遥感专题信息提取及专题图制作设计报告

遥感原理与应用课程设计—“遥感专题信息提取与专题图制作”设计报告

学院遥感信息工程学院

班级

学号

姓名

日期2012年2月21日

一、课程设计的目的和意义

本次课程设计的目的主要是为了加深理解和巩固遥感原理与应用的有关理论知识；要求我们会运用专业遥感软件，通过对遥感影像进行各种处理以及专题信息提取等综合应用，培养独立分析问题和解决问题的能力。本次实习的意义在于锻炼我们的独立自主能力，培养良好的工作习惯和科学素养，为今后工作打下良好的基础。

二、课程设计方案和流程

1、实验数据介绍

地点：XX地区

传感器类型：TM1、3、4、5、6、7波段影像；空间分辨率：30米、120米；

SPOT影像，分辨率10米。

说明文件：Readme.txt，SPOT影像投影信息、大地坐标、分辨率。

2、硬软件介绍

本次实习使用的软件主要为ERDAS软件。ERDAS IMAGINE是美国ERDAS 公司开发的专业遥感图像处理与地理信息系统软件。在图像处理方面，直观的操作步骤使用户操作起来非常灵活方便。IMAGINE的窗口提供了卷帘、闪烁、设置透明度以及根据坐标进行窗口关联功能，方便多个相关图像的比较。ERDAS IMAGINE 为不同的应用提供了250多种地图投影系统，还有非常方便的坐标转换工具。新开发的专家分类器，为高光谱、高分辨率图像的快速高精度分类提供了可能。此工具突破了传统分类只能利用光谱信息的局限，可以利用空间信息辅助分类。

3、总体方案

本次实习给定的是XX地区的相关波段的TM图，我想采用分类融合技术，利用各个波段的TM图像进行影像融合，分别提取该区域的水系、植被、居民地，以这三种地类的面积或周长等要素作为研究对象，进而制作出XX地区的土地利用专题图。

详细步骤如下：

（1）、确定专题要素：XX地区水系、植被、居民地这三中地类的面积以及分布情况。

（2）、格式转换：先将源图像.tif格式的文件转换成.img格式的文件，便于软件进行处理。

（3）、图形合成：将TM 图像相应的波段进行合成, 分别将TM影像左右两图像的六个波段进行合成为left.img,right.img

（4）、图像预处理：在将选取好的源图像进行拼接起来之前要先对图像进行几何纠正，将左片和右片都纠正到统一的坐标系中，去掉重叠部分，将左右两幅图像拼接起来形成一幅更大幅面的图像。

（5）、图像解译：对图像进行空间增强，多个波段叠加组合或拆分，便于分辨出目标地物。

（6）、图像分类：进行有监督分类和非监督分类，提取水系、植被、居民地等。

（7）、专题信息提取：对分类后的图像水系、植被、居民地进行相应的分类编码，并分别计算面积。

（8）、专题地图的制作和输出：利用软件根据研究需要和制图区域的特征生成图层、文本、比例尺、图例、公里格网线、符号、图廓线等图像整饰内容并生成制图文件并输出地图。

4、流程框图

图像空间增强，多个波段叠加或拆分

图像空间增强，多个波段叠加或拆分

分类编码并计算面积

制作并输出专题图

三、课程设计的过程和步骤

根据本次实习所给的实习数据，我先将TM影像六个波段进行合成，合成之后分别对左右影像以spot影像为模板进行纠正，再将纠正后的影像进行镶嵌，镶嵌之后为了便于分类，还可以适当将影像进行增强处理，然后将增强后的图像进行分类，最后提取分类后的专题要素制作专题地图。

另外，镶嵌之后还可以将影像与spot全色影像进行融合处理，然后再将融合后的影像进行分类，并与未融合的分类影像进行精度评定和对比。以下为具体步骤及关键阶段成果图：

1、图像合成

分别将左右两片TM影像的六个波段进行合成，这一步比较简单，没有出什么问题。合成后左右两片的图像分别如下：

2、图像纠正

利用spot影像分别对左右两片合成后的影像进行纠正，纠正的过程中要选6个同名点以及若干检查点。这一过程需要的时间特别长，因为这一过程既要保证选点准确，又要保证选点均匀。如果选点不准确就会导致纠正后的影像出现较大偏差，如果选点不均匀会使局部地区误差很大。因此需要不断调整已经选好的同名点或者添加新的检查点。

纠正后影像如下：

3、图像镶嵌

镶嵌是将两幅纠正好的影像拼接起来，通过镶嵌处理，可以获得更大X围的地面图像。如果两幅影像纠正的精度相差太远的话可能会使镶嵌的图像不规则。我刚开始就是因为纠正时选点不均匀的缘故，导致左片边缘处偏差较大，进而使镶嵌后的图像接缝处出现较大锯齿。不过，经过多次对左右两片调整点位以及增加检查点，最终我得到了比较可观的镶嵌影像。

镶嵌后的影像截图如下：

4、图像增强

为了便于对图像进行分类，还需要对图像进行适当的增强处理，以助于进行特征提取。因此，我对镶嵌后的图像进行了增强处理，我依次做了线性变换、直方图均衡化、边缘增强。

5、图像融合

图像融合是将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，生成新的图像的过程。全色图像一般具有较高空间分辨率，而多光谱图像光谱信息较丰富，为提高TM图像的空间分辨率，可将镶嵌后的TM影像与spot全色影像进行融合，这样既可以提高多光谱图像的空间分辨率，又保留其多光谱特性。

6、图像裁剪

由于纠正后影像不太规则，并且边缘处的精度与中间的精度存在一定差异，再者考虑到制图X围等原因，需要对图像进行一定的裁剪。以下是分别对融合后图像和融合前图像裁剪后的截图，从图中也可以对比融合前后图像的差异。

融合前后图像裁剪后截图，左边是融合后的图，右边是融合前的图：

7、图像分类与精度评定

图像分类是对图像上的信息进行属性的识别和分类，从而达到提取专题信息的目的。本次实习图像分类有分类和精度评定两部分。

（1）监督分类与非监督分类

本次实习主要是利用监督分类法进行图像分类的。刚开始我也尝试做过非监督分类，但是效果明显没有监督分类的效果好。我想是因为非监督分类没已知的样本类别和类别的先验知识，导致分类效果不好。以下是将图像用非监督分类和监督分类分为三类的效果图对比（左边是非监督分类的图像，右边是监督分类的图像）：

（2）融合前分类与融合后分类

本次实习，我对影像融合前后的图像分类效果进行了对比。我发现融合后的图像分类效果没有融合前的效果好。

以下是融合后（左边）和融合前（右边）的分类图像对比截图：

以下分别是融合后和融合前的混淆矩阵：

融合后混淆矩阵：

Data sx zb jzw sd ---------- -------------------- ---------- ----------

sx 11713 0 8 2

zb 0 7284 0 0

jzw 14 0 2856 208

sd 657 0 30 5332 Column Total 12384 7284 2894 5542

融合前混淆矩阵：

Data sx zb jzw sd ---------- ---------- ---------- ---------- ----------

sx 1674 0 0 0

zb 6 823 14 1

jzw 8 13 623 25

sd 0 1 38 383 Column Total 1688 837 675 409

（3）精度评定

精度评定是本次实习耗时最长的一部分。我分别对融合前后的图像进行了精度评定，对每幅图像各选了256个随机点进行了人工分类，通过与计算机分类结果进行对比，最后得出了精度评定结果。

融合后的精度评定：

融合前的精度评定：

8、专题图制作

专题图制作部分是本次实习的最后阶段，专题地图是突出反映一种或几种主体要素的地图，这些主体要素多是根据专门用途的需要确定的，它们应表达得很详细，其它的地理要素则根据表达主体的需要作为地理基础迭绘。我利用前面监督分类的结果制作了一幅XX市土地利用的专题图。

我依照ERDAS中文教程为专题图添加了图例、比例尺、公里网格、指北针和图名。

以下是专题图制作的截图效果：

四、课程设计的结果分析与评价

本次几何纠正的过程我进行了多次重复和修改，主要原因是选点不够精确以及选点不均匀。由于两幅图像的颜色、分辨率等不一样，所以选点比较艰难，有些地方如长江附近颜色变换比较明显，所以选点比较准确，而林地茂盛区选点就很艰难了。另外，有些地方实在不好选点就没有选，这样就导致了选点的不均匀，进而导致了这些地区偏差较大。因此，为了提高图像纠正的精度，应该尽量选择一些比较明显的同名点，另外，也要尽量让选的点均匀分布。

影像镶嵌的精度直接受影像纠正的影像。因为在镶嵌的过程中的镶嵌边是由左右图像上亮度值最接近的连线，而此时如果左右两片的精度相差太远的话就会使镶嵌边不够精确。另外，在消除镶嵌边时要进行平滑处理，左右两片的精度相差太远的话会导致镶嵌边周围出现较大模糊。所以要想图像镶嵌精度提高，就要

尽量提高图像几何纠正的精度。

本次实习我主要对融合前后的图像分类精度进行了比较。我分别对融合前后的分类图像各选了256个点进行了重新人工分类，得出融合前分类图像的分类精度较高。我分析了原因，很明显融合后的图像清晰很多，这说明融合后的图像分辨率较融合前的高，但是这样导致了融合后图像的区分度变小，必然会导致融合后图像分类精度降低。

另外，对于未融合的分类图像，我也进行了分析。图像分类时主要是利用监督分类法，而监督分类需要先知道类别的先验知识，因此AOI的选取是影响分类精度的一个重要因素。

五、课程设计的总结与体会

本次实习我严格按照指导老师的要求独立完成了实习任务。通过这次实习，我加深了有关遥感的基本原理、遥感传感器的成像机理的理解，巩固了理论课上所学的遥感图像的处理方法、专题信息提取以及遥感综合应用技术。

本次实习遇到的问题主要是自己对ERDAS软件不太熟悉，初次接触感觉有点陌生，刚开始完全摸不着头脑，后来经过问同学、问老师以及自己查阅相关资料，渐渐理出了头绪。有头绪之后就做的很快了，我第二次课就做到专题图制作部分了，但是后来听老师讲解，发现自己前面漏做了几个部分，导致要重新开始做。可见，有一个详细的思路是很重要的。不过，对软件熟悉后，重新做一遍还是很快的，虽然走了一些弯路，但是还是觉得收获挺大的。

最后，建议老师以后在实习之前还是稍微跟我们讲一下大致思路，以免我们像无头苍蝇一样到处乱撞，这样浪费了很多时间，导致最后一次课很多同学不能按时交成果。

总之，本次实习令我受益匪浅，希望多一点这样的实习机会。

附：XX地区土地利用专题图

课程设计报告成绩