遥感图像处理步骤

《遥感原理与应用》课堂实验指导书（试用）测绘学院遥感科学与技术系2008年12月18日目录实验一测定地物的反射光谱曲线..........................................1实验二遥感图像的几何校正..................................................3实验三遥感图像的镶嵌........................................................15实验四遥感图像融合............................................................35实验五遥感图像监督分类....................................................381实验一测定地物的反射光谱曲线实验目的：掌握地物波谱特性的基本概念和特点；掌握测定地物波谱特性的方法；分析影响地物波谱特性测定的因素；通过野外测定地物反射光谱曲线，了解地物的反射光谱特性及其变化规律。实验内容：每组同学利用地面光谱辐射计完成实验场地内三种地物的反射光谱曲线的测定工作，绘制反射光谱曲线图，分析各种地物的反射光谱曲线的特点，分析所测定反射曲线受外部环境影响的因素。1、地物波谱特性测定原理地物波谱特征（反射波谱）测定的原理：用光谱测定仪器（置于不同波长或波谱段）分别探测地物和标准板，测量、记录和计算地物对每个波谱段的反射率，其反射率的变化规律即为该地物的波谱特性。2．使用仪器测定地物反射波谱特性的仪器分为分光光度计、光谱仪、摄谱仪等。仪器由收集器、分光器、探测器和显示或记录器组成。3．测定目标植被，水，土壤。4．测定过程1）先测量地物的反射辐射通量密度，在分光光度计视场中收集到的地物反射辐射通量密度为：2）经光电管转变为电流强度在电表上指示读数3）测量标准板的反射辐射通量密度。24）电表读数为5）地物的电流强度与标准板的电流强度相比6）地物的光谱反射率为7）建立光谱特性数据库，绘制波谱特性曲线(图1-1)草坪光谱反射率010203040506070809012345波段反射率图1-15．注意的问题1）地物波谱特性测定一般在野外，需要注意安全。2）测定时间一般在11：00到13：00之间，天气晴朗，无风。3）由于地物波谱特性的变化与太阳和测试仪器的位置、地理位置、时间环境（季节、气候、温度等）和地物本身有关，所以应记录观测时的地理位置、自然环境（季节、气温、温度等）和地物本身的状态，并且测定时要选择合适的光照角。4）波谱特性受多种因素的影响，所测地物的反射率会有一个变动范围。6．总结分析与实习报告3实验二遥感图像的几何校正实验目的：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。实验内容：ERDAS软件中图像预处理模块下的图像几何校正。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。1、图像几何校正的途径ERDAS图标面板工具条：点击DataPrep图标，→ImageGeometricCorrection→打开SetGeo-CorrectionInputFile对话框（图2-1）。ERDAS图标面板菜单条：Main→DataPreparation→ImageGeometricCorrection→打开SetGeo-CorrectionInputFile对话框（图2-1）。图2-1SetGeo-CorrectionInputFile对话框在SetGeo-CorrectionInputFile对话框（图2-1）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（FromImageFile），然后选择输入图像。42、图像几何校正的计算模型（GeometricCorrectionModel）ERDAS提供的图像几何校正模型有7种，具体功能如下：表2-1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）RubberSheeting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实习的内容为用一景已经纠正好的影像作为参考纠正一景原始影像。实验数据：给定一景Atlanta的TM多光谱原始影像，参照影像为已经纠正好的Atlanta的ETM＋全色波段影像。对TM影象进行多项式纠正。以ERDAS软件为例说明纠正的流程。第一步：显示图像文件（DisplayImageFiles）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：Session→TitleViewers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.img5tmatlanta.imgpanatlanta.img第二步：启动几何校正模块（GeometricCorrectionTool）Viewer1菜单条：Raster→GeometricCorrection→打开SetGeometricModel对话框（2-2）→选择多项式几何校正模型：Polynomial→OK→同时打开GeoCorrectionTools对话框（2-3）和PolynomialModelProperties对话框（2-4）。在PolynomialModelProperties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（PolynomialOrder）:2→定义投影参数：（PROJECTION）:略→Apply→Close→打开GCPToolReferenseSetup对话框（2-5）6图2-2SetGeometricModel对话框图2-3GeoCorrectionTools对话框图2-4PolynomialProperties对话框7图2-5GCPToolReferenseSetup对话框第三步：启动控制点工具（StartGCPTools）图2-6ViewerSelectionInstructions首先，在GCPToolReferenseSetup对话框（图2-5）中选择采点模式：→选择视窗采点模式：ExistingViewer→OK→打开ViewerSelectionInstructions指示器（图2-6）→在显示作为地理参考图像panAtlanta,img的Viewer2中点击左键→打开referenceMapInformation提示框（图2-7）；→OK→此时，整个屏幕将自动变化为如图2-8所示的状态，表明控制点工具被启动，进入控制点采点状态。8图2-7referenceMapInformation提示框图2-8控制点采点第四步：采集地面控制点（GroundControlPoint）控制点的选择是几何纠正的关键。步骤如下：①Viewer1中选择明显点移动连接框，寻找明显地物点如道路交叉点，在GCPTOOL中点击，进入GCP选择状态，光标显示为十字，表示可以选择同名点，在Viewer3中明显点上点左键，在GCP数据记录表中显示该点的图像坐标。9②在Viewer2中的选择同名点在Viewer2中移动连接框，到与Viewer3中对应的同名点位置，在GCPTOOL中点击，在Viewer4中明显点上点左键，系统在GCP数据记录表中自动显示该点的地面坐标。(图2-9)在主窗口和放大窗口中系统会显示GCP#1，表示选择的第一对同名点，其颜色可以在GCPTOOL中重新设定。此时GCPTOOL显示为：XInput:图像坐标，XRef:地面坐标，Point#:点号，Color:显示的颜色图2-9根据多项式纠正的要求，同名点对至少要在7对以上，重复1，2两个步骤，直到选择的控制点数满足纠正的数量要求。当选择了六对同名点后，第七个及以上同名点的选择：只需在Viewer1中选择一个明显点，其同名点会在Viewer1中自动显示，如果位置有误差，可以用鼠标左键调整点位，确保选择的是同名点。(图2-10)图2-1010共选择8个同名点对，系统自动计算得到单点误差和其贡献，此时在GCPTOOL中显示的内容有：同名点点号PointID#：共选择8个，点号为1---8；颜色Color：GCP在窗口中显示的颜色，这里用红色；图像坐标Xinput：Yinput，指需要纠正的图像的像点坐标；对应的同名点地面坐标XRef.，YRef.；同名点类型Type：控制点Control；模型计算后地面控制点的残差XResidual，YResidual；每个地面点中误差RMSError；每个点的贡献Contrib，及匹配程度Match。当控制点数量超过7个时，点击∑，后面四项由模型自动计算得到；全部控制点平差后的精度显示在右上角，只有当Total小于一个像元时，才满足纠正精度要求，继续后面的重采样(图2-11).图2-11第五步：采集地面检查点（GroundCheckPoint）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。检查点的选取是为了验证控制点的精度，首先设置点的类型为Check，Edit/SetPointType/Check，然后按照前面选择控制点的方法选择检查点。选四个控制点，点击，在相应的栏内显示检查点的残差(图2-12)：图2-12检查点的残差显示为其精度在一个像素之内，所以原先选择的8个控制点的精度满足要求。11第六步：计算转换模型（ComputeTransformation）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-CorrectionTools对话框中，点击DisplayModelProperties图标，可以查阅模型(图2-13)。一般在选择好控制点后系统自动计算变换参数。或者在多项式纠正模型参数对话框选择Transformation。显示多项式中a,b的值图2-13至此就完成了多项式纠正的参数计算部分。退出该模块时，系统会提示对有关文件做好保存。第七步：图像重采样（ResampletheImage）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。ERDASIMAGE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，在几何纠正工具GeoCorrectionTools(图2-14)中选择ImageResample图标,打开重采样对话框(Resample)(图2-15)。图2-14Geo-CorrectionTools对话框12然后，在重采样对话框(Resample)中，定义重采样参数；→输出图像文件名（OutputFile）:rectify.img→选择重采样方法（ResampleMethod）:NearestNeighbor→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：在对话框里（OutputFile）输入纠正以后的图像文件名，该对话框显示了输出图像的大小行数（Numberrows）列数(NumberColumns)，输出图像左上角的地面坐标(LUX,ULY)以及右下角的地面坐标(LRX,LRY)。输出像元的地面大小(OutputCellSizes)，确定参数后点击OK，出现重采样的状态条(图2-