新《遥感原理》实验指导书.docx
《新《遥感原理》实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新《遥感原理》实验指导书.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
新《遥感原理》实验指导书
《遥感原理与方法》实验指导
实习一地物光谱反射率的野外测定
1、原理与方法
电磁波谱中，可见光和近红外波段（0.3～2.5μm）是地表反射的主要波段，多数传感器使用这一区间，其地物光谱的测试有三方面的作用：
①传感器波段选择、验证、评价的依据；②建立地面、航空和航天遥感数据的关系；③将地物光谱数据直接与地物特征进行相关分析并建立应用模型。
（1） 地物反射波谱测量理论
①双向反射分布函数（BRDF）
②双向反射比因子R（BRF）
（2）地物光谱的测量方法
垂直测量：
为使所有数据能与航空、航天传感器所获得的数据进行比较，一般情况下测量仪器均用垂直向下测量的方法，以便与多数传感器采集数据的方向一致。
由于实地情况非常复杂，测量时常将周围环境的变化忽略，认为实际目标与标准板的测量值之比就是反射率之比。
计算式为：
式中，ρ（λ）为被测物体的反射率；ρ5（λ）为标准板的放射率；V（λ）和V5（λ）分别为测量物体和标准板的仪器测量值。
这种测量没有考虑入射角度变化时造成的反射辐射值的变化，也就是对实际地物在一定程度上取近似朗伯体，可见测量值也有—定的适用范围。
2、实习仪器
实习使用合肥仪思特光电技术有限公司生产的ISI921VF系列野外地物光谱辐射计。
ISI921VF野外地物光谱辐射计仪器参数
序号
项目
技术指标
ISI921VF-256
ISI921VF-128
1
光谱范围
380—1080nm
2
光谱分辨率
4nm
8nm
3
波长准确性
1.4nm
2.8nm
4
视场角
3゜/6.4゜
5
等效噪声幅亮度
1×10–9W·cm-2·nm-1·sr-1
6
精度
2%
7
连续工作时间
6小时
8
光谱曲线存储
1000条
256条
9
动态范围
60db
10
增益
0～7：
1～128倍
11
积分时间
积分时间0：
72ms
积分时间1：
144ms
积分时间2：
288ms
仪器主菜单说明
序号
名称
功能说明
1
Setup
参数设置
时间、工作模式、增益、积分时间、曲线号、水体测量时间间隔设置
2
Reference
参考板测量
探测器本底测量、2N条光谱曲线测量、平均、显示并存储
此测量模式将生成后缀为.ref的 数据文件
3
Target
目标测量
探测器本底测量、2N条光谱曲线测量、平均、显示并存储
此测量模式将生成后缀为.tat的数据文件
4
Display
显示
主机内存中光谱数据曲线显示及即时观察被测目标的反射率
5
Test
检验测试
测量后显示测量曲线，但不存盘
6
Communes
通讯
将仪器内存数据传输到PC
7
WaterTest
水测量（选项）
探测器本底测量、显示并存储
此测量模式将生成后缀为.wat的数据文件
序号
名称
功能说明
3实习目的
（1）学习地物光谱的测定方法；
（2）认识地物光谱反射率的规律；
（3）学习绘制地物反射光谱曲线。
4实习步骤
（1）野外实测操作步骤：
●第一步开机
连接好测量头部与主机，打开测量头部镜头盖。
打开主机面板上的电源开关，仪器即进入开机状态，如果仪器自检正常，LCD显示屏将显示主菜单。
如果蓄电池电量不足，在显示主菜单之前将显示“Charge”，表示仪器应当进行充电后再使用。
电池电压不足将可能导致LCD显示屏无显示。
为确保数据的准确率，建议开机后预热3分钟以上进行正式测量。
●第二步设定参数
〖Setup〗仪器参数设置子菜单有10项设置内容，包括：
起始光谱曲线号、增益、CCD积分时间、内部时钟（包括年、月、日、时、分、秒）。
仪器关机后仍保存光谱曲线号、增益、积分时间且内部时钟照常运行。
设置参数过程中，任何时侯按下“ESC”键，均退出当前设置参数功能回到主菜单，且保持未设置的项目原设定参数不变。
在设置某项参数时，要完整设置（即该项参数是几位数，就输入几位数值），如果只改变此项参数某一位，则设置无效，仍保持原参数不变，设置完某项参数后，按回车“↙”键，光标移到下一行参数起始位置，可继续设置下一项参数。
如果某项参数需保持原值，则可不设置，直接按“↙”光标移至再下一行。
完成设置参数操作后，打开镜头盖即可进行测量。
一次测量仪器将进行2N次的曲线采样和平均（测水除外）；而一次完整的测量必须包括对CCD本底信号的测量和扣除，如果仪器设置为自动增益状态，仪器则首先将进行增益和积分时间的调整。
●第三步参考板测量
在主菜单上键入“2”，选择此功能。
进入此功能后，仪器将首先进行测量本底的工作，此时可听见光学头部发出轻微的“喀哒”声，此为挡板继电器闭合的声音。
仪器光学头部再次发出“喀哒”声后表示本底测量完成，挡板打开。
随后仪器即进行信号测量。
完成测量和运算后，显示屏将显示第一条测量曲线，并附有此曲线的曲线号、增益、积分时间。
如果按下“↙”键即可进行下一条曲线的测量。
在此工作方式下测量的曲线数据在传输到计算机进行数据处理时，生成的光谱文件自动以“.ref”作为文件的扩展名；表示此为参考板文件。
●第四步目标测量
在主菜单上键入“3”，选择该功能。
测量过程与“2”功能的测量基本相同。
只是测试的曲线数据在传输到计算机进行数据处理时，生成的光谱文件自动以“.tat”作为文件的扩展名；表示此数据为目标地物文件。
●第五步将数据传输至电脑
1、使用通讯电缆联接计算机USB口和仪器的USB口插座。
（这时检查计算机“控制面板”的系统硬件，在“端口”下应该有COM5口；若没有，请关断仪器电源，重新连接。
）
2、计算机运行ISI921VF.EXE，进入数据处理程序界面；
3、计算机选择菜单“文件\设置”或工具按钮“设置”，弹出选择文件窗口，选择好相关的文件和参数；激活菜单“文件\通讯”或工具按钮“传输”。
4、计算机选择菜单“文件\通讯”或工具按钮“传输”，弹出数据传输窗口；此处用户可以更改传输路径及在选定的路径下创建新文件夹。
5、这时在仪器主菜单上选择“6”，进入通讯功能的“联机”等待状态：
6、在计算机上数据传输窗口中按下“联机”命令按钮，若有显示“联机成功！
”则表示双方联机成功，即可进行以下传输；若联机不通，检查计算机“控制面板”的系统硬件，看看在“端口”下有无COM5口；若没有，请关断仪器电源，重新连接。
7、这时仪器的屏幕显示如下；分别输入待传输文件的起始文件号（Strcode）和截止文件号（Endcode），按下“↙”键；
8、计算机上按下“开始传输”钮；传输开始；传入的光谱数据文件存储到您选择的路径下。
传输结束后，传输结束会弹出信息框“数据传输完毕”。
仪器面板上显示：
每次传输，硬盘上相同路径下的旧文件会被新的同名文件覆盖，所以每次在传输数据之前，注意创建新的子目录或做好旧文件的备份工作。
●第六步数据处理
运行ISI921VF.EXE，显示一条或多条光谱曲线，并可计算反射率。
5、分析实测结果
（1）根据计算结果，准确绘出地物光谱反射率曲线图（每一测量目标一图）;
（2）根据所绘曲线，比较不同地物光谱特征，分析在遥感影上可能产生的差异;
（3）分析实习过程中可能引起误差的因素。
6、完成实习报告
内容包括:
目的、仪器、测量目标基本信息、环境参数表、测试数据表（自制）、一组反射率曲线图、地物光谱特征与遥感影像的对比分析、实习误差分析等
实习二立体观察练习
1实验目的要求
立体观察是地理工作者一项基本功，特别是在山区，立体观察能提高判读效果，因此必须每个学生都要学会立体观察。
（1）对提供的像对逐一进行立体观察，并判读地形、地貌；
（2）体会立体模型与实地地形地貌的差异；
（3）理解用航片的像对进行立体观察的条件。
2实验主要内容与步骤
（1）几何图形的立体观察
A用桥式立体镜观察附图，并指出观察到的是什么图形？
B不用立体镜观察此图，可用一张硬纸片（大约12×18cm）垂直放在左图和右图之间，使左眼只看左图，右眼只看右图。
初看时有两个图形渐渐靠拢成为一个立体模型，这时将中间硬纸片抽掉，仍然有立体模型存在（此时左眼仍保持看左图，右眼仍保持看右图）。
试练习是否能看到立体模型，它与桥式立体镜所看到的有什么不同，如形状、大小、难易程度等。
（2）像对立体观察
A在立体镜下安置像片时，应使两张像片的基线在一条直线上，然后将立体镜基线距离调整到与两眼距离（即眼基线）大致相等，并使立体镜基线方向与像片基线平行。
B观察时，眼睛接近立体镜，若同一地物影像出现双影，是由于两张像片相隔太远或太近（即两张像片的相应点距离大于或小于眼基线），或是两张像片的基线未在一直线上等原因所造成的，这时应慢慢移动像片，使两张像片的基线在一直线上，并使两张像片的间隔适当，直至影像重合。
重合后只要仔细观察就会出现立体。
C在立体观察时，像片的阴影部尽量对着自己，这样对立体观察有很大帮助，可以提高立体观察效果。
因为人的生理比较适应光线从人的对方照射过来。
3实验仪器及设备
（1）立体象对
（2）立体镜
（3）硬纸片
实习三遥感图像的光学合成原理
1、实验目的要求
（1）了解彩色的基本特性和相互关系；
（2）掌握三原色及其补色，掌握加色法；
（3）了解和认识色度图；
（4）认识正负像片的产生过程。
2实验内容与步骤
本实习在CAI软件中进行。
包括以下四部分:
（1）彩色基本特性及其相互关系
A从CAI软件主界面中进入"遥感光学合成原理"子目录;
B进人"彩色与非彩色"，对比彩色图像和非彩色图像对地物特征的表现;
C退回到"遥感光学合成原理"进入"彩色的特性"分别再进入“明度”、“色调”和“饱和度”界面，观察枫叶色彩的变化，分析对比彩色的三大特性在色彩中的影响;
D退回到"遥感光学合成原理"进入"颜色立体"，观察颜色立体中彩色三大特性的表示方法，掌握明度、色调和饱和度的相互关系。
（2）三原色、补色和加色法
A从CAI软件主界面进入"遥感光学合成原理"子目录;
B进入"三原色"子目录;
C当蓝、绿、红均为"0"时，屏幕中圆盆的颜色是什么色?
（黑色）
D分别拖动蓝、绿和红的标尺，使绿和红为0，将蓝色标尺从0向255拖动，同时观察屏幕圆盘颜色的变化。
以同样的方式，分别观察绿和红。
随着标尺从0至255变化时，屏幕圆盘颜色的变化。
E将蓝、绿和红均设为255时，屏幕圆盘为什么颜色?
（白色）
F使红为0，拖动标尺使蓝和绿均为255，屏幕圆盘为什么颜色?
（青色）同样，使绿为0，拖动红和蓝的标尺至255，屏幕中圆盘为什么颜色?
（品红色）使蓝为0，拖动绿和红的标尺至255，屏幕中圆盘为什么颜色?
（黄色）
G如何改变蓝、绿和红色，使屏幕圆盘为灰色?
（3）补色
A从CAI软件主界面进人"遥感光学合成原理"子目录;
B进入"互补色"子目录;
C单击"互补色"按钮，圆盘中出现一对互补色，再单击“融合”按钮，观察圆盘中混合后的颜色为白色;重复上述过程，观察圆盘中出现的互补色，以及混合后圆盘中的颜色;
D单击"非互补色"按钮，圆盘中出现一对非互补色，单击“融合”按钮，观察圆盘中混合后的颜色为各种彩色;重复上述操作，观察圆盘中出现的非互补色以及混合效果。
（4）色度图
A从CAI软件主界面进入"遥感光学合成原理"子目录;
B进入“色度图”子目录;
C观看系统演示过程，单击右上角“思考题”按钮，回答提出的问题。
（5）彩色正负像片产生过程
A从CAI软件主界面进入"遥感光学合成原理"子目录;
B分别进入"彩色负片的生成"、"彩色正片的生成"和"彩红外像片的生成"子目录;
C观看系统演示过程，单击右上角“思考题”按钮，回答提出的问题。
3实验仪器及设备
（1）计算机
（2）CAI软件
实验四、ERDAS视窗的基本操作
实验目的：
初步了解目前主流的遥感图象处理软件ERDAS的主要功能模块，在此基础上，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。
实验内容：
视窗功能介绍；文件菜单操作；实用菜单操作；显示菜单操作；矢量和删格菜单操作等。
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。
1、视窗功能简介
二维视窗（图1-1）是显示删格图像、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。
2、图像显示操作（DisplayanImage）
第一步：
启动程序（StartProgram）
视窗菜单条：
File→open→RasterLayer→SelectLayerToAdd对话框。
第二步：
确定文件（DetermineFile）
在SelectLayerToAdd对话框中有File和RasterOption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。
表1-1图像文件确定参数
参数项
含义
实例
Lookin
确定文件目录
examples
Filename
确定文件名
xs_truecolor_sub.img
Fileoftype
确定文件类型
IMAGINEImage（*.img）
Recent
选择近期操作过的文件
------
Goto
改变文件路径
-------
第三步：
设置参数（Rasteroption）
图1-2参数设置
第四步：
打开图像（OpenRasterLayer）
4、 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。
4、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。
5、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。
指导学生掌握适量工具面板功能，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：
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。
图1-3图层显示顺序
实验五、遥感数据输入输出
主要学习以下内容：
常用输入输出数据格式
普通二进制图象数据输入
TIFF图象数据输入输出
输出JPEG图象数据
ERDASIMAGINE的数据输入输出功能（Import/Export），允许你输入多种格式的数据供IMAGINE使用，同时允许你将IMAGINE的文件转换成多种数据格式，几乎包括常用或常见的栅格数据和矢量数据格式，具体的数据格式都罗列在IMAGINE输入输出对话框中。
1、二进制图象数据输入单波段和多波段数据
1）输入单波段数据
首先需要将各波段依次输入，转换为ERDASIMAGINE的.img文件:
第一步打开输入输出对话框棗选择输入数据操作（Import）、输入数据文件类型为普通的二进制（GenericBinary）、选择输入数据媒体为文件（File）、确定输入文件路径和文件名、确定输出文件路径和文件名；
第二步设置参数棗数据格式（BSQ或BIL或其他）、数据类型、图象记录长度、头文件字节数、数据文件行数、列数、波段数量等
第三步输入单波段数据依次将多个波段数据全部输入
2）组合多波段数据
若干个单波段图象文件合成一个多波段图象文件：
第一步在ERDASIMAGINE中要先打开“相应的对话框（“ImageIterpreter”→“Utilities”→“LayerStack”→LayerSelectionandStacking对话框
第二步在LayerSelectionandStacking对话框中，依次选择并加载（Add）单波段图象
第三步将选择的多个波段图象组合成一幅多波段图象
2、TIFF图象数据输入输出
TIFF图象数据是非常通用的图象文件格式，ERDASIMAGINE可以在打开图象文件时直接指定TIFF格式即可在视窗中显示TIFF图象；如果要利用其他模块对图象作进一步处理操作，依然需要将TIFF文件转换为IMG文件，只要在打开TIFF视窗中将TIFF文件另存为（Saveas）IMG文件即可。
同样可以将ERDASIMAGINE中的IMG文件转换为TIFF文件。
3、输出JPEG图象数据
JPEG图象数据是一种通用的图象文件格式。
可利用ERDASIMAGINE的“Import/Export”模块或菜单命令将自己的IMG图象文件输出成JPEG图象文件。
实验六、遥感图像的几何校正
实验目的：
通过实习操作，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。
实验内容：
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。
1、图像几何校正的途径
ERDAS图标面板工具条：
点击DataPrep图标，→ImageGeometricCorrection→打开SetGeo-CorrectionInputFile对话框（图2-1）。
ERDAS图标面板菜单条：
Main→DataPreparation→ImageGeometricCorrection→打开SetGeo-CorrectionInputFile对话框（图2-1）。
图2-1 SetGeo-CorrectionInputFile对话框
在SetGeo-CorrectionInputFile对话框（图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（FromImageFile），然后选择输入图像。
2、图像几何校正的计算模型（GeometricCorrectionModel）
ERDAS提供的图像几何校正模型有7种，具体功能如下：
表2-1几何校正计算模型与功能
模型
功能
Affine
图像仿射变换（不做投影变换）
Polynomial
多项式变换（同时作投影变换）
Reproject
投影变换（转换调用多项式变换）
RubberSheeting
非线性变换、非均匀变换
Camera
航空影像正射校正
Landsat
Lantsat卫星图像正射校正
Spot
Spot卫星图像正射校正
3、图像校正的具体过程
第一步：
显示图像文件（DisplayImageFiles）
首先，在ERDAS图标面板中点击Viewer图表两次，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→TitleViewers
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（GeometricCorrectionTool）
Viewer1菜单条：
Raster→GeometricCorrection
→打开SetGeometricModel对话框
（2）
→选择多项式几何校正模型：
Polynomial→OK
→同时打开GeoCorrectionTools对话框（3）和PolynomialModelProperties对话框（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（PolynomialOrder）:
2
→定义投影参数：
（PROJECTION）:
略
→Apply→Close
→打开GCPToolReferenseSetup对话框（5）
图2-2SetGeometricModel对话框
图2-3GeoCorrectionTools对话框
图2-4PolynomialProperties对话框
图2-5 GCPToolReferenseSetup对话框
第三步：
启动控制点工具（StartGCPTools）
图2-6ViewerSelectionInstructions
首先，在GCPToolReferenseSetup对话框（图5）中选择采点模式：
→选择视窗采点模式：
ExistingViewer→OK
→打开ViewerSelectionInstructions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referenceMapInformation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2-7referenceMapInformation提示框
图2-8控制点采点
第四步：
采集地面控制点（GroundControlPoint）
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：
1、 在GCP工具对话框中，点击SelectGCP图表，进入GCP选择状态；
2、 在GCP数据表中，将输入GCP的颜色设置为比较明显的黄色。
3、 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。
4、 在GCP工具对话框中，点击CreateGCP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。
5、 在GCP对话框中，点击SelectGCP图标，重新进入GCP选择状态。
6、 在GCP数据表中，将参考GCP的颜色设置为比较明显的红色，
7、 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。
8、 在GCP工
升级会员 