武汉大学遥感导论

1、第一章：绪论1.遥感的基本概念和特性是什么？（1）遥感：(Remote Senseing)广义的遥感指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场等的探测；狭义的遥感指从远处探测感知物体，即不直接接触物体，而是运用探测仪器接受来自目标地物的电磁波特性，经过对信息的处理，从而判断出目标地物的属性的一门综合性探测技术。（2）遥感的特性主要有以下五个方面 大面积的同步观测：遥感平台越高，视角越宽广，可以同步探测到的地面范围就越广。时效性：获得资料的速度快，周期短，时效性强。数据的综合性和可比性：获取的数据综合反映了地球上许多自然、人文信息，且数据来源连续，具有可比性。经济性：与传统方法相比具有更高的经

2、济效益和社会效益。局限性：许多电磁波有待开发，还需发展高光谱遥感以及与其他手段相配合。2.遥感的原理、遥感的技术系统是什么？答：（1）遥感的原理：辐射源（太阳为主要的辐射源）辐射出能量经过目标地物的反射从而被传感器接收并将这一部分能量记录下来，经过一系列的信息处理，最后供用户使用。 （2）遥感技术系统主要有： 遥感平台系统。即运载工具。包括各种飞机、卫星、火箭、气球、高塔、机动高架车 遥感仪器系统。如各种主动式和被动式、成像式和非成像式、机载的和星载的传感器及其技术保障系统； 数据传输和接收系统。如卫星地面接收站、用于数据中继的通讯卫星等； 用于地面波谱测试和获取定位观测数据的各种地面台站网；

3、 数据处理系统。用于对原始遥感数据进行转换、记录、校正、数据管理和分发； 分析应用系统。包括对遥感数据按某种应用目的进行处理、分析、判读、制图的一系列设备、技术和方法。3.遥感探测系统包括哪几个部分？答：遥感探测系统主要由被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理与应用五个部分组成。4.常用遥感数据的分类？答：遥感数据的分类可从以下几个方面来分：（1）按遥感平台的高度分类大体上可分为航天遥感又称太空遥感(space remote sensing)、卫星遥感(satellite remote sensing)、地面遥感。（2）按所利用的电磁波的光谱段分类可分为可见反射红外遥感，

4、热红外遥感、微波遥感三种类型。 （3）按研究对象分类 可分为资源遥感与环境遥感两大类。 （4）按应用空间尺度分类 可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征1. 遥感学常使用的电磁波分类名称和波长（）范围：紫外线 ： 0.01 -0.38 可见光 ：0.38 - 0.76 近红外 ：076 - 3.0 中红外：30 - 6.0 热红外 ：60 -15.0 远红外 ：15 - 1000 微 波 ：1 - 1000 2. 黑体：对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体。即在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。绝对黑体的特性：（，T）1 （，T

5、） 0其吸收率和反射率与物体的温度和波长无关任何物体： （，T）+ （，T） 1 光谱吸收系数（吸收率）： （，T）光谱反射系数（反射率）： （，T）灰体（gray body ）：又称消色体，一般系指具有黑色、白色，或者介于黑白之间不同深浅的灰色的物体。 某种物体的辐射光谱是连续的，并且在任何温度下所有各波长射线的辐射强度与同温度黑体的相应波长射线的辐射强度之比等于常数,那么这种物体就叫做理想灰体，或简称灰体。实际物体在某温度下的辐射强度与波长的关系是不规则的，因此不是灰体。但在工程计算上为了方便起见，近似把它们都看作是灰体。 3.黑体辐射的三大定律：（1）普朗克热辐射定律：表示出了黑体辐射通

6、量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。 (2)玻耳兹曼定律：即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。(3)维恩位移定律：P21随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。(4)基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量M和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量M 黑。4. 太阳辐射

7、特点:P251) 被动遥感主要利用可见光、近红外、中红外等稳定的辐射。2) 太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 0.76 µm的可见光能量3) 太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 µm左右；4) 到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 3.0 µm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；5) 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减6) 各波段的衰减是不均衡的5. 三种散射作用P29（1）瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30

8、倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。（2）米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。n 云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。（3）无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。n 水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。n6. 大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或散射的投射率较高的电磁辐射波段。第3章 遥感成像原理与遥感图象特征1.主动微波遥感:是指通过向目标地物发射微波并接受其后向辐射信

9、号来实现对地观测的遥感方式。主要传感器为雷达，此外还有微波高度计和微波散射计。被动微波遥感: 是指通过传感器，接受来自目标地物发射的微波，而达到探测目的的遥感方式。被动接受目标地物微波辐射的传感器为微波辐射计，被动探测目标地物微波散射特性的传感器为微波散射计。2遥感平台地面遥感平台，0m-50m如固定的遥感塔、可移动的遥感车、舰船等； 航空遥感平台，100m-10km如各种固定翼和旋翼式飞机、系留气球、自由气球、探空火箭等； 航天遥感平台，300km-36000km如各种不同高度的人造地球卫星、载人或不载人的宇宙飞船、航天站和航天飞机等。这些具有不同技术性能、工作方式和技术经济效益的遥感平台，

10、组成一个多层、立体化的现代化遥感信息获取系统，为完成专题的或综合的、区域的或全球的、静态的或动态的各种遥感活动提供了技术保证。3. 微波遥感的特点： (1) 全天候、全天时的信息获取能力 (2) 对某些地物具有特殊的波谱特征:微波波段发射率的差异，因而可以比较容易的分辨出可见光和红外遥感所不能区别的某些目标物的特性 (3) 对冰、雪、森林、土壤（尤其对干燥、松散物质）有一定的穿透能力 (4) 适宜对海面动态情况 (海面风、海浪）进行监测 (5)一般微波传感器分辨率较低，但目标物特性明显4.遥感图像的特征P80（1）空间分辨率：图像的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

11、地面物体能分辨的最小单元。对于摄影成像的图像来说，地面分辨率取决于胶片的分辨率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: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，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（以像元数n表示）、辐射分辨率（以灰度量化级D表示）有关。在多波段遥感中，遥感图像总信息量还取决于波段数k。（4）时间分辨率:对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。

12、时间分辨率对动态监测很重要。第4章 遥感图像处理1. （HIS） 颜色的性质由明度、色调、饱和度来描述明度I：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。色调H：是色彩彼此相互区分的特性。饱和度S：是彩色纯洁的程度，也就是光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。2.（1）加色法：加法三原色：红、绿、蓝互补色：两种颜色混合后产生白色或灰色，则称这两种颜色为互补色。如黄和蓝、红和青、绿和品红加色法：将三原色中的两种或三色等量相加而产生另一种颜色的方法。 （2）减色法：减法三原色：即加法三原色的补色；黄、品红、青减色法：由白色光减去加法三原色中的一种或两种色光而产生另外一种颜色的方法。3. 产生辐射畸变的原因

13、（1）传感器仪器本身的误差：传感器在光电变换的过程中，对各波段的灵敏度是有差异的，也就是说，传感器对各波段的光谱响应是不同的，由此造成辐射畸变。另外，传感器的光学镜头的非均匀性，会引起边缘减光，也会造成图像辐射的畸变。 （2）大气对辐射的影响：大气层对太阳辐射的散射，散射光到达地面后，被地物反射后再进入传感器（向下光）。大气层对太阳辐射的散射光向上直接通过大气层进入传感器（向上光）。4.产生几何畸变的因素：遥感图像在成像时，由于成像投影方式、传感器外方位元素变化、传感介质的不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素的影响，使获得的遥感图像相对于地表目标存在一定的几何变形，使得图像上的几何图形与

14、该物体在所选定的地图投影中的几何图形产生差异，使图像产生了几何形状或位置的失真。5.多种信息源的复合: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。第5章 遥感图象目视解译与制图1.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。2.目视解译的基本步骤：（1）准备阶段：对解译任务的深刻理解- 精度、分类体系（标准）、比例尺。收集相关资料- 与任务内容有关的各种资料、相关的国家（部颁）标准、各种最新（历史）图件。选择能够满足任务要求的遥感图像（如果可能）- 像片片种、比例尺（分辨率）、时相选择。（2）建立解译标志，进行

15、初步解译阶段：建立解译标志-根据分类体系，在任务工作区内选择典型的有代表性的地物影像做为解译的像片标志，按照色调（色彩）、形状、大小、阴影、纹理写出文字描述。初步解译-按照各类地物的编码，勾绘图斑，并标注编码。 （3）实地校核阶段：无把握地物的实地调绘-类型归属、边界确定。无法解译地物的实地调绘-分析总结原因、完善解译标志。（4）修订解译标志，详细解译阶段：根据实地校核，修改解译标志体系，解译工作全面展开。直至整个工作区完全被各类图斑所覆盖，不允许有“天窗”存在。 （5）解译成果转绘与制图阶段：成果转绘-画在像片（或硫酸纸）上的解译图需要转绘到相应比例尺的地形图上，以去除像片的几何误差，并完成

16、工作区内各张像片的接边工作。制图- 转绘成图、图件整饰（图名、图例、比例尺等）撰写文字报告-技术路线、成果特点、数据统计与分析。3.直接判读标志：能够直接反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征，它包括遥感摄影像片上的色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图型等，解译者利用直接解译标志可以直观识别遥感像片上的目标地物。1) 形状：人造地物具有规则的几何外形和清晰的边界，自然地物具有不规则的外形和规则的边界。2) 大小：不知道比例尺时，可以比较两个物体的相对大小；已知比例尺，可直接算出地物的实际大小和分布规模。3) 阴影：本影：是地物未被太阳照射到的部分在像片上的构像。有助于获得地物的立体感。落

17、影：是阳光直接照射物体时，物体投在地面上的影子在像片上的构像。4) 色调与颜色：是地物波谱在像片上的表现。在黑白像片上，据地物间色调的相对差异区分地物。 在彩色像片上据地物不同颜色的差异或色彩深浅的差异来识别地物。5) 纹理：通过色调或颜色变化表现的细纹或细小的图案。这种细纹或细小的图案在某一确定的图像区域中以一定的规律重复出现。可揭示地物的细部结构或内部细小的物体。6) 图型：是目标地物以一定规律排列而成的图型结构。揭示了不同地物间的内在联系。7) 位置：指目标地物在空间分布的地点。 4.间接解译标志：指能够间接反映和表现地物信息的遥感图像的各种特征，借助它可推断与某地物属性相关的其他现象。

18、5.遥感影像主要解译方法:1）先图外后图内：先了解影像图框外提供的各种信息。2）先整体后局部：先整体观察，综合分析目标地物与周围环境的关系。3）勤对比，多分析：多个波段对比；不同时相对比；不同地物对比。6.遥感像片目视解译方法1) 直接判读法：依据解译标志做出的直接判断，如：赛马场。2) 对比分析法：依据解译标志的相近程度，从已知到未知的推断过程，如：树种的解译。3) 综合推理法：依据已有知识，经过分析、比较、综合而做出的推断，如：教学楼（办公楼）与居民楼；铁路与公路的解译。4) 信息复合法：依据辅助资料，结合解译标志做出推断，如：依据植被类型图结合像片的色调、纹理特征做出解译。5) 地理相关

19、分析法：依据地学知识和地学基本规律做出的推断解译，如：利用植被的垂直分带性和水平分带性，对植被类型的解译。 第6章 遥感数字图像计算机解译1.遥感图像计算机分类方法(1)监督分类法：选择具有代表性的典型实验区或训练区，用训练区中已知地面各类地物样本的光谱特性来“训练”计算机，获得识别各类地物的判别函数或模式，并以此对未知地区的像元进行分类处理，分别归入到已知的类别中。(2)非监督分类：是在没有先验类别（训练场地）作为样本的条件下，即事先不知道类别特征，主要根据像元间相似度的大小进行归类合并（即相似度的像元归为一类）的方法。(3)监督分类与非监督分类方法比较:1) 根本区别在于是否利用训练场地来

20、获取先验的类别知识。2) 监督分类的关键是选择训练场地。训练场地要有代表性，既要考虑到地物光谱特征，样本数目有要能满足分类的要求，样本数目要能够满足分类要求。此为监督分类的不足之处。3) 非监督分类不需要更多的先验知识，据地物的光谱统计特性进行分类。当两地物类型对应的光谱特征差异很小时，分类效果不如监督分类效果好。4) 当光谱特征类能够和唯一的地物类型(水体、植被)相对应时，非监督分类可取得较好分类效果。当两种地物类型对应的光谱特征类差异很小时，非监督分类效果不如监督分类效果好。5) 共同点：分类效果的好坏需要经过实际调查来检验。3.计算机解译和目视解译的优缺点:1）目视解译：又称目视判读。指

21、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。2）计算机解译:以计算机系统为支撑环境,利用模式识别技术与人工智能技术结合,根据遥感图像中目标地物的各种影响特征(颜色、纹理、形状与空间位置)，结合专家知识库中目标地物的解译经验和成像规律等知识进行分析和推理，实现对遥感图像的理解，完成对遥感图像的解译。优缺点：用计算机解译难度很大。人工目视解译遥感图像方式工作周期太长。人力、物力、财力及时间的消耗都很大，有时无法满足实时研究的需要。利用计算机进行遥感图像智能化解译，可以快速获取地表不同专题信息。第7章 遥感应用1水体遥感（1）光谱特征遥感器所接收到的辐射包括：水面反射光

22、、悬浮物反射光、水底反射光和天空散射光。不同水体的水面性质、水体中悬浮物的性质和含量、水深和水底特性等不同，从而形成传感器上接收到的反射光谱特征存在差异，为遥感探测水体提供了基础。（2）水体识别包括： 水体界线的确定：选择近红外波段或雷达影像易于区分水陆界线。在近红外图像上，水体呈黑色；在雷达图像上，水体呈黑色。 水体悬浮物质的确定：根据含有泥沙的浑浊水体与清水比较，光谱反射特征存在一定的差异，可大致确定泥沙含量及水体的相对深度。 叶绿素的确定：水体叶绿素浓度增加，蓝光波段的反射率下降，绿光波段的反射率增高；水面叶绿素和浮游生物浓度高时，近红外波段仍存在一定的反射率，该波段影像中水体不呈黑色，

23、而呈灰色，甚至浅灰色。 水温的探测：白天在热红外影像上，水体呈暗色调，夜间在热红外影像上，水体呈浅色调。利用热红外影像可反演出水体的温度。 水体污染的探测：水体高度富营养化，可在近红外波段影像上识别出来。水上油溢污染可使紫外波段和近红外波段的反射率增高，可被探测出来。 水深的探测：蓝光波段影像上的灰度可反映水深。2 植被遥感（1）光谱特征 健康植物的反射光谱特征0.55 m小反射峰0.45 m和0.65 m吸收谷0.70.8 m上升陡坡0.81.3 m高反射峰1.45 m，1.95 m，2.62.7 m吸收谷 影响植物光谱的因素叶子的颜色、叶子的细胞构造和植物的水分。（2）区分植物类型 不同植物由于叶子的组织结构和所含色素不同，具有