一、实验目的
学会用ENVI软件的Profiles功能做遥感影像X、Y方向和任意水平方向的地物反射波谱剖面测量，以及Z剖面（波谱维方向）的地物反射波谱测量，掌握用DN DN: Di5ital Number，遥感影像像元亮度值。
二、实验内容
（1） TM 遥感影像的X、Y方向和任意方向地物反射波谱剖面测量；
（2）水体、岩溶石山、碎屑岩土山、农田、市区和飞机场六种典型地物的Z 剖面（波谱维方向）的地物反射波谱测量；
（3）由DN计算反射率，DN剖面与反射率剖面差异比较分析。
三、实验要求
预习本实验，认真观摩老师演示。掌握ENVI的X、Y方向和任意方向地物反射波谱剖面制作；掌握ENVI的Z 剖面（波谱维方向）制作；学会使用图像DN值转换成反射率的方法。测量结果存档。编写实验报告。
四、技术条件
①微型计算机；②桂林市TM 1～7波段数据；③ENVI软件；④Photoshop软件（ver.6.0以上）和ACDSee软件（ver.4.0以上）。
五、实验步骤
（1）数据输入。选择“File>OpenImage File”，出现文件目录窗口，找到存放桂林市TM 1～7波段数据的子目录并打开。
（2）建立空间子集。
1）存储为标准的ENVI文件，在主菜单栏上选择“File>Save File As>ENVI Standard”，如图4-1所示，出现建立新文件对话框。
2）在“New File Builder”对话框中，单击【Import File…】按钮，出现如图4-2所示“Craete New File Input File”对话框，选中桂林市TM 1～7波段数据，点击【OK】按钮，返回到“New File Builder”对话框。
图4-1 建立新文件对话框
图4-2 建立新输入文件对话框
3）在“New File Builder”对话框中，可以通过【Reorder File…】按钮改变输入波段的顺序。
4）选择输出到“File”或“Memory”，点击【OK】按钮。
需要注意的是，空间子集只有当选用具有相同空间维数的波段时才能被建立。
（3）提取图像波谱图（Z 剖面）。
ENVI的“Z”剖面用于交互地绘制光标处像元的波谱图（所有波段）。波谱可以从多波谱数据集中提取，这些数据集包括MSS、TM，以及诸如GEOSCAN（24 波段）、GERlS（63波段）、AVIRIS（224波段）等高波谱Dimension数据。
1）在主窗口菜单栏上选择“Tools>Profiles>Z Profile（Spectrum）”，出现一个与主窗口图像中选中像元对应的图表窗口：“Spectral Profile”对话框，在该对话框中，默认显示Zoom 十字光标指向地物的波谱曲线，如图4-3所示。
2）在“Spectral Profile”对话框中移动直线到新的波段位置，单击鼠标右键选择“Load New Bnad”可以交互地改变显示在显示窗口内的波段。“Z”剖面窗口内的竖直线表明了当前显示窗口显示的相应波段。
图4-3 光谱剖面图对话框
3）在“Spectral Profil e”对话框中，选择“Options>Collect Spectral”功能绘制多波谱，该功能允许通过在主窗口中选择像元点，将多个互相叠加的Z 剖面图（波谱）绘制在“Spectral Profile”窗口内。
图4-4 输出绘图到ASCIl文件对话框
4）在“Spectral Profile”对话框中，选择“File>Save Plot As>Image File”，将该剖面图（波谱）保存成Image File格式，保存方法同实验二中“图像输出”方法。还可以选择“File>Save Plot As>ASCII”保存为ASCIl形式，当选择保存为ASCII形式时，出现如图4 -4 所示“Output Plots to ASCII File”对话框。
◎在“Select Plots to Output”文本框中选择样本的波段，该波段数在“Numb of items selected”文本框中相应的显示。
◎选择“X Precision”和“Y Precision”的精度。
◎ 选择浮点型的精度输出，有一般型（Normal）和科学型（Scientific）两种。
◎点击【Choose】按钮选择输出路径。
（4）提取水平X、Y剖面波谱图。
在主窗口菜单栏上选择“Tools>Profiles>X Profile”或者“Tools>Profiles>Y Profile”，弹出X或者Y剖面绘制对话框，如图4—5所示。在主窗口中，鼠标左键移动位置可以看到不同行或者列的剖面。
图4-5 TM7波段图像X方向（水平方向）DN剖面图
（5）提取任意剖面。
1）在主窗口菜单栏上选择“Tools> Profiles> Arbitrary Profile（Transect）”，出现“Spatial Profile Tool”对话框，如图4-6所示，在该对话框中选择绘制剖面的窗口。
图4-6 空间剖面工具对话框
2）在选择的窗口上绘制剖面，单击左键绘制起点，如想继续绘制折线则继续单击左键，单击右键结束绘制，此时在绘制的剖面线上会出现绿色按钮，可以按住左键移动剖面线位置，确定好起点、终点和剖面线位置后，再次单击右键完成剖面线绘制，这时会出现剖面图。
在“Spatial Profile Tool”对话框中，还可以通过选择“Options>Create Transect from Vector/Endpoint/ASCII Data”从外部文件中获取剖面线。提取的任意剖面效果如图4-7所示。
图4-7 TM7波段图像任意方向DN剖面图
3）在“Spatial Profile Tool”对话框中，选择“File> Save Annotation”或“Save Transect Points to ASCII…”，可以将剖面线保存为注记文件或者文本文件。
（6）表观大气反射率计算。
一般我们拿到的TM 数据都是灰度值（DN值），必须转换为反射率才能进行一些遥感反演运算。通过下列公式将DN值转换为地表（表观）反射率：
地表表观反射率＝π·Lλ·d2/ESUNλ·coθs s （4-1）
式中：Lλ为辐射亮度值；d为天文单位的日地距离；ESUNλ为太阳表观辐射率均值；θ s为以度为单位的太阳高度角。
图4-8 ENVI陆地卫星校正对话框
ENVI软件的定标工具可以利用定标系数完成ASTER、MSS、TM、ETM＋、QuickBird等传感器的辐射定标。将遥感数据的DN值转换成表观大气反射率，本次实验介绍桂林市TM 遥感影像即对Landsat传感器定标方法，具体操作步骤如下：
1）在ENVI主菜单中，选择“File>Open Exteml Filea>Lalndsat>GeoTIFF with Metadata”、打开桂林市Landsat5 TM数据。
2）在ENVI主菜单中，选择“Basic Tools>Preprocessing>Calibration Utilities>Landsat Calibrioan”，在打开的“Landsat Calibrtaion Input File”对话框中，选择桂林市Landsat5 TM 文件，单击【OK】按钮，出现“ENVI Landsat Calibration”（陆地卫星校正）对话框（图4-8）。
3）在“ENVI Landsat Calibration”对话框中，ENVI将自动从元数据中获取下列参数：Landsat卫星类型（Landsat Satellite Sensor）；图像成像时间（Data Acquisition Month/Day/Year）；太阳高度角（Sun Elevation）。
4）定标类型（Calibration Type）包括Radiance（辐射亮度值）和Reflectance（反射率），选择Reflectance（反射率）（注意：这里选择的Reflectance（反射率）为表现大气反射率，并不是地表真实反射率，关于DN值转成地表真实反射率，将在“实验十九遥感图像辐射校正”中详细讲解）。
5）点击【Edit Calibration Parameters】按钮，可以打开定标参数对话框，可以自己修改定标参数。
如果定标的数据格式是ENVI标准或者TIF格式，需要手动输入“ENVI Landsat Calibratino”对话框中的参数（Landsat卫星类型、图像成像时间和太阳高度角），并且每次只能定标一个波段。
6）选择输出路径及文件名，单击【OK】按钮，执行定标过程。
（7）遥感地物波谱测量，完成上述操作后，分别提取：①漓江沿江水体，五个部位；②岩溶石山，五个部位；③碎屑岩土山，五个部位；④农田，五个部位；⑤桂林市区，五个部位；⑥飞机场，五个部位的波谱信息，保存Image File格式和ASCII形式到自己的工作文件夹内
（8）选取任意剖面对桂林市TM 影像进行DN 值波谱测量和表观大气反射率波谱测量，比较二者差异，用WORD文件记录，取名为《同名地物DN 值与反射率任意剖面波谱测量差异分析》，存入自己的工作文件夹。
六、实验报告
（1）简述实验过程。
（2）回答问题：①ENVI软件可以测量几种类型的地物遥感波谱剖面？其中，哪些是空间维的剖面？哪些是波谱维的剖面？②空间维剖面曲线和波谱维剖面的起伏分别反映什么含义？对遥感地质应用有何实际意义？③什么是DN？其与反射率有何关系？为何要用它来计算反射率？
实验报告格式见附录一。