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遥感图像数字处理实习指导书徐凌杨武年濮国梁成都理工大学地球科学院空间技术系成都理工大学遥感与GIS研究所国土资源部国土资源信息技术与应用实验室前言遥感是探测地球环境和资源的空间信息手段之一，随着计算机技术的发展，它的发展也非常迅速，应用也越来越广泛。而针对遥感影像进行应用之前的遥感图像处理技术也就越来越显得重要起来。遥感图像数字处理已被列为许多相关专业的专业课程。由于其内容及其在相关专业教学计划中的地位与作用，决定了其必须反复操练、实践，才能真正掌握。无论在过去，还是未来的教学中，将遥感图像数字处理的实习进行编写成册，都是十分重要的。本实验指导书是根据我系测绘工程、地理信息系统专业的《遥感图像数字处理》课程教学大纲要求编写。实验指导书中共有四个部分十六个实习，其体系与《遥感图像数字处理》教程基本对应。在实习内容安排和选取上，在教学手段的运用上，均为初次尝试。热忱欢迎使用者提出宝贵意见。目录第一部分遥感图像实习一认识遥感图像实习二几种遥感图像处理软件简介实习三数据格式转换第二部分遥感图像恢复处理实习四图像分幅裁剪实习五图像几何校正实习六图像拼接处理实习七降噪、去条带及坏线处理实习八图像投影变换第三部分遥感图像增强处理实习九遥感图像增强（Ⅰ）——对比度变化实习十遥感图象增强（Ⅱ）——彩色合成实习十一遥感图像变换（Ⅰ）——主成分分析（K-L变换）实习十二遥感图像变换（Ⅱ）——缨帽变换（K-T变换）实习十三遥感图像变换（Ⅲ）——色彩变换（RGBtoHIS）实习十四遥感图像变换（Ⅳ）——滤波第四部分遥感图像分类实习十五遥感图像分类（Ⅰ）——非监督分类实习十六遥感图像分类（Ⅱ）——监督分类01第一部分遥感图像实习一认识遥感图像一、说明遥感图像是成像方式遥感所获得的目标物信息的影像产品。因其形象直观，便于目视解译和各种光学、数字处理，故成为各学科领域广泛使用的最基本的遥感资料。各种遥感图像都是地物电磁辐射能量在感光胶片或像纸上的记录。由于传感器响应的波段和成像方式不同，所获得的图像便各有特色，其应用效果也不一样。常见的遥感图像的种类见下表1：表1遥感图像种类大类亚类片种典型实例摄影图象常规摄影图像黑白全色像片各种航空像片天然彩色像片非常规摄影图象黑白红外像片彩色红外像片紫外像片多波段像片扫描图象光机扫描图像红外扫描图像远红外图像多波段扫描图像MSS、TM图像电子扫描图像电视摄像图像RBV图像自扫描图像固体扫描图像HRV图像天线扫描图象雷达图像侧视雷达图像摄影图像由光学摄影获得，通常也称为“像片”；而扫描图像则只能称作“图像”要求通过对所在学校现有的遥感图像集中展示和浏览，在过去已有的直观认识基础上，得出更为科学、系统全面的认识，增加学习兴趣，启迪实习思维。在计算机中认识遥感图像的过程中，要求注意：（1）图像的光谱信息特征（2）图像的空间信息特征（3）图像的直方图（4）图像的属性信息二、实习目的1．认识遥感图像的基本结构，了解数字图像；2．学习掌握图像直方图变化与图像亮度变化的关系。三、思考题并要求经常对照思考下列问题：（1）遥感图像通常有哪几种表示方法？（2）遥感图像的类型有哪几种？（3）不同传感器生成的遥感图像的基本特性有哪些？（4）遥感图像是如何形成的？（5）遥感图像能传输哪些知识？（可任选一种类型遥感图像讲述）（6）直方图的含义？直方图主要反映了什么？在浏览熟悉的基础上，进行讨论或写出读图报告：通过认识遥感图像的基本结构，了解数字图像；学习掌握图像直方图变化与图像亮度变化的关系，任选一种类型数字遥感图像类型编写读图报告。任选一种类型数字遥感图像类型编写读图报告。首先要求说明生成该类型图像的传感器类型，卫星图像要说明你附图中显示出的波段，如果是多光谱图像说明你的波段组合；其次，介绍该图像类型的特点，投影性质，空间分辨率，光谱分辨率，物理特性等等。最后，就图像本身的直方图特性，观察其最大值，最小值，均值，中值，方差等等。实习二几种遥感图像处理软件简介由于遥感技术和计算机技术的不断发展，遥感图像数字处理等定量遥感分析方法在遥感应用中越来越重要。国内、外已经研制了多种遥感图像处理软件，这些软件各有特点、长处与不足，在使用的功能上也各有差异，有的已经相当成熟，并成为各遥感应用单位图像处理人员十分熟悉与经常使用的常用遥感图像处理软件。图像处理软件的类型及数量很多，其中遥感图像处理软件也有不少，下面选择有代表性的几种遥感图像处理软件，对它们的主要功能或操作步骤作简要阐述，其目的是为在学习以计算机方法进行遥感图像处理时的基础，另一方面也为大家学习、熟悉与选用其他遥感图像处理软件时作比较与参考。下面介绍几种遥感图像处理软件。一、ERDASIMAGINE基本功能及操作简介ERDASIMAGINE是美国ERDAS公司开发的专业遥感图像处理与地理信息系统软件。REDASIMAGINE是以模块化的方式提供给用户的。IMAGINE的IMAGINEEssentials级的模块：（一）View模块——实现图像及其他图形的二维或三维显示和操作（二）Import模块——实现各种图像及各种图形等多种格式的数据输入和输出转换（三）DataPrep模块——由一组实用的图像数据工具构成，可根据工作区域的地理特征和专题信息提取的客观需要进行基本的数据预处理（包括图像几何校正等），以便进一步开展图像解译、专题分类等分析研究（四）Composer模块——一种所见即所得的专题地图编辑器，以用于产生地图质量的图像和演示图（五）Interpreter模块——图像解译器包括50多个用于遥感图像增强的功能（六）Catalog模块——通过图像库管理模块完成对一个区域所有图像进行统一管理以便于查找、操作以及图像的存档与恢复等等（七）Classfier模块——基于图像象元的数据文件采用非监督分类、监督分类以及专家分类等方法实现图像分类（八）Modeler模块——多数解译功能可借助模型生成器（ModelMaker）建立图形模型算法进行调用或编辑（九）Vector模块——直接采用ArcInfo数据结构Coverage，可以建立、显示、编辑和查询Coverage，完成拓扑关系的建立和修改、实现及矢量图形和栅格图像的双向转换等（十）VirtualGIS模块——功能强大的三维可视化分析工具，可以完成实时3D飞行模拟，建立虚拟世界，进行空间视域分析，矢量与栅格的三维叠加，空间GIS分析等根据ERDASIMAGINE系统功能、常规遥感图象处理与遥感应用研究的工作内容，用下示框图1说明ERDASIMAGINE的功能体系。下面简单介绍它在图像处理方面的基本操作：1.视窗操作图象、图形显示操作（File）第一步启动程序——“打开文件”第二步确定文件——确定打开文件的类型、文件名第三步设置参数——在“打开文件”操作弹出的对话框中点击“RasterOption”设置图象文件显示的各项参数第四步打开图象矢量图形文件的显示操作与上类似。实用菜单操作（Utility）视窗菜单条中Utility（实用功能）对应有14项命令，选择不同命令进行不同操作：1）光标查询功能（InquireCursor）——可查询十字光标所在位置像元的纵横坐标、三个波段颜色、灰度值、直方图等信息，并随光标移动实时变化2）数据叠加显示（Blend,Swipe,Flicker）3）文件信息操作（LayerInfo）——图象信息显示及图象信息编辑显示菜单操作（View）视窗菜单条中的View对应下拉菜单包含19项命令，其中：1）文件显示顺序（ArrangeLayers）——首先在视窗依次打开多个文件（包括图象、图形、注记等文件），注意在打开上层图象时，不要在选择参数中选中清除已打开图象；输入栅格图象数据矢量图形数据文本属性数据ERDASIMAGINE遥感图象处理系统数据输入输出数据预处理几何校正、拼接镶嵌、子区裁剪、投影变换雷达图象处理倾斜调整、斑点压缩、正射校正、纹理分析图象解译增强处理、傅立叶变换、高光谱工具、GIS分析、适用工具集、地形分析图象分类非监督分类、监督分类、知识工程师、专家分类、特征空间、分类评价矢量功能矢栅转换、矢量编辑、拓扑建立、空间分析图象分类三维飞行、虚拟世界、视域分析、动画制作专题制图输出输出栅格图象数据矢量图形数据文本属性数据视窗操作空间建模命令工具批处理图象库管理图1ERDASIMAGINE的功能体系然后在ArrangeLayersViewer对话框中进行调整文件顺序2）显示比例操作（DisplerScale）3）显示变换操作（Rotate/Flip/Stretch）——只是显示变换，而非对文件数据进行操作矢量文件的生成、绘制与编辑因为ERDASIMAGINE有专门的矢量模块，这里只是熟悉基本的矢量操作命令。矢量文件的建立和编辑：第一步打开图象文件（OpenRasterLayer）第二步创建图形文件（CreateVectorLayer）第三步绘制图形要素（DrawVectorElements）——“Vector”→“EnableEditing”第四步保存矢量文件（SaveVectorLayer）注记菜单操作注记数据用于标识和说明主要特征或重点区域。注记文件的生成与打开操作还需借助视窗菜单条的文件操作部分完成。二、ENVIENVI（TheEnvironmentForVisualizingImages）是由美国BetterSolutionsConsultingLimitedLiabilityCompany开发的一套功能齐全的遥感图像处理系统，是处理分析并显示多光谱数据，高光谱数据和雷达数据的高级工具。ENVI软件包含所有基本的遥感影像处理功能：校正、波段运算、分类对比增强、滤波、变换、边缘检测及制图输出功能。ENVI软件的还有的特点在于高光谱遥感图像处理和波谱分析以及雷达图像处理。三、PhotoshopPhotoshop软件不是专业的图像处理软件，但它具有较强的图像增强处理功能，包括图像的彩色合成、对比度调整等等。实习三数据格式转换一、说明图像、图形数据存储的格式有许多种。往往不同软件进行具体操作之前，需要将不通用的数据格式转换成其能打开的数据格式，以便进行下一步具体的操作。ERDASIMAGINE的数据输入输出功能，允许输入多种格式的数据供IMAGINE使用，同时允许将IMAGINE文件转换成多种数据格式。二、实习目的1．掌握常用的栅格图像及矢量数据的数据格式；2．学习数据输入输出中数据格式的相互转换的主要过程。三、实习步骤数据输入输出：常用或常见的栅格数据和矢量数据格式ERDASIMAGINE的数据输入输出功能（Import/Export），允许你输入多种格式的数据供IMAGINE使用，同时允许你将IMAGINE的文件转换成多种数据格式，几乎包括常用或常见的栅格数据和矢量数据格式，具体的数据格式都罗列在IMAGINE输入输出对话框中。二进制图象数据输入——单波段和多波段数据1）输入单波段数据首先需要将各波段依次输入，转换为ERDASIMAGINE的.img文件:第一步打开输入输出对话框——选择输入数据操作（Import）、输入数据文件类型为普通的二进制（GenericBinary）、选择输入数据媒体为文件（File）、确定输入文件路径和文件名、确定输出文件路径和文件名；第二步设置参数——数据格式（BSQ或BIL或其他）、数据类型、图象记录长度、头文件字节数、数据文件行数、列数、波段数量等第三步输入单波段数据——依次将多个波段数据全部输入2）组合多波段数据若干个单波段图象文件合成一个多波段图象文件：第一步在ERDASIMAGINE中要先打开“相应的对话框（“ImageIterpreter”→“Utilities”→“LayerStack”→LayerSelectionandStacking对话框第二步在LayerSelectionandStacking对话框中，依次选择并加载（Add）单波段图象第三步将选择的多个波段图象组合成一幅多波段图象TIFF图象数据输入输出TIFF图象数据是非常通用的图象文