遙感圖像處理實習(xí)報告

1、*實 習(xí) 報 告 書 題 目： 基于遙感的植被信息提取與分析 學(xué) 院： 測繪工程學(xué)院 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 2012年6月6日實習(xí)報告評閱書學(xué)生姓名： 學(xué) 號： * 班 級： * 實踐教學(xué)環(huán)節(jié)名稱： 遙感圖像處理實習(xí) 教學(xué)時間： 2012年6月6日-2012年6月10日 綜合成績： 指導(dǎo)教師評語： 實習(xí)報告成績： 實習(xí)日記成績： 實習(xí)表現(xiàn)成績： 指導(dǎo)教師(簽字)： 2012年 6月 日目 錄1 引言11.2 實習(xí)名稱11.3 實習(xí)時間11.4 實習(xí)地點11.5 實習(xí)目的和任務(wù)12 實習(xí)內(nèi)容22.1 地物反射光譜的測定22.1.1 地物反射光譜測定原理22.1.2 地物反射光譜

2、的測定32.2 遙感數(shù)據(jù)的獲取和預(yù)處理42.2.1 遙感數(shù)據(jù)的獲取42.2.2 遙感數(shù)據(jù)的幾何精校正42.2.3 遙感數(shù)據(jù)的大氣校正52.3 基于遙感的植被信息提取92.3.1 算法介紹92.3.2 基于遙感的植被信息提取92.4 基于arcgis的植被信息處理102.4.1植被信息的面積統(tǒng)計與分析102.4.2 植被信息的專題圖制作113 實習(xí)體會124 實習(xí)日記121 引言1.1 實習(xí)準(zhǔn)備1.1.1動員大會2012年6月6日9點30分在*，測繪工程學(xué)院*老師召開了測繪091班遙感實習(xí)動員大會。會上 老師介紹了實習(xí)的主要內(nèi)容、要求以及進程安排。此外，會上還進行了人員分組。1.1.2分組情況本

3、次遙感實習(xí)是分組進行的。 1.1.3數(shù)據(jù)準(zhǔn)備本次遙感實習(xí)所用到的數(shù)據(jù)有遙感數(shù)據(jù)：ls5_tm_20091003_000000_000000_120036_geotiff_l4、原始數(shù)據(jù)；非遙感數(shù)據(jù)有連云港矢量邊界數(shù)據(jù)；參考資料，其中有envi軟件操作的教學(xué)指導(dǎo)視頻，遙感制圖指導(dǎo)等；另外還有光譜儀相關(guān)資料，其中有fieldspec handheld 波譜儀的相關(guān)介紹，其軟件安裝步驟和其實驗操作步驟。1.1.4個人準(zhǔn)備在大三第一學(xué)期中系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了遙感數(shù)據(jù)處理這門課程，在大三的第二個學(xué)期中又選修了遙感圖像處理。通過學(xué)習(xí)對遙感數(shù)據(jù)處理有了一定的理論知識的累積，對于envi和erdas兩款軟件也有一定的

4、了解。在本次遙感實習(xí)中，運用的軟件是envi4.0來進行遙感圖像的處理。在實習(xí)開始前，復(fù)習(xí)envi軟件，熟悉相關(guān)操作等，并在實習(xí)動員時認(rèn)真領(lǐng)會，做好相關(guān)記錄。1.2 實習(xí)名稱 本次實習(xí)的名稱為基于遙感的植被信息提取與分析。1.3 實習(xí)時間本次實習(xí)時間為2012年6月6日2012年6月10日。1.4 實習(xí)地點 本次實習(xí)地點為測繪樓地理信息系統(tǒng)實驗室305室。1.5 實習(xí)目的和任務(wù)1.5.1實習(xí)目的本次實習(xí)的目的如下：1.熟練操作遙感圖像處理軟件envi 2.掌握遙感圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)3.學(xué)會使用所學(xué)知識，掌握技術(shù)應(yīng)用流程4.掌握遙感圖像的處理與信息提取5.得到結(jié)果的成圖與分析1.5.2實習(xí)任務(wù)

5、本次實習(xí)的任務(wù)如下：1.地物光譜反射率的野外或室內(nèi)測定2.遙感圖像的幾何精校正3.遙感圖像的大氣校正4.基于遙感影像的植被信息提取5.基于arcgis的植被信息的空間分布范圍制圖，并統(tǒng)計面積6.撰寫實習(xí)報告、實習(xí)日記并提交實習(xí)成果2 實習(xí)內(nèi)容2.1 地物反射光譜的測定2.1.1 地物反射光譜測定原理本次實習(xí)使用的光譜測定儀器是fieldspec handheld 便攜式近紅外光譜儀，該儀器適用于350-1050nm波段。該光譜儀配置構(gòu)成有：1. 照明：a.太陽：最佳照明，70%以上的工作b.室內(nèi)光源：少量工作2. 樣品：a.被測物b.參考板（白板、灰板等）3. 光譜儀4. 控制計算機和軟件該光

6、譜儀的技術(shù)參數(shù)有：1. 光譜范圍350-1050nm2. 最快采集速度：17ms3. 光譜分辨率：3.5nm700nm4. 采樣間隔：1.5nm5. 波長精度：+/-1nm6. 波長重復(fù)性：+/-0.02nm7. 重復(fù)性: 優(yōu)于0.3%8. 雜散光: 優(yōu)于0.02%9. 靈敏度調(diào)整：全自動10. 重量：1.2公斤 （含電池） 地物光譜反射率的測定原理主要是利用電磁輻射和各地物光譜特征進行測定。所有的地面非成像光譜儀的基本工作原理基本是一致的。主要是由光譜儀通過光導(dǎo)線探頭攝取目標(biāo)光線，經(jīng)由a/d（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進入計算機。整個測量過程由計算機通過操作員控制。便攜式計算機控制光譜儀并實時

7、將光譜測量結(jié)果顯示于計算機屏幕上，有的光譜儀帶有一些簡單的光譜處理軟件，如光譜曲線平滑處理、微分處理等。測得的光譜數(shù)據(jù)可儲存在計算機內(nèi)。為了測定目標(biāo)光譜，需要測定三類光譜輻射值：第一類稱暗光譜，即沒有光線進入光譜儀時由儀器記錄的光譜；第二類為參考光譜或稱標(biāo)準(zhǔn)板白光，實際上是從較完美漫輻射體-標(biāo)準(zhǔn)板上測得的光譜；第三類為樣本光譜或目標(biāo)光譜，是從感興趣的目標(biāo)物上測得的光譜，這也是我們最終需要的光譜。為了避免光飽和或光量不足，依照測量時的光照條件和環(huán)境溫度需要調(diào)整光譜儀的測定時間。最后，感興趣目標(biāo)的反射光譜是在相同的光照條件下通過參考光輻射值除目標(biāo)光輻射值得到。因此目標(biāo)反射光譜是個相對于參考光譜輻射

8、的比值（光譜反射率）。2.1.2 地物反射光譜的測定手持便攜式地物光譜儀軟件安裝步驟：1把筆記本電腦的語言環(huán)境設(shè)置為英文（美國），因為，rs3軟件必須在英文的語言環(huán)境下安裝運行，在控制面板/區(qū)域與語言里面設(shè)置，設(shè)置完以后電腦會提示重啟。2把rs232tousb電纜線的usb插入電腦提示找到新硬件，安裝驅(qū)動ut810。3安裝完驅(qū)動以后右鍵單擊我的電腦/屬性/硬件/設(shè)備管理器查看rs232tousb的com端口，（以com4為例）。一般情況下rs232tousb電纜線與筆記本的usb口不要改動，如果改動的話需要重新安裝驅(qū)動和查看rs232tousb的com端口。4安裝rs3軟件（放在操作手冊里面的

9、閃存里面），先裝disk1,再裝disk2,在安裝disk2的時候注意有一個接口選項，默認(rèn)是epp端口，把它改為com口，選擇剛才在設(shè)備管理器查看rs232tousb的com端口（以com4為例）安裝完以后電腦會提示重啟。5安裝完rs3軟件以后，再安裝viewspec數(shù)據(jù)后處理軟件，在disk2文件夾里面。安裝完以后找到viewspec安裝路徑c：/program files/viewspecpro找到快捷圖標(biāo)，發(fā)送到桌面快捷方式。6安裝完軟件以后關(guān)閉筆記本電腦。光譜儀和電腦的開關(guān)順序：開機先打開光譜儀電源，再打開筆記本電腦。關(guān)機先關(guān)閉筆記本再關(guān)閉計算機。實習(xí)操作步驟：1光譜儀、計算機充電。2

10、連接電池、網(wǎng)線、探頭電源、光纖，準(zhǔn)備好白板。3打開光譜儀電源，然后打開計算機電源，并啟動rs3軟件。4在軟件上調(diào)整光譜平均、暗電流平均和白板采集平均次數(shù)。5在軟件中選擇或填寫需要存儲數(shù)據(jù)的路徑、名稱和其他內(nèi)容。6開始測量：（1）打開探頭電源，探頭放在白板上面，點擊opt優(yōu)化；（2）探頭仍然對準(zhǔn)白板，點擊wr采集參比光譜。此時，軟件自動進入反射率測量狀態(tài)。（3）探頭移向被測目標(biāo)的測量位置，按空格鍵存儲采集到的目標(biāo)反射光譜。7先關(guān)閉計算機再關(guān)閉儀器。8分析實測結(jié)果：（1）準(zhǔn)確繪出地物光譜反射率曲線；（2）根據(jù)地物光譜反射率曲線，比較地物光譜曲線特征；（3）分析實習(xí)過程中可能引起誤差的因素。2.2

11、遙感數(shù)據(jù)的獲取和預(yù)處理2.2.1 遙感數(shù)據(jù)的獲取利用fieldspec handheld 便攜式近紅外光譜儀采集樹葉的光譜反射率，再將得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上，利用手持便攜式地物光譜儀軟件，處理數(shù)據(jù)，得出植物光譜反射率的曲線，并且得到在曲線上的反射峰和吸收谷的數(shù)據(jù)。結(jié)果如圖1.圖1 植被光譜反射率曲線2.2.2 遙感數(shù)據(jù)的幾何精校正 1.打開實驗數(shù)據(jù)：原始數(shù)據(jù)中的header.dat和l5-tm-120l4.tif，打開路徑如圖2.圖2 打開原始數(shù)據(jù)路徑 2.打開選點對話框，路徑如下map-registration-select gcps:image to image

12、。 3.在兩個圖像中選擇header為基準(zhǔn)圖像，l5-tm-120l4為待校正圖像。在兩幅圖中選擇非常明顯的黑點或者白點的相對應(yīng)點。在選點前把zoom窗口放大到12x，這樣保證所選的的點在一個像元內(nèi)。在gcp選點窗口中點擊add point添加點，先自己添加4個點，然后利用predict進行精確點。在點擊predict后，還要在zoom中進行精確選擇，保證選點正確。4.在陸地上選擇大概30個點左右后，查看image to image gcp list，將其中rms值大于1或者偏大的值刪除，并重新選擇，將gcp選點窗口中的rms error值小于0.5，然后再利用pr

13、edict在海域中，選擇10個左右的控制點。這次實驗中，我的選點rms error值結(jié)果和image to image gcp list結(jié)果如圖3和圖4. 圖3 地面控制點選取 圖4 地面控制點情況選點的結(jié)果如圖5和圖6，其中圖5是待校準(zhǔn)圖像，圖6是基準(zhǔn)圖像。 圖5 待校正圖像控制點選取情況 圖6 基準(zhǔn)圖像控制點選取情況2.2.3 遙感數(shù)據(jù)的大氣校正 1.對經(jīng)過幾何精校正的圖像進行輻射定標(biāo)。操作路徑為：basic tools-preprocessing-calibration utilitis-landset tm。 在tm calibration parameters對話框中進行必要的修改：

14、landset satellite選擇5號，采集數(shù)據(jù)時間為2010年4月29日，太陽高度角為61，數(shù)據(jù)含有7個波段，選擇radiance，最后選取自己的保存路徑，具體情況如圖7.圖7 輻射定標(biāo) 2.經(jīng)過輻射定標(biāo)之后，需要將定標(biāo)成果中數(shù)據(jù)的頭文件中的中心波長進行修改。修改路徑為：file-edit envi header，在彈出的對話框中選擇輻射定標(biāo)成果，得到圖8對話框，在該對話框中選擇edit attributes-fwhm，如圖9，在fwhm中，將從1波段到7波段的對應(yīng)的值分別改成0.035,0.04,0.03，0.07,0.1,1.05,0.135，最后點擊ok即可。 圖8 envi頭文件

15、修改 圖9 修改fwhm值 3.頭文件修改之后，進行數(shù)據(jù)單位的轉(zhuǎn)換。利用basic tools-band math計算得出，計算公式為b1/10，如圖10，點擊ok，彈出波段加載窗口，如圖11，點擊map variable to input file，選擇輻射定標(biāo)結(jié)果，再選擇保存路徑，點擊ok，就可以得到單位換算之后的圖像。 圖10 在band math中添加計算公式 圖11 實現(xiàn)波段單位轉(zhuǎn)換 4.在改正過單位之后，需要把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換一下，操作路徑：basic-convert data(bsq,bil,bip),得到格式轉(zhuǎn)換對話框，如圖12，選擇bil和輸出路徑，點擊ok即可。圖12 格式轉(zhuǎn)換5.

16、選擇flaash方法進行圖像大氣校正，操作路徑：spectral-flaash，即可得到大氣校正對話框，如圖13，其中參數(shù)要進行一下設(shè)置：輸入格式轉(zhuǎn)換過后的文件，選擇輸出路徑，選擇tm5，緯度為343643.69，經(jīng)度為1193615.40，ground elevation為0.1km，時間為2010年4月29日2:26:20，季節(jié)為mls，區(qū)域為urban，可見距離為35km。圖13 flaash大氣校正 6.在圖13中大氣校正的對話框中，選中multispectral settings，彈出更多設(shè)置，如圖14，選擇kaufman-tanre aerosol retrieval標(biāo)簽，defa

17、ults中選擇第一條標(biāo)簽，于是upper channel就對應(yīng)了第7波段，lower channel對應(yīng)了第3波段，點擊ok，回到大氣校正窗口，點擊apply即可。圖14 大氣校正更多設(shè)置 完成大氣校正后，彈出大氣校正結(jié)果，如圖15.圖15 大氣校正結(jié)果7.打開大氣校正后的結(jié)果圖，在圖像窗口右擊，選擇quick stats，得到統(tǒng)計結(jié)果，如圖16，圖中max一欄中都小于10000，并且所有的數(shù)據(jù)都為正，所以此次大氣校正較為成功。圖16 大氣校正quick stats結(jié)果 在圖像顯示窗口菜單中選擇路徑：tools-profiles-z profile，得到曲線圖，圖17。圖17 大氣校正后曲線圖

18、2.3 基于遙感的植被信息提取2.3.1 算法介紹在基于遙感的植被信息提取部分，老師給我們提供了三種算法，我是屬于第4小組的，于是我們第4小組的提取植被信息算法為：ndvi=(tm4-tm3)/(tm4+tm3)。2.3.2 基于遙感的植被信息提取1.由于數(shù)據(jù)的單位有差異，因此在進行算法之前，首先要進行數(shù)據(jù)的單位換算。利用band math編輯公式，就可以將數(shù)據(jù)換算。用到的公式為float(b1)/10000.0，在添加波段時，由于我們第4小組只需要用到波段3和波段4，所以，只添加了波段3和波段4，這樣的話，計算會相對快速些，也減少了運算的數(shù)據(jù)量。2.在換算過單位之后，就要進行植被信息的提取了

19、。在這里，老師給我們提供了數(shù)據(jù)，0.3以上的歸為植被，0.3以下的歸為非植被。操作路徑為圖像顯示窗口菜單overlay-density slice，如圖18，在圖中，將最小值到0.3的定義為非植被，顏色選擇為白色，將0.3到最大值的定義為植被，顏色選擇為綠色，點擊apply即可。圖18 提取植被信息 3.在提取完植被信息之后，得到分類圖像，將文件先存為矢量數(shù)據(jù)，然后再存儲為shp格式的文件，這樣在接下來的專題地圖制作中，可以使用shp格式文件。其過程如圖19和圖20。 圖19 轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù) 圖20 轉(zhuǎn)換成shp格式文件2.4 基于arcgis的植被信息處理2.4.1植被信息的面積統(tǒng)計與分析

20、1.打開arcmap軟件，點擊“+”添加植被信息提取的shp格式文件，打開data frame properties，在general標(biāo)簽中將map和display的單位都改為meters，如圖21.圖21 改變單位2.選中植被提取信息文件，右擊選擇查看其數(shù)據(jù)信息，在最后一欄area中可以看到其面積，將其全部求和，就可以得到植被的總面積，如圖22. 圖22 植被總面積2.4.2 植被信息的專題圖制作 1.在arctoolbox中選擇data management tools-projection and transform-define projection，為植被信息添加一個坐標(biāo)系統(tǒng)。在彈出的對話框中選擇輸入文件為植被提取信息，坐標(biāo)系統(tǒng)為原始數(shù)據(jù)中的transverse mecator，點擊ok即可。 2.添加圖框。選擇legend wizard，一直點擊下一步，最后完成即可。3.添加標(biāo)題。在insert中選擇title，在適當(dāng)?shù)奈恢锰砑訕?biāo)題，標(biāo)題內(nèi)容為基于遙感的研究區(qū)植被信息空間分布。4.添加比例尺。在insert中選擇scale，選擇適合的格式，添加到相應(yīng)位置。5.添加圖例。在insert中選