ENVI最小噪声分离

最小噪声分离(Minimum Noise Fraction，MNF) 将一幅多波段图像的主要信息集中在前面几个波段中，主要作用是判断图像数据维数、分离数据中的噪声，减少后处理中的计算量。

MNF也是一种线性变换，本质上是含有两次叠置的主成分分析：

第一次变换是利用主成分中的噪声协方差矩阵，分离和重新调节数据中的噪声(噪声白化：noise whitening)，使变换后的噪声数据只有最小的方差且没有波段间的相关。第二次变换是对噪声白化数据进行主成分变换。为了进一步进行波谱处理，检查最终特征值和相关图像来判定数据的内在维数。数据空间被分为两部分：一部分是联合大特征值和相对应的特征图像，另一部分与近似相同的特征值和噪声图像。使用MNF变换从数据中消除噪声的过程：首先进行正向MNF变换，判定哪些波段包含相关图像，用波谱子集选择“好”波段或平滑噪声波段，然后进行一个反向MNF变换。可以基于特征值选取MNF变换输出的波段子集，这样在使用高光谱数据时，可以从上百个波段中选择十几个主要的波段，达到降维目的，减少运算量。MNF变换还应用在端元波谱提取的过程中。

MNF变换包括正向变换和逆向变换，下面详细介绍具体操作过程。

1.正向MNF变换

MNF变换产生两个统计文件：MNF noise statistics和MNF statstics。noise statistics 的计算可以从3个途径获取：从输入数据中估计噪声( 最常用方式)；使用以前计算的噪声统计文件；使用与数据相关的“黑暗图像”( dark image)进行噪声统计。下面介绍从输入数据中估计噪声的MNF变换操作过程。

使用Forward MNF Estimate Noise Statistics工具来估计噪声。ENVI 假定每个像元都包含信号和噪声，紧邻的像元包含同样的信号及不同的噪声。通过对数据进行“shift differ-ence”(把邻近像元区分到每个像元的右侧和上部，并对结果进行平均)操作，获得被处理像元的“噪声”值。最好的噪声估计是对一个均匀区域( 而不是整个图像)进行“shift diference”统计得来的。

(1)在Toolbox工具箱中，双击Transform→MNF Rotation→Forward MNF Estimate NoiseStatistics工具。在MNF Transform Input File对话框中，选择图像文件。打开Forward MNFTransform Parameters面板，设置以下参数。

●Shift Diff Subset：选择用于计算统计信息的空间子集。

●Enter Output Noise Stats Filename [. sta] (可选项)：输出噪声统计文件。

●Enter Output Stats Filename [.sta] (可选项)：输出MNF统计文件，在逆向MNF变

换中需要这个文件。

(2)选择MNF变换结果输出路径及文件名。

(3)通过特征值来选择MNF变换输出的波段数( Select Subset from Eigenvalues) ：

●Yes：执行MNF变换后，会打开Select Output MNF Bands对话框，列表中显示每个波段及相应的特征值，以及每个MNF波段包含的数据方差的累积百分比。“Number of Output MNF Bands”设置输出的波段数，一般可以选择波段数特征值大于1作为输出波段，如本例中特征值大于1的有15个波段，那么设置Number of Output MNFBands选项为15，单击OK按钮，继续MNF变换。

●No：手动选择输出波段，默认为输入波段数。

(4)单击0K按钮，执行MNF变换。MNF变换的结果显示在数据列表中，同时产生一个MNF特征值曲线。

使用以前计算的噪声统计文件和使用与数据相关的“黑暗图像”进行噪声统

计，除了要输入噪声统计文件和“黑暗图像”文件外，其他步骤类似。

2.逆向MNF变换

(1)在Toolbox工具箱中，双击Transform→MNF Rotation→Inverse MNF Rotation 工具。在Inverse MNF Transform Input File 文件对话框中，选择MNF变换结果文件。

(2)在打开的Enter Forward MNF Stats Filename对话框中，选择正向MNF统计文件，单击OK按钮。

(3)在Inverse MNF Transform Parameters面板中，选择输出路径及文件名。

(4)从OutputDataType菜单中，选择输出数据类型。

(5)单击OK按钮执行处理。

3.波谱曲线MNF变换

使用Apply Forward MNF to Spectra工具可以将端元波谱变换到MNF空间，主要用于Mixture Tuned Matched Filtering 波谱分析工具。

(1)在Toolbox工具箱中，双击Transform→MNF Rotation→Apply Forward MNF to Spectra工具，在打开的Forward MNF Statistics Filename 对话框中选择MNF统计文件，单击0K按钮，打开Forward MNF Convert Spectra面板。

提示：这个MNF统计文件来源于使用mixture tuned matched filtering 工具分析图像时进行MNF变换产生的文件。

(2)在Forward MNF Convert Spectra 面板中，选择Import→选择一种波谱曲线源。

(3)单击Apply按钮，执行波谱MNF变换。

波谱曲线的Y轴范围要求与MNF变换文件的像元值范围-致。否则，利用Band Math或者Spectral Math工具进行转换。

Apply Inverse MNF to Spectra工具可以将MNF波谱变换回原始波谱数据空间。