.2014 Einfhrung und Wiederholung Mo., 03.11.2014 ENVI Einfhrung (1) Mo., 10.11.2014 ENVI Einfhrung (2) Mo., 17.11.2014 ENVI Einfhrung (3) Mo., 24.11.2014 Hauptkomponentenanalyse Mo., 01.12.2014 Bildklassifizierung Mo., 08.12.2014 Digitale Hhenmodelle Mo., 15.12.2014 Erstellung eines DHM aus ASTER-Daten Mo., 05.01.2015 Einfhrung IDL Programmierung (1) Mo., 12.01.2015 Einfhrung IDL Programmierung (2) Mo., 19.01.2015 Einfhrung IDL Programmierung (3) Mo., 26.01.2015 Hausarbeit IDL Programmierung Mo., 02.02.2015
jeweils 10:15 11:45 Uhr im GIS-Pool des IGMC
Zeitplan
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ENVI the Environment for Visualizing Images (aktuelle Version 5.2, GIS-Pool Versionen 4.8 & 5.1)
- Hersteller: ehemals RSI und Creaso - seit 2004 vertrieben von ITT VIS (Visual Information
Solutions) bzw. seit 31.10.2011 Exelis VIS ENVI Funktionen: - Bildprozessierung & Bildanalyse & Algebra - Raster- und Vektordaten Verarbeitung - Hhendaten (Gelndeanalysen) - Mosaikisierung, Change Detektion, Klassifikation, spektrale Analysen, etc. - Spezielle Module: SARscape, Atmospheric Correction, DEM Extraction, Orthorectification
IDL Interactive Data Language (aktuelle Version 8.4, GIS-Pool Versionen 8.0 & 8.1) - Programmiersprache mit graphischer Entwicklungs-
umgebung - Bildprozessierung und Signalprozessierung,
Datenanalyse und Visualisierung, Mathematische und statistische Funktionen
Software ENVI
http://www.exelisvis.com/
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Nutzung auf Home-PC 1) ENVI verfgbar ber Campus-Software \\nas.tu-clausthal.de\campussoftware\ittvis
Infos siehe: http://www.rz.tu-clausthal.de/dienste/software/campussoftware/envi-idl/
2) Download & Installation ENVI 5.1 und IDL 8.3
3a) Temporre Lizenzdatei (erhltlich ber Dozentin; gltig bis zunchst 19.11.2014!!!) kopieren in z.B. C:\Programme\Exelis\License
Aktivieren der Lizenz ggf. ber Startmen IDL8.3 > Tools > License Wizard Install a license you have received Lizenzdatei im jeweiligen Ordner auswhlen
3b) Alternative Lizenz: Nutzung der RZ-Lizenz (aktuell gltig bis 31.12.2014)
Systemsteuerung Systemeigenschaften > Erweitert > Umgebungsvariablen Systemvariable: LM_LICENSE_FILE NEU erstellen oder BEARBEITEN Wert der Variablen: 7664@[email protected] EINFGEN oder ERGNZEN (Semikolon bei mehreren Eintrgen nutzen)
4) Start ENVI und/oder IDL
Software ENVI
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Startmen Entweder nur ENVI oder ENVI+IDL starten Vorteil ENVI+IDL: ermglicht Datenaustausch Nur IDL IDL Workbench zum Programmieren
- Arbeitsbereich: D:\FernerkundungII\IDL Start von ENVI in IDL: envi in Befehlszeile eingeben ENVI Classic wird gestartet
Neues ENVI mit neuer Graphischen Benutzeroberflche (GUI) Display und Layer
Manager + Toolbox
Start von ENVI und IDL
Hauptmen ENVI Classic
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Aufbau der neuen ENVI-GUI
Layer Manager Display
Toolboxen
Wo befindet sich die jeweiligen Funktionen etc. bei der neuen ENVI GUI?
siehe Hinweis-Kstchen auf den Folien!!!
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Men File Allgemeine Dateioperationen
- ffnen/ Importieren - Speichern / Exportieren (Save File
As) - Viele Datenformate lesbar (Raster,
Vektor, ASCII), auch Daten ohne Format (z.B. BSQ, BIL, BIP
Datenaustausch zwischen ENVI und IDL Import/Export IDL Variable
Bandspeicher auslesen Speichern und ffnen von Sessions Einstellungen Beenden
Neue ENVI-GUI:
File > Open As > Generic Formats > ASCII
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Host: [27 20 ] [215 28] [223 216] [231 224] Network: [231 224] [223 216] [215 28] [27 20 ] Beispiel: Zahl 5 32 Byte (4x4 Byte Blcke) Host (Intel) [0 0 0 0 0] [0 0 0 0] [0 0 0 0] [0 0 1 1] Network (IEEE) [0 0 1 1] [0 0 0 0] [0 0 0 0] [0 0 0 0]
Neue ENVI-GUI: File > Open As > Binary Nach Fehlermeldung erscheint Header Info-Abfrage
Men File Datentypen:
- Byte - Integer ganze Zahlen, 16bit: 215 - Unsigned Int 16bit: 0- 216
- Long Integer 32bit: 231 - Floating Point 32bit: rationale Zahlen
Byte Order: - Host (Intel) Little Endian - Network (IEEE) Big Endian
Speicherschema: - BSQ = Band Sequential (ENVI Standard) - BIL = Band Interleaved by Line - BIP = Band Interleaved by Pixel
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Men Basic Tools Allgemeine Werkzeuge
- Vernderung der geometrischen Auflsung - Ausschnitte erzeugen - Spiegeln / Rotieren
Statistiken (rasterbasiert) Raster-Algebra (Band Math) Spektrale Berechnungen Mosaikierung von mehreren Bildern Ausmaskierung von Pixeln Vorverarbeitung der Daten
(Preprocessing): - Kalibrierung - Konvertierung, z.B. von komplexen Zahlen - Spezifische Werkzeuge fr verschiedene
Sensoren, z.B. zur Georeferenzierung
Neue ENVI-GUI: Toolbox: Mosaicking > Pixel Based Mosaicking
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Neue ENVI-GUI Toolbox
Nutzung der Search Funktion
usw.
Men Basic Tools
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Men Classification Thematische Klassifizierung von FE-Daten berwachte Klassifikation, z.B.:
- Maximum Likelihood - Minimum Distance - Neural Network
Unberwachte Klassifikation - IsoData - K-Means
Entscheidungsbume Nachbearbeitung der Klassifikationsergebnisse
Neue ENVI-GUI: Toolbox: Classification
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Men Transform Geometrische Auflsungsverbesserung
(Image Sharpening) Hauptkomponentenanalyse (Principial
Components Analysis) Band Ratio Berechnung z.B. NDVI Farbraum-Konvertierungen (RGB, HSV,
HLS) Vernderung des Wertebereichs der
Daten (Stretching) Erzeugung synthetischer Farbbilder Vegetationsbestimmung
- NDVI - Tasseled Cap Index
NIR - Rot NIR + Rot
NDVI =
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Neue ENVI-GUI Toolbox
Neu ENVI-GUI NDVI: Toolbox > Spectral > Vegetation > NDVI
Men Transform
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Men Filter Konvolutionsfilter
- High-/Low-Pass - Laplace, Median - Gerichtete Kernel (z.B. NW SE)
Morphologische Filter - Erosion (Erode, Dilate) - ffnen, Schlieen
Textur-Filter - Beschreibung der Homogenitt in
der Nachbarschaft mit verschiedenen Parametern beschrieben (Varianz, Median, Mittelwert, Entropie, Schiefe, ...)
Adaptive Filter - Lee, Frost, etc.
Filterungen mit Fourier in den Frequenzraum
Neue ENVI-GUI Toolbox
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Men Spectral Werkzeuge fr hyperspektrale
Fernerkundungsdaten Vorverarbeitung Analysen Berechnungen (Spectral Math) Vergleich mit Referenzdaten
aus spektralen Bibliotheken (Spectral Libraries)
--- Goethit -FeO --- Hmatit Fe2O3 --- Jarosit K2Fe6(SO4)4(OH)12
Beispiel: 1. Spectral > Spectral Libraries > Spectral Library Viewer
2. Open > Spectral Library
3. ffne z.B. usgs_veg_sli
Doppelklick im Fenster Selected Input File: und dann einzelne Spektrale Signaturen
Neue ENVI-GUI:
Toolboxen: Spectral, SPEAR, THOR, etc.
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Men Map Registrierung ber Passpunkte Orthorektifizierung (Entzerrung) Mosaikisierung Georeferenzierung Koordinatentransformation
- Punkte (Map Coordinate Converter) - Bilder (Convert Map Projektion)
Erstellung von Multi-Band Daten (Layer Stacking)
GPS-Daten einlesbar
Quelle: Bezirksregierung Kln, GEObasis.nrw
Neue ENVI-GUI: Toolbox: Geometric Correction
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Men Vector Verarbeitung von Vektordaten
(Punkte, Linien, Flchen, etc.) - ffnen - Neu erzeugen - Intelligent digitalisieren
einfach - Konvertierungen
Erstellung von Hhenmodellen aus Isolinien oder XYZ-Punktdaten
Neue ENVI-GUI Toolbox
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Men Topographic Hhenmodelle
- ffnen - Bearbeiten z.B. Lcher schlieen
Topographische Merkmale berechnen 3D-Ansichten erstellen
Neue ENVI-GUI: Toolbox: Terrain
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Men Window Zum Verwalten der vielen Fenster von ENVI Finden von Fenstern Anzeigen der geffneten Dateien und Bnder Maus-Funktionsanzeige Informationen zu den dargestellten Daten (Display
Information) Cursor-Pixelwert Anzeige Verlinkung von Displays
Men Help Brauchbare Hilfe!!!
Neue ENVI-GUI: File > Data Manager
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Darstellungsfenster (ENVI Classic) ENVI Classic benutzt drei Fenster zur Darstellung
eines Bildes Band-Auswahl in Available Bands List
Bild-Fenster (Image), Original-Auflsung Zoom- Bereich
bersichtsfenster (Scroll), verkleinert
Zoom-Fenster, vergrert
Bild-Bereich
Verfgbare Dateien und Kanle / Bnder
Ausschnitt verkleinern (+) bzw. vergrern (-)
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Darstellungsfenster (ENVI) ENVI (Neue GUI) Darstellung in einem Fenster
Ein/Ausblenden ber Layer Manager Band-Auswahl in Data Manager (File > Data Manager)
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Darstellungsfenster (ENVI) Men: Display NEU: View Swipe Auf- und Zurollen zweier Bilder NEU: View Flicker Hin- und Herschalten zw. 2 Bildern NEU: View Blend Kontinuierliches Umschalten
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ENVI Classic Image Viewer
Men File Speichern des Bildes, wie es angezeigt wird
Men Overlay berlagern von Vektordaten (z.B. Isolinien)
Men Tools Bilder miteinander verknpfen (linken) Profile erstellen (X, Y, Arbitrary, Z) Farbtabelle ndern (Color Mapping ENVI
Color Tables...) Beachte: nur fr Grauwertbilder!!! 1 Kanal auswhlen
Pixelwerte ablesen; Strecken messen 2D Scatter Plot, 3D Surface View, ...
Men Enhance Bildanzeige verbessern
- Einfache Filterung - Kontrastverbesserung (Contrast
stretch)
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ENVI (neue GUI) Funktionen ber Men starten oder Buttons
Men File Speichern des Bildes, wie es angezeigt
wird (File > Chip View To > File ...) etc.
Men Display Profile erstellen (X, Y, Arbitrary, Z) Cursor Value View Blend, Flicker, Swipe
Helligkeits- und Kontrastverbesserung Contrast stretch etc.
Weitere Werkzeuge Pixelwerte ablesen Zielkreuz Strecken messen Zoom-Werkzeuge Zeichen-Werkzeuge
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Verlinken von zwei oder mehreren Bildern & Cursor Location/Value
ENVI Classic: 1. 2 oder mehr Bilder ffnen 2. Kontextmen im Image Window
ber Rechten Mausklick ffnen Link Displays...
Cursor Location/Value... 3. Transparenzgrad einstellbar!
ENVI (neu GUI): 1. Views > Create New View 2. Views > Link Views 3. Im Fenster Link Views: Pixel Link New
Link Bilder mit links anklicken OK 4. Aufhebung der Verlinkung Remove 5. Cursor Value
Ergebnis: Beide Viewer zeigen den gleichen Bildausschnitt!
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Beispiel Meteosat
METEOSAT: Meterological Satellite Wetterinformationen fr die um den Nullmeridian liegenden Regionen seit 1977 Reihe geostationrer Satelliten (1-9) der europischen Organisation EUMETSAT 2004 ist der 1. Satellit der zweiten Generation gestartet (MSG-1=Meteosat-8) Seit 2006: Meteosat-9 Wiederholzyklus 15min
Kanle HRV (0,4-1,1m ) panchromatisch VIS6 (0,5-0,6m ) VIS Grn VIS8 (0,7-0,8m ) VIS Rot IR16 (1,5-1,8m ) NIR IR39 (3,9m) SWIR IR87, 97, 108, 120, 134 (8-14m) TIR-Kanle WV62/ WV73 (6,2/ 7,3m) Water Vapour
11136 x 11136 Pixel = ca. 1x1 km im Bildzentrum ( 124 Megapixel)
3712 x 3712 Pixel = ca. 3 x 3 km im Bildzentrum
Kostenlose Daten nach Registrierung: http://www.eumetsat.int/ (Home > Main > Data Access)
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Darstellung einer METEOSAT-Szene mit ENVI (1) Vorarbeiten: Alle Dateien aus Available Bands List entfernen File > Open Image File
- D:\FernerkundungII\bungsdaten\METEOSAT\MSG_komplett_20060718 - mehrere Dateien knnen gleichzeitig geffnet werden alle Dateien
markieren mit Umschalt-Taste ffnen Geladene Dateien erscheinen in der Available Bands List Darstellung eines Bildes
- Gray Scale 1 Band whlen Load Band o. Doppelklick auf Band 1 - Ein zweites Band darstellen: New Display Load Band Alternativ: rechter Mausklick auf Band Load Band to New Display - RGB Color 3 Bnder fr R, G und B whlen Load Data
- METEOSAT: R = IR16 G = VIS8
B = VIS6 - LANDSAT ETM+: R = 30, G = 20, B = 10
Bildbereich wechseln z.B. Deutschland
ENVI (neue GUI) RGB-Darstellung nur fr Multiple Layer Files mglich Toolbox: Raster Management > New File Builder
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Darstellung einer METEOSAT-Szene mit ENVI (2)
Graustufen-Bilder farbig darstellen Image Viewer Tools Color Mapping ENVI Color Table Beachte! Funktioniert nur bei Graustufen-Darstellungen, nicht RGB
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ENVI (neue GUI) Vorteil der Darstellung von Skalen und nderungen
Raster Color Slices...
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Darstellung einer METEOSAT-Szene mit ENVI (3)
Falschfarben-Darstellung erstellen Available Bands List RGB Color Display whlen
3 beliebige Bnder fr R, G, B whlen Load RGB
Datenwerte anzeigen lassen Rechte Maustaste auf Bild Cursor Location/Value... DN-Werte und Koordinaten werden angezeigt
Anzahl der Bildpixel pro Band
Rechter Mausklick auf Dateiname (nicht Band!) in Available Band List Edit Header...
Verschiedene Kanalkombinationen
DN-Wert (Digital Number) des Pixels
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Darstellung einer METEOSAT-Szene mit ENVI (4) Zeitreihen-Analyse z.B. Vernderung der Bewlkung alle 15min
1. Alle METEOSAT-Daten aus Available Bands List entfernen!!! Close All Files
2. File Open Image File alle Dateien auswhlen aus: D:\FernerkundungII\bungsdaten\METEOSAT\MSG_HRV_Zeitreihe_20060727
3. Einige Szenen in einem Gray Scale Display ffnen 4. Verlinken
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Darstellung einer METEOSAT-Szene mit ENVI (5) Animation von Zeitreihen z.B. Vernderung der Bewlkung
1. Image Fenster Tools Animation... alle Bnder markieren mit Strg-Taste 2. Spatial Subset Image kleinen Bereich durch Ziehen der Maus markieren 3x Ok 3. Geschwindigkeit einstellen z.B. 1 Sekunde 4. Speichern als MPEG File Save Animation As MPEG...
ENVI (neue GUI) Funktion Animation nicht mehr so vorhanden! NEU: und fr Ausschnitte berlagernd
Foliennummer 1Foliennummer 2Software ENVISoftware ENVIStart von ENVI und IDLAufbau der neuen ENVI-GUIFoliennummer 7Foliennummer 8Foliennummer 9Foliennummer 10Foliennummer 11Foliennummer 12Foliennummer 13Foliennummer 14Foliennummer 15Foliennummer 16Foliennummer 17Foliennummer 18Foliennummer 19Foliennummer 20Foliennummer 21Foliennummer 22Foliennummer 23Foliennummer 24Foliennummer 25Foliennummer 26Foliennummer 27Foliennummer 28Foliennummer 29Foliennummer 30Foliennummer 31Foliennummer 32