主成分分析方法操作

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1、ENVI主成分分析（PCA是通过使用Principal Components选项生成互不相关的输出波段，达到 隔离噪声和减少数据集的维数的方法。由于多波段数据经常是高度相关的，主成分变换寻找一个原点在数据均值的新的坐标系统，通过坐标轴的旋转来使数据的方差达到最大ENVI主成分分析（PCA是通过使用Principal Components选项生成互不相关的输出波段，达 到隔离噪声和减少数据集的维数的方法。由于多波段数据经常是高度相关的，主成分变换寻找一个原点在数据均值的新的坐标系 统，通过坐标轴的旋转来使数据的方差达到最大，从而生成互不相关的输出波段。主成分（PC）波段是原始波谱波段的线性合成，

2、它们之间是互不相关的。可以计算输出主成分波段（与输入的波谱波段数相同）。第一主成分包含最大的数据方差百分比，第二主成分包含第二大的方差，以此类推，最后的主成分波段由于包含很小的方差（大多数由原始波谱的噪声引起），因此显示为噪声。由于数据的不相关，主成分波段可以生成更多种颜色的彩色合成图像。ENVI能完成正向和逆向的主成分（PC）旋转。1正向主成分（PC）旋转正向PC旋转用一个线性变换使数据方差达到最大。当使用正向PC旋转时，ENVI允许计算新的统计值，或根据已经存在的统计值进行旋转。输出值可以存为字节型、浮点型、整型、长整型或双精度型。也可以基于特征值来提取PC旋转的输出内容，生成只包含所需的

3、PC波段的输出。计算新的统计值和旋转使用Compute New Statistics and Rotate选项可以计算数据特征值、协方差或相关系数矩阵以及PC正向旋转。选择 Transforms > Principal Components > Forward PC Rotation > Compute New Statistics and Rotate o当出现Prin cipal Compo nents In put File对话框时，选择输入文件或用标准ENVI选择程序选取子集。将会出现 Forward PC Rotation Parameters 对话框。注意：点击&

4、quot;Stats Subset”按钮可以基于一个空间子集或感兴趣区计算统计信息。该统计将被应用于整个文件或文件的空间子集。详细介绍，请参阅第348页的“根据子集进行统计”。在"Stats X/Y Resize Factor”文本框中键入小于 1的调整系数，用于计算统计值时的数据二 次采样。注意：键入一个小于1的调整系数，将会提高统计计算速度。例如：使用一个0.1的调整系数，在统计计算时将只用到十分之一的像元。若需要，键入一个输出统计文件名。使用箭头切换按钮，选择是根据“Covarianee Matrix ”（协方差矩阵）还是根据“ Correlation Matrix ”（相关系

5、数矩阵）计算主成分波段。注意：一般说来，计算主成分时，选择使用协方差矩阵。当波段之间数据范围差异较大时， 选择相关系数矩阵，并且需要标准化。选用输出到“ File”或“ Memory ”。在“ Output Data Type”菜单中，选择所需的输出文件 数据类型。选择输出的主成分波段数。可以通过键入所需的数字，或用“Number of Output PC Bands ”标签旁的增减箭头按钮来确定输出的主成分波段数。默认的输出波段数等于输入波段数。也可以用特征值来选择输出的主成分波段数，按照如下步骤操作。A. 点击“ Select Subset from Eigenvalues ”标签附近的按

6、钮，选择“ YES。统计信息将被计 算，并出现Select Output PC Bands对话框，列出每个波段和其相应的特征值。 同时也列出每 个主成分波段中包含的数据方差的累积百分比。B. 在"Number of Output PC Ba nds ”文本框中，键入一个数字或点击箭头按钮，确定要输出的波段数。特征值大的主成分波段包含最大的数据方差。较小的特征值包含较少的数据信息和较多的噪声。为了节省磁盘空间，最好仅输出具有较大特征值的波段。C. 在Select Output PC Bands对话框中，点击“ OK”。输出的PC旋转将只包含选择的波段 数。例如：如果选择“ 4”作为输出

7、的波段数，则只有前 4个主成分波段会出现在输出文件 里。在 Forward PC Rotatio n Parameters 对话框中，点击“ OK”。ENVI处理完毕后，将出现 PC Eige nV alues绘图窗口，主成分波段将被导入可用波段列表中， 并用于显示。ENVI主成分分析对PCA输出应用掩膜当进行正向PC旋转时，可以对输出结果应用掩膜。如果已经为输入文件指定了掩膜，可以设定输出图像中被掩膜遮蔽部分的输出值。在 ENVI 主菜单中，选择 Transforms > Principal Components > Forward PC Rotation > Comput

8、e New Statistics and Rotate。当出现文件选择对话框时，选择输入图像并应用掩膜。当出现 Forward PC Parameters对话框时，在“ Output Mask Value ”文本框中，为被掩膜遮蔽部分键 入一个输出值。掩膜将被应用于统计信息的计算，输出数据的被遮蔽区域被置为输入的掩膜值。根据子集进行统计使用“ Stats Subset”按钮可以基于一个空间子集或感兴趣区来计算统计信息。该统计 将被应用于整个文件或文件的空间子集。在 Forward PC Parameters对话框中，点击“ Stats Subset"按钮。在 Select Stati

9、stics Subset对 话框中，从下列选项中选择：要选取一个标准图像空间子集，点击“Calculate Stats On Image Subset”按钮，使用标准ENVI方法构建子集。要选取感兴趣区作为子集，点击“ Calculate Stats On R0”按钮来显示一个感 兴趣区列表，然后点击感兴趣区名来选择它。提示：要将先前保存的感兴趣区添加到感兴趣列表中，在子集对话框中，点击“Restore ROIs” ,选择感兴趣区文件，然后选择感兴趣区。ENVI主成分分析根据已有统计进行 PC旋转如果已经为数据统计出协方差和特征值，可以将它们输入到 PC旋转中。可以在PC旋转中使用包含如下数据

10、的统计文件，包括：与输入数据具有相同波段数的协方差和特征值（也许已经用Basic Tools >Compute Statistics选项，或在以前的PC旋转中计算出了这些统计值）。提示：当为 PCA旋转计算统计信息时，如果要避免使用某些特定像元，首先建立一个包含 这些“坏”像元的掩膜，然后使用Basic Tools >Statistics对掩膜图像计算协方差统计信息，也可以使用该统计文件进行主成分分析。选择 Transforms > Principal Components > Forward PC Rotation > PC Rotation from Exis

11、ting Stats。当出现标准ENVI选择文件或子集对话框时， 选择输入文件，并用标准ENVI文件选择 程序建立所需的子集。 将出现另一个文件选择对话框， 在当前输入数据目录列表中， 显示出 了已经存在的统计文件（默认扩展名为.sta ）。用标准ENVI文件选择程序选择统计文件。选择输出到“File”或“Memory ”。在“OutputData Type"按钮菜单中，选择输出文件的数据类型。选择输出的主成分波段数。可以通过键入所需的数字， 或用“ Number of Output PC Ba nds ”标签旁的增减箭头按钮 来确定输出的主成分波段数。默认的输出波段数等于输入波段数

12、。 也可以用特征值来选择输 出的主成分波段数，按照如下步骤操作。点击"Select Subset from Eigenvalues”标签附近的按钮，选择"YES。统计信息将被计 算，并出现Select Output PC Bands对话框，其中列出每个波段和其相应的特征值，同时也列出每个主成分波段中包含的数据方差的累积百分比。在"Number of Output PC Ba nds ”文本框中，键入一个数字或点击箭头按钮，确定要输 出的波段数。特征值大的主成分波段包含最大的数据方差。较小的特征值包含较少的数据信息和较多的噪声。为了节省磁盘空间，最好仅输出具有较大特

13、征值的波段。在Select Output PC Bands对话框中，点击“ OK'。输出的PC旋转将只包含选择的波段数。 例如：如果选择“ 4”作为输出的波段数，则只有前4个主成分波段会出现在输出文件里。在 Forward PC Rotatio n Parameters 对话框中，点击“ OK”。ENVI处理完毕后，将出现PC EigenValues绘图窗口，主成分波段将被导入可用波段列表中，并用于显示。想了解特征值绘图窗口中有关编辑以及其它选项的信息，请参阅第193页的“交互式绘图功能”。（2） 反向PC旋转使用Inverse PC Rotation工具可以将主成分图像变换回原始数据

14、空间。选择 Tran sforms > Prin cipal Compo nents > In verse PC Rotatio n。当出现标准 ENVI 选择文件或子 集对话框时，选择输入文件，并用标准ENV文件选择程序建立所需子集。将出现另一个文件选择对话框，在当前输入数据目录列表中，显示出了已经存在的统计文件（默认扩展名 为.sta ）选择在正向PC旋转中存储的统计文件。注意：在选择反向 PC旋转之前，统计文件必须已经存在。在 “Calculate using"标签旁，使用箭头切换按钮选择“Covarianee Matrix ” 或 “CorrelationMatrix ”。注意：如果想要将图像反变换回原始数据空间，使用与正向PC旋转中相同的计算方法。选择输出到“ File"或“ Memory ”。在“ Output Data Type”按钮菜单中，选择输出文 件的数据类型。点击“ OK'运行反向变换。ENVI处理完毕后，主成分波段将被导入到可用波段列表中，并 用于显示（用标准灰阶或RGB彩色合成方法）。