林业遥感期末复习南林

1、，遥感简介1，遥感数据获取方式广义:泛指各种非接触的、远距禽探测技术匚（遥感大词典在不直接接触的情况下，对日标物或白然现象远距譌惑知的一种探测摂术口狭义：是一门新兴的科学技术，主要指从远距离、高空以至外层空间的平台上.利用可见光、红外、微波等探测器通过摄影盛扫描、信息感应、传输和处理,从而识别地面物质的件质和运动状态的现代化技术系统口电磁波信号是遥感研究的重点，区分电磁液特性的主要因子之一是波长（频率,电磁波依据波长轴线的分布称为电磁波谱:空间分辨率（计算）；空间分辨率反映了对两个非常接近的目标物的识别、区分能力。通常采用像元、瞬时视场角（IFOV,InstantaneousFieldOfVi

2、ew）表达。光谱分辨率指遥感器所选用的波段数量多少、各波段的波长位置及波段间隔的大小,即选择的通道数、每个通道的中心波长、带宽三个要素共同决定光谱分辨率。时间分辨率；时间分辨率反映了遥感器重复采集数据的周期（有3中分类）前3个的关系,作业有辐射分辨率：辐射分辨率指遥感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力,即探测器的灵敏度,反映了遥感器探测元件在接收光谱信号时能分辨的最小辐射差,或指对两个不同辐射源的辐射量的分辨能力。一般用灰度的分级数来表示遥感4特征：空间特性：探测范围广、采集数据快,具有宏观性和直观性光谱特性：谱段丰富,可多光谱、高光谱乃至超光谱成像。时间特性：遥感传感器按照一定的时间间隔采

3、集数据，具有多时相性，可提供目标的动态变化信息，用于资源、环境、灾害的监测和预报,还可以根据目标不同时期的变化特征，提高目标识另U能力。角度特性：多角度遥感数据包含丰富的地物信息，对地物形态、三维结构等的刻画具有重要意义。遥感分类（成像方式,波普平台+）按谣感所利用的电磁波谱段分：光学遥感：涵盖可见光、近红外、短波红外区域；热红外遥感：观测热红外区域，探测目标热发射特性；微波遥感：采用微波波段，探测目标的后向散射特性、目标位置（主动）、探测微波发射和温度（被动）。按遥感工作方式分：被动遥感和主动遥感按遥感对象分：宇宙遥感和对地遥感按遥感平台分：航天遥感：平台高于80km,分低轨（500km）、

4、极轨（太阳同步，随重复周期轨道高度可变，一般在700-900km）、静止轨道（地球同步，高度约3.6万km）、L-1轨道（太阳与地球对卫星引力平衡，约150万km）；航空遥感：平台低于80km，包括普通飞机、气球、飞艇等；3.地面遥感：包含手持（约1m）、观测架（1.5-2m）、遥感车（10-20m）、观测塔（300-350m）等。二，遥感平台及遥感器1，遥感平台：航空平台（大气层内）气球、飞艇、飞机航天平台（大气层外）航天飞机、载人飞船、人造卫星2,航空摄影遥感特点“忧势；L高空间分辨率成像【空间分辨率可达或更高；可根据应用需要灵活设总观测空间范围、观测时间歴观测谱段T具备高度灵活性，实用性

5、;应用成本相对航夭平台更低3、航空遥感平台与航天平台相比、平台高度更低、受大吒层的干扰更小，咸像精度更高.“劣势：L成像区域相对有限：M受平台稳定性（飞拧过程巾飞机器本身的姿态及大气状态癒响）的影响，造成蠢像可能出现倾斜，同时，也面临务期影像难以拼接的因难；3-大视场角昌致像点位格、影橡变册-3,航空遥感影像的分类按主光轴与地面法线间的关系分：尸垂直摄影L.摄影机主光轴垂直于地直或者闵离地面法2.感光腔片与地面平行；S.垂直摄影的像八沟水平倔片，应像的地徇般与地物顶部形狀基本相愎。尸蟻斜摄影.摄影机主光抽憾离地面法娃萨以外；2.摄影晡变较大。“按扭影实施方式分：单片摄影：为拍揚单独固定目标而进

6、行的摄影，只摄取一张（或一对壕片,航线摄影：沿一条航线，对地面块长区域或沿纯状地物如道路、铁路等进行睦讎摄影！航向重叠（forwardoverlap）般为60-70%左右，不得小于56%；事btfwetnptiOEos面积摄影，沿数条航线对较丈区域进行连藝拍損，要求各航线互相平行，航向重轡60%旁向童叠（lately】overlap）254%/按感光材料分：黑白全色摄影：感光剂中抑有全色增感剂，对網个可见光诫段的备感光乳肢层均有响应；黑白红外摄影：感光刑中加入红外增感剂加滤光片后仅对近红外波段的感光乳狡层有响应；天黨彩鱼摄影：天然影色胶片的感光膜由感红艮_感堤层感蓝层构成对聲个可见光谱段的光线

7、敏感，所得彩色圏象近于人的视觉效果；彩色红外摄彫：以感红外光层替代天然務色摄影中的码就光隕霧色红外慷片上重现的物休频色均向短波段方向移动一个色位；务光诺攝影：采用冬层感光剂实现光谱井离.或采用不同感光片滤光片组合的冬台摄影相机同时睨像来实现光诰分离-4航空相片的几何特征/中心投影:地物的證個是光线通过固定点投影中心）投射到投影面上，形应羯愜地面匾常存在起伏.地物葫有高度且像片往往存在倾斜（近似垂宜、倾角小于时）.引起像点位蒋图像变形./垂直投影乂中心投彭垂亘投影tiHfB脸Birtrihvtfrfocaltengdi.的fAd詳审/傕二*lH*存0+*01mutK-iCpiaw航空像片属于中心

8、投影！地物的反射光线通过谎头中心面上，在底片上构成的是命像（地物与投场面位于投影中心的两侧）i负像经显島，定影技术赴理得到像片底片.在经过底片接触晒卬反显影*定影处理，获得正燥中心投影上点的喙星点，线的像是点或线，曲线的像是曲线或直线，面的像是线或面大比例尺地图可以近似看作垂直投影投影光线平行且垂宜于投影面；垂直投影上，点的煤星点，垛的像是线面的像面D地物的影像通过相互平计的光线投射到与光线垂直的平面上电成鸵像，垂直投影无变枚5，中心投影像元位移量计算公式/中心投影：影像与实物的大小比例在影像各个点上存在建异;以像主点相机主光轴所对应的地面点的构像)为中心呈辐射狀，越往边緣变形趙大，地羽起伏越

9、大变形趣大，正地形向外移，负地形向內移；1像点位移呈(d)与地物高度Ch.地物距像主点的距离成正比，与飞行高度(II)成反比,Wd=hr/Hi航天遥感特点嚎航天遥感的特点优势观察范围广；效率高在相同的时间内探测的地域面积更广i3咸本低*取得同样面积的地面资料的战本相对航空平台更低；周期性，可竜复观察劣势：空间分辨舉往往不區航空遥感，对地物细部的特征表现力较蕎，怛对群体、宏观的轮廓表现力较好，但也有对地物细节表达能力强的传感器:成像原理推扫式時航天遥感的成像原理推扫式扫描(push-broom眩fimiin窖)系统推扫式扫描系统,又称为像面(alcng-trk)扫描系统，用广角光学系统在整个视场

10、内成像，其记录的务光谱图像数据是沿着飞行方冏的条幅。推扫式扫描系统利用飞行器的前向运动，借助于与飞行方向垂直的扫描线记录而构成二维图像，即通过飞行器与探测器呈正窘方向的移动获得二维信息d线性阵列由许多CTD电荷耦合霜件组成每个探测器原件感应相应扫描行上一个唯一的地面分藕单元的能量探测器的大小决定了每个地面分辨单元的大小。三,电磁辐射原理及地物光谱特征1,电磁辐射原理假设在空间某处有一个电磁振荡(电磁辐射源)r那么在它周围便有交变的电流或电场,它是由变速运动的帯电粒子引起的这一交变电场周围将激发交变的磁场，而交变的磁场周围又激发交变电场，这种变化的电场和磁场，相互激发交替产生，形成电硝场。电磁场

11、是物质存在的一种形式，交变电磁场在空问的传播册成电磁波3电磁波能露传递的过程辐射、吸收、反射和投射)称为电磁辐射。电磁波特性电晞渡是根渡；在真空中以光速mS.电磁波具有邂粒二盈性！电晞液在传播过程中主要表现为波动性；往与物质相互作用时，主要表现为粒子性*这就是电碣波的波粒二象性辐射能量Q电磁辐射是具有能量的，它表现在：，使被辐照的物体温度升高改变物体的内部状态使带电物体受力而运动辐射能量Q指物体以电磁波形式向外传送的能量，单位为焦耳(J)辐射通量(radiantflux)在单位时间内通过的辐射能量称为辐射通量=辐射壳度L辐射量符号定义单位辐射能量Q焦耳辐射通量d.Q/dr(d)瓦辐照度EdD/

12、dA畑瓦/米z(W/m2)辐射岀射度M瓦/米z(W/m2)辐射强度1曲/dfi(血瓦/球面度（W0辐射亮度L于/dAdQ(dX)瓦咪“球面度（W/.r呦2，电磁辐射定律gMiScaHarrngDDredloncdinddfintlight来氏(1狂)散射：当诫拉的直径约尊于辐射液氏时出现米氏散射a大气中的悬浮微粒霾、水滴尘埃期尘、花粉等茕溶胶属于此类散射，影响比瑞利散射更怅的谱段无选择性散射：引起散射的大岂粒子直徒远大于入射邂快时出现无选择性散射，散射强度与波长无关，大競中的云I富散射属于此类*InlTwedlijR外胡网r*iThimalv?frHidRWKltdinfimK(VIS)JTi

13、*5i1-H補R平舟区4.4a.t点*gU14I4工*332il长/jlm*wpm可见光近红外运波红外2JB-2*大气效应大气吸收与大气窗口大气中臭氧5、二氧化砖GO-水汽|血0等吒体对太阳辐射能的服收使得太iI阳入射能呈衰减、气温升高，同时也导I:錢玄阳岌射的连疥光谱中某些波段不能i貧输到达地表。i能量较易透过的液段叫大吒窗口.可见|j光-红外区域.通常采用的大气窗有：|(0.3-13,1.5-1.8,2.0-2.6,3.0-4.2,4.3-；!_5.0,8-14uiio|4,地物植被光谱特征，记!网上查吟地物波谱反射特征植物的光谱特征郴收.6田2.J1.4“-JUW-hM*l2ft/Kil

14、linsinlrill46-含水尿ltrirecKitrnr-Wll.T-rtriTilrnf|tl.29r，筲水ht-ilMBrK9iTilpnl:22-Ie1itJJI咼HMWI2W)|5W)I2ItK)24CXJftR%nvrlii-nlih/vink土壞的光谱特征土壇反射率是随若土壌水甘的増抑而减爪；l.42uni；l-96vmn2,21uni存在三个水分吸收带.反射率呈现降低；土壤水分含屋与土壌结构相关粗砂质土壤易于排水，水分含量較低.反射率相对较高细结构土壤排水能力岂反射率较低；在水分讎乏的状态下.粗结构土壤比细结构土壤色调更暗；土壞的反射率特性仅反映某种特定状态卞的特性70水休的

15、光诸特征清水在蓝、嫌光波段反射率为4-5%;波ifc0.6um以下的红光部分反射率降低到牛3%;在近红外-短波红外部分水悴几乎呱收全部的入射能量：因此水体在这两个波段的反射能力很小。04Oijft.4.7ato.uaI制水K匕桧江水（配涉鲁博牡阴胡I.3,四，遥感数据处理1，辐射校正利用遥感器观测目标握射或反射的电磁能量时从遥感器得到的测量信与目标物的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量时不一致的，遥感器本身的光电系统特征、衣阳高度、地形及大气条件等都会引起光谱亮度的失真样校准光学系统特性光电娈换系统灵敏度偏差伍庸器系统曙益剂雇丼系数地面实出瀝虽大吒模型大气光路透过率大气光路辐射率太阳犬气光谀辐鼎

16、度衣阳路径大气透过率木阳传播散射率DEM完整的辐射校正包括遥感器校准、為气校正以及太阳高度和地形校正DN辐射定标是裁传感器记录的电压或者数字量化值转换为绝对辐射亮度值（辐射率）的过Fb校准畐射iiJ一一J梭1EFF-FniiL地表畐射僅JkJ太:阳及地廉校正FLFLi地表豆射iiJ6程*或者转换为与地表表观反射率、表面（表观溫度等物理量有关的相对值的过程.绝对定标：通过各种标准辐射源，建立辐射亮度值与数字量化值之间的定量关系，对于一般的线性传感器，绝对走标通过一个线性关系式完成数字呈化值于辐射亮度值之间的转换：SlfiXDN十Offset相对定标：确定场景中各个彩像像元之间、各个传感器之间、各

17、个谱段之间以及不同时间测得的辐射亮度的相对值。Kip&wZSEgiavs1-inM胃2COLDI5ZH-WCiLIHlEkilLLiQNEDLQRSliuel-BircilhiZSEmiOFi卿【几何校正哥遥感影像变形的原因系统性几何变形：霆感平台及谨感器自身结掏性能引起非系统性几何变形，遥感器乎台的离度、经纬度，速度和英态等的不稳定地球曲率及空气折射的娈化沉蕊诙蒔蔬飯ifI系统性因素引起的图傑变形，从而实I现与标進蠻輕圏邑里珂配准.!ErrLzKMIbdr|iEJICiiia!4fehTEriciindki-uiihj眶ITtXMhitKUIHE甲M狀V令基本概念图像配准(tvgislrat

18、ion):同一区域内一幅图像基准图像)对另幅图像的校進.以使得两幅图像中的同名像元配准图像纠正(rectilimtion)：借助于一组地面控制点，对一幅图像进行地理坐标的校正，又称为地理罢考(驹-referencing).图像正射投影校正(ortho-rectificaIion):惜助于散字高程鎮型，对图像中每个像记进行地形变黑的校正，使图像符合正射投影的要求。基本步骤地面控制点的选取地面控制点在图像上有明显的、清晰的定位识别标志；2-地面控制点上的地物不随时间而变化，以保证当对两幅不同时段图像或地图进疔几何校正时可决冋时识别；在没有进行地理校正的图像上选择控制点时，应尽圣在同一地形高度上进行

19、；地面控制点要均匀分布且有一迄的数量棵证i像元坐标变换地面控制点确走后，需要建立待校正图像像元坐标（&刃与步考图像或地图上坐标（瓦Y）之间的数学换算关系；k二召+殳1乂+玄了学+玄+釦只+包5Y+严b+b1X+b2Y+b3X2+bLlXY+b5Y3+.RMSE-J（疋一工严+n务项式次数确定肓T用所选用的地面控制点坐标，按照最小二乘法回归求出多项式系数換算系数），采用RMSE验证校正方法和纠正模型的有效性像元亮度的重采样最近邻法是将最邻近的像元值赋给新像元，忧点在于输出图像仍然保持原来的像元值，且简单，处理速度快但最大可产主半个像元的位昔偏移，可能造成圏像中某些地物的不连贯，影响视觉效果双线性

20、内播法是使用临近四于点的像元值，按照其距离内差点.的距嘉赋不同的权重，进行线性内插该方法具有边缘平滑的作用，产生相对连贯的输出图像但原始像元值倍破坏三次卷积内插法他用内插点周團的住个像元值，用三况卷积函数进行内插该方法对边缘有所增强，视觉效果好但砸坏原始像元值且计算莹较大uDTM用于遥睛数据的几何精校正像元亮度的車采样通过地面控制点的几何校正*并不包括对地形起优造成的位移的改正，对于务光谱扫描数捱的准确校正，在地羽起伏地区必须考虑因地册起伏造成的像点位移3.遥感影响增强窃基本步骤图像增强的目的在于突出相关专题信息，提高图像的视觉效果，从而使分桁者能更容易的识别圍像内容+从图像中提取更有用的定冒

21、化信息。图像增强按算作用的空间般分为光谱增强和空间增弼两种：光谱増强应用于每个像元，与像元的空间排列和结构无关.是对目标物的光谱特性像元对比度进行增强；空间增强主要集中于图慑的空间特征考虑每个像元及貝周围像元亮度之间的关系.从而使图像的空间几何特征如边缘，形状、大小、线性特征等突出或降低“1线性拉伸（公式）寺对比度增强线性拉伸如果用min和mak分别代表f幅图擦中最小和最大亮度值.可以通过线性拉忡算法将其亮度值范因KnR，扩展到轎个输出显示范圉（0-255）DN=f-7nn*255MnNw2空间增强奋空间增强空间増强的目的在于突出图像空间特征C空间频率指图像的平滑或粗槌程度，一般而言，高空间频

22、率区域被称为“粗糙”T即图像的亮度值在小范围内变化很大；而在低频（“平滑”）区域，图像的亮度值变化相对较小低通滤漩主要用于加强图像中的低频成分，减弱图像中的高频成分I高通滤波则相反，用于加强高频细节，减弱低频信息。3滤波，拉普拉斯算子均值滤波窗口中心的像元被窗口内所有像兀的均值代替减少噪靑，怛同时也损失了某些高频信息寺中值滤波窗口中心的像元被窗口內所有像元的中值代替；在保留边缘的同时，平滑图橡，对干消除椒盐状噪声或斑点非常有用口尋拉普拉斯算子-12-12-42-12-1边绪增强：运彳时不考虑边编肯向，通过运用一个具有高中心值的变换核来完成。0101-410104影像分类，图像分类的目的在于将图

23、像中毎个像元根据其在不同波段的光谱亮度、空间结构特征或者其他信息，按照某种规则或算法划分为不同的类别口根据分类过程中人工参与程度，图像分类可分为监督分类、非监督分类以及两者结合的混合分类等a令监督分类监督分类又称为训练分类法，即用被确认类别的样本傢元去识别其他未知类别像元的过程a监督分类可分为两个基本步骤：选择训练样本和提取统计信息，选择分类算法。选择训练样本和提取统计信息确定训练样本：实地采集，通过GPS定位实地迟录的样.本；*屏幕选择，利用先验知识直接从图像中提取训练数毘;评价训练样本的好坏，图表显示统计测量选择分类算法平行算法；根据训练样木的亮度值范国形成一卡务维数抠空间.其他像元的光谧

24、值如果落在训练样本的亮度值所对应的匡两.就被划分到其对应的婪别中；锻小距离法：利用训眛样本中各类别在各玻段的均值.根据各像元离训练样本平均值的距离大小来决定其类别i没有考虑类别内部方差的不同，从而造咸一些类别左其边界上的重琶因此分类误差.类别B类别B術平均偵类别数呈较參时，各类别定义的区间容易重叠；E时，由于存在选择溟差，训练样本的兗度范圉可能犬大低于其实际亮度范禺造成很岳像元不属于任一类别未知像元X因対距先擠B的胎离dE):类别B与未知像元囲的距离竝小，所U1分到B类可根据应用目的和区域充分利用对研究区的先验知识，有选择餌决定分类类别，避免出现不必要的类别；可以控制训练样本的选择；可通过反毘

25、检验训练样本，来提高分类精度，避免分类中的严重误差；分类系统*训练样本的确定中人为主观因素较强；同物异谱现象客易导致类别内部方差较大；训练样本的选样和评估需要花费较參人力，时间：只能识别训练样本中定义的类别，若某种类别由于训练者不知道或者其数呈丈少未被定义，则监督分类不能识别匚斗非监督分类非监督分类也称为聚类分桁或点群分析，即在多光谱图像中捜索、定义其自然相似光谱群组的过程其不需要人工选择训练样本，仅需要极少的人工初始输入，计算机按照一定的规则自动根据像元光谱或空间特征组成集群组，最后由分析者将每个组与参考数据比较将其划分到某一类别中。非监督分类不需要预先对所要分类的区域有广泛的解和熟悉，仅需一定的知识来解释分类出来的集群组；人为误差的机会大大减小；独特的、小范围的类别均能被识另山非监督分类的主要旅点来自干对其自然”的依頼性非曲督分类产主的光谱集群组需要进行大量分析和后处理需其结果与研究区的类别相匹配，才能潯到最线的结杲；*分析者较难对产生的类别进行控制;；多时相数据间难以保持光谱集群组类别的连续性.五，植被遥感植被指数对于植被遥感而言，仅用个别波段