內容簡介
《遙感圖像處理》是測繪工程專業核心課程之一,針對測繪工程專業以及相關專業遙感課程教學大綱的要求,麵嚮測繪行業以及相關行業領域對遙感專業人纔的專業技能需求,《遙感圖像處理實驗教程》扼要介紹瞭遙感技術的發展和應用現狀,設計瞭9個實驗,可用於測繪工程本科專業或相關專業的遙感實踐課程。
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目錄
第1章 緒論
1.1 遙感技術發展現狀
1.1.1 遙感平颱與傳感器新進展
1.1.2 遙感科學與技術進展及趨勢
1.2 遙感應用現狀
1.2.1 遙感技術在基礎測繪中的應用
1.2.2 遙感技術在資源調查與監測中的應用
1.2.3 遙感技術在生態環境監測中的應用
1.2.4 遙感技術在災害監測與管理中的應用
1.2.5 遙感技術在農業中的應用
1.2.6 遙感技術在數字城市建設中的應用
1.3 實驗安排
第2章 遙感圖像處理係統
2.1 遙感圖像數據處理流程
2.2 遙感圖像數據處理係統組成
2.2.1 遙感圖像數據處理的硬件係統
2.2.2 遙感圖像數據處理的軟件係統
2.3 國內外遙感圖像處理軟件
2.3.1 ERDAS IMAGINE
2.3.2 ENVI
2.3.3 PCI
2.3.4 eCognition
2.3.5 ER Mapper
2.3.6 像素工廠
2.3.7 GeoImager
2.3.8 TITAN Image
2.4 ERDAS遙感圖像處理軟件係統介紹
2.4.1 菜單命令及其功能
2.4.2 工具圖標及其功能
2.4.3 ERDASIMAGINE主要功能介紹
第3章 遙感圖像認知
3.1 實習內容和要求
3.2 遙感圖像類型
3.3 國外遙感衛星係列
3.3.1 Landsat衛星
3.3.2 IKONOS衛星
3.3.3 QuickBirtl衛星
3.3.4 Orbview衛星
3.3.5 WorldView衛星
3.3.6 GeoEye衛星
3.3.7 SPOT係列衛星
3.3.8 IRS衛星
3.3.9 ALOS衛星
3.3.10 EROS衛星
3.3.11 Resurs-DKl衛星
3.3.12 KOMPSAT衛星
3.3.13 ENVISAT衛星
3.3.14 Radarsat衛星
3.3.15 COSMO衛星
3.3.16 TerraSAR衛星
3.4 國內遙感衛星係列
3.4.1 資源一號(CBERS)衛星
3.4.2 資源二號衛星
3.4.3 資源三號衛星
3.4.4 環境與災害監測預報小衛星星座
3.4.5 TS-1衛星
3.4.6 颱灣福衛二號衛星
3.4.7 北京一號衛星
3.4.8 清華一號微小衛星
3.5 遙感影像特徵
3.5.1 p低分辨率遙感圖像
3.5.2 高分辨率遙感圖像
3.6 遙感圖像質量評價
3.6.1 目視評價
3.6.2 定量評價
3.7 遙感圖像認知實驗
3.7.1 遙感圖像文件信息操作
3.7.2 遙感圖像空間分辨率認知
3.7.3 遙感影像紋理結構信息認知
3.7.4 遙感影像色調信息認知
3.7.5 遙感影像特徵空間分析
3.7.6 多源遙感影像綜閤分析
3.8 習題
第4章 遙感圖像輸入/輸齣
4.1 實習內容及要求
4.2 遙感圖像元數據
4.3 遙感圖像格式
4.4 遙感圖像格式轉換
4.5 遙感圖像顯示
4.6 波段組閤
4.7 實驗操作
4.7.1 數據輸入輸齣|
4.7.2 波段組閤
4.7.3 遙感圖像顯示
4.8 習題
第5章 遙感圖像增強
5.1 實習內容及要求
5.2 直方圖統計及分析
5.3 反差調整
5.4 直方圖均衡
5.5 正交變換
5.5.1 傅裏葉變換
5.5.2 主成分變換
5.6 低通濾波
5.7 高通濾波
5.8 同態濾波
5.9 邊緣提取
5.10 實驗操作
5.10.1 圖像信息顯示
5.10.2 圖像反差調整
5.10.3 低通/高通濾波
5.10.4 同態濾波
5.10.5 主成分變換
5.10.6 捲積增強
5.11 習題
第6章 遙感圖像融閤
6.1 實習內容及要求
6.2 IHS融閤
6.3 小波變換融閤
6.4 PCA變換融閤
6.5 乘積變換融閤
6.6 Brovey變換融閤
6.7 遙感圖像融閤效果評價
6.8 實驗操作
6.8.1 改進的IHS融閤
6.8.2 小波變換融閤
6.8.3 其他幾種融閤方法
6.9 習題
第7章 遙感影像幾何糾正
7.1 實習內容及要求
7.2 控製點選取
7.3 多項式糾正
7.4 數字微分糾正
7.5 多源遙感影像配準
7.6 實驗操作
7.6.1 多源影像多項式配準
7.6.2 數字微分糾正
7.7 習題
第8章 遙感影像鑲嵌
8.1 實習內容及要求
8.2 全色遙感影像鑲嵌
8.3 多波段遙感影像鑲嵌
8.4 影像勻光
8.5 實驗操作
8.6 習題
第9章 遙感圖像解譯
9.1 實習內容及要求
9.2 遙感解譯標誌
9.3 目視解譯方法
9.3.1 直接判讀法
9.3.2 對比分析法
9.3.3 地理相關分析法
9.4 目視解譯過程
9.5 土地利用分類
9.6 土地利用分類目視解譯
9.7 習題
第10章 遙感圖像分類
10.1 實習內容及要求
10.2 非監督分類法
10.2.1 模式樣本設定
10.2.2 ISODATA法
10.3 監督分類法
10.3.1 訓練樣區選擇
10.3.2 最大似然分類法
10.3.3 最小距離分類法
10.3.4 馬氏距離分類法
10.4 分類精度評估
10.5 實驗操作
10.5.1 遙感圖像非監督分類
10.5.2 遙感圖像監督分類
10.5.3 分類後處理
10.6 習題
第11章 遙感專題圖
11.1 實習內容及要求
11.2 遙感影像地圖
11.3 植被指數圖
11.4 土地利用圖
11.5 三維景觀圖
11.6 習題
參考文獻
精彩書摘
第1章 緒論
1.1 遙感技術發展現狀
遙感是獲取地球空間信息的重要手段之一,目前正朝著多傳感器、多角度、高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜、微波遙感等方嚮發展。2005-2020年,《國傢中長期科技發展規劃綱要》指齣:發展基於衛星、飛機和平流層飛艇的高分辨率(dm級)先進對地觀測係統,發射一係列的高分辨率遙感對地觀測衛星,建成覆蓋可見光、紅外、多光譜、超光譜、微波、激光等觀測譜段的高中低軌道結閤的具有全天時、全天候、全球觀測能力的大氣、陸地、海洋先進觀測體係。
1.1.1 遙感平颱與傳感器新進展
國際上衛星遙感技術的迅猛發展,各國紛紛發射瞭多顆各種分辨率的遙感衛星,能夠提供海量的衛星遙感數據,遙感對地觀測技術已進入一個多層、立體、多角度、全方位和全天候的新時代。由各種高、中、低軌道相結閤,大、中、小衛星相協同,高、中、低分辨率相彌補而組成的全球對地觀測係統,能夠準確有效、快速及時地提供多種空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率的對地觀測數據。
目前光學高分辨率遙感衛星的空間分辨率已經達到-亞米級,如GeoEye、WorldView衛星的空間分辨率已達到0.41m,計劃中GeoEye 2能進一步達到0.25m。高空間分辨率,加上高精度的導航定軌和姿態測量控製技術,遙感衛星影像的定位精度有瞭很大提高。衛星影像的光譜波段數和量化值、等級也有進一步提高,具有更好地反映地物信息的能力。綫陣CCD相機成為高分辨率衛星的主要傳感器,通過綫陣CCD相機的側視成像,遙感衛星能夠獲取大範圍同軌或異軌立體影像,為1:1萬~1:5萬的中等比例尺地圖製圖提供瞭豐富的數據源。現代的遙感衛星具有非常靈活的機械擺動能力,重訪周期一般少於幾天,能夠提供災害監測等緊急事件的快速響應能力。
閤成孔徑雷達衛星采用主動式遙感成像方式,可以全天候工作,采用的微波穿透能力強,幾乎不受天氣影響,具有很強的地麵信息獲取能力。通過差分乾涉技術,利用閤成孔徑雷達衛星影像可以全天候、全天時地獲取大麵積地麵精確三維信息。閤成孔徑雷達衛星是20世紀90年代遙感衛星的主流,有多顆載有閤成孔徑雷達的衛星發射上空,如歐洲空間局的ERS-1、ERS-2,日本的JERS-1,加拿大的Radarsat-1等。最近幾年這些衛星的後續衛星又陸續發射,如Radarsat-2、ALOS、ENVISA1、TerraSar-X、COSMO等。這些衛星的分辨率和成像方式都有不同程度的提高,軌道則與以前衛星相近,可以迅速、大量提供差分乾涉數據。中國地麵衛星接收站已能接收和分發這些衛星雷達數據。
前言/序言
遙感是當今科技發展中最具知識創新性和技術帶動力的領域之一,是一門利用航天、航空、近地、地麵平颱獲取空間影像信息測定目標物的形狀、大小、空間位置、性質及其相互關係的學科。現代空間技術、導航定位技術、計算機技術和網絡技術的發展,使人們能夠快速、及時和連續不斷地獲得有關地球及其外部空間環境的大量幾何與物理信息,極大地促進瞭與地球空間信息獲取與應用相關學科的交叉和融閤,推動瞭地球空間信息科學的誕生與發展。資源、環境、災害、人口是經濟建設與社會發展麵臨的四大主要問題,地理空間信息是解決這四大問題的基礎,遙感技術是對地觀測數據快速獲取與處理的重要手段,能夠提供不同時空尺度、多層次、多領域、全方位的數據,為資源、環境、災害、交通、城市發展等諸多與社會可持續發展密切相關的領域提供全新的技術支持和全方位的信息服務。
全國設有遙感相關專業的院校共有140多所,涉及的學科領域主要有測繪、地質、農業、林業、交通、土木等。統計數據錶明,到2005年,我國已經有1000多傢3S單位、10多萬名從業人員,直接或間接地從事衛星遙感技術的軟硬件研製、應用和開發工作。遙感技術已成為我國地理空間信息産業的一個重要組成部分,發揮的作用越來越明顯,並成為一些行業的支撐技術。因此,加強遙感專業技能的培養具有重要的現實意義。
《遙感圖像處理》是測繪工程專業核心課程之一,針對測繪工程專業以及相關專業遙感課程教學大綱的要求,麵嚮測繪行業以及相關行業領域對遙感專業人纔的專業技能需求,本書扼要地介紹瞭遙感技術的發展和應用現狀,設計瞭9個實驗,可用於測繪工程本科專業或相關專業的遙感實驗課程。
在本書編寫過程中,聶倩、趙展、曹君、謝洪等同誌做瞭大量的工作,在此錶示感謝!由於時間倉促,不妥之處敬請批評指正。
測繪工程實踐與新技術應用:從理論到實操的深度探索 圖書簡介 本書並非聚焦於遙感圖像處理這一特定領域,而是作為一個宏觀的、覆蓋測繪工程核心技能與前沿技術應用的綜閤性實踐指導手冊。它旨在彌補傳統理論教學與實際工程需求之間的鴻溝,為測繪、地理信息科學、土地資源管理等相關專業的學生、初級工程師以及希望更新知識體係的專業人士提供一套係統化、模塊化的實操框架。 本書的整體設計理念是“理論指導實踐,實踐深化理解”,內容涵蓋瞭測繪工程從數據采集、數據處理到最終成果錶達的完整工作流程,尤其強調在當前數字化和智能化背景下,測繪工程師必須掌握的關鍵工具和方法。 第一部分:測繪基礎理論與數據采集規範(約300字) 本部分將紮實地迴顧測繪學的基本原理,但視角完全著眼於工程應用。 1. 現代大地測量學基礎與控製網布設: 側重於如何根據工程要求(如精度等級、地形復雜度)設計和優化工程控製網的整體布局。詳細講解GNSS(全球導航衛星係統)在不同環境下的接收機選型、數據采集策略(靜態、快速靜態、動態定位)及其誤差來源分析與校正技術。對於傳統三角高程測量和導綫測量,則著重於現代電子全站儀的操作流程優化,以及如何利用軟件進行誤差的閤理分配和網平差計算,確保控製點的精度滿足後續的專業工作需求。 2. 攝影測量學原理與數據預處理: 介紹航空攝影測量和近景攝影測量的基本幾何模型。不同於圖像內容處理,本章側重於像片獲取的質量控製。討論像片重疊度設計(旁嚮與航嚮)、飛行高度的確定標準、傾斜角和扭角對地麵模型精度的影響。同時,深入探討如何利用像片量測軟件進行像片坐標的讀取、像控點的精確標定,以及空三(空中三角測量)的流程控製,特彆是如何通過迭代優化和殘差分析來確保三維點雲的初始精度。 第二部分:地理信息係統(GIS)核心技術與數據建庫(約450字) 本部分是測繪成果轉化為信息産品的關鍵步驟,重點在於空間數據的組織、管理與拓撲關係構建。 1. GIS空間數據模型與數據標準: 詳細對比矢量數據模型(點、綫、麵)和柵格數據模型在不同工程場景下的適用性。深入剖析空間數據標準,如地理空間信息標準(如OGC標準、國傢地理信息標準)對數據互操作性的影響。本章將通過具體的工程案例,指導讀者如何根據應用目標(如城市規劃、管綫管理)選擇閤適的數據結構。 2. 空間數據采集、編輯與拓撲構建: 重點講解數據采集的方法論,包括數字化、數據轉換(如從CAD到GIS格式的轉換)以及空間數據采集的質量檢查流程。關於拓撲構建,本書會詳細闡述“綫段連接性”、“麵與麵的相鄰關係”、“點在綫上”等拓撲規則的意義,並指導讀者使用專業的GIS軟件工具(如ArcGIS或QGIS的特定模塊)進行拓撲重建、懸掛點清理和縫隙填充,確保空間分析的有效性。 3. 屬性數據管理與空間數據庫原理: 探討如何設計高效的屬性數據庫結構以支持復雜的空間查詢。內容包括關係型數據庫基礎、屬性數據與空間對象的連接機製(如空間連接、屬性連接)。強調數據冗餘控製、數據字典的建立,以及如何在地理數據庫(Geodatabase)環境中實現數據版本控製與並發編輯。 第三部分:三維建模與新型空間數據處理(約450字) 本部分聚焦於當前測繪行業最熱門的三維化、高精度化方嚮,側重於點雲和傾斜攝影數據的應用。 1. 激光雷達(LiDAR)數據獲取與點雲預處理: 介紹地麵激光雷達(TLS)、無人機激光雷達(UAS-LiDAR)的工作原理及其在不同環境下的應用優缺點。重點講解點雲數據的質量控製,包括如何識彆和剔除運動模糊點、空中漂移點和地麵反射噪聲點。指導讀者如何使用專業軟件進行點雲配準,包括基於目標靶或特徵匹配的自動配準流程及精度評估方法。 2. 傾斜攝影測量(DSM/DOM生成): 闡述從多角度采集的影像生成高精度三維模型的流程。本章不詳述圖像處理算法,而是聚焦於模型質量的驗證。指導如何評估三維模型的幾何精度(RMSE計算)、紋理貼閤質量,以及如何對模型進行簡化(LOD構建)以適應不同尺度的可視化需求。 3. 點雲數據的分類與特徵提取: 詳細介紹點雲分類的通用流程,包括基於區域生長法、機器學習分類器(如隨機森林)的實際操作步驟。重點指導如何利用分類結果(如區分地麵點、植被、建築物)進行數字地錶模型(DSM)和數字正射影像(DOM)的生成,以及如何從點雲中提取基礎設施(如電綫杆、管道)的幾何特徵。 第四部分:工程應用與成果錶達(約300字) 本部分將前述的理論和數據處理技術轉化為具體的工程成果,強調工程報告的規範性和成果的可用性。 1. 測繪工程中的誤差分析與精度評定: 強調工程測量的最終價值在於其精度保障。詳細介紹如何根據國傢或行業規範,對控製網、地形圖、三維模型進行係統的誤差傳播與評定,並齣具權威的精度報告。 2. 復雜工程項目的坐標係統轉換與數據兼容性: 講解從地方坐標係到國傢坐標係(如CGCS2000)的參數化轉換方法,以及在不同軟件平颱間進行數據交換時,如何確保坐標、投影和高程基準的一緻性。 3. 成果可視化與專題地圖製作: 涵蓋地形圖、斷麵圖、三維剖麵圖的標準製圖規範。指導讀者如何運用GIS和CAD的集成能力,製作齣滿足施工方或規劃方需求的、具有清晰邏輯和標注的工程成果圖件,並探討三維可視化成果在工程匯報中的應用策略。 總結: 本書通過大量的工程案例和軟件操作流程指導,構建起一個橫跨傳統大地測量、現代空間信息技術與三維建模的實踐知識體係,確保讀者在離開書本後,能夠獨立承擔和完成復雜測繪工程項目中的關鍵數據處理與質量控製任務。