《遙感原理與應(yīng)用》課程上機(jī)40219

1、 遙感原理與應(yīng)用課程上機(jī)目錄一、實(shí)習(xí)目的- 1 -二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹- 1 -三、實(shí)驗(yàn)過程 圖像增強(qiáng)處理- 1 -1空間域增強(qiáng)- 1 -1.1點(diǎn)運(yùn)算- 1 -1.1.1 Linear線性拉伸- 1 -1.1.2 Piecewise linear- 2 -1.1.3 Gaussian- 2 -1.1.4 Equalization（直方圖均衡化）- 3 -1.1.5 Square Root- 3 -1.1.6 Arbitrary- 4 -1.1.7直方圖匹配（直方圖規(guī)格化）- 4 -1.2 鄰域運(yùn)算- 5 -1.2.1圖像銳化High pass- 5 -1.2.2圖像平滑Low pass- 7 -2

2、. 頻率域增強(qiáng)- 7 -2.1快速傅里葉變換FFT- 7 -2.2定義FFT濾波器- 8 -2.3反向FFT變換- 11 -3彩色增強(qiáng)- 12 -3.1偽彩色增強(qiáng)（密度分割法）- 12 -3.2 假彩色增強(qiáng)- 13 -4多圖像代數(shù)運(yùn)算- 14 -4.1 差值法- 14 -4.2比值法- 15 -4.3混合運(yùn)算法- 16 -5多光譜圖像轉(zhuǎn)換- 17 -5.1主成分變換（K-L變換）- 17 -5.2纓帽變換- 19 -四、實(shí)驗(yàn)體會(huì)- 21 -ENVI初步學(xué)習(xí)和影像增強(qiáng)處理一、實(shí)習(xí)目的通過對ENVI 軟件的初步學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)操作，了解遙感圖像處理的基本原理、流程以及軟件系統(tǒng)的基本構(gòu)成和功能，加深對所學(xué)

3、課程原理的理解，為從事相關(guān)項(xiàng)目的研究和開發(fā)奠定基礎(chǔ)。對于影像增強(qiáng)需要掌握直方圖的概念、生成方法，通過對不同圖像直方圖的比較，理解直方圖所反映的圖像性質(zhì)；了解圖像增強(qiáng)和濾波的多種方法，掌握直方圖均衡、分段線性拉伸、密度分割、平滑、銳化、邊緣增強(qiáng)的方法；通過圖像增強(qiáng)和濾波多種方法的實(shí)習(xí)，掌握改善遙感圖像視覺效果的有效方法。二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹本次實(shí)習(xí)的數(shù)據(jù)為landsat7 ETM:yaoyifei.img。三、實(shí)驗(yàn)過程 圖像增強(qiáng)處理1空間域增強(qiáng) 1.1點(diǎn)運(yùn)算步驟：打開一個(gè)多光譜圖像，在主圖像窗口中，選擇Ehance-Interactive stretching,打開交互式直方圖拉伸操作對話框。1.1

4、.1 Linear線性拉伸步驟：選擇Streth_Type-Linear，然后選擇Options-Auto Apply，打開自動(dòng)應(yīng)用，如圖1.1.1-1所示。 注：設(shè)定拉伸范圍，使用鼠標(biāo)移動(dòng)直方圖的白色垂直線虛線即可，或者在Streth中輸入DN值或者百分比。圖1.1.1-1 Linear線性1.1.2 Piecewise linear步驟：選擇Streth_Type- Piecewise linear，然后選擇Options-Auto Apply，打開自動(dòng)應(yīng)用，如圖1.1.2-1所示。注：在直方圖的任意位置點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵，即可以增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)；使用鼠標(biāo)移動(dòng)直方圖的白色垂直線虛線即可移動(dòng)點(diǎn)的位置；

5、刪除點(diǎn)單擊鼠標(biāo)右鍵。圖1.1.2-1 Piecewise linear1.1.3 Gaussian步驟：選擇Streth_Type- Gaussian，然后選擇Options-Auto Apply，打開自動(dòng)應(yīng)用，如圖1.1.3-1所示。注：直方圖的一條紅色曲線顯示的是被選的Gaussian函數(shù)，被拉伸的數(shù)據(jù)分布呈現(xiàn)白色，疊加在紅色的Gaussian函數(shù)上。 圖1.1.3-1 Gaussian1.1.4 Equalization（直方圖均衡化）步驟：選擇Streth_Type- Equalization，然后選擇Options-Auto Apply，打開自動(dòng)應(yīng)用，如圖1.1.4-1所示。注：輸出

6、的直方圖用一條紅色的曲線顯示均衡化的函數(shù)，被拉伸的數(shù)據(jù)分布呈現(xiàn)白色疊加顯示。圖1.1.4-1直方圖均衡化1.1.5 Square Root步驟：選擇Streth_Type- Square Root，然后選擇Options-Auto Apply，打開自動(dòng)應(yīng)用，如圖1.1.5-1所示。注：輸出的直方圖用一條紅色的曲線顯示平方根的函數(shù)，被拉伸的數(shù)據(jù)分布呈現(xiàn)白色疊加顯示。圖1.1.5-1 Square Root1.1.6 Arbitrary步驟：選擇Streth_Type- Arbitrary，然后選擇Options-Auto Apply，打開自動(dòng)應(yīng)用，如圖1.1.6-1所示。注：也可以把一幅圖像的直

7、方圖與另一幅圖像的直方圖進(jìn)行匹配。圖1.1.6-1 Arbitrary1.1.7直方圖匹配（直方圖規(guī)格化）步驟：打開兩幅圖像，并且顯示在Display中，選擇Ehance-Histogram Matching，選擇Ehance-Interactive stretching,打開交互式直方圖拉伸操作對話框，如圖1.1.7-1和1.1.7-2所示。注：使用直方圖匹配可以把一幅圖像的直方圖匹配到另一幅圖像的直方圖上；輸出直方圖用紅色顯示，被匹配直方圖用白色顯示。圖1.1.7-1直方圖規(guī)格化圖1.1.7-2直方圖規(guī)格化1.2 鄰域運(yùn)算1.2.1圖像銳化High pass步驟：打開一幅影像，單擊菜單選項(xiàng)

8、的Filter-Convolutions and Morphology，單擊Convolution菜單的High Pass選項(xiàng)，如圖1.2.1-1所示，選擇某一波段，如圖1.2.1-2所示，輸出的影像如圖1.2.1-3所示。注：卷積濾波是通過消除特定的空間頻率來增強(qiáng)圖像，銳化主要是增強(qiáng)圖像的高頻成分，突出圖像的邊緣信息，提高圖像的細(xì)節(jié)反差。圖1.2.1-1圖1.2.1-2圖1.2.1-3 銳化High Pass1.2.2圖像平滑Low pass步驟：打開一幅影像，單擊菜單選項(xiàng)的Filter-Convolutions and Morphology，單擊Convolution菜單的Low Pass

9、選項(xiàng)，選擇某一波段，輸出的影像如圖1.2.2-1所示。注：平滑目的在于消除圖像各種干擾的噪聲，使圖像的高頻成分消退，平滑掉圖像的細(xì)節(jié)，使其反差降低，保存了低頻的成分。圖1.2.2-1平滑Low pass2. 頻率域增強(qiáng)2.1快速傅里葉變換FFT步驟：打開一幅TM影像，單擊菜單選項(xiàng)的Filter-FFT Filtering-Forward FFT。在Forward FFT Input File對話框中，選擇輸入的圖像文件。如圖2.1-1所示，輸出的FFT圖像如圖2.1-2所示。注：從圖上可以看出：中間很亮的部分集中了圖像的低頻信息，外圍較暗部分集中了圖像的高頻信息，外框中兩個(gè)較明顯小白條是周期性

10、條帶噪聲，方向與空間域中圖像垂直。圖2.1-1圖2.1-2 FFT2.2定義FFT濾波器步驟：在菜單中單擊菜單選項(xiàng)的Filter-FFT Filtering-Filter Definition，在Filter Definition對話框中，選擇當(dāng)前FFT圖像Display窗口，單擊OK，如圖2.2-1所示，在Filter_Type選擇Circuit Pass（低通），如圖2.2-2和2.2-3所示，點(diǎn)擊OK，輸出圖層如圖2.2-4所示。類似設(shè)定Filter_Type選擇Circuit Cut（高通），如圖2.2-5所示，點(diǎn)擊OK，輸出圖層如圖2.2-6所示。圖2.2-1圖2.2-2定義FFT濾

11、波器圖2.2-3 （低通）平滑Low Pass 圖2.2-4 （低通）平滑Low Pass圖2.2-5 （高通）銳化High Pass圖2.2-6（高通）銳化High Pass2.3反向FFT變換步驟：在菜單中單擊菜單選項(xiàng)的Filter-FFT Filtering-Inverse FFT，選擇FFT圖像，如圖2.3-1所示，單擊OK，在Inverse FFT Filter File對話框中，分別選擇低通和高通濾波圖像，單擊OK，輸出的低通和高通影像分別如圖2.3-2和2.3-3所示。注：首先應(yīng)用FFT濾波，然后將FFT圖像反變換回空間域數(shù)據(jù)；并且由于平滑或者銳化的原因使圖像看起來變得模糊。實(shí)驗(yàn)

12、時(shí)在此犯了錯(cuò)誤，在進(jìn)行反FFT變化時(shí)首先打開一個(gè)定義了濾波器的文件，出現(xiàn)錯(cuò)誤，并及時(shí)詢問老師改正。圖2.3-1圖2.3-2反向FFT變換(低通)圖2.3-3反向FFT變換（高通）3彩色增強(qiáng)3.1偽彩色增強(qiáng)（密度分割法）步驟：打開一影像，選擇波段TM Band1，如圖3.1-1。在TM Band1菜單中選擇Tools-Color Mapping-Density Slicing。選擇TM Band1，如圖3.1-2，點(diǎn)擊OK，如圖3.1-3，點(diǎn)擊Apply，輸出的結(jié)果如圖3.1-4。注：密度分割法是偽彩色增強(qiáng)的最簡單方法，就是根據(jù)灰度的大小，將不同的灰度范圍劃分為不同的層，并且賦予不同的顏色，時(shí)成

13、為一幅彩色影像。圖3.1-1圖3.1-2圖3.1-3圖3.1-4密度分割法3.2 假彩色增強(qiáng)步驟：打開一幅TM影像，在Available Bands List窗口中，選擇RGB Color，將TM的波段Band4、Band3、Band2分別RGB，打開合成的假彩色影像，如圖3.2-1所示。注：假彩色即TM432影像；真彩色即TM321影像。圖3.2-1 TM4324多圖像代數(shù)運(yùn)算 4.1 差值法步驟：單擊ENVI4.7軟件菜單Basic Tools-Band Math，輸入差值運(yùn)算式b1-b2，添加差值運(yùn)算式，如圖4.1-1，單擊OK，分別添加Band TM1和Band TM2，如圖4.1-2

14、所示，生成圖像如圖4.1-3所示。注：當(dāng)輸入其它字母時(shí)，系統(tǒng)提示錯(cuò)誤或者直接轉(zhuǎn)化為B（b），推斷系統(tǒng)默認(rèn)的表達(dá)式字母為B（b）。加法運(yùn)算可以用來消弱隨機(jī)噪聲，差值運(yùn)算可以用來進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。圖4.1-1圖4.1-2圖4.1-3 差值法4.2比值法步驟：比值法步驟類同差值法，只將運(yùn)算表達(dá)式改為b1/b2，輸出結(jié)果如圖4.2-1和4.2-2。注：比值運(yùn)算可以用來消除陰影。圖4.2-1圖4.2-2比值法4.3混合運(yùn)算法步驟：混合法步驟類同差值法，只將運(yùn)算表達(dá)式改為b1+b2-b3/b4，輸出結(jié)果如圖4.3-1和4.3-2。圖4.3-1圖4.3-2混合運(yùn)算法5多光譜圖像轉(zhuǎn)換5.1主成分變換（K-L變換）

15、步驟：單擊菜單Transform-Principal Components-Forward Pc-Compute New Statistics and Rotate，選擇圖像，如圖5.1-1所示，單擊OK，如圖5.1-2所示，輸出的Band 1和Band3分別如圖5.1-3和5.1-4所示。注：第一主分量集中了最大的信息量，最終計(jì)算結(jié)果大約等于83%；第一、二、三分量集中了大約93%的信息量。圖5.1-1圖5.1-2圖5.1-3 K-L變換后的Band1和分析特征值窗口圖5.1-4 K-L變換分析后的Band35.2纓帽變換步驟：單擊菜單Transform-Tasseled Cap，如圖5.2

16、-1所示，選擇圖像，單擊OK，在Input File Type中選擇landsat 7 ETM，如圖5.2-2所示，單擊OK，輸出Brighness圖層如圖5.2-3所示。注：主成分變換和纓帽變換的圖層比較，如圖5.2-4所示。圖5.2-1圖5.2-2圖5.2-3纓帽變換圖5.2-4主成分變換和纓帽變換的圖層比較四、實(shí)驗(yàn)體會(huì)本次實(shí)驗(yàn)主要是對ENVI 軟件的初步學(xué)習(xí)和一些簡單的實(shí)習(xí)操作，通過本次上機(jī)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，對遙感圖像處理的基本原理、流程、操作步驟以及軟件系統(tǒng)的基本構(gòu)成和功能有了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，加深對課堂所學(xué)原理的理解，提高了自己的動(dòng)手能力和軟件操作能力，為從事相關(guān)項(xiàng)目的研究和開發(fā)奠定基礎(chǔ)。在實(shí)習(xí)前我們先認(rèn)真的復(fù)習(xí)了課堂的原理和內(nèi)榮，并且查閱了相關(guān)的資料和書籍，對軟件的操作有了一定的了解。在實(shí)習(xí)中，如果遇到了不懂的問題，就及時(shí)地和同學(xué)討論或者詢問老師，力爭將知識(shí)吃透，將我們實(shí)踐與課堂了理論聯(lián)系起來，做到理論聯(lián)系實(shí)踐，實(shí)踐中檢驗(yàn)理論，鞏固理論，使理論更加生動(dòng)和形象。尤其是在實(shí)習(xí)中的FFT變換時(shí)遇到了比較嚴(yán)重的問題。因?yàn)槟骋粚FT變化的具體每一步流程的意義搞清楚，所以在進(jìn)行反FFT變化時(shí)，首先打開一個(gè)定義了濾波器的文件，出現(xiàn)錯(cuò)誤，并且是課堂老師一再強(qiáng)調(diào)的，最終及時(shí)詢問了譚老師，徹底地理解了此知識(shí)點(diǎn)的關(guān)鍵，并且及時(shí)地改正。圖像增強(qiáng)處理的目的是突出圖像中的有用信息，擴(kuò)大