《遥感数字图像处理》实验指导书.doc
《《遥感数字图像处理》实验指导书.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《遥感数字图像处理》实验指导书.doc(36页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、遥感信息技术课程组2005遥感数字图像处理实验一、遥感图像处理软件介绍(2学时,验证性)实验二、遥感图像辐射增强(2学时,验证性)实验三、遥感图像空间增强(2学时,验证性)实验四、遥感图像光谱增强(2学时,验证性)实验五、遥感图像非监督分类(2学时,设计性)实验六、遥感图像监督分类(2学时,设计性)实验七、遥感图像专家分类(2学时,设计性)实验八、遥感图像分析(2学时,设计性)实验九、遥感图像空间建模(2学时,设计性)实验十、遥感图像几何校正(4学时,设计性)实验十一、遥感影像制图(2学时,设计性)实验一、遥感图像处理软件介绍ERDAS Imagine遥感图像处理软件简介国外常用的ERDAS、
2、PCI、ENVI、ER-MAPPER及国内的GEOIMAGE等商业化软件。1 ERDAS IMAGINE软件概述ERDAS IMAGINE是以模块化的方式提供给用户的,用户可以根据自己的应用要求,资金状况合理地选择不同功能模块及其组合,对系统进行裁剪,以便充分利用软硬件资源,最大限度地满足专业应用要求。ERDAS IMAGINE面向不同需求的用户,对于系统的扩展功能采用开放的体系结构,以IMAGINE Essentials、IMAGINE Advantage、IMAGINE Professional的形式为用户提供了低、中、高3档产品架构,并有丰富的功能扩展模块提供用户选择,使产品模块的组合具
3、有极大的灵活性。1)IMAGINE Essentials级IMAGINE Essentials是一个花费较少、包括有制图和可视化核心功能的图像工具软件。利用该软件,可完成图像的二维三维显示、数据输人、排序与管理、地图配准、专题制图及简单的分析。可以集成使用多种数据类型,并易于升级到其他ERDAS公司的产品。其主要内容有:l 数据的输人与输出;l 影像库管理;l 图像处理几何校正;l 影像矢量编辑;l 非监督分类(ISoDATA);l 三维可视化;l 专题地图生产。可扩充的模块如下:(1)vector模块。直接采用GIS工业界领袖ESRI公司的Arcinfo数据结构Coverage,可以建立、显
4、示、编辑和查询Coverage,完成拓扑关系的建立和修改,实现矢量图形和栅格图像的双向转换等。(2)Virtual CIS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。(3)Developers Toolkit模块。ERDAS IMAGINE的C语言开发包,包含了几百个函数,是ERDAS IMACINE客户化的基础。2)IMAGINE Advantage 级建立于IMAGINE Essentials级基础之上,增加了更加丰富的栅格图像GIS分析和单张航片正射校正等强大功能的软件。IMAGINE Advant
5、age为用户提供了灵活可靠的用于栅格分析、正射校正、地形编辑及图像拼接工具。简而言之,IMAGINE Advantage是一个完整的图像地理信息系统(imaging GIS)。其主要内容有:l 正射纠正(航片、卫片、传感器参数);l 大比例尺镶嵌工具(定义切割线、灰度匹配);l 影像解译:高光谱处理功能(Normalize,IARLogAverageRescale,信噪比分析,剖面图分析等);GIS分析区域属性(Zonal Attributes),Search,Index,Overlay和Matrix等;影像融合(4种方法);高级RCB聚类;傅里叶正反变换频域滤波。l DEM表面生成(Cove
6、rage,ASC II,Image)应用计算;l 专家分类器。可扩充的模块有:(1)Radar模块。完成雷达图像的基本处理,包括亮度调整、斑点噪声消除、纹理分析、边缘提取等功能。(2)OrthoMAX模块。全功能、高性能的数字航测软件,依据立体像对进行正射校正,自动DEM提取,立体地形显示及浮动光标形式的DEM交互编辑等。(3)OrthoBase模块。区域数字摄影测量模块、用于航空影像的空三测量和正射校正。(4)Ortho Radar模块。可以对Radarsat、ERS雷达图像进行地理编码、正射校正等处理。(5)StereoSAR DEM模块。采用类似于立体测量的方法,从雷达图像数据中提取DE
7、M。(6)IFSAR DEM模块。采用干涉方法,以像对为基础从雷达图像数据中提取DEM。(7)ACTOR模块。用于大气因子校正和雾曦消除。3)IMAGINE Professional级IMAGINE Professional面向从事复杂分析、需要最新和最全面处理的工具、经验丰富的专业用户。除了Essentials和Advantage中包含的功能以外,IMAGINE Professional还提供轻松易用的空间建模工具,高级的参数非参数分类器,知识工程师和专家分类器,分类优化和精度评价及雷达图像分析工具。其主要功能如下:l 图解建模工具(graphical modeling):支持矢量集成;实时
8、在模型上查询输入。l 高级分类系列工具(模糊分类、专家分类器及知识库建立工具)。l 内置雷达图像处理(斑点噪声压缩、纹理分析、与多光谱的融合、斜地距的校正等)。可扩充的模块如下:Subpixel Classifier模块。子像元分类器利用先进的算法对多光谱图像进行信息提取,可达到提取混合像元中占20以上物质的目标。4)IMAGINE动态连接库ERDAS IMAGINE中支持动态连接库(DLL)的体系结构,支持目标共享技术和面向目标的设计开发,提供一种无需对系统进行编译连接而向系统加人新功能的手段,并提供在特定的项目中裁剪这些扩充的功能。动态连接库有:(1)图像格式DLL。提供对多种图像格式文件
9、无需转换的直接访问,从而提高易用性和节省磁盘空间。支持的图像格式包括:IMAGINE、GRID、LANGIS、TIF(GEOTIFF)、GIF、JPG(JPEG)、FIT和原始二进制格式。(2)地形模型DLL。提供新类型的校正和定标(Calibration),从而支持基于传感器平台的校正模型和用户裁剪的模型。这部分模型包括:Affine、Polynomial、Rubber sheeting、TM、SPOT、Single Frame Camera等。(3)字体DLL库。提供字体的裁剪和直接访问,从而支持专业制图应用,非拉丁语系国家字符集和商业公司开发的上千种字体。2 ERDAS IMAGINE的
10、启动和退出在Windows系统中,点击“开始”“程序”ERDAS IMAGINE8.4ERDAS IMAGINE8.4按钮,即可启动IMAGINE。启动IMAGINE后,有一个短暂的初始化过程。而后,IMAGINE图标控制面板(见图1.1)即可出现并自动打开一个viewer视窗。图1.1 IMAGINE的图标控制面板在Session菜单中选择Exit IMAGINE或在键盘上按CtrlQ键,可以退出ERDAS IMAGINE,并关闭所有打开的显示窗曰。3 ERDAS IMAGINE系统简介启动ERDAS IMAGINE以后,用户首先看到的就是ERDAS IMAGINE的图标面板(icon pa
11、nel),包括菜单条(menu bar)和工具条(tool bar)两部分,其中提供了启动ERDAS IMAGINE软件模块的全部菜单和图标。1)菜单命令及其功能(menu)如图1.1所示,ERDAS IMAGINE图标面板菜单中包括5项下拉菜单,每个菜单由一系列命令或选择项组成,其主要功能见表1.1。表1.1 ERDAS IMAGINE图标面板菜单条2)工具图标及其功能(Icon)与IMAGINE Professional级对应的图标面板工具条中的图标有10个,除了IMAGINE Professional级的功能外,还简要介绍了两个重要的扩展模块vector模块和virtual GIS模块,
12、共12个图标(见表1.2)。表1.2 ERDAS IMAGINE图标面板工具条4 ERDAS IMAGINE主要功能简介点击功能图标按钮,即可启动相应的功能模块。下面介绍工具条各主要功能图标的内容,即点击图标按钮后弹出的菜单包括的各个命令。1)视窗viewer功能视窗是在屏幕上打开的一个显示窗口,用来显示、浏览图像、矢量图形、注记文件、AOI(感兴趣区域)等数据层。每次启动ERDAS IMAGINE时,系统都会自动打开一个视窗。每次点击视窗功能(viewer)按钮,就有一个视窗出现。可以在视窗内对图像进行各种处理操作(图1.2)。图1.2 viewer视窗2)输入输出模块启动输人输出模块,弹出
13、下面的对话框(如图1.3所示)。图1.3 ImportExport对话框此模块允许用户输人栅格和矢量数据到IMAGINE中,并可输出文件。在这个对话框的下拉列表中完整地列出了ERDAS支持的各种输人输出格式。3)数据预处理模块启动数据预处理模块,弹出数据预处理菜单条,其功能见表1.3所示。表1.3 数据预处理(data proparation)模块主要功能4)专题制图模块启动专题制图模块,弹出专题制图菜单条,其功能如表1.4所示。表1.4 专题制图(map composer)模块主要功能5)图像解译模块启动图像解译模块,弹出图像解译菜单条,其功能如表1.5所示。表1.5 图像解译(image
14、interpreter)模块主要功能工具6)影像数据库模块启动影像数据库模块,弹出影像数据库视窗(如图1.4所示)。图1.4 影像数据库视窗7)图像分类模块启动图像分类模块,弹出图像分类菜单条,其功能如表1.6所示。表1.6 图像分类(image classification)模块主要功能样本 8)空间建模模块启动空间建模模块,弹出空间建模菜单条,其功能如表1.7所示。表1.7 空间建模(spatial modeler)模块主要功能9)雷达模块启动雷达模块,弹出雷达模块菜单条,其功能如表1.8所示。表1.8 雷达(radar)模块主要功能10)矢量模块启动矢量模块,弹出矢量模块菜单条,其功能如
15、表1.9所示。表1.9 矢量(vector utilities)模块主要功能11)虚拟GIS模块启动虚拟GIS模块,弹出虚拟GIS模块菜单条,其功能如表1.10所示。表1.10 虚拟GIS(virtual GIS)模块主要功能目的要求1)了解遥感图像处理软件Erdas Imagine的主要特点和功能模块;2)初步掌握遥感图像处理软件Erdas Imagine的使用方法;3)认识遥感图像的基本结构,了解数字图像。实习步骤1) 运行遥感图像处理软件Erdas Imagine;2) 观察其功能模块构成;3) 介绍图像显示视窗模块,观察遥感数字图像特征;4) 介绍数据输入输出模块;5) 介绍数据预处理
16、模块;6) 介绍数字图像解译模块;7) 介绍分类模块。实验二、遥感图像辐射增强(2学时)原理与方法简介辐射增强(Radiometric Enhancement)处理影像中单个像元值,通过改变图像像元的亮度值来改善图像质量或突出某些灰阶像元。对一个波段所作的辐射增强处理可能并不适合于其它波段,因此,对多波段影像进行辐射增强时可以将它们按一系列独立的单波段影像考虑。一般而言,辐射增强不会使每一个像元的对比度都增强,有些像元的对比度会增强,而其它的则会减弱。(1)对比度拉伸(contrast stretching)利用某一线性或非线性函数,将原始影像数据从较窄的灰阶段扩展到较大的灰阶范围(通常是显示
17、器能够显示的全部范围,即0-255)。根据变换函数的性质和处理方法,对比度拉伸有以下常见类型:线性对比度拉伸、分段线性对比度拉伸、非线性指数对比度拉伸、非线性对数对比度拉伸。在对影像进行对比度拉伸时,通常先对影像数据进行统计,得出其像元灰度平均值、标准方差及其它的统计量,利用平均值上下两个标准方差的数据值作为起始和终止灰阶。在图像数据正态分布的情况下,这个范围的数据一般占影像数据总量的95%左右。(2)直方图均衡化(histogram equalization)直方图均衡化是一种非线性拉伸,通过将某一范围内的像元值进行重新分配,使每个灰度值的像元数接近一致,这样一来,直方图峰值部分的像元对比度
18、将增加,而两侧像元对比度将减小。Figure2.1 Histogram Equalization直方图均衡化所产生的辐射增强的效果是使原影像直方图中的峰值部分对比度增大,而“尾部”像元对比度减小,这常常使输入影像中最暗和最亮的部分丢失。(3)灰度分割(Level slice)灰度分割类似于直方图均衡化,该方法将数据文件值按一定的规律划分成若干不连续的灰阶段,每一灰阶段中灰阶数相等,源影像中每一灰阶段的数据组成一组,并赋予一个输出亮度值。(4)亮度反转(brightness inversion)先将输入数据文件值范围(一般为0-255)变换成0-1,通过亮度反转变换后再转回到0-255范围。亮度
19、反转对强调低值像元域的细节有特殊效果。DNout=1.0, 0DNin0.1DNout=0.1/DNin, 0.1DNin1目的要求学习掌握图像对比度拉伸、直方图均衡化、亮度反转等辐射增强方法。实习步骤1) 在Erdas Imagine中打开一个视窗(View),加载一幅陆地卫星影像,观察波段组合所引起的各种变化;2) 从Raster下拉菜单中选择Contrast子菜单中的General Contrast,在其弹出对话框中可以完成一系列的图像拉伸运算,包括对比度拉伸、直方图均衡化和亮度反转等等;Spatial Enhancement空间增强Radiometric Enhancement辐射增强
20、Spectral Enhancement光谱增强直方图均衡化标准方差拉伸高斯拉伸线形拉伸Gamma拉伸最小、最大值拉伸灰度分割常数值亮度反转实验三、遥感图像空间增强原理与方法简介辐射增强是基于每一独立像素的操作,而空间增强(Spatial Enhancement)则是基于周边像元值而作的像元值的修改。空间增强处理的主要是空间频率(spatial frequency),空间频率是指相邻像素之间最大值和最小值之间的差值。Jensen(1986)将空间频率定义为:单位距离内亮度值的变化量。Figure 3.1 Spatial Frequencies在Figure3.1中,左为零空间频率,中为低空间频
21、率,右为高空间频率。(1)卷积滤波(Convolution Filtering)卷积滤波是利用卷积子(convolution kernel)对影像按子区像素集作平均计算的过程,该算法用于改变影像的空间频率特征(图3.2)。Figure 3.2 Applying a Convolution Kernel卷积子(又称数值模板)是一个数值矩阵,这些数值也称为系数,提供相应的权重,对所计算像素及其周边像素的值进行加权平均计算。对上图中第二行第二列进行卷积运算,算式如下:Int(-18)+(-16)+(-16)+(-12)+(-168)+(-16)+(-12)+(-12)+(-18)/(-1+-1+-1
22、+-1+16+-1+-1+-1+-1)=int(128-40)/(16-8)=int(88/8)=11经过卷积运算,其中22窗口像元的输出值如下(图3.3)。Figure 3.3 Output Values for Convolution Kernel依次逐行扫描,直到全幅图像扫描一遍结束,生成新的图像。根据图像处理的效果将卷积运算分为以下两种类型:低通滤波(Low Pass Convolution):又称为平滑运算,通过对像元值做简单的平均运算,使各像元同质性更强,空间频率更低,从而过滤掉高频的亮点(“噪声”),结果影像看起来不是更加光滑就是更加模糊。高通滤波(High Pass Convo
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 遥感数字图像处理 遥感 数字图像 处理 实验 指导书
限制150内