遙感原理與應(yīng)用實習(xí)報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上遙感原理與應(yīng)用課程設(shè)計“遙感專題信息提取與專題圖制作”設(shè)計報告 專心-專注-專業(yè)遙感專題信息提取和專題圖制作一、 課程設(shè)計的目的和意義1、加深理解和鞏固理論課上所學(xué)的有關(guān)遙感的基本原理、遙感傳感器的成像機理、遙感圖像的處理方法、專題信息提取以及遙感綜合應(yīng)用技術(shù)；2、鍛煉自主編程設(shè)計遙感圖像處理算法和熟練運用遙感軟件獨立分析問題、解決具體問題的實際工作能力；3、培養(yǎng)良好的工作習(xí)慣和科學(xué)素養(yǎng)，為今后參加科學(xué)研究工作以及畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。二、 課程設(shè)計的原理和方法結(jié)合在遙感原理與應(yīng)用課程設(shè)計中學(xué)習(xí)過的有關(guān)遙感圖像的相關(guān)知識，包括使用多項式對遙感影像的進行幾何糾正，遙感

2、影像的鑲嵌，圖像融合，使用模式識別技術(shù)對遙感影像進行監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類，并對分類結(jié)果進行評價和處理，最終得到有實際使用價值的專題地圖，使用ERDAS軟件對遙感圖像進行處理，提取專題要素并制作專題地圖。在本次課程設(shè)計中使用的ERDAS軟件，是成熟的商業(yè)化遙感圖像處理軟件，功能強大，能夠?qū)b感圖像進行專業(yè)化的處理，并且處理速度高，準(zhǔn)確度好，同時操作方便，但需要用戶具備一定的遙感專業(yè)知識。三、 課程設(shè)計的過程與步驟3.1 方案設(shè)計由于本次實習(xí)并沒有向以往的實習(xí)一樣有詳細的實習(xí)步驟說明，需要自行設(shè)計實習(xí)的具體方案和步驟，根據(jù)老師提供的實習(xí)任務(wù)書中有關(guān)要求，結(jié)合課程所學(xué)知識，首先設(shè)計出總體方案，主要包

3、括圖像專題信息提取的流程，以及專題地圖制作的流程。然后對每一步進行細化，比如影像的幾何糾正應(yīng)該怎樣進行，但應(yīng)該注意這一部分應(yīng)該不涉及到具體的軟件操作，也就是說使用任意一個遙感圖像處理軟件按照設(shè)計的流程，在結(jié)合軟件的具體操作，都應(yīng)該能夠正確的提取出感興趣的專題信息。3.2 影像預(yù)處理由于實習(xí)提供的標(biāo)準(zhǔn)影像文件沒有投影信息和地理坐標(biāo)信息，為了能夠使用該影像對需要處理的影像進行幾何糾正，首先需要將相關(guān)的信息添加到影像中。使用ERDAS打開標(biāo)準(zhǔn)影像sp_yc.img，點擊快捷按鈕中的影像信息按鈕，彈出影像信息對話框，在地圖信息和投影信息中可以看到?jīng)]有相應(yīng)的信息，此時選擇Edit->Change

4、Map Model，彈出地圖模型對話框并根據(jù)老師提供的數(shù)據(jù)修改左上角像素的地理坐標(biāo)信息和影像投影信息，修改完成如下圖。Figure 1 修改地圖模型結(jié)果然后點擊Edit->Add/Change Projection,彈出添加影像投影信息對話框，選擇影像的投影信息為UTM投影，坐標(biāo)系為WGS84坐標(biāo)系，投影帶為49號帶，然后確定。最后確認(rèn)投影及地理坐標(biāo)信息修改無誤后，關(guān)閉圖像信息對話框，并保存影像。3.3 圖像合成由于老師提供的TM影像是按照一個波段一個文件進行保存的，首先需要將不同波段合成為一個多波段的單文件影像。使用ERDAS的Image Interpreter模塊，選擇Utiliti

5、es，再選擇Layer Stack功能，彈出圖像層合成對話框，將需要合成的圖像添加進來，并在數(shù)據(jù)文件中選擇輸出文件的路徑，在輸出選項中選擇合成，點擊OK進行圖像合成（Figure 2）。對左右兩張圖片都進行如此操作，得到left.img和right.img兩張圖像。3.4 圖像糾正由于用來進行專題信息提取的兩張圖片并沒有進行幾何校正，圖像并不能真實地物之間的距離管理，存在變形，需要進行糾正以確保其正確性。打開標(biāo)準(zhǔn)圖像和待糾正圖像，在待糾正圖像的窗口中執(zhí)行Raster->Geomatric Correction,在彈出的對話框中選擇糾正模型為Polynomial（多項式），點擊OK，在多項

6、式模型屬性中設(shè)置多項式次數(shù)為2（見Figure 3）。點擊Apply然后Close。然后會彈出選擇標(biāo)準(zhǔn)圖像的對話框，選擇第一項，從打開的圖像中選擇。然后在標(biāo)準(zhǔn)圖像的窗口中點一下即可。此時ERDAS會變成進行幾何糾正的視圖，兩張圖像左右平行排列。下面的表格會記錄在圖像中標(biāo)出的同名像點。使用刺點工具在左右兩張圖像中刺出同名像點。Figure 2 圖像合成Figure 3 多項式模型屬性在兩張圖像上刺出7個控制點，控制點點位盡量在圖像中均勻分布，此時在下面的GCP Tool對話框中會計算出點位控制點的中誤差（Figure 4），如果中誤差較大，需要重新選擇控制點。如果沒有誤差較小，則在GCP Too

7、l中將輸入文件和標(biāo)準(zhǔn)文件上的刺點位置分別保存。Figure 4 幾何校正控制點中誤差點擊最上方地理糾正工具框中的重采樣圖標(biāo)，打開重采樣對話框，選擇輸出文件名稱和重采樣方法（Figure 5），輸出經(jīng)過校正后的圖像。Figure 5 重采樣對話框然后新建一個視圖，打開經(jīng)過校正后的圖像和標(biāo)準(zhǔn)圖形，使用Utility菜單中的Swipe、Blend和Flicker工具比較糾正結(jié)果和原圖像，如果對結(jié)果不滿意，則需重新刺點進行幾何糾正直至滿意未知。對兩張影像都進行幾何糾正，得到left_corrected.img和right_corrected.img。3.5 圖像鑲嵌在此步驟中，將上面糾正好的兩幅圖像合

8、成為一幅圖像，方便后面專題信息提取可以一次提取出所有信息。選擇ERDAS的Data Preparation模塊，選擇Mosaic Image功能，在選擇Mosaic Tools功能，此時Mosaic Tool程序會出現(xiàn)。選擇Edit->Add Images,將剛剛糾正好的兩張圖像添加進來，同時打開一個視圖，同時打開這兩幅圖像。然后點擊工具欄中按鈕，切換到輸出視圖模式選擇，點擊Edit->Color Corection,會彈出色彩糾正選項對話框勾選最后一個“采用直方圖匹配”，然后在打開的兩幅圖像的視圖中，使用AOI Tools，畫出一條兩幅圖像分割的切割線，并保持這條線在選中狀態(tài)。即

9、在鑲嵌時按照這條線來切割圖像然后將圖像鑲嵌在一起。然后在Mosaic Tool中點擊工具欄的設(shè)置AOI切割線圖標(biāo)，彈出選擇切割線對話框選擇第一項AOI from Viewer，然后在視圖窗口中點一下即可選中該切割線，并且在Mosaic Tool窗口中也可以看到切割線的效果（如Figure 6）然后在下面的表格中的Function一欄中選擇Cut/Smooth，使得切割線兩邊平滑，然后執(zhí)行菜單項Process->Run Mosaic,選擇結(jié)果文Figure 6 添加切割線效果件路徑，保存文件total.img。然后新建一個視圖打開鑲嵌結(jié)果文件，如果發(fā)現(xiàn)有明顯的鑲嵌痕跡，則需要重新選擇鑲嵌邊

10、，重復(fù)上面的操作。3.6 影像融合通過影響融合，可以提高多波段圖像的分辨率，便于目視判讀幫助提高分類的精度。打開ERDAS的Image Interpreter模塊，選擇Spatial Enhancement模塊，點擊Resolution Merge，打開分辨率融合對話框，將標(biāo)準(zhǔn)圖像（Spot全色，10m）作為高分辨率輸入圖像，將鑲嵌后的圖像（TM，6波段，30m）作為多波段圖形輸入，并為輸出文件確定輸出路徑。在方法選項中有三種方法，分別使用這三種方法做融合，重采樣方法選擇雙線性內(nèi)插法，對于使用的多光譜圖像的波段號，選擇全部（即輸入1:6），然后確定（見Figure 7），輸出融合后的影像。Fi

11、gure 7 影像融合對話框打開三幅結(jié)果影像merge.img,merge_brovey.img和merge_multiplicative.img三幅圖像對比不同方法融合的結(jié)果，最后選擇merge.img（即使用Principal Component方法融合得到的圖像）最為分類的專題信息提取的基礎(chǔ)圖像。3.7 非監(jiān)督分類首先根據(jù)影像的光譜特征采用非監(jiān)督分類方法對影像進行非監(jiān)督分類，了解圖像的光譜空間聚類信息，為后續(xù)的監(jiān)督分類提供指導(dǎo)。啟動ERDAS的Classification模塊，選擇Unsupervised Classification功能，彈出非監(jiān)督分類的對話框，選擇需要分類的圖像，和輸

12、出文件的路徑，選擇分成10類，最大循環(huán)次數(shù)設(shè)為10次，其他默認(rèn)（見Figure 8），點擊OK，執(zhí)行非監(jiān)督分類。Figure 8 非監(jiān)督分類設(shè)置打開結(jié)果文件，觀察分類結(jié)果，對圖像加深認(rèn)識，為監(jiān)督分類做準(zhǔn)備。3.8 監(jiān)督分類這一步是本次實習(xí)中最為關(guān)鍵的一步，這一步的好壞直接決定了專題信息提取的好壞。打開ERDAS的Classification模塊，選擇Signature Editor,打開Signature Editor功能面板，同時打開鑲嵌結(jié)果圖像，執(zhí)行菜單AOI->Tools,使用多邊形工具畫出一片屬于同一類地物的樣本區(qū)域，在Signature Editor中點擊添加，即在特征編輯其中

13、添加一類的樣本，給樣本附上名字并選擇相應(yīng)的顏色。對于同一類地物選擇幾塊有代表性的區(qū)域并將他們設(shè)定為不同的特征，但賦予相同的顏色，這樣可以盡量的將同類異譜導(dǎo)致的分類混淆降到最?。ㄒ?Figure 9）。Figure 9 特征編輯器中添加訓(xùn)練樣本還有其他的樣本選擇方法，比如通過特征空間分布區(qū)選擇或者使用魔棒工具選擇等，具體方法可以參見ERDAS的使用說明去執(zhí)行。當(dāng)劃定好所有的訓(xùn)練樣區(qū)后，執(zhí)行菜單項Evaluate->Contingency，命令，在彈出的對話框中計算方法選擇特征空間，然后將使用百分比表示記過勾選上，點擊OK，計算訓(xùn)練樣本的混淆矩陣。觀察混淆矩陣，檢查根據(jù)樣本進行分類分正確的百

14、分比，如果正確劃分的比例很低的話（低于90%），那么需要重新劃定訓(xùn)練樣區(qū)，直至達到正確比例的要求，保存混淆矩陣文件。當(dāng)混淆矩陣滿足要求后，執(zhí)行菜單Classify->Supervised執(zhí)行監(jiān)督分類，彈出監(jiān)督分類對話框，選擇輸出文件路徑，并在non-parametric rule中選擇特征空間，同時勾選輸出距離文件，點擊OK進行監(jiān)督分類（見Figure 10）。打開分類結(jié)果圖像，觀察分類情況，如果不滿意，重復(fù)執(zhí)行上述步驟直至滿意。對于分類結(jié)果圖像由于有噪聲干擾，需要將噪聲去除（比如在河流中出現(xiàn)城市類像素），首先將圖像進行重新編碼，即將同一類的地物的像素值統(tǒng)一定義為新的數(shù)值。打開Inter

15、preter模塊，打開GIS功能，選擇Recode功能，打開重編碼工具，選擇需要重編碼的圖像，選擇輸出圖像路徑，定義重編碼規(guī)則，點擊輸出重編碼圖像。然后執(zhí)行Clump功能，將圖像分解為許多小的塊，確定輸入輸出文件路徑即可。最后執(zhí)行Eliminate功能，將小塊地物歸并到相鄰的地物中，在彈出的對話框中選擇輸入文件為剛剛執(zhí)行過Clump命令的文件，選擇輸出文件路徑，并去頂保留最小塊得像素個數(shù)，這里可以嘗試不同的數(shù)值，知道得到滿意的結(jié)果。Figure 10 執(zhí)行監(jiān)督分類對話框3.9 結(jié)果評價對于分類結(jié)果，進行評價，評定分類精度的好壞。制定Classification模塊，選擇Accuracy Ass

16、essment功能，在出現(xiàn)的精度評定功能窗口中，選擇需要評定的圖像，并添加30個隨機點，然后人工確定這30個點在原圖像上的屬于哪一類地物，記錄在Accuracy Assessment表格中，然后執(zhí)行Report菜單下的Accuracy Report和Cell Report得到精度評定報告。3.10 制作專題地圖使用ERDAS的Map Composer模塊功能，根據(jù)分類結(jié)果制作專題地圖。打開Map Composer模塊，選擇New Map Composition，在彈出的對話框中選擇地圖文件保存路徑，確定地圖圖紙大小和使用的單位，然后單機確定會彈出Map Coomposer編輯器，執(zhí)行菜單Ann

17、otation->Tool然后選擇創(chuàng)建地圖框架按鈕，選擇需要放置地圖的地方，在彈出的對話框中選擇從View中獲取數(shù)據(jù)，然后打開剛才的結(jié)果，確定要顯示的范圍，點擊確定就將圖像加載到地圖中，然后添加必要的地圖要素如圖框線，方里網(wǎng)，圖名，圖例，比例尺，指北針，完成專題地圖的制作。四、 課程設(shè)計的結(jié)果分析與評價實習(xí)的方案設(shè)計見附件一。其他的圖像文件在rsdata文件夾下，主要目錄文件如下：left.img左半張圖片合成結(jié)果right.img右半張圖片合成結(jié)果left_corrected.img左半張圖片幾何糾正結(jié)果right_corrected.img右半張圖片幾何糾正結(jié)果tatal.img鑲嵌

18、結(jié)果merge.img使用主分量變換進行圖像融合結(jié)果merge_cutted.img使用主分量變換進行圖像融合后裁剪結(jié)果merge_multiplicative.img使用乘法變換進行圖像融合結(jié)果merge_brovey.img使用brovey方法進行圖像融合結(jié)果merge_cutted_calssed_unsupervised.img對于融合結(jié)果進行非監(jiān)督分類結(jié)果merge_cutted_calssed.img對于融合結(jié)果進行監(jiān)督分類結(jié)果merge_cutted_calssed_recode.img對分類結(jié)果進行重編碼結(jié)果merge_cutted_calssed_recode_clump.i

19、mg對重編碼結(jié)果進行Clump操作結(jié)果merge_cutted_calssed_recode_clump_eliminate.img對Clump操作結(jié)果圖像進行Eliminate操作結(jié)果errormatrix.txt混淆矩陣結(jié)果accuracyreport.txt精度評價報告cellreport.txt精度評價的CellReport結(jié)果mymap.map專題地圖文件本次實習(xí)基本上是按照最初設(shè)計的實習(xí)方案進行的，這也可以反映出最初的實習(xí)方案設(shè)計是基本正確的。對比經(jīng)過糾正的左右影像可以看出經(jīng)過幾何糾正后，左右影像能夠很好的和標(biāo)準(zhǔn)影像符合到一起，但是左右影像在重疊部分存在錯位的情況，特別是在河道和陸

20、地交界等邊緣部分更為明顯，這也說明幾何糾正存在誤差，分析原因，可能有兩方面，一方面是所選的糾正模型與圖像的形變不符，導(dǎo)致糾正后影像存在錯位，還有就是控制點的選擇不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致糾正模型系數(shù)出現(xiàn)偏差，是結(jié)果圖像存在錯位，對于第一種情況可以更換糾正模型進行嘗試，對于第二種情況可以重新選擇控制點或者選擇更多的控制點或者使控制點的分布更加合理。對于融合后的結(jié)果，從目視上來說各有優(yōu)點，很難區(qū)分相互之間的好壞，但總體上大幅度提高了圖像的分辨率，為目視判讀提供了極大的便利，但對于分類的影像可能會導(dǎo)致原本地物的光譜曲線發(fā)生變形，導(dǎo)致原本能夠區(qū)分的像素在融合后結(jié)果中無法區(qū)分，關(guān)于這個問題，我曾經(jīng)做過實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)

21、使用融合后的圖像與融合前圖像進行分類區(qū)別并不明顯，在一些容易混淆的像素上，二者都不能很好的將他們分開，而融合后圖像將原本一個像素的位置可以劃分為幾個不同的類別，可以說精度提高了，因此最后選擇使用融合后圖像進行分類和專題信息提取。通過非監(jiān)督分類，可以看出陸地上的類別非常的復(fù)雜，這也提醒我在對陸地進行分類樣本采集時一定要注意不要將其他類別的混雜進來，另外一個重要的信息是兩條河道被分成兩類，這提醒我在對水體進行采樣時要特別注意要將兩條河道分別采樣。對于監(jiān)督分類結(jié)果可以看出，在總體上分類要比非監(jiān)督分類連續(xù)，但是在局部還是存在噪聲，這也說明分類后處理是必不可少的，而對于后處理，我只采用了最簡單的將小的噪

22、聲點合并到相鄰的區(qū)域中的方法，能夠去掉很多不合理的噪聲點，但是對于一些其他的大塊的錯分的情況無能為力，這一點如何解決還要在今后進行進一步的學(xué)習(xí)。五、 課程設(shè)計的總結(jié)與體會本次課程實習(xí)和以往的實習(xí)都不太一樣，沒有標(biāo)準(zhǔn)的步驟，沒有具體的操作方法，不是step by step了，需要充分發(fā)揮我們自己的所學(xué)知識，設(shè)計解決問題的方案，尋找具體的操作方法，這可以讓我們充分的思考問題，加深對于所學(xué)知識的理解，而不像以往的實習(xí)僅僅是熟悉軟件的操作，而且基本上實習(xí)過后很快就會忘記了。但是對于這種方式我建議應(yīng)該更加徹底一些，在本次實習(xí)中，老師還是提供相關(guān)的操作文檔，雖然不是針對所給數(shù)據(jù)的，但是也是大同小異，也是的這種實習(xí)方式的初衷打了折扣，我建議應(yīng)該是只給一個任務(wù)目標(biāo)，其他的有我們自行的去尋找答案，在實習(xí)過程中同時開放外網(wǎng)，方便大家查詢一些相關(guān)的問題，另外，對于實習(xí)結(jié)果的形式，不要拘泥于實習(xí)報告，可以使解決問題的論文或者是對于一些有價值的方法的討論?？赡軐τ谲浖牟僮鳑]有這樣了解的全面，但是對于素質(zhì)和能力的提高會遠大于這種方式?；蛘呤遣扇∫虿氖┙痰姆椒?，對于喜歡鉆研的同學(xué)給予更為寬松的環(huán)境，對于只想提高動手能力的同學(xué)給予更加詳細的資料和講解。希望實習(xí)能夠給每個人帶來它真正想要的東西。附件一：方案設(shè)計結(jié)果流程1. 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：將TIF數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IMG格式數(shù)據(jù)，對于單波段數(shù)據(jù)，直接轉(zhuǎn)換，對于多波