云南农业大学遥感导论配套遥感复习_权威

1、第一章 遥感概述1、遥感定义：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征记录下来，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。 空间遥感过程的完成往往需要综合运用遥测和遥控技术。2、传感器是指收集和记录目标物电磁辐射能量信息的仪器。3、遥感平台：是装载传感器的运载工具，有地面平台（遥感车、船、手提平台、地面观测台等），空中平台（飞机和气球）和空间平台（人造卫星，宇宙飞船等）4、遥感分类（1）按平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感和航宇遥感。（2）按电磁波段分：紫外遥感（0.050.38m）；可见光遥感（0.380.76m）；红外遥感（0.761000m）；微波遥感（

2、1mm10m）；多波段遥感（多光谱遥感）：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。高光谱遥感：探测波段在可见光波段和红外波段范围内划分成非常窄且光谱连续的波段（几十到上百个）来探测目标。（3）按传感器的工作方式分：主动遥感和被动遥感，成像遥感与非成像遥感主动遥感：传感器主动发射电磁波能量，并接收目标物的后向散射信号。 被动遥感：传感器不向目标发射电磁波，仅被动的接受目标物体的自身发射和对自然辐射的反射能量。（4）按领域分5、遥感系统：被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输和记录、信息的处理和信息的应用。6、遥感的特点1 大面积的同步观察 2 时效性（获取信息快，

3、更新周期短，具有动态监测特点）3 数据的综合性和可比性好4 经济性较高5 一定的局限性 6 约束少：不受地利条件限制、交通、国界等限制。7、遥感发展简介：无记录地面遥感、有记录地面遥感、空中摄影遥感、航天遥感、8、遥感的任务：1、对地观测 2、判断地物的光谱、时空、属性进行定性定量和定位分析 3、地物的区分与分类 4、目标的识别第二章 电磁辐射与地物光谱特征1、 电磁波：电磁振动的传播2、 电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，构成电磁波谱.（P15，P17）3、 绝对黑体：对任何波长的电磁辐射全部吸收。 吸收率，反射率，与波长与温度无关。 黑色烟煤、恒星、太阳 绝对黑体

4、4、 电磁波性质：A：横波 B：在真空中以光速传播 C：具有波粒二象性 D：满足 f l = c E=h f / h=6.62610-34 J/s f频率 l波长 c光速3108m/s5、 电磁辐射的度量：辐射源：任何物体都是辐射源辐射测量：辐射能量：电磁辐射的能量，单位：J；辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能量，=dW/dt, 单位是W；辐射通量是波长的函数，总辐射通量应该是各谱段辐射通量之和或辐射通量的积分值。辐射通量密度(E)：单位时间内通过单位面积的辐射能量，E=ddS，单位：wm2，S为面积。辐照度(I)：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，I=ddS，单位是Wm2。S为面积

5、。辐射出射度(M)：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，ddS，单位Wm2，S为面积。辐照度(I)与辐射出射度(M)都是辐射通量密度的概念，不过I为物体接收的辐射，M为物体发出的辐射。它们都与波长久有关。6、结合图叙述黑体辐射两个定理：斯忒藩-玻尔滋蔓定律：p20 绝对黑体的辐射出射度与其温度的4次方成比例： 其中 =5.6710-8W/(m2k4）维恩位移定律：p20,注意p20图2.7和p21表2.2黑体最强辐射的波长与其温度T 成反比： b=2.89810-3mK(黑体辐射的三个特性)：(1) 辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；(2) 温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线

6、不相交；(3) 随温度升高，辐射最大值向短波方向移动7、实际物体的辐射 基尔霍夫定律：在给定温度下，对于给定波长，所有物体的辐射出射度M与吸收率的比值相同，且等于该温度和波长下理想黑体的比辐射率。与物体本身的性质无关。M11=M22=M0=I（0a1） 比辐射率=MM0 /实际物体辐射与黑体辐射之比8、p23 例1，例2 计算题9、描述图2.11太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线。 太阳光谱相当于6000K的黑体辐射； 太阳辐射能量主要集中在可见光，其中0.38 0.76 m的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 m左

7、右； 到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 3.0 m波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外； 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减； 各波段的衰减是不均衡的。10、大气吸收: 大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带。 对流层 平流层 电离层 大气外层O2吸收带0.2m，0.155 m最强O3吸收带0.20.36 m，0.6 mH2O吸收带0.50.9 m , 0.952.85 m，6.25 mCO2吸收带1.352.85 m, 2.7 m,4.3 m,14.5 m尘埃吸收量很小大气的吸收作用：大气中各种成分对太阳辐射吸收的明显特点是：吸收带主要位于太阳辐射的紫外和红外区

8、，而对可见光区基本是透明的。（但大气中含有大量云、雾、小水滴时，大气散射会使可见光区变得不透明）11、大气散射散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开称为散射。（实质是一种衍射现象，故只有当大气中的分子或微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生） 散射不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 散射主要发生在可见光区。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。（因为大气散射集中于太阳辐射能量较强的可见光区） 散射干扰了传感器的接收，降低了遥感数据的质量，造成图像模糊不清（因对遥感图像来说，大气散射使部分辐射能改变了辐射方向）。散射强度可用散射系数（）表示，散射系数与波

9、长（）的关系：其中 为波长的指数，它由大气微粒直径的大小决定。大气发生的散射主要有三种 瑞利散射：（实例：晴朗的天空呈碧蓝色，日出日落（朝霞和夕阳）太阳呈橘红色）条件：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射（d ）发生的散射。特点：散射强度（或散射率）与波长无关。即在符合无选择性散射的条件的波段中，任何波长的散射强度都相同。实例: 人看到的云和雾是白色的，就是无选择性散射的结果。原因：云雾的直径虽然与红外线波长接近，但相比可见光波段，云雾中水滴的粒子直径就比波长大很多，因而对可见光中各个波长的光散射强度相同，所以人们看到的云雾呈白色，并且无论从云下还是乘飞机从云上看都是白色。三种散射的比较

10、: 散射都造成太阳辐射的衰减； 散射与波长密切相关，散射强度（以散射系数代表）与波长的定量关系各不相同；特点各异；三种散射发生的成因不同； 相同的大气状况，同时会出现各种类型的散射（太阳辐射是连续光谱，包括电磁辐射各个波段）； 各种散射发生的波段范围的差异：瑞利散射主要发生在可见光、近红外波段；米氏散射从近紫外到红外波段都有影响（红外波段的米氏散射影响超过瑞利散射）；无选择性散射如云层中小雨滴对可见光的散射。12大气折射：传播方向发生改变。折射虽只改变电磁波的方向，不改变强度，但会导致传感器接收的地物信号发生形状和比例尺的改变。13大气反射：大气反射主要发生在云层顶部，取决于云量，各波段均会受

11、其影响。14大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段称为大气窗口。大气窗口波段透射率/%应用举例紫外/可见光/近红外0.31.3 m90TM1-4、SPOT的HRV近红外1.51.8 m80TM5近-中红外2.03.5 m80TM7中红外3.55.5 mNOAA的AVHRR远红外814 m6070TM6微波0.82.5cm100Radarsat 15太阳辐射与地表的相互作用（即地球辐射分段特征）可见光与近红外：0.32.5um,地表反射太阳辐射为主，中红外：2.56um，地表反射太阳辐射和自身热辐射，远红外：大于6um，地表物体自身热辐射。16 反射率与反射光谱反

12、射率：物体反射的辐射能P与总入射能量P0的百分比：=(P/ P 0)100%。 地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。反射率光谱曲线：反射率随波长变化的曲线。地物光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。 不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙漠、湿地、小麦的光谱曲线（异物异谱） 同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害（同物异谱） 岩石的光谱曲线 土壤的光谱曲线 水体的光谱曲线水体的光谱曲线（1）水体的反射主要在蓝绿光波段(透射也在此波段)，其他波段吸收都很强，特别是到了近红外波段，吸收就更强。故此，在遥感影像上，特别是在近红外影像上，水体呈黑色。2

13、）当水体含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。土壤的光谱曲线：自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值。一般规律：1 土质越细反射率越高；2有机质含量和含水量越高反射率越低；3 土类和肥力也会对反射率产生影响；第三章 遥感成像原理与遥感图像特征3.1 遥感平台：根据工作平台相对于地面的高度，可分为地面平台、航空平台和航天平台气象卫星系列：3个发展阶段第一代：20世纪60年代 TIROS、ESSA、Nimbus、ATS第二代：1970-1977年 ITOS-1、SMS、GOES、GMS、Meteosat 第三代：1978年以后 NOAA系列特点： 轨道 ： 低轨：800km 1600km

14、 太阳同步轨道（极地轨道） 高轨：3600km 地球同步（静止） 短周期重复观测 静止气象卫星0.5小时1次；极轨卫星如NOAA等约 051天次。 成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量 ，分辨率低 资料来源连续、实时性强、成本低 应用领域：天气分析和气象预报、气候研究和气候变迁的研究、资源环境其他领域陆地卫星系列（地球资源卫星）：成像周期长，精度高 Landsa5和Landsat7 太阳同步的近极地圆形轨道 Landsat TM即专题制图仪，是一种改进型的多光谱扫描仪 SPOT：地球观察卫星系统 太阳同步圆形近极地轨道 CBERS：中巴地球资源卫星 其他陆地卫星：Skylab、

15、HCMM 高空间分辨率陆地卫星; 美国 IKONOS-2、快鸟（Quickbird）和轨道观察3号（OrbView3）海洋卫星系列 海洋遥感的特点：需要高空和空间的遥感平台、以微波为主、电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段的一条新路、海面实测资料的校正 Seasat 1：近极地太阳同步近圆形轨道、卫星是装载5种传感器，其中4种是微波传感器。 “雨云”7号卫星（Nimbus-7） 太阳同步极地轨道、监测大气的同时带有专测海洋信息的传感器 日本海洋观测卫星（MOS1） 太阳同步轨道 ERS（欧空局） 太阳同步的极地轨道卫星系统 加拿大雷达卫星（RADARSAT） 3.2 摄影成像1、摄影

16、机：分幅式摄影机、全景摄影机（缝隙式摄影机、镜头转动式摄影机（物镜、棱镜镜头）、多光谱摄影机（多相机组合型、多镜头组合型和光束分离型）、数码摄影机 2、按像片倾斜角分类：垂直摄影水平像片/垂直像片 倾斜摄影倾斜像片垂直摄影与倾斜摄影示意图 投影面倾斜的影响：3、垂直投影与中心投影的区别 投影距离的影响：比例尺：（1）已知焦距f和航高H，则比例尺1/m=f/H；（2）已知实地A、B两点间的距离为AB，像片上的距离为ab，则比例尺1/m= ab/ AB。计算比例尺时应将分子化为1。 地形起伏的影响4、投影差；因地形起伏引起的像点位移，成为像片投影差；对应在地面部分为地面投影差。5、在中心投影的像片

17、上，地形的起伏引起平面上的点位在相片上位置的移动，这种现象即像点位移。 为位移量；h为地面高差；r为像点到像主点的距离oa；H为摄影高度=hrH6、像点位移及其计算公式（p61-63）。像点位移是有正负的6、 采样：把时间域或空间域的连续量转化成离散量的过程。量化：把采样获得的平均值（亮度值）按照一定的编码规则归并到各个区间，分别用有限个整数表示。7、 像元：采样后每个采样点代表在（x，y）点周围的网格，在地面对应一定的面积，每个网格称为一个像元，是构成图像的基本单位。 像元值：像元小范围内的平均辐射值3.3 扫描成像概念:依靠探测元件和扫描境对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，得

18、到目标地物电磁辐射地物信息，形成一定谱段的图像。3.4 微波遥感与成像微波遥感：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称为微波遥感。微波遥感分主动遥感和被动遥感。一般来说，主动遥感多指微波波段的遥感。而对微波波段的遥感来说，一般指主动遥感。微波遥感特点：（1）全天候、全天时：能穿透云雾，可在夜间、雨天进行；（2）对某些地物有特殊的波谱特征（3）对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透力；（4）对海洋遥感有特殊意义；（5）分辨率较低，但特征明显。方式与传感器：主动微波遥感，雷达3.5 遥感图像特征空间分辨率：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

19、视场或地面五天能分辨的最小单元。波谱分辨率：传感器在接收目标地物辐射时，能分辨的最小波长间隔。间隔越小，分辨率越高。辐射分辨率：传感器能分辨的最小辐射度差。时间分辨率：对同一地点进行重复观测的时间间隔，即采样频率第四章 遥感图像处理4.1 光学原理与光学处理1、光学辐射：可见光部分加上红外紫外来自于原子和分子的发光辐射。2、颜色的性质（1）明度：人眼对光源和物体明亮程度的感觉（光线强弱）；（2）色调：色彩彼此相互区分的特征；（3）饱和度：颜色纯洁的程度，也就是光谱中波长范围是否窄，越窄饱和度越高。单色光是最纯的。（黑白只用明度表示，不用色调、饱和度描述）3、三基色（三原色）：若三种颜色，其中的

20、任一种都不能由其余两种颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，可以形成任何色调的颜色，则称之为三基色，或称三原色。实验证明，红、绿、蓝三种颜色是最优的三基色，可以最方便地产生其他颜色。颜色加法原理：由红、绿、蓝三基色按不同比例相加，可以产生任何一种颜色。感蓝（黄）黄色层（防止蓝光通过影响下层）感绿（品）感红（青）防光晕层彩色成像红外成像加法三原色：红绿蓝 减法三原色：青黄品互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，则这两种颜色称为互补色。绿青品红黄蓝红感红外层（成色剂青色）感绿层（成色剂黄色）感红层（成色剂品红）4、8、 真彩色：真彩色是指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量， 每个

21、基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的色彩称为真彩色. 假彩色：选择遥感影像的某三个波段，分别赋予红、绿、蓝三种颜色，由于原色的选择与原来遥感波段所代表的真实颜色不同，因此生成的和成色不是地物真实的颜色。标准假彩色：伪彩色：单波段黑白遥感影像按亮度分成，每层富裕不同的色彩。9、 正片：经曝光或显像加工后得到的影像，明暗与被摄体相同。负片：用于印刷照片、幻灯片、感光照片的总称，明暗与被摄体相反8、光学增强处理 利用加色法或减色法实现彩色合成 （1）加色法彩色合成：合成仪法、分层曝光法 （2）减色法彩色合成相关掩摸处理方法； 改变对比度； 显示动态变化；边缘突出。 4.2 数字图像校正1、光学图

22、像：是模拟图像，即它是一种模拟量。模拟量是连续变量，即空间和亮度值都是连续的。2、数字图像：是用数字量表示的图像。数字量是离散变量，即空间和亮度值都是离散的。数字图像实际是一个矩阵，矩阵的每个数字都代表了图像中一定空间位置的亮度值。将模拟图像转换成数字图像：包括空间坐标的离散化和亮度值的离散化两个过程。3、辐射畸变：辐射亮度值还受到除太阳辐射外的其他因素的影响而发生改变，这种改变就是辐射畸变。原因有（1）传感器的误差（2）大气对辐射的影响。大气的影响主要是散射和吸收4、大气影像的额粗略校正方法：直方图最小值去除法、回归分析去除法直方图：根据图像像素统计的亮度值的频率分布。5、遥感影像几何变形的

23、原因：遥感平台位置和运动状态变化（航高、航速、俯仰、翻滚、偏航）、地形起伏、地球表面曲率、大气折射、地球自转等（p103）。6、几何精校正步骤：（1）选取足够数量的满足要求的控制点；（2）建立校正前后图像坐标的数学模型；(3)将校正后图像的像元中心值依次代入上述模型，求出各像元在原图像中的对应坐标；（4）根据求得的像元在原图像中的对应坐标进行亮度值重采样。7、亮度值重采样：图像空间位置校正后，要确定新图像中每个像元的亮度值。常用的有三种方法：（1）最近邻法（只用到1个像素的信息）；（2）双线性内插法（用到周围4个像素的信息）；（3）三次卷积内插法（用到周围16个像素的信息）。用到的像素数越多，

24、图像越平滑（或者说越模糊）。双线性内插法：要求会计算。举例：新图像某像元中心在校正前图像中的位置为a(0.6,0.4)，求a点的亮度值。先用内插法求出b、c处的亮度值。然后在b、c亮度值的基础上再用线性内插法求出a点的亮度值。数据见下图。根据内插法可求得b点的亮度值为Lb=98+0.6*(178-98)=146.0，c点的亮度值为Lc=65+0.4*(102-65)=79.8，在此两点的基础上可求得a点的亮度值为La=79.8+0.6*(146-79.8)=119.521208、 控制点的选取：控制点数目的确定：n次多项式，控制点的最少数目为(n+1)(n+2)/2。控制点选取的原则：控制点应

25、选取图像上易分辨且较精细的特征点、特征变化大的地区应多选些、尽可能满幅均匀选取。4.3 数字图像增强1、对比度变换（辐射增强）：通过直接改变图象中像元的亮度值来改变图像的对比度 直方图：非线性变换：非线性灰度变换对于要进行扩展的亮度值范围是有选择的，扩展的程度是随亮度值的变化儿连续变化的。常用的有两种方法分段线性变换 2、空间滤波图像卷积运算：选取模板；图像窗口与模板像元的亮度值对应相乘再相加作为窗口中心像元的像元值。平滑：均值平滑：中值滤波：锐化：罗伯特梯度（22窗口） f(x,y)f(x,y+1)f(x+1,y)f(x+1,y+1)索伯尔梯度；拉普拉斯算法； 定向检测：3、彩色增强 单波段

26、彩色变换；多波段彩色变换；HLS变换4、图像运算 插值运算： 比值运算：5、多光谱增强：K-L变换、K-T变换第五章 遥感图像目视解译与制图1、遥感图像解译是从遥感图像上获取目标地物信息的过程（目视解译和计算机解译、直接解译和间接解译）2、目标地物特征：色：色调、颜色、阴影（本影和落影） 形：形状、大小、纹理、图型 位： 位置、相关布局3、目视解译判读标志: 判读标志是指能够反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征（直接、间接判读）4、目视解译判读方法: 直接判读法（使用的直接判读标志有色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图案等）； 对比分析法（同类地物对比分析、空间对比分析、时相动态对比法

27、）；信息复合法；综合推理法；地理相关分析法。5、目视解译步骤p147目视解译准备工作阶段（明确解译任务与要求；收集与分析有关资料；选择合适波段与恰当时相的遥感影像。）；初步解译与判读区的野外考察；室内详细判读；野外验证与补判；目视解译成果的转绘与制图6、标准假彩色影像上植被的解译：由于植被在近红外有一个高反射区，所以正常生长的植被在彩红外像片上呈现红色。由于植被的类型、生长状况不同。颜色深浅晨读也不同。7、水体在热红外像片上的昼夜色调情况：热红外像片记录的是第五发射热红外的强度。热的地物呈现亮色，冷的地物呈现暗色。白天，由于水体具有较好的传热性，一般呈暗色调，午夜以后，水体在影响是呈浅灰色至灰

28、白色，是亮色调，这是因为水体热容量大，散热慢。第六章 遥感数字图像计算机解译1、航空像片的数字化过程：空间采样，属性量化（即亮度值量化）2、遥感影像分类依据：地物的光谱特征；遥感影像计算机分类依据：遥感图像像素的相似度（特征空间中的距离）。3、度量特征空间中的距离的方法：绝对值距离、欧式距离、马氏距离、混合距离、相关系数4、监督分类与非监督分类p196 监督分类：根据已知训练区提供的样本，通过计算选择特征参数，建立判别函数以对各待分类影像进行的图像分类。监督分类方法（1）最小距离分类（最小距离判别、最近领域分类）（2）多级切割分类法（3）特征曲线窗口法（4）最大似然比分类法（经常使用的监督分类方法之一，它是通过求出每个像素对于各类别的归属概率，把该像素分到归属概率最大的类别中去的方法） 非监督分类：以不同影像地物在特征空间中类别特征的差别为依据的一种无先验类别标准的图像分类 非监督分类方法：分级集群法、动态聚类法第七章 遥感应用1、水体的反射光谱特征：在可见光范围内，