遥感导论期末复习资料梅新安版.doc

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1、 遥感导论复习资料1.遥感：广义：遥远的感知。狭义：应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。2.遥感系统包括： 3. 遥感平台：遥感中搭载传感器的工具 包括：地面平台、航空平台、航天平台(气象、陆地和海洋卫星系列)特点：大面积同步观测、时效性、数据的综合性和可比性、经济性、局限性、（多波段性）发展趋势：（1）遥感分析技术从“定性”向“定量”转变，定量遥感成为热点。（2）地理信息系统的发展与支持是遥感发展的又一进展和动向高光谱分辨率传感器是未来空间遥感发展的核心内容。应用领域: 资源调查与应用、环境监测评价、区域

2、分析规划、全球宏观研究4. 主动遥感: 运用人工产生的特定电磁波照射目标物，再根据接收到的从目标物反射回来的电磁波特征来分析目标物的性质、特征和状态的遥感技术。被动遥感:运用遥感器接收来自目标物的反射和辐射电磁波谱，并根据其特征对目标物探测的遥感技术。(被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射，使太阳活动对遥感的影响降到最低。)5. 电磁波谱：波长从短到长： 射线、射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波波段应用微波全天候全天时遥感，不受云雾影响，如侧视雷达远红外夜间成像中红外探测海面温度，获取昼夜云图近红外探测植物含水量以及云、雪，或用于地质制图可见光鉴别物质特征紫外线探测碳酸盐分布和油污

3、染的监测等高空遥感不适用黑体辐射：在任何温度下，对任何波长的电磁辐射的都全部吸收的物体的热辐射。大气散射:瑞利散射（d)与波长无关大气折射密度；大气反射云量6大气窗口：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段。光谱波段主要有 0.3-1.3um，即紫外线、可见光、近红外线波段，是摄影成像的最佳波段。7.常见地物反射波谱特性 特点：含水量高反射率低 (1)植物：可见光（0.40.76um）只反射部分绿光，近红外（0.70.8um）强烈反射 (2)土壤：无明显波峰波谷，土质越细反射率越高，有机质含量越高含水量越高反射率越低(3)水体：反射主要在蓝绿波段，其它波段吸收都很强

4、，近红外吸收更强。有泥沙：各波段均抬升；含浮游植物：近红外波段抬升(4)岩石：形态各异，没有统一的变化规律。8.摄影成像:传统摄影依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像；数字摄影则通过放置在焦平面的光敏元件，经过光/电转换，以数字信号来记录物体影像。图象特点：投影：航片是中心投影(即摄影光线交于同一点)。比例尺：航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比，称为像片比例尺。(包括平均比例尺、主比例尺)(3)像点位移：a.高差越大、距像主点越远、摄影高度越低，像点位移量也越大。9.扫描成像：依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬间视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性

5、信息，形成一定谱段的图象。与摄影图像区别：乳胶片感光技术本身存在着致命的弱点，它所传感的辐射波段仅限于可见光及其附近；其次，照相一次成型，图象存储、传输和处理都不方便。成像方式：（1）光/机扫描成像利用光电探测器解决了各种波长辐射的成像方法。输出的电学图象数据，存储、传输和处理方便。（2）固体自扫描成像具有刷式扫描成像特点。探测元件数目越多，体积越小，分辨率就越高。（3）高光谱成像光谱扫描图象是多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成，光谱波段覆盖了可见光、近红外、中红外和热红外区域全部光谱带。10. 微波遥感： 通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来识别地物的技术

6、。特点：能全天候、全天时工作；对云雨有穿透能力；对海洋要更有特殊意义；分辨率低但特性明显。11.雷达：是由发射机通过天线在很短时间内，想目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。（不同物体回波信号的振幅、位相不同，接收处理后，可测出目标地物的方向、距离等数据）12.遥感图像特征：（1）空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场或者地面物体能分辨的最小单元。（地面分辨率取决于胶片和摄影镜头的分辨率所构成的系统分辨率，以及摄影机焦距和航高）（2）波谱分辨率：指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，

7、分辨率愈高。（传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值）（3）辐射分辨率：指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。（某个波段遥感图像的总信息量与空间分辨率、辐射分辨率有关。）（4）时间分辨率：指对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率（重访周期）。（对动态监测很重要）13. 数字图象是指能够被计算机存储、处理和使用的图像。区别:模拟量是连续变量而数字量是离散变量。 （一幅影响通过扫描仪等设备送入计算机，就是对图形的位置变量进行离散化和灰度值量化） 遥感数字图像：以数字表示的遥感图像,其最基本的单元是像素.像素是成像过程的采样点,也是计算机处理

8、图像的最小单元.像素具有空间特征和属性特征（亮度值）特点：便于计算机处理与分析，图像信息损失少，抽象性强14.辐射畸变的原因：传感器本身误差，太阳高度及地形引起的辐射失真，大气对辐射的影响（减少图像的对比度，使原始信号和背景信号都增加了因子，图像质量下降）。辐射校正：（1）直方图最小值去除法：将每个波段中每个像元的亮度值都减去本波段最小值。（思想：如山阴、深水处辐射亮度应为0，但对应像元亮度值不为0，即为大气散射导致的辐射畸变量）（2）回归分析法15.几何畸变：遥感图像在几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地物大小对应不正确，地物形状不规则变化等畸变，即图像上像元在图像坐标系中的

9、坐标与在地图坐标系等参考系统中的坐标之间的差异。变形原因：遥感平台位置和运动状态变化 地形起伏 地球表面曲率 大气折射 地球自转 几何校正（配准）： 步骤：图像像元空间位置的变换；计算每一点的亮度值。重采样内插方法：（1）最近邻法：不破坏原像元值，简单，但精度为0.5个像元，亮度具有不连续性。（2）双线性内插法：对图像起平滑作用，使分界线变得模糊，但破坏了原数据。 （3）三次卷积内插法：精度高，计算量大，图像均衡化和清晰化，但破坏了原数据。 控制点（GCP）的选取：n次多项式，控制点数最少(n+1)(n+2)/2原则：（1）易分辨且较清晰的特征点，如道路交叉点，河流弯曲或分叉处，海岸线弯曲处，

10、湖泊边缘，飞机场，轮廓边缘等。（2）特征变化大的地区应多选些。（3）图像边缘部分一定要选取控制点，以避免外推。（4）尽可能满幅均匀选取，特征实在不明显的大面积区域（如沙漠）可用求延长线交叉点的办法来弥补，但应尽可能避免这样做，以免造成人为的误差。16.图像增强：（1）对比度变换（辐射增强）：是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量。 方法：对比度线性变换、非线性变换（2）空间滤波：是以重点突出图像上的某些特征为目的，通过像元与其周围相邻像元的关系，采用空间域中的邻域处理方法。 方法：平滑（均值平滑、中值滤波）、锐化梯度：反映了相邻像元的亮度变化率。边缘处有较大的梯度

11、值。用不同的梯度计算值代替边缘处像元的值，也就突出了边缘，实现了图像的锐化。滤波函数：a 低通滤波：用于仅让低频的空间频率成分通过而消除高频成分的场合，可用于噪声的消除。b 高通滤波：仅让高频成分通过，可用于目标物轮廓的增强。c 带通滤波：仅保留一定的频率成分，可用于提取、消除每隔一定间隔出现的干扰条纹的噪声。 （3）图像运算：两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增强，达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。 方法：a 差值运算：两个波段相减后的值，反映了同一地物光谱反射率之间的差，差值大的被突出出来。还常用于研究同一地区不同时相的动态变化，如监测森林火灾发生

12、前后的变化和计算过火面积b 比值运算：对应像元亮度值相除，以突出不同波段间地物光谱的差异提高对比度，对于去除地形影响很有效。常用于突出遥感影像中的植被特征、提取植被类别或估算植被量，这种算法的结果称为植被指数。（4）多光谱变换：可通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量；增强或提取有用信息的目的。本质是对遥感图像实行线性变换，使多光谱间的坐标系按一定规律进行旋转。17.信息复合：是将多种遥感平台，多时相遥感数据之间以及遥感数据与非遥感数据之间的信息组合匹配的技术。配准：采用几何校正，分别在不同数据源的影像上选取控制点，用双线性内插或三次卷积内插运算等对分辨率较小的图像进行重采样，完成配准。方

13、法：彩色合成、代换法。(1) 不同传感器的遥感数据复合彩色合成法【举例】SPOT和TM复合后，图像既保留了SPOT的空间分辨率，又保留了TM的光谱分辨率（较丰富的光谱信息）。TM影像有7个波段，光谱信息丰富，特别是5和7波段。SPOT数据就没有，但SPOT数据分辨率高，全色波段可达10m，比TM的30m和SPOT多光谱传感器的20m都高(2) 不同时相的遥感数据复合步骤：a 配准：利用几何校正的方法进行位置配准。b 直方图调整：调整成一致的直方图，使图像的亮度趋于一致，便于比较。c 复合：1）彩色合成方法，通过颜色对比表现变化2）差值方法，差值后可设定适当阈值，获得只有0与1的二值图像，以突出

14、变化（变化部分为1，非变化部分为0，或相反）3）比值方法，也可设定阈值，类别不变的地物一定接近于1，因此同样可利用二值图像突出变化。(3) 遥感与非遥感信息的复合步骤：a 地理数据的网格化: 网格数据生成；分辨率一致；与遥感数据配准b 最优遥感数据的选取：（如为使分辨率优化，可取SPOT全色波段；当用TM数据时，可用KL变换后的前两个波段，以减少数据量，保持信息量）c 配准复合：栅格数据与栅格数据：（非遥感数据与遥感数据共组成三个波段，实行假彩色合成；两种数据直接叠加，波段之间可作加法或其他数学运算）；栅格数据与矢量数据：（只要坐标位置配准，栅格数据与矢量数据也可以叠加，如在遥感影像上加上行政

15、边界或等高线等。不同层面的复合，可以分别显示，也可以一起叠合显示）意义：多源信息复合实现了遥感数据之间的优势互补，也实现了遥感数据与地理数据的有机结合。这种复合的意义决不仅仅提高了目视解译的效果，更重要的是在定量分析中提高了精度，扩大了遥感数据的应用面，具有很大的实际意义。18. 目视解译：指专业人员通过直接观察或借助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。直接判读标志：色：色调、颜色、阴影；形：形状、纹理、大小、图形；位：位置、相关布局等间接判读标志：目标地物与其相关指示特征；地物及与环境的关系（植物）；目标地物与成像时间的关系（季节）（标准假彩色合成：在TM影像的7个波段中，当4（

16、近红外）,3（红）,2（绿）波段被分别赋予红、绿、蓝色）（真彩色合成：选择同一目标的单个多光谱数据合成一幅彩色图像，当合成图像的红绿蓝三色与三个多光谱段相吻合） 目视解译方法：（1）直接判读法：根据直接判读标志，直接确定 （2）对比分析法：包括同类地物对比分析法，空间对比分析法和时相对比分析法。 （3）信息复合法：利用透明专题图与遥感图像重合，根据专题图或者地形图提供的多种辅助信息。 （4）综合推理法：综合考虑遥感图像多种解译特征，结合生活常识，分析，推断某种目标地物的方法。 （5）地理相关分析法：根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存关系，相互制约关系，借助专业知识，分析推断某种地理要素性

17、质类型状况与分布的方法。目视解译步骤：目视解译准备工作阶段；初步解译与判读区的野外考察；室内详细判度；野外验证与补判；目视解译成果的转绘与制图19.常见遥感扫描影像：波段MSSTMSPOT特性应用蓝色1对水体有透射能力区分土壤和植被、编制森林类型图、区分人造地物类型绿色421探测健康植被绿色反射率区分植被类型和评估作物长势，区分人造地物类型红色532测量植物绿色素吸收率用于植物分类、城市研究，区分人造地物类型近红外6、743测定生物量和作物长势区分植被类型，绘制水体边界、探测水生物含量、土壤湿度短波红外54*探测植物含水量以及土壤湿度区别云与雪热红外86探测物质自身热辐射的主要波段绘制热分布制

18、图，岩石识别和地址探矿等短波红外7探测高温辐射源监测森林火灾、火山活动等，区分人造地物类型。全色全色分辨率为10m调查城市土地利用、区分城市主干道、了解城市发展状况MSS（多光谱扫描仪): TM（专题制图仪）：（1）光谱分辨率：7个波段，比MSS图像增加了蓝色、短波红外、热红外三个波段； （2）辐射分辨率：双向扫描，改进了辐射测量精度 （3）地面分辨率：分辨率30m SPOT：全色波段地面分辨率10m，多光谱辨率20m；可获取统一地区的立体图像。20. 遥感影像地图：是一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况的地图。特点：丰富的信息量；形象直观；具有一定的数学基础；现

19、时性强计算机辅助制图：是在计算机系统支持下，根据地图制图原理，应用数字图像处理技术和数字地图编辑加工技术，实现遥感影像地图制作和成果表现的技术方法。21.图像分类原理：基于数字图像中反映的同类地物的光谱相似性和异类地物的差异性。基本过程：分类预处理（校正与配准），特征选择（提取），分类，分类后处理（包括精度评价），专题图制作监督分类：根据训练场提供的样本选择特征参数，建立判别函数，进行分类别。关键是选择训练场地。优点：简单实用，运算量小。缺点：受训练场地个数和典型性的影响较大。训练场地要有代表性，样本数目要能够满足分类要求。非监督分类：不需要更多的先验知识，仅凭地物的光谱特征规律进行盲目”分类

20、。优点：事先不需要对研究区了解，不需要更多的先验知识，减少人为因素影响，降低成本。缺点：运算量大。根本区别：是否利用训练场地来获取先验的类别知识。适用：当两地物类型对应的光谱特征差异很小时，监督分类效果好。 当光谱特征类能和唯一的地物类型相对应时，非监督分类效果好。问题：未充分利用图像提供的多种信息，提高分类精度受限22. 遥感图像多种特征抽取：（1）地物边界跟踪法（2）形状特征描述与提取（3）地物空间关系特征描述与提取23. 遥感图像解译专家系统：是模式识别和人工智能技术相结合的产物。它用模式识别方法获取地物多种特征，为专家系统解译遥感图像提供依据，同时应用人工智能技术，运用遥感图像解译专家

21、的经验和方法，模拟遥感图像目视解译的具体思维过程，进行遥感图像解译。组成：图像处理与特征提取子系统；遥感图像解译知识获取系统；狭义的遥感图像解译专家系统。计算机解译技术发展趋势：（1）抽取遥感图像多种特征（低、中、高三个层次像素、特征、空间关系）（2）逐步完成GIS各种专题数据库的建设，利用GIS数据减少自动解译中的不确定性24. 水体遥感的光谱特征：水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别在近红外波段，吸收更强。但当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。水中含泥沙时，可见光波段反射率会增加，峰值出现在黄红区。水中含叶绿素时，近红外波段明显抬升。传感器所接受的辐射包括水面反射

22、光、悬浮物反射光、水底反射光和天空散射光。水体识别的内容：水体界限、悬浮物质的确定；水温、水深、水体污染的探测。【特点】泥沙多反射率高，叶绿素增加绿光波段反射率增高、近红外波段呈灰色明显抬升。25.居民点判读.城市居民点：房屋稠密，面积较大，建筑物排列整齐，能判读建筑物的形状、高度和周边环境。农村居民点：小而分散，有农田包围，能判读居民地的外形和面积及通向居民地的道路。26. 植被遥感：提取植被信息；监测植被的长势；估算产量。应用：大面积农作物的遥感估产，植被制图，生态资源与评价。27. 3S是全球定位系统GPS、遥感RS和地理信息系统GIS的简称。应用：在车辆导航与车辆监控系统中的综合利用；

23、在海洋渔业资源开发中的综合利用；在精细农业发展中的综合利用；在土地研究中的综合利用；在全球变化研究领域中的综合利用。地理信息系统：是在计算机的硬件和软件的支持下，运用地理信息科学和系统工程理论，科学管理和综合分析各种地理数据，提供管理，模拟决策规划预测和预报等任务所需要的各种地理信息的技术系统。基本功能：地理数据的采集 、管理功能；空间分析与属性分析功能；地理信息的可视化表现应用：资源调查、数据库建设与管理、土地利用及其与适宜性评价、区域规划、生态规划、作物估产、灾害监测与预报、精确农业等方面得到广泛应用。全球定位系统：利用多颗导航卫星的无线电信号，对地球表面某点进行定位报时或对地表移动物体进

24、行导航的技术系统。作用：精确的定位能力和导航功能；准确的报时及测速能力应用：军事、民用交通（船舶、飞机、汽车等）导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地综合利用、精确农业以及日常生活等不同领域。遥感技术：应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析揭示出物体的特征及其变化的综合性探测技术。应用：植被资源调查、气候气象的观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量检测、交通线路网络与旅游景点分布等方面。遥感技术在3S中的作用：GIS数据库的数据源；利用遥感数字影像获取地面高程，更新GIS中高程数据。3S间的关系：（1）GIS为RS、GPS数据提供了良好的工作环境（工作平台）；（2）RS、GPS是GIS的数据源；（3）RS能够及时更新GIS数据库的高程数据；（4）GPS能够为RS提供几何纠正控制点数据；GIS相当于中枢神经，用于存储、查询、分析、模拟、输出地理空间数据为遥感技术的应用提供强有力的工具；RS相当于传感器，具有强大的信息采集与获取能力，是GIS的重要数据源和更新手段；GPS相当于定位器，其全球性、全天候、高精度的实时导航功能为GIS、RS提供精确的空间定位信息。三者的结合，在资源调查与合理规划利用、环境监测、自然灾害动态监测与防治等领域以及工业、农业、交通、军事、通讯等行业和部门得到了广泛深入的应用。