1、遥感图像处理与分析遥感图像处理与分析实践教学（上机教学）大纲 实验课编号： 课程总学时：56实验学时：18 实验项目数：4【实验目的和要求】通过实验，使学生掌握遥感数字图像的基本处理、遥感图像计算机分类和地形分析的方法和过程，初步了解ERDAS软件的用法 。要求：学生每次实验前必须根据实验指导书，设计出实验方案（实验步骤）；在实验过程中要求独立进行操作，必须学会使用在线帮助解决实验中遇到的问题，必须应用理论知识分析问题、解决问题。上机结束后写出实验报告，对实验过程进行分析和总结。【教科书、参考书】遥感导论.梅安新.彭望琭等编著.高等教育出版社.2002.6.（2001年7月第一版） .面向21
2、世纪课程教材。 遥感地学分析.陈述彭、赵英时，测绘出版社，1990遥感实习教程.刘慧平、秦其明、彭望琭、梅安新，高等教育出版社，2001遥感技术基础.卢国铭、姜遵富、方永绥，科学出版社，1984遥感概论.吕国楷、洪启旺、郝允充、王文明，修订版，高等教育出版社，1995遥感物理基础.吕斯骅，商务印书馆，1981遥感数据的计算机处理与地理信息系统.彭望琭，北京师范大学出版社，1991遥感图像目视解译原理与方法.濮静娟，中国科学技术出版社，1992遥感精解.日本遥感研究会编，刘勇卫、贺雪鸿译，测绘出版社，1993遥感影像地学理解与分析.周成虎等，科学出版社，1999【内容和学时分配】学时分配表序号实
3、 验 项 目实验学时实验类型实验要求内 容 提 要1实验一、遥感数字图像的基本处理6综合实验必作1.1目的与要求：使学生掌握遥感数字图像多波段合成，图像拼接、图像切割、空间增强和多光谱变换的基本操作1.2主要内容（1）理解多波段图像彩色合成的基本原理，TM影像为例掌握真彩色合成和假彩色合成的过程，达到能熟练地把多波段的影像合成为所要求的彩色图像的目的；（2）理解图像拼接的目的，掌握图像拼接的过程与方法，达到能熟练把多幅影像合并为一幅影像；（3）理解图像切割的目的，掌握从一幅范围较大的图像中由目的分割出所需的部分并将其存为另一个图像的方法，这里重点掌握按任意多边形切割的方法；（4）理解图像增强的
4、原理，熟悉增强处理的方法与过程，重点掌握对比度变换、空间滤波、直方图规定化、直方图均衡化的目的及过程。2实验二、遥感图像的几何校正和投影变换4综合实验必作2.1目的与要求掌握遥感数字图像几何校正和投影变换的方法。2.2主要内容（1）遥感影像的多项式校正；（2）遥感图象的投影变换。3实验三、遥感图像的计算机分类4综合实验必作3.1目的与要求：理解遥感图像计算机分类的原理，掌握遥感数字图像计算机分类的两种方法和实现过程。3.2主要内容（1）非监督分类的原理和方法；（2）监督分类的原理和方法；（3）比较监督分类和非监督分类的结果，并根据实验指导书的要求将监督分类结果绘制成土地利用状态图，统计各类地物
5、的面积。4实验四、遥感数字图像的分析方法4综合实验必作4.1目的与要求：掌握一般分析方法和地形分析方法的原理和方法以及在erdas软件中的实现。4.2主要内容（1）遥感数字图像的一般分析方法；（2）遥感数字图像的地形分析方法。课时合计18遥感图像处理与分析实验指导书1.内容题目：遥感图像的基本处理1.1目的与要求：使学生掌握遥感数字图像多波段合成，图像拼接、图像切割、空间增强和多光谱变换的基本操作。1.2主要内容：1）理解多波段图像彩色合成的基本原理，TM影像为例掌握真彩色合成和假彩色合成的过程，达到能熟练地把多波段的影像合成为所要求的彩色图像的目的；（2）理解图像拼接的目的，掌握图像拼接的过
6、程与方法，达到能熟练把多幅影像合并为一幅影像；（3）理解图像切割的目的，掌握从一幅范围较大的图像中由目的分割出所需的部分并将其存为另一个图像的方法，这里重点掌握按任意多边形切割的方法；（4）理解图像增强的原理，熟悉增强处理的方法与过程，重点掌握对比度变换、空间滤波、直方图规定化、直方图均衡化的目的及过程。1.3仪器用品:安装有ERDAS图像处理软件的计算机1.4原理方法1.5操作方法1.6注意事项1.7作业与思考 对图像进行基本操作各自的目的、意义和方法，自己选择影像进行练习。一、彩色合成1、图像彩色合成的途径第一步：ERDAS图标面板工具条：点击interpreter图标，Utilities
7、 Layer Stack打开Layer Selection and Stacking对话框（图1-1）。或者 ERDAS图标面板菜单条：MainImage Interpreter Utilities Layer Stack打开Layer Selection and Stacking对话框（图1-1）图11 Layer Selection and Stacking对话框第二步：在Input File下面的文本框中选择要参加合成的波段，点击Add，直至所有需要合成的波段都添加进去。第三步：在Output File下面的文本框中输入新图像的存储路径和名称。第四步：参数选择。选中Ignore Zero
8、 in Stats，其它参数保留默认值。第五步：点击OK，执行波段合成。2、浏览合成的新图像第一步：ERDAS图标面板工具条：点击viewer图标，打开view视窗（图1-2）。或者 ERDAS图标面板菜单条：MainStart ImageView打开view视窗（图1-2）图12 view视窗第二步：在view视窗上点击FileOpenRaster Layer打开选择影像对话框。第三步：在选择影像对话框中选取刚合成的影像，点击OK调入影像。第四步：在View视窗的Raster工具条下点击Band Combinitions打开调整波段显示顺序对话框（图13）。调整波段显示顺序，观察view中图
9、像色彩变化。图13 Set Layer Combinitions 对话框二、图像拼接1、图像拼接的途径第一步：ERDAS图标面板工具条：点击DataPrep图标，Mosaic Images打开Mosaic Tool对话框（图1-4）。或者 ERDAS图标面板菜单条：MainData Preparation Mosaic Images打开Mosaic Tool对话框（图1-4）。图14 Mosaic Tool 对话框第二步： Mosaic Tool对话框工具条：点击EditAdd Images打开Add Images对话框（图15），选中要拼接的影像。第三步：重复第三步，直到所有要拼接的影像都调
10、用完毕。第四步：调整影像前后顺序，Mosaic Tool对话框工具条：点击ProcessRun Mosaic打开Out File Name对话框，输入拼接的新图像的存储路径和文件名。图15 Add Images 对话框第五步：点击OK，执行拼接过程。2、浏览新图像和原图像在一个View窗口中同时打开拼接好的影像和原图像，在view窗口的Utility工具条下点击Swipe（卷帘）工具，左右拖动，观察图像拼接的效果。三、图像切割第一步：在View窗口中打开要切割的影像。第二步：在View窗口图标面板工具条：点击AOI打开AOI工具（图16）。第三步：在AOI工具栏上选择多边形工具，然后在View
11、窗口显示的图像上划多边形，此多边形应包含感兴趣的影像范围。第四步：在View窗口图标面板工具条：点击FileSaveAOI Layer As，保存第四步划的AOI文件。第五步：ERDAS图标面板工具条：点击DataPrep图标，Subset Image打开Subset对话框（图1-7）。或者 ERDAS图标面板菜单条：MainData Preparation Subset Image打开Subset对话框（图1-7）。或者 ERDAS图标面板菜单条：点击Interpreter Utilities Subset Image打开Subset对话框（图1-7）。图16 AOI工具 图 17 Subs
12、et对话框第六步：在Subset对话框中选择要切割的影像，给出要输出的图像的存储路径和名称，在窗口最下部的一行中选择点击AOI打开Choose AOI对话框，选中AOI File，在下面的文本框中选择第五步所保存的AOI文件。第七步：在Choose AOI对话框中点击OK完成AOI文件的选择。第八步：在Subset对话框中点击OK，执行图像切割命令。四 图像增强（1）对比度变换（查找表拉伸）： 第一步：ERDAS图标面板工具条：点击Iterpreter图标，Radiometic Enhancement LUT Stretch 打开查找表拉伸对话框（图1-8）。图 18 LUT Stretch对
13、话框第二步：在LUT Stretch对话框Input File下选择要拉伸的图像，在Output File下输入新图像保存路径及名称。第三步：点击OK执行拉伸。第四步：在VIEW窗口中同时打开原图象和拉伸后的图像，利用Swipe卷帘工具观察拉伸前后图像对比度的变化。（2）空间滤波： 第一步：ERDAS图标面板工具条：点击Iterpreter图标，Spatial Enhancement Convolution 打开空间滤波（卷积增强）对话框（图1-9）。 第二步：在Convolution对话框Input File下选择要增强的图像，在Output File下输入新图像保存路径及名称，在Kerne
14、l窗口下选择增强方法及卷积核。第三步：点击OK执行操作。第四步：在VIEW窗口中同时打开原图象和增强后的图像，利用Swipe卷帘工具观察增强处理前后图像的变化。图 19 Convolution对话框（3）直方图规定化（直方图匹配）：第一步：ERDAS图标面板工具条：点击Iterpreter图标，Radiometic Enhancement Histogram Matching 打开直方图匹配对话框（图1-10）。图 110 Histogram Matching对话框 第二步：在Histogram Matching对话框Input File下选择要处理的图像，Input File to Matc
15、h下选择匹配到的图像，在Output File下输入新图像保存路径及名称。第三步：点击OK执行操作。第四步：ERDAS图标面板：点击Tools菜单，Image Information 打开ImageInfo对话框（图1-11）。图 111 ImageInfo对话框第五步：在ImageInfo对话框点击File Open分别打开处理前后两幅图像的信息，选择Histogram观察两幅图像直方图的差异。（4）直方图均衡化：第一步：ERDAS图标面板工具条：点击Iterpreter图标，Radiometic Enhancement Histogram Equalization 打开直方图均衡化对话框（
16、图1-12）。图 112 Histogram Equalization对话框第二步：在Histogram Equalization对话框Input File下选择要处理的图像，在Output File下输入新图像保存路径及名称。第三步：点击OK执行操作。第四步：ERDAS图标面板：点击Tools菜单，Image Information 打开ImageInfo对话框（图1-11）。第五步：在ImageInfo对话框点击File Open分别打开处理前后两幅图像的信息，选择Histogram观察两幅图像直方图的差异。2内容题目：遥感图像的几何校正和投影变换2.1目的与要求：掌握遥感数字图像几何校正
17、和投影变换的方法。2.2主要内容：（1）遥感影像的多项式校正；（2）遥感图象的投影变换。2.3仪器用品: 安装有ERDAS图像处理软件的计算机2.4原理方法：遥感影像的多项式校正原理，遥感图象的投影变换地方法。2.5操作方法2.6注意事项2.7作业与思考 掌握遥感几何校正的原理和方法，掌握投影变换的目的和方法。将所给的扫描的地形图校正到与所给遥感影像相同的投影下。一 遥感图像的几何校正第一步：在VIEW窗口中打开要校正的图像。第二步：点击VIEW窗口中的Raster菜单，点击Geometric Correction工具，打开Set Geometric Model对话框（图21）。第三步：在Se
18、t Geometric Model对话框中选择校正方法，这里选择Polynomial方法，点击OK打开Geo Correction Tools面板和Polynomial Model Properties对话框（图22）。图21 Set Geometric Model对话框 图22 Polynomial Model Properties对话框第四步：在Polynomial Model Properties对话框Polynomial Orderhou 选择多项式次方，在Projection菜单下选择（定义）新图像的投影信息，点击图标，打开GCP Tool Reference Setup面板（图23
19、）。第五步：在GCP Tool Reference Setup面板上选择Keyboard Only选项，点击OK打开Reference Map Information面板（图24）。图23 GCP Tool Reference Setup面板 图24 Reference Map Information面板第六步：在Reference Map Information面板上点击OK按钮，打开GCP TOOL面板（图25）。图25 GCP TOOL面板 第七步：在图25所示地图像上用选择控制点，在GCP Tool面板的X Ref和Y Ref所对应的单元格中输入对应控制点的参考坐标。重复此过程，直到所
20、选控制点的数目满足多项式的要求为止。第八步：点击图22上的图标，运行几何校正。二 投影变换第一步：ERDAS图标面板工具条：点击DataPrep图标，Reproject Images 打开Reproject Images对话框（图2-6）。图26 Reproject Images对话框第二步：在Reproject Images对话框Input File下选择要做投影变换的图像，在Output File下输入新图像保存路径及名称。第三步：在Reproject Images对话框Categories 和Projection中分别定义新投影的名称和参数，在Units后定义新投影的单位；其它参数可以保
21、留默认状态。第四步：点击OK按钮执行投影变换。第五步：在两个VIEW窗口中分别打开原图像和投影变换后的图像，观察投影变换前后两幅图像的X,Y坐标。3内容题目： 遥感图像的计算机分类3.1目的与要求：掌握遥感数字图像计算机分类的两种方法和实现过程。3.2主要内容：（1）监督分类的原理和方法；（2）非监督分类的原理和方法。3.3仪器用品: 安装有ERDAS图像处理软件的计算机3.4原理方法：监督分类和非监督分类的原理。3.5操作方法3.6注意事项3.7作业与思考 掌握遥感图像计算机分类的原理和方法，自选影像进行监督分类和非监督分类，并比较两种方法对同一图像分类的结果。一、监督分类1、定义分类模板第
22、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3-1 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中获取分类模板信息方法中的两种。第四步：保存分类模板2、评价分类模板介绍报警评价、可能性矩阵、直方图三种分类模板评价方法。要求学生重点掌握利用可能性矩阵方法评价分类模板。3、执行监督分类在监督分类中，用于分类决策的规则是多层次的，如对非参数模板有特征空间、平行六面体等方法。对参数模板有最大似然法、最小距离法等。但要注意对应用范围，如非参数模板只能应用于非参数型模板；对于参数型模板，要使用参数型规则。另外，使用非参数型模板，还要确定叠加规则和未分类规则。根据以上要求，指导学
23、生理解并正确填写监督分类对话框，执行监督分类。图3-2 监督分类对话框二、非监督分类1、分类过程（Classification Procedure）第一步：调出非监督分类对话框指导学生掌握两种方法。方法一：DATA PRETATIONUNSUPERVISED CLASSIFICATION.方法二：Classifier图标classificationunsupervised classification第二步：进行监督分类调出：unsupervised classification对话框（3-3），逐项填写。注意问题：实际工作中常将分类数目取为最终分类数目的两倍；收敛域值是指两次分类结果相比保持
24、不变的像原所占最大百分比。图3-3 unsupervised classification对话框2、分类评价 （Evaluate Classification）第一步：显示原图像与分类图像学会在同一个窗口中，同时打开两个图像.第二步：打开分类图像属性表并调整字段显示顺序图3-4 图象属性编辑器图3-5 Column Properties对话框第三步：给各个类别赋相应的颜色第四步：不透明度设置图3-6 Fomula对话框第五步：确定类别的专题意义及其准确程度第六步：标注类别的名称和相应的颜色重复以上4、5、6三步直到对所有类别都进行了分析与处理。注意，在进行分类叠加分析时，一次可以选择一个类别，
25、也可以选择多个类别同时进行4 实验题目 遥感数字图像的分析方法4.1目的与要求：掌握一般分析方法和地形分析方法的原理和方法以及在erdas软件中的实现。4.2主要内容（1）遥感数字图像的一般分析方法；（2）遥感数字图像的地形分析方法。4.3仪器用品: 安装有ERDAS图像处理软件的计算机3.4原理方法：遥感数字图像一般分析方法和地形分析方法的原理和方法。3.5操作方法3.6注意事项3.7作业与思考 掌握遥感数字图像一般分析方法和地形分析方法的原理和方法，根据所给的影像和地形数据，按照实验过程依次执行邻域分析、查找分析、指标分析、分类后处理的分析、坡度分析、坡向分析、高程分带、地形阴影、地形校正处理、栅格等高线等过程。实验步骤及方法具体见教材219244页。
