中国矿业大学 遥感原理与应用实习.docx

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中国矿业大学遥感原理与应用实习

中国矿业大学　　　　　　成绩：

遥感原理与应用实习

学　　号：

姓　　名：

班　　级：

指导教师：

　　赵银娣　　

学　　院：

环境与测绘学院

2012年12月30日

目录

1基础高光谱分析1

1.1实验目的1

1.2实验原理1

1.3实验数据1

1.4实验过程1

1.4.1启动ENVI并加载AVIRIS影像数据1

1.4.2显示灰阶影像2

1.4.3浏览影像波谱并同波谱库进行比较3

1.4.4鉴别波谱曲线5

1.4.5定义感兴趣区7

1.4.6鉴别矿物质9

1.5实验结果与分析分析9

1.6实验体会9

2遥感图像几何校正10

2.1实验目的10

2.2实验原理10

2.3实验数据10

2.4实验过程10

2.4.1影像到影像的配准10

2.4.2影像到地图的配准14

2.5实验结果与分析18

2.6实验体会18

3遥感图像镶嵌19

3.1实验目的19

3.2实验原理19

3.3实验数据19

3.4实验过程19

3.4.1基于像素的影像镶嵌19

3.4.2基于地理坐标的影像镶嵌22

3.5实验结果与分析25

3.6实验体会25

4遥感图像融合26

4.1实验目的26

4.2实验原理26

4.3实验数据26

4.4实验过程26

4.4.1读取并显示ERMapper影像26

4.4.2调整影像大小27

4.4.3进行手动HSI数据融合28

4.4.4进行自动HSV变换融合30

4.4.5结果显示、链接和比较30

4.5实验结果与分析31

5遥感图像分类32

5.1实验目的32

5.2实验原理32

5.3实验数据32

5.4实验过程32

5.4.1打开并显示LansetTM影像32

5.4.2查看影像颜色32

5.4.3非监督法分类33

5.4.4监督法分类35

5.5实验结果与分析40

5.6实验体会41

1基础高光谱分析

1.1实验目的

本专题旨让我们了解波谱库的概念，并描述如何从感兴趣区中提取波谱信息，然后还将进行彩色合成，并使用二维散点图进行简单的分类。

我们将使用1995年的航空可见光/红外成像光谱仪（AirborneVisible/InfraredImagingSpectrometer，简称为AVIRIS）所采集的表观反射率数据，该数据是美国内华达州（Nevada）Cuprite地区的表观反射率数据，它使用ATREM大气纠正建模软件进行了校正。

这个数据子集共包含50个波段，波谱分辨率近似为10nm宽，其波长范围为1.99~2.48μm。

本实验将从特定矿物质的感兴趣区中提取其波谱曲线，并与波谱库中的波谱曲线进行比较，找出显示波谱信息的最佳RGB彩色组合。

1.2实验原理

1.通常反射率为物体的反射通量与入射通量之比。

2.光谱反射率为在某波段的反射通量与该波段的入射通量之比。

3.不同的地物有不同的光谱反射率，同一地物在不同波段有不同的光谱反射率。

因此在同一幅图像上不同的地物会有不同的色调；同一地物在不同的波段的图像也会有不同的色调。

1.3实验数据

文件

描述

LJHcup95_at.int

Cuprite地区ATREM校正后的反射率数据，50个波段（整型）

LJHcup95_at.hdr

ENVI相应的头文件

LJHjpl1.sli

ENVI格式的JPL波谱库

LJHjpl1.hdr

ENVI相应的头文件

LJHusgs_min.sli

ENVI格式的USGS波谱库

LJHusgs_min.hdr

ENVI相应的头文件

LJHcup95_av.roi

保存的感兴趣区文件

1.4实验过程

1.4.1启动ENVI并加载AVIRIS影像数据

1.启动ENVI4.8，在ENVI主菜单中，选择File→OpenImageFile

2.选择LJHcup95_at.int文件作为输入文件名，点击Open弹出可用波段列表，它将列出50个波段的名字。

如图1-1。

图1-1波段列表

1.4.2显示灰阶影像

1.在可用波段列表对话框中，选择Band193（2.2008um）。

2.点击GrayScale单选按钮，然后点击LoadBand。

将灰度影像加载到显示窗口中。

如图1-2。

3.从主影像窗口菜单中选择Tools→ZProfile（Spectrum），提取表观反射率波谱曲线。

如图1-3。

图1-2灰度影像显示图1-3反射率波谱曲线

1.4.3浏览影像波谱并同波谱库进行比较

1.在影像上移动缩放指示矩形框，同时查看#1SpectralProfile窗口中的波谱曲线，浏览整个影像的表观反射率波谱曲线。

2.在主影像窗口中，使用鼠标左键点击并拖动缩放指示矩形框或者直接点击鼠标左键，将缩放指示矩形框移动到以所选像素点为中心的区域中。

3.将从影像中获取的表观反射率波谱曲线同所选波谱库中的波谱曲线进行比较。

4.从ENVI主菜单中选择Spectral→SpectralLibraries→SpectralLibraryViewer。

5.在SpectralLibraryInputFile对话框中，点击OpenFile按钮，选择LJHjpl1.sli波谱库文件，点击OK。

如图1-4。

图1-4波谱文件图1-5波谱库的波谱曲线

6.在SpectralLibraryViewer对话框中，选择Options→Edit（x,y）ScaleFactors，并在YDataMultiplier文本框中，输入值1000，以匹配影像表观反射率范围（1-1000），点击OK。

7.在SpectralLibraryViewer对话框中，选择下列波谱名称，绘制它们的波谱曲线：

●ALUNITESO-4A

●BUDDINGTONITEFELDSTS-11A

●CALCITEC-3D

●KAOLINITEWELLORDEREDPS-1A

得到波谱曲线绘制图如图1-5。

8.从绘制（plot）窗口菜单中，选择Edit→PlotParameters，自定义波谱曲线的绘制图。

在PlotParameters对话框中，按下面的步骤进行：

●将Charsize减少为0.50。

●选择X-Axis单选按钮，然后将Range调整为1.90到2.45。

●还是选中X-Axis单选按钮，点击Left/RightMargins的箭头增量按钮，直到达到所需X方向的页边距。

●选择Y-Axis单选按钮，将AxisTitle改为“Reflectance”。

●还是选中Y-Axis单选按钮，点击Top/BottomMargins的箭头增量按钮，直到所需的Y方向的页边距。

●点击Apply，然后再点击Cancel，结果如图1-6。

图1-6波谱曲线图图1-7自定义绘图参数后的波谱曲线图

9.要显示波谱名称的图例，可以在绘制窗口中点击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择PlotKey。

将绘制窗口拖动到所需的大小，以容纳下波谱名称。

10.在绘制窗口中，选择Options→StackPlots，分别查看绘制的波谱曲线。

所绘制的波谱曲线如图1-7。

11.在#1SpectralProfile绘图窗口中点击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择PlotKey，这将显示出波谱曲线的图例，该图例指出了所选像素的X和Y的像素坐标。

12.在#1SpectralProfile绘图窗口中，选择Options→NewWindow:

Blank，打开一个新的绘图窗口。

然后重新放置#1SpectralProfile绘图窗口和新绘图窗口的位置，使能够同时看到这两个绘图窗口。

13.从主影像窗口菜单中，选择Tools→PixelLocator。

使用PixelLocator对话框，定位到下列各点精确的像素位置上：

位置点名称

列（带偏移）

行（带偏移）

StonewallPlaya

590

570

VarnishedTuff

435

555

SilicaCap

494

514

OpaliteZonewithAlunite

531

541

StronglyArgillizedZonewithKaolinite

502

589

BuddingtoniteZone

448

505

Calcite

260

613

14.在PixelLocator对话框中，输入像素的坐标，列（sample）590、行（line）570，使缩放指示矩形框移动到以这个像素为中心的影像地区，即StonewallPlaya地区，然后点击Apply，将矩形框移动到这个位置上。

同时#1SpectralProfile绘图窗口将更新显示所选点的波谱曲线，其所对应的图例为：

“X：

590Y：

570”。

15.在新的绘图窗口中，点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中，选择PlotKey，打开显示了X和Y坐标位置的图例。

16.在#1SpectralProfile绘图窗口中，使用鼠标左键，点击并按住图例“X：

590Y：

570”，将这个波谱曲线图例拖到新的绘图窗口中。

17.对上表所列的每一个像素点重复上面的步骤，直到新的绘图窗口包含了所有的7种波谱曲线。

18.在新的绘图窗口中，选择Options→StackPlots。

新的绘图窗口如下图1-8。

19.将这些波谱曲线同已经提取的波谱库中的波谱曲线进行目视比较。

注意到，实验室所测的波谱曲线同某些影像表观反射率波谱曲线之间存在着相似的形状及吸收特性。

基于这些相似特性,我们可以得到这样的结论:

与alunite、buddingtonite、calcite和kaolinite实验室所测波谱曲线相似的影像波谱曲线是由上面相应的矿物质所构成的。

20.从波谱库波谱曲线绘图窗口中，将波谱曲线拖动到#1SpectralProfile绘图窗口中，进行直接比较。

如图1-9。

图1-8某些ATREM影像表观反射率波谱曲线图1-9波谱曲线比较

1.4.4鉴别波谱曲线

ENVI提供了一个波谱匹配工具，它根据波谱库中的波谱曲线对影像中的波谱曲线进行评分。

波谱分析使用多种方法产生一个在0到1之间的分数值，其中分数值1相当于完全匹配。

1.从ENVI主菜单中，选择Spectral→SpectralAnalyst。

2.点击SpectralAnalystInputSpectralLibrary对话框底部的Open按钮。

3.选择LJHusgs_min.sli波谱库文件。

4．LJHusgs_min.sli文件出现在SpectralAnalystInputSpectralLibrary对话框中，选中该文件，点击OK。

5.在EditIdentifyMethodsWeighting对话框中，点击OK。

6.从主影像窗口菜单中，选择Tools→ZProfile（Spectrum）。

然后在#1SpectralProfile绘图窗口中，点击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中，选择PlotKey，显示波谱曲线名称的图例。

7.从主影像窗口菜单中，选择Tools→PixelLocator。

8.在PixelLocator对话框中，输入像素点的坐标列502，行589，点击Apply。

9.在SpectralAnalyst对话框中，选择Options→EditMethodWeights。

10.在EditIdentifyMethodsWeighting对话框中，为每一个Weight文本框输入值0.33，然后点击OK。

如图1-10。

11.在SpectralAnalyst对话框中，点击Apply。

如果在#1SpectralProfile绘图窗口中显示了多条波谱曲线，那么将会出现一个波谱曲线列表。

如果出现了该波谱曲线列表，那么就选择像素（列502，行589）所对应的那条波谱曲线。

SpectralAnalyst对话框将如图1-11。

图1-10Weight设置图1-11SpectralAnalyst对话框

12.SpectralAnalyst将根据波谱库中的波谱曲线对未知地物的波谱曲线进行评分。

上图显示了对像素（列502，行589）的波谱曲线进行鉴别的结果。

注意到列表的第一行显示kaolinite的波谱曲线评分最高。

这个相对较高的分数值表明了该像素对应的地物与kaolinite最相似。

如图1-12。

图1-12未知地物与波谱库中最匹配的kaolinite的波谱曲线的比较图

1.4.5定义感兴趣区

创建新的感兴趣区

1.在影像中，点击鼠标左键。

2.在多边形顶点处，点击鼠标左键，绘制感兴趣区，或者点击并按住鼠标左键，移动鼠标，连续绘制感兴趣区。

3.点击鼠标右键，封闭该多边形，完成感兴趣区的定义。

再次点击鼠标右键锁定感兴趣区的位置。

如图1-13。

4.点击Stats按钮，计算感兴趣区的统计信息，绘制均值波谱曲线（白色），均值波谱上下各有一条的标准差曲线（绿色），以及最小和最大值的包络波谱曲线（红色），其包含了感兴趣区所有的波谱。

如图1-14。

5.在FileStatisticsReport对话框中，选择File→Cancel。

然后在AvgSpectrum绘图窗口中，也选择File→Cancel。

6.点击ROITool对话框中的Delete按钮，删除所选的感兴趣区。

图1-14感兴趣区定义图1-15感兴趣区波谱曲线

加载预先保存的感兴趣区文件

1.在ROITool对话框的菜单中，选择File→RestoreROIs。

2.在EnterROIFilename对话框中，选择文件LJHcup95_av.roi，点击Open。

为已知特定矿物质预先定义的感兴趣区就会列在ENVI的message对话框中，然后还将加载到ROITool对话框，如图1-16。

3.选择ROITool对话框顶部的Off单选按钮，允许在主影像显示窗口中选取像素的位置。

4.从主影像窗口中，选择Tools→Z-Profile（Spectrum），打开Z剖面廓线窗口（Z-Profile）。

5.使用鼠标右键点击感兴趣区中的某个像素，将当前像素的位置或者光标的位置移动到每一个感兴趣区上。

如图1-17。

6.点击感兴趣区中的不同像素，移动光标的位置，在SpectralProfile窗口中，显示新的波谱剖面廓线。

图1-16ROITool对话框图1-17感兴趣区

从感兴趣区中提取均值波谱曲线

1.在ROITool对话框中，选择某个感兴趣区，点击Stats按钮，提取所需的统计信息，并且绘制所选感兴趣区的波谱曲线。

2.将感兴趣区的均值波谱同相应的标准差波谱（绿色，在均值波谱的上面或者下面各有一条）以及包络波谱（红色，也在均值波谱的上面或者下面各有一条）进行比较，查看感兴趣区波谱的变化。

3.对每个感兴趣区重复上面的步骤。

4.如果想要从jpl1.sli波谱库中加载相应的波谱曲线到绘图窗口，进行直接地比较或者鉴别，那么在加载波谱库的波谱数据要将Y的缩放系数改为1000。

5.完成这些操作后，关闭所有的FileStatisticsReport对话框以及所有的绘图窗口。

6.在ROTTool对话框中，选择Options→MeanforAllRegions，在同一个绘图窗口中，绘制每个感兴趣区的均值波谱曲线。

7.在绘图窗口（plotwindow）中，选择Options→StackPlots，将每条波谱带分别显示出来，以进行比较，如图1-18。

图1-18ATREM影像感兴趣区所对应的均值表观反射率波谱曲线

1.4.6鉴别矿物质

设计选择合适的彩色合成来鉴别矿物质：

1.在可用波段列表对话框中，选择RGB单选按钮，并顺次点击Band183、Band193和Band207。

2.点击LoadRGB，将彩色合成影像加载到当前影像显示窗口中，如图1-19。

3.在主影像窗口中，点击Tools→Profiles→Z-Profile（Spectrum）。

注意到在Z剖面廓线（Z-Profile）窗口中，被用来合成彩色影像的三波段的位置上，分别用红、绿、蓝三条垂直线标出。

如图1-20。

4.在ROITool对话框中，选择Off单选按钮，使用Z剖面廓线窗口，在主影像窗口中的感兴趣区上或其附近浏览相应的波谱曲线。

5.通过使用鼠标左键，点击并拖动波谱剖面廓线窗口中的颜色条（plotbars），将其拖动到所需的波段位置上。

【注意】突出影像上特定地物的一种方法是将某个彩色条放置在某个特征吸收中心，而把另两个彩色条放置在相对的波谱峰值上。

6.在Z剖面廓线（ZProfile）窗口内，双击鼠标左键，将新选择的波段加载到显示窗口中。

图1-19彩色合成影像加载图1-20Z剖面廓线

1.5实验结果与分析分析

光谱反射率为在某波段的反射通量与该波段的入射通量之比。

地物光谱反射率随波长变化而变化的特性称之为地物反射光谱特性。

不同的地物有不同的光谱反射率，同一地物在不同波段有不同的光谱反射率。

因此在同一幅图像上不同的地物会有不同的色调；同一地物在不同的波段的图像也会有不同的色调。

所以可以通过比较波谱曲线，设计选择合适的彩色合成来鉴别矿物质。

1.6实验体会

经过这次实验，我对地物光谱反射率有了深刻的了解，熟悉了基本的基础高光谱分析，可以通过RGB影像上已知特定像素的颜色，预测它所对应的波谱曲线。

也可以根据训练样区的波谱特征，解释它们的颜色。

测试特定的RGB波段选择，识别出某种矿物质。

2遥感图像几何校正

2.1实验目的

本专题旨在介绍如何在ENVI中对影像进行地理校正，添加地理坐标，以及如何使用ENVI进行影像到影像的配准和影像到地图的校正。

本专题介绍了使用ENVI生成影像地图的步骤，并举例演示说明了全色影像和多光谱影像进行HSV融合的步骤。

2.2实验原理

在遥感影像处理与分析中，预处理是最初的也是最基本的影像操作。

几何校正是从具有几何畸变的图像中消除畸变的过程。

其任务是定量地确定图像上的像元坐标与目标物的地理坐标的对应关系。

校正的最终目的是确定校正后图像的行列数，然后找到新图像中每一像元的亮度值。

ENVI的影像配准和几何纠正工具允许用户将基于像素的影像定位到地理坐标上，然后对它们进行几何纠正，使其匹配基准影像的几何信息。

使用全分辨率（主影像窗口）和缩放窗口来选择地面控制点（GCPs），进行影像到影像和影像到地图的配准。

基准影像和未校正影像的控制点坐标都会显示出来，同时由指定的校正算法所得的误差也会显示出来。

地面控制点预测功能能够使对地面控制点的选取简单化。

本实验将使用重采样、缩放比例和平移（这三种方法通称RST），以及多项式函数（多项式系数可以从1到n），或者Delaunay三角网的方法，来对影像进行校正。

所支持的重采样方法包括最近邻法（nearest-neighbor）、双线性内插法（bilinearinterpolation）和三次卷积法（cubicconvolution）。

2.3实验数据

文件

描述

LJHbldr_sp.img

BoulderSPOT带地理坐标的影像子集

LJHbldr_sp.hdr

ENVI对应的头文件

LJHbldr_tm.img

BoulderTM没有地理坐标的影像

LJHbldr_tm.hdr

ENVI相应的头文件

LJHbldr_rd.dlg

Boulder道路数字线划图（DLG）

2.4实验过程

2.4.1影像到影像的配准

本专题的这一部分将逐步演示影像到影像的配准处理过程。

带有地理坐标的SPOT影像被用作基准影像，一个基于像素坐标的LandsatTM影像将被进行校正，以匹配该SPOT影像。

2.4.1.1打开并显示LandsatTM影像文件

1.从ENVI主菜单中，选择File→OpenImageFile。

2.当EnterDataFilenames对话框出现后，从列表中选择LJHbldr_tm.img文件。

3.在文件选择对话框中，点击Open，把TM影像波段加载到可用波段列表中。

4.在列表中选中波段3,点击NoDisplay按钮，并从下拉式菜单中选择NewDisplay。

5.点击LoadBand按钮，来把TM第3波段的影像加载到一个新的显示窗口中。

SPOT和TM影像分别见图2-1和图2-2。

图2-1SPOT影像图2-2TM影像

2.4.1.2进行影像配准并加载地面控制点

1.从ENVI主菜单栏中，选择Map→Registration→SelectGCPs:

ImagetoImage。

2.在ImagetoImageRegistration对话框中，点击并选择Display#1（SPOT影像），作为BaseImage。

点击Display#2（TM影像），作为WarpImage。

3.点击OK，启动配准程序。

如图2-3。

通过将光标放置在两幅影像的相同地物点上，来添加单独的地面控制点。

4.在两个缩放窗口中，查看光标点所处位置。

如果需要，在每个缩放窗口所需位置上，点击鼠标左键，调整光标点所处的位置。

5.在GroundControlPointsSelection对话框中，点击AddPoint，把该地面控制点添加到列表中。

点击ShowList查看地面控制点列表。

如图2-4。

尝试选择几个地面控制点找到选择地面控制点的感觉。

【注意】对话框中所列的实际影像点和预测点坐标。

一旦已经选择了至少4个地面控制点以后，RMS误差就会显示出来。

加入10各控制点使得每个ErrorX，ErrorY的绝对值都不超过1。

如图2-3启动配准程序图2-4地面控制列表

8.从GroundControlPointsSelection对话框中，选择File→SaveGCPstoSCII。

9.在EnterGroundControlPointsFilename对话框中，选择文件LJHbldr_tm.pts，然后点击OK。

2.4.1.3校正影像

我们可以校正显示的影像波段，也可以同时校正多波段影像中的所有波段。

这里我们仅对已显示的波段进行校正。

1.从GroundControlPointsSelection对话框中，选择Options→WarpDisplayedBand。

2.在Registration