遥感数字图像处理实验课教案模板.docx
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遥感数字图像处理实验课教案模板
毕节学院
教师教案
（2012～2013学年第1学期）
课程名称：
遥感数字图像处理
英文名称：
Remotesensingdigitalimageprocessing
课程编号：
2812230
课程类别：
专业方向选修课
学分：
1
总学时：
34
理论学时：
实验学时：
34
授课班级：
地理科学2010级
任课教师：
任金铜
职称:
助教
所在学院：
地理与生命科学学院
一、实验项目、内容及学时分配
序号
实验项
目名称
内容提要
实验类型
学时分配
每组人数
备注
实验一
软件基础
（一）
1、软件的背景
2、软件的功能及特点
3、软件的文件系统和存储
4、软件常用系统配置
基础
2
1
必做
实验二
软件基础
（二）
1、主菜单及其功能简介
2、数据输入与输出
3、文件列表管理
4、显示窗口功能
基础
2
1
必做
实验三
数据显示操作
1、菜单操作
1、快捷菜单操作
2、ENVIZoom
基础
2
1
必做
实验四
遥感图像预处理
（一）
1、自定义坐标系
2、图像几何校正
验证
4
1
必做
实验五
遥感图像预处理
（二）
1、图像融合
2、图像镶嵌
3、图像裁剪
验证
2
1
必做
实验六
图像增强
（一）
1、空间域增强处理
2、辐射增强处理
验证
2
1
必做
实验七
图像增强
（二）
1、光谱增强处理
2、波段组合
验证
6
1
必做
实验八
图像分类
（一）
1、监督分类
2、非监督分类
综合
4
1
必做
实验九
图像分类
（二）
1、基于专家知识的决策树分类
2、分类后处理
综合
4
1
必做
实验十
地图制图
地图制图
综合
2
1
必做
实验
十一
面向对象图像特征提取
1、面向对象图像分类技术
2、发现对象
3、特征提取
综合
4
1
必做
二使用教材及主要参考书目、参考文献等
1、教材：
邓书斌.ENVI遥感图像处理方法[M].北京:
科学出版社,2010.06
2、主要参考书：
[1]李小娟、刘晓萌等.ENVI遥感影像处理教程[M].北京：
中国环境科学出版社，2007
[2]赵文吉、段福州等.ENVI遥感影像处理专题与实践[M].北京：
中国环境科学出版社，2007
三成绩考核办法
1、成绩考核采用百分制记分，60分以上取得该实验课程的学分
2、平时成绩70%（包括考勤、预习、实验操作、实验报告等）
3、期终考核30%
4、综合考核成绩=平时成绩×70%+学期考核×30%
教学进度计划表
周次
节次
教学主要内容
周次
节次
教学主要内容
一
7-8
ENVI基础
（1）：
文件系统和存储；常用系统配置
十
7-8
傅里叶变换
波段组合
二
7-8
ENVI基础
（2）：
主菜单命令及其功能；数据输入与输出
十一
7-8
监督分类
三
7-8
数据显示操作：
文件列表管理；显示窗口功能
十二
7-8
非监督分类
四
7-8
主图像窗口菜单操作；
快捷菜单操作；
ENVIZoom
十三
7-8
基于专家知识的决策树分类
五
7-8
自定义坐标系；
图像几何校正：
基于自带定位信息的几何校正；基于GLT的FY3气象卫星几何校正
十四
7-8
分类后处理
六
7-8
ImagetoImage几何校正；
ImagetoMap几何校正；
ImagetoImage图像自动配准
十五
7-8
地图制图
七
7-8
图像融合；
图像镶嵌；
十六
7-8
面向对象图像分类计数
八
7-8
图像裁剪；
空间域增强处理
十七
7-8
耕地信息提取实例
九
7-8
辐射增强处理；
光谱增强处理
十八
7-8
期末考核
实验一软件基础
（一）（2学时）
一、实验类型
基础性
二、实验目的
1、了解遥感数字图像处理软件的背景、软件的功能及特点
2、了解软件的文件系统和存储
3、掌握软件常用系统配置
三、实验原理
ENVI作为遥感数字图像处理的主流软件之一，其软件处理技术覆盖了图像数据的输入/输出、定标、图像增强、纠正、正射校正、镶嵌、数据融合以及各种变换、信息提取、图像分类等。
ENVI栅格文件格式：
ENVI使用的是通用栅格数据格式，包含一个简单的二进制文件和一个相关的ASCII的头文件。
常用系统配置包括常用参数的选择、用户自定义文件、默认文件目录的配置等。
这些配置可以方便用户对软件的定制，选择合适的配置适合用户的使用习惯。
四、实验仪器设备、实验材料及药品
计算机、ENVI4.8软件
五、实验重点
软件的文件系统和存储；软件常用系统配置
六、实验难点
文件的存储及软件常用系统配置
七、实验内容、方法及步骤
1、实验内容：
（1）遥感数字图像处理软件的背景、软件的功能及特点
（2）遥感数字图像处理软件的文件系统和存储
（3）遥感数字图像处理软件的软件常用系统配置
2、实验方法
讲授法、启发式教学法、多媒体演示教学法、实验法
3、实验步骤
（1）通过讲授法介绍遥感数字图像处理软件的背景、软件的功能及特点
（2）通过讲授法、多媒体演示教学法引导学生学习遥感数字图像处理软件的文件系统和存储
①主菜单界面
主菜单——File——SaveFileAs，将图像按照需要的格式进行存储，保存为原始数据，没有拉伸等增强处理
②主图像窗口
主菜单——File——SaveImagesAs，将图像按照需要的格式进行存储，存储的图像是显示的图像样式。
主菜单——File——SaveZoomAs，将Zoom窗口显示的图像按照需要的格式进行存储，存储的图像是显示的图像样式。
③其他窗口下的文件存储
主菜单——Map——Mosaicing的镶嵌窗口下：
Apply；SaveTemplate等；Classification等功能下：
OutputResultto等。
这些结果经过了重采样处理。
（2）通过讲授法、启发式教学法、多媒体演示教学法等引导学生了解常用系统配置：
①安装目录结构：
ENVI的所有文件及文件夹保存在Home\ITT\IDL71\products\envi48
②常用参数选择：
ENVI主模块——File——Preferences，在SystemPreferences对话框中可以浏览和更改ENVI系统的当前配置信息。
这些配置参数保存在Menu文件夹下的envi.cfg文件中。
可以设置的参数包括用户自定义文件、默认文件目录、显示设置、绘图默认参数、网格线默认参数、先前文件列表参数和其他项。
六、注意事项
1、进机房要遵守相应管理制度、进入机房要穿鞋套
2、爱护实验室仪器设备，离开实验室要记得关机，保持卫生清洁
3、在教师的指导下进行实验
七、作业
1、复习本次课程的主要内容
2、预习下次课程内容，了解ENVI主菜单的基本功能
八、板书提要
软件基础
（一）
1、软件的背景
2、软件的功能及特点
3、软件的文件系统和存储
4、软件常用系统配置
实验二软件基础
（二）（2学时）
一、实验类型
基础性
二、实验目的
1、了解主菜单及其功能
2、熟悉遥感数字图像数据输入与输出
3、掌握文件列表管理及其操作
4、熟悉显示窗口功能
三、实验原理
ENVI的图像用户界面可以是水平的菜单样式或者垂直的按钮样式，两种样式可以通过鼠标点击菜单条的边角拖放来改变，也可以在参数选择中设置一种为默认样式。
标准的ENVI主菜单包括12项下拉菜单，每个下拉菜单都是有一系列的命令组成。
ENVI支持90多种图像以及矢量数据格式的输入，多种格式图像文件的直接调入以及30多种格式的输出。
可用波段列表是用于存储ENVI图像文件和显示图像文件的主要控制对话框。
无论何时何地打开一个图像文件，可用波动列表将同步出现打开文件的波段和信息。
可通过该列表实现显示灰度后彩色图像、启动新的显示窗口、打开新文件、关闭文件、浏览头文件、浏览显示波段的信息、根据波长定位波段等操作。
ENVI的显示窗口是显示栅格图像、注记文件、ROI等数据层的主要窗口，也是实现人机互动的重要途径。
四、实验仪器设备、实验材料及药品
多媒体投影仪、计算机、ENVI4.8软件
五、实验重点
1、遥感数字图像数据输入与输出
2、文件列表管理及其操作
3、熟悉显示窗口功能
六、实验难点
1、文件列表管理及其操作
2、熟悉显示窗口功能
七、实验内容、方法及步骤
1、实验内容：
（1）主菜单及其功能
（2）遥感数字图像数据输入与输出
（3）文件列表管理及其操作
（4）显示窗口功能
2、实验方法
讲授法、启发式教学法、多媒体演示教学法、实验法
3、实验步骤
（1）通过讲授法介绍遥感数字图像处理软件主菜单及其功能，并同步学生一起操作
（2）通过讲授法、多媒体演示教学法引导学生学习常见遥感数字图像数据输入与输出，并同步学生一起操作
①常见数据的输入
主菜单——File——OpenImageFile，打开ENVI图像文件或其他已知格式的二进制图像文件。
如果在打开一个ENVI支持的文件时出现“HeaderInfo”对话框，选择ExternalFile来代替OpenImageFile
②常见数据的输出
在ENVI中为了提高处理速度，会将输入的任何数据格式经过处理后生成ENVI自己的格式，虽然很多处理过程的图像输出对话框中可以修改其他后缀名，如.tif等，实际输出的图像还是ENVI标准栅格格式，其输出其他栅格格式可以选择以下两种方式：
主菜单——File——SaveFileAs——选择相应的输出格式，在选择对话框中选择输出的文件，单击ok按钮打开输出路径选择框。
Display显示窗口：
保存整个图像：
Display窗口——File——SaveImagesAs——Image，打开OutputDisplaytoImageFile对话框
保存放大窗口中的图像：
Display窗口——File——SaveZoomAs——ImageFile,将Zoom窗口显示的图像按照选择的格式输出
（3）通过讲授法、启发式教学法、多媒体演示教学法等使学生掌握文件列表管理及其操作：
①打开可用波段列表：
ENVI主菜单——Window——AvailableBandsList
②可用文件列表：
ENVI主菜单——Window——AvailableFilesList或者在AvailableBandsList对话框中单击File——AvailableFilesList
③编辑头文件：
主菜单——Files——EditingHeaderFiles，选择相应文件；
右键单击AvailableBandsList对话框上文件层，在弹出快捷菜单中选择EditHeader；
单击AvailableFilesList对话框中Options——EditHeader
选择其中一种方式打开文件编辑器。
（4）通过讲授法、启发式教学法、多媒体演示教学法等使学生了解显示窗口功能：
当打开一个栅格文件时，一般会自动打开一个显示窗口，也可以随时打开一个新的空白显示窗口，可选择方式：
主菜单——Window——StartNewDisplayWindow；
在AvailableBandsList对话框中，单击Display#n再选择NewDisplay；
从显示窗口中，单击Window——StartNewDisplayWindow
六、注意事项
1、进机房要遵守相应管理制度、进入机房要穿鞋套
2、爱护实验室仪器设备，离开实验室要记得关机，保持卫生清洁
3、在教师的指导下进行实验
七、作业
1、复习本次课程的主要内容
2、预习下次课程内容，了解ENVI主菜单的基本操作
八、板书提要
软件基础
（二）
（1）主菜单及其功能
（2）遥感数字图像数据输入与输出
（3）文件列表管理及其操作
（4）显示窗口功能
实验三数据显示操作（2学时）
一、实验类型
基础性
二、实验目的
1、主图像窗口菜单操作
2、快捷菜单操作
3、ENVIZoom
三、实验原理
ENVI主图像窗口中的File菜单所对应的下拉菜单包含9项命令，菜单中包含各项命令及其功能有：
保存显示图像、Overlay菜单操作等。
快捷菜单的操作是在显示窗口中单击右键，可以打开快捷菜单。
ENVIZoom视窗可在单一窗口中显示多幅图像，并且支持矢量和标注的叠加显示，用户可以更加方便地对影像进行缩放和平移操作
四、实验仪器设备、实验材料及药品
多媒体投影仪、计算机、ENVI4.8软件
五、实验重点
主图像窗口菜单操作
六、实验难点
主图像窗口菜单功能及操作
七、实验内容、方法及步骤
1、实验内容：
（1）主图像窗口菜单操作
（2）快捷菜单操作
（3）ENVIZoom
2、实验方法
讲授法、启发式教学法、多媒体演示教学法、实验法
3、实验步骤
（1）通过讲授法介绍遥感数字图像处理软件主图像窗口菜单操作及其功能，并同步学生一起操作
①File菜单：
主图像窗口中的File菜单所对应的下拉菜单包含9项命令，其中3项包括二级菜单。
保存显示图像：
利用主图像窗口中的SaveImageAs菜单命令，可以讲主图像窗口中经过颜色调整或图像增强等处理后的效果图保存为图像文件。
②Overlay菜单操作：
●注记层：
注记数据层是ENVI的一个数据类型，后缀名为.ann。
注记数据层是注记要素的集合，包括文本、符号、图形（矩形、椭圆、多边形、折线、箭头）、比例尺、磁偏角、图像、图表等要素。
对于专题分类图，还可以添加分类注记。
可以选择在主图像窗口、滚动窗口、放大窗口或者虚拟的边界中放置标注，并且支持中文标注。
可以从以下途径打开Annotation功能：
Ø在显示窗口中，Overlay——Annotation；
Ø在任意的绘图窗口中，Options——Annotation；
Ø在矢量显示窗口中，Options——AnnotationPlot。
注记文件的生成过程：
Ø显示图像文件，打开Annotation工具对话框；
Ø选择注记类型，设置相应参数，添加注记；
Ø编辑注记；
Ø保存注记。
●分类结果：
使用Classification菜单，可以在一个显示窗口中把分类图叠加在一幅灰阶或彩色图像上，控制叠加显示哪些类，编辑分类颜色和名称、合并类，以及通过添加、删除或移动类间的像元对类进行编辑，对分类结果做统计分析等，可以保存对分类图像所做的更改。
显示一幅分类结果所在区域的图像，选择主图像窗口——Overlay——Classification，在弹出对话框中选择相应的分类结果。
●等值线：
使用ContourLines菜单选项，可以将等值线叠加在一幅图像上，也可以从一幅显示的图像或另外的图像上生成等值线，叠加在相互配准的图像上，可以自动对等值线标注。
显示一幅图像（如DEM数据），选择主图像窗口——Overlay——ContourLines，在弹出的InputContourBand对话框中选择生成等值线波段。
●密度分割：
使用DensitySlice菜单选项，可以为灰度图像中突出显示的区域选择数据范围和颜色，用于密度分割着色的数据范围可以来自显示图像或其他相同尺寸的图像。
显示一幅图像，选择主图像窗口——Overlay——DensitySlice，在弹出的DensitySliceBandChoice对话框中选择密度分割的波段。
●网格线：
使用GridLines菜单选项，可以在一个图像上叠加一个或多个格网，格网支持像元、公里或者经纬度（有地理参考）。
每个图像显示都可以有自己的格网，显示在主窗口、滚动窗口和放大窗口。
打开一个地理参考的图像文件，选择主图像窗口——Overlay——GridLines，在GridLines对话框中，设置像元、公里或者经纬度格网显示与隐藏以及网格间隔（GridSpace）。
●感兴趣区：
感兴趣区（RegionofInterest，ROIs）是图像的一部分，它通过在图像上选择或使用诸如设定阈值（thresholding）或者从事其他文件（如矢量）转换获得等方法生成。
感兴趣区可以是点、线、面不规则的形状，通常用来作为图像分类的样本、掩膜、裁剪区域及其他操作。
使用RegionofInterest菜单选项，可以构建、编辑和分析ROI。
（2）通过讲授法、多媒体演示教学法引导学生学习快捷菜单操作，并同步学生一起操作
在显示窗口中单击右键，可以打开快捷菜单。
（3）通过讲授法、启发式教学法、多媒体演示教学法等使学生了解ENVIZoom的操作：
ENVIZoom视窗可在单一窗口中显示多幅图像，并且支持矢量和标注的叠加显示，用户可以更加方便地对影像进行缩放和平移操作。
开始——程序——ENVI4.X——ENVIZoom；
ENVI主菜单——File——LaunchENVIZoom。
六、注意事项
1、进机房要遵守相应管理制度、进入机房要穿鞋套
2、爱护实验室仪器设备，离开实验室要记得关机，保持卫生清洁
3、在教师的指导下进行实验
七、作业
1、复习本次课程的主要内容
2、熟悉Enhance菜单及Tools菜单的操作
八、板书提要
数据显示操作
（1）主图像窗口菜单操作
（2）快捷菜单操作
（3）ENVIZoom
实验四遥感图像预处理
（一）（4学时）
一、实验类型
基础性
二、实验目的
1、自定义坐标系
2、图像几何校正
三、实验原理
一般国外商业软件的坐标系分为两种：
标准坐标系（standard）和自定义坐标系（custom）。
由于我国的特殊情况，往往需要自定义坐标系。
在ENVI中自定义坐标系分三步：
定义椭球体、基准面和定义坐标参数。
几何校正是利用地面控制点和几何校正数学模型来校正非系统因素产生的误差，同时也是将图像投影到平面上，使其符合地图投影系统的过程；由于校正过程中会将坐标系赋予图像数据，所以此过程包含了地理编码。
四、实验仪器设备、实验材料及药品
多媒体投影仪、计算机、ENVI4.8软件
五、实验重点
1、ENVI中自定义坐标系
2、图像几何校正
六、实验难点
图像几何校正
七、实验内容、方法及步骤
1、实验内容：
（1）利用ENVI软件自定义北京54和西安80坐标系
（2）利用卫星自带地理定位文件进行几何校正
（3）ImagetoImage几何校正
2、实验方法
讲授法、启发式教学法、多媒体演示教学法、实验法
3、实验步骤
（1）通过讲授法介绍地理投影的基本原理，然后介绍北京54与西安80坐标系，接着在ENVI中自定义坐标系：
第一步添加椭球体
第二步添加基准面
第三步定义坐标
（2）通过讲授法、多媒体演示教学法使学生了解为什么要进行图像的几何校正，接着借助ENVI进行几何校正。
①利用卫星自带地理定位文件进行几何校正
第一步打开数据文件
第二步选择校正模型
第三步设置输出参数
②ImagetoImage几何校正
第一步打开并显示图像文件
第二步启动几何校正模块
第三步采集地面控制点
第四步选择校正参数输出结果
第五步检验校正结果
六、注意事项
1、进机房要遵守相应管理制度、进入机房要穿鞋套
2、爱护实验室仪器设备，离开实验室要记得关机，保持卫生清洁
3、在教师的指导下进行实验
七、作业
1、复习本次课程的主要内容
2、自学ImagetoMap几何校正及ImagetoImage图像自动配准
八、板书提要
软件基础
（二）
（1）利用ENVI软件自定义北京54和西安80坐标系
（2）利用卫星自带地理定位文件进行几何校正
（3）ImagetoImage几何校正
实验五遥感图像预处理
（二）（2学时）
一、实验类型
基础性
二、实验目的
1、图像融合
2、图像镶嵌
3、图像裁剪
三、实验原理
图像融合是将低空间分辨率的多光谱图像或高光谱数据与高空间分辨率的单波段图像重采样，生成一副高分辨率多光谱遥感图像的图像处理技术，使得处理后的图像既有较高的空间分辨率，又具有多光谱特征。
图像镶嵌指在一定数学基础控制下，把多景相邻遥感图像拼接成一个大范围、无缝的图像的过程。
图像裁剪的目的是将研究之外的区域去除。
四、实验仪器设备、实验材料及药品
多媒体投影仪、计算机、ENVI4.8软件、实验用遥感图像数据
五、实验重点
1、图像融合
2、图像镶嵌
3、图像裁剪
六、实验难点
1、图像融合
2、图像镶嵌
3、图像裁剪
七、实验内容、方法及步骤
1、实验内容：
（1）以Brovey变换操作为例介绍ENVI中的遥感图像融合。
（2）有地理参考的图像镶嵌
（3）规则分幅裁剪和不规则分幅裁剪
（4）掩膜
2、实验方法
讲授法、启发式教学法、多媒体演示教学法、实验法
3、实验步骤
（1）通过讲授法介绍图像融合的基本原理，然后介绍ENVI提高的融合方法，接着在ENVI中进行图像融合操作，以Brovey变换为例：
第一步打开融合的两个文件，将其中的TM-30m.img显示在Display中
第二步选择主菜单——Transform——ImageSharpening——ColorNormalized（Brovey）
第三步选择Display窗口中选择RGB，单击ok
第四步ColorNormalized（Brovey）输出对话框中，选择重采样方式和输入文本路径及文件名，点击ok按钮输出结果。
（2）通过讲授法、多媒体演示教学法使学生了解图像镶嵌的基本原理及方法，然后以有地理参考的图像镶嵌为例，介绍ENVI如何实现图像镶嵌：
●有地理参考的图像镶嵌
第一步启动图像镶嵌工具
在ENVI主菜单，选择Map——Mosaicking——Georeferenced，打开MapBasicMosaic对话框
第二步加载镶嵌图像
第三步图像重叠设置
第四步切割线设置
第五步颜色平衡设置
第六步输出结果
（2）通过讲授法、多媒体演示教学法使学生了解图像裁剪的基本原理及方法，然后以规则分幅裁剪为例，介绍ENVI如何实现图像裁剪：
●规则分幅裁剪
第一步在主菜单中，选择File——OpenImageFile，打开裁剪图像
第二步在主菜单中，选择File——SaveFileAs——ENVIStandard，弹出NewFileBuilder对话框
第三步在NewFileBuilder对话框中，单击ImportFile按钮，弹出CreateNewFileInputFile对话框
第四步在
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