数字摄影测量与遥感图像处理实指导书2

实验一 遥感数字图像的一般分析

一、实验目的和要求

（1）初步了解目前主流的遥感图像处理软件 ERDAS 的主要功能模块；

（2）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。 （3）掌握遥感数字图像的一般分析（包括：邻域分析、查找分析、指标分析、叠加分析、归纳分析、分类后处理的四种分析等）的机理与方法。

二、实验计划和设备

（1）实验时数2学时；

（2）实验地点在机房，每人一机；

（3）实验所用软件为遥感图像处理软件ERDAS IMAGIINE 8.6。

三、实验原理

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。

软件功能非常丰富，在常规遥感图像处理过程中不可能应用其全部功能，而视窗操作是 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。

ERDAS IMAGINE

四、方法和步骤

（本部分实验数据采用erdas提供的免费数据，位于Examples目录下）

（1）视窗功能认识

二维视窗（图 1-1）是显示栅格图像、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 ERDAS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。

图像显示操作（ Display an Image ）步骤如下： 第一步：启动程序（ Start Program ）

视窗菜单条： File→open→ RasterLayer→Select Layer To Add 对话框。 第二步：确定文件（ Determine File ）

在 Select Layer To Add 对话框中有 File 和 Raster Option 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1。

表 1-1 图像文件确定参数 参数项 Look in File name File of type Recent Go to

第三步：设置参数（ Raster option ）

含义 确定文件目录 确定文件名 确定文件类型 选择近期操作过的文件 改变文件路径 实例 examples xs_truecolor--_sub.img IMAGINE （ *.img ） —— —— Image

图1-2 设置打开图像参数

第四步：打开图像（ Open Raster Layer ） （2）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。 （3）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

（4）矢量菜单操作

矢量菜单操作功能是 ERDAS 软件将遥感与地理信息系统相结合的一个体现。主要介绍矢量操作的有关命令，这是本次实验的重点掌握内容。

指导学生掌握矢量工具面板功能，在此基础上重点掌握矢量文件的生成与编辑。 矢量文件的生成与编辑步骤如下： 第一步：打开图像文件 第二步：创建图形文件 第三步：绘制图形要素 第四步：保存矢量文件

在此基础上，指导学生掌握：改变矢量要素形状；调整矢量要素特征；编辑矢量属性数据等有关矢量操作。

(5) 遥感数字图像的一般分析：主要包括邻域分析、查找分析、指标分析、叠加分析、归纳分析（Main---Interpreter----GIS analysis下）。（本部分采用erdas免费数据，位于Examples文件夹下），相应的数据及设置参照以下截图。）

叠加分析（overlay）

邻域分析 Neighborhood Functions（实现在每个邻域范围内取灰度的最大值）

指标分析（Index）（指标分析可以依据用户设置的权重将两个图层数据进行相加，产生新的图像，也可以给多个图层赋予不同的权值，计算得到新的数据层。）

归纳分析 （summary）（归纳分析可以使用两个输入涂岑过得分类信息，生成一个交叉统计表格。这些数据包括公共点的个数，面积数以及所占的百分比，该功能可以实现对同一区域内多种专题数据的叠加统计分析，在本例中floodplain为区域数据，landcover为土地利用类型数据。）

五、注意事项及实验报告要求

（1）学生要认真做好实验准备，写好预习报告。未做预习者，不准参加实验； （2）学生要认真实验，掌握ERDAS软件视窗的基本操作；

（3）实验中指导教师要根据学生实验情况和现场询问情况现场签字确认，未经教师签字的实验报告无效；

（4）课后提交实验报告中，要写清“方法步骤”中提出的要求，并写出实验结果和体会。 （5）学生的实验报告，任课教师应仔细审阅，指出不足。根据上机所表现的能力与实验报告综合评定成绩。该实验成绩占课程总成绩的2%。

试验数据可采用C:\\Program Files\\Leica Geosystems\\Geospatial Imaging 9.1\\examples 下例子数据

实验二：遥感数字图像的地形分析

一、 实验目的

以计算退耕还林还草图为例掌握Erdas中关于地学分析中坡度计算等分析功能。 二、实验计划和设备

（1）实验时数2学时；

（2）实验地点在机房，每人一机；

（3）实验所用软件为遥感图像处理软件ERDAS IMAGIINE 8.6。

三、实验原理

1.利用土地利用线划数据中的土地利用分类编码，把它转化为影像数据。

2.对转换后的遥感影像进行重编码，把代表耕地的灰度值141、143、144的象元编码为1，其它的象元编码为0待用。

3.利用已有的DEM数据，借助坡度提取工具，计算出坡度数据。

4．利用重编码数据将25度及以上的数据编码为1，其它编码为0待用。

5.将两个编$码后的数据叠加，得到及时耕地、坡度大于25的区域分布，得到0/1分布数据，为1的既是代表退耕的区域。

四、试验方法和步骤

（本部分实验数据采用“遥感数字图像的地形分析试验数据”）

1.在Erdas主窗口中，选择Interpretor图标|Utilities|Vector to Raster命令，打开Vector to Raster对话框，试验数据及相应选项见下图。

2. 对得到的土地利用遥感影像图重编码。

Interpreter|GIS Analysis|Recode，打开Recode对话框，将141、143、144编码为1，其余编码为0.选择输出影像为tudiliyong.img。 3.利用DEM数据提取坡度信息

Interpreter|Topographic Analysis Slope命令，打开Surface Slope对话框，计算坡度信息。 注意：在此步骤中点击出Input DEM file对话框中的参数设置如下：

注意文件类型处选择GRID，DEM文件选择35cdem

4．对计算好的坡度进行重编码，把25度一下的全编码为0，25度以上的全编码为1，选择输出图像为25above1.img.

5.选择选择Interpretor图标|Utilities|operators命令，打开Two Input Operators对话框，进行如下设置：

从而提取出退耕还草图。

（1）学生要认真做好实验准备，写好预习报告。未做预习者，不准参加实验； （2）学生要认真实验，掌握主要的遥感图像增强原理和方法；

（3）实验中指导教师要根据学生实验情况和现场询问情况现场签字确认，未经教师签字的实验报告无效；

（4）课后提交实验报告中，要写清“实验原理”，并附有实验结果和体会。

（5）学生的实验报告，任课教师应仔细审阅，指出不足。根据上机所表现的能力与实验报告综合评定成绩。该实验成绩占课程总成绩的2%。

实验三 遥感图像的空间建模分析

二、 实验目的

了解空间建模工具的使用；掌握遥感数字图像空间建模分析的主要步骤。

二、实验计划和设备

（1）实验时数2学时；

（2）实验地点在机房，每人一机；

（3）实验所用软件为遥感图像处理软件ERDAS IMAGIINE 8.6。

三、实验原理

1.利用空间建模工具分别实现spot边缘增强、RGB TO HIS、直方图配准、直方图均衡化及遥感影像融合。

2．空间建模的基本原理 2.1空间建模工具的组成

空间建模是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间决策过程进行的模拟。ERDAS IMAGINE空间建模的实现可由以下三种工具完成：空间建模语言（SML）提供的脚本模型、模型生成器（Model Maker）提供的图形模型以及模型库管理员（Model Librarian）。SML是Model Maker使用的底层语言，Model Maker是高级的可视化的空间建模辅助工具，用户只需使用其提供的工具在窗口中绘出模型的流程图，指定流程图的意义、所用的参数、函数等即可完成模型的设计，而无需书写复杂的命令程序。Model Maker提供了200多个函数和操作算子，可以操作栅格数据、矢量数据、矩阵、表格及分级数据。模型库包括SML编写的程序模型和模型生成器生成的图形模型。 空间建模工具由三部分组成： （1）空间建模语言（SML）

（2）模型生成器（Model Maker） （3）空间模型库

2.2图形模型的基本类型

2.3图形模型形成过程

（1）明确问题 （2）放置对象图形 （3）连接各个对象 （4）定义对象 （5）定义函数操作 （6）运行模型

2.4模型生成器

2.5空间建模操作过程

（1）放置图形对象 （2）定义参数与操作 （3）保存图形模型

（4）运行图形模型 （5）查看运行结果

四、试验方法和步骤

注意本部分图像采用examples下面的图像，根据需要自行选择。

1.SPOT边缘增强

1）点击Main---Modeler，弹出

2）点击Model maker，打开model maker对话框 3）放置对象模型

? 在model maker工具面板中点击需要的对象图标，然后放置的图形窗口中，本例需要添

加两个Raster图标

，一个Matrix图标

，一个Function图标

。

? 在工具条棉版，单击Select图标? 在工具面板，单击Connect图标

，选择并移动对象图形，按操作顺序排列。 ，并单击Lock图标，

。

? 在图形窗口绘制连接线，将输入数据图形与函数图形相连。形成图形模型基本框架，如

下图。

4）定义参数与操作

? 双击左上方栅格图像，打开Raster对话框，确定输入图像。

? 定义输入卷积矩阵，双击右上方卷积矩阵，如下图，选择卷积核矩阵，如下图。

? 定义卷积处理函数，双击中部的函数图形，打开Function Definition 窗口，进行如下定

义。

5）定义输出图像

双击下面的栅格图像，确定输出文件的类型、名称及路径。 6）点击运行图标

，运行后查看增强后图形。

7）依据以上思路，分别尝试不同的卷积核矩阵对图像进行图像增强。

依据以上思路分别实现以下功能

2.RGB TO HIS

3.直方图配准

4.直方图均衡化

五、注意事项及实验报告要求

（1）学生要认真做好实验准备，写好预习报告。未做预习者，不准参加实验； （2）学生要认真实验，掌握ERDAS软件视窗的基本操作；

（3）实验中指导教师要根据学生实验情况和现场询问情况现场签字确认，未经教师签字的实验报告无效；

（4）课后提交实验报告中，要写清“方法步骤”中提出的要求，并写出实验结果和体会。 （5）学生的实验报告，任课教师应仔细审阅，指出不足。根据上机所表现的能力与实验报告综合评定成绩。该实验成绩占课程总成绩的2%。

实验四 遥感图像的几何校正

一、实验目的和要求

通过实验操作，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、实验计划和设备

（1）实验时数2学时；

（2）实验地点在机房，每人一机；

（3）实验所用软件为遥感图像处理软件ERDAS IMAGIINE 8.6。

三、实验原理

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。

ERDAS提供7种图像几何校正计算模型，包括仿射变换、多项式变换、非均匀变换、投影变换等。ERDAS还提供9种三大类控制点采集模式，即视窗采点模式、文件采点模式、地图采点模式。

本次实验主要掌握利用视窗采点模式进行多项式变换几何校正的原理和方法。

三、 方法和步骤 首先加载图像文件：

C:\\Program Files\\Leica Geosystems\\Geospatial Imaging 9.1\\examples 待校正图像tmAtlanta.img 注意在打开过程中以gray scale进行显示 参考图像PanAtlanta.img.

（1）图像几何校正的途径

ERDAS 图标面板工具条：点击 DataPrep 图标， →Image Geometric Correction → 打开 Set Geo-Correction Input File 对话框（图 2-1 ）。 ERDAS 图标面板菜单条： Main →Data Preparation→ Image Geometric Correction → 打开 Set Geo-Correction Input File 对话框（图 2-1 ）。

图 2-1 Set Geo-Correction Input File 对话框

在 Set Geo-Correction Input File 对话框（图2-1 ）中，需要确定校正图像，

有两种选择情况：

其一：首先确定来自视窗（ FromViewer ），然后选择显示图像视窗。 其二：首先确定来自文件（ From Image File ），然后选择输入图像。 （2）图像几何校正的计算模型（ Geometric Correction Model ） ERDAS 提供的图像几何校正模型有 7 种，具体功能如表2-1：

表 2-1 几何校正计算模型与功能 模 型 Affine Polynomial Reproject Rubber Sheeting Camera Landsat Spot 功 能 图像仿射变换（不做投影变换） 多项式变换（同时作投影变换） 投影变换（转换调用多项式变换） 非线性变换、非均匀变换 航空影像正射校正 Lantsat 卫星图像正射校正 Spot 卫星图像正射校正 （3）图像几何校正的具体过程

第一步：显示图像文件（ Display Image Files ） 首先，在ERDAS图标面板中点击Viewer图标两次，打开两个视窗（ Viewer1/Viewer2 ），并将两个视窗平铺放置，操作过程如下：

ERDAS 图表面板菜单条： Session →Title Viewers 然后， 在 Viewer1 中打开需要校正的 Lantsat 图像： tmAtlanta,img，在 Viewer2 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（ Geometric Correction Tool ） Viewer1 菜单条： Raster → Geometric Correction

→ 打开 Set Geometric Model 对话框（图2-2 ） → 选择多项式几何校正模型： Polynomial→OK

→ 同时打开 Geo Correction Tools 对话框（图2-3 ）和 Polynomial Model Properties 对话框（图2-4 ）。

在 Polynomial Model Properties 对话框中，定义多项式模型参数以及投影参数： → 定义多项式次方（ Polynomial Order ） :2 → 定义投影参数：（ PROJECTION ） : 略

→Apply→Close → 打开 GCP Tool Referense Setup 对话框（图2-5 ）

图 2-2 Set Geometric Model 对话框

图 2-3 Geo Correction Tools 对话框

图 2-4 Polynomial Properties 对话框

图 2-5 GCP Tool Referense Setup 对话框

第三步：启动控制点工具（ Start GCP Tools ）

图 2-6 Viewer Selection Instructions

首先，在 GCP Tool Referense Setup 对话框（图2-5 ）中选择采点模式： → 选择视窗采点模式： Existing Viewer→OK

→ 打开 Viewer Selection Instructions 指示器（图 2-6 ）

→ 在显示作为地理参考图像 panAtlanta,img 的 Viewer2 中点击左键 → 打开 reference Map Information 提示框（图 2-7 ）； →OK

→ 此时，整个屏幕将自动变化为如图 7 所示的状态，表明控制点工具被启动，进入控制点采点状态。

图 2-7 reference Map Information 提示框

图 2-8 控制点采点

第四步：采集地面控制点（ Ground Control Point ） GCP 的具体采集过程：

在图像几何校正过程中，采集控制点是一项非常重要和繁重的工作，具体过程如下： GCP 工具对话框中，点击 Select GCP 图表，进入 GCP 选择状态； 在 GCP 数据表中，将输入 GCP 的颜色设置为比较明显的黄色。

在 Viewer1 中移动关联方框位置，寻找明显的地物特征点，作为输入 GCP 。 在 GCP 工具对话框中，点击 Create GCP 图标，并在 Viewer3 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 坐标和 Y 坐标。

在 GCP 对话框中，点击 Select GCP 图标，重新进入 GCP 选择状态。 在 GCP 数据表中，将参考 GCP 的颜色设置为比较明显的红色，

在 Viewer2 中，移动关联方框位置，寻找对应的地物特征点，作为参考 GCP 。

在 GCP 工具对话框中，点击 Create GCP 图标，并在 Viewer4 中点击左肩顶巅，系统将自动将参考点的坐标（ X 、 Y ）显示在 GCP 数据表中。

（4）课后提交实验报告中，要写清“实验原理”，并附有实验结果和体会。

（5）学生的实验报告，任课教师应仔细审阅，指出不足。根据上机所表现的能力与实验报告综合评定成绩。该实验成绩占课程总成绩的2%。

实验七：遥感图像分类

一、实验目的和要求

理解计算机图像分类的基本原理以及监督分类的过程，达到能熟练地对遥感图像进行监督分类。进一步理解计算机图像分类的基本原理以及非监督分类的过程，达到能熟练地对遥感图像进行非监督分类的目的，同时深刻理解监督分类与非监督分类的区别。

二、实验计划和设备

（1）实验时数4学时；

（2）实验地点在机房，每人一机；

（3）实验所用软件为遥感图像处理软件ERDAS IMAGIINE 8.6。

三、实验原理

遥感图像分类是遥感信息提取与制图的重要环节，它将遥感图像按照灰度级别分为不

同的地物类别。

四、方法和步骤

（一）监督分类 （试验影像3335.tif） 1 、定义分类模板

第一步：显示要进行分类的图像；

第二步：打开模板编辑器并调整显示字段（如图５－１）；

图 5-1 分类模板编辑器

第三步：获取分类模板信息；

指导学生掌握四中获取分类模板信息方法中的两种。 第四步：保存分类模板。 2 、评价分类模板

介绍报警评价、可能性矩阵、直方图三种分类模板评价方法。要求学生重点掌握利用可能性矩阵方法评价分类模板。 3 、执行监督分类

在监督分类中，用于分类决策的规则是多层次的，如对非参数模板有特征空间、平行六面体等方法。对参数模板有最大似然法、最小距离法等。但要注意对应用范围，如非参数模

板只能应用于非参数型模板；对于参数型模板，要使用参数型规则。另外，使用非参数型模板，还要确定叠加规则和未分类规则。

根据以上要求，指导学生理解并正确填写监督分类对话框，执行监督分类。

图 5-2 监督分类对话框

（二）非监督分类（2学时）

1 、分类过程（ Classification Procedure ） 第一步：调出非监督分类对话框；

指导学生掌握两种方法。

方法一： DATA PRETATION→UNSUPERVISED CLASSIFICATION.

方法二： Classifier 图标 →classification→unsupervised classification 第二步：进行监督分类

调出： unsupervised classification 对话框（图 6-1 ），逐项填写。

注意问题：实际工作中常将分类数目取为最终分类数目的两倍；收敛域值是指两次分类结果相比保持不变的像原所占最大百分比。

图 6-1 unsupervised classification 对话框

2 、分类评价 （ Evaluate Classification ） 第一步：显示原图像与分类图像

学会在同一个窗口中，同时打开两个图像。

第二步：打开分类图像属性表并调整字段显示顺序；

图 6-2 图像属性编辑器

图 6-3 Column Properties 对话框

第三步：给各个类别赋相应的颜色； 第四步：不透明度设置；

图 6-4 Fomula 对话框

第五步：确定类别的专题意义及其准确程度； 第六步：标注类别的名称和相应的颜色；

重复以上 4 、 5 、 6 三步直到对所有类别都进行了分析与处理。注意，在进行分类叠加分析时，一次可以选择一个类别，也可以选择多个类别同时进行。

五、注意事项及实验报告要求

（1）学生要认真做好实验准备，写好预习报告。未做预习者，不准参加实验； （2）学生要认真实验，掌握遥感图像分类（包括监督分类和非监督分类）的方法；

（3）实验中指导教师要根据学生实验情况和现场询问情况现场签字确认，未经教师签字的实验报告无效；

（4）课后提交实验报告中，要写清“实验原理”，并附有实验结果和体会。 （5）学生的实验报告，任课教师应仔细审阅，指出不足。根据上机所表现的能力与实验报告综合评定成绩。该实验成绩占课程总成绩的2%。

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