遥感专题制图课程设计报告

遥感原理与应用课程设计

—“遥感专题信息提取与专题图制作”设计报告 

一、课程设计的目的和意义

1、加深理解和巩固《遥感原理与应用》课上所学的有关遥感的基本原理、遥感传感器的成像机理、遥感图像的处理方法、专题信息提取以及遥感综合应用技术；

2、锻炼熟练运用遥感软件分析问题、解决具体问题的实际工作能力；

3、培养良好的工作习惯和科学素养，为今后参加科学研究工作以及毕业设计打下良好的基础。

二、课程设计的原理和方法

从卫星上获取的遥感图像一般不能直接使用，需要通过图像处理软件进行加工，纠正误差提取出专题信息，才能够制成各种专题地图。

本次实习是基于ERDAS IMAGING9.1的，它是一种视窗形式的处理系统，当打开软件时，出现各种处理功能的模块。其处理技术覆盖了数据输入输出，数据预处理，专题地图，图像解译，图像库管理，图像分类，空间建模，雷达图像处理，矢量功能，虚拟GIS等。用该软件对图像进行TIFF到IMG的格式转换、波段叠加、添加头文件信息、几何纠正、影像镶嵌、基于HIS变换的图像融合、图像裁剪、图像监督分类、专题信息提取和最后的专题图制作等操作，具体原理如下：

1．数据预处理

ERDAS默认的文件格式是*.img格式，因此先要将获得的宜昌葛洲坝地区*.tif格式的遥感影像进行格式转换。

多波段影像包含的信息量较大，为了便于后续处理，要将多个单波段影像叠加合成多波段影像。

参考影像具有地理信息，要将参考影像头文件信息添加进去。

2．几何纠正

遥感所获取的数据，均存在几何畸变。因此需要对图像进行几何纠正。多项式校正法是实践中经常使用的一种方法，对各种类型传感器的纠正均适用。在实习过程中，采用了二次多项式法进行几何纠正，该法可以改正图像因平移、旋转、比例尺变化、仿射变化等线性变形与扭曲等二次非线性变形。

3．图像镶嵌

因研究范围的要求，需要在几何上将左右两幅图像连接在一起，并且保证拼接后的图像反差一致，色调相近，没有明显的接缝。

遥感影像在镶嵌之前，必须包含投影信息、地理坐标信息，还要有相同的波段数。当然，在挑选遥感数据时，要尽可能选择成像时间和成像条件相近的遥感图像，要求相邻影像的色调一致。

4．图像增强

通过增强处理突出图像的有用信息，使图像中感兴趣的特征得以强调，便于提高遥感图像的可解译性。基于IHS变换的图像融合使融合的图像既有TM图像的光谱信息，又有SPOT影像高分辨率的特点。

5．图像裁剪

镶嵌后的影像并不是一个规则的图形，而一般的地图都是规则的矩形，所以要对影像进行裁剪，得到感兴趣的规则的矩形区域。

6．图像分类

用监督法对图像进行分类处理。产生七个地理类别，分别是长江，居民区与坝区，山地，植被，阴影，内河、湖泊。

7．分类后处理

由于混合像元的存在以及分类算法是逐个像元进行的，在分类图像中有很多的孤立像元及小像元群，它们在分类图上表现为噪声，不能满足分类要求。平滑处理可以消除一些噪声效应，完成类的连接。

8．专题信息提取

可以分类重编码，进行类别的合并。

9．专题图制作

突出反映长江，内河与湖泊这两类主体要素，其它地理要素如山地，植被根据主体的需要作为地理基础选绘。

具体处理流程：

三、课程设计的过程和步骤

1．数据预处理

格式转换：用Import模块将13幅TIFF格式的遥感影像转换成IMG格式的遥感影像，注意在弹出的输入输出对话框中选择相应的格式。

波段叠加：用Interpreter模块将左右各6个TM单波段影像叠加合成为多波段影像。选择Interpreter菜单—Utilities子菜单—Layer Stack菜单，在弹出的Layer Selection Stacking对话框中添加需要合成的波段。

添加头文件信息：打开参考图像，调出Image info对话框，选择Edit菜单，对影像的左上角X、Y坐标、像元值大小、单位和地图投影信息进行添加。

2．几何纠正

选择GCP：打开左影像，选择Raster/Geometric Correction菜单，选择多项式纠正法，设次数为2，以已打开的SPOT影像为参考，开始分别在两个影像中对应选择同名地物点的GCP。

坐标转换：选取6个GCP，有GCP工具自动生成转换模型，通过二次多项式变换，将各个控制点从地理空间投影到图像空间上去。

精度检查：在GCP Tool中，通过Edit/Set Point Type/Check来实现设置点的类型为检查点，作用是检查转换精度，若误差大于一个像元，则需要重新选择控制点。

重采样：点击Geo Correction Tools中的重采样按钮对图像进行重采样，保证校正空间中点均匀分布输出。

核实校正过程：在同一窗口打开纠正好的影像和参考影像，用视窗关联的功能进行比较检验。

3．影像镶嵌

此功能在数据预处理Data Prep模块中实现。选择菜单DataPrep-Mosaic Images-Mosaic Tool，打开Mosaic Tool窗口。

加入影像：选择Mosaic Images/Edit/Add Images，加入左右两张影像。

确定镶嵌边：利用AOI Tools工具栏，绘制出两幅影像的分界线。

定义镶嵌函数：选择Edit/Set Overlap Function打开Set Overlap Function对话框，选择函数。

边界线平滑：选择Feathering即可。

4．图像增强

将多光谱影像变换到IHS空间：此功能在Interpreter模块Spacial Enhancement菜单中实现。

用SPOT影像的I分量代替多光谱影像的亮度分量：在Interpreter模块，Utilities/Layer Stack中实现，得到新的IHS影像。

将新的IHS图像逆变换到RGB空间中去，即得到融合的图像。在Interpreter模块，Spacial Enhancement菜单中可实现HIS to RGB变换。

5．图像裁剪

利用Data Prep模块中的Subset Image功能对增强后的图像进行裁剪，使之成为规则的矩形。

6．图像分类

定义分类模板：用AOI工具从要分类的影像中收集，以对图像中代表已知类别的像元进行采样。

模板的评价：在signature Editor的对话框中点Evaluate-Contingency (计算混淆矩阵)，观察混淆矩阵，纯度达到85%以上就能满足精度要求。

进行监督法分类：选择分类影像与模板，这里用最小距离法分类。

精度评价：比较专题栅格层的像元与类型已知的参考像元。在classifier/accuracy assessment中实现。当overall classification accuracy精度达到80%以上就满足精度要求。

7．专题信息提取

此功能在Interprete模块中实现，选择GIS Analysis／recode，在对话框中进行类别的合并即可。

8．专题图制作

在ERDAS IMAGING的Composer模块，点击New Map Composition，设置地图版面的大小，单位，背景等。然后在弹出的Map Composer窗口中点击Annotation／Tools调出常用的工具板。绘制地图图框，插入公里网，符号图形，比例尺，文本框等。

四、课程设计的结果分析与评价

1．数据预处理结果

这一步的处理结果中不含有人为因素，大家都用的同样的数据和同样的软件，所以处理结果应该是一样的。

2．几何纠正结果  

左右两片的方位得到了纠正，和原图叠加之后发现做片的右上角和右片的所上角（内河附近）与参考影像相差较大，主要是那一片区域没有合适的明显地物来作为控制点，所以误差较大。

3．影像镶嵌结果

由于在进行几何校正的时候内河部分的误差较大，所以在镶嵌过程中，那一部分的拼接痕迹较为明显，由于拼接线选取得较为合适，影像下半部分基本看不出拼接的痕迹。

4．图像增强结果

融合后的影像既有TM影像的光谱信息，又有SPOT影像高分辨率的特点。但是出现了偏色现象。

     从上面两图的比较可以看出，由于几何校正有误差，没有进行IHS变换的融合后的图像左上角的长江明显偏离。而基于IHS变换的融合只是在I通道进行融合，可以有效避免这种情况。

5．图像裁剪结果

裁剪操作比较简单，不会出什么大的问题，无非是裁剪区域大小和范围，本图是尽量大地截取了图像。

6．图像分类结果

图中浅蓝色为长江，深蓝色为内河和湖泊，粉红色是坝区与居民地，深绿和浅绿分别代表山区不同颜色的植物，黑色是阴影。由于长江和内河还有湖泊的颜色都是蓝色，所以最后有些区域没有分开，内河有些区域被分成了长江。

7．专题图

本幅专题图突出了葛洲坝附近水域的情况，长江、内河、湖泊都用青色表示，图中加入了地图的各种要素，如：指北针、图例、图名、比例尺等。

五、课程设计的总结与体会

为期一周的遥感专题信息提取与专题图制作的实习结束了，在老师的耐心的讲解和自主学习下，本次实习还算顺利，每一个步骤都未出现大的问题，一些小问题也都能够通过分析原因自己解决。

在本次实习中我收获颇多。首先，在本次实习中，我复习了上学期《遥感原理与应用》课程中学过的理论知识，并且将本来分散的知识点融会贯通并付诸于实践，加深了对知识的理解，锻炼了理论联系实际的能力；其次，我进一步了解了TM影像的特点，并且我学会了图像处理软件ERDAS IMAGING的基本使用，学习遥感难免要处理图像，正是这次实习让我全面接触了图像处理软件，了解了一些基本功能，对未来的工作和进一步深造打下了基础。最后，由于是第一次大规模使用ERDAS软件，实习过程中难免遇到问题，但都通过各种办法解决了，这使我分析问题和解决问题的能力得以提高，也促进了同学之间的交流与合作。

这次的实习进行了对具体工作的模拟，我们第一次完成了图像预处理、几何纠正、影像镶嵌、基于HIS变换的图像融合、图像裁剪、图像监督分类、专题信息提取和最后的专题图制作等操作。该过程让我们了解了用遥感影像制作专题图的作业流程及各步骤的方法与可能出现的问题。算是一次不错的经历。

总之，虽然遥感的实习即将结束，但是对于《遥感原理与应用》这门学科的学习和了解仍然是我们的任务。未来学习工作中我还会继续锻炼自己的动手能力，从实践中学到知识，对专业软件进行熟悉和掌握。

最后，感谢老师在实习过程中细致的讲解和给予我们的指导与帮助。