ENVIbandmath波段运算

ENVI下实用的波段运算（bandmath）工具

ENVI Band Math是一个灵活的图像处理工具，其中许多功能是无法在任何其它的图像处理系统中获得的。由于每个用户都有独特的需求，利用此工具用户自己定义处理算法，应用到在ENVI打开的波段或整个图像中，用户可以根据需要自定义简单或复杂的处理程序。例如：可以对图像进行简单加、减、乘、除运算，或使用IDL编写更复杂的处理运算功能。

波段运算实质是对每个像素点对应的像素值进行数算。如图15.1为一个简单波段运算的示意图，运算表达式是三个变量相加，每一个变量对应于一个图像数据，对这三个图像数据求和并输出结果图像。表达式中的每个变量不仅可以对应于单一波段，也可以是一个多波段的栅格文件。例如：在表达式b1+b2+b3中，如果b1是一个多波段图像文件，b2、b3为单一波段，则结果为b1所对应的文件的所有波段分别和b2、b3进行求和。

图15.1 波段运算示意图

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Band Math工具

下面以求三个图像数据的和为例介绍Band Math工具的使用。在使用Band Math之前需要将图像数据打开。

（1） 在ENVI主菜单中，选择Basic Tools → Band Math，打开Band Math

对话框（图15.2）。

（2） 运算表达式输入框（Enter an expression）：b1+b2+b3

（3） 单击OK按钮，打开Variables to Bands Pairings对话框（图15.3），

为运算表达式中各个变量赋图像文件或者图像波段。

（4） 在Variables to Bands Pairings对话框中，Variables used in

expression列表框中选择变量b1，单击Map variable to Input file按钮，为变量b1指定一个多波段图像文件（注：一旦第一个波段或文件被选中，只有那些具有相同行列数的波段被显示在波段列表中。）。

（5） Variables used in expression列表框中选择一个变量b2，在Available

Bands List选择Band4波段，同样方法为b3选择Band5波段。

（6） 单击Choose按钮，选择文件名及路径保存结果，单击OK按钮执行运

算。

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图15.2 Band Math对话框

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图15.3 Variables to Bands Pairings对话框

在Band Math对话框中，以下是其他按钮的功能说明：

单击

Add to List按钮，可以将表达式添加到Previous Band Math Expression列表

中，这个列表还显示未重启ENVI之前使用过表达式。

单击Save按钮可以将列表中的运算表达式保存为外部文件（.exp）。

单击

Restore按钮可以将外部运算表达式文件导入。

Clear按钮可以清除列表中的所有运算表达式。

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Delete按钮可以删除选择的运算表达式。

使用波段运算需要满足4个基本条件：

1) 必须符合IDL语言书写波段运算表达式

所定义的处理算法或波段运算表达式必须满足IDL语法。不过，书写简单的波段运算表达式无须具备IDL的基本知识，但是如果所感兴趣的处理需要书写复杂的表达式，建议学习用于波段运算的IDL知识。

2) 所有输入波段必须具有相同的空间大小

由于波段运算表达式是根据pixel-for-pixel原理作用于波段的，因此输入波段在行列数和像元大小必须相同。对于有地理坐标的数据，如果覆盖区域一样，但是由于像元大小不一样使得行列数不一致，在进行波段运算前，可以使用Basic Tools →Layer Stacking功能对图像进行调整。

3) 表达式中的所有变量都必须用Bn（或bn）命名

表达式中代表输入波段的变量必须以字母“b”或“B”开头，后跟5位以内的数字。例如：对3个波段进行求和运算的有效表达式可以用以下3种方式书写：

b1 + b2 + b3 B1 + B11 + B111 B1 + b2 + B3

4) 结果波段必须与输入波段的空间大小相同

波段运算表达式所生成的结果必须在行列数方面与输入波段相同。

摘自《ENVI遥感图像处理方法》科学出版社第三次印刷

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波段运算（bandmath）工具中常用的函数

BandMath工具能够方便的执行图像中各个波段的加、减、乘、除、三角函数、指数、对数等数学函数计算，也可以使用IDL编写的函数。BandMath工具使用函数都是基于IDL的数据组运算符。

IDL的数组运算符使用方便且功能强大。它们可以对图像中的每一个像元进行单独检验和处理，而且避免了FOR循环的使用（不允许在波段运算中使用）。数组运算符包含关系运算符（LT、LE、EQ、NE、GE、GT）、Boolean运算符（AND、OR、NOT、XOR）和最小值、最大值运算符（<、>）。这些特殊的运算符对图像中的每个像元同时进行处理，并将结果返还到与输入图像具有相同维数的图像中。例如：要找出所有负值像元并用值-999代替它们，可以使用如下的波段运算表达式：

（b1 lt 0）*（-999）+（b1 ge 0）* b1

关系运算符对真值（关系成立）返回值为1，对假值（关系不成立）返回值为0。系统读取表达式（b1 lt 0）部分后将返还一个与b1维数相同的数组，其中b1值为负的区域返回值为1；其他部分返回值为0，因此在乘以替换值-999时，相当于只对那些满足条件的像元有影响。第二个关系运算符（b1 ge 0）是对第一个的补充——找出那些值为正或0的像元，乘以它们的初始值，然后再加入替换值后的数组中。这个用法可以扩展到两个图像中，比如图像1中值大于220（有云部分）用图像2中对应的像素值代替，其余保留图像1中的值，表达式就可以写成：

（b1 lt 220）*b2+（b1 le 220）* b1

类似的使用数组运算符的表达式为波段运算提供了很强的灵活性。下表中描述了BandMath工具中常用的IDL数组操作函数，详细介绍，请参阅《IDL Reference Guide》。

种类 操作函数 精彩文档

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基本运算 三角函数 加（+）、减（-）、乘（*）、除（/） 正弦sin（x）、余弦cos（x）、正切tan（x） 反正弦asin（x）、反余弦acos（x）、反正切atan（x） 双曲正弦sinh（x）、双曲余弦cosh（x）、双曲正切tanh（x） 关系和逻辑运算符 小于（LT）、小于等于（LE）、等于（EQ）、不等于（NE）、大于等于（GE）、大于（GT） AND、OR、NOT、XOR 最小值运算符（<）和最大值运算符（>） 其他数学函数 指数（^）和自然指数（exp（x）） 自然对数（alog（x）） 以10为底的对数（alog10（x）） 整型取整——round（x）、ceil（x）、和floor（x） 平方根（sqrt（x）） 绝对值（abs（x））

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