浙江工商大学遥感导论期末复习资料

一、遥感的概念广义遥感，泛指一切无接触的远距离探测。包括对电磁波（光、热、无线电等）、力（重力、磁力等）、声波、地震波的探测。遥感：通过探测仪器（遥感器这类对电磁波敏感的仪器），在远离目标和非接触目标物条件下探测目标地物，记录目标的反射、发射或散射等电磁波信息，进行处理、分析，揭示物体特征性质及其变化的一门科学和技术。二、遥感系统遥感信息源—目标的电磁波特性信息的获取遥感数据的传输与接收遥感图像处理遥感信息提取与分析三、遥感的类型按遥感平台分：地面遥感：传感器设置于地面平台，为航空和航天遥感作校准和辅助工作。航空遥感：传感器设置于航空器，主要是飞机和气球。航天遥感：传感器设置于航天器，如人造地球卫星、航天飞机、空间站。80km以上的平台。航宇遥感：传感器设置于星际飞船上，探测地月系统外的目标。四、遥感的特点大面积同步观测时效性数据具有综合性和可比性较高的经济效益与社会效益一定局限性第一节电磁波谱与电磁辐射6、遥感应用的电磁波波谱段紫外线（较少用）：波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱中，只有0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000m以下。可见光：波长范围：0.38～0.76μm，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为近红外、中红外、远红外。微波：波长范围为1mm～1m，穿透性好，不受云雾的影响。第二节太阳辐射及大气对辐射的影响一、太阳辐射二、大气的层次与成分三、大气吸收四、大气散射五、大气窗口及透射分析太阳辐射背景值分析大气作用第二节太阳辐射及大气对辐射的影响三、大气的吸收太阳辐射穿过大气层时，大气分子对太阳辐射有选择性地吸收，引起某些波段太阳辐射强度的衰减。电子跃迁——电子分层分布、各层电子激发或电离，其能量有变化；产生紫外和可见光的辐射和吸收。原子振动——原子偏离原来平衡位置的微小位移；产生近红外辐射和吸收。分子转动——原子通过化学键连接组成分子，改变键角、伸长、收缩旋转等不同方向的运动，均辐射或吸收不同的能量。产生微波和远红外的辐射和吸收。大气中有三种气体对太阳辐射能的吸收最有效，分别为臭氧（O3）、二氧化碳（CO2）和水汽（H2O）。第二节太阳辐射及大气对辐射的影响四、大气散射散射：电磁波与物质相互作用后电磁波偏离原来的传播方向，并向各方向散开的现象。与吸收作用不同，只改变传播方向，不能转变为内能。对遥感图像来说，降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。大气发生的散射主要有三种：瑞利散射：d<<λ米氏散射：d

≈λ非选择性散射：d>>λ第二节太阳辐射及大气对辐射的影响散射类型粒径要求引发物质影响波段散射强度与波长关系散射方向发生高度对遥感数据的影响瑞利散射d<<λO2、N2、CO2、O3可见光和近红外I∝λ-4前向同于后向9-10km晴朗高空图像辐射畸变、模糊，降低图像的对比度米氏散射d

≈λ烟、尘埃等气溶胶近紫外到红外I∝λ-2前向大于后向0-5km无选择性散射d>>λ云、雾、水滴同等散射可见光。与波长无关第二节太阳辐射及大气对辐射的影响折射现象：电磁波穿过大气层时出现传播方向的改变，大气密度越大折射率越大。反射现象：电磁波传播过程中，通过两种介质的交界面时会出现反射现象。反射现象主要发生在云顶。第二节太阳辐射及大气对辐射的影响大气窗口波段透射率/%应用举例紫外可见光近红外0.3～1.3μm＞90TM1-4、SPOT的HRV近红外1.5～1.8μm80TM5近-中红外2.0～3.5μm80TM7中红外3.5～5.5μmNOAA的AVHRR远红外8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat第三节地球的辐射与地物波谱波段名称紫外、可见光与近红外中红外远红外波长0.3～2.5μm2.5～6μm>6μm辐射特性地表反射太阳辐射为主地表反射太阳辐射和自身的热辐射地表物体自身热辐射为主第三节地球的辐射与地物波谱以可见光谱为例：雪在蓝光0.49μm处有峰值，蓝、绿、红谱段反射率均较高；蓝白小麦在绿光0.54μm附近有个峰值；绿色沙漠在橙光0.6μm附近有个峰值；浅黄湿地反射较弱呈暗灰色。第三节地球的辐射与地物波谱可见光谱段内，植物的光谱特性主要受叶的各种色素的支配。叶绿素在0.45μm、0.67μm处有两个吸收谷。在两个吸收谷之间（0.54μm）处，吸收相对减少，形成绿色反射峰（10%-20%）。在近红外谱段内，植物的光谱特征取决于叶片内部的细胞结构。0.74-1.3μm的高反射带。短波红外谱段内（1.3μm以外），植物的光谱特性受叶子总含水量的控制。受到以1.4μm、1.9μm、2.7μm为中心的水吸收带的控制。第三节地球的辐射与地物波谱可见光波段，由于叶子色素的变化，反射率变化明显，差异显著。近红外波段，叶片的细胞结构变化不大，所以反射率差异小。第三节地球的辐射与地物波谱纯净水体的反射主要在可见光中的蓝绿波段，可见光其他波段反射很低，在近红外和中红外波段纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零。水中含有泥沙时，由于泥沙散射，可见光波段反射率会增加，峰值出现在黄红区。第三节地球的辐射与地物波谱当叶绿素浓度增加时，可见光的蓝光部分的光谱反射率明显下降，但绿光部分的反射率则上升。第三节地球的辐射与地物波谱第三节地球的辐射与地物波谱红树林（Mangrove）指生长在热带、亚热带低能海岸潮间带上部，受周期性潮水浸淹，以红树植物为主体的常绿灌木或乔木组成的潮滩湿地木本生物群落。组成的物种包括草本、藤本红树。它生长于陆地与海洋交界带的滩涂浅滩，是陆地向海洋过度的特殊生态系。

第二节摄影成像一、遥感器的组成第三节扫描成像

扫描成像是依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时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的信息，形成一定谱段的图像。

传统摄影成像系统与扫描成像系统对比分析类型成像原理记录方式传输方式存储介质缺点优点摄影成像系统透镜收集电磁波，并聚焦到胶片通过感光乳胶片的光化学反映记录数据。回收胶片为主感光乳胶片乳胶片性质不稳定。图象存储、传输和处理都不方便。空间分辨率高、视场角大、几何完整性好利于精确测量分析。扫描成像系统光电成像，收集到的电磁波能量通过探测器转变成电压差。将电压差经过模数变换变为亮度值存储数据。通过输出电信号传输到地面。磁带、磁盘、光盘与摄影成像对比扫描成像系统成本高、几何完整性差，空间分辨率低。可以迅速传送、记录、分析和处理电信号。可以给出定量的辐射数据。第五节遥感图像的特征一、遥感图像的空间分辨率图像的空间分辨率指像素所代表的地面范围大小，即扫描的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。有三种表达方式：1、像元（pixel）：单个像元所对应的地面面积大小。单位为m或km。像元是扫描影像的基本单元，由亮度值表示。第五节遥感图像的特征2、线对数（linepairs）：对于摄影系统而言，影像的最小单元常通过1mm间隔内包含的线对数确定，单位为线对/mm。3、瞬时视场：遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野。瞬时视场越小，最小可分辨率单元越小，空间分辨率越高。第五节遥感图像的特征二、光谱分辨率（波谱分辨率）指遥感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。第五节遥感图像的特征三、辐射分辨率任何图像目标的识别，最终依赖于探测目标和特征的亮度差异。有两个前提。一是地面景物本身必须有充足的对比度，二是遥感仪器必须有能力记录下这个对比度。辐射分辨率指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差，是传感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。一般用灰度的分级数来表示，即最亮-最暗灰度值（亮度值）分级的数目。6bits（0-63）,8bits（0-255）等。第五节遥感图像的特征四、时间分辨率对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频率，重访周期。TM影像波段介绍TM10.45~0.52μm蓝波段TM20.52~0.60μm绿波段TM30.63~0.69μm红波段TM40.76~0.90μm近红外波段TM51.55~1.75μm短波红外波段TM610.4~12.5μm热红外波段TM72.08~2.35μm短波红外波段第二节数字图像增强二、对比度变换（增强）目前多数显示系统利用8字节(即0-255)，然而多数单幅图像上的亮度范围通常都小于遥感器的整个记录范围。由于其有效亮度值区域未达到其全部亮度值范围，导致图像显示时的低对比度。另外，由于一些地物在可见光、近红外或中红外波段具有相似的辐射强度，当一幅图像中具有相似辐射强度的地物比较集中时，也会导致图像中的低对比度。第二节数字图像增强三、空间滤波空间滤波以重点突出图像上的某些特征为目的，如突出边缘或纹理等。1、图像卷积运算在空间域上对图像作局部检测的运算，以实现平滑和锐化的目的。具体做法是选定一定卷积函数，又称“模板”，实际上是一个M*N图像。第二节数字图像增强2、平滑空间频率主要是指图像的平滑或粗糙程度。一般来说，高空间频率区域称之为“粗糙”，即图像的亮度值在小范围变化很大。比如道路、房屋边界。在“平滑”区，图像的亮度值变化相对较小，如平静的水面、大面积的农田等。图像的平滑是使图像中高频成分消退，即平滑图像的细节，使其反差降低，即加强图像中的低频成分，减弱图像中的高频成分。在频域中称为低通滤波。第二节数字图像增强3、锐化锐化是增强图像中的高频成分，在频域处理中称为高通滤波，也就是使图像细节的反差提高，也称边缘增强。（1）罗伯特梯度（2）索伯尔梯度（3）拉普拉斯算法（4）定向监测观察各种方法卷积模板的差异。第二节数字图像增强三、彩色变换彩色的数字表达主要有两种方式，一是红、绿、蓝三原色坐标系统，即RGB混色系统；二是明度、色调、饱和度坐标系统。彩色变换指采用不同的彩色坐标系统，把不同遥感器数据或不同性质的数据融合起来，产生彩色合成图像。1、单波段彩色变换单波段黑白遥感影像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像。这种方法又叫密度分割，即按图像的密度进行分层，每一层所包含的亮度值范围不同。第二节数字图像增强NDVINDVINormalizedDifferenceVegetationIndex,归一化植被指数,标准差异植被指数)表达式：NDVI=(p(nir)-p(red))/(p(nir)+p(red))和植物的蒸腾作用、太阳光的截取、光合作用以及地表净初级生产力等密切相关。1、NDVI的应用：检测植被生长状态、植被覆盖度和消除部分辐射误差等；2、-1<=NDVI<=1，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射；0表示有岩石或裸土等，NIR和R近似相等；正值，表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大；（2）K-T变换及其应用Kauth-Thomas变换，简称K-T变换，又形象地称为“缨帽变换”。这种变换着眼点在于农作物生长过程而区别于其他植被覆盖，力争抓住地面景物在多光谱空间中的特征。

目前对这个变换的研究主要集中在MSS与TM两种遥感数据的应用分析方面。观察亮度、绿度、湿度影像

第二节数字图像增强HSV融合手动融合：融合图像间需要精确几何配准，并将多光谱图像采样与全色相同的分辨率。尺寸一致（行列数相同）。自动融合：在两幅图像有相同地理坐标系统的情况下，该融合方法不需要在融合前调整两幅图像分辨率一致，尺寸一致，envi系统会自动完成这一过程。输出图像的分辨率与高分辨率图像保持一致；否则需要对图像进行处理以保证融合的影像地理位置相同，行列数相同。第一节遥感图像目视解译原理一、遥感图像目标地物识别特征1、目标地物特征:包括色、形、位三类。色：指目标地物在遥感影像上的颜色，这里包括目标地物的色调、颜色和阴影等；形：指目标地物在遥感影像上的形状，这里包括目标地物的形状、纹理、大小、图形等。位：指目标地物在遥感影像上的空间位置，这里包括目标地物分布的空间位置、相关布局等。第二节遥感图像目视解译基础一、遥感摄影像片的判读1、遥感摄影像片的种类：类型可见光黑白全色像片黑白红外像片彩色像片彩色红外像片多波段摄影像片感光波段0.36-0.72微米近红外敏感蓝色、绿色和红色敏感绿色、红色和近红外多波段特点明暗色调与真实地物近似，分辨率高，易判读明暗色调由地物在近红外波段反射率强弱决定接近于真实色彩，有些地物易于判读，有些不易于绿色地物赋予蓝色，红色地物赋予绿色，反射红外的赋予红色利用多波段多张黑白相片的比较来识别地物第二节遥感图像目视解译基础3、遥感摄影像片的判读方法（1）可见光黑白像片和黑白红外像片类型识别地物的主要标志解译规律可见光黑白像片色调和形状1、可见光范围内反射率高的地物，在航空像片（正片）上呈现淡白色调；例如水泥路面呈现灰白色2、反色率低的地物，在像片上呈现暗灰色调。例如湖泊呈现深暗色3、此类像片多为大比例尺，地物形状特征明显，形状与色调等特征综合使用可提高地物正确识别率。黑白红外像片色调和形状1、在近红外波段反射高的地物，在像片上呈现淡白色调；2、在近红外波段反射低的地物，在像片上呈现暗灰色调。例如：植被在可见光黑白像片上，茂密植被为暗灰色，在黑白红外像片上为浅灰色；农田含水量的多寡可以通过色调判断；水泥路面和柏油路面也可以通过色调判断。第二节遥感图像目视解译基础（2）彩色像片与彩色红外像片解译类型识别地物的主要标志解译规律彩色像片颜色基本反映了地物的天然色彩，地物类型间的细微差异可以通过色彩的变化表现出来。但受影响多，信息损失量大，应用范围不广。彩色红外像片颜色1、利用彩色红外调查森林、农作物遭受病虫害情况。根据植物光谱曲线特征，可知在同一生长季节中，正常生长的绿色植物在彩色红外影像上呈红色。遭受病虫害的植物显现为暗红色，严重的甚至呈现青色。不同生长季节中，枯萎植被呈现暗红色，即将枯死的呈现青色。2、利用彩色红外像片识别伪装。用植物枝叶伪装的目标地物呈现紫红色、披盖绿色伪装物的目标地物呈现蓝色。为什么？第一节遥感数字图像的性质与特点一、遥感数字图像1、遥感数字图像是以数字形式表示的遥感影像。遥感数字图像最基本的单位是像素，是成像过程的采样点，也是计算机图像处理的最小单元。

入射到传感器的电磁波电信号绝对亮度值相对亮度值2、遥感数字图像的特点便于计算机处理与分析。图像信息损失低。抽象性强。两种分类方法的优缺点非监督分类的优点：不需要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；独特的、覆盖量小的类别均能被识别。非监督分类的缺点：非监督分类产生的光谱集群组并不一定对应于分析者想要的类别。分析者较难对产生的类别进行控制。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组无法保持其连续性，从而使其不同图像之间的对比变得困难。两种分类方法的优缺点监督分类的优点：可根据应用目的和区域，有选择地决定分类类别，避免出现一些不必要的类别；可控制训练样本的选择；可通过检查训练样本来决定训练样本是否被精确分类。避免了非监督分类中对光谱集群组的重新归类。监督分类的缺点其分类系统的确定、训练样本的选择，均人为主观因素较强。训练样本的选取和评估需花费较多的人力、时间；只能识别训练样本中所定义的类别。第二节水体遥感二、水体界线的确定在可见光范围内，水体的反射率总体较低，并随着波长的增大逐渐降低，过了0.75微米，水体几乎完全吸收入射光。近红外遥感影像上，清澈水体呈黑色，可以选择该波段来确定水体界线。第二节水体遥感三、水体悬浮物质的确定——泥沙的确定1、浑浊水体反射波普曲线整体高于清水，随着悬浮泥沙浓度增加，差别加大。2、波谱反射峰值向长波方向移动，且反射率接近于零的波长也向右移动。3、随着悬浮泥沙浓度的加大，可见光对水体的透射能力减弱，反射能力增加。4、波长较短的可见光，如蓝光和绿光对水体穿透能力较强，可反映出水面下一定深度的泥沙分布状况。第二节水体遥感三、水体悬浮物质的确定——叶绿素的确定当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