河南大学遥感期末复习资料.docx

第一讲作业：1. 遥感的概念以及狭义遥感的特点广义的遥感：即遥远的感知，泛指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。狭义的遥感：运用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处记录目标的电磁波特性，通过分析，揭示物体的物理特性及变化的综合性探测技术。狭义的遥感具有以下三个特点：1. 运用探测仪器进行探测2. 仅记录物体的电磁波特性3. 揭示物体的物理特性及变化2. 遥感系统的组成总的来说，遥感系统的组成可以分为四个部分。1. 信息源。信息源是指遥感需要对其探测的目标物。2. 信息获取。信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。3. 信息处理。信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。4. 信息应用。信息应用是根据不同的目的将遥感信息应用于各个领域的过程。3. 遥感的工作波段以及它们具有的特性遥感中较多地使用可见光、红外、微波波段以及紫外线的一部分。特性：1.可见光：鉴别物质特征的主要波段，以光学摄影或扫描方式接收和记录反射特征。2. 红外线：近红外的性质与可见光相似，红外遥感主要采用热感应方式探测地物本身的辐射，可以全天时遥感。3. 微波：分为毫米波、厘米波、分米波，具有热辐射性质，可以全天候全天时遥感探测，可采用主动和被动方式成像，具有一定的穿透能力。4. 紫外线：用于探测碳酸盐分布和油污染的监测，一般高空遥感不宜采用。4. 遥感平台的种类地面遥感平台、航空遥感平台以及航天遥感平台。5. 遥感器的成像方式遥感器：搭载在遥感平台上，接收、记录目标物电磁波特性的仪器，包括照相机、扫描仪、成像雷达等。遥感器成像方式：摄影成像类型（光学/电成像类型）扫描成像类型（光电成像类型）微波成像类型（雷达成像类型）6. 遥感的技术特点1. 大面积同步观测2. 时效性强3. 数据的综合性与可比性4. 较高的经济和社会效益7. 遥感信息科学的研究对象和内容研究对象：1.在光学遥感中，主要探测目标物的反射与散射。2.在热红外遥感中，主要探测目标物的辐射特性（发射率和温度）。3.在微波遥感中，被动遥感主要探测目标物的发射率和温度；主动遥感主要探测目标物的后向散射系数特征。研究内容：遥感信息科学主要研究遥感信息形成的波谱、空间、时间及地学规律，研究遥感信息在地球表层的传输和再现规律。1、波谱特性研究 研究地物对可见光、近红外、短波红外的反射特性、热红外的辐射特性、微波的辐射特性、介电特性、后向散射特性和穿透特性等。2、空间特性研究 包括：遥感信息形成的几何机理和模型、方法等。3、时间特性研究：不同时相地物所表现的波谱和空间特性的差异。4、地学规律研究 如利用遥感来监测大气结构、状态及其变化。利用红外谱段的亮度温度来应用于物理海洋学研究。利用微波辐射计、散射计、雷达来提取土壤水份信息等等。第二讲作业：8. 遥感影像的成像过程遥感器接收到地物发射或反射的电磁波，记录下来，传送到地面站，用专用的数据处理系统处理并储存下来。9. 遥感影像的数据存储格式有哪些（1）BSQ方式：各波段的二维影像数据按波段顺序排列。(2)BIL方式：对每一行中代表一个波段的光谱值进行排列，然后按波段顺序排列该行，最后对各行进行重复。(3)BIP方式：在一行中，每个像元按光谱波段次序进行排列，然后对该行的全部像元进行这种波段次序排列，最后对各行进行重复。10. 遥感影像的几种分辨率（1）光谱分辨率： 光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，反之光谱分辨率越粗糙。（2）空间分辨率是指遥感器所能分辨的最小的目标大小，或指影像中一个像元点所表示的地面面积。空间分辨率越高，则目标和面积值越小。（3）辐射分辨率又称亮度阈值，是指在一个波段中所记录的代表地物反射电磁波的强度(表现为亮度或灰度)的所有可能的数值。在影像中表现为影像的灰度级。（4）时间分辨率是指对同一地区进行重复观察的频率。例如，是每16天还是每3天重复一次。11. 遥感影像的信息内容1.遥感影像的波谱信息遥感影像中每个像元的亮度值代表的是该像元中地物的辐射值，随地物的成分、纹理、状态、表面特征及所使用电磁波段的不同而变化的，这种特征称为地物的波谱特征。不同地物之间的亮度值差异以及同一地物在不同波段上的亮度值差异构成了地物的波谱信息。2.遥感影像的空间信息包括空间频率信息、边缘和线性信息、结构或纹理信息以及几何信息等。影响遥感影像空间信息的主要因素有成像遥感器的空间分辨率、影像投影性质、比例尺、几何畸变等。3.遥感影像的时间信息 是指不同时相遥感影像的光谱信息与空间信息的差异。是研究对象所处的时态，所以要充分利用多时相影像，不能以一个瞬时信息来包罗它的整个发展过程。12. 影像单波段统计内容（1）影像灰度均值均值指的是一幅影像中所有像元灰度值的算术平均值，它反映的是影像中地物的平均反射强度，大小由一级波谱信息决定。（2）影像灰度中值 指影像所有灰度级中处于中间的值。当灰度级数为偶数时，则取中间两灰度值的平均值。由于一般遥感影像的灰度级都是连续变化的，因而中间值可通过最大灰度值和最小灰度值获得。（3）影像灰度众数 众数是影像中出现最多次数的灰度值。它是一幅影像中分布较广的地物类型反射能量的反映。（4）影像灰度方差 方差反映各像元灰度值与影像平均灰度值的总的离散程度。它是衡量一幅影像信息量大小的重要度量，是影像统计分析中的最重要的统计量。（5）影像灰度数值域 它是影像最大灰度值和最小灰度值的差值，它反映了影像灰度值的变化程度，从而间接地反映了影像的信息量。（6）影像灰度反差反差可以反映影像的显示效果和可分辨性。上述三种形式的反差定义中，C3最合理，其它两种定义受极端情况的影响较大。（7）影像的直方图 直方图是指影像中所有灰度值的概率分布。横坐标表示影像的灰度级变化，纵坐标表示影像中各个灰度级像元数占整幅影像像元数的百分比。遥感影像数据常常服从或接近于正态分布。（8）直方图的描述量事实上，遥感影像数据并不能完全服从正态分布，往往存在直方图的偏斜。其具体表现为影像灰度均值与众数和中值的明显不一致。13. 影像多波段统计内容1.协方差设f（i，j）和g（i，j）是大小为MN的两幅影像，则它们之间的协方差计算公式为：将N个波段相互间的协方差排列在一起所组成的矩阵称为协方差矩阵（2）相关系数 相关系数是描述波段影像间的相关程度的统计量，反映了两个波段影像所包含信息的重叠程度。即（2）相关矩阵将N个波段相互间的相关系数排列在一起所组成的矩阵称为相关矩阵14. 卷积的概念第四讲作业：15. 遥感影像辐射量校正包括的内容包括由遥感器的灵敏度特性引起畸变的校正、由太阳高度及地形等引起畸变的校正和大气校正。16. 遥感影像几何精校正的步骤1. 建立原始影像与校正后影像的坐标系。对于校正后的影像要确立坐标原点(起始行和列)、像元的大小以及影像的大小(行数和列数)。2. 确定GCP，即在原始畸变影像空间与标准空间寻找控制点对。几何精校正是利用地面控制点对由各种因素引起的遥感影像的几何畸变的校正。GCP必须比较精确，它直接影响几何精校正的精度。3. 选择畸变数学模型，并利用GCP数据求出畸变模型的未知参数，然后利用此畸变模型对原始畸变影像进行几何精校正。4. 重采样。为了确定校正后图像上每点的亮度值，需要对畸变图像进行重采样。通常采用三种方法：最邻近重采样、双线性内插重采样、三次卷积重采样。5. 输出纠正图像。将图像数据按需要的格式写入到新的图像文件中。6. 几何精校正的精度分析。GCP选择不精确、数目过少、分布不合理以及畸变数学模型不能很好地反映几何畸变过程，会造成几何精校正的精度下降，必须找出原因，并改进，直到满足精度要求为止。（遥感影像的几何校正补充：1.遥感影像畸变的实质：影像上各像元的位置坐标与地图坐标系中的目标地物坐标存在差异2.影像畸变的原因：遥感器的内部畸变、遥感平台位置和运动状态变化、地形起伏的影响、地球表面曲率、大气影响、地球自转。3.几何精校正方法：直接成图法、重采样成图法、重采样后的内插方法。17. 遥感影像数字镶嵌的步骤1) 准备工作：首先要根据研究对象和专业要求，挑选数据合适的遥感影像CCT。2) 预处理工作：主要包括辐射校正、去条带和斑点、几何校正3) 确定实施方案：首先应确定标准像幅，标准像幅往往选择处于研究区中央的影像；其次确定镶嵌的顺序，即以标准像幅为中心，由中央向四周逐步进行。4) 重叠区选定：遥感影像的镶嵌工作主要是基于相邻影像的重叠区，重叠区确定的是否准确直接影响到镶嵌的效果。5) 色调调整：色调调整是遥感影像数字镶嵌技术中的一个关键环节。6) 影像镶嵌：所谓镶嵌，就是在相邻两幅待镶嵌影像的重叠区内找到一条接缝线，接缝线的质量直接影响镶嵌影像的效果。第五讲作业：18. 影像增强的方法有哪些19. 线性变换增强20. 直方图均衡化如何实现直方图均衡化计算步骤：21. 彩色变换增强目前，在影像处理中采用的彩色变换处理技术主要有真彩色增强技术、伪彩色增强技术、假彩色增强技术和IHS变换增强。22. 空间滤波的内容并举例 23. 影像间代数运算的内容基本思路： 是对两幅(或两幅以上)输入影像的对应像元逐个地进行和、差、积、商的四则运算，以产生有增强效果的影像。（1）加组合实际上是象元点上的辐射能量之和。叠加运算使亮度值之间出现“填平补齐”现象，可扩展每一波段影像的视觉效果。（2）减运算主要用于提取多时相影像中随时间而变化的信息。要进行预处理：太阳高度角、地形起伏几何配准、平均亮度调整。（3）相除运算又称比值处理，可消除或减弱地形阴影、云影影响和植被干扰等。比值处理包括：简单比值、组合比值组合比值有：和差组合比值、交叉组合比值、标准化比值等。 （4）乘运算常应用于影像亮度值的缩、扩改及回归运算中第七章作业：1.频率域处理基本流程2.高通滤波器的作用及其实现3.低通滤波器的作用及其实现5. 同态滤波器的作用及其实现第八章作业：1.遥感影像融合的概念遥感影像融合是信息融合技术的一种，它根据相应的应用目的，通过高级影像处理技术对多源影像进行复合，从而生成新的影像的过程。遥感影像融合的目的：1.消除冗余数据，突出有用的专题数据。2.利用多源数据间的信息互补性，对各种遥感影像数据进行融合，以弥补单一数据的不足，提高分析的精度，并扩大数据的使用范围。3.提高信息的协调能力，融合并非是几种数据的简单叠加，它可以得到原来几种单个数据不能提供的新数据，满足地学分析及各种专题研究的需求2.像素级融合的内容3.像素级融合的流程4.遥感影像融合的评价指标及其意义第九章作业：1.遥感影像分类的概念 遥感影像分类是指通过对遥感影像中各类地物的光谱信息和空间信息的分析来选择特征，并将特征空间划分为互不重叠的子空间，将影像中各像元划归到各子空间的过程。2.两种非监督分类的原理及流程 K-mean原理: 通过迭代,移动各个基准类别的中心,直至得到最好的聚类结果为止。 步骤：ISODATA分类原理： 在初始状态给出图像粗糙的分类，然后基于一定原则在类别间重新组合样本，直到分类比较合理为止。主要步骤：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3.两种监督分类的原理及流程最小距离分类法要求遥感图像中每一个类别选择一个代表意义的特征统计量，首先计算待分像元与已知类别之间的距离，然后将其归属于距离最小的一类最大似然分类又称为贝叶斯(Bayes)分类，它通过计算标本(像元)属于各组(类)的概率(或称归属概率)，将该标本归属于概率最大的一组5. 遥感影像分类处理中的几个问题1) 训练场地和训练样本的选择问题 2) 地形因素影响 3) 混合像元问题 4) 特征变量的选择问题5) 空间信息在分类中的应用问题 6) 影像分类的后期处理问题一般情况下，每类至少有10100个训练样本数据。确定训练场地和训练样本应注意：时间；空间。 解决由于地形因素造成的“同物异谱”现象的一种有效的方法是采用“同类多组法”来选取训练样本。监督分类和非监督分类的概念：