1、遥感技术实验指导书遥感技术实验指导书（本书适用于地理信息系统专业）郑州大学水利与环境学院目 录实验一、ERDAS视窗的基本操作4实验二、波段组合与遥感数字图像的裁剪7实验三、遥感图像的几何校正9实验四：遥感图像的增强处理 15实验五：遥感影像的镶嵌19实验六：遥感图像分类-监督分类21实验七：遥感图像分类-非监督分类23实验注意事项25实习简介本次实习内容，是在一周的时间内，完成对ERDAS软件主要功能的熟悉，并达到基本应用。主要是利用郑州市Cebers2007年影像与spot2004年影像，完成1.利用Cebers进行波段组合与裁剪；2.以Cebers为基础影像，完成对spot的几何校正；3
2、.以spot或Cebers为基础影像，完成对郑州市区的土地利用解译工作，包括：监督分类与非监督分类。并比较两种方法的优劣。4.利用ERDAS自带影像，完成主要的影像增强工作。试验指导参考书为党安荣遥感图像处理方法。实验一、ERDAS视窗的基本操作一、实验目的初步了解目前主流的遥感图象处理软件ERDAS的主要功能模块，在此基础上，掌握视窗操作模块的功能和操作技能，为遥感图像的几何校正等后续实习奠定基础。二、实验原理ERDAS视窗操作主要针对二维窗口进行，二维窗口是显示栅格图像、矢量图形、注记文件等数据层的主要窗口。视窗操作是ERDAS软件操作的基础, ERDAS所有模块都涉及到视窗操作。本实验要
3、求掌握视窗的基本功能，熟练掌握图像显示操作和矢量菜单操作，从而为深入理解和学习ERDAS软件打好基础。三、实验仪器微机，ERDAS正版软件。四、实验步骤1.视窗功能简介二维视窗（图1-1）是显示栅格图像、矢量图形、注记文件、AOI等数据层的主要窗口。通过实际操作，掌握视窗菜单的主要功能、视窗工具功能。图1-1 二维视窗重点掌握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。2、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 T
4、o 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）图1-2 参数设置第四步：打开图像（Open
5、Raster Layer）3.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(29)(eldodem.img eldoatm.img等。4、显示菜单操作掌握文件显示顺序；显示比例；显示变换操作等。5、矢量菜单操作(50)矢量菜单操作功能是ERDAS软件将遥感与地理信息系统相结合的一个体现。主要介绍矢量操作的有关命令，这是本次实验的重点掌握内容。指导学生掌握适量工具面板功能，在此基础上重点掌握矢量文件的生成与编辑。矢量文件的生成与编辑：第一步：打开图像文件第二步：创建图形文件第三步：绘制图形要素第四步：保存矢量文件在此基础上掌握：改变矢量要素形状；调整矢量要素特
6、征；编辑矢量属性数据等有关矢量操作。 图1-3 图层显示顺序6、对影像库中的影像进行辨识，确认传感器类型，并与各传感器的特点相对应。主要包括：TM，SAR，SPOT等，并查看他们的分辨率、波段划分等。实验二、波段组合与遥感数字图像的裁剪一、实验目的了解如何将单波段黑白影像合成为彩色影像，在此基础上，裁剪感兴趣区域，为遥感图像的几何校正等后续实习奠定基础。二、实验原理在实际工作中，对遥感图像的处理和分析都是针对多波段图像中的感兴趣区域进行的，所以，我们需要将原始的单波段数据进行组合，一般是取三个波段进行组合（也可以更多），并在多波段图像上进行感兴趣区域的裁剪。三、实验仪器微机，ERDAS正版软件
7、。四、实验步骤数据的输入组合多波段数据1.在ERDAS图标面板中单击main-image Interpreter - Utilities - Layer Stack，打开Layer Selection and Stacking对话框。利用提供的2007cebersys影像。2.在Layer Selection and Stacking窗口中，依次选择并加载(Add)单波段图像。- 输入单波段文件 (Input File: *.img) : Band-4.img - Add - 输入单波段文件 (Input File: *.img) : Band-3.img - Add - 输入单波段文件 (I
8、nput File: *.img : Band-2.img - Add . - 输出多波段文件 (Output File: *.img : 2007cebers.img - 输出数据类型 (Output DataType) : Unsigned 8 Bit - 波段组合选择 (Output Option) : Union - 输出统计忽略零值i: Ignore Zero In stats- ok（关闭对话框，执行波段组合） 多作几种波段的组合，察看不同的多波段组合之间的联系和差异。郑州区域的裁剪1. 建立AOI。打开多波段组合后的2007cebers影像，然后在菜单单击AOI/tools命令，
9、打开AOI工具面板。点击面板里的矩形框命令，按照自己选定的郑州市区域画框（区域大小最好参照spot影像划定）。在菜单条单击file/save/AOI layer as命令，打开save AOI as对话框，确定文件名为：cebersAOI。保存。2. 利用AOI裁剪点击data prep图标，打开data preparation 菜单选择subset image打开subset image对话框在对话框中设置以下参数：（1） 输入文件名为2007cebers（2） 输出文件名为zhzh2007cebers（3） 单击AOI按钮确定裁剪范围（4） 打开choose AOI对话框。（5） 在cho
10、ose AOI对话框中确定AOI的来源为file，调用你刚才保存的cebersAOI文件。（6） 输出数据类型为unsigned 8 bit。（7） 输出象元波段为1：3（表示选择2.3.4.三个波段）（8） 单击ok执行裁剪。这是利用AOI进行裁剪，还可以利用坐标进行裁剪，大家试一下。找出用不同方法裁剪用途的不同。实验三、遥感图像的几何校正一、实验目的通过实习操作，掌握遥感图像几何校正的基本方法和步骤，深刻理解遥感图像几何校正的意义。二、实验原理校正遥感图像成像过程中所造成的各种几何畸变称为几何校正。几何校正就是将图像数据投影到平面上，使其符合地图投影系统的过程。而将地图投影系统赋予图像数据
11、的过程，称为地理参考（Geo-referencing）。由于所有地图投影系统都遵循一定的地图坐标系统，因此几何校正的过程包含了地理参考过程。几何校正包括几何粗校正和几何精校正。地面接收站在提供给用户资料前，已按常规处理方案与图像同时接收到的有关运行姿态、传感器性能指标、大气状态、太阳高度角对该幅图像几何畸变进行了几何粗校正。 利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。一般地面站提供的遥感图像数据都经过几何粗校正，因此这里主要进行一种通用的精校正方法的实验。该方法包括两个步骤：第一步是构建一个模拟几何畸变的数学模型，以建立原始畸变图像空间与标准图像空间的某种对应关系，实现不同图像空间中像元位置
12、的变换；第二步是利用这种对应关系把原始畸变图像空间中全部像素变换到标准图像空间中的对应位置上，完成标准图像空间中每一像元亮度值的计算。三、实验仪器微机，ERDAS正版软件，遥感影像。四、实验步骤注意：在这里使用郑州市sopt和CBERS作为实验数据，在这个数据中，CBERS为参考影像，spot为待校正影像。1、确定图像几何校正的途径ERDAS图标面板工具条：点击DataPrep图标，Image Geometric Correction 打开Set Geo-Correction Input File对话框（图2-1）。ERDAS图标面板菜单条：MainData PreparationImage
13、Geometric Correction打开Set Geo-Correction Input File对话框（图2-1）。图2-1 Set Geo-Correction Input File对话框在Set Geo-Correction Input File对话框（图1）中，需要确定校正图像，有两种选择情况：其一：首先确定来自视窗（FromViewer），然后选择显示图像视窗。其二：首先确定来自文件（From Image File），然后选择输入图像。2、确定图像几何校正的计算模型（Geometric Correction Model）ERDAS提供的图像几何校正模型有7种，具体功能如下：表2-
14、1 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3、图像校正的具体过程第一步：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
15、Viewers然后，在Viewer1中打开需要校正的SPOT图像：2004spot,img在Viewer2中打开作为地理参考的校正过的图像：zhzh2007cebers,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（2）选择多项式几何校正模型：PolynomialOK 同时打开Geo Correction Tools对话框（3）和Polynomial Model Properties对话框（4）。在Polynomial Model
16、 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（5） 图2-2 Set Geometric Model对话框图2-3 Geo Correction Tools对话框图2-4 Polynomial Properties对话框图2-5 GCP Tool Referense Setup 对话框第三步：启动控制点工具（Start GCP Tools）图2-6 Viewer Selection Instructi
17、ons首先，在GCP Tool Referense Setup对话框（图5）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（图2-6）在显示作为地理参考图像zhzh2007cebers,img的Viewer2中点击左键打开reference Map Information 提示框（图2-7）；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。图2-7 reference Map Information 提示框第四步：采集地面控制点（Ground Control P
18、oint）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G
19、CP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、GCP工具对话框中，点击Create GCP图标，并在Viewer4中点击左肩顶巅，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
20、（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。在GCP Tool 工具条选择computer error按钮，计算检测点的误差显示在GCPerror的上方。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 t
21、he 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。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：（x 30 y 30）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 rectif
22、ication 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。实验四：遥感图像的增强处理一、实验目的通过上机操作，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。二、实验原理ERDAS IMAGE图像解译模块主要包括了图像
23、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。主要包括卷积增强处理；锐化增强处理；滤波分析、直方图处理；主成分分析、色彩变换等。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
24、，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。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。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
25、个波段的图象进行转换压缩。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。三、实验仪器微机，ERDAS正版软件，遥感影像。四、实验步骤本实验中所有影像均在erdas的安装目录下的Examples目录中。1、卷积增强（Convolution）具体执行过程如下：ERDAS图标面板菜单条：MainImage InterpreterSpatia
26、l enhancementconvolutionconvolution对话框。选用输入文件为lainer.img影像。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 KernelKernel列表框卷计算子类型 3乘3Edge detect2、自适应滤波具体执行过程如下：ERDAS图标面板菜单条：MainImage InterpreterSpatial enhancementadaptive filteradaptive filter 对话框。选用输入文件为lainer.i
27、mg影像。输出数据类型Floatsingle3、分辨率融合具体执行过程如下：ERDAS图标面板菜单条：MainImage InterpreterSpatial enhancementresolution mergeresolution merge 对话框。选用高光谱输入文件为spots.img影像，多光谱输入文件为dmtm.img。几个重要参数的设置：融合方法：principle component波段选择为：select layers 1：74、锐化增强处理具体执行过程如下：ERDAS图标面板菜单条：MainImage InterpreterSpatial enhancementcrispc
28、risp 对话框。选用输入文件为zhzh2007cebers.img影像。5、直方图均衡化（Histogram Equalization）ERDAS图标面板菜单条：MainImage Interpreterradiometric enhancementhistogram equalizationhistogram equalization对话框。选用输入文件为lainer.img影像。 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6、直方图匹配ERDAS图标面板菜单条：MainImage Interpreterradiometric enhance
29、menthistogram matchinghistogram matching对话框。选用输入文件为wasial_mss.img影像。选中 use all bands for match7、主成分变换number of components desired 3 ERDAS 图标面板菜单条：Main Image Interpreter Spectral Enhancement Principal ComponentsPrincipal Components对话框。（图3-3）选用输入文件为lainer.img影像。图3-3 Principal Component对话框8、缨帽变换ERDAS 图
30、标面板菜单条：Main Image Interpreter Spectral Enhancement tasseled captasseled cap对话框。选用输入文件为lainer.img影像。9、 色彩变换（RGB to IHS） ERDAS 图标面板菜单条：Main Image Interpreter Spectral Enhancement rgb to ihs。选用输入文件为lainer.img影像。图3-4 RGB to HIS对话框10、指数计算ERDAS 图标面板菜单条：Main Image Interpreter Spectral Enhancement indices。选用输入文件为tmatlanta.img影像。选择传感器类型为landsat TM。选择计算指数函数为NDVI。数据类型float single11.最后，在以上操作的基础上，对zz2007cebers或2004spot进行图像增强的操作，看有什么改善。并利用增强后的
