《遥感概论》课程实验课指导书.doc

遥感概论课程实验课指导书遥感概论实验指导书吉林大学地探学院测绘工程系2006年01月10 日测量实验注意事项1. 实验之前必须阅读有关的教材及实验指导书，了解实验内容要求和步骤。2. 实验记录应用正楷填写，不可潦草，并按规定的填写日期、仪器名称、仪器号码、使用人、仪器状态。3. 使用计算机过程中要按照指导教师的要求去做，不可随意删除计算机内其它文件。不可随意更换页面。4. 没经过指导教师与实验室老师的允许不可随意拷入其它软件。5. 实验结束后应把实验报告上交指导教师审阅，符合要求方可离开。6. 实验结束后应关闭电源，清理桌面、清扫地面。实验室仪器操作细则1. 对实验室内的计算机必须爱护，不可随意搬动。2. 使用时先打开电源。3. 点击所要使用遥感和地理信息系统的有关软件。4. 实验完成之后保存实验图象，退出使用界面。5. 实验完毕应关闭计算机电源。6一切仪器若发生故障，应及时向指导教师或实验室工作人员回报，不得自行处理，若有损坏，遗失应写书面检查，进行登记、酌情赔偿。实验一 认识遥感图像和熟悉图像处理ERDAS软件实验类别：常规性实验实验学时：2学时实验地点：机房实验依据：遥感与地理信息系统实验教学大纲实验仪器与工具：微机、ERDAS软件、遥感图像实验目的与要求：1认识各种遥感图像2了解常用的遥感软件,熟悉ERDAS界面及其安装过程3掌握ERDAS的基本操作实验内容与步骤：遥感图像处理：遥感影像通常需要进一步处理方可使用，用于该目的的技术称之为图象处理。图象处理包括各种可以对像片或数字影像进行处理的操作，这些包括图象压缩、图象存储、图象增强、处理、量化、空间滤波以及图象模式识别等。还有其它更加丰富的内容。遥感常用图像：TM图像、MSS图像、航空影像、快鸟图像、IKNOS图像、SPOT图像、气象卫星图像、雷达图像、我国资源卫星图像等。常用遥感软件：目前，主要的遥感应用软件是 ENVI、PCI、ERMapper和ERDAS。(一)ERDAS介绍ERDAS IMAGINE 是美国ERDAS公司开发的专业遥感图象处理与地理信息系统软件ERDAS IMAGINE是以模块化的方式提供给用户的，可使用户根据自已的应用要求、资金情况合理地选择不同功能模块及其不同组合，对系统进行剪裁，充分利用软硬件资源，并最大限度地满足用户的专业应用要求。ERDAS IMAGINE 面向不同需求的用户，对于系统的扩展功能采用开放的体系结构以IMAGINE Essentials、IMAGINE Advantage、IMAGINE Professional 的形式为用户提供了低、中、高三档产品架构，并有丰富的功能扩展模块供用户选择，使产品模块的组合具有极大的灵活性。1. IMAGINE Essentials 级：是一个花费极少的，包括有制图和可视化核心功能的影像工具软件。无论您是独立地从事工作或是处在企业协同计算的环境下，都可以借助IMAGINE Essentials 完成二维/三维显示、数据输入、排序与管理、地图配准、制图输出以及简单的分析。可以集成使用多种数据类型，并在保持相同的易于使用和易于剪裁的界面下升级到其它的ERDAS 公司产品。可扩充模块： Vector直接采用了GIS工业界领袖ESRI的ArcInfo数据结构Coverage，建立、显示、编辑和查询ArcInfo完成拓扑关系的建立和修改及矢量和光栅图像的双向转换等； Virtual GIS真实三维景观重现和GIS分析； Developers ToolkitERDAS IMAGINE的C程序接口，ERDAS的函数库，及程序设计指南。2. IMAGINE Advantage 级：是建立在IMAGINE Essential 级基础之上的，增加了更丰富的图像光栅GIS 和单片航片正射矫正等强大功能的软件。IMAGINE Advantage 为您提供了灵活可靠的用于光栅分析，正射矫正，地形编辑及先进的影像镶嵌工具。简而言之，IMAGINE Advantage 是一个完整的图像地理信息系统（Imaging GIS）。除了Essential 级扩充模块外，可扩充模块： Radar模块雷达影像的基本处理； OrthoBase区域数字影像正射纠正； OrthoBASE Pro航片、卫片快速正射纠正，利用立体象对自动提取高精度DEM； OrthoRadar可对RadarSat，ERS 雷达影像进行正射纠正； StereoSAR DEM用立体方法从雷达图像数据中提取DEM； IFSAR DEM用干涉原理从雷达图像数据中提取DEM； ATCOR2对相对平坦地区图像进行大气校正和雾曦消除； ATCOR3对山区图像进行大气纠正雾曦消除，可以消除地形的影响；3. IMAGINE Professional 级：它是面向从事复杂分析，需要最新和最全面的处理工具，具有经验丰富的专业用户。Professional 是功能完整丰富的地理图像系统。除Essentials 和Advantage 中包含的功能以外，IMAGINE Professional 还提供轻松易用的空间建模工具（使用简单的图形化界面），高级的参数/非参数分类器，分类优化和精度评定，以及高光谱、雷达分析工具。它是最完整的制图和显示、信息提取、正射矫正、复杂空间建模和尖端的图像处理系统。 (二)ERDAS 图标面板介绍打开ERDAS后可以看到它的图标面板 包括菜单和工具条两部分菜单介绍 session main tools utilities help1,session 综合菜单 ,完成系统配置,面板布局,日志管理,启动命令工具,批处理过程,实用功能,联机帮助.2,main 主菜单 ,启动erdas图标面板中包括的所有功能模块.3,tools 工具菜单 ,完成文本编辑,矢量及栅格数据属性编辑,图形图象文件坐标变换,注及字体管理,三维动化制作.4,utilities 实用菜单 ,完成多种栅格数据格式设置与转换,图象的比较.5,help 帮助菜单 ,.下拉菜单详细介绍略(三)视窗菜单介绍重点掌握ERDAS图表面板菜单条；ERDAS图表面板工具条；掌握视窗菜单功能和视窗工具功能等基本操作。图像显示操作（Display an Image）第一步：启动程序（Start Program）视窗菜单条：Fileopen RasterLayerSelect Layer To Add对话框。第二步：确定文件（Determine File）在Select Layer To Add对话框中有File和Raster Option两个选择项，其中File就是用于确定图像文件的，具体内容和操作实例如表。表1-1 图像文件确定参数参数项含义实例Look in确定文件目录examplesFile name确定文件名xs_truecolor_sub.imgFile of type确定文件类型IMAGINE Image（*.img）Recent选择近期操作过的文件-Go to改变文件路径-第三步：设置参数（Raster option） 第四步：打开图像（Open Raster Layer）实用菜单操作了解光标查询功能；量测功能；数据叠加功能；文件信息操作；三维图像操作等。显示菜单操作掌握文件显示顺序（图1-3）；显示比例；显示变换操作等。矢量文件显示略ERDAS8.6安装过程1. 安装ERDAS IMAGINE 8.6并在出现“Licensing Information”对话框时选择“Use a License Server(Floationg License)”2. 点“Next”把你的计算机名给它（右键打开桌面上的“我的电脑”的属性，打开“网络标识”，点“属性”，确定“计算机名”一栏中为英文字母。如：jia）3. 点“Next”开始安装，4. 安装完成以后，用记事本打开光盘上CRACK目录的license.dat，在第一行用你的计算机名替换hostname，（如：SERVER jia ANY 27000）然后保存到C:Program FilesIMAGINE 8.6BinNTx86目录。5. 运行C:Program FilesIMAGINE 8.6BinNTx86目录下的lmtools.exe， 点“Configuration using Services”按钮，再点“Configure Services”标签。 指定lmgrd.exe的路径为C:Program FilesIMAGINE 8.6BinNTx86lmgrd.exe 指定license.dat的路径为C:Program FilesIMAGINE 8.6BinNTx86license.dat 指定debug.log的路径C:Program FilesIMAGINE 8.6BinNTx86（程序将为你创造一个文件, 就选择一条路径即可） 同时下面的Start Server at Power Up和Use Server前的方格打勾，再点右边Save Service。 再点Start/Stop/Reread标签，点Start Server。6. 运行IMAGINE 8.6实验注意事项：下次实验内容:遥感图象校正 提前了解常用的遥感数据格式 spot tm 航片. 附:如果有疑问可以发邮件 /实验耗材：打印纸，光盘应交成果：实验报告实验一 认识遥感图像和熟悉图像处理ERDAS软件实验报告报告人： 年 月 日报告内容： 实验报告主要是针对实验过程和结果对实验目的的理解和掌握程度，对所得实验结果进行分析、评价，指出注意事项和对本实验提出建议。实验二 遥感卫星图像几何校正实验类别：基础性实验实验学时：2学时实验地点：机房实验依据：遥感与地理信息系统实验教学大纲实验仪器与工具：微机、ERDAS软件、遥感图像实验目的与要求：1在熟悉erdas操作的基础上掌握具体图像处理的方法, 2理解几何校正的原理 3掌握多种图像校正的方法 4掌握拼接的方法实验内容与步骤：一、几何校正的原理： 遥感图像作为空间数据,具有空间地理位置的含义,在应用它之前必须将其投影到特定的参考系统中.几何处理是重要的一个环节。 现在几何处理面临的问题是多源数据的处理。 几何校正的两个层次，1：粗加工,略2：精纠正,精纠正的步骤:1根据图像的成象方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学模型; 2 根据所采用的数学模型确定纠正公式; 3 根据地面控制点和对应的像点坐标进行平差计算变换参数,评定精度; 4 对原始影像进行几何变换计算,像素亮度值重采样.教材上的讲的纠正方法:多项式法,共线方程法,随机场内插值法等.重点:多项式校正的原理,选点的个数及原则.二、ERDAS上几何校正的实现途径:1数据预处理途径,2 窗口栅格操作途径 基本的操作步骤:MainData Preparation.Image Geometric Correction 出现如下图所示 常用几何校正计算模型与功能模型功能Affine图像仿射变换（不做投影变换）Polynomial多项式变换（同时作投影变换）Reproject投影变换（转换调用多项式变换）Rubber Sheeting非线性变换、非均匀变换Camera航空影像正射校正LandsatLantsat卫星图像正射校正SpotSpot卫星图像正射校正资源卫星图像校正示例: 参考数据 tmAtlanta.img panAtlanta.img第一步：显示图像文件（Display Image Files）首先，在ERDAS图标面板中点击Viewer图表两次，打开两个视窗（Viewer1/Viewer2），并将两个视窗平铺放置，操作过程如下：ERDAS图表面板菜单条：SessionTitle Viewers然后，在Viewer1中打开需要校正的Lantsat图像：tmAtlanta.img在Viewer2中打开作为地理参考的校正过的SPOT图像：panAtlanta,img第二步：启动几何校正模块（Geometric Correction Tool）Viewer1菜单条：Raster Geometric Correction 打开Set Geometric Model对话框选择多项式几何校正模型：PolynomialOK 同时打开Geo Correction Tools对话框和Polynomial Model Properties对话框。在Polynomial Model Properties对话框中，定义多项式模型参数以及投影参数：定义多项式次方（Polynomial Order）:2定义投影参数：（PROJECTION）:略ApplyClose打开GCP Tool Referense Setup 对话框 Set Geometric Model对话框Geo Correction Tools对话框Polynomial Properties对话框GCP Tool Referense Setup 对话框第三步：启动控制点工具（Start GCP Tools）Viewer Selection Instructions首先，在GCP Tool Referense Setup对话框中选择采点模式： 选择视窗采点模式：Existing ViewerOK打开Viewer Selection Instructions指示器在显示作为地理参考图像panAtlanta,img的Viewer2中点击左键打开reference Map Information 提示框；OK此时，整个屏幕将自动变化为如图7所示的状态，表明控制点工具被启动，进入控制点采点状态。reference Map Information 提示框图2-8 控制点采点第四步：采集地面控制点（Ground Control Point）GCP的具体采集过程：在图像几何校正过程中，采集控制点是一项非常重要和繁重的工作，具体过程如下：1、 在GCP工具对话框中，点击Select GCP图表，进入GCP选择状态；2、 在GCP数据表中，将输入GCP的颜色设置为比较明显的黄色。3、 在Viewer1中移动关联方框位置，寻找明显的地物特征点，作为输入GCP。4、 在GCP工具对话框中，点击Create GCP图标，并在Viewer3中点击左键定点，GCP数据表将记录一个输入GCP，包括其编号、标识码、X坐标和Y坐标。5、 在GCP对话框中，点击Select GCP图标，重新进入GCP选择状态。6、 在GCP数据表中，将参考GCP的颜色设置为比较明显的红色，7、 在Viewer2中，移动关联方框位置，寻找对应的地物特征点，作为参考GCP。8、 在GCP工具对话框中，点击Create GCP图标，并在Viewer4中点击左肩定点,系统将自动将参考点的坐标（X、Y）显示在GCP数据表中。9、在GCP对话框中，点击SelectGCP图标，重新进入GCP选择状态，并将光标移回到Viewer1中，准备采集另一个输入控制点。10、不断重复1-9，采集若干控制点GCP，直到满足所选定的几何模型为止，尔后，没采集一个InputGCP，系统就自动产生一个Ref. GCP，通过移动Ref. GCP可以优化校正模型。第五步：采集地面检查点（Ground Check Point）以上采集的 GCP的类型均为控制点，用于控制计算，建立转换模型及多项式方程，。下面所要采集的GCP类型是检查点。（略）第六步：计算转换模型（Compute Transformation） 在控制点采集过程中，一般是设置为自动转换计算模型。所以随着控制点采集过程的完成，转换模型就自动计算生成。 在Geo-Correction Tools对话框中，点击Display Model Properties 图表，可以查阅模型。第七步：图像重采样（Resample the Image）重采样过程就是依据未校正图像的像元值，计算生成一幅校正图像的过程。原图像中所有删格数据层都要进行重采样。ERDAS IMAGE 提供了三种最常用的重采样方法。略图像重采样的过程：首先，在Geo-Correction Tools对话框中选择Image Resample 图标。 然后，在Image Resample对话框中，定义重采样参数；输出图像文件明（OutputFile）:rectify.img选择重采样方法（Resample Method）:Nearest Neighbor定义输出图像范围：定义输出像元的大小：设置输出统计中忽略零值:定义重新计算输出缺省值：第八步：保存几何校正模式（Save rectification Model）在Geo-Correction Tools对话框中点击Exit按钮，推出几何校正过程，按照系统提示，选择保存图像几何校正模式，并定义模式文件，以便下一次直接利用。第九步：检验校正结果（Verify rectification Result）基本方法：同时在两个视窗中打开两幅图像，一幅是矫正以后的图像，一幅是当时的参考图像，通过视窗地理连接功能，及查询光标功能进行目视定性检验。航空影象正射校正示例:参考数据ps_napp.img ps_dem.img ps_camera.gcc 1filmx -106.00 filmy 106.000 2filmx 105.999 filmy 105.994图象拼接处理示例实验注意事项：关于这两个示例的操作 如果有足够时间可以进行操作，如果时间不够，请访问 自己找时间做.实验耗材：打印纸、光盘应交成果：实验结果与实验报告实验结果为经过纠正的遥感图像。实验二 遥感卫星图像几何校正实验报告报告人： 年 月 日报告内容： 实验报告主要是针对遥感图像几何校正实验过程和结果对实验目的的理解和掌握程度，对所得实验结果进行分析、评价，指出注意事项和对本实验提出建议。实验三 遥感图像像的增强处理及遥感信息的复合实验类别：基础性实验实验学时：2学时实验地点：机房实验依据：遥感与地理信息系统实验教学大纲实验仪器与工具：微机、ERDAS软件、遥感图像、彩色打印机实验目的与要求：1初步掌握遥感信息复合的方法，深入理解遥感信息复合在信息解译中的意义。2了解空间增强、辐射增强几种遥感图象增强处理的过程和方法，加深对图象增强处理的理解。实验内容与步骤：一、感图像的增强处理实验内容：卷积增强处理；锐化增强处理；直方图均衡化；色彩变换。ERDAS IMAGE图像解译模块主要包括了图像的空间增强、辐射增强、光谱增强、高光谱工具、傅立叶变换、地形分析以及其他实用功能。1、卷积增强（Convolution）空间增强技术是利用像元自身及其周围像元的灰度值进行运算，达到增强整个图像之目的。卷积增强（Convolution）是空间增强的一种方法。卷积增强（Convolution）时将整个像元分块进行平均处理，用于改变图像的空间频率特征 。卷积增强（Convolution）处理的关键是卷计算子-系数矩阵的选择。该系数矩阵又称卷积核（Kernal）。ERDAS IMAGINE将常用的卷计算子放在一个名为default.klb的文件中，分为3*3，5*5、7*7三组，每组又包括“EdgeDetect/Low Pass/Horizontal/Vertical/Summary”等七种不同的处理方式。具体执行过程如下：ERDAS图标面板菜单条：MainImage InterpreterSpatial enhancementconvolutionconvolution对话框。图3-1 Convolution对话框几个重要参数的设置：边缘处理方法：（Handle Edges by）：Reflection卷积归一化处理：Normalize the Kernel2、直方图均衡化（Histogram Equalization）直方图均衡化实质上是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像元值，是一定灰度范围内的像元数量大致相同。这样，原来直方图中间的峰顶部分对比度得到增强，而两侧的谷底部分对比度降低，输出图像的直方图是一较平的分段直方图。注意：认真对比直方图均衡化前后的图像差别，仔细观察直方图均衡化的效果。图3-2直方图均衡化 3、主成分变换 主成分变换（Principal Component Analysis）是一种常用的数据压缩方法，它可以将具有相关性的多波段数据压缩到完全独立的较少的几个波段上，使图像数据更易于解译。ERDAS IMAGE提供的主成分变换功能最多等对256个波段的图象进行转换压缩。图3-3 Principal Component对话框ERDAS 图标面板菜单条：Main Image Interporeter Spectral Enhancement Principial Comp Pincipal Components对话框。（图3-3）4、色彩变换（RGB to IHS） 色彩变换是将遥感图像从红（R）、绿（G）、兰（B）三种颜色组成的色彩空间转换到以亮度（I）、色度（H）、饱和度（S）作为定位参数的色彩空间，以便使图像的颜色与人眼看到得更接近。其中，亮度表示整个图象的明亮程度，取值范围是0-1；色度代表像元的颜色，取值范围为0-360；饱和度代表颜色的纯度，取值范围是0-1。图3-4 RGB to HIS对话框二、 遥感信息的复合实验内容：多光谱数据与高分辨率全色数据的融合。 分辨率融合是遥感信息复合的一个主要方法，它使得融合后的遥感图象既具有较好的空间分辨率，又具有多光谱特征，从而达到增强图象质量的目的。 注意：在调出了分辨率融合对话框后，关键是选择融合方法，定义重采样的方法。图4-1分辨率融合对话框实验注意事项：本次实验两个项目的内容较多， 如果有足够时间可以进行操作，如果时间不够，请访问 自己找时间做.实验耗材：打印纸、光盘应交成果：实验结果与实验报告实验结果为经过增强和复合的图像。实验三 遥感图像像的增强处理及遥感信息的复合报告人： 年 月 日报告内容： 实验报告主要是针对遥感图像增强和信息复合实验过程和结果对实验目的的理解和掌握程度，对所得实验结果进行分析、评价，指出注意事项和对本实验提出建议。实验四 遥感图像分类-监督分类及非监督分类实验类别：综合性实验实验学时：2学时实验地点：机房实验依据：遥感与地理信息系统实验教学大纲实验仪器与工具：微机、ERDAS软件、遥感图像实验目的与要求：1理解计算机图像分类的基本原理以及监督分类的过程，达到能熟练地对遥感图像进行监督分类的目的。2进一步理解计算机图像分类的基本原理以及监督分类的过程，达到能熟练地对遥感图像进行监督分类的目的，同时深刻理解监督分类与非监督分类的区别。实验内容与步骤：一、监督分类1、定义分类模板第一步：显示要进行分类的图像第二步：打开摸板编辑器并调整显示字段图4-1 分类模板编辑器第三步：获取分类模板信息，指导学生掌握四种获取分类模板信息方法中的两种。第四步：保存分类模