主成分分析方法操作

1、ENVI主成分分析（PCA是通過使用Principal Components選項(xiàng)生成互不相關(guān)的輸出波段，達(dá)到 隔離噪聲和減少數(shù)據(jù)集的維數(shù)的方法。由于多波段數(shù)據(jù)經(jīng)常是高度相關(guān)的，主成分變換尋找一個(gè)原點(diǎn)在數(shù)據(jù)均值的新的坐標(biāo)系統(tǒng)，通過坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)來使數(shù)據(jù)的方差達(dá)到最大ENVI主成分分析（PCA是通過使用Principal Components選項(xiàng)生成互不相關(guān)的輸出波段，達(dá) 到隔離噪聲和減少數(shù)據(jù)集的維數(shù)的方法。由于多波段數(shù)據(jù)經(jīng)常是高度相關(guān)的，主成分變換尋找一個(gè)原點(diǎn)在數(shù)據(jù)均值的新的坐標(biāo)系 統(tǒng)，通過坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)來使數(shù)據(jù)的方差達(dá)到最大，從而生成互不相關(guān)的輸出波段。主成分（PC）波段是原始波譜波段的線性合成，

2、它們之間是互不相關(guān)的。可以計(jì)算輸出主成分波段（與輸入的波譜波段數(shù)相同）。第一主成分包含最大的數(shù)據(jù)方差百分比，第二主成分包含第二大的方差，以此類推，最后的主成分波段由于包含很小的方差（大多數(shù)由原始波譜的噪聲引起），因此顯示為噪聲。由于數(shù)據(jù)的不相關(guān)，主成分波段可以生成更多種顏色的彩色合成圖像。ENVI能完成正向和逆向的主成分（PC）旋轉(zhuǎn)。1正向主成分（PC）旋轉(zhuǎn)正向PC旋轉(zhuǎn)用一個(gè)線性變換使數(shù)據(jù)方差達(dá)到最大。當(dāng)使用正向PC旋轉(zhuǎn)時(shí)，ENVI允許計(jì)算新的統(tǒng)計(jì)值，或根據(jù)已經(jīng)存在的統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。輸出值可以存為字節(jié)型、浮點(diǎn)型、整型、長整型或雙精度型。也可以基于特征值來提取PC旋轉(zhuǎn)的輸出內(nèi)容，生成只包含所需的

3、PC波段的輸出。計(jì)算新的統(tǒng)計(jì)值和旋轉(zhuǎn)使用Compute New Statistics and Rotate選項(xiàng)可以計(jì)算數(shù)據(jù)特征值、協(xié)方差或相關(guān)系數(shù)矩陣以及PC正向旋轉(zhuǎn)。選擇 Transforms > Principal Components > Forward PC Rotation > Compute New Statistics and Rotate o當(dāng)出現(xiàn)Prin cipal Compo nents In put File對(duì)話框時(shí)，選擇輸入文件或用標(biāo)準(zhǔn)ENVI選擇程序選取子集。將會(huì)出現(xiàn) Forward PC Rotation Parameters 對(duì)話框。注意：點(diǎn)擊&

4、quot;Stats Subset”按鈕可以基于一個(gè)空間子集或感興趣區(qū)計(jì)算統(tǒng)計(jì)信息。該統(tǒng)計(jì)將被應(yīng)用于整個(gè)文件或文件的空間子集。詳細(xì)介紹，請(qǐng)參閱第348頁的“根據(jù)子集進(jìn)行統(tǒng)計(jì)”。在"Stats X/Y Resize Factor”文本框中鍵入小于 1的調(diào)整系數(shù)，用于計(jì)算統(tǒng)計(jì)值時(shí)的數(shù)據(jù)二 次采樣。注意：鍵入一個(gè)小于1的調(diào)整系數(shù)，將會(huì)提高統(tǒng)計(jì)計(jì)算速度。例如：使用一個(gè)0.1的調(diào)整系數(shù)，在統(tǒng)計(jì)計(jì)算時(shí)將只用到十分之一的像元。若需要，鍵入一個(gè)輸出統(tǒng)計(jì)文件名。使用箭頭切換按鈕，選擇是根據(jù)“Covarianee Matrix ”（協(xié)方差矩陣）還是根據(jù)“ Correlation Matrix ”（相關(guān)系

5、數(shù)矩陣）計(jì)算主成分波段。注意：一般說來，計(jì)算主成分時(shí)，選擇使用協(xié)方差矩陣。當(dāng)波段之間數(shù)據(jù)范圍差異較大時(shí)， 選擇相關(guān)系數(shù)矩陣，并且需要標(biāo)準(zhǔn)化。選用輸出到“ File”或“ Memory ”。在“ Output Data Type”菜單中，選擇所需的輸出文件 數(shù)據(jù)類型。選擇輸出的主成分波段數(shù)?？梢酝ㄟ^鍵入所需的數(shù)字，或用“Number of Output PC Bands ”標(biāo)簽旁的增減箭頭按鈕來確定輸出的主成分波段數(shù)。默認(rèn)的輸出波段數(shù)等于輸入波段數(shù)。也可以用特征值來選擇輸出的主成分波段數(shù)，按照如下步驟操作。A. 點(diǎn)擊“ Select Subset from Eigenvalues ”標(biāo)簽附近的按

6、鈕，選擇“ YES。統(tǒng)計(jì)信息將被計(jì) 算，并出現(xiàn)Select Output PC Bands對(duì)話框，列出每個(gè)波段和其相應(yīng)的特征值。 同時(shí)也列出每 個(gè)主成分波段中包含的數(shù)據(jù)方差的累積百分比。B. 在"Number of Output PC Ba nds ”文本框中，鍵入一個(gè)數(shù)字或點(diǎn)擊箭頭按鈕，確定要輸出的波段數(shù)。特征值大的主成分波段包含最大的數(shù)據(jù)方差。較小的特征值包含較少的數(shù)據(jù)信息和較多的噪聲。為了節(jié)省磁盤空間，最好僅輸出具有較大特征值的波段。C. 在Select Output PC Bands對(duì)話框中，點(diǎn)擊“ OK”。輸出的PC旋轉(zhuǎn)將只包含選擇的波段 數(shù)。例如：如果選擇“ 4”作為輸出

7、的波段數(shù)，則只有前 4個(gè)主成分波段會(huì)出現(xiàn)在輸出文件 里。在 Forward PC Rotatio n Parameters 對(duì)話框中，點(diǎn)擊“ OK”。ENVI處理完畢后，將出現(xiàn) PC Eige nV alues繪圖窗口，主成分波段將被導(dǎo)入可用波段列表中， 并用于顯示。ENVI主成分分析對(duì)PCA輸出應(yīng)用掩膜當(dāng)進(jìn)行正向PC旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以對(duì)輸出結(jié)果應(yīng)用掩膜。如果已經(jīng)為輸入文件指定了掩膜，可以設(shè)定輸出圖像中被掩膜遮蔽部分的輸出值。在 ENVI 主菜單中，選擇 Transforms > Principal Components > Forward PC Rotation > Comput

8、e New Statistics and Rotate。當(dāng)出現(xiàn)文件選擇對(duì)話框時(shí)，選擇輸入圖像并應(yīng)用掩膜。當(dāng)出現(xiàn) Forward PC Parameters對(duì)話框時(shí)，在“ Output Mask Value ”文本框中，為被掩膜遮蔽部分鍵 入一個(gè)輸出值。掩膜將被應(yīng)用于統(tǒng)計(jì)信息的計(jì)算，輸出數(shù)據(jù)的被遮蔽區(qū)域被置為輸入的掩膜值。根據(jù)子集進(jìn)行統(tǒng)計(jì)使用“ Stats Subset”按鈕可以基于一個(gè)空間子集或感興趣區(qū)來計(jì)算統(tǒng)計(jì)信息。該統(tǒng)計(jì) 將被應(yīng)用于整個(gè)文件或文件的空間子集。在 Forward PC Parameters對(duì)話框中，點(diǎn)擊“ Stats Subset"按鈕。在 Select Stati

9、stics Subset對(duì) 話框中，從下列選項(xiàng)中選擇：要選取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像空間子集，點(diǎn)擊“Calculate Stats On Image Subset”按鈕，使用標(biāo)準(zhǔn)ENVI方法構(gòu)建子集。要選取感興趣區(qū)作為子集，點(diǎn)擊“ Calculate Stats On R0”按鈕來顯示一個(gè)感 興趣區(qū)列表，然后點(diǎn)擊感興趣區(qū)名來選擇它。提示：要將先前保存的感興趣區(qū)添加到感興趣列表中，在子集對(duì)話框中，點(diǎn)擊“Restore ROIs” ,選擇感興趣區(qū)文件，然后選擇感興趣區(qū)。ENVI主成分分析根據(jù)已有統(tǒng)計(jì)進(jìn)行 PC旋轉(zhuǎn)如果已經(jīng)為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出協(xié)方差和特征值，可以將它們輸入到 PC旋轉(zhuǎn)中?？梢栽赑C旋轉(zhuǎn)中使用包含如下數(shù)據(jù)

10、的統(tǒng)計(jì)文件，包括：與輸入數(shù)據(jù)具有相同波段數(shù)的協(xié)方差和特征值（也許已經(jīng)用Basic Tools >Compute Statistics選項(xiàng)，或在以前的PC旋轉(zhuǎn)中計(jì)算出了這些統(tǒng)計(jì)值）。提示：當(dāng)為 PCA旋轉(zhuǎn)計(jì)算統(tǒng)計(jì)信息時(shí)，如果要避免使用某些特定像元，首先建立一個(gè)包含 這些“壞”像元的掩膜，然后使用Basic Tools >Statistics對(duì)掩膜圖像計(jì)算協(xié)方差統(tǒng)計(jì)信息，也可以使用該統(tǒng)計(jì)文件進(jìn)行主成分分析。選擇 Transforms > Principal Components > Forward PC Rotation > PC Rotation from Exis

11、ting Stats。當(dāng)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)ENVI選擇文件或子集對(duì)話框時(shí)， 選擇輸入文件，并用標(biāo)準(zhǔn)ENVI文件選擇 程序建立所需的子集。 將出現(xiàn)另一個(gè)文件選擇對(duì)話框， 在當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)目錄列表中， 顯示出 了已經(jīng)存在的統(tǒng)計(jì)文件（默認(rèn)擴(kuò)展名為.sta ）。用標(biāo)準(zhǔn)ENVI文件選擇程序選擇統(tǒng)計(jì)文件。選擇輸出到“File”或“Memory ”。在“OutputData Type"按鈕菜單中，選擇輸出文件的數(shù)據(jù)類型。選擇輸出的主成分波段數(shù)?？梢酝ㄟ^鍵入所需的數(shù)字， 或用“ Number of Output PC Ba nds ”標(biāo)簽旁的增減箭頭按鈕 來確定輸出的主成分波段數(shù)。默認(rèn)的輸出波段數(shù)等于輸入波段數(shù)

12、。 也可以用特征值來選擇輸 出的主成分波段數(shù)，按照如下步驟操作。點(diǎn)擊"Select Subset from Eigenvalues”標(biāo)簽附近的按鈕，選擇"YES。統(tǒng)計(jì)信息將被計(jì) 算，并出現(xiàn)Select Output PC Bands對(duì)話框，其中列出每個(gè)波段和其相應(yīng)的特征值，同時(shí)也列出每個(gè)主成分波段中包含的數(shù)據(jù)方差的累積百分比。在"Number of Output PC Ba nds ”文本框中，鍵入一個(gè)數(shù)字或點(diǎn)擊箭頭按鈕，確定要輸 出的波段數(shù)。特征值大的主成分波段包含最大的數(shù)據(jù)方差。較小的特征值包含較少的數(shù)據(jù)信息和較多的噪聲。為了節(jié)省磁盤空間，最好僅輸出具有較大特

13、征值的波段。在Select Output PC Bands對(duì)話框中，點(diǎn)擊“ OK'。輸出的PC旋轉(zhuǎn)將只包含選擇的波段數(shù)。 例如：如果選擇“ 4”作為輸出的波段數(shù)，則只有前4個(gè)主成分波段會(huì)出現(xiàn)在輸出文件里。在 Forward PC Rotatio n Parameters 對(duì)話框中，點(diǎn)擊“ OK”。ENVI處理完畢后，將出現(xiàn)PC EigenValues繪圖窗口，主成分波段將被導(dǎo)入可用波段列表中，并用于顯示。想了解特征值繪圖窗口中有關(guān)編輯以及其它選項(xiàng)的信息，請(qǐng)參閱第193頁的“交互式繪圖功能”。（2） 反向PC旋轉(zhuǎn)使用Inverse PC Rotation工具可以將主成分圖像變換回原始數(shù)據(jù)空間。選擇 Tran sforms > Prin cipal Compo nents > In verse PC Rotatio n。當(dāng)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn) ENVI 選擇文件或子 集對(duì)話框時(shí)，選擇輸入文件，并用標(biāo)準(zhǔn)ENV文件選擇程序建立所需子集。將出現(xiàn)另一個(gè)文件選擇對(duì)話框，在當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)目錄列表中，顯示出了已經(jīng)存在的統(tǒng)計(jì)文件（默認(rèn)擴(kuò)展名 為.sta ）選擇在正向PC旋轉(zhuǎn)中存儲(chǔ)的統(tǒng)計(jì)文件。注意：在選擇反向 PC旋轉(zhuǎn)之前，統(tǒng)計(jì)文件必須已經(jīng)存在。在 “Calculate using"標(biāo)簽旁，使用箭頭切換按鈕選擇“C