遥感原理与应用总结

1、遥感原理与应用孙家炳遥感的定义：遥远的感知，是在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。遥感的特征：覆盖范围大、信息丰富多时相性多波段性使用遥感的好处：远程获取信息的能力进入人迹罕至的地区广泛的覆盖范围（空间和时间）每亩成本低廉能力“看见”超过可见永久性的客观记录不同的角度（图像格式）空间分辨率：空间分辨率是指遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离。辐射分辨率：是指传感器能分辨的目标反射或辐射的电磁辐射强度的最小变化量。辐射分辨率算法是RL =（Rmax-Rmin）/D，Rmax为最大辐射量值,Rmin为最小辐射量值,D为量化级。RL越小，表明传感器越灵敏。黑体：一个理

2、论的结构：它可以在给定的温度下的每个波长中以单 位面积内最大可能的速吸收和反射能量的结构。大气窗口：电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率 高的波段称为大气窗口。通常把太阳光透过大气层时透 过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要 有：微波波段(3001GHz/0.82.5cm)，热红外波段 (814um)，中红外波段(3.55.5um)，近紫外、可见光和近 红外波段(0.31.3um,1.51.9um)。辐射亮度辐亮度：表示面辐射源上某点在一定方向上的辐射强弱的 物理量。瞬时视场角(InstantaneousField Of View，IFOV)，是指遥感系统在某一瞬间

3、，探测单元对应的瞬时视场。IFOV 以毫弧度(mrad)计量，其对应的地面大小被称为地面分辨率单元.通过黄色滤光片能够虑去蓝光，改善图像反差；线性阵列式扫描较光机扫描的优点：线性阵列扫描可以为每个探测器提供较长的停留时间，以便更充 分测量地面分辨单元的能量。因探测器元件之间有固定的关系，可消除扫描过程中扫描镜变化 引起的几何误差，具有更大的稳定性。线性阵列系统的完整性更 好，几何精度更高。CCD是固态微电子装置，体积小、重量轻、能耗低。由于没有光机扫描仪的机械运动部件，线性系统稳定性更好，结 构的可靠性高，使用寿命更长线性阵列式扫描的缺点：探测器之间灵敏度的差异，会产生带装噪声，需要校准；总视

4、场不如光机扫描仪长于近红外波段的CCD探测器的光谱灵敏度商受到限制多光谱扫描系统较多光谱摄影系统结构复杂，但具有其固有的优势：摄影系统的光谱仅仅局限于0.3-0.9pm;而多波段扫描系统可将感应波段扩展到0.3-14pm，可以感应很窄的波段；摄影系统以回收胶片为主，而胶片-图像的转换，需由地面完成；扫描系统是数字记录数字形式，能根据要求 迅速发送、记录、分析或处理输出的店信号，并可实时 显示；摄影系统的图像是由胶片光化学过程获得，辐射定标困难；扫描系统的数据是由电子产生、更适用于定标，可给出定量的辐射数据；扫描系统的电子格式允许记录很宽范围的值，即探测器的动态范 围，通常比摄影胶片大，且在探测

5、过程中，探测器并不损耗。多光谱摄影系统，用多个分离的光学系统独立地采集每个波段图 像，这导致各个波段图像在空间和辐射方面的可比性问题；多光谱扫 描系统用统一光电系统同时采集整个光谱波段的数据，再经分光系统 分解成不同波长的光。近极地太阳同步卫星：指的就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道的 倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接近90度，卫星要在两极附 近通过。地球同步卫星：定义圆形轨道与赤道面重合，与地球同步运转，对地相对静止的卫星。也即倾角为零的圆形同步地球轨道卫星。each pixel and for each band sequentially Band interleave

6、d by line (BIL)each band Band sequential (BSQ)-Band DataMulti(BIP) Band interleaved by pixel- Each row of the data grid contains the digitalnumber value for- Each row of the data grid contains the digitalnumber value for- Digital numbers for a each band are stored intheir entire gridfollowed by the

7、next band的卫星。也即倾角为零的圆形同步地球轨道卫星。each pixel and for each band sequentially Band interleaved by line (BIL)each band Band sequential (BSQ)-Band DataMulti(BIP) Band interleaved by pixel- Each row of the data grid contains the digitalnumber value for- Each row of the data grid contains the digitalnumber v

8、alue for- Digital numbers for a each band are stored intheir entire gridfollowed by the next band为图像毂据波错的存算捉崔it佳柱竟M # I-*1说修时单个歧段申任付鄙余的堂间Jt.厂存更探精T宝闻*液揖*tn七伺的1神济盅才衣兰二4.t I J四Trf (I.U3Mlci tui图像的频谱表示：图像的频率是表征图像中灰度变化剧烈程度的指标，是灰度在平面空间上的梯度。-引言g几何畸变】图堀像元在图像中的坐标与其在地图坐标系申的5 坐标之间的茬昇.言按照图像胴变的性席划分.几何畸变可分为溟统性畸变和

9、临机 住躅变systematic predictable);n on system atict random)系境ft晴竟t内部)是指遥感系统造成的跚变，这神畸变一5KS-定的规律性.井且很大小事先惟帽预潮倒血担措n的圭(I翰方武和钾招速度璋造成的的匪，Mg 脸机性甦是指大小不能顼其出现带有陶机性查质的畸变恻如堆惜袒伏造城的摧地带巾择的几何偏差.，袂ginternal and kternaE geometric遥感图像的几何变形的因素：传感器成像方式引起的图像变形传感器外方位元素变化的影响地形起伏引起的像点位移地球曲率引起的图像变形大气折射引起的图像变形地球自转的影响几何校正的类型 71何粗校

10、正 = 卫星运行和成嫁过程中引起 的几何崎变进行的校正口几何精校正 = 利用地面控制点进行的儿 何校正称为几何精校正207遥感图像多项式纠正的步骤：确定纠正的多项式模型选择若干个控制点，利用有限个地面控制点的已知坐标， 解求多项式的系数将各像元的坐标代入多项式进行计算，便可求得纠正后的 坐标位置进行变换，变换的同时进行灰度重采样对结果进行精度评定控制点的选取要求：控制点应选取图像上易分辨且较精细的特征点，如道路交 叉点、河流弯曲或分叉处、湖泊边缘、飞机场、城廓边缘等。地面控制点上的地物不随时间而变化，以保证当两幅不同 时段的图像或地图几何纠正时，可以同时识别出来。特征变化大的地区应多选一些图像

11、边缘部分一定要选取 控制点，以避免外推。尽可能满幅均匀选取。一、基本概念一、基本概念三反射率 Reflectance)：表暴艮 H率(Apparent Reflectance):三地畏辑射率 Radiance at the Earths surface):财杞戋=绝对定标是要建立传感器测量的数字信号与对应的辐射能量之间的数量关系，即定标系数的过程。传感器实验室定标；遥感器星上定标；遥感器场地外定标。相对辐射定标又称传感器探测元件归一化，是为校正传感器各个探测 元件响应差异而对卫星传感器测量到的亮度值进行归一化的一 种处理过程。空间域增强在图像处理中，空间域指图像平面所在的二维空间，描述图像的灰

12、度分布。空间域增强，就是应用某种数学模型，通过改变图像的灰度 成分，实现图像质量改善的图像处理方法。方式:对比度变换增强 空间滤波增强锐化：也叫高通滤波，主要是增强图像中的高频成分，突出图像 的边缘信息，提高图像细节的反差，所以也叫边缘增强，其结 果与平滑相反。频域增强处理的方法0. 频域滤波增强高通滤波低通滤波带阻滤波带通滤波高通滤波，采用“低阻滤波器”，抑制图像频谱的低频信号而保 留高频信号的一种模型。效果：突出物体的边缘，锐化图像5冬小麦各生长阶段的波谐特性4.彩响景物特征及其判漆的因素的使杂性。不回的5冬小麦各生长阶段的波谐特性4.彩响景物特征及其判漆的因素的使杂性。不回的时象有 不同

13、的空间分布 特征、不同的电 磴波谱待彳止差琮、 同物异谱、同造 异物、肘相的变 化问一种地物时 相不同 nzF4.影响景物特征及其判读的因素地物木地物本身身的复杂n titr 性 feet的复杂性 理结构、状态性生理 结构、状态SORRY40地物木地物本身身的复杂n titr 性 feet的复杂性 理结构、状态性生理 结构、状态SORRY40/ 妹忸怪啊廿子1红色1用叶子30/I。0新建交本交档MicrosoftMicrosoft FowerP（2）传感器特性的影响几何分辨率：传感器瞬时视场内所观察到的地面场元的宽 度。地面分辨率：传感器能够识别的最小地面距离或最小目标 的大小。空间分辨率：指

14、图像上能够详细区分的最小单元尺寸或大 小。像元：指单个像元所对应的地面面积大小。线对数：影像最小像元通常1mm间隔内包含的线对数，单 位为线对/mm瞬时视场（IFOV）：指遥感器器内单个探测原件受光角度 或观测视野，单位为毫弧度目视能力的影响：人眼目视能力包括对图像的空间分辨能力、灰阶分辨能力 和色别与色阶分辨能力。人眼的空间分辨能力与人眼的张角（分辨角）、影像离人 眼的距离、照明条件、图像的形状和反差等有关。实验证明， 正常人眼的分辨角为1分，在明视距离处250mm处，能分辨 相距75怯m的两个点。解决人眼空间分辨能力的限制造成的 判读困难，可通过放大图像的比例尺，使用光学仪器放大观 察的方

15、法来克服。目皿解评:即凭哲光谱规律、地学或律相留评者的经楚从影像的亮度、色调、惊置.时间、位理、竟构等答秤特征推出地面的景物类型由算机自动分类.,就是姑遥感存像卜的信息芝行属怦的讽别和分类,其 而送刘况别图像信息所对向的实际地物.提取所需的地物信息的目的.一艘来讲，巨观解译曹度君.王孙率但效率1,如 其原因在于目视 钢译可将人的鲤验 常徂.如识加F表，这些经验等往往是难以用数学 模重表让的但目醐译因敦率太低.在夫笏数场合上只能作为琶助性 的一种方法计算机分类目前已占据主要地J.归是任何吨候目视棉译 还反不可完全善代的u8.1遥感图保分类的一般原埋所谓遥感图像分类是把图像中的每个像无瑛区域*1旧

16、。程类斟.的过程， 即通过时各类地物的光痫征会析来逸择特征.参数-将特征空闽划分为互 = 不重叠的子空间；然启将存像内各个谶元划分刻#千子空闯中去.从而实职分类*wnkrwnkrV jinfind.IE Fnrg*命：-dd冲Hi 3 ；rLU故uritiMTM* MikirNiiiJl Ii.ii-mJ8.2监督分类基本步骤：迷择合适的分类算法，建立判别函数,Q训练区的选取壬!1样本的类别：与待分类类别一致，在各类目标地物面积较大的区 域选取，保证样本的纯度；样本的数目：与采用的分炎方法,特征空间的雄数，各类的大小 和分布有美.作为一个普遍的规则，如果图像菸个波段，则每一类 别应该至少有1D

17、N个诽1练样本训练样本来胡：实地收案；屏鼎选择；缺点:训炼样本评价：为了比钮和评价样本的好坏，需要H算各类别训 练祥本的基本况谐特征信息，通过每个样本的基本统计值（如均值、 桁准方差，最大值，协方差矩阵等）,以辙查训练样本的代表性，评 价训照样本的好坏，选择合适的波段。训陈样本的图表显示评价示例缺点:监督法分类的优缺点优点：,根据应用目的和区域，有选择的决定分类类别, 避免出现一些不必要的类别；优点：,根据应用目的和区域，有选择的决定分类类别, 避免出现一些不必要的类别；.可以控制训练样本的选择.可以通过检查训练样本来决定训练样本是否被 精确分类，从而避免分类中的严重错误，分类精 度高.避免了

18、非监督分类中对光谱集群的重新归类.分类速度快主观性；由于图象中间类别的光谱差异，使得训练样 本没有很好的代表性】训练样本的获取和评估花费较多人力时间；只能识别训练中定义的类别-所谓非监督分类是一种完全按着聚类分析算法进行的计算机影像分类，它无需人为干预，只需给出分类类别数目，计算机自动进行分类。非监督法分类的优缺点III优点.不需要对预先对所要分类的区域有广泛的了解和熟悉；.人为误差的机会减少+.独特、覆盖量小的类别均能够被识别,而不会像监督分类那样被分析者的失误所丢失=非监督分类产生的光谱集群并不一定对成于 分析者想要的类别，因此分析者面临者如何 将它们想要的类别相匹配问题.1分析者较魔对产生的类别进行控制工图像中各类别的光谱特征会随时间，地形等 变化，不同图像以及不同时段的图像之间的 光谱集群无法保持七连续性，从而使其不同 图像之间的对比变得困碓，非监督分类与监督分类的方法比较inFiii非监督分类与监督分类的方法比较inFiii监督分类精度高