遥感导论期末复习

第一章绪论

★遥感技术：是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下

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。

遥感系统包括：被测目标的信息特征，信息的获取，信息的传输与记录，信息的处理和信

息的应用五大部分。

遥感的分类：

(1)按遥感平台可分为：近地遥感，航空遥感，航天遥感和宇航遥感。

(理解：传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等称为

地面遥感;传感器设置于航空器上，主要是飞机、气球等称为航空遥感;传感器设置

于环地球的航天器上，如人造地球卫星、航天飞机、空间站、火箭等称为航天遥感;

传感器设置于星际飞船上，指对地月系统外的目标探测称为航宇遥感。)

(2)按传感器的探测波段可分为：

紫外遥感：探测波段在0.05~0.38微米间。

可见光遥感：探测波段在0.38~0.76微米间。

红外遥感：探测波段主要在：0.767000微米间。

微波遥感：探测波段主要在：1毫米~1米间。

多波段遥感：指探测波段在可见光和红外波段再分成若干个窄波段来进行探测。

(3)按传感器的工作方式分：主动遥感和被动遥感；成像遥感和非成像遥感。

遥感的特点：

(1)能进行大面积的同步观测，观测范围大。

(2)遥感获取的数据具有综合宏观的特点，并具有可比性。

(3)周期短，动态性强。

(4)遥感获取的数据具有很好的经济效益和社会效益。

第二章电磁辐射与地物光谱特征(计算)

第一节电磁波谱与电磁辐射

★电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减依次排列，构成的图表称电

磁波谱。(教材pl5表2.1)

紫外波段：0.001~0.38微米；

可见光：0.38~0.76微米

（^：0.38-0.43微米,蓝:0.43~0.47微米,青:0.47-0.50微米,绿:0.50-0.56

微米，黄：0.56~0.59微米，橙：0.59~0.62微米，红：0.62~0.76微米）;

红外波段：0.76~1000微米

（近红外：0.76~3微米，中红外：3~6微米，

远红外6~15微米，超远红外：15~1000微米）；

微波：1毫米7米；（毫米波、厘米波、分米波）

无线电波：1米~1000米；

【一切物体都是辐射源。】

★绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁波都能全部吸收，并能全部向外辐射，这样

的物体是绝对黑体。

例：太阳、烟煤、火箭喷出的火焰（接近于绝对黑体）

黑体辐射规律（计算）：

（1）普朗克公式

M=2就2.]

2（A,T）%5ehc/XkT_\

9为真空中的光速、k为玻尔兹曼常数上二1.38xl0「”1//K、人为波长、

h为普朗克常数/z=6.63x10"Js、M为辐射出射度、T为物体温度）

★（2）斯忒潘一玻尔兹曼定律：M=oT4

（。为斯忒潘一玻尔兹曼常数，。=5.67义ICT'W•m2・K4）

★（3）维恩位移定律：入max・T二b

3

（b为常数，b=2.898xl0-mAT）

黑体温度越高，曲线的顶峰就越往左移，即往波长短的方向移动，这就是位移的含义。

★有效温度：将太阳地球和其它恒星都看作球形绝对黑体，则与这些天体同样大小和同

样辐射出射度的黑体温度作为它的有效温度。

实际物体的辐射：

（1）基尔霍夫定律：在任一给定温度下，地物单位面积上的辐射通量密度和吸收率之比，

对于任何地物都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量密度。

叫ML

=Ma=I

qa2

（M■，为辐射出射度、a,为吸收系数、（为辐照度、为黑体的辐射出

射度）

（2）实际物体的辐射：实际物体的辐射通量随温度，波长的不同而不同；温度越高辐射通

量越大。

M=EM（）

为吸收系数，有时也称为比辐射率或发射率，记作£）

注：仔细阅读教材p23例题与p44课后习题。P22表2.3发射率。

第二节太阳辐射及大气对辐射的影响

★太阳常数：在大气层上界，在距太阳一个天文单位（一日地平均距离1.496X10"m）内,垂

直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间黑体所接收太阳辐射能量

Z=1.360xl03W/m\

太阳光谱：太阳的辐射通量随波长变化的规律。

大气的主要成分：

分子主要有:N2,02,CO2,H2O,CO,03等；

微粒主要有:尘埃，烟雾，小水滴及气溶胶.

大气对辐射的吸收：

H20的吸收最强，几乎各波段都有其吸收带，并且随波长的增大吸收在增

强;02主要吸收＜0.2微米紫外线;03主要吸收0.2-0.32微米的紫外线;CO2

比较长的红外线，其峰值在2.8微米和4.3微米;尘埃主要吸收红外波段.

大气散射（理解，举例判断是哪种散射）：

（1）瑞利散射：（发生条件）主要由大气中的分子和原子引起，散射强度与波长的四次

方成反比，波长越长，散射越弱.（无云的晴空呈现蓝色）

（2）米氏散射：（发生条件）主要由大气中的微粒，烟粒尘埃等引起，散射强度与波长的

二次方成反比，波长与微粒的直径越接近越容易发生散射.

(3)无选择性散射：(发生条件)当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射，散

射的强度与波长无关，任何波长的散射强度相同.

★大气窗口:把电磁波通过大气层时较少被反射，吸收或散射，而透过滤较高的波段称为…

大气窗口的主要谱段有：

0.3-1.3微米，主要是紫外，可见光,近红外波段.

1.5-1.8微米和2.0~3.5微米,主要是近红外波段.

3.5~5.5微米,主要是中红外波段.

8~14微米,主要是远红外波段.

第三节地球的辐射与底物波普

小于3微米的电磁辐射是地球反射太阳的辐射，3-6微米既有太阳辐射，也有地球辐射，大

于6微米的电磁辐射是地球自身辐射。

★反射率：物体反射的辐射能量占总入射能量的百分比称为反射率。

漫反射：物体的表面较粗糙，低凹不平，不论入射电磁波的方向如何，反射方向是四面八方。

★朗伯面：对于漫反射，当入射辐照度/一定时，从任何角度观察反射面，其反射辐射亮

度是一个常数，这种反射面又叫朗伯面。

★反射波谱：地物的反射率随入射波长变化的规律称为反射波谱。

地物的反射波谱曲线：根据地物的反射波谱绘成的曲线称为地物的反射波谱曲线。

①不同的地物具有不同的反射波谱曲线

②同种地物由于内部结构和外部条件不同，反射波谱曲线不同。

发射率p22表2.3.

第三章遥感成像原理与遥感图像特征

第一节遥感平台

气象卫星的特点：

（1）轨道高度高（2）能短周期重复观测

（3）成像面积大，能获得宏观同步信息，减少数据处理容量

（4）资料来源连续，实时性强，成本低

海洋卫星的特点：

（1）轨道高度高，能进行大面积同步观测（2）工作波段以微波为主

（3）电磁波与激光，声波相结合，扩大了遥感探测手段

（4）需海面实测资料进行校正

第二节摄影成像

摄影片的几何特性：

遥感像片属于中心投影（根据摄影机主光轴与地面的关系，可以分为垂直

摄影和倾斜摄影。）

（1）垂直摄影：是指摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在3度以内。

（2）倾斜摄影：是指摄影机主光轴偏离垂线大于3度。

★中心投影（概念）：在投影几何中，用一组假想的直线把物体的形状投射到一个几何面上,

若投影线相交于一点，则该投影为中心投影。

中心投影与垂直投影的区别：

（1）投影距离的影响

（2）投影面倾斜的影响

（3）地形起伏的影响

像片的比例尺：像片上两点间的距离与地面上相应两点间的距离。

I_f_ab

mHAB

★像点位移:在中心投影上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面

上的点位在像片上的移动，这种现象称为像点位移。其位移量就是中心

投影与垂直投影在同一水平面上的“投影误差”，也叫“投影差”。

（b为位移量、h为地面高度、r为像点到像主点的距离、H为摄影高度）

第三节扫描成像

★扫描成像（概念）：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信息，形成一定谱段的图像。

第四节微波遥感与成像

微波遥感的工作波长：

微波遥感的特点：

（1）能进行全天候（任何天气）,全天时的探测

（2）对某些地物具有特殊的波谱特征

（3）对冰雪森林土壤等地表覆盖物具有一定的穿透能力

（4）对海洋遥感具有特殊的意义（5）分辨率较低，但特性明显

微波遥感方式：

（1）主动微波遥感：通过向目标物发射微波并接收其后向散射信号来实现对地观测的遥

感方式。

①雷达②侧视雷达③合成孔径测试雷达

（2）被动遥感

微波遥感的工作方式：雷达

★多谱勒效应：又称多谱勒频移，当波源和观察者有相对运动时，观察者接收的频率和波源

发射的频率不同的现象，两者相互接近时，频率升高，相互离开则降低。

多谱勒效应的应用：测距、测速

地物对微波的反射能力取决于地物本身的性质和形状。（书p74倒数第二段理解）

侧视雷达的分辨力可分为距离分辨力、方位分辨力

距离分辨力Pg：在脉冲发射方向，能分辨两个目标的最小距离。

方位分辨率Pa：相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离

要提高侧视雷达的方位分辨率，又不致使天线孔径太长，有两个途径：一是采用脉冲压缩

技术，来缩短发射波长；二是以合成孔径代替真实孔径天线来缩短天线孔径。

第五节遥感图像的特征

★（解释）空间分辨率（地面分辨率）：指图像上一个像元所对应地面实际范围的大小也就

是能分辨出最小地物的尺寸。

★（解释）遥感图像波谱分辨率：传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。

★（解释）遥感图像辐射分辨率：指传感器接收波谱信号时能分辨的最小辐射度差。

★（解释）遥感图像的时间分辨率：对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间分

辨率，也称重访周期。周期越短，时间分辨率越高。

第四章遥感图像处理

第一节光学原理与光学处理

颜色的性质：

（1）明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。

（2）色调：是色彩彼此区分的特性。

（3）饱和度：是色彩纯洁程度，也就是光谱中波长段是否窄频率是否单一的表示。

三原色：红，绿，蓝

互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色就称为互补色。

红+绿=黄红+蓝=品红绿+蓝=青

加色法彩色合成规律：

（1）两种基色等量相加得补色；

（2）三种基色等量相加得白色或灰色；

（3）互补色等量相加得白色或灰色；

（4）非互补色不等量相加得中间色。

光学增强处理：边缘突出、显示动态变化

第二节数字图像的校正

★数字图像（解释）：是指用数字表示地物反射电磁辐射的强弱，能够被计算机存储，处理

和使用的图像。

数字图像经常用矩阵来表示，矩阵中每一元素代表图像中一像元，以

左上角为坐标原点，i表示j行表示列。

数字图像与光学图像的本质区别在于光学图像是连续变量，而数字图像是离散变量。

★辐射畸变(解释)：由于某些因素的影响，而使辐射强度值发生改变，也就是使图像的亮度

值发生的改变。

引起辐射畸变的因素主要有：一是传感器本身产生的误差；二是大气对辐射的影响;

大气影响的粗略校正：

(1)直方图最小值去除法

3121011909786

10121181079857

9914131566111012

1011121213789910

9312101260979

(2)回归分析法：

假定某红外波段，存在程辐射为主的大气影响A且亮度增值最小,接近于零，设

波段为a,需要校正的波段为b,分别以波段的像元亮度值为坐标，建立二维空

间坐标系，两个波段中对应像元在坐标系内用一个点表示。

几何畸变：遥感影像上的地物与地物本身之间不完全相似的程度。

遥感影像变形的原因：

(1)遥感平台位置和运动状态变化的影响；

(2)地形起伏的影响；

(3)地球表面曲率的影响；

(4)大气折射的影响；

(5)地球自转的影响；

控制点的选取:控制点数目的最低限是按未知系数的多少来确定的。例如：二元一次多项

式有6个系数，就需要有6个方程来求解，需要个控制点的3对坐标值。

n次多项式，控制点的最少数目（n+1）（n+2）/2。

控制点的选取原则:控制点的选取要以配准对象为原则；控制点应选取图像上易分辨且较精

细的特征点；图像的边缘部分一定要选取控制点，以免外推；控制点应尽

可能满幅均匀选取；

第三节数字图像增强

数字图像增强的方法：对比度变换、空间滤波、色彩变换、图像运算、多光谱变换

（举例判断）

对比度变换：是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量

的图像处理方法。

（1）线性变换：欲改善图像的对比度，需改变图像像元的亮度值，即在运算过程中乘一个

变换函数,如果变换函数是线性的或是分段线性的，这种变换就是线性变换。

（2）非线性变换：

指数变换:在亮度值较高的部分扩大亮度间隔，属于拉伸；而在亮度值较小的部分缩

ax

小间隔，属于压缩，其表达式为：xh=be0+c

对数变换:与指数变换相反，在亮度值较低的部分拉伸，而在亮度值较高的部分压缩，

其表达式为：xb=blg（a4+1）+c

★（概念）空间滤波：指在图像空间通过局部性的积分卷积运算，消除噪声，增强边缘和线

性信息的方法。

空间滤波包括：平滑、锐化

K-L变换（主成分变换）及特点：参考书pl24

主成分变换作用：压缩数据、分离噪声、增加图像、提高分辨精度

★多源信息复合：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。

多源信息复合的特点：可发挥不同遥感数据源之间，以及遥感数据与非遥感数据之间的优

势互补，祢补一种遥感数据的不足。

第五章遥感图像目视解译与制图

第二节遥感图像目视解译基础

目视判读影响因素：

（1）像片的质量；（2）资料的详尽程度；

（3）确定的增强方法；（4）判读人员的专业水平和判读经验；

目视解译直接判读标志：（9种）

形状、大小、色调、颜色、阴影、纹理、位置、图型、相关布局

直接判读标志：能够直接反映和表现目标地物信息的影像特征，如影像上的色调，形状,

大小，阴影，纹理，图型等，根据这些影像特征可以把地物直接从影像上辨

认识别出来，称为直接判读标志。（理解）

目视解译间接判读标志：

目标地物与其相关指示的特征、地物及与环境的关系、目标地物与成像时间的关系

间接判读标志：利用与判读对象密切相关的地物和现象，运用相关的专业知识，地物的

相关属性和经验进行推断判读，称为间接判读标志•（理解）

目视解译的方法：（举例判断，不要求背诵）

（1）直接判读法：是根据遥感影像上目视判读直接判读标志，直接确定目标地物属

性与范围的一种方法。

（2）对比分析法：包括同类地物对比分析法，空间对比分析法和时相对比分析法。

①同类地物对比分析法：是在同一景遥感影像上，由已知地物推出未知目标的方法。

②空间对比分析法：是根据待判读区域特点，判读者选择另一个比较熟悉的与遥感图像区域

特征类似的影像，将两个影像相互对比分析，由已知影像为依据判读未知影像的一种方法。

③时相对比分析法：是利用同一地区不同时间成像的遥感影像加以对比分析，了解同一目标

地物动态变化的一种解译方法。

（3）信息复合法：利用透明专题图与遥感图像重合，根据专题图或者地形图提

供的多种辅助信息，识别遥感图像上目标地物的方法。

（4）综合推理法：综合考虑遥感图像多种解译特征，结合生活常识，分析，推断

某种目标地物的方法。

（5）地理相关分析法：根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存关系，相互

制约关系，借助专业知识，分析推断某种地理要素性质类

型状况与分布的方法。

第三节遥感制图

★遥感影像地图：是一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境

状况的地图。

遥感影像地图的特点：

（1）丰富的信息量；（2）形象直观；（3）具有一定的数学基础；（4）现时性强

★电子影像地图：以数字形式存贮在磁盘，光盘或磁带等存贮介质上，需要时可由电子计算

机的输出设备恢复为影像地图。

第六章

第七章遥感数字图像的计算机解译

第一节遥感数字图像的性质与特点

★遥感数字图像计算机解译：以遥感数字图像为研究对象，在计算机系统支持下，综合运用

地学分析、遥感图像

遥感数字图像的特点：

（1）便于计算机处理与分析（2）图像信息损失低（3）图像抽象性强

遥感数字图像的表示方法：

多波段数字图像的存贮与分发，通常采用三种数据格式（参考书p190、p191）

（1）BSQ数据格式（2）BIP数据格式（3）BIL数据格式

航空相片数字化过程：（1）空间采样（2）属性量化

遥感图像计算机分类的依据是遥感图像像素的相似度。相似度是两类模式之间的相似程度，

在遥感图像分类中，常使用距离、概率和相关系数来衡量相似度。

n

（D绝对值距离判别函数：da=xik-xjk|

k为波段序号；n为波段总数；j为类别号；i为像元；xik为i像元在k波段上灰度值;

n42一1

⑵欧氏距离判别函数:电.=）]2

k=\

P

⑶像元到第类地物均值的混合距离:d/.g=

k=\

k为波段序号；p为波段总数；M依为g类k变量的均值。

（4）相关系数：指像素间的关联程度（关联程度越大，相似度越大；相反则越小。）

遥感图像的计算机分类方法包括监督分类和非监督分类.

★监督分类方法：又称训练场地法或先学习后分类法,首先选择具有代表性的典型实验区（训I

练区）用训练区中已知地面的各种地物光谱特征，来训练计算机，获得判

别函数，确定参数值，依此判别函数对未知地区的遥感数据进行处理分类,

归到已知的类中，达到自动识别的目的。（参考书pl96）

监督分类的方法：

（1）最小距离分类法：

①最小距离判别法：应用距离判别函数中的一种，在多维空间中，根据相应的判别规

则，把像元归属到距离最小的的一类中。

②最近邻域分类法：在多维空间中计算像元到各类别的多个波段距离，取最小距离作

为该像元到该类别的距离，最后比较该像元到各类别的最小距离，将像元归属于距

离最小的类别中。

（2）多级切割分类法：通过设定在各轴上的一系列分割点，将多维特征空间划分成分别对

应的不同分类类别的互不重叠的特征子空间的分类方法。

（3）特征曲线窗口法：以地物的标准特征曲线为中心形成一个带，构造一个窗口，凡是落

在此窗口内的即为同一类，反之即为不同的类。

（4）最大似然比分类法：是求出每个像元对于各类别的归属概率，把该像元分到归属概率

最大的类别中去的方法。

第七章遥感应用

第二节水体遥感

水体的主要判读标志是色调和形状.

水体悬浮物质的确定：

(1)泥沙的确定：

①浑浊水体的反射波谱曲线整体高于清水，随着悬浮泥沙浓度的增加，差别加大；

②波谱反射峰值向长波方向移动；

③随着悬浮泥沙浓度加大，可见光对水体的透射能力减弱，反射能力加强；

④波长较短的可见光对水体透射能力较强，可反映出水面下一定深度的泥沙分布状况.

(2)叶绿素的确定：

①水体浓度增加，蓝光波段的反射率下降，绿光波段的反射率增高；

②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，而呈灰色，甚至是浅灰色.

水体污染的探测：

(1)水体污染物浓度较大且使水色显著变黑，变红或变黄，并与背景水色有较大差异时；

(2)水体高度富营养化,受到严重的有机污染，浮游生物浓度高时，与背景水体差异也可

在近红外波段影像上被识别；

(3)水体受到热污染，与周围水体有明显温差,可以在热红外波段影像上被识别；

(4)其他情况，如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.

第三节植被遥感

植物的光谱特征：

(1)提取植被信息：通过遥感影像从土壤背景中区分出植被覆盖区域，并对植被类型进

行划分，区分是森林还是草场或者农田，进而可以问是什么类型的森林，什

么类型的草场，什么样的农作物，如此等等。

(2)监测植被的长势：从遥感数据中反演出植被的各种重要参数，例如叶面积指数

(LAI)、叶子宽度、平均叶倾角、植被层平均高度、树冠形状等等，这一类

问题属于更深层次的遥感数据定量分析方法与反演技术。可用植被指数或者

与健康植被的波普曲线(高光谱数据)进行比较。

(3)估算产量：准确的估算出与植被光合作用有关的若干物理量，例如植被表面水分

蒸腾量、光合作用强度(干物资生产率)、叶表面温度等都与植被的生长健康

状况、生物量有物的产量)，利用植被指数建立估产模型。

R

大面积农作物的遥感估产：

(1)利用不同时相，不同空间分辨率的遥感影像及各种比例尺的专题图进行信息复合，制

作农作物分布图，量算作物面积.

(2)利用高时相分辨率的卫星影像对农作物的生长全过程进行动态监测,利用卫星多通

道影像的反射值获得植被指数对作物生长水平进行监测.

(3)选用植物灌浆期植被指数与该作物的单产进行回归分析，获得回归方程,建立作物估产模型.

植被生长状况的解译：

(1)影响植物光谱的因素除了植物本身的结构特征，同时也受到外界的影响。外界影响