遥感基本知识

PAGEPAGE5第一章广义的遥感：一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波等的探测。遥感定义：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，揭示物体的特征性质及其变化的综合探测技术。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、信息的应用主动遥感：由探测器主动一定电磁波能量并接受目标的后向散射信号被动遥感：传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标无的自身发射和对自然辐射源的反射能量作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。因此，遥感大大提高了观测的时效性。这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。遥感分类遥感的分类：按遥感的平台：地面遥感、航天遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感按传感器的探测波段：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感按工作方式：主动遥感和被动遥感、成像遥感与非成像遥感按遥感的应用领域：外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感第二章辐射能量（W）：电磁辐射的能量辐射通量（Φ）：单位时间内通过某一面积的辐射能量辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的能量辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射能量辐照出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射能量辐射亮度（L）：辐射源在某一方向，单位投影表面，单位立体内的辐射通量绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是黑体普朗克公式：玻尔兹曼定律：M=σT4维恩位移定：λmax·T=b黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与黑体绝对温度成反比波段波长长波中波和短波超短波大于3000m10~3000m1~10m微波1mm~1m红外波段超远红外远红外中红外近红外15~1000μm6~15μm3~6μm0.76~3μm可见光红橙黄绿青蓝紫0.62~0.76μm0.59~0.62μm0.56~0.59μm0.50~0.56μm0.47~0.50μm0.43~0.47μm0.38~0.43μm紫外线10-3~0.38μmX射线10-6~10-3μmγ射线<10-6μm散射：散射：在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各方向散开，称为散射折射：电磁波穿过大气层时，出现传播方向的改变大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段微波遥感：是指通过传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来认识地物的技术微波遥感特性：①能全天候、全天时工作②对某些地物具有特殊的波谱特征③对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力④对海洋遥感具有特殊意义⑤分辨率较低，但特征明显电磁波谱散射类型：瑞利散射：大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射，主要由大气中的原子和分子，如二氧化碳、臭氧和氧气分子等引起的。瑞利散射对可见光影响很大，无云的晴空呈现蓝色就是因为蓝光波长短，散射较大，因此蓝光向四面八方散射，使整个天空蔚蓝使太阳辐射传播的方向的蓝光被大大削弱。这种现象在日出和日落时更为明显，因为这时的太阳高角小，阳关斜射向地面，通过大气层比阳光直射时要厚得多，在过长的距离传播中，蓝光波长最短，几乎被散射殆尽，波长次短的的绿光强度居其次，大部分被散射掉了，只剩下波长最长的红光散射最弱，因此透过大气层最多，加上剩余极少的绿光，最后合成橘红色，所以朝霞和夕阳都呈橘红色。米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。这种散射主要由大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴等引起。云雾的粒子大小与红外线波长接近，所以云雾对红外线的散射主要是米氏散射无选择性散射：当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。大气云层中，小雨滴的直径相对其他微粒最大，对可见光只有无选择性散射发生，云层越厚，散射越强，而对微波来说，微波波长比粒子的直径大很多，则又属于瑞利散射的类型，散射强度与波长四次方成反比，波长越长散射强度越小，所以微波才有可能有最小散射，最大透射，而被成为具有穿云透雾的能力。反射率：物体反射的辐射能量Pρ占总入射量的百分比漫反射：把反射出来的能量分散到各个方向地物的反射波谱：指地物的反射率随波长的变化规律第三章1.气象卫星系列：TIROSGOESPOESNOAAMETOP2．陆地卫星系列：Lansat（陆地卫星）：太阳同步的近极地圆形轨道，轨道高度为700～900km；16~18天覆盖地球一次；运行周期为99～103min/圈；Landsat-7分辨率15mSPOT（斯波特）：太阳同步近极地圆形轨道，轨道高度830km左右，覆盖周期26天，重复感测能力3~5天；运行周期101.46min/圈，最高分辩率10mCBERS（中巴资源卫星）：1997年发射，轨道高度778km，重访周期26天，最高分辩率19.5m高空间分辨率卫星：IKONOS：轨道周期为98.3min；设计高度681km；重复周期l～3d；分辨率全色1m，多光谱4mQuickbird：卫星轨道高度450km,卫星重访周期1～6d（与纬度有关）；分辨率0.61m，幅宽16.5km。3.海洋卫星：（1）Seaseat1(2)“雨云”7号卫星(Nimbus-7)(3)ERS(4)加拿大雷达卫星(RADARSAT)遥感图像三方面特征：几何特征、物理特征、时间特征，对应表现参数为空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率和时间分辨率如何评价遥感图像的质量？一、遥感图像的空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小。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。二、图象的光谱分辨率：波谱分辨率是指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。三、辐射分辨率：辐射分辨率是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、辐射分辨率有关。四、图象的时间分辨率：时间分辨率指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。时间分辨率对动态监测很重要。第四章数字图像：能够被计算机存储、处理和使用的图像引起辐射畸变的两个原因：一是传感器本身产生的误差，二是大气对辐射的影响E0λ为波长的辐照度，θ为入射方向的天顶角，当无大气存在时地面上单位面积的的辐照度为Eλ=E0λ.cosθ由于大气的存在，在入射方向有与入射天顶角θ和波长λ有关的透过率Tθλ；反射后，在反射方向上有与天顶角φ和波长λ有关的透过率TΦλ,因此进入传感器的亮度值为大气对辐射散射后，来自各个方向的散射又重新以漫反射的形势照射地物，其幅度值为ED，经过地物的反射及反射路径上大气的吸收进入传感器，亮度值为：相当部分的散射光向上通过大气直接进入传感器，称为程辐射度，亮度为LPλ实际到达传感器的亮度值为Lλ=L1λ+L2λ+LPλ粗略校正指通过比较简单的方法去掉LP，方法有：(1)直方图最小去除法(2)回归分析法几何畸变：遥感图像在几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地物大小对应不正确，地物形状不规则变化等畸变，称几何畸变，即图像上像元在图像坐标系中的坐标与在地图坐标系等参考系统中的坐标之间的差异。如果不作几何校正，遥感图像则有在几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等。有时根据遥感平台的各种参数已做过一次校正，但仍不能满足要求，就需要作遥感影响相对于地面坐标、地图投影坐标系统的配准校正，以及不同类型或不同时相的遥感影响之间的几何配准复合分析，以得到比较精确的结果。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地球自转的影响几何畸变校正具体步骤：(1)坐标转换(2)计算亮度值为了确定校正后图像上每点的亮度值，只要求出其原图上对应点的亮度，有三种方法：最近邻法，双向线性内插法，三次卷积内插法n次多项式，控制点的最少数目为:(n+1)(n+2)/2地面控制点：GCP在作几何较正时，控制点的选取很重要。若图像一角没有任何控制点，估计几何校正后这一角的位置畸变将缩小还是增大？为什么？位置畸变增大。在图象边缘处，在地面特征变化大的地区，如河流拐弯处等，由于没有控制点，而靠计算推出对应点，会使图像变形。图象一角若没有任何控制点，则会出现外推现象。控制点选取原则：选取图像上易分辨且较精细的特征点，特征变化大的点应多选些，图像边缘部分一定要选控制点，以避免外推。尽可能满幅均匀选取，特征不明显的大面积区域，可用求延长线交点的方法来弥补，但应避免这样，以造成人为的误差。数字图像增强方法：对比度扩展、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换第五章目标地物的特征:1.色：指目标地物在遥感影像上的颜色，包括色调、颜色和阴影。2.形：指目标地物在遥感影像上的形状，包括形状、纹理、大小、图形等。3.位：指目标地物在遥感影像上的空间位置，包括目标地物分布的空间位置、相关布局等。目标地物识别特征：1.色调：全色遥感图像中从白到黑的密度比例叫色调（也叫灰度）.2.颜色：是彩色图像中目标地物识别的基本标志。3.阴影：是图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子。据此可判读物体性质或高度.4.形状：目标地物在遥感图像上呈现的外部轮廓。5.纹理：也叫内部结构，指遥感图像中目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构。6.大小：指遥感图像上目标物的形状、面积与体积的度量。7.位置：指目标地物分布的地点。8.图型：目标地物有规律的排列而成的图形结构。9.相关布局：多个目标地物之间的空间配置关系。第六章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：首先从研究区域选取有代表性的训练场地作为样本，根据训练区提供的有关样本，通过选择特征参数，建立判别函数，据此对像元进行分类，依据样本类别的特征来识别非样本像元的归属类别非监督分类：在没有先验类别作为样本的条件下，即事先不知道类别的特征，主要根据像元间相似度的大小进行归类合并的方法监督分类与非监督分类的优缺点根本区别在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识。监督分类的关键是选择训练场地。监督分类法优点是：简单实用，运算量小。缺点是：受训练场地个数和训练场典型性的影响较大。受环境影响较大，随机性大。训练场地要有代表性，样本数目要能够满足分类要求。此为监督分类的不足之处。非监督分类优点是：事先不需要对研究区了解，减少人为因素影响，减少时间，降低成本。不需要更多的先验知识，据地物的光谱统计特性进行分类。缺点是：运算量大。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。图像分类的有关问题：①未能充分利用遥感图像提供的多种信息②提高遥感图像分类精度受到限制：其原因除了与选用的分类方法有关外，还有：(1)大气状况的影响(2)下垫面的影响(3)其它因素的影响第七章水体的光谱特征：水体的光谱特征是：水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别在近红外波段，吸收更强。但当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。水中含泥沙时，可见光波段反射率会增加，峰值出现在黄红区。水中含叶绿素时，近红外波段明显抬升。水体识别的内容包括：(1)水体界限的确定；(2)水体悬浮物质的确定（泥沙的确定和叶绿素的确定）；(3)水温的探测；(4)水深的探测；(5)水体污染的探测。在可见光的0.55μm（绿）附近有一个小反射峰，在0.45μm（蓝）和0.67μm（红）附近有两个明显的吸收带。b.在0.7～0.8μm是一个陡坡，反射率急剧增高，在近红外波段0.8～1.3μm之间形成一个高的，形成反射峰。c.以1.45μm、1.95μm和2.7μm为中