《遥感数字图像处理》教学大纲

《遥感数字图像处理》教学大纲

一、课程基本信息

课程代码：

课程名称：遥感数字图像处理

英文名称:RemoteSensingDigitalImageProcessing

课程类别：专业课

学时：48实验学时

学分：3.0

适用对象：人文地理与城乡规划专业

考核方式：考试

先修课程：遥感原理与应用、地图学、高等数学等

二、课程简介

本课程是人文地理与城乡规划专业学生选修的一门专业课，在掌握一定人文地

理、规划知识基础上，结合地理信息系统和遥感技术解决实际应用问题。通过本课程

的学习，学生可以进入国土资源、水利水电、测绘、规划等部门从事专业技术工作。

该课程从给定的实际问题出发，利用计算机系统作为实验工具，以遥感理论作为实验

原理，以基本的数字图像处理方法为实验内容，以实例分析、信息提取、归纳总结等

为主要实验方法，以实验报告、成果等为最终形式，以学生为主体的实践教学活动。

强调学生亲自动手操作和设计，体验解决问题的过程，从实验中去学习、探索和发现

遥感规律。本课程要求学生掌握遥感数字图像处理的基础知识和基本理论，重点掌握

遥感数字图像处理的基本方法及评价分析等内容，结合上机操作训练，使学生掌握基

本遥感图像处理流程，具有遥感图像分析的基本能力，激发他们学习遥感的兴趣和应

用遥感解决实际问题的意识与能力。

三、课程性质与教学目的

课程性质：本课程主要为软件实验操作课，是以理论联系实践为主，注重运用，

重视上机实践的一门课程。

教学目的：通过本课程的教学，使学生了解和掌握遥感信息处理的基本知识、方

法、基本技能和发展动态，养成良好的职业素养，具备基本的数据安全意识。培养学

生自学、独立自主地解决实际问题的能力。通过理沦学习、上机实践等环节，进一步

增强学生对本课程的理解，在此基础上使学生进一步掌握遥感图像成像的基本原理、

基本理论及相关应用，掌握遥感数字图像处理的基本方法与流程，具有基本的遥感图

像分析能力，能够熟练使用ENVI软件进行数字图像处理。

四、教学内容及要求

通过本课程的教学，要求学生掌握遥感数字图像基础知识、遥感数字图像处理的

数学、物理基础、遥感数字图像的几何处理、遥感图像处理的辐射校正、遥感数字图

像增强处理、遥感图像的计算机分类、遥感数字图像信息提取等内容。经过上机实践

训练，使学生掌握基本的ENVI软件的遥感图像处理流程，具有遥感图像分析基本的

能力。

第一章绪论

（一）目的与要求

1.了解数字图像、数字图像处理的基本概念；遥感数字图像处理的任务和作用

及发展史；遥感卫星影像应用领域；免费数据源、获取网址及遥感影像下载；

了解ENVI/IDL构成模块。

2.熟悉国内外著名的高分影像；常用的遥感图像处理软件；遥感数字图像处理

流程及内容；遥感数字图像处理系统的构成要件。

3.掌握数字图像与模拟图像概念、差异、相互转换方式；遥感数字图像函数形

式、最小空间单位像元及其属性；遥感系统构成要素；传感器分辨率指标；元

数据；遥感图像数据存储格式；ENVI安装及基本操作。

（二）教学内容

1.1课程概述

1.2图像和数字图像

1.3遥感数字图像处理

1.4常用的遥感数字图像处理软件

1.5ENVI软件的安装及处理基础

（三）思考与实践

思考：什么是数字图像？何为模拟图像？二者区别及转换方法；模/数变换包括哪

两个过程？根据灰度级差异，遥感数字图像类别？遥感系统的主要构成；传感器的分

类；怎样理解福射分辨率、光谱分辨率、空间分辨率及时间分辨率？何为元数据，包

括哪些参数？

（四）教学方法与手段

课堂讲授+计算机演示+板书，提问学生，进行互动教学。采用多媒体教学手段。

（五）课程思政设计

课程思政点：

1.国内虚版影像发展尤其是近些年高分专项取得的成绩

2.遥感在抗震救灾、环境监测等领域的应用案例

授课目标：

1.传达爱国主义以及坚持不懈的科学求索精神

2.激发同学环境保护意识和传达“知行合一、学以致用”观念

第二章遥感数字图像表示、统计、显示、拉伸

（一）目的与要求：

1.了解遥感图像的模型；窗口、邻域概念；卷积运算；滤波、纹理概念；遥感图

像的真彩色和假彩色合成原理；

2.熟悉基本的统计特征；直方图应用；直方图匹配应用；灰度共生矩阵

3.掌握遥感图像的数字表示；直方图定义及表示；单、多波段的图像统计特征及

意义；直方图匹配；遥感图像波段合成处理；遥感图像的特定波段真彩色和假彩色合

成方法，图像单波段的各种拉伸方法。

（二）教学内容

2.1遥感图像模型

2.2遥感图像的数字表示

2.3遥感图像的统i-特征

2.4遥感图像显示、拉伸

（三）思考与实践

思考•：不同遥感数字图像的表示方法；直方图的定义及表示；单、多波段遥感图

像的各种统计参数的特征及其意义；不同类型的遥感数字图像的彩色合成；单、多波

段遥感图像的波段线性拉伸和非线性拉伸以及直方图均衡化。

实践：遥感数据波段合成处理、统计、利用直方图提取某特定地物类别、彩色合

成显示

（四）教学方法与手段

采用课堂讲授、多媒体教学和上机实习相结合的教学方法。

第三章图像校正

（一）目的与要求：

1.了解辐射校正的含义、目的及涉及基本概念；系统辐射误差校正

2.熟悉电磁波的大气传输；传感器端的辐射校正；地面辐射校正；大气校上方法;

控制点选取

3.掌握图像校正原因；影响辐射传输因素；辐射传输方程；辐射误差定义及产生

原因；大气校正定义；几何精校正的原理、实现及技术方法；图像重采样方法；利用

ENVI辐射校正、大气校正和几何校正流程、方法。

（二）教学内容

3.1辐射校正

3.1.1辐射传输（辐射校正的含义、辐射传输方程、辐射误差产生的原因、福射

校正的目的）

3.1.2辐射误差（因传感器的灵敏度特性引起的辐射误差校正、因大气影响引起

的辐射误差校正、因太阳辐射引起的辐射误差校正、其他辐射误差校正）

3.2大气校正

3.3几何校正

3.3.1遥感数字图像几何处理概述（遥感图像的几何变形误差的影响因素）

3.3.2几何精校正的原理和方法（遥感数字影像几何纠正的一般过程）

（三）思考与实践

在不同波谱段的辐射传输方程、辐射误差定义、产生的原因；何为大气校正？儿

何精校正原理；遥感图像的重采样方法有哪些？以及各自优缺点；

实践：辐射定标、大气校正、正射校正

（四）教学方法与手段

采用课堂讲授、多媒体教学和上机实习相结合的教学方法。

（五）课程思政设计

课程思政点：

1.我国遥感定标场基本情况及最新进展

授课目标：

1.感悟祖国的强大，激发同学爱国热情

第四章图像配准融合

（一）目的与要求：

1.了解图像配准用途、方法；图像融合意义、发展

2.熟悉不同层次融合定义、特点及目标；遥感图像融合方法及评价

3.掌握遥感数字图像配准概念、步骤、变换模型；遥感图像融合概念、层次；遥

感图像融合的关键技术；利用ENVI软件对遥感图像进行配准、融合流程方法

（二）教学内容

4.1遥感数字图像的配准

4.1.1图像配准基本概念

4.1.2图像配准的一般步骤

4.1.3图像配准的方法

4.1.4实验

4.2遥感数字图像的融合

4.2.1图像融合概述

4.2.2图像融合方法

4.2.3图像融合效果评价

4.2.4图像融合实例

（三）思考与实践

图像配准与几何校正有何差异？配准的概念、步骤及变换模型有哪些？何为遥感

图像融合？融合层次分为几种，涉及到的关键技术有哪些？

实践：图像配准与融合处理

（四）教学方法与手段

采用课堂讲授、多媒体教学和上机实习相结合的教学方法。

（五）课程思政设计

课程思政点：

1.遥感影像融合在汶川地震监测、救灾中的具体应用

授课目标：

1.传达众志成城、共度难关的团结互助精神

第五章图像镶嵌与裁剪

（一）目的与要求：

掌握遥感数字图像镶嵌、裁剪概念及步骤，掌握图像镶嵌关键技术，裁剪的方法

（二）教学内容

5.1遥感图像镶嵌

5.1.1基本概念

5.1.2镶嵌主要步骤

5.1.3关键技术

5.1.4图像镶嵌实例

5.2遥感图像裁剪

5.2.1基本概念

5.2.2裁剪方法

5.2.3图像裁剪实例

（三）思考与实践

何为图像镶嵌？图像镶嵌的主要步骤有哪些？涉及到的关键技术包括什么？图

像裁剪概念，规则裁切和不规则裁切的方法。

实践：图像镶嵌与裁剪

（四）教学方法与手段

采用课堂讲授、多媒体教学和上机实习相结合的教学方法。

（五）课程思政设计

课程思政点：

1.窗象镶标的前沿发展领域，从图像、视频到VR具体应用

授课目标：

1.感受算法和科技进步带来的全新体验

第六章图像变换

（一）目的与要求：

要求学生了解各种图像变换的原理，掌握代数运算的处理方法用以各种遥感指数

的计算和处理。

（二）教学内容

6.1傅里叶变换

6.2主成分变换

6.3缨帽变换

6.4代数运算

6.5彩色变换

（三）思考与实践

主成分变换的目的意义是什么？NDVI代数运算的实现方式和它算基于的原理？

实践：傅里叶变换、K-L变换、缨帽变换、波段运算、彩色变换实脸

（四）教学方法与手段

采用课堂讲授、多媒体教学和上机实习相结合的教学方法。

（五）课程思政设计

课程思政点：

1.傅里叶变换在考古图像恢复方面的应用实例

2.缨帽变换由来介绍

授课目标：

1.感悟交叉学科融合发展带来的创新应用以及对于传统文化传承的重大意义

2.科学探索需要具备细心、求真、务实态度

第七章图像滤波与分割

（一）目的与要求：

要求学生了解各种图像滤波的原理方法，掌握图像分割流程。

（二）教学内容

7.1图像噪声

7.2图像滤波

7.3图像分割

（三）思考与实践

如何去除图像中的噪声？图像分割需要注意哪些问题？

（四）教学方法与手段

采用课堂讲授、多媒体教学和上机实习相结合的教学方法。

第八章遥感数字图像的分类

（-）目的与要求：

要求学生了解遥感图像的计算机分类基本原理、遥感图像的计算机分类一般过

程；掌握非监督分类、监督分类。

（二）教学内容

8.1遥感图像的计算机分类（遥感图像的计算机分类基本原理、遥感图像的计算

机分类一般过程）

8.2非监督分类（初始类别参数的选定、ISODATA法）

8.3监督分类（训练区的选择、判别分析分类）；

8.4分类后处理及分类结果评价

（三）思考与实践

如何应用非监督、监督分类对遥感数字图像进行分类处理，分类结果的Kappa系

数评价方法。

实践：图像监督分类处理、决策树分类操作

（四）教学方法与手段

采用课堂讲授、多媒体教学和上机实习相结合的教学方法。

（五）课程思政设计

课程思政点：

1.图像分类方法演变历程及目视解译重要性

授课目标：

1.发扬中华民族与时俱进、开拓创新精神和坚守传统的重要性

第九章地物成分分析和信息提取

（-）目的与要求：

要求学生了解高光谱图像和高空间分辨率图像的特征及其区别，掌握读取高光谱

图像的地物光谱方法。

（二）教学内容

9.1高光谱图像的特征

9.2地物的反射光谱

9.3地物成分分析

9.4高空间分辨率图像

9.5高空间分辨率图像处理与信息提取技术

（三）思考与实践

高光谱图像和高空间图像的应用范畴有哪些？ff何不同。

实践：高光谱图像地物识别、基于高分影像的绿地提取

（四）教学方法与手段

采用课堂讲授、多媒体教学和上机实习相结合的教学方法。

（五）课程思政设计

课程思政点：

1.讲述我国北京师范大学波谱库的建立

2.我国遥感云平台的发展状况

授课目标：

1.强调扎实的基础研究工作对于科学技术应用的重大意义

2.拥有独立、自主、可控的产品才能让祖国真正做到强大

五、各教学环节学时分配

\教学环节讨

讲习小

——学时数论

题实验其他教学环节

课

课程内容二^课课计

第一章绪论66

第二章遥感数字图像表示统计显示拉伸66

第三章图像校正66

第四章图像配准融合33

第五章图像镶嵌裁剪33

第六章图像变换66

第七章图像滤波与分割33

第八章遥感图像分类66

第九章地物成分分析和信息提取66

考试33

合计45348

课程思政教学融合安排

教学进度（章节/知融入方式与教学方

课程思政点思政育人预期成果

识单元）法

.传达爱国主义以

.国内遥感影像发1

1及坚持不懈的科学

展尤其是近些年高

求索精神；

分专项取得的成绩；

第一章绪论讲解+图片+视频2.激发同学环境保

2.遥感在抗震救灾、护意识和传达“知行

环境监测等领域的

合一、学以致用”观

应用案例

念

我国遥感定标场基感悟祖国的强大，激

第三章图像校正讲解+图片+资料

本情况及最新进展发同学爱国热情

遥感影像融合在汶传达众志成城、共度

第四章图像配准融

川地震监测、救灾中讲解+图片+视频难关的团结互助精

合

的具体应用神

图像镶嵌的前沿发

第五章图像镶嵌裁感受算法和科技进

展领域，从图像、视讲解+图片+视频

剪频到VR具体应用步带来的全新体验

第六早图像变换1.傅里叶变换在考讲解+案例+视频1.感悟交叉学科融

古图像恢复方面的合发展带来的创新

应用实例应用以及对于传统

文化传承的重大意

2.缨帽变换由来介义

绍

2.科学探索需要具

备细心、求真、务实

态度

图像分类方法演变发扬中华民族与时

第八章遥感图像分俱进、开拓创新精神

历程及目视解译重讲解+图片

类和坚守传统的重要