遥感原理与应用实验报告.docx

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遥感原理与应用实验报告

遥感原理与应用

课堂实验报告

实验一地物光谱反射率的野外测定

*****

学号：

************

班级：

自环14-02

实验成绩及评价：

□优秀：

准确理解各项实习内容的基本原理，独立完成各项实习任务，软件操作熟练，实验结果正确，精度满足规范要求。

实验报告格式规范，能对实验内容进行全面、系统的总结，并能运用学过的理论知识对某些问题加以分析，并有某些独到见解。

实践态度端正，实践期间无违纪行为。

□良好：

能够较好的理解各项实习内容的基本原理，能够独立完成各项实习任务，软件操作较为熟练，实验结果正确，精度满足规范要求。

实验报告格式规范、内容完整，能对实验内容进行比较全面、系统的总结。

实践态度端正，实践期间无违纪行为。

□中等：

理解各项实习内容的基本原理，基本能够独立完成各项实习任务，软件操作正确，实验结果正确，精度满足规范要求。

实验报告格式规范、内容完整，能对实验内容进行比较全面的总结。

实践态度端正，实践期间无违纪行为。

□及格：

基本能够理解各项实习内容的基本原理，能够完成各项实习任务，实验结果基本正确，达到实验大纲中规定的基本要求。

能完成实验报告，报告格式规范，但不够完整。

实践态度基本端正，实践中虽有轻微违纪行为，但能深刻认识、及时纠正。

□不及格：

凡具备下列条件者，均以不及格论。

（1）实验未达到大纲中规定的基本要求，实验报告、计算成果抄袭别人、或马虎潦草、或内容有明显错误、或计算结果错误。

（2）未能参加实验者；

（3）实验中有违纪行为，教育不改，或有严重违纪行为者。

*******

实验一地物光谱反射率的野外测定

一、实验目的

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、掌握绘制地物反射光谱曲线的方法

4、时间：

2017.3.8

5、小组成员：

徐阳袁程王昕宇赵子文张赟鑫罗亚楠

二、原理及方法

地物光谱反射率的野外测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定（参照课本）。

实验采用垂直测量方法，计算公式为：

式中，

为被测物体的反射率，

为标准板的反射率，

，

分别为测量物体和标准板的仪器测量值。

三、实验仪器

1、可见光－近红外光谱辐射计，波长范围0.4—2.5µm（有0.4—1.1µm或1.3—2.5µm二种仪器），仪器性能稳定，携带方便，数据提取容易。

表1.1列出了目前常用的光谱仪。

实验中使用美国的ADSFieldSpecpro光谱仪。

2、标准参考板（白板或灰板）。

表1-1常见的光谱辐射仪

型号

生产地

波长范围/µm

WDY—850地面光谱辐射计

中科院长春光机所

0.38-0.85

DG—1野外光谱辐射计

中科院安徽光机所

0.4-1.1

SRM—1200野外光谱辐射计

日本

0.38-1.2

SE—590便携式光谱辐射计

美国

0.38-1.1

WDY—2500红外地物光谱辐射计

长春

0.8-2.5

DG—2里外光谱辐射计

安徽

1.3-2.5

DW地物光谱仪

北京师范大学

0.4-1.1

ADSFieldSpecpro

美国

0.35-2.5

四、实验步骤

1、测量目标和条件的选择

环境：

无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云，风力小于3级，避开阴影和强反射体的影响（测量者不穿白色服装）。

时间：

地方时9：

30—14：

30。

取样：

选择物体自然状态的表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场。

标准板：

标准板表面与被测地物的宏观表面相平行，与观测仪器等距，并充满仪器视场，保证板面清洁。

2、记录测量目标基本信息

主要内容如下：

土壤：

土类、土属、土种；地貌类型、成土母质、侵蚀状况；干湿度、粗糙度等。

植被：

植物名称、所属类别、覆盖率、生长状况、叶色、高度等。

水体：

水体名称、水体状况、水色、水温、透明度、泥沙含量、叶绿素含量、污染状况等。

人工目标：

目标名称、内容描述、估算面积、几何特征、表面颜色、坡度、坡面等。

岩矿：

岩矿名称、所属类别、植被覆盖及名称、土壤覆盖及名称、岩矿露头面积、所属构造、地质年代、风化状况等。

3、记录环境参数

主要内容如表1.，内容由教学教师定制成表格填写。

见附表。

4、ASD光谱测量步骤

准备工作

a.光谱仪、计算机充电：

光谱仪电量不足时红灯闪亮，充满电后绿灯亮；如果黄灯闪亮则说明过热，需要等待一段时间；

b.安装适当的镜头或其他附件（如GPS、余弦接受器等），并准备好白板；

c.依次打开光谱仪电源及计算机电源，并启动相应RS3软件；

-RS3用于优化FieldSpec仪器以及采集下列数据:

RawDN、反射率、辐射亮度/辐射照度

-所有采集的数据均为ASD文件格式，并可以使用ViewSpecPro软件打开并进行后处理

d.在RS3软件上选择相应的镜头并调整光谱平均、暗电流平均和白板采集平均次数（Control/adjustconfiguration）

-光谱平均次数Spectrumaverage

-暗电流平均次数Darkcurrentaverage

-白板平均次数Whitereferenceaverage

e.在软件中选择或填写需要存储数据的路径、名称和其他内容（Control/spectrumsave）

2光谱测量过程

1）反射率测量过程

a.镜头对准白板，点击OPT进行优化

（注意：

白板必须充满镜头视场。

工作过程中特别是开始工作的前半个小时内每隔一定时间做一次优化并且注意每隔3~5分钟采集一次暗电流，测量暗电流按DC）。

b.镜头仍然对准白板，点击WR采集参比光谱。

此时，软件自动进入反射率测量状态。

间隔一定时间即采集白板参比.环境变化越频繁,则采集白板次数越高。

c.镜头移向被测目标，按空格键存储采集到的目标反射光谱。

2）辐射照度（Irradiance）测量过程

a.镜头对准天空或者地面，点击OPT优化仪器参数；

b.点击RAD直接进入辐射亮度测量状态；

c.按空格键存储目标光谱（或者自动存储）

图1-3FieldSpecProFR光谱仪操作基本流程

5、分析实测结果

根据计算结果，准确绘出地物光谱反射率曲线图。

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。

分析实习过程中可能引起误差的因素。

五、实验要求

每组同学独立完成实验，并提交书面实验报告。

实验内容包括：

实验目的、实验原理及方法、实验仪器、实验结果与分析。

实验结果与分析具体内容：

准确绘出地物光谱反射率曲线图6张（同一地物在顶光、顺光、逆光三种情况下的合成图，每一种地物各一张，共3张；不同地物反射率曲线合成图，分为顶光、顺光、逆光三种，共3张；）；根据所绘曲线，比较同一地物在顶光、顺光、逆光三种情况下，反射率的差异及内部规律；根据所绘曲线，比较不同地物光谱特征，分析其在遥感影上可能产生的差异。

六、实验结果与感受：

略。

遥感原理与应用

课堂实验报告

实验二遥感图像几何校正

姓名：

袁程

学号：

311405040226

班级：

自环14-02

实验成绩及评价：

□优秀：

准确理解各项实习内容的基本原理，独立完成各项实习任务，软件操作熟练，实验结果正确，精度满足规范要求。

实验报告格式规范，能对实验内容进行全面、系统的总结，并能运用学过的理论知识对某些问题加以分析，并有某些独到见解。

实践态度端正，实践期间无违纪行为。

□良好：

能够较好的理解各项实习内容的基本原理，能够独立完成各项实习任务，软件操作较为熟练，实验结果正确，精度满足规范要求。

实验报告格式规范、内容完整，能对实验内容进行比较全面、系统的总结。

实践态度端正，实践期间无违纪行为。

□中等：

理解各项实习内容的基本原理，基本能够独立完成各项实习任务，软件操作正确，实验结果正确，精度满足规范要求。

实验报告格式规范、内容完整，能对实验内容进行比较全面的总结。

实践态度端正，实践期间无违纪行为。

□及格：

基本能够理解各项实习内容的基本原理，能够完成各项实习任务，实验结果基本正确，达到实验大纲中规定的基本要求。

能完成实验报告，报告格式规范，但不够完整。

实践态度基本端正，实践中虽有轻微违纪行为，但能深刻认识、及时纠正。

□不及格：

凡具备下列条件者，均以不及格论。

（1）实验未达到大纲中规定的基本要求，实验报告、计算成果抄袭别人、或马虎潦草、或内容有明显错误、或计算结果错误。

（2）未能参加实验者；

（3）实验中有违纪行为，教育不改，或有严重违纪行为者。

指导教师：

于海洋

实验二遥感影像几何校正

一、实验目的

时间：

2017.4.10

本实验旨在介绍如何在ENVI中对影像进行几何校正，添加地理坐标，以及如何使用ENVI进行影像到影像的配准和影像到地图的校正。

本专题介绍了使用ENVI生成影像地图的步骤，并举例演示说明了全色影像和多光谱影像进行HSV融合的步骤。

在开始本专题内容前，我们假定用户已经熟悉了一般影像配准和重采样的概念。

二、实验数据介绍

文件描述

所需的文件

bldr_sp.imgBoulderSPOT带地理坐标的影像子集

bldr_sp.hdrENVI对应的头文件

bldr_tm.imgBoulderTM没有地理坐标的影像

bldr_tm.hdrENVI相应的头文件

bldr_rd.dlgBoulder道路数字线划图（DLG）

三、实验过程

1带地理坐标的数据和影像地图

熟悉ENVI中对带地理坐标的数据的处理，使用地图公里网和注记创建影像地图，并生成输出影像。

1．1打开并显示SPOT数据：

要打开带地理坐标的SPOT数据：

从ENVI主菜单中，选择File>OpenImageFile。

当EnterDataFilename文件选择对话框出现后，选择进入相应文件夹从列表中选择bldr_sp.img文件。

点击OK。

当可用波段列表对话框出现后，点击GrayScale单选按钮，使用鼠标左键，点击相应的波段名，从对话框顶部所列波段中选中SPOT波段。

所选择的波段名显示在SelectedBand:

字段区域中。

点击LoadBand按钮，加载这幅影像到一个新的显示窗口中。

1．2修改ENVI头文件中的地图信息：

在可用波段列表中，右键点击bldr_sp.img文件名下的MapInfo图标，从弹出的快捷菜单中选择EditMapInformation。

EditMapInformation对话框出现在屏幕上。

这个对话框列出了在ENVI中添加地理坐标所用的地理信息。

可以调整ENVI使用的MagicPixel（作为地图坐标系统的起始点）相对应的影像坐标。

因为ENVI可以从相应头文件信息和地图投影文件中，识别出地图投影、像元大小以及地图投影参数，所以用它能够计算出影像中任意像元的地理坐标。

既可以输入地图坐标，也可以输入地理坐标（纬度/经度）。

点击Projection/Datum文本旁边的箭头切换按钮，显示UTMZone13North地图投影的纬度/经度坐标。

ENVI在处理过程中才进行转换。

点击当前的DMS或者DDEG按钮，分别在度-分-秒（Degrees-Minutes-Seconds）和十进制的度（DecimalDegrees）之间进行切换。

点击Cancel，退出EditMapInformation对话框。

EditMapInformation对话框

2影像到影像的配准

这一部分将逐步演示影像到影像的配准处理过程。

带有地理坐标的SPOT影像被用作基准影像，一个基于像素坐标的LandsatTM影像将被进行校正，以匹配该SPOT影像。

2．1打开并显示LandsatTM影像文件：

从ENVI主菜单中，选择File>OpenImageFile。

当EnterDataFilenames对话框出现后，选择进入data目录下，从列表中选择bldr_tm.img文件。

在文件选择对话框中，点击Open，把TM影像波段加载到可用波段列表中。

在列表中选中波段3，点击NoDisplay按钮，并从下拉式菜单中选择NewDisplay。

点击LoadBand按钮，来把TM第3波段的影像加载到一个新的显示窗口中。

2．2显示光标位置/值

要打开一个显示主影像窗口，滚动窗口，或者缩放窗口中光标位置信息的对话框，可以按一下步骤进行操作。

从主影像窗口菜单栏中，选择Tools>CursorLocation/Value。

在主影像窗口、滚动窗口和缩放窗口的TM影像上，移动鼠标光标。

注意到坐标是以像素单位给出的，这是因为这个影像是基于像素坐标的，它不同于上面带有地理坐标的SPOT影像。

选择File>Cancel，关闭CursorLocation/Value对话框。

2．3开始进行影像配准并加载地面控制点

从ENVI主菜单栏中，选择Map>Registration>SelectGCPs:

ImagetoImage。

在ImagetoImageRegistration对话框中，点击并选择Display#1（SPOT影像），作为BaseImage。

点击Display#2（TM影像），作为WarpImage。

点击OK，启动配准程序。

通过将光标放置在两幅影像的相同地物点上，来添加单独的地面控制点。

用来进行影像到影像配准的GroundControlPointsSelection对话框

在GroundControlPointsSelection对话框的BaseX和Y文本框中，分别输入753和826，将SPOT影像中的光标移动到相应的点上。

使用同样的方法，在WarpX和Y文本框中，分别输入331和433，将TM影像中的光标移动到相应的点上。

在两个缩放窗口中，查看光标点所处位置。

如果需要，在每个缩放窗口所需位置上，点击鼠标左键，调整光标点所处的位置。

注意：

在缩放窗口中支持亚像元（sub-pixel）级的定位。

缩放比例越大，地面控制点定位的精度就越好。

在GroundControlPointsSelection对话框中，点击AddPoint，把该地面控制点添加到列表中。

点击ShowList查看地面控制点列表。

尝试选择几个地面控制点找到选择地面控制点的感觉。

注意对话框中所列的实际影像点和预测点坐标。

一旦已经选择了至少4个地面控制点以后，RMS误差就会显示出来。

在GroundControlPointsSelection对话框中，选择Options>ClearAllPoints，可以清除掉所有已选择的地面控制点。

从GroundControlPointsSelection对话框中，选择File>RestoreGCPsfromASCII。

在EnterGroundControlPointsFilename对话框中，选择文件Points.pts，然后点击OK，加载这个预先保存过的地面控制点坐标。

在ImagetoImageGCPList对话框中，点击单独的地面控制点。

查看两幅影像中相应地面控制点的位置、实际影像点和预测点的坐标以及RMS误差。

调整对话框的大小，观察GroundControlPointsSelection对话框中所列的合计RMS误差（RMSError）。

影像到影像配准中所用的ImagetoImageGCPLIst对话框

2．4操作处理地面控制点

下面的内容仅提供处理方法，并且只对有限的地面控制点按钮的处理功能进行操作。

在ImagetoImageGCPList对话框中，选择相应的地面控制点，然后在GroundControlPointsSelection对话框中进行修改，这样可以编辑单个控制点的坐标位置。

可以通过输入一个新的像素坐标，或使用对话框中的方向箭头逐像素地移动坐标位置。

在ImagetoImageGCPList对话框中，点击On/Off按钮，屏蔽掉所选择的地面控制点。

这样在校正模型和RMS计算中都将不会考虑这个地面控制点坐标。

这些地面控制点并没有被真正地删除，仅仅是被忽略掉了，可以使用On/Off按钮重新激活这些地面控制点。

在ImagetoImageGCPList对话框中，点击Delete按钮，可以从列表中删除一个地面控制点。

在两个缩放窗口中调整光标位置，然后点击ImagetoImageGCPList对话框中的Update按钮，更新所选的地面控制点，将其修改到当前光标的所在位置。

ImagetoImageGCPList对话框中的Predict按钮，允许对新的地面控制点进行预测。

它以当前的校正模型为基础。

将包含SPOT影像的那个主影像窗口的光标放置到一个新的位置上。

然后点击Predict按钮，放置在TM影像上的光标就会根据校正模型，移动到预测的匹配点上去。

通过在TM数据中，轻微地移动光标，能够对所提取的位置点进行交互式的精确定位。

在GroundControlPointsSelection对话框中，点击AddPoint，把这个新的控制点添加到列表中。

2．5校正影像

我们可以校正显示的影像波段，也可以同时校正多波段影像中的所有波段。

这里我们仅对已显示的波段进行校正。

从GroundControlPointsSelection对话框中，选择Options>WarpDisplayedBand。

在RegistrationParameters对话框中的WarpMethod按钮菜单中，选择RST。

在Resampling的按钮菜单中选择NearestNeighbor重采样法。

输入文件名bldr_tm1.wrp，点击OK。

重复步骤1和步骤2，还是使用RST校正法，但是要相应地选择Bilinear和CubicConvolution重采样法。

将结果分别输出到bldr_tm2.wrp和bldr_tm3.wrp文件中。

再一次重复步骤1和步骤2，这一次选择一次多项式Polynomial校正法，并使用CubicConvolution重采样法。

然后再选择Delaunay三角网的Triangulation校正法，相应地使用CubicConvolution重采样法。

将结果分别输出到bldr_tm4.wrp和bldr_tm5.wrp文件中。

NearestNeighbor结果Bilinear结果CubicConvolution结果

2．6比较校正结果

使用动态链接来比较校正结果：

在可用波段列表中，点击原始的TM波段影像名bldr_tm.img，然后从菜单栏中，选择File>CloseSelectedFile。

在随后出现的ENVI警告对话框中，点击Yes关闭相应的影像文件。

在可用波段列表中，选择ZHUMUQIANTM_1.WRP文件。

在Display#下拉式按钮中选择NewDisplay，点击LoadBand将该文件加载到一个新的显示窗口中。

在主影像窗口中，点击鼠标右键，选择Tools>Link>LinkDisplays。

在LinkDisplays对话框中，点击OK，把SPOT影像和已添加了地理坐标的TM影像链接起来。

在主影像显示窗口中，点击鼠标左键，使用动态链接功能，对SPOT影像和TM影像进行比较。

将bldr_tm2.wrp和bldr_tm3.wrp影像加载到新的显示窗口中，使用影像动态链接功能，比较采用三种不同的重采样法（最临近法、双线性内插法和三次卷积法）所产生的效果。

注意观察，在使用最近邻法重采样的影像中的锯齿状像素，而使用双线性内插法重采样的影像看起来更加平滑，使用三次卷积法重采样的影像是最好的结果，不但有平滑效果，而且保持了影像的细节特征。

在相应的主影像窗口中，选择File>Cancel，关闭bldr_tm1.wrp（RST校正，最近邻法重采样）和bldr_tm2.wrp（RST校正，双线性内插法重采样）影像的显示窗口。

将bldr_tm.wrp,bldr_tm5.wrp影像加载到新的显示窗口中，使用影像动态链接功能，同bldr_tm3.wrp影像（RST校正）进行比较。

注意观察采用三种不同校正方法（RST、1次多项式和Delaunay三角网）对影像几何信息所产生的效果。

使用动态链接功能，与带有地理坐标的SPOT影像进行比较。

2．7查看地图坐标

要打开CursorLocation/Value对话框：

从主影像窗口菜单栏中，选择Tools→CursorLocation/Value。

浏览带地理坐标的数据集，注意不同的重采样法和校正法对数据值所产生的效果。

选择File>Cancel，关闭该对话框。

3影像到地图的配准

这一部分将逐步地演示影像到地图的配准处理过程。

许多步骤同影像到影像的配准步骤相似，因此这些步骤将不会被详细地讨论。

从带地理坐标的SPOT影像中获取的地图坐标以及一个矢量的数字线划图（DLG）都将被作为基准数据，然后对基于像素坐标的LandsatTM影像进行校正，以匹配相应的地图数据

3．1打开并显示LandsatTM影像文件:

从ENVI主菜单中，选择File→OpenImageFile。

当EnterDataFilenames对话框出现后，选择进入相应文件夹目录下列表中bldr_tm.img文件。

点击OK。

TM影像波段被加载到可用波段列表中，同时一幅彩色影像被加载到一个新的显示窗口中。

在可用波段列表中，点击GrayScale按钮，选择波段3。

点击LoadBand按钮，把TM影像的第3波段加载到已打开的显示窗口中。

3．2选择影像到地图的配准并恢复控制点坐标:

从ENVI主菜单中，选择Map>Registration>SelectGCPs:

ImagetoMap。

如果打开了多个影像显示窗口，那么就在ImagetoMapRegistration对话框中，点击选择包含该灰阶影像的那个显示窗口的显示号。

从投影列表中选择UTM，并在Zone文本框中输入13。

设置像素大小为30m，点击OK，启动配准程序。

在要校正的影像中，把光标移动到一个已知地图坐标的地面点上（可以从一幅地图或者ENVI矢量文件中[见下一部分]读取所需的地图坐标），来添加单个的地面控制点。

GroundControlPointsSelection对话框中的E（东向）和N（北向）文本框中，手动地输入已知的地图坐标，然后点击AddPoint来添加新的地面控制点。

在GroundControlPointsSelection对话框中，选择File>RestoreGCPsfromASCII，打开

lxmPZhun.pts文件。

在GroundControlPointsSelection对话框中，点击ShowList按钮。