遥感概论 实验指导.docx
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遥感概论实验指导
遥感概论
实验指导
资源与环境科学学院
王世界
2011.5.20
目录
实验一ERDAS视窗的基本操作2
一、实验目的：
2
二、实验内容：
2
三、实验指导：
2
实验二矢量文件的生成与编辑5
一、实验目的5
二、实验内容5
三、实验指导5
实验三航空像片立体观察7
一、实验目的：
7
二、实验仪器7
三、实验内容及步骤7
四、实习作业11
实验四遥感图像的几何校正11
一、实验目的：
11
二、实验内容：
11
三、实验指导：
12
实验五遥感图像的增强处理19
一、实验目的：
19
二、实验内容：
19
三、实验指导19
实验六图象增强处理
（二）——图像融合26
一、实验目的26
二、实验内容27
实验七遥感图像分类——非监督分类31
一、实验目的31
二、实验内容31
实验八遥感图像分类——监督分类33
一、实验目的33
二、实验内容33
实验一ERDAS视窗的基本操作
ERDASIMAGINE是一款遥感图像处理系统软件。
ERDASIMAGINE是美国ERDAS公司开发的遥感图像处理系统。
它以其先进的图像处理技术，友好、灵活的用户界面和操作方式，面向广阔应用领域的产品模块，服务于不同层次用户的模型开发工具以及高度的RS/GIS（遥感图像处理和地理信息系统）集成功能，为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的图像处理工具，代表了遥感图像处理系统未来的发展趋势。
该软件功能强大，在该行业中是最好的一款软件。
目前ERDASIMAGINE软件已经成为世界上占最大市场份额的专业遥感图像处理软件。
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、实验内容：
视窗功能介绍；文件菜单操作；实用菜单操作；显示菜单操作；矢量和删格菜单操作等。
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、实验指导：
1、视窗功能简介
二维视窗（图1-1）是显示删格图像、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（DisplayanImage）
第一步：
启动程序（StartProgram）
视窗菜单条：
File→open→RasterLayer→SelectLayerToAdd对话框。
第二步：
确定文件（DetermineFile）
在SelectLayerToAdd对话框中有File和RasterOption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
Lookin
确定文件目录
examples
Filename
确定文件名
xs_truecolor_sub.img
Fileoftype
确定文件类型
IMAGINEImage（*.img）
Recent
选择近期操作过的文件
------
Goto
改变文件路径
-------
第三步：
设置参数（Rasteroption）
图1-2参数设置
第四步：
打开图像（OpenRasterLayer）
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；三维图像操作等。
4、显示菜单操作
掌握文件显示顺序（图1-3）；显示比例；显示变换操作等。
图1-3图层显示顺序
实验二矢量文件的生成与编辑
一、实验目的
练习矢量要素的绘制与编辑，说明图像交互解译的基本过程，为遥感影像的解译应用奠定基础。
二、实验内容
矢量文件建立，矢量要素的绘制与编辑，调整矢量要素特征，矢量要素属性的操作等。
三、实验指导
1、矢量文件建立
第一、打开图像文件（OpenRasterLayer）
视窗菜单条：
File―Open―RasterLayer―SelectLayerToAdd对话框。
第二、创建图形文件（CreateVectorLayer）
视窗菜单条：
File―New―VectorLayer
2、绘制图形要素（DrawVectorElements）
绘制矢量图形要素，首先要进入编辑状态
视窗菜单条：
Vector―EnableEditing（置矢量文件为可编辑状态）灰色不能用。
View―arrangelayer―在矢量图层点右键，选择EnableEditing即可进入编辑状态。
绘制矢量图形
Vector工具面板：
点击PlacePoint图标，在视窗中依据栅格图像绘制油罐（点对象）
点击DrawLine图标，在视窗中依据栅格图像绘制道路（线）
点击CreatePolygon图标，在视窗中依据图像绘制公园（面）
保存矢量文件（SaveVectorLayer）
视窗菜单条：
File—SaveTopLayer（矢量文件当前为上层文件）File-Close（关闭视窗及矢量文件）
3、改变矢量要素形状（ReshapeaSingleElement）
打开系统中的实例矢量图形文件：
\examples\zone88（ArcCoverge）。
进行矢量要素编辑之前，首先要进入编辑状态，并选择需要编辑的要素，然后再进行编辑：
第一步：
进入编辑状态（EnableEditing）
视窗菜单条：
View―arrangelayer―在矢量图层点右键，选择EnableEditing即可进入编辑状态。
第二歩：
选择编辑要素（SelectFeatures）
Vector工具面板：
点击SelectFeatures图标（进入选择状态）
―点击左键在图形视窗中选择要素，被选择要素发亮显示
第三步：
改变要素形状（ReshapeaSingleLine）
再启动改变矢量要素形状的功能：
视窗菜单条：
Vector-Reshape视窗显示选择要素上的节点
Vector工具面板：
点击ReshapeasingleLine图标视窗显示选择要素上的节点
在矢量要素节点上按住左键移动位置、改变要素形状―在矢童要素上点击中键增加节点、改变要素形状，按住Shift键、并点击中键删除节点
4、调整矢量要素特征（ChangeVectorProperties）
矢量要素特征是指各类矢量要素的显示特征，调整矢量要素特征实貭上就是按照矢量要素厲性进行符号化的过程，包括符号类型的选择、颜色的确定等.
视窗菜单条：
Vector--ViewingProperties--PropertiesforVectorLayer对话框
Vector工具面板：
点击OpenVectorProperties图标
在PropertiesforVectorLayer对话框中，根据需要分别设置点（Point）、线（Arc：
）、面（PoIygon）、属性（Attribute）、注记（Text）、控制点（Tic；）、端点（Node）、边框（BoundingBox）>选择要素显示（SelectionColor）等的符号与颜色特征。
可以将所有的显示特征设置保存为一个符号文件（*.evs），以便多次调用：
或者可以直接在PropertiesforVectorLayer对话框中，确定应用。
5、编辑矢量属性数据（EditVectorAttributes）
矢量要素的属性是指矢量要素所对应的Info表，也叫矢量属性表,其中可以包含与矢量要素一一对应的一系列定量数据和定性描述，可用于进行各种统计分析和空间分析操作。
增删矢量厲性字段（Add/DeieteColumnAttributes）
在当前矢置图层处于编辑状态情况下，可以对VectorAttributes视窗中的矢量属性表（VectorCellArray）进行编辑，增加或删除矢量属性字段，具体过程如下：
VectorAttributes视窗：
Edit—ColumnAttributes一ColumnAttributes对话框
点击New按钮（增加属性字段）,点击Delete按钮（删除属性字段）。
条件选择矢量要素
将鼠标放在矢量属性表的Record字段下方，点击鼠标右键：
弹出RowSelection菜单，左键选择Criteria命令。
实验三航空像片立体观察
一、实验目的：
掌握使用立体镜进行航空像片立体观察的方法。
立体观察是地理工作者的一项基本功，特别是在山区，立体观察能提高判读的效果，因此必须学会立体观察。
二、实验仪器
HCF-3型反光立体镜
三、实验内容及步骤
（一）掌握几个概念：
1、像片基线：
又称像片基线长度，是指航空摄影时，同一航线上相邻两摄影站（或曝光点）之间的距离在像片上的实际长度。
一般是通过像对左、右像片像主点的相互转刺，分别量测左、右像片上两像主点间的距离，以其平均值，做为像片基线长度。
2、像对：
指立体像对，系同一航线上两张相邻的具有一定影像重叠量的一对像片。
依据构成光学立体模型的条件，组成像对的二张像片的比例尺应一致（最大相差不超过16％），并具有一定量（大于53％）的影像重叠。
因此可以利用立体像对进行立体观察判读及测图等工作。
（二）航空像片立体观察的原理
瞳孔如同光圈，视网膜如同底片，接受物体的影像信息。
交会角:
两眼视轴交会于观察点时所形成的交角。
生理视差的形成：
人们是从眼基线的两个端点来观察物体（右眼从右边观察物体，左眼从左边观察物体），因此两眼的观察角度就不同，在两眼网膜上所产生的物体影像就有差别，即形成了生理视差。
生理视差是产生立体视觉和判断景物远近的原因。
立体观察是根据立体视觉原理进行的。
实施立体观察，必须是在连续拍摄的两张空中照片的重叠部分上进行的。
人造立体视觉：
空间景物在感光材料上构像，再用人眼观察构像的像片产生生理视差，重建空间景物的立体视觉，所看的空间景物称为立体影像，产生的立体视觉称为人造立体视觉。
人造立体视觉必须符合自然界立体观察的四个条件：
（1）两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的立体像对；
（2）两只眼睛必须只能分别观察像对的一张像片；
（3）两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线应大致平行；
（4）两像片的比例尺相近（差别<15%）
（三）判读步骤：
首先，将航空像对置于立体镜下，像对的基线应与眼睛平行。
每只眼睛分别看一张像片，即左眼看左像片，右眼看右像片。
其次，注意使像片上地形地物的阴影投向自己。
因为人对物体的立体感觉习惯于光源来自前方，阴影投向自己，这样才能使判读效果正确，否则会引起反立体效应。
第三，用左右手的食指分别指着两张像片上的共同标志点，然后移动其中一张像片，使两手指重合，即表示两像片的共同标志一只眼睛分别看一张像，即左眼看左像片，右眼看右像片。
四、实习作业
根据航片判读标志的建立方法，建立判读目标地物的判读标志，解译各地物类型，并完成下表。
形状
色调
纹理
图型
阴影
其它
地物1
地物2
地物3
地物4
……
实验四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，称为地里参考（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。
图4.1遥感图像校正的一般过程
三、实验指导：
1、第一步:
显示图像文件（DisplayImageFiles）
首先，在ERDAS图标面板中点击Viewer图标两次，并将两个视窗平铺放置，操作过程如下:
（1）打开两个视窗（Viewer#1/viewer#2
（2））ERDAS图标面板菜单条:
Session>TileViewers
（3）然后，在Viewer#1窗口中打开需要校正的LandsatTM图像:
tmAtlanta.img。
（4）在Viewer#2窗口中打开作为地理参考的校正过的SPOT图像:
panAtlanta.img。
第二步:
启动几何校正模块（GeometricCorrectionTool）
（1）在Viewer#1菜单条，单击Raster>GeometricCorrection命令。
（2）打开SetGeometricModel对话框（图4.2）
（3）选择多项式几何校正计算模型:
Polynomial并单击OK按钮。
（4）同时打开GeoCorrectionToots对话框（图4.3）和PolynomialModelProperties对话框（图4.4）多项式变换（Polynomial）在卫星图像校正过程中应用较多，在调用多项式模型时，需要确定多项式的次方数（Order），通常整景图像选择3次方。
次方数与所需要的最少控制点数是相关的，最少控制点数计算公式为（（t+1）·（t+2））/2,式中t为次方数，即1次方需要3个控制点，2次方需要6个控制点，3次方需要10个控制点，依次类推。
图4.2GeoCorrectionToots对话框图4.3GeoCorrectionToots对话框
图4.4PolynomialModelProperties对话框
在PolynomialModelProperties对话框中，定义多项式模型参数及投影参数:
——定义多项式次方（PolynomialOrder）:
2
——定义投影参数（Projection）（略）
——单击Apply按钮并单击Close按钮关闭。
——打开GCPToolReferenceSetup对话框（图4.5）
图4.5GCPToolReferenceSetup对话框
说明:
该实例是采用视窗采点模式，作为地理参考的SPOT图像已经含有投影信息，所以这里不需要定义投影参数。
如果不是采用视窗采点模式，或者参考图像没有包含投影信息，则必须在这里定义投影信息，包括投影类型及其对应的投形参数。
第三步:
启动控制点工具（StartGCPTools）
首先在GCPTootsReferenceSetup对话框泛图4.5）中选择采点模式:
——选择视窗采点模式:
ExistingViewer单选按钮。
——单击OK按钮（关闭GCPToolsReferenceSetup对话框）。
——打开ViewerSelectionInstructions指示器（图4.6）
图4.6ViewerSelectionInstructions指示器
——在显示作为地理参考图像panAtlanta.img的Viewer#2中单击。
图4.7ReferenceMapInformation提示框
——打开ReferenceMapInformation提示框（图4.7）（显示参考图像的投影信息）。
——单击OK按钮（关闭ReferenceMapInformation提示框）。
整个屏幕将自动变化为如图4.8所示的状态:
其中包含两个主视窗、两个放大窗口，两个关联方框（分别位于两个视窗中，指示放大窗口与主视窗的关系）、控制点工具对话框、几何校正工具等。
表明控制点工具被启动，进入控制点采集状态。
第四步：
采集地面控制点
关于GCP工具对话框，还需要说明几点:
（a）输入控制点（InputGCP）的是在原始文件视窗中采集的，具有原文件的坐标系统;而参考控制点（ReferenceGCP）是在参考文件视窗中采集的，具有己知的参考坐标系统，GCP工具将根据对应点的坐标值自动生成转换模型。
（b）在GCP数据表中，残差（Residuals）、中误差（RMS）、贡献率（Contribution）及匹配程度（Match）等参数，是在编辑GCP的过程中自动计算更新的，用户是不可以任意改变的，但可以通过精确GCP位置来调整。
图4.8ReferenceMapInformation提示框
（c）每个IMG文件都可以有一个GCP数据集与之相关联，GCP数据集保存在一个栅格层数据文件中;如果IMG文件有一个GCP数据集存在的话，只要打开GCP工具，GCP点就会出现在视窗中.
（d）所有的输入GCP都可以直接保存在图像文件中（SaveInput），也可以保存在控制点文件中（SaveInputAs）。
（e）参考GCP也可以类似地保存在参考图像中（.SaveReference）或GCP文件中（（SaveReferenceAs），便于以后调用.
GCP的具体采集过程（StepsofGCPSelection）
在图像几何校正过程中，采集控制点是一项非常重要和相当繁重的工作，具体过程如下:
（1）在GCP工具对话框中点击SelectGCP图标
，进入GCP选择状态;
（2）在GCP数据表中将输入GCP的颜色（Color）设置为比较明显的黄色;
（3）在Viewer#1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CreateGCP图标
，并在Viewer#3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、Y坐标:
（5）在GCP工具对话框中点击SelectGCP图标
，重新进入GCP选择状态;
（6）在GCP数据表中将参考GCP的颜色设置为比较明显的红色。
（7）在Viewer#2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）在GCP工具对话框中点击CreateGCP图标
，并在Viewer#4中点击左键定点，系统将自动把参考点的坐标（XReference,YReference）显示在GCP数据表中:
（9）在GCP工具对话框中点击SelectGCP图标
，重新进入GCP选择状态，并将光标移回到Viewer#1，准备采集另一个输入控制点。
（10）不断重复
（1）-（9），采集若干GCP，直到满足所选定的几何校正模型为止。
而后，每采集一个InputGCP，系统就自动产生一个Ref.GCP，通过移动Ref.GCP可以逐步优化校正模型。
第五步:
采集地面检查点:
以上所采集的GCP的类型（Type）均为Control（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的类型均是Check（检查点），用于检验所建立的转换方程的精度和实用性。
如果控制点的误差比较小的话，也可以不采集地面控制点。
第六步:
计算转换模型（CompeteTransformation）:
在控制点采集过程中，一般是设置为自动转换计算模式，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，下面是转换模型的查阅过程:
在Geo-CorrectionTools对话框
中点击DisplayModelProperties图标
，打开PolynomialModelProperties（多项式模型参数）对话框（图4），在多项式模型参数对话框中查阅模型参数，并记录转换模型。
第七步:
图像重采样（ResampletheImage）:
（1）图像重采样简介（IntrnductiontoImageReSample）
重采样过程就是依据未校正图像像元值计算生成一幅校正图像的过程，原图像中所有栅格数据层都将进行重采样。
ERDASIMAGINE提供三种最常用的重采样方法:
（a）NearestNeighbor:
邻近点插值法，将最邻近像元值直接赋予输出像元;
（b）BilinearInterpolation:
双线性插值法，用双线性方程和2X2窗口计算输出像元值;
（c）CubicConvolution:
立方卷积插值法，用立方方程和4X4窗口计算输出像元值;
（2）图像重采样过程（ProcessofImageResample）
首先，在GeoCorrectionTool、对话框中选择ImageResample图标
打开ImageResample（图像重采样）对话框（图4?
3）,然后，在ImageResample对话框中，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（OutputCorner）:
ULX,LILY,LRX,LRY
——定义输出像元大小（OutputCellSize）:
X:
30.Y:
30
——设置输出统计中忽略零值:
IgnoreZeroinStats.
——OK（关闭Image只Resampl对话框，启动重采样进程）
第八步:
保存几何校正模式（SaveRectificationMode）
在GeoCorrectionTools对话框中点击Exit按钮，退出图像几何校正过程，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（*.gms），以便下次直接使用。
第九步:
检验校正结果（VerifyRectificationResult）
检验校正结果的基本方法是:
同时在两个视窗中打开两幅图像，其中一幅是校正以后的图像，一幅是当时的参考图像，通过视窗地理连接（GeoLink/Unlink）功能及查询光标（InquireCursor）功能进行目视定性检脸，具体过程如下:
打开两个平铺图像窗口（.OpenandTile，。
Viewer
视窗菜单条:
File>Open>RasterOption命令，选择图像文件。
或ERDAS图标面板:
Session>TileViewers，平铺视窗
（2）建立视窗地理连接关系（GeoLinktwoViewer）
在Viewer#I中:
按住右键>快捷菜单>GeoLink/Unlink
在Viewer#2中:
点击左键>建立与Viewer#I的连接
（3）通过查询光标进行检验（CheckwithInquireCursor）
在Viewer#I中:
按住右键>快捷菜单>InquireCurser命令，打开光标查询对话框。
在Viewer#1中:
移动查询光标，观测其在两屏幕中的位置及匹配程度，并注意光标查询对话框中数据的变化。
如果满意的话，关闭光标查询对话框。
实验五遥感图像的增强处理
一、实验目的：
通过上机操作，了
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