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遥感室内实验教程实验一、遥感图像增强原理及方法简介遥感图像可以表示为数字图像，它是以有序的数字反映地物或景观反射或发射电磁波的特征及其变化。通过对数字图像的处理和分析，可判别出地物的属性及其分布。图像增强的目的是改善图像显示的质量，以利于图像信息的提取和识别。在方法上是通过突出重要信息，去除不重要或不必要信息来实现的。可以通过调整数字图像的直方图，进行像元亮度值之间的数学运算或数学变换达到图像增强的目的。直方图是以统计图的形式表示图像亮度值与像元数之间的关系。在二维坐标系中，横坐标代表图像像元亮度值，纵坐标代表每一亮度或亮度间隔的像元数占总像元数的百分比。直方图形态分布可反映图像的质量。由于一幅遥感图像包含大量像元，其像元亮度值应符合统计分布规律，即假定像元亮度随机分布时，直方图应是正态分布。当直方图峰值偏向亮度坐标轴左侧或右侧时，说明图像偏暗或偏亮。其峰值过陡过窄，则表明图像高密度值过于集中。两者均表现为图像对比度较小，图像信息不清楚，图像质量较差。因此通过改变直方图形态可以改变图像质量。常用的图像增强的方法有：对比度变换、彩色增强、滤波等。本实习主要是通过对比度变换、彩色合成来增强图像。对比度大，反映图像的亮度值变化范围大，目标地物被识别的可能性就大；反之，目标与背景难以区别，识别的可能性就小。进行对比度扩展的主要方法有线性变换等。在使用单波段图像时，由于成像系统动态范围的限制，地物显示的亮度值差异较小。又由于人眼对黑白图像亮度级的分辨能力仅有10～20级左右，而对色彩和强度的分辨力则可达100多种，因此将黑白图像转换成彩色图像可使地物的差别易于分辨。一般使用彩色合成的方法达到此目的。1.真彩色合成在通过蓝、绿、红三原色的滤光片而拍摄的同一地物的三张图像上，若使用同样的三原色进行合成，可得到接近天然色的颜色，此方法称为真彩色合成。2.假彩色合成由于多波段摄影中，一幅图像多不是在三原色的波长范围内获得的，如采用人眼看不见的红外波段等，因此由这些图像所进行的彩色合成称假彩色合成。计算机的彩色合成原理与光学彩色合成原理相同，在计算机系统中，彩色合成的操作更简单，只要改变调色板，即改变各原色的合成比例和波段，就很容易改变影像的色彩。进行遥感影像合成时，方案的选择十分重要，它决定了彩色影像能否显示较丰富的信息或突出某一方面的信息。以陆地卫星Landsat的TM影像为例，当4，3，2波段被分别赋予红、绿、蓝颜色进行彩色合成时，这一合成方案就是标准假彩色合成，是一种最常用的合成方案。实际应用时，常常根据不同的应用目的在实验中进行分析、调试，寻找最佳合成方案，以达到最好的目视效果。实验目的1.理解遥感图像彩色合成的基本原理；2.掌握图像拉伸的方法和过程。实验步骤一、合成三波段遥感数字图像1.安装并启动PCI软件；2.从功能模块菜单中打开ImageWorks；3.点击UseImageFile，进入对话框，选择遥感影像的一个波段；4.打开E：\遥感实验资料\837\4.tif；5.点击Accept；6.打开ImageWorks\Utility；7.点击FileUtility\File\Exportto，将单波段图像输出为PCI文件（.pix）；8.点击第二个Browse按钮选择目的地文件，路径与源文件相同，文件名为001.pix；9.在源图层中选择[8u]:uint8Add添加至目的地图层，点击Export；10.打开第二个波段文件：点击Utility\Tools\TransferLayers，在对话框中选择源文件为3.tif，目标文件为001.pix，在源图层中选择[8u]:uint8Add添加至目的地图层，点击TransferLayers；11.打开第三个波段文件：同上步操作，打开2.tif，并传递至001.pix文件；12.用同样的方法合成D：\遥感实习数据\887\002.pix；13.关闭所有窗口。二、遥感图像增强之彩色合成1.重新打开ImageWorks，选择001.pix，并点击Accept&Load；2.在控制面板的Imagery下有三个影像内存区编号分别为1、2、3，及三个电子枪R、G、B，尝试将不同的内存区中的波段数据放于不同的电子枪，观察工作窗口中图像颜色的变化情况；3.调整回1－R、2－G、3－B。三、遥感图像增强之图像拉伸1.在控制面板的Enhancements下有12个按钮，分别为：NoEnhancement、LinearEnhancement、RootEnhancement、AdaptiveEnhancement、EqualizationEnhancement、Infrequency、ResetBrightness、IncreaseBrightness、DecreaseBrightness、ResetContrast、IncreaseContrast、DecreaseContrast。各按钮含义参见《PCI软件培训教程》第四章；2.利用这些工具分别尝试做各种图像增强处理，观察工作窗口中图像对比度的变化情况。实验要求根据实验情况编写实验报告。实验二、遥感图像的几何校正原理及方法简介遥感图像的几何校正是指从具有几何畸变的图像中消除畸变的过程。即建立遥感图像的像元坐标（图像坐标）与目标物的地理坐标（地图坐标）间的对应关系。图像几何校正的过程主要包括：1.确定校正方法通过图像中几何畸变的性质和可应用的进行几何校正的数据，确定进行几何校正的方法。主要指系统性校正，即将与传感器构造有关的校准数据，如焦距等，以及传感器的位置、姿态等测量值代入到消除图像几何畸变的理论校正公式中进行几何校正。2.确定校正式主要指对图像的非系统性校正，利用控制点的图像坐标和地图坐标的对应关系，近似地确定所给定图像坐标和应输出的地图坐标之间的坐标变换式。坐标变换式常采用1、2次等角变换，2、3次投影变换或高次多项式。坐标变换式的系统可通过控制点的图像坐标值和地图坐标值经最小二乘法求出。3.验证校正方法和校正式的精度检查几何畸变是否充分得到了校正，检查校正后的精度，当误差较大时，则调整校正式或对其中的参数进行修改。4.重采样和内插为使校正后的输出图像的配置与输入图像相对应，需根据几何畸变的校正式对输入图像进行重采样，其方法主要有两种，即：对输入图像的各像元点在变换后的输出图像坐标系的相应位置进行计算，将各像元数据投影到该位置上；对输出图像的各像元在输入图像坐标系的相应位置进行逆运算，求出该位置上的像元数据。由于经几何校正后，输出图像坐标的网格点所对应的输入图像坐标通常不是整数值，因此必须用输入图像周围点的像元值对所求点的像元值进行内插，用于几何校正的内插方法有：最近邻内插法、双线性内插法、3次卷积内插法。实际工作时一般采用三种校正方法：实地测点校正、用电子地图校正、图像校正图像。计算机实现几何校正的过程有两个：坐标转换、重采样坐标转换的方法有：多项式拟合（Polynomial）、小样条（ThinPlateSpline）重采样的方法有五种：最近邻（NeareastNeighbour）、双线性(Bilinear)、立方卷积(Cubic)、8pt、16pt。实验目的1.掌握遥感图像几何校正的主要过程；2.学习几何校正中控制点的选择方法。实验步骤1.启动PCI软件（实习步骤可参见《PCI软件培训教程》第五章）；2.E：\遥感实验资料\837\001.pix作为已经校正好的参照图像；E：\遥感实验资料\887\002.pix作为未校正的图像。3.点击功能模块菜单中的GCPWorks；4.在出现的任务选项设置界面中设置参数使用默认值，点击Accept；5.在弹出的工作流程界面中按流程操作：首先选择未校正图像，E：\遥感实验资料\887\002.pix，选择三个波段，点击Load&Close；6.在工作流程面板上进行第二项：选择校正过的参考图像，E：\遥感实验资料\837\001.pix，选择三个波段，点击Load&Close；；7.采集控制点，依次在目标影像与参考影像中点击选择控制点，目标影像坐标将显示在Uncorr标签右边的文本框内；参考影像坐标将显示在Georef标签右边的文本框内。点击AcceptasGCP；8.采集第二个控制点……，控制点最好均匀分布，采集16、7个控制点即可。误差要求：图幅中间为1，四周为2左右；9.保存控制点：File\SaveGCPTextFile，接受所有格式，命名，存为.Txt文件。如果工作未做完，下次工作时先通过File\LoadGCPTextFile找到控制点文件打开，恢复工作状态，可继续工作；10.校正：点击工作流程面板上的最后一项(PerformRegistrationtoDisk)定义Outputfile(.pix)，ResamplingMode选择Nearest，Memory改为256，点击PerformRegistration。实验要求根据实验情况编写实验报告。实验三（综合实验）、遥感数字图像人机交互目视解译原理及方法简介1.影像的特征常用的遥感扫描影像都是卫星遥感影像，如TM、SPOT和QuickBird遥感影像，相对于航空像片来说，这些影像具有以下特征：①像幅面积大，宏观性强：遥感影像反映的地面景观，是一种自然综合概括后的景观，使我们比较容易找出一些地表大区域的宏观规律。一般说来影像空间分辨率越低，它对地面景观的概括性越强，对景物细节的表现力越差。②影像的多波段性：遥感扫描影像采用多波段方式记录地表各种地物的电磁波信息，每个波段都提供了丰富的信息。丰富的信息量有助于对目标地物的综合分析，而且可以通过假彩色合成形成解译红外彩色特征的假彩色影像。③影像的数字记录形式：多光谱图像大多数是以数字的形式记录在磁带上的，数字形式的图像可以充分用于计算机中，进行遥感图像的数字处理，从而极大地增强对遥感数据的分析处理能力，也可获得一般光学处理难以获得的效果。④影像的多时相性和动态观测：地球资源卫星与飞机不同，一旦发射进入太空，就一刻不停地围绕地球运转，并以一定时间周期重复扫描地球表面，向地面接收站发送最新获取的扫描影像。利用地球资源卫星提供的遥感影像，可以对同地区感兴趣的目标地物进行动态监测，及时了解其变化。⑤陆地卫星影像的近垂直投影：陆地卫星因航高较大，因此因地形起伏而产生的像点位移较小，同时，由于其传感器的视场角较小，因此在同一幅影像内，其像片中心点与像幅边缘之间的比例尺大体一致，一般经过粗纠正后，影像就可用作判读。⑥可得到大面积的同等、适中的太阳高度角的影像，这有利于对地表的解译分析。⑦取得资料容易，不受地区和国家的限制。⑧成本低廉。据有关资料报道，整个西半球，如果用航空像片摄影成图，约3亿美元，而用卫星像片编制成图只需3000美元。2.判读标志判读航空像片所采用的直接判读标志和间接判读标志，一般也适用于判读卫星图像。由于卫星图像反映了广大地区多波段和多时相的同步环境信息，是地表自然综合体的高度综合性图像，因此比航空像片要概括得多。其主要判读标志包括以下内容和特征：①色调：卫星图像上的色调是地物电磁辐射特征的反映。其中黑白影像的色调是地物波谱特征的直接记录，彩色合成图像上的色彩是地物在几个波段上的波谱特性的综合反映。利用卫星影像上的色调和色彩进行地物识别，是卫星图像判读的重要依据。在单波段（黑白）影像上，色调是由波段的光谱效应直接产生的。各波段的光谱效应决定了各波段的主要应用目的和领域。②图型：卫星图像的图型标志是地物形态特征和波谱特征的综合反映。地物在影像上的图型结构，主要取决于地物的平面形态和高低起伏特征，当然也与地物的波谱特征所造成的基本色调有关。图像的图型结构通常表现为由不同形状、色调及纹理特征组合而成的图案，即包括点状、斑状、条状、块状、格状、垅状、环状等组成的各种纹理图案。为了更好地细分不同地物的图型特征，可再细分为粗、细、疏、密、明显、模糊等类型和等级，并与其色调特征结合起来进行描述，如“灰或浅灰色的细斑纹状图型结构”。3.判读方法遥感扫描影像的判读，应遵循“先整体，后局部，勤对比，