遥感原理与方法

遥感原理与应用绪论遥感的概念遥感：即遥远感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。广义遥感：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。狭义遥感：电磁波遥感，即应用传感器，不与探测目标接触，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技术。遥测与遥控遥测：对被测物体某些运动参数和性质进行远距离测量的技术。遥控：远距离控制目标物体运动状态和过程的技术。遥感的分类按遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感、宇航遥感。按传感器的探测波段范围分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感。按工作方式分：主动遥感、被动遥感。按记录信息的表现形式分：成像遥感、非成像遥感。按遥感的应用领域分：外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感、资源遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、城市遥感、军事遥感等等。遥感三要素目标物传感器测量方法遥感的主要特点获取信息真实、客观获取信息的速度快，周期短获取信息受条件限制少,范围大获取信息的手段多，信息量大遥感的过程地物发射或反射电磁波传感器获取数据数据处理信息提取应用遥感的应用=1\*GB3①利用多时相影像发现土地利用变化、农业作物估产、林业资源调查、自然灾害监测、全球和局部环境监测；=2\*GB3②利用高分辨率影像提取城市信息(交通道路网络)；=3\*GB3③军事应用越来越重要：重要目标定位与侦察、导航与武器制导、打击效果评估、战场环境监测等；=4\*GB3④高光谱遥感在精准农业中的应用；=5\*GB3⑤在建设数字城市、数字省区和数字中国中的应用：DOM、DEM和DLG。第一章电磁波及遥感物理基础电磁波传播原理：交互变化的电磁场在空间的传播。描述特性指标：波长、频率、振幅、相位等。特性：波动性、粒子性、横波干涉基本原理：波的叠加原理叠加条件：频率相同、震动方向相同、具有固定位相关系衍射概念：光通过有限大小的障碍物时偏离直线路径的现象。爱里斑：衍射实验中观察屏上的中央亮斑，其角半径为衍射角。瑞利判据：如果一个点光源的衍射图象的中央最亮处刚好与另一个点光源的衍射图象第一个最暗环相重合时，这两个点光源恰好能被这一光学仪器所分辨。偏振概念：如果光矢量E在一个固定水平面内只沿一个方向作振动，则这种光称为偏振光。偏振态：光矢量在垂直于传播方向的平面内可能存在的不同振动状态偏振面（振动面）：振动方向（光矢量方向）与光传播方向构成的平面偏振态分类：完全偏振（线偏振、圆偏振、椭圆偏振），非偏振，部分偏振极化概念：极化是指电磁波的电场振动方向的变化趋势。水平极化（H极化）：卫星向地面发射信号时，电磁波的振动方向是水平方向。垂直极化（V极化）：卫星向地面发射信号时，电磁波的振动方向是垂直方向。电磁波波谱紫外线：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、远红外和超远红外。微波：波长范围为1mm～1m，穿透性好，不受云雾的影响。黑体绝对黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。地物的发射光谱发射光谱：地物的发射率随波长变化的规律。发射光谱曲线：按照发射率和波长之间的关系绘成的曲线。亮度温度：它是衡量地物辐射特征的重要指标。指当物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度即为亮度温度。等效温度：为了分析物体的辐射能力，常用最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线来表达，这时黑体辐射温度称为该物体的等效辐射温度。地物辐射地物辐射特性：=1\*GB3①在0.3～2.5um波段（主要在可见光和近红外波段），地表以反射太阳辐射为主，地球自身的辐射可以忽略。=2\*GB3②在2.5～6.0um波段（主要在中红外波段），地表反射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的辐射源。=3\*GB3③在6.0um以上的热红外波段，以地球自身的热辐射为主，地表反射太阳辐射可以忽略。（热红外成像）地物辐射的分段特性的意义：=1\*GB3①可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特性。=2\*GB3②中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的信息，也有地球自身的热辐射的信息。=3\*GB3③热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐射特性。不同电磁波段中地物波谱特性可见光和近红外波段：主要表现地物反射作用和地物的吸收作用。热红外波段：主要表现地物热辐射作用。微波波段：主动遥感利用地物后向散射；被动遥感利用地物微波辐射。地物反射辐射反射率（ρ）：地物的反射能量与入射总能量的比，即ρ=(Pρ/P0)×100%。表征物体对电磁波谱的反射能力。地物的反射：太阳光通过大气层照射到地球表面，地物会发生反射作用，反射后的短波辐射一部分为遥感器所接收。影响因素：表面颜色、粗糙度和湿度地物反射类型：镜面反射、漫反射、方向反射地物波谱特性定义：研究可见光至近红外波段上地物反射率随波长的变化规律。作用：物体波谱曲线形态，反映出该地物类型在不同波段的反射率，通过测量该地物类型在不同波段的反射率，并以此与遥感传感器所获得的数据相对照，可以识别遥感影像中的同类地物。研究地表的主要波段：可见光和近红外波段可见光和近红外地物光谱测试的作用：=1\*GB3①传感器波段的选择、验证、评价；=2\*GB3②建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系；=3\*GB3③地物光谱数据与地物特征的相关分析。

第二章遥感平台及运行特点遥感平台组成：由遥感传感器、数据记录装置、姿态控制仪、通信系统、电源系统、热控制系统等组成。功能：在不同高度进行多平台遥感，可获得不同比例尺、分辨率和地面覆盖面积的遥感图像。类型：按遥感平台距地面的高度分为地面平台、航空平台和航天平台。遥感平台的作用地面平台：地面平台稳定性高，能够进行近距离测量，可以测定各类地物的波谱特性；航空平台：能够快速进行航空摄影测量，各种大范围调查和侦察。航天平台：进行各地点和时期期的地球观测，空间调查与实验，提供各种数据。卫星轨道及运行特点春分点：黄道面与赤道面在天球上的交点升交点：卫星由南向北运行时与赤道面的交点降交点：卫星由北向南运行时与赤道面的交点近地点：卫星轨道离地球最近的点远地点：卫星轨道离地球最远的点卫星在空间的位置和形状是由6个轨道参数来决定的。它们是：升交点赤经Ω:春分点R逆时针方向到升交点K的弧长近地点角距ω:从升交点K沿轨道到近地点A的角距过近地点时刻t:卫星S与近地点A间的角距长半轴a:轨道椭圆的长半径偏心率e:轨道椭圆的偏心率倾角i:轨道平面与赤道平面的夹角卫星坐标解算方法：利用星历参数解算、用GPS测定。卫星的姿态：通常用X(前进的切线方向）、Y（垂直与轨道面方向、Z（垂直与ＸＹ面）三轴定向表示:绕Ｘ轴称滚动；绕Ｙ轴称俯仰；绕Ｚ轴称航偏。测量的方法有：红外姿态测量仪、恒星相机测定法、GPS方法遥感中常用卫星轨道参数轨道周期：卫星在轨道上绕地球一周所需的时间；覆盖周期：卫星从某点开始，经过一段时间飞行后，又回到该点用的时间。赤道轨道：i＝0°轨道平面与赤道平面重合地球静止轨道：i＝0°且卫星运行方向与地球自转方向一致，运行周期相等倾斜轨道：顺行轨道--0°＜i＜90°卫星运行方向与地球自转方向一致--可覆盖最高南北纬度为i；逆行轨道--90°＜i＜180°卫星运行方向与地球自转方向相反--可覆盖最高南北纬度为180°－i。星下点:卫星质心与地心连线同地球表面的交点星下点轨迹(地面轨迹):星下点在卫星运行过程中在地面的轨迹卫星速度、星下点速度、卫星平均高度同一天相邻轨道间在赤道的距离每天卫星绕地球的圈数陆地卫星用途：用于陆地资源和环境探测平台要求：=1\*GB3①对全球表面进行周期性成像覆盖;=2\*GB3②保证在卫星通过北半球中纬度地区时有最佳光照条件；=3\*GB3③同一地点、不同日期的成像地方时间、太阳光照角基本一致。轨道特征：=1\*GB3①近极地轨道，卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角近90度。轨道倾角越大，覆盖地球表面的面积越大。=2\*GB3②卫星轨道近圆形地球资源卫星的偏心率很小=3\*GB3③与太阳同步轨道：卫星轨道平面与太阳光之间的夹角（太阳光照角）始终保持一致的轨道。=4\*GB3④可重复观测：地球资源卫星的按一定的周期运行，一个重复周期对地球扫描一次；

第三章遥感传感器及其成像原理传感器基本组成：收集系统、探测系统、信号转换系统（处理器）、记录系统（输出器）收集系统：接收地物辐射电磁波将其聚焦成像探测系统。探测系统：对电磁辐射敏感、将辐射能转换成电信号。信号转换系统：将电信号转换为便于显示、记录、处理的光信号。记录系统：将探测系统或信号转换系统输出的电磁波信息（光信号）记录、存储到遥感信息载体，以影像或数字形式输出。描述遥感器的特性参数空间分辨率：表示按地物几何特征(尺寸和形状)和空间分布,即在形态学基础上识别目标的能力。光谱分辨率：指遥感器在接收目标辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔，即遥感器的工作波段数目、波长及波长间隔(波带宽度)。辐射分辨率（辐射灵敏度）：辐射分辨率指遥感器探测元件在接收波谱辐射信号时，能分辨的最小辐射度差。时间分辨率：为分析、识别目标所必须具有的最小时间间隔，称时间分辨率。传感器类型及优缺点=1\*GB3①摄影类型的传感器优点：成本低易操作信息量大缺点：局限性大，影像畸变较严重，成像受气侯、光照和大气效应的限制影像须回收胶片=2\*GB3②扫描成像类型传感器优点：可对全部五个大气窗口的电磁辐射进行探测，可进行多波段、超多波段遥感--波谱分辨率高缺点：空间分辨率相对较低=3\*GB3③雷达成像类型传感器=4\*GB3④非图像类型传感器=5\*GB3⑤成像光谱仪=6\*GB3⑥推扫式传感器TM特点=1\*GB3①TM中增加一个扫描改正器,使扫描行垂直于飞行轨道=2\*GB3②往返双向都对地面扫描（MSS仅单向扫描）；=3\*GB3③地面分辨率由79米到30米；=4\*GB3④波段由5个增加到7个；=5\*GB3⑤有热红外通道TM6。ETM+特点=1\*GB3①增加了全色波段，分辨率为15米;=2\*GB3②采用双增益技术使热红外波段的分辨率提高到60米；=3\*GB3③改进后太阳定标器使卫星的辐射定标误差小于5%。CCD三种主要功能光电转换：入射辐射在MOS电容(CCD元)上产生与光亮度成正比的电荷电荷积累：当电压加到CCD电极上时—在硅层形成电位势阱--电荷在势阱内积累电荷转移：加高压形成深势阱,加低压形成的势阱浅--电荷可进行转移--实现信号传输瞬时视场:在扫描成像过程中一个光敏探测元件通过望远镜系统投射到地面上的直径或对应的视场角度。传感器误差倾斜误差：因遥感器姿态角引起像点移位投影误差：地形起伏引起的像点移位，仅在扫描方向上。雷达遥感分辨率距离向分辨率：脉冲在脉冲发射的方向上（距离向）能分辨两个目标的最小距离。（分为斜距分辨率和地距分辨率）方位向分辨率：在辐射波垂直的方向上（方位向）相邻的两束脉冲之间能分辨的两个目标的最小距离。影响后向散射系数的主要因素雷达系统的工作参数：主要包括雷达传感器的工作波长、波束的入射角、入射波的极化方式等地面目标的特性引起：即地表的粗糙度和地物目标的复介电常数和雷达光斑等因素雷达影像几何特性透视收缩、雷达阴影、叠掩遥感图像与遥感影像遥感影像:由遥感器对地球表面摄影或扫描获得的影像遥感图像:遥感影像经过处理或再编码后产生的与原物相似的形象遥感图像基本属性波谱特性、空间特性、时间特性

第四章遥感图像数字处理的基础知识遥感传感器记录地物电磁波的形式胶片或其它光学成像载体形式（光学图像）数字形式（数字图像）图像数字化实质：把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数采样：空间坐标离散化——图像坐标数字化量化：幅度（光密度）离散化——图像灰度数字化第六章遥感图像的几何处理遥感图像的几何变形概念：原始图像上各地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参照系统中的表达要求不一致时产生的形变。研究前提：必须确定一个图像投影的参照系统，即地图投影系统。影响因素：=1\*GB3①传感器成像方式引起的图像变形=2\*GB3②传感器外方位元素变化的影响=3\*GB3③地形起伏引起的像点位移=4\*GB3④地球曲率引起的图像变形=5\*GB3⑤大气折射引起的图像变形=6\*GB3⑥地球自转的影响遥感图像变形误差静态误差：传感器相对于地球表面呈静止状态时所具有的各种变形误差。动态误差：由于地球的旋转等因素所造成的图像变形误差。内部误差：由于传感器自身的性能技术指标偏移标称数值所造成的。外部变形误差：由传感器以外的各种因素所造成的误差，如传感器的外方位元素变化，传感器介质不均匀，地球曲率，地形起伏以及地球旋转等因素引起的变形误差。遥感图像的几何处理遥感图像的粗加工处理：遥感图像的精纠正处理=1\*GB3①多项式纠正=2\*GB3②共线方程纠正=3\*GB3③有理函数模型=1\*GB3①投影中心坐标的测定和解算=2\*GB3②卫星姿态角的测定=3\*GB3③扫描角θ的测定遥感图像的精纠正处理：消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。=1\*GB3①多项式纠正=2\*GB3②共线方程纠正=3\*GB3③有理函数模型几何精校正的两个环节=1\*GB3①像素坐标的变换，即将图像坐标转变为地图或地面坐标；=2\*GB3②坐标变换后的像素亮度值进行重采样。遥感图像纠正处理过程=1\*GB3①根据图像的成像方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学模型。=2\*GB3②根据所采用的数字模型确定纠正公式。=3\*GB3③根据地面控制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，评定精度。=4\*GB3④对原始影像进行几何变换计算，像素亮度值重采样。=5\*GB3⑤目前的纠正方法有多项式法，共线方程法和有理函数模型等遥感图像多项式模型纠正同名点的选择原则=1\*GB3①在图像上为明显的地物点，易于判读=2\*GB3②在图像上均匀分布=3\*GB3③数量要足够图像灰度值重采样方法=1\*GB3①最近邻像元法=2\*GB3②双线性内插法=3\*GB3③双三次卷积法图像间的自动配准和数字镶嵌图像间的自动配准配准的目的：多源数据进行比较和分析，图像融合、变化检测。配准的实质：几何纠正。采用一种几何变换将图像归化到统一的坐标系中。配准的方式：图像间的匹配、绝对配准。步骤：在源图上选择足够同名点、解算多项式模型参数并配准数字图像镶嵌图像镶嵌：将不同的图像文件合在一起形成一幅完整的包含感兴趣区域图像。要求：不同时间同一或不同传感器获取，图像间要有一定的重叠度实质：几何纠正步骤：图像的几何纠正、搜索镶嵌边、亮度和反差调整、平滑边界线第八章遥感图像自动识别分类特征变换的方法和目的=1\*GB3①主分量变换=2\*GB3②哈达玛变换=3\*GB3③生物量指标变换=4\*GB3④比值变换=5\*GB3⑤穗帽变换目的：=1\*GB3①减少特征之间的相关性，使得用尽可能少的特征来最大限度地包含所有原始数据的信息。=2\*GB3②使得待分类别之间的差异在变换后的特征中更明显，从而改善分类效果。选择方法：定性：了解变换前后图像的特征定量：距离测度和散布矩阵测度。监督分类监督分类法：选择有代表性的试验区来训练计算机，再按一定的统计判别规则对未知地区进行自动分类的方法。监督分类的方法：最大似然法、最小距离法、盒式分类法步骤：=1\*GB3①确定感兴趣的类别数。=2\*GB3②特征变换和特征选择=3\*GB3③选择训练样区=4\*GB3④确定判别函数和判别规则=5\*GB3⑤根据判别函数和判别规则对非训练样区的图像区域进行分类。监督分类的缺点：=1\*GB3①主观性；=2\*GB3②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；=3\*GB3③训练样本的获取和评估花费较多人力时间；=4\*GB3④只能识别训练中定义的类别。非监督分类非监督分类：是指人们事先对分类过程不施加任何的先验知识，而仅凭遥感影像地物的光谱特征的分布规律，即自然聚类的特性，进行“盲目”的分类。非监督分类的方法：K-均值聚类法、ISODATA聚类分析法、平行管道聚类分析法【论述题】遥感技术未来的发展趋势主要体现在哪些方面？我的答案：答：遥感技术未来的发展趋势主要体现在：1、概念的发展。2、平台与观测技术的发展。3、定位技术的发展。4、处理技术的发展。5、遥感应用领域的拓展。6、遥感基础理论的发展。7、应用于环境科学。比如应用遥感技术监测和检测水体水体污染；对大气的监测；城市环境的监测以及管理；监测自然灾害、生态系统等等。【简答题】简述地物辐射的分段特性及了解地物辐射的分段特性的意义。我的答案：地物辐射的分段特性：

地球自身的辐射主要集中在长波，该区段太阳辐射的影响几乎可以忽略不计，因此只考虑地表物体自身的热辐射。两峰交叉之处是两种辐