07地理遥感图像处理实验教案

1教案（2010/2011学年第2学期）课程名称遥感图像处理实验课程编号101001504课程性质专业课教学时数20教学对象08级地理科学授课教师黄雄伟职称副教授邵阳学院城市建设系2011年2月2实验一图像预处理一、实验目的使学生初步了解ENVI软件的基本操作如图像文件管理，图像的裁剪、重采样以及图像中的条带和噪声的去除方法。二、实验设备遥感图像处理软件ENVI4.0；使用数据LandsatTMdata。三、实验内容与步骤1、图像的输入与输出2、编辑ENVI图像头文件3、图像的裁剪与重采样4、叠加公里网格5、去除条带及坏线方法四、实验总结包括通过实验获得的实验注意事项、心得体会等。3实验二几何校正一、实验目的1、掌握图像几何校正的方法和步骤。二、实验原理ENVI的图像配准与几何校正工具允许你将图像定位到地理坐标上，并校正它们使其与基图像几何形状相匹配。图像可以用Rotate/FlipData菜单项在配准以前进行旋转。通过使用全分辨率(主图像)和缩放窗口选择地面控制点（GCPs），来进行图像－图像和图像－地图的配准。基图像和未校正图像的GCPs的坐标被显示，伴随有特定纠正算法计算的误差项。纠正用旋转、缩放和平移（RST），多项式函数或德洛内三角测量（Delaunaytriangulation）实现。RST纠正是最简单的方法，需要三个或更多的GCPs运行图像的旋转、缩放和平移。多项式可进行1次到n次纠正，当进行多项式纠正时ENVI要求所需的控制点数必须大于2)1(n（其中n为多项式的次数degree），德洛内三角测量适于三角到不规则空间GCPs和内插数值到输出格网中。支持的重采样方法包括最近邻、双线性和立方体卷积。用ENVI的多个动态覆盖能力，对基图像和纠正图像进行比较，可以快速估价配准精度。ENVI全面支持带有各种投影的地理信息的图像，除此之外，用户还可以根据它提供的6类基本投影、超过35种椭球和100种基准来构造自定义的投影。ENVI图像所具有的地理信息可以在ENVI的头文件里可以看到，其中参考像元的地理坐标是其它所有像元的参考。三、实验设备遥感图像处理软件ENVI4.0；使用数据LandsatTMdata。四、实验内容与步骤1、图像对图像的校正本例将以SPOT图像作为基准图像，把另一幅同一地区的不具备地理信息的TM图像与SPOT图像配准。（1）打开基图像bldr_sp.img和待纠正的图像bldr_tm.img，（2）在ENVI主菜单中选择MapRegistrationSelectGCPs:ImagetoImage，（3）出现ImagetoImageRegistration对话框时，在“BaseImage:”下面点击选择基图像（参照图像）的显示（Display#1，SPOT图像）。在“WarpImage:”下方点击选择被纠正的图像的显示(Display#2，TM图像)，（4）单击OK，出现GroundControlPointsSelection对话框。在该对话框里添加地面控制点（GCP），4（5）查看各控制点的精度、RMS误差并作适当的修改，（6）纠正图像，在GroundControlPointsSelection对话框中选择OptionsWarpfile，选择bldr_tm.img文件，点击OK，出现RegistrationParameters对话框，纠正方法选择RST，重采样方法采用最邻近采样，（7）键入输出文件名，单击OK，进行纠正，（8）将纠正图像与SPOT基图像进行动态链接和动态覆盖，检查纠正的精度。2、图像对地图的纠正图像对地图配准要求至少由一幅图像是打开的。图像中地面控制点(GCPs)由缩放窗口中的光标选择。也可以选择亚像元坐标。相应的地图坐标被手工输入或从矢量窗口输入。一旦选择了足够的点定义一个纠正多项式，在纠正图像中的GCP位置就能预测。（1）在实验数据路径下打开TM图像bldr_tm.img，图像默认加载到显示窗口中（图像打开时的默认显示可以在头文件里进行设置），（2）选择MapRegistrationSelectGCPs:ImagetoMap，出现ImagetoMapRegistration对话框，（3）在该对话框中，在“SelectRegistrationProjection”列表中，点击类型选择要输出的投影。这里选择UTM投影，在标有“Zone”的文本框里输入区域号13，像元分辨率接受默认的30m，点击OK，（4）出现GroundControlPointsSelection对话框，在该对话框中选择地面控制点，地面控制点的选择类似于图像-图像配准，（5）用同样的方法添加另外的GCPs，（6）按前述方法执行纠正。五、实验总结包括通过实验获得的实验注意事项、心得体会等。5实验三空间信息增强（一）一、实验目的1、了解并掌握几种常用的线性扩展方法和基本函数非线性扩展如直方图均衡化、高斯扩展以及平方根扩展方法，并对这些方法进行比较与评价；2、了解并掌握真彩色图像和假彩色图像的定义、区别以及实现过程。二、实验设备遥感图像处理软件ENVI4.0；使用数据LandsatTMdata。三、实验内容与步骤1、反差扩展（1）从主菜单的File中，打开TM1-7波段数据，在窗口中打开任意波段的数据。主图像菜单中的enhance菜单就是对图像进行反差扩展。首先选择[scroll]linear，对图像进行线性扩展，（默认的线形扩展是2%的线性扩展）。（2）要想改变系统默认的2%线性扩展，从主菜单File中，打开PreferencesDisplayDefault，将%Linear中的2.0改为0.0，选择OK后。关闭对话框，保存生成的新文件再打开，就形成新的从0开始的线性变换。（3）主图像菜单中选择EnhanceInteractiveStretching可以进行交互式的反差扩展。Strech_Type中可以选择各种扩展方式，主要有Linear（普通线性扩展），Gaussian（高斯扩展），PiecewiseLinear（分段线形扩展），Equalization（等均值扩展），SquareRoot（平方根扩展），Arbitrary（任意扩展），选中各种不同的扩展方式，点击Apply，即可在图中看到变化后的图像：（4）其中，分段线性变换，需要按住Ctrl键，在原始图像的直方图中，点击鼠标左键，加分段断点。鼠标左键选中断点，将它拖到任意位置，点击Apply即可看到其变化结果。2、彩色合成（1）首先打开一幅TM图像1－7个波段，FileOpenImageFile:（2）点击AvailableBandsList对话框中RGBColor单选按钮。（3）在显示的波段列表中分别点击band3做R（红）变换、band2做G（绿）变换、band1做B（蓝）变换。（4）点击LoadRGB显示合成后的彩色图像。（5）在主图像的菜单栏中FileSaveImageAsImageFile，点击Choose选择保存文件的路径，点击OK保存图像即完成了图像的彩色变换。四、实验总结6包括通过实验获得的实验注意事项、心得体会等。7实验四空间信息增强（二）一、实验目的1、掌握彩色变换的方法和步骤；2、了解和掌握彩色密度分割的原理和具体操作。二、实验设备遥感图像处理软件ENVI4.0；使用数据LandsatTMdata。三、实验内容与步骤1、彩色变换(1)RGB向HSV的转换：在主菜单中点击TransformsColorTransforms（在做正变换的选项中有RGBtoHSV、RGBtoHLS和RGBtoHSV(USGSMunsell)三中方法），点击RGBtoHSV。接着选择已经彩色合成好的遥感图像，接着在弹出的对话框中选择display1，出现RGBtoHSV（HLS、USGSMunsell）Parameters对话框，选择保存路径后，软件就自动完成了HVS变换，（2）分别打开彩色变换后的三个分量（3）HSV向RGB的逆变换。在主菜单中点击TransformsColorTransforms（在做逆变换的选项中有HSVtoRGB、HLStoRGB和HSVtoRGB(USGSMunsell)三种方法），点击HSVtoRGB。在HSVtoRGB（HLS、USGSMunsell）InputBands对话框中对应与H、S、V中分别对应选中要转换的HUE、SET、VAL分量，然后点击OK。保存所生成的图像文件，即完成了逆变换过程。2、密度分割（1）在显示菜单中选择Tools→ColorMapping→DensitySlice或Overlay→DensitySlice。出现DensitySliceBandChoice对话框。（2）选择你所要进行灰度值范围定义的波段。缺省的8个范围列在DefinedDensitySliceRanges下面。这个缺省的数据的最小和最大值是从Scroll窗口计算出来的。可以输入你所需要的最大和最小值改变密度分割的范围。（要想回到初始的状态，点击Reset）,在对话框的下面选择密度分割的应用范围，是image窗口、scroll窗口还是全部窗口。（3）在DensitySlice对话框中我们可以对已经划分好的灰度值范围区间属性进行编辑，删除，修改，改变颜色等操作。只需要你点击EditRange、DeleteRange、ClearRange选项框进行操作。（4）我们用ENVI默认的灰度值范围进行密度分割，点击Apply应用。8四、实验总结包括通过实验获得的实验注意事项、心得体会等。9实验五波谱信息增强一、实验目的1、掌握应用不同滤波器进行滤波的方法与步骤。。二、实验原理滤波操作可在主菜单Filter菜单下进行，在ENVI中可进行如下操作：卷积滤波、形态学滤波、纹理滤波、自适应滤波和频率域滤波。卷积滤波在空间域中对图像进行滤波处理，形态滤波根据数学形态学运算对图像进行增强，纹理滤波可以提取图像的纹理方面的信息，自适应滤波能够在保留边缘的情况下进行平滑减噪处理。本节我们将主要介绍两种主要的滤波：空间域滤波（卷积滤波）和频率域滤波（快速傅立叶变换）。在数学空域中作卷积相当于在频域中作乘积，所以两者实质上是一样的。滤波通常通过消除特定的空间频率来使图像增强。空域上的频率可以理解为像元亮度值随距离的变化。高频信息通常反应局部的变化，而低频信息通常反应整体的轮廓特征。空域滤波是通过将图像与一个模板进行运算而进行的，由于模板的对称性，这种运算相当于数学中的卷积运算，所以也叫卷积滤波，进行滤波的模板也称为卷积算子。用户选择卷积算子与图像进行卷积生成一个新的空间滤波图像。ENVI中的卷积滤波包括以下类型：高通、低通、拉普拉斯、方向滤波、高斯高通、高斯低通、中值、Sobel、Roberts、用户自定义滤波。三、实验设备遥感图像处理软件ENVI4.0；使用数据LandsatTMdata。四、实验内容与步骤1、空域滤波（1）在主菜单中选择FilterConvolutionsandMorphology，出现如下ConvolutionsandMorphologyTool对话框。（2）在上述对话框中选择Convolutions滤波方法（如上所介绍）。如果你选择方向滤波，将弹出DirectionalFilterAngle对话框，输入方向角，北向（竖直向上）为0度方向，按照逆时针方向为正方向。（3）通过点击“KernelSize”中的箭头按钮来指定变换核的大小。变换核的尺寸被设置为奇数。（4）在ImageAddBack(0-100%)右的文本框中键入一个addback值。加回原图像的部分值可以保留一些空域背景，通常用于图像锐化当中，这样滤波图像看上去效果更好一些，不会是纯粹的边缘。10（5）用鼠标双击想要进行编辑的像元，即可进行编辑，输入新的值，按回车即可。（6）将变换核保存到文件2、频域滤波ENVI软件中进行频域滤波增强也可分为三步：1、将原始影像从空域变换到频率域，通过FFT（快速傅立叶变换）可实现。2、在频率域中根据需要可以交互地设置滤