《遙感技術基礎》實習指導

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1、《遙感技術基礎》實驗實習指導書 目的：  遙感是土地資源管理專業(yè)的核心內(nèi)容之一，是實踐性、應用性很強的技術學科，實習、實驗在教學體系中占有非常重要的地位。通過實習，鞏固與加深理解課堂講授的理論知識，掌握具體的遙感圖像分析解譯技術與專業(yè)應用方法；能夠根據(jù)遙感圖像，提取專題信息，進行計算機自動分類識別和遙感地圖制圖；能夠應用遙感技術開展專業(yè)分析解譯與應用工作， 從而增強學生的實際動手能力、分析問題解決問題的能力、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。 內(nèi)容： 熟悉和掌握主流的遙感圖象處理軟件ERDAS，運用該軟件完成一下的內(nèi)容： （一） 認識遙感圖象處理軟件； （二） 遙感圖像的輻射校正；

2、（三） 遙感圖像的幾何校正； （四） 遙感圖像增強處理； （五） 遙感信息復合； （六） 遙感圖像監(jiān)督分類； （七） 遙感圖像非監(jiān)督分類。 考核內(nèi)容 1、 相關圖像處理、信息提取與識別結果影像； 2、 實驗實習報告（基本原理、基本步驟、實驗結果與分析）； 3、 考勤 （一）認識遙感圖象處理軟件 目的和內(nèi)容 (1) 了解ERDAS IMAGINE8.4軟件的圖標面板及其功能體系 (2) 熟悉基本的ERDAS IMAGINE831軟件的視窗操作 (3) 掌握 ERDAS IMAGINE831軟件中數(shù)據(jù)的輸入輸出 1．圖標面板和功能體系 主要

3、了解以下內(nèi)容： ERDAS IMAGINE圖標面板 ERDAS IMAGINE是美國ERDAS公司開發(fā)的專業(yè)遙感圖象處理與地理信息系統(tǒng)軟件。ERDAS IMAGINE是以模塊化的方式提供給用戶。啟動ERDAS IMAGINE以后，用戶首先看到的是ERDAS IMAGINE的圖標面板（見下圖），包括菜單條和工具條兩部分： 查閱ERDAS信用卡 ；打開IMAGINE視窗 ；啟動數(shù)據(jù)輸入輸出模塊 ；啟動數(shù)據(jù)預處理模塊；啟動專題制圖模塊；啟動圖象解譯模塊 ；啟動圖象庫管理模塊；啟動圖象分類模塊；啟動空間建模工具；啟動雷達圖象處理模塊；啟動矢量功能模塊；啟動虛擬GIS模塊 。 

4、0; 主要功能體系 根據(jù) ERDAS IMAGINE系統(tǒng)功能、常規(guī)遙感圖象處理與遙感應用研究的工作內(nèi)容，用下示框圖說明ERDAS IMAGINE的功能體系。 2．視窗操作 （1）圖象、圖形顯示操作（ File） 第一步 啟動程序 “打開文件” 第二步 確定文件 確定打開文件的類型、文件名 第三步 設置參數(shù) 在“打開文件”操作彈出的對話框中點擊“Raster Option”設置圖象文件顯示的各項參數(shù) 第四步 打開圖象 （2）矢量圖形文件的顯示操作與上類似。 （3）實用菜單操作（ Utility） 視窗菜單條中 Utility（實用功能）對應有14項

5、命令，選擇不同命令進行不同操作： 1）光標查詢功能（Inquire Cursor）可查詢十字光標所在位置像元的縱橫坐標、三個波段顏色、灰度值、直方圖等信息，并隨光標移動實時變化 2）數(shù)據(jù)疊加顯示（Blend,Swipe,Flicker） 3）文件信息操作（Layer Info）圖象信息顯示及圖象信息編輯 （4）顯示菜單操作（ View） 視窗菜單條中的 View對應下拉菜單包含19項命令，其中： 1）文件顯示順序（Arrange Layers）棗首先在視窗依次打開多個文件（包括圖象、圖形、注記等文件），注意在打開上層圖象時，不要在選擇參數(shù)中選中清除已打開圖象；然后在Ar

6、range Layers Viewer對話框中進行調(diào)整文件順序 2）顯示比例操作（Displer Scale） 3）顯示變換操作（Rotate/Flip/Stretch）棗只是顯示變換，而非對文件數(shù)據(jù)進行操作 （4）矢量文件的生成、繪制與編輯 因為 ERDAS IMAGINE有專門的矢量模塊，這里只是熟悉基本的矢量操作命令。 矢量文件的建立和編輯： 第一步 打開圖象文件（Open Raster Layer） 第二步 創(chuàng)建圖形文件（Create Vector Layer） 第三步 繪制圖形要素（Draw Vector Elements）棗“Vector”→“Ena

7、ble Editing” 第四步 保存矢量文件（Save Vector Layer） 3．數(shù)據(jù)輸入輸出   2．數(shù)據(jù)輸入輸出 常用或常見的柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)格式 ERDAS IMAGINE的數(shù)據(jù)輸入輸出功能（Import/Export），允許你輸入多種格式的數(shù)據(jù)供IMAGINE使用，同時允許你將IMAGINE的文件轉換成多種數(shù)據(jù)格式，幾乎包括常用或常見的柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)格式，具體的數(shù)據(jù)格式都羅列在IMAGINE輸入輸出對話框中。 二進制圖象數(shù)據(jù)輸入單波段和多波段數(shù)據(jù) 1）輸入單波段數(shù)據(jù) 首先需要將各波段依次輸入，轉換為 ERDAS IMAGINE

8、的.img文件: 第一步 打開輸入輸出對話框棗選擇輸入數(shù)據(jù)操作（Import）、輸入數(shù)據(jù)文件類型為普通的二進制（Generic Binary）、選擇輸入數(shù)據(jù)媒體為文件（File）、確定輸入文件路徑和文件名、確定輸出文件路徑和文件名； 第二步 設置參數(shù)棗數(shù)據(jù)格式（BSQ或BIL或其他）、數(shù)據(jù)類型、圖象記錄長度、頭文件字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)文件行數(shù)、列數(shù)、波段數(shù)量等 第三步 輸入單波段數(shù)據(jù)棗依次將多個波段數(shù)據(jù)全部輸入 2）組合多波段數(shù)據(jù) 若干個單波段圖象文件合成一個多波段圖象文件： 第一步 在ERDAS IMAGINE中要先打開“相應的對話框（“Image Iterpreter”→“

9、Utilities”→“ Layer Stack”→ Layer Selection and Stacking對話框 第二步 在Layer Selection and Stacking對話框中，依次選擇并加載（Add）單波段圖象 第三步 將選擇的多個波段圖象組合成一幅多波段圖象   TIFF圖象數(shù)據(jù)輸入輸出 TIFF圖象數(shù)據(jù)是非常通用的圖象文件格式，ERDAS IMAGINE可以在打開圖象文件時直接指定TIFF格式即可在視窗中顯示TIFF圖象；如果要利用其他模塊對圖象作進一步處理操作，依然需要將TIFF文件轉換為IMG文件，只要在打開TIFF視窗中將TIFF文件另

10、存為（Save as）IMG文件即可。同樣可以將ERDAS IMAGINE中的IMG文件轉換為TIFF文件。   輸出 JPEG圖象數(shù)據(jù) JPEG圖象數(shù)據(jù)是一種通用的圖象文件格式。可利用ERDAS IMAGINE的“Import/Export”模塊或菜單命令將自己的IMG圖象文件輸出成JPEG圖象文件。 （二）遙感圖像的輻射校正校正 實驗目的：通過實習操作，掌握遙感圖像輻射校正的基本方法和步驟，理解遙感圖像輻射校正的意義。 實驗內(nèi)容：ERDAS軟件中圖像預處理模塊下的圖像輻射校正。 由于遙感檢測系統(tǒng)、大氣散射和吸收等原因引起的圖像模糊失真、分辯率和對比度下降等輻射

11、畸變，其中，大氣散射是圖像輻射畸變的主要因素，實驗中主要是消除由大氣散射引起的輻射誤差。 大氣校正有兩種方法，一種是直方圖圖，一種是線性回歸法。 1、 直方圖法 通過視窗viewer的圖標 ，查找最小灰度值，利用空間建模工具圖像象元灰度值減去該最小灰度值 2、線性回歸分析法 在視窗viewer打開要校正的圖像，Raster→Profile Tools 彈出對話框，選擇spectral→ ok，彈出Spectral Profile對話框如下： 利用Spectral Profile 中的圖標 選取一系列由暗到亮的目標地物點，在對話框中得到地物點在各個波段的的光譜曲

12、線，通過Spectral Profile對話框viewer → Tabular Data 查看地物點在各個波段的的具體光譜灰度值。 利用一系列目標地物點的灰度值建立線性回歸分析，求出線性方程的常數(shù)項，該值即為大氣影響值，在空間建模工具中，圖像灰度值減去該值即可消除大氣散射對圖像影響。 （三）遙感圖像的幾何校正 　 實驗目的：通過實習操作，掌握遙感圖像幾何校正的基本方法和步驟，深刻理解遙感圖像幾何校正的意義。 實驗內(nèi)容：ERDAS軟件中圖像預處理模塊下的圖像幾何校正。 幾何校正就是將圖像數(shù)據(jù)投影到平面上，使其符合地圖投影系統(tǒng)的過程。而將地圖投影系統(tǒng)賦予圖像數(shù)據(jù)的過程，稱為地里參考

13、（Geo-referencing）。由于所有地圖投影系統(tǒng)都遵循一定的地圖坐標系統(tǒng)，因此幾何校正的過程包含了地理參考過程。 1、圖像幾何校正的途徑 ERDAS圖標面板工具條：點擊DataPrep圖標，→Image Geometric Correction →打開Set Geo-Correction Input File對話框（圖2-1）。 ERDAS圖標面板菜單條：Main→Data Preparation→Image Geometric Correction→打開Set Geo-Correction Input File對話框（圖2-1）。 圖3-1  Set Geo-C

14、orrection Input File對話框 在Set Geo-Correction Input File對話框（圖1）中，需要確定校正圖像，有兩種選擇情況： 其一：首先確定來自視窗（FromViewer），然后選擇顯示圖像視窗。 其二：首先確定來自文件（From Image File），然后選擇輸入圖像。 2、圖像幾何校正的計算模型（Geometric Correction Model） ERDAS提供的圖像幾何校正模型有7種，具體功能如下： 表3-1 幾何校正計算模型與功能 模型 功能 Affine 圖像仿射變換（不做投影變換） Polynomial 多項式變換（

15、同時作投影變換） Reproject 投影變換（轉換調(diào)用多項式變換） Rubber Sheeting 非線性變換、非均勻變換 Camera 航空影像正射校正 Landsat Lantsat衛(wèi)星圖像正射校正 Spot Spot衛(wèi)星圖像正射校正 3、圖像校正的具體過程 第一步：顯示圖像文件（Display Image Files） 首先，在ERDAS圖標面板中點擊Viewer圖表兩次，打開兩個視窗（Viewer1/Viewer2），并將兩個視窗平鋪放置，操作過程如下： ERDAS圖表面板菜單條：Session→Title Viewers 然后，在Viewer1中打開需

16、要校正的Lantsat圖像：tmAtlanta,img 在Viewer2中打開作為地理參考的校正過的SPOT圖像：panAtlanta,img 第二步：啟動幾何校正模塊（Geometric Correction Tool） Viewer1菜單條：Raster→ Geometric Correction →打開Set Geometric Model對話框（圖3-2） →選擇多項式幾何校正模型：Polynomial→OK →同時打開Geo Correction Tools對話框（圖3-3）和Polynomial Model Properties對話框（圖3-4）。 在Polynomi

17、al  Model  Properties對話框中，定義多項式模型參數(shù)以及投影參數(shù)： →定義多項式次方（Polynomial Order）:2 →定義投影參數(shù)：（PROJECTION）:略 →Apply→Close →打開GCP Tool Referense Setup 對話框（圖3-5）。     圖3-2 Set Geometric Model對話框 圖3-3 Geo Correction Tools對話框 圖3-4 Polynomial Properties對話框 圖3-5 GCP Tool Refere

18、nse Setup 對話框 第三步：啟動控制點工具（Start GCP Tools） 圖3-6 Viewer Selection Instructions 首先，在GCP Tool Referense Setup對話框（圖3-5）中選擇采點模式： →選擇視窗采點模式：Existing Viewer→OK →打開Viewer Selection Instructions指示器（圖3-6） →左鍵點擊Viewer2視窗panAtlanta,img圖像的任意地方，即將將該圖像作為地理參考圖像 。 →打開reference Map Information 提示框（圖3-7）；→OK

19、 →此時，整個屏幕將自動變化為如圖3-8所示的狀態(tài)，表明控制點工具被啟動，進入控制點采點狀態(tài)。 圖3-7 reference Map Information 提示框 圖3-8 控制點采點 第四步：采集地面控制點（Ground Control Point） GCP的具體采集過程： 在圖像幾何校正過程中，采集控制點是一項非常重要和繁重的工作，具體過程如下： 1、在GCP工具對話框中，點擊Select GCP圖表，進入GCP選擇狀態(tài)； 2、在GCP數(shù)據(jù)表中，將輸入GCP的顏色設置為比較明顯的黃色。 3、在Viewer1中移動關聯(lián)方框位置，尋找明顯的地物特征點，作為輸入GCP

20、。 4、在GCP工具對話框中，點擊Create GCP圖標，并在Viewer3中點擊左鍵定點，GCP數(shù)據(jù)表將記錄一個輸入GCP，包括其編號、標識碼、X坐標和Y坐標。 5、在GCP對話框中，點擊Select GCP圖標，重新進入GCP選擇狀態(tài)。 6、在GCP數(shù)據(jù)表中，將參考GCP的顏色設置為比較明顯的紅色， 7、在Viewer2中，移動關聯(lián)方框位置，尋找對應的地物特征點，作為參考GCP。 8、在GCP工具對話框中，點擊Create GCP圖標，并在Viewer4中點擊左肩頂巔，系統(tǒng)將自動將參考點的坐標（X、Y）顯示在GCP數(shù)據(jù)表中。 9、在GCP對話框中，點擊SelectGCP圖標，

21、重新進入GCP選擇狀態(tài)，并將光標移回到Viewer1中，準備采集另一個輸入控制點。 10、不斷重復1-9，采集若干控制點GCP，直到滿足所選定的幾何模型為止，爾后，沒采集一個InputGCP，系統(tǒng)就自動產(chǎn)生一個Ref. GCP，通過移動Ref. GCP可以優(yōu)化校正模型。 第五步：采集地面檢查點（Ground Check Point） 以上采集的 GCP的類型均為控制點，用于控制計算，建立轉換模型及多項式方程，下面所要采集的GCP類型是檢查點。（略） 第六步：計算轉換模型（Compute Transformation） 在控制點采集過程中，一般是設置為自動轉換計算模型。所以隨著控制點采

22、集過程的完成，轉換模型就自動計算生成。 在Geo-Correction Tools對話框中，點擊Display Model Properties 圖表，可以查閱模型。 第七步：圖像重采樣（Resample the Image） 重采樣過程就是依據(jù)未校正圖像的像元值，計算生成一幅校正圖像的過程。原圖像中所有刪格數(shù)據(jù)層都要進行重采樣。 ERDAS IMAGE 提供了三種最常用的重采樣方法。略 圖像重采樣的過程： 首先，在Geo-Correction Tools對話框中選擇Image Resample 圖標。 然后，在Image Resample對話框中，定義重采樣參數(shù)； →輸出圖像

23、文件明（OutputFile）:rectify.img →選擇重采樣方法（Resample Method）:Nearest Neighbor →定義輸出圖像范圍： →定義輸出像元的大?。? →設置輸出統(tǒng)計中忽略零值: →定義重新計算輸出缺省值： 第八步：保存幾何校正模式（Save rectification Model） 在Geo-Correction Tools對話框中點擊Exit按鈕，推出幾何校正過程，按照系統(tǒng)提示，選擇保存圖像幾何校正模式，并定義模式文件，以便下一次直接利用。 第九步：檢驗校正結果（Verify rectification Result） 基本方法：同時在

24、兩個視窗中打開兩幅圖像，一幅是矯正以后的圖像，一幅是當時的參考圖像，通過視窗地理連接功能，及查詢光標功能進行目視定性檢驗。 　 （四）遙感圖像的增強處理 　 實驗目的： 通過上機操作，了解空間增強、輻射增強幾種遙感圖象增強處理的過程和方法，加深對圖象增強處理的理解。 實驗內(nèi)容：卷積增強處理；銳化增強處理；直方圖均衡化；色彩變換。 ERDAS IMAGE圖像解譯模塊主要包括了圖像的空間增強、輻射增強、光譜增強、高光譜工具、傅立葉變換、地形分析以及其他實用功能。 1、卷積增強（Convolution） 空間增強技術是利用像元自身及其周圍像元的灰度值進行運算，達到增強整個圖像之目的。

25、卷積增強（Convolution）是空間增強的一種方法。 卷積增強（Convolution）時將整個像元分塊進行平均處理，用于改變圖像的空間頻率特征 。卷積增強（Convolution）處理的關鍵是卷計算子----系數(shù)矩陣的選擇。該系數(shù)矩陣又稱卷積核（Kernal）。ERDAS IMAGINE將常用的卷計算子放在一個名為default.klb的文件中，分為3*3，5*5、7*7三組，每組又包括“EdgeDetect/Low Pass/Horizontal/Vertical/Summary”等七種不同的處理方式。具體執(zhí)行過程如下： ERDAS圖標面板菜單條：Main→Image Interp

26、reter→Spatial enhancement→convolution→convolution對話框。 圖4-1 Convolution對話框 幾個重要參數(shù)的設置： 邊緣處理方法：（Handle Edges by）：Reflection 卷積歸一化處理：Normalize the Kernel 2、直方圖均衡化（Histogram Equalization） 直方圖均衡化實質(zhì)上是對圖像進行非線性拉伸，重新分配圖像像元值，是一定灰度范圍內(nèi)的像元數(shù)量大致相同。這樣，原來直方圖中間的峰頂部分對比度得到增強，而兩側的谷底部分對比度降低，輸出圖像的直方圖是一較平的分段直方圖。 注意

27、：認真對比直方圖均衡化前后的圖像差別，仔細觀察直方圖均衡化的效果。 圖4-2直方圖均衡化 3、主成分變換 主成分變換（Principal Component Analysis）是一種常用的數(shù)據(jù)壓縮方法，它可以將具有相關性的多波段數(shù)據(jù)壓縮到完全獨立的較少的幾個波段上，使圖像數(shù)據(jù)更易于解譯。ERDAS IMAGE提供的主成分變換功能最多等對256個波段的圖象進行轉換壓縮。 ERDAS 圖標面板菜單條：Main →Image Interporeter→ Spectral Enhancement →Principial Comp →Pincipal Components對話框（圖4-3）。

28、 圖4-3 Principal Component對話框 4、色彩變換（RGB to IHS） 色彩變換是將遙感圖像從紅（R）、綠（G）、蘭（B）三種顏色組成的色彩空間轉換到以亮度（I）、色度（H）、飽和度（S）作為定位參數(shù)的色彩空間，以便使圖像的顏色與人眼看到得更接近。其中，亮度表示整個圖象的明亮程度，取值范圍是0-1；色度代表像元的顏色，取值范圍為0-360；飽和度代表顏色的純度，取值范圍是0-1。 圖4-4 RGB to HIS對話框   （五）遙感信息的復合 　 實驗目的：通過上機操作，初步掌握遙感信息復合的方法，深入理解遙感信息復合在信息解譯中的意

29、義。 實驗內(nèi)容：多光譜數(shù)據(jù)與高分辨率全色數(shù)據(jù)的融合。 分辨率融合是遙感信息復合的一個主要方法，它使得融合后的遙感圖象既具有較好的空間分辨率，又具有多光譜特征，從而達到增強圖象質(zhì)量的目的。 注意：在調(diào)出了分辨率融合對話框后，關鍵是選擇融合方法，定義重采樣的方法。 圖5-1分辨率融合對話框 （六）遙感圖像分類---監(jiān)督分類 實驗目的：理解計算機圖像分類的基本原理以及監(jiān)督分類的過程，達到能熟練地對遙感圖像進行監(jiān)督分類的目的。 實驗內(nèi)容：ERDAS遙感圖像監(jiān)督分類。 1、定義分類模板 第一步：顯示要進行分類的圖像 第二步：打開摸板編輯器并調(diào)整顯示字段 圖6-1 分類模

30、板編輯器 第三步：獲取分類模板信息 第四步：保存分類模板 2、評價分類模板 介紹報警評價、可能性矩陣、直方圖三種分類模板評價方法。要求學生重點掌握利用可能性矩陣方法評價分類模板。 3、執(zhí)行監(jiān)督分類 在監(jiān)督分類中，用于分類決策的規(guī)則是多層次的，如對非參數(shù)模板有特征空間、平行六面體等方法。對參數(shù)模板有最大似然法、最小距離法等。但要注意對應用范圍，如非參數(shù)模板只能應用于非參數(shù)型模板；對于參數(shù)型模板，要使用參數(shù)型規(guī)則。另外，使用非參數(shù)型模板，還要確定疊加規(guī)則和未分類規(guī)則。 根據(jù)以上要求，指導學生理解并正確填寫監(jiān)督分類對話框，執(zhí)行監(jiān)督分類。 圖6-2 監(jiān)督分類對話框 　 （七）遙

31、感圖像分類---非監(jiān)督分類 　 實驗目的：進一步理解計算機圖像分類的基本原理以及監(jiān)督分類的過程，達到能熟練地對遙感圖像進行監(jiān)督分類的目的，同時深刻理解監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類的區(qū)別。 實驗內(nèi)容：ERDAS遙感圖像非監(jiān)督分類。 1、分類過程（Classification Procedure） 第一步：調(diào)出非監(jiān)督分類對話框 指導學生掌握兩種方法。 方法一：DATA PRETATION→UNSUPERVISED CLASSIFICATION. 方法二：Classifier圖標→classification→unsupervised classification 第二步：進行監(jiān)督分類

32、 調(diào)出：unsupervised classification對話框（圖6-1），逐項填寫。 注意問題：實際工作中常將分類數(shù)目取為最終分類數(shù)目的兩倍；收斂域值是指兩次分類結果相比保持不變的像原所占最大百分比。 圖7-1 unsupervised classification對話框 2、分類評價 （Evaluate Classification） 第一步：顯示原圖像與分類圖像 學會在同一個窗口中，同時打開兩個圖像. 第二步：打開分類圖像屬性表并調(diào)整字段顯示順序   圖7-2 圖象屬性編輯器 圖7-3 Column Properties對話框 第三步：給各個類別賦相應的顏色 第四步：不透明度設置 圖7-4 Fomula對話框 第五步：確定類別的專題意義及其準確程度 第六步：標注類別的名稱和相應的顏色 重復以上4、5、6三步直到對所有類別都進行了分析與處理。注意，在進行分類疊加分析時，一次可以選擇一個類別，也可以選擇多個類別同時進行