遥感数字图像处理实验指导书2014.doc

“遥感原理与应用”教学大纲一、课程基本信息课程编号2103331课程名称遥感原理与应用Remote Sensing: Principle and its Application学分/学时2学分 / 32学时开课学期及学时安排三(2)学期16周：2学分，32学时适用专业测绘工程，选修先修课程高等数学，物理，土木工程测量配套教学环节遥感图像处理课堂实习后续系列课程(1) 摄影测量(2) 遥感数字图像处理教学语言（双语）本课程采用双语教学，主要采用英文PPT，中文讲授的形式。要求学生做一定的英文文献阅读，并作部分翻译。开课单位交通学院制定人及制定时间戚浩平，2011年9月二、课程性质、作用和教学目标遥感原理与应用为测绘工程专业的研讨型专业选修课，采用双语教学。根据本专业的教学计划安排，本课程总学时数为32学时，其中讲授16学时，研讨16学时，在第3学年第2学期内授完。遥感是一种不接触物体本身，用传感器收集目标物的电磁波信息，经处理、分析后，识别目标物，揭示其几何、物理性质和相互关系及其变化规律的现代科学技术。随着遥感平台、遥感传感器、数据通讯、数字图像处理等技术的高速发展，遥感已成为对地观测的重要手段与方法，在测绘、农业、林业、地质、矿产、生态、环境、水文和水资源、海洋等各个领域均已被广泛使用。本课程的教学目标是通过学习使学生掌握遥感的基础知识，了解现代遥感技术与应用、新型遥感平台与传感器及3S集成的概念。掌握遥感的基本概念、电磁辐射与地物波谱、遥感成像原理、遥感图像特征、遥感图像分析的原理与方法、图像信息的提取与分类处理的概念。了解并掌握遥感影像专题信息解译方法和遥感应用技术，为今后进一步深入学习遥感数字图像处理和开展工作打好基础。三、课程知识体系遥感作为采集地球数据及其变化信息的重要技术手段，其研究对象是目标的电磁波特性，遥感技术系统主要由信息源、信息的获取（遥感平台、遥感传感器）、信息的接收、信息的处理和信息的应用等部分组成。本课程主要介绍电磁波及遥感物理基础、遥感平台及运行特点、遥感传感器及其成像原理、遥感数字图像处理的基础知识、遥感图像的几何处理、遥感图像的辐射处理、遥感图像判读、遥感图像自动识别分类和遥感技术的应用等方面的基础知识。课程的知识体系由以下“五大模块”组成：模块一、遥感物理基础电磁波特性是遥感的探测对象，电磁辐射理论是遥感的物理基础，测定物体的电磁波物性是遥感的基础工作。涉及到电磁波、电磁波谱、黑体辐射规律、太阳辐射、大气对辐射的影响、地球自身辐射、地物的反射辐射、地物波谱特性的测定等内容。模块二、遥感平台与传感器传感器和遥感平台是遥感技术的核心，其发展直接关系着遥感应用的尺度、精度与性质，是遥感技术向实时、同步、定量、高精度、自动化方向发展的关键。涉及到遥感平台的种类、卫星轨道及运行特点、陆地卫星系列、海洋卫星系列、气象卫星系列、传感器成像原理、扫描成像、雷达成像、遥感图像特征等内容。模块三、遥感图像处理遥感图像处理是在分析、判读、理解、识别前的处理过程，其任务是对存在各种畸变的影像进行校正，并对影像进行增强，以提高图像质量、突出所需信息。涉及到颜色视觉、光学原理、图像的表示方式、遥感图像坐标系统、遥感图像的几何处理、遥感图像的辐射处理、遥感图像增强等内容。模块四、遥感图像解译遥感图像解译是从遥感影像中获取目标物信息的过程。遥感图像解译分为目视解译和计算机解译两种。涉及到景物特征和判读标志、目视判读方法、模式与模式识别、监督分类、非监督分类、面向对象分类、分类后处理和精度评定、专题制图等内容。模块五、遥感应用遥感应用是最终目的，主要介绍遥感在各领域的应用。主要介绍遥感技术在测绘、地质、植被、水体、土壤、环境监测、农业等领域的应用案例以及3S集成等内容。四、课程教学理念与学生能力培养【注：以下各点之后括号内字母为与美国工程与技术认证委员会（Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET）工程教育专业认证标准（Criteria for Accrediting Engineering Programs）之“ABET Criterion 3 Student Outcomes”的对照条款编号】1.分析能力的培养：主要培养学生对地物的电磁波特性、黑体辐射、一般物体的辐射、大气对太阳辐射的作用、影响图像质量的因素等的分析能力以及对图像处理质量的评估能力。(a), (b), (c), (e), (k)2.计算能力的培养：培养学生根据太阳常数计算太阳总辐射通量、根据维恩位移定律计算地物光谱中辐射最强波长、对比度变换、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换、影像融合等过程中的计算能力。(a), (b) ,(c), (e), (k)3.自学能力的培养：通过本课程的教学，要培养和提高学生对所学知识进行整理、总结、概括、消化吸收，以及围绕教学的内容，阅读参考书和有关资料、自我扩充知识领域的能力。(a), (b), (c), (e), (g), (h), (i), (k)4.表达能力的培养：主要是通过研究性自主学习内容的研讨交流、提交的课程小论文、PPT、课间实习方案的设计、作业以及提问交流以及小组合作等，培养学生能清晰、准确、完整地表达自己的学习所得、分析和解决问题的思路和步骤、组内交流、统一意见的能力。 (c), (d), (e), (g), (k)5.组织协调能力的培养：主要是在集体活动和实习、实验时，着重培养学生的组织协调能力，可通过讨论问题或轮流担任实习组长配合老师的安排，科学、合理地组织本组的活动等方法锻炼和培养。(d), (e), (f) , (g)6.创新能力的培养：培养学生独立思考、深入钻研问题的习惯，以及对问题提出多种解决方案、选择不同计算方法、知识的集成运用和对问题举一反三的能力(a), (b), (c), (d), (h), (j) , (k)。7.研讨和科研能力的培养：结合具体的知识节点，设计研讨内容，通过研究性自主学习和讨论，课间实验、SRTP项目实施等途径，培养学生综合运用所学的知识、给以无约束的想象空间，针对研讨的课题、在老师的启发和指导下提出有价值的思路和科学合理的解决方法，以提高学生的科研能力和专业水平。(a), (b), (c), (d), (e), (h), (j) , (k)。遥感原理与应用教学活动中，注重知识环节的学习与实训应用相结合的常态化，使学生工程意识和学为所用能力的培养贯穿于课程教学的整个过程。可选择地进行一些综合性的实践项目：1专题讨论 预先给出一些来自工程实际的问题，就一个或多个主题，进行方案的选择和设计，可通过资料收集和问题分析，提出一种或多种解决方案，可以以个人的观点或者是团队的观点，在课堂上开展讨论。最后教师加以点评、总结。(a), (d), (e), (f), (h), (k)2专题研究 对某些知识单元、知识点的学习，给出一些深层次的专题研究提示与引导，要求学生在检索、阅读有关文献资料的基础上，结合某一个实际的题目，进行自主学习与研究，撰写研究报告或总结。由此培养学生资料检索、总结与综合能力；课程知识的综合应用能力；研究探索能力；研究报告整理撰写能力等。(a), (b), (e), (g), (k)3专题设计 布置若干综合型专题设计项目，实现关联课程教学内容的进一步渗透和体现理论与实践的融会贯通，训练学生的以下实践能力：基于新技术、新理论、新规范、新方法，给出更加适宜和新颖的、科学的解决方案；信息技术及现代设计方法与有关软件的应用能力。(a), (b), (c), (e), (g), (k)4专题讲座 结合教学内容的扩展与提高、现代设计技术与方法的工程应用、学生课外创新实践项目、典型工程设计案例分析等，开设若干专题讲座，以开阔学生自主学习、研究、实践的新思路，提高应用实践能力和专业素质以及创新能力和素质。(a), (h), (i)附：ABET Criterion 3 Student Outcomes(Effective for Evaluations During the 2011-2012 Accreditation Cycle)(Student outcomes describe what students are expected to know and be able to do by the time of graduation. These relate to the skills, knowledge, and behaviors that students acquire as they progress through the program.)(a) An ability to apply knowledge of mathematics, science, and engineering.(b) An ability to design and conduct experiments, as well as to analyze and interpret data.(c) An ability to design a system, component, or process to meet desired needs within realistic constraints such as economic, environmental, social, political, ethical, health and safety, manufacturability, and sustainability.(d) An ability to function on multidisciplinary teams.(e) An ability to identify, formulate, and solve engineering problems.(f) An understanding of professional and ethical responsibility.(g) An ability to communicate effectively.(h) The broad education necessary to understand the impact of engineering solutions in a global, economic, environmental, and societal context.(i) A recognition of the need for, and an ability to engage in life-long learning.(j) A knowledge of contemporary issues.(k) An ability to use the techniques, skills, and modern engineering tools necessary for engineering practice.五、课程教学内容（知识单元和知识点）、基本要求和学时安排三（2）学期：2学分，32学时(1)电磁辐射与遥感物理基础（2学时）掌握遥感的定义、掌握什么是电磁波谱、电磁辐射，电磁辐射的度量、黑体辐射与实际物体辐射的规律；理解太阳辐射传播到地表面又返回到传感器的过程中所发生的物理现象；掌握大气散射的类型与特点及大气窗口的概念和大气窗口的主要光谱段；了解地物波谱的测定过程，掌握植被、土壤、水体及岩石的光谱特征。(2) 遥感平台及运行特点（6学时，其中研讨4学时）理解主要的遥感平台及各自的特点以及卫星轨道的特点等，以研究性自主学习为主，课堂组织研讨，学生需提交读书报告和PPT，每人演讲3分钟，并参与讨论。(3)遥感传感器及其成像原理（2学时）了解各种传感器的特点，理解其工作过程与成像原理。理解并掌握遥感图像各种分辨率的概念。(4)遥感图像数字处理的基础知识（6学时，其中研讨2学时）了解数字图像的表达方式；掌握数字图像增强的一般方法，如对比度变换、彩色变换、滤波、图像运算、多源信息复合等技术。研讨遥感数字图像的常用格式与特点，编程实现BIL、BIP、BSQ数据格式转换。(5)遥感图像的几何处理（4学时，其中研讨2学时）了解遥感传感器的构像方程，理解几何畸变产生的原因，掌握遥感图像几何纠正的原理与方法，掌握图像间配准和数字镶嵌技术。就图像的几何纠正、镶嵌、裁剪专题提出设计方案，进行研讨，并在机房予以实现。(6)遥感图像的辐射处理（4学时，其中研讨2学时）了解辐射畸变产生的原因，掌握遥感图像辐射定标、大气纠正、地形校正、太阳照度纠正、辐射增强、图像运算等的原理与方法。以图像融合为专题，设计研讨课题，学生提出设计与实施方案，在机房实现，并评估融合质量，对不同方案的特点、适用范围、关键技术、融合效果等进行研讨。(7)遥感图像识别与分类（4学时，其中研讨2学时）理解遥感图像的目视解译与计算机解译；掌握数字图像监督分类、非监督分类的方法；了解智能图像处理方法。以图像分类为专题，设计研讨课题，学生提出设计与实施方案，在机房实现，针对监督分类、非监督分类不同方法的特点、适用范围、关键技术、分类效果评价等进行研讨。(8)遥感技术应用（4学时，其中研讨4学时）了解遥感在地质、水体、植被及土壤等方面的应用；理解高光谱遥感及其与传统遥感的区别。采用案例教学法，针对实际工程项目展开讨论，分析项目背景与要求、技术流程、关键技术、技术参数、实施效果、适用规范，并要求学生举一反三，研讨遥感技术在各领域的应用。六、考核方式及成绩构成 课程成绩的评定是现行教学质量评价的重要手段，对学生的学和教师的教都具有重要的导向作用。本课程主要考虑学生的理论掌握的程度，平时作业和学习态度的情况，专题实践活动的效果情况，综合性地评定成绩。理论掌握的程度，主要是通过