遙感數(shù)字圖像處理實驗指導書

1、遙感數(shù)字圖像處理實驗指導書實驗內容、學時分配與組織序號實驗項目 名稱 內 容 提 要實驗性質實驗類型學時分配每組人數(shù)備注 1 ERDAS視窗各個模塊的基本操作實驗初步了解目前主流的遙感圖象處理軟件ERDAS的主要功能模塊，在此基礎上，掌握視窗操作模塊的功能和操作技能，為遙感圖像的增強、校正等后續(xù)實驗奠定基礎。專業(yè)基礎基本型21必做2各種遙感原始數(shù)據(jù)格式轉換實驗掌握常用遙感原始數(shù)據(jù)的輸入與輸出格式轉換方法，輸入單波段數(shù)據(jù)與組合多波段數(shù)據(jù)的技能。專業(yè)基礎提高型（綜合性 ）21選做 3遙感數(shù)字圖像的幾何校正實驗通過實習操作，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。專業(yè)基

2、礎基本型21必做 4遙感數(shù)字圖像的增強處理實驗通過上機操作，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。專業(yè)基礎基本型21必做5遙感信息的融合實驗通過上機操作，初步掌握遙感信息融合的方法，深入理解遙感信息融合在信息解譯中的意義。專業(yè)基礎提高型（綜合性 ）21選做 6遙感影像計算機監(jiān)督分類實驗理解計算機圖像分類的基本原理以及監(jiān)督分類的過程，能熟練地對遙感圖像進行監(jiān)督分類。專業(yè)基礎基本型21必做7遙感影像計算機非監(jiān)督自動分類實驗進一步理解計算機圖像分類的基本原理以及非監(jiān)督分類的過程，能熟練地對遙感圖像進行非監(jiān)督分類，同時深刻理解監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類的區(qū)別。專業(yè)

3、基礎基本型21必做8遙感圖像裁剪與鑲嵌處理實驗掌握將遙感圖像按指定行政區(qū)域進行裁剪和將具有地理參考的若干相鄰圖像合并成一幅圖像或一組圖像的基本技能。專業(yè)基礎提高型（綜合性 ）21選做9遙感圖像空間分析實驗掌握圖像分類后處理與常用圖像空間分析的基本原理與基本技能。專業(yè)基礎提高型（綜合性 ）21選做10圖像柵格格式與矢量格式轉換實驗通過實驗，理解遙感圖像的柵格數(shù)據(jù)模型與矢量空間數(shù)據(jù)模型相互轉換的基本原理及其應用意義。專業(yè)基礎提高型（綜合性 ）21選做11遙感影像專題制圖實驗通過實驗，了解遙感影像制圖的工作流程與專題地圖編輯輸出的基本原理。專業(yè)基礎提高型（綜合性 ）21選做12遙感三維景觀虛擬系統(tǒng)設

4、計實驗掌握基于遙感數(shù)據(jù)和DEM制作三維數(shù)字正射影像圖的操作方法、景觀模型和地面紋理數(shù)據(jù)處理以及虛擬GIS漫游環(huán)境設計的技能。 專業(yè)基礎提高型（設計）21選做實驗一、ERDAS視窗的基本操作實驗目的：初步了解目前主流的遙感圖象處理軟件ERDAS的主要功能模塊，在此基礎上，掌握視窗操作模塊的功能和操作技能，為遙感圖像的幾何校正等后續(xù)實習奠定基礎。實驗內容：視窗功能介紹；文件菜單操作；實用菜單操作；顯示菜單操作；矢量和刪格菜單操作等。視窗操作是ERDAS軟件操作的基礎, ERDAS所有模塊都涉及到視窗操作。本實驗要求掌握視窗的基本功能，熟練掌握圖像顯示操作和矢量菜單操作，從而為深入理解和學習ERDA

5、S軟件打好基礎。實驗數(shù)據(jù)：wx98tm1-57.img；wx98spot_pan.img；wx98tm543.img以及ERDAS安裝目錄中的若干樣例圖像數(shù)據(jù)文件。1、視窗功能簡介二維視窗（圖1-1）是顯示刪格圖像、矢量圖形、注記文件、AOI等數(shù)據(jù)層的主要窗口。通過實際操作，掌握視窗菜單的主要功能、視窗工具功能。 圖1-1 二維視窗重點掌握ERDAS圖表面板菜單條；ERDAS圖表面板工具條；掌握視窗菜單功能和視窗工具功能等基本操作。2、圖像顯示操作（Display an Image）第一步：啟動程序（Start Program）視窗菜單條：Fileopen RasterLayerSe

6、lect Layer To Add對話框。第二步：確定文件（Determine File）在Select Layer To Add對話框中有File和Raster Option兩個選擇項，其中File就是用于確定圖像文件的，具體內容和操作實例如表。表1-1 圖像文件確定參數(shù)參數(shù)項含義實例Look in確定文件目錄examplesFile name確定文件名xs_truecolor_sub.imgFile of type確定文件類型IMAGINE Image（*.img）Recent選擇近期操作過的文件-Go to改變文件路徑-第三步：設置參數(shù)（Raster option）圖1-2 參數(shù)設置第四

7、步：打開圖像（Open Raster Layer）4、          實用菜單操作了解光標查詢功能；量測功能；數(shù)據(jù)疊加功能；文件信息操作；三維圖像操作等。4、顯示菜單操作掌握文件顯示順序（圖1-3）；顯示比例；顯示變換操作等。   5、矢量菜單操作矢量菜單操作功能是ERDAS軟件將遙感與地理信息系統(tǒng)相結合的一個體現(xiàn)。主要介紹矢量操作的有關命令，這是本次實驗的重點掌握內容。指導學生掌握適量工具面板功能，在此基礎上重點掌握矢量文件的生成與編輯。矢量文件的生成與編輯：第一步：打開圖像文件

8、第二步：創(chuàng)建圖形文件第三步：繪制圖形要素第四步：保存矢量文件在此基礎上，指導學生掌握：改變矢量要素形狀；調整矢量要素特征；編輯矢量屬性數(shù)據(jù)等有關矢量操作。圖1-3 圖層顯示順序實驗三、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（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。實驗數(shù)據(jù)：wx

9、98tm1-57.img（待校正圖像）；wx98spot_pan.img（參考圖像）； ERDAS安裝目錄中的若干樣例圖像數(shù)據(jù)文件。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：MainData PreparationImage Geometric Correction打開Set Geo-Correction Input File對話框（圖2-1）。圖2-1  Set Geo-Correction

10、 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2-1 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（同時作投影變換）Reproject投影變換（轉換調用多項式變換）R

11、ubber Sheeting非線性變換、非均勻變換Camera航空影像正射校正LandsatLantsat衛(wèi)星圖像正射校正SpotSpot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：SessionTitle Viewers然后，在Viewer1中打開需要校正的Lantsat圖像：tmAtlanta,img在Viewer2中打開作為地理參考的校正過的SPOT圖像：panAtlan

12、ta,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（2）選擇多項式幾何校正模型：PolynomialOK  同時打開Geo Correction Tools對話框（3）和Polynomial Model Properties對話框（4）。在Polynomial  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）:

13、2定義投影參數(shù)：（PROJECTION）:略ApplyClose打開GCP Tool Referense Setup 對話框（5）     圖2-2 Set Geometric Model對話框圖2-3 Geo Correction Tools對話框圖2-4 Polynomial Properties對話框圖2-5  GCP Tool Referense Setup 對話框第三步：啟動控制點工具（Start GCP Tools）圖2-6 Viewer Selection Instructions首先，在GCP Tool Referense Se

14、tup對話框（圖5）中選擇采點模式： 選擇視窗采點模式：Existing ViewerOK打開Viewer Selection Instructions指示器（圖2-6）在顯示作為地理參考圖像panAtlanta,img的Viewer2中點擊左鍵打開reference Map Information 提示框（圖2-7）；OK此時，整個屏幕將自動變化為如圖7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2-7 reference Map Information 提示框圖2-8 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

15、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。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、 

16、 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，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)就自動產生一個Ref. GCP，通過移動R

17、ef. 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

18、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?。涸O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

19、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。實驗四：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。實驗內容：卷積增強處理；

20、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。實驗數(shù)據(jù)：wx98tm543.img（待校正圖像）與wx98spot_pan.img（參考圖像）校正的結果 wx98tm543_warp.img；ERDAS安裝目錄中的若干樣例圖像數(shù)據(jù)文件。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。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

21、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：MainImage InterpreterSpatial enhancementconvolutionconvolution對話框。圖3-1 Convolution對話框幾

22、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 Kernel2、直方圖均衡化（Histogram Equalization）直方圖均衡化實質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：認真對比直方圖均衡化前后圖像差別，仔細觀察直方圖均衡化的效果。圖3-2直方圖均衡化   3、主成分變換    主成分變換（Pr

23、incipal 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3-3） 圖3-3 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）

24、、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3-4 RGB to HIS對話框 實驗五：遙感信息的融合（選做）實驗目的：通過上機操作，初步掌握遙感信息融合的方法，深入理解遙感信息融合在信息解譯中的意義。實驗內容：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融合的一個主要方法，它使得融合后的遙感圖象既

25、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量的目的。注意：在調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。實驗數(shù)據(jù)：圖像增強后的 wx98tm543_warp_EN.img與wx98spot_pan.img；ERDAS安裝目錄中的若干樣例圖像數(shù)據(jù)文件。圖4-1分辨率融合對話框實驗六：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。實驗內容：ERDAS遙感圖像監(jiān)督分類。實驗數(shù)據(jù)：wx98tm543_warp.img或安裝目錄中的若干樣例圖像數(shù)據(jù)文件。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整顯示字段圖5-1 分類模板編輯器第三步：獲取分類模板信息指導學生掌握四中獲取分類模板信息方法中的兩種。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)