3S综合实习报告

1、ri心s E耳巧r成绩F国农业大学实习报告（2015学年夏季小学期）报告题目:3S综合实习报告课程名称:3S综合实习任课教师:段增强刘忠级:资122班口号:1208140515名: 3S综合实习报告研究区域概况及任务本次实习区基本位于上庄镇范围内， 处于北京市城市功能拓展区、中关村国家自主创新示 范区的发展区，属于海淀北部的城乡结合部。就发展趋势看，海淀北部新区四镇以京包路为 开口成马蹄形向东开放，上庄地处海淀新区规划发展的最前沿，南部地区位于海淀新城中 部的核心区域，地理位置开放，区位优势明显。本次实习各小组确定测量点后进行测量，之后各小组的测量点，分别进行图像的几何纠正、 图像融合以及影像

2、的解译。2.5米（图1）和10米的图像（图2）， 10米分辨率图像为老师提供的原始图数据来源本次采用的为SP0T-5卫星拍摄的分辨率分别为经班长进行几何校正,2.5米分辨率图像由老师提供， 像。米分辨率图像图 2 2.5图1 10米分辨率图像技术路线和软件系统本次实习使用ENVI5.1和Arc Map10.2进行，具体技术路线如下：运用ArcGIS中Spatial Adjustment中转换方法进行仿射，对 2.5米原始影像进行坐标点纠正。通过ENVI进行先进行图像配准，再采用 Gram-Schmidt方法进行图像融合，最后目视解译， 进行监督分类，完成图像处理。数据处理过程及结果数据处理过程

3、1.1影像配准1.1.1用ArcGIS的Spatial Adjustment对2.5米分辨率图像进行几何纠正，方法选择“仿射”， 点击置换连接工具，单击被纠正要素上的某一个点，并且在基准要素上选择对应点，从而建 立起一个置换链接。重复该步骤，至少建立三个链接。注意链接点选在要素特征点上，如拐 角处，点位尽量均匀分布。1.1.2加载两张图像，点中10米分辨率的图像，右键点击 Cha nge Ba nds,改变波段形成红、 黄、蓝三色。（图3）代2L2. ii 10丁-/g r.KwrahiThi z丁石9.1 bill! 0J i WbiiiiTO 1. .17 J-UiiR d.出）ft澤靱U

4、E：iC3旦 n Ibu ib Linj jujuIzh iicj 甲 IXuihgJMftW A图3改变加载图像波段1.1.3 在工具栏中点击 Geometric CorrectionRegistrati onRegistrati on image to image选择2.5米分辨率图像为base图像（图4）, 10米分辨率图像为warp图像。r4-J也沁toliZS4i T IhJ.Q imlMMiiaalL ni V| - I 屮 ZkT.q.ben l-JJ:*1 lift fMUhdh IM hOl lui II n lui lb, n iMj ih2 U 1.111.luJ. Ik

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7、Loi-灯44l-L-Lztib Fur衣3；Ez-aLni tL4points hfca-4 lu-pbo 丫曰 行R-it Lipli n花-Bi liBLBtjckffaunl vint finin 口上中JLr 4a“al.-IIIf 亡I. Clu 斎 It12flLTppdr Ld-Fl T-LIiTiifeu【oTfc*必“i 俎D.TO2WL424Fiiit DviFLUjIl叫Ica-hvic TOKC-ui:d5图像配准参数设置1.1.5通过人工选点进行图像配准，选点时要注意不要找立交桥、楼房，避开阴影处，地势平坦的的交叉路口可以进行优先选择。（图 6）最后通过选点，将所有

8、点 RMS（均方根误差）控制在1以内。（图7）1 Tf Zn 口 rYy固 rl 鮎Z l-n-2MiWcJ.ntH：lJ 酌Z RO【赳GkclL0片口_1;282泗卫迪 irngd. 卜牯i；M22 Lnharsv I oak 1r-jwA赛.Jtff.、巧禺嘗蟄gRs3图6人工选点1.2影像融合Flic 口 EL?ti 口 r；ir fcu vn尸 rdiciL t Err- X | Error 11 M3 丨1*ltLfl6J. T(i&eLleM3wei6e71-0. 3L65D. D6ffiO. 3CK+IHE2Z1U3CTLWIU 匹QEGO. bULTD. 444.阳DU1ir

9、3+Lfl33 T|1仲TLiflK4rw ic?HPWK-n4 77： TflpnMta. TiKTESTSO. L57O. 459So. ie*e+zioa Ta丘口 =a=L=口 A 丘口 =g3M-n SDAL-!M OTlOM旳名耐ITTC lOMOKI-0 OSIOp如E4 Hau#7tLfiTe.-re1聞501976弓HKl聞2lfD.昂06-0 T6lD.旧+zssfl-.oa2D LBs弓JZ5C口 3SI2DLB口SKO. EX3Z-口 =Z4=0. ZHBiT#y+LAW 251叭匚ODIflW1丁4EKPD. WW*1 口 291.OOIftT：弓IIISHeieci

10、eTjeee-o u日qoD. 4982O.帕初*L1403 MIPEDTSJEFTLPEDcam-口 STDQ-口 L-as0. 593L*M3Z- W20 LODSOKTFTrOTLS03rTO. KED. W71So. 75ee*l+凸qq.IEie3Oqfl”TOMieso0320.铀-Q Rtzre-O.阳 Li*L*E：ET oalaaaS口ZB2TSTTFiaSCLJ=a. ETa-口 =07 =a. ESEST1993- B20旳下吕Lewd94D. W4-3o.o.期wl專+LAST. T5SD1回:wt-Q 5eso-Q 乌M*O. MM#L7*44 日口igcBs 口二口

11、 4斗ssx igcB 5CFO. EE9041 45U41. q=?T*LB4E3 加SO167350如0+PieT3D.临45D. B6Mw：*.2S1 丁曲SDSaSS191E-D 49:9O. 3lO. &7q!so口3 TSIB4BES2003TZM IB4B= L0q-口 口 LE?k ECEQa ECU.at. *1 * t * J UfN Hbd* J-LKi图7将RMS$制在1以内图像融合的方法有Brovey （红绿蓝替换法）:E 一 f r.単丫 一； _- _Gram-Schmidt法、HSV（色相饱和度亮度法）和PC （主成分分析法）。分别采用这四种方法进行影像融合如下

12、:1.2.1 Brovey（红绿蓝替换法）点击 Image Sharpening Color Normalized选择低分辨率影像为配准影像，高分辨率影像为全色2.5米分辨率影像（图8），得到融合后的影像。Slul Ispnl find：I - 口 turp ffdl hxLit ilkyr_3:2S * : Tirp :HI IfliLxi- iXfty.r-.qiZB土砌 Infif- 0lEtaid Ii.瀛it I oil-毎阳方阳丄Lb JH二冊I口 HH liiLzt；-PCI lxi c- BH hiLit1 $ liD Iblia7wj捽啊漏 CLkV 也海iiyw-MSSDz

13、ea 讶 aiywJ.ESflEBfl 海亍B JOJ Idf cm-La dFlI. E J【己曲途用艳耳m何fl?正后 Dl.- zjw X lbo? X Bsq le Irtij 3,Sl-l6S byi.41 ftlT Ttiw : m*Smtlt TrpF lphMT-ByLa Drbr : Kax CIdI !)Fj-3jilL4b : (F40Cr4biE LrL/lAftMl心:looms X 0 H)W35 hcrttihr# .碍时ILh T-anpUppv Li Ft Cn-DH- L, I Drttj-ipU*: iJRhTJJF TjU lBpMftri-1 iiil

14、o EHVI Tqi Sit W L5 50 W 01?ll令Htid. EiAj.L I JJl SctTM图8选择相关影像1.2.2 Gram-Schmidt 法点击Image Sharpening f Pan Sharpening，选择低分辨率影像为配准影像，高分辨率影像为全色2.5米分辨率影像（图9）,得到融合后的影像。图9选择相关影像1.2.3 HSV （色相饱和度亮度法）点击Image Sharpening f HSV Sharpening,选择低分辨率影像为配准影像，高分辨率影像为全色2.5米分辨率影像（图10）,得到融合后的影像。囲Hig込隆n咧些酬gSXSBBuudx Lil

15、t.hbctln口 Twp mi l*i 菲 Hie Id 0 Uixryl 3 CUIMI ODIMISlul Ispiil find： 厂口 tlFp ffdl IhXLIt Ilk7+f_3：?6 亠 I TutliiLxi- ilrvirI1.2.4 PC点击r： Tttp 口 Tvp n Tg 口 TirtfctlLEtRtli E4EbiLe4a_4cR:EffiE6酩CL 网口.ZWfi備-菲虫Infi AILJiElH!lTh. RCHT 中 R0IV 中 KHEfXlEIB/ixaciDLfei： SWS K j號4 By)11 OK HI（主成分分析法）Uyir_ 260曲

16、肖淀鼻.瀛ic I nil-0 zsce阳1 丄Lb JBE L冊I b屛 :-W. llILZt ； PCI lxi c - BH 血“ 4a7wj KffiMSSLiyH-_3：SSDZ6a3q图10选择相关影像Image Sharpening f PC Spectral Sharpening分辨率影像为全色2.5米分辨率影像（图11）冏Ihioiirtion Multi QjrT Input FilShltcL bvi. Fill ttLE沁討泗越 Gr士占4l机.以5】诙时溯時FI迺B曹四B?1 EflWrlSfiKI J tfnErlSOTxL I .0 0nEia7： I cacm

17、iiWJTii) I UH他 IBOTi 呂 teCWttlKJTjOpQI G同 Zj叶 1 氐TjflICSCmfliWJTil) eOTtzlBOTiB) 也E4tt3BDbl csf伽 eoTiS)H *山心 SuLt.L I Ml SroL*Filh InEonUieo.2DH I一_八EB/L 时FLLE SluFill ThT+ finiH* Tti 张“ Drdilf :Piil-Dlu*:r】Tictb 中Fr IFl C huUpkL姬：EilLlU-lILM. hd-GidL i-ibod ftad kp-it时biliMir Tui DG 22 I勺：SOISI盼X *

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19、画 血叩byl4iHff *XshE CIdI il)Gtf4hid LrL/lAft aOWCE 0 000035 Btcrt9 TCS-eiT-ani选择低分辨率影像为配准影像，高得到融合后的影像。芥?: 號chlijE Ittd.-E T*j:严伽：c IT:-IPW. BhShn W. Ets:n (HJI Rmjk (nn Fimre,If 陽叫:nE.-c:N崭止 日耐血2居dk ipc 匚 BH 亦i “ QjitctJ-33005；D Hff Ri=t T/彌删_ :r HU E*ti“如5：_ B-iiT n.-r4hhb：町【西电用甑|川穢正戲盜(JlC-旳布H聞I I 呵

20、 吟弭工枫*畀対5Till Tjpt TJT3*nsir Tn+. IWijnn皿 Crdu- . Lal (WillTrojkdliu .白岬岫ir Lkl/Lco.t.tl : 0.0Dnfl DOWOJ1Dili* - IGIiHTflirLb. FcmIpVfT Lt Cn- 1,1Ino-LpUin. rID-TTFr TaliLEVV. mfl iTii W L5.H1 K3ME图11选择相关影像1.3影像解译1.3.1目视解译目视解译主要是主要根据颜色、亮度、形状和纹理，目视解读调查区的主要地物类型。（图12）图像类型颜色亮度形状纹理农村 建设用地白色、灰白色亮度很高块状、斑块状

21、白色条状纹 理，为农村道 路耕地浅棕色、深棕 色、墨绿色亮度较咼规则的块状深灰色条状纹 理n林地墨绿色、深黑色亮度很低块状或条状内部颜色呈斑点状坑塘水面深黑色、浅蓝色亮度很低块状、条状、线状无明显纹理公路灰色、深灰色亮度较低条带状两边有白色纹 理或深黑色纹 理，为护栏或 护路林。图12目视解译标志1.3.2图像分类（1）ROI （感兴趣区）的选取进行感兴趣区选择，具体地物颜色设定如下（图点击 File TRegion of Interest Tool堆PiffleT丿图13不同地物颜色设定通过不同颜色进行选取后形成以下图像（图14），将图像导入n维可视化界面，旋转图像，通过新建一个class将

22、所有像元每个集群分隔开（图15）。3S:蹙-二圧总整;：三种方法都是在工具栏Classification中选取，弹出的界面基本一致都要设定输入文件图14选择感兴趣区后的图像:W-丿J- 坨|施 ,S-、-图15导入n维可视化并处理图像（2）监督分类实习采用监督分类的方法，以 Gram-Schmidt形成的图像为基础，分别使用最大似然法、最小距离法和平行管道法，以求进行处理结果的对比。（图16），从而获得处理后的图像。汕対PahVbdtO虫竺90测空Ml I UE WDBCTieI 1叫Filfl lbWBhLig. niH(- LnMWiLLUpH乳 Ea 74 跡 冏 kzR Cirti L

23、.E,B3 hrtii PhlR Thr Fni 寺EUjitM Jriucr End IUbmi.Eri Orbr bih (EiAiL FnjirTLRL &-Difkic LihfLii.TlmLQ flDpnB PHfTHHIEublijS 如ItnLRCfth. Iru 衲r Lh C4i*h4i* L.LNlfTLprLriL IIhnK iR JUhh-itikiLirnruiW I Mi图16最大似然法弹出的对话框数据处理结果及分析2.1图像配准时设定多项式为2次多项式，所有35个点的RM（均方根误差）均小于1,配准 后的图像结果如下图（图17）。:AZi* - 二 Wr, a

24、 心-一二二图17图像配准结果Brovey法、Gram-Schmidt法、HSV法和PC方法对图像进了处理。图19 Gram-Schmidt法处理的图像图20 HSV法处理的图像图21 PC法处理的图像2.2图像融合结果 本次实习操作依次采用了（图 18、图 19、图 20、图 21）疔MMzy I 暗.Ji 有科F,_ - 7 ; 宀 V._述0弋% - 冲 1 -. 一一 I豎讯、t 1寸L 9 a &二.-42 /冷-寸2*-r 一F S-图25平行管道法图像i厂一I*,-. -v -圖（从左到右依次为五种地物、.；鮭j .=四种地物 =+益g 一.眉:V .审（不含公路）和三种地物（不

25、含坑塘、公路）根据上述三种方法进行的监督分类，通过最大似然法获得的分类影像无法掩蔽前述融合影 像的影响，两个图像互相影响的程度比较大，对于坑塘水面和林地的光谱分辨较差，因而出 现了比较多的混杂现象，对于农村宅基地的凸显较好，基本轮廓都显示出来。最小距离法比较好的掩蔽了融合影像形状的影响，突出问题是耕地、林地和坑塘水面的辨析度较差，在五种地物都具有时，对于公路等轮廓线显示的很好，不含公路的第二张图中， 对于林地位置显示的比较准确，说明公路和林地的色彩还没有完全分开。在只含有耕地、林 地和农村宅基地的图中，对于农村宅基地的显现最好，基本上一些村内的农村居民聚居地都 有所显示。平行管道法在本次实习操

26、作中效果最为不佳，全图整体呈现黄色，除了部分道路和农村宅基地以红色呈现外，没有其他特别的地物类型。在五种地物都有、四种地物、三种地物变换 中，图像基本没有变化，表明平行管道法的光谱分辨率效果不是很好。相关问题分析图像配准的问题1.1在对2.5米分辨率图像进行几何纠正前，对于控制点的坐标点测量存在很大误差。 两天设 定的基准站坐标位置有所偏差，各小组实际测量时对于气泡水平居中的掌控不够好。1.2时,在内业进行实际配准时，产生了一些问题。将全色波段2.5米影像与多光谱波段进行配准 只是以多光谱的一个波段作为标准（图24），存在色彩匹配的偏差。Warp Banti M或chi学Select warp

27、 band to use for matchingBOI R让色（Liyer_l: 80269海建 10. i*）BCI Resize （Layer_2:曲CE旳海淀 10. iag）0I Ri re （Layer JJ;朗0069海淀 10. ic）SCI Resize （Liyer_4:西磁g建建 10. me：）图 24 选择 warp band在融合过程中，选择多项式次数为2,经过后期实验，当多项式次数为1时产生平移效果,25）。QE Cic1.3多项式次数为2时发生了扭曲，这也是导致后来图像配准后发生图像扭曲的原因（图在次数为2时，进行了多次实验，无论 RMS是否小于1,均会发生相应

28、的扭曲现象。Q-：0 =r 0 Z n 龜厘 /畫一帝，盖-一也* ：*氏-.，爭篆巧.1. .I r.A- d.-f-_:0工斶-ZA；孔宁7、JL 汇 t !-g -心:、Bn-I-IV齐H图25多项式次数为1时配准图像图像融合的问题图像融合中采用了多种方法，包括 Brovey法、Gram-Schmidt法、HSV法和PC的方法，这 些方法产生的图像，与其本身处理方式有关。Brovey 方法：该方法对彩色图像和高分辨率数据进行数学合成，从而使图像锐化。彩色 图像中每个波段都乘以高分辨率数据与彩色波段总和的比值。函数自动地用最近邻、双线性 或二次卷积技术将彩色波段重采样到高分辨率像元尺寸。输

29、出的像元与高分辨率数据像元大 小相同。Gram-Schmidt 方法：该方法可以对具有高分辨率的高光谱数据进行锐化。第一步，从低分 辨 率的 波谱 波短 中模 拟 出一 个全 色波 段。 第 二步 ，对 该全 色波 段 和波 谱波 段进 行 Gram-Schmidt 变换，其中模拟的全色波段作为第一个波段。第三步，用 Gram-Schmidt 变换后 的第一个波段替换高空间分辨率的全色波段，最后，应用 Gram-Schmidt反变换构成pan锐化 的波谱波段。HSV方法：该方法属于一种颜色变换融合方法，就是把标准的RGB图像变换为色度H、和度S和亮度V图像。PC方法：用PC可以对高空间分辨率图像进行锐化，第一主成分是其他波段加权和。以上四种方法的不同处理方式， 使得图像处理后亮度、饱和度等方面产生很大的不同， 别是图像表面有一层蓝色的不规则图形，是图像融