2022年遥感复习资料 3.pdf

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1、广义的遥感 ：不直接接触有关目标物或现象而收集信息，并对其进行分析、解译和分类的技术。狭义的遥感 ：遥感是应用探测仪器，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。遥感与航空摄影测量的关系：分类信息获取装置信息载体遥感平台处理重点目的航测摄影机可见光（0.34- 0.77m ）飞机几何信息提取地形信息遥感传感器（摄影机、雷达、扫描仪）可见光、红外光、微波（0.34 m 10m ）卫星、飞船、航天飞机、飞机物理信息资源调查环境监测遥感技术系统包括：目标物的电磁波特性、信息的获取、信息的接收、信息的处理、信息的应用。遥感技术的类型：

2、（1）按遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感（2）按工作方式分：主动遥感（有源遥感）、被动遥感；成像遥感、非成像遥感主动遥感：探测器主动发射电磁波，并接受其回波。被动遥感：被动接受目标物的发射或反射。（3）按传感器的探测波段分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感（目前遥感技术用到的波段）（4）按遥感的应用领域分：资源、环境、农业、林业、渔业、地质、水文、军事遥感遥感技术的特点：大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性、经济性、局限性遥感的发展趋势：（ 1）高空间分辨率；（2）高光谱分辨率电磁波谱 ：按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构成了

3、电磁波谱。电磁波谱以频率从高到低（波长从短到长）依次为： 射线、 X射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。辐射量度 L 与观测角 无关的辐射源，称为朗伯源。只有绝对黑体才是朗伯源。（灰体：反射度是0-1 之间的常量。）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，则这个物体是绝对黑体。吸收率反射率=1 黑体辐射的三个特性：（ 1）辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。（2）温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。（3）随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。实际物体的辐射：辐射（发射）率是指地物的辐射出射度（即地物单位面积发出的辐射总通量

4、）W与同温度的黑体的辐射出射度（即黑体单位面积发出的辐射总通量）W黑的比值。常用 表示，即 =W/W 黑。地物的辐射率（发射率）与地物的性质、表面状况（如粗糙度、颜色等）有关，且是温度和波长的函数。按照发射率与波长的关系，将地物划分为：（ 1）黑体或绝对体（发射率=1）；（2）灰体（发射率=常数 1）；（ 3）选择性辐射体（发射率随波长而变化，而且1）太阳常数 ：不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量： I 1.3601000w/ . 大气散射 ：太阳辐射在长波过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。大气散射有三种情况

5、：瑞利散射 （对可见光影响大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。波长越长，散射越弱）、米氏散射（散射强度与波长的二次方成反比，且方向性比较明显）、无选择性散射（符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同）。大气窗口 ：通过大气而较少被反射、吸收或散射的投射率较高的电磁辐射波段。光谱段有：紫外、可见光、近红外波段。地物波谱特性：（ 1）自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射、吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性（2）它们又都具有发射某些红外线、微波的特性；（3）少数地物还具有透射电磁波的特性。太阳辐射与地表的相互作用：（ 1）太阳辐射主要集中

6、在短波，即0.3-2.5 m ，在紫外、可见光到近红外区段。（2）地物辐射主要集中在长波，即6 m以上的热红外区段。物体三种反射形式：镜面反射、漫反射、方向反射。地物的反射率随入射波长变化的规律，叫做地物反射波谱。地物反射光谱曲线：按地物反射率与波长之间关系绘成的曲线（横坐标为波长值，纵坐标为反射率）（温度固定：常温下）。地物波谱特性的测量的目的：（ 1）传感器波段的选择；（2）建立地面、航空、航天遥感的关系；（3）地物光谱数据与地物特征作相关分析，建立应用模型。测定方法：实验室测定方法和野外测量（比较法）。遥感平台 ：搭载传感器的工具。（地面平台、航空平台、航天平台）陆地卫星系列：Lands

7、at 卫星、 SPOT卫星、 CBERS （中巴）、 IKONOS 、Quickbird。遥感卫星的运行轨道参数：轨道高度、轨道倾角、其他轨道参数（升交点赤径、近地点角距、扁率等）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - NOAA 气象卫星：是美国海洋大气局的第三代气象观测卫星，卫星轨道是近圆形的太阳同步轨道，轨道高度为870km 833km，轨道倾角为98.9，周期为101.4 分。NOAA 气象卫星的主要传感器为改进型

8、高分辨率辐射计AVHRR 。波段波长分辨率应用1 0.58 - 0.68 (red) 1.1 km 云、雪、冰的监测2 0.725 - 1.1 (near IR) 1.1 km 水、植被、农业调查3 3.55 -3.93 (mid IR) 1.1 km 海面温度、火山、森林火灾4 10.3 - 11.3 (thermal IR) 1.1 km 海面温度、土壤湿度5 11.5 - 12.5 (thermal IR) 1.1 km 海面温度、土壤湿度陆地卫星轨道特点：（1）近圆形轨道：轨道高度为905918之间。目的：比例尺一致、便于扫描仪扫描。（2）近极地轨道： i=99.125 ，增大对地观测

9、范围。（3）与太阳同步（与地方时同步）：有利于卫星在相同的光照条件下对地观测。（ 4）可重复轨道：有利于动态监测，18 天。ETM 专题制图仪 (LANDSAT-7)波段特点：传感器 ：是收集、量测和记录来自地面目标地物的电磁波信息的仪器，是遥感技术的核心部分。（主动式和被动式）传感器的一般构成：收集系统、探测系统、信号处理系统、记录系统。成像光谱仪 ：既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术，称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。特点：高光谱成像仪是遥感进展的新技术，其图象是多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成，光谱波段覆盖了可见光、近红外、中红外和热红外区域全

10、部光谱带。光谱仪成像时多采用扫描式和推帚式，可收集200 或200 以上波段的收据数据。使图像中每一像元均得到连续的反射率曲线，而不像其他一般传统的成像谱光仪在波段之间存在间隔。微波遥感： 是指通过微波传感器获取地物发射或反射的微波辐射，来识别地物的技术。微波遥感的特点：（ 1）全天候、全天时（气候、时间）；（2）易于探测某些地物（水和冰）；（3）对冰雪、森林、土壤有一定的穿透力；（4）对海洋遥感具有特殊意义：适合于海面动态情况的观测；（5）分辨率较低、特性明显。微波遥感传感器：主动方式（侧视雷达、微波高度计、微波散射计）、被动方式（微波辐射计、微波散射计）遥感图像的特征：空间分辨率、光谱分辨

11、率、辐射分辨率和时间分辨率（几何特征、物理特征和时间特征）。遥感图像处理的分类：按处理步骤可分为预处理、图像增强、图像解译。按处理技术手段可分为：光学图像处理和数字图像处理。颜色的性质 ：明度、色调、饱和度。任何两种颜色相加后如能产生白色或灰色，这两种颜色就互称为互补色，红绿蓝三种颜色是最优的三原色（不唯一）。彩色合成 ：是用同一景物不同波段的图像（黑白）合成彩色图像。合成后的彩色图像不一定与人眼观察景物的颜色一致。真彩色合成 ：如果用红、绿、蓝三原色滤光片摄取的三个波段的图像，经彩色合成后，图像的颜色为自然色假彩色合成 ：当合成的波段中有一个（或以上）波段为人眼无法感受的红外波段时，必须给红

12、外图像一种可见的色调，此时得到的图像与人眼观察的颜色相差很大，称为假彩色图像（标准假彩色：4、3、2）数字图像 ： 指能够被计算机存储、处理和使用的图像。光学图像变为数字图像需要进行位置离散化（采样）和灰度值量化。数字图像的表示：矩阵函数。数字图像的校正：辐射校正和几何校正。直方图： 以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或灰度值区间像元出现的频率的分布图。横轴代表像元的灰度级，纵轴代表每级像元出现的次数或频率。直方图的作用：直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。直方图的曲线可以反映图像的质量差异。图像直方图是描述图像质量的可视化图表。在图像处理中，可以通过调

13、整图像直方图的形态，改善图像显示的质量，以达到图像增强的目的。引起辐射畸变的原因有两个：传感器本身的误差和大气的辐射的影响。大气的主要影响是减少了图像的对比度，使原始信号和背景信号都增加了因子，图像质量下降。由于大气影响，实际到达传感器的辐射量度由三项组成：PLLLL21 L 地物本身的反射光进入传感器L 大气散射光以入射方向照射地物进入传感器 L 大气散射向上直接进入传感器，叫程辐射大气影响粗略校正：通过简单的方法去掉程辐射度（散射光直接进入传感器的那部分），从而改善图像质量。两种方法 ：直方图最小值去除法和回归分析法直方图最小值去除法：先确定该图像上确有辐射亮度或反射亮度应为零的地区。则亮

14、度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。校正时，将每一波段中每个像元的亮度值都减占本波段的最小值。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 回归分析法 ：程辐射主要来自米氏散射，散射强度与波长的二次方成反比。分别以a， b 波段的像元亮度值为坐标，作二维光谱空间，两个波段中对应像元在坐标系内用一个点表示。由于波段之间的相关件，通过回归分析在众多点中一定能找到一条直线与波段b 的亮度 Lb 轴相交。abLL2)()(a

15、abbaaLLLLLL校正方法 : 将波段 b 中每个像元的亮度值减去，来改善图像，去掉程辐射。同理依次完成其他较长波段的校正。几何变形的原因：遥感平台位置和运动状态（航高、航速等）、地形起伏、地球表面曲率、大气折射、地球自转的影响。几何校正 ：就是改正原图像的几何变形，产生一幅符合某种地图投影和一定几何精度的图像。（光学纠正和数字纠正）几何校正的目的：（ 1）为了资源、环境调查结果及专题图的可量测性，达到一定的几何精度。（2）不同传感器、不同时间的同一地区图像的复合，必须配准。（3）遥感图像用于地图测绘或修测，需几何校正。多项式纠正法：需要6 个控制点)()()()()()(39282736

16、254232103928273625423210YbXYbYXbXbYbXYbXbYbXbbyYaXYaYXaXaYaXYaXaYaXaax确定纠正后图像的边界：X1min（Xa , Xb,Xc,Xd) ， X2max（Xa,Xb,Xc,Xd) Y1min（Ya,Yb,Yc,Yd) ，Y2max（Ya,Yb,Yc,Yd) 但当算得的原始图像坐标不为整数时，并无现成的亮度存在，此时，就必须采用适当的方法，把该点周围整数点位上亮度值对该点的亮度贡献积累起来，构成该点位新的亮度值。这个过程称为数字图像亮度的重抽样。最常用的数字图像亮度的重抽样的方法有：最临近法、双线性内插法和双三次卷积内插法。双线性

17、内插法：优点 ：较平滑，没有锯齿状；与最邻近法相比，空间信息更准确些；适合于专题文件。缺点 ：象元值被平均化，某些地物边缘更平滑，某些极值可能丢失。邻域运算可用于突出图像中有意义的纹理细节，即边缘增强（在数字图像处理学中称为锐化）；也可以消除无意义的影像噪声，即平滑。邻域运算可以在空间域作卷积运算，也可以在频率域进行滤波来实现。平滑的作用是对图像的随机噪声进行滤除或对反差太大的图像进行软化，使灰度变化变平缓。常用方法有均值平滑和中值平滑。平滑在频率域的处理是通过低通滤波实现的。均值平滑是将每个像元以其为中心的区域内取平均来代替该像元值，中值平滑是将每个像元在以其为中心的邻域内取中间亮度值来代替

18、该像元值，以达到去除噪声和平滑图像的目的。取值时，将窗口内所有的像元按亮度值的大小排列，取中间值作为窗口中心的新的像元值。（模板选取以及计算）图像运算：两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增强，达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。分类：差值运算和比值运算。混合运算：归一化差分植被指数（NDVI） 、生物量指标变换。多光谱图像特点： （1）波段多，信息量大，对解译有价值；（2）存在一定程度相关性及数据存在冗余现象；（3）数据量太大，处理时耗费大量时间，占用大量磁盘空间。多光谱变换 ：主成分变换（K-L 变换）和缨帽变换（K-T 变换）主成分变换（K-L 变换

19、）：通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量，增强有用信息的目的。对某一多光谱图像X，利用 K-L 变换矩阵A进行线性组合，产生一组新的多光谱图像Y，表达式为： Y=AX 。Y为变换后的主分量空间的像元矢量；X为变换前的多光谱空间的像元矢量；A为变换矩阵（实现线性变换）。K-L 变换的特点：（1）变换后的主分量空间与变换前的多光谱空间坐标系相比旋转了一个角度。（2）新坐标系的坐标轴一定指向数据量较大的方向。（3）各分量所包含的信息量不同，呈逐渐减少趋势。其中第一主分量集中了最大的信息量，常常占 80以上。（4）可实现数据压缩和图像增强。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

20、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 缨帽变换（ K-T 变换）：一种坐标空间发生旋转的线性变换，Y=BX ，旋转后的坐标指向与地面景物有密切关系的方向。主要针对 TM图像数据和MSS数据。更好分析农作物生长中植被与土壤特征的变化。（y1- 亮度； y2- 绿度； y3- 湿度）多源信息复合：是将多种遥感平台，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分析技术。不同传感器的遥感数据的复合步骤： （ 1）配准：采用几何校正，分别在不同数据源的影像上选取控制点，用

21、双线性内插或三次卷积内插运算等对分辨率较小的图像进行重采样，完成配准，达到两者分辨率一致。（2）复合：彩色合成、代换法。目视解译 ：也叫目视判读，是指专业人员通过直接观察或借助辅助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。计算机解译 ：也称遥感图像自动分类，是借助于计算机系统，利用模式识别技术、人工智能技术和专家系统相结合，根据遥感图像中目标地物的成像规律和各种影像特征（颜色、形状、纹理和空间位置等），实现对遥感图像的自动分类。遥感图像目标地物识别特征：（1）解译标志 ( 判读特征 ): 那些在遥感图像上能够用来区分目标物的影像特征（2）直接标志：能够直接反映物体或现象的那些影像特征，色

22、调、大小、形状、阴影、纹理、图形等。（3）间接标志：目标地物与其关系指示特征、地物与环境之间的关系。地物的阴影 ：是遥感图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子。分为本影和落影。根据阴影的大小可以判读物体的形状或高度。本影：地物未被阳光直接照射到的部分在像片上的构像，本影可获得立体感。落影：阳光直接照射到物体时，物体投在地面上的影子在像片上的构像，如高架桥投在地面上的阴影。纹理：又称质地 , 是指遥感图像中地物内部色调有规律变化造成的影像结构。不同物体 , 在遥感影像上形成不同的纹理质地。解译标志的可变性： （1）解译标志也随着地区的差异和自然景观的不同而变化, 绝对稳定的解译标志是不存在的,

23、有些解译标志具有普遍意义, 有些则带有地区性。 （2）有时即使是同一地区的解译标志, 在相对稳定的情况下也在变化。因此, 在解译过程中 , 对解译标志要认真分析总结, 不能盲目照搬套用。解译标志往往具有区域性和条件性。目视解译基本步骤： （ 1）准备工作阶段（资料等的搜集与分析）； （2）初步解译与判读区的野外考察（建立解译标志等）；（3）室内详细判读； （4）野外验证与补判； （5）目视解译成果的转绘与制图（手工转绘成图、采用转绘仪）。遥感影像地图是一种以遥感影像和一定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。遥感影像的特点：详细丰富；形象直观；具有一定数学基础；现势性强。遥感图像

24、计算机解译是以遥感图像为研究对象，在计算机系统支持下，综合运用地学分析、遥感图像处理、 地理信息系统、模式识别与人工智能技术，实现地学专题信息的智能化提取。遥感图像计算机分类的主要依据是地物的光谱特征。遥感数字图像性质：（1）遥感数字图像是以数字形式表示的遥感影像；（2）遥感数字图像最基本单位是像素；（3）像素具有空间特征和属性特征； （4）像素空间特征是指其含有特定的地理位置的信息，并表征一定的面积；（5）像素的属性特征采用亮度值来表达。遥感数字图像特点：便于计算机处理和分析；图像信息损失低；抽象性强。按波段数量，遥感图像分为四种类型：二值数字图像、单波段数字图像、彩色数字图像、多波段数字图

25、像（三种数据格式BSQ格式- 按波段顺序一次排列、BIP 格式 - 按波段次序交叉排列和BIL 格式） 。航空像片的数字化：空间采样和属性量化。遥感图像计算机分类的依据是遥感图像像素的相似度, 用距离（绝对值、欧式）和相关系数来衡量。监督分类实验步骤： （1）波段组合影像（432 假彩色合成） ； （2）确定分类类别； （3）建立每一类训练样区及特征文件；（4）评价分类模板（产生可能性矩阵）； （5）执行分类。绝对值距离：遥感数字图像的计算机分类：最小距离分类法、最近领域分类法、盒状分类法、特征曲线分类法、平行管道分类法等。非监督分类 ：是在没有先验类别（训练场地）作为样本的条件下，即事先不知

26、道类别特征，主要根据像元间相似度的大小进行归类合并（即相似度的像元归为一类）的方法。动态聚类法：（1）按照某个原则选择一些初始类聚类中心。（2）计算像素与初始类别中心的距离，把该像素分配到最近的类别中。（3）计算并改正重新组合的类别中心，如果重新组合的像素数在最小允许值以下，则将该类别取消，并使总类别数减 1。当类别数在一定的范围，类别中心间的距离在阈值以上，类别内的方差的最大值为阈值以下时，可以看做动态聚类的结束。（4）当不满足动态聚类的结束条件时，就要通过类别的合并及分离，调整类别的数目和中心间的距离等，然后返回到 (2) ，否复进行组合的过程。（PPT中的例题看一下）监督分类与非监督分类

27、比较： （1）两者的根本区别点在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识，监督分类根据训练场提供的样本选择特征参数，建立判别函数，对待分类点进行分类。因此，训练场地选择是监督分类的关键。（2）对于不熟悉区域情况的人来说，选择足够数量的训练场地带来很大的工作量，操作者需要将相同比例尺的数字地形图叠在遥感图像名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 上，根据地形图上的已知地物类型圈定分类用的训练场地。（3）由于训练场地要求有代表

28、性，训练样本的选择要考虑到地物光谱特征，样本目要能满足分类的要求。有时这些还不易做到，这是监督分类不足之处。（4）非监督分类不需要更多的先验知识，它根据地物的光谱统计特性进行分类。因此，非监督分类方法简单，且分类具有一定的精度。（5）当光谱特征类能够和唯一的地物类型( 通常指水体、不向植被类型、土地利用类型、土壤类型等) 相对应时，非监督分类可取得较好分类效果。当两个地物类型对应的光谱特征类差异很小时，非监督分类效果不如监督分类效果好。农作物识别与种植面积估算：（1）根据作物的色调、图形结构等差异大的物候期的遥感时相和特定的地理位置等的特征，将其与其他植被分开，获得植被分布图。（2）根据农作物

29、像素多少，每个像素的实际面积，得到农作物的种植面积。（长势各个不同的种植面积）（3）利用高时相分辨率的卫星影象对作物生长的全过程进行动态监测，得到植被指数（包括比值植被指数、归一植被指数、差值植被指数、正交植被指数）。 （4）建立农作物估产模型，用选定的植物灌浆期植被指数与某一作物的单产进行回归分析，得到回归方程。水深的测定 ：蓝光波段影像上的灰度可反映水深。蓝光波段对平静清澈的水体有较大的透射能力，并且水底反射波也较强。水温的测定 ：白天水体为暗色调，夜晚为浅色调。高光谱遥感 ：高光谱分辨率遥感（Hyperspectral Remote Sensing）的简称。它是在电磁波谱的可见光，近红外

30、，中红外和热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术（Lillesand & Kiefer 2000） 。分辨率达到纳米（nm ）级。其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。高光谱遥感的优点：1）光谱分辨率高，能够获取地物精细的光谱特征曲线，模型可选择性强。2）波段多，为波段之间的相互校正提供了方便。3）定量化的连续光谱曲线数据位地物光谱机理模型引入图像分类提供条件。高光谱遥感的缺点：1）数据量多，存储空间大，计算量大。2）波段多，波段间数据相关性，对训练样本数量要求高。3）使用统计学分类模型对光谱特征选择要求很高。利用标准假彩色影像结合地物光谱特性，说明为什么在影像中植被呈现红色，湖泊、 水库呈蓝偏黑色，重盐碱地呈偏白色。LAndsat 7 上的 TM参数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -