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遥感导论知识点小结1遥感技术系统的组成被测目标的信息特征、信息的火枪、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用。2遥感的类型1）按遥感平台分为地面遥感、航空遥感、航天遥感；2） 按工作方式分为主动遥感和被动遥感；3） 按探测波段分为：紫外遥感（0.3-0.4）；可见光（0.4-0.7）；红外（0.7-14mm）；微波（0.1-100cm）等。3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。4电磁波的主要参数 1）波长（Wavelength）：指波在一个振动周期内传播的距离。即沿波的传播方向，两个相邻的同相位点（如波峰或波谷）间的距离。 2）周期：波前进一个波长那样距离所需的时间。 3）频率（frequency）：指单位时间内，完成振动或振荡的次数或周期（T），用V示。 注：一般可用波长或频率来描述或定义电磁波谱的范围。在可见光红外遥感中多用波长，在微波遥感中多用频率。 4）振幅（Amplitude）：表示电场振动的强度。它被定义为振动物理量偏离平衡位置的最大位移，即每个波峰的高度。5） 电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。 5常用电磁波波段特性 1） 紫外线（UV）：0.01-0.4m，碳酸盐岩分布、水面油污染； 2） 可见光：0.4-0.76 m，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段；3） 红外线（IR） ：0.76-1000 m。近红外0.76-3.0 m中红外3.0-6.0 m；远红外6.0-15.0 m；超远红外15-1000 m；（近红外又称光红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外。） 4） 微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大。 6地物的反射光谱特性地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比；反照率（Albedo）：以太阳光作为入射光的反射率，即自然物体的反射率；反射率曲线：物体的光谱反射率随波长变化的曲线称为光谱反射率曲线，它的形状反映了地物的波谱特征。 7影响地物反射率大小的因素入射电磁波的波长、入射角的大小、地物表面颜色与粗糙度。8几种典型地物的光谱特性 1）植被：可见光波段有一个小反射峰，位于绿光处（0.55），两侧0.45（蓝）和0.67（红）则有两个吸收带。这一特征是由于叶绿素的影响（叶绿素对蓝光和红光吸收作用很强，对绿光反射作用很强）在近红外（0.7-0.8）有一反射“陡坡”，至1.1有一峰值，形成植被独有的特征。在中红外（1.3-2.5）受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，形成低谷。 2）土壤：自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，呈比较平滑的特征，一般土质越细反射率越高、有机质含量越高和含水量越高反射率越低。 3）水体：反射主要在蓝、绿光波段，其它波段吸收都很强，所以在近红外影像上，水体呈黑色，但当水浑浊时，反射率会增加，峰值出现在黄光区，水中含叶绿素时，近红外波段明显抬升。（在光谱的近红外和中红外波段，水几乎吸收了其全部的能量，即纯净的自然水体在近红外波段更近似于一个“黑体”，因此，在1.12.5 波段，较纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零） 9影响土壤光谱的主要因素 （1）土壤中的原生矿物和次生矿物；（2）土壤水分，当土壤的含水量增加时，土壤的反射率就会下降，在水的各个吸收带处（1.4，1.9 和2.7um），反射率的下降尤为明显。对于植物和土壤，造成这种现象显然是同一种原因，即入射辐射在水的特定吸收带被水强烈吸收所致；（3）土壤有机质：土壤有机质是指土壤中那些生物来源（主要是植物和微生物）的物质，其中腐殖质是土壤有机质的主体，有机质的影响主要是在可见光和近红外波段，而影响最大的是在0.60.8um 之间，不仅有机质的含量影响土壤光谱反射特性，而且其不同的组成也同样有显著的影响；（4）铁：铁的影响主要也在可见光和近红外波段，由于土壤中有机质与氧化铁对土壤的光谱反射特性影响都很大，故定量区分有机质和氧化铁对光谱反射率的贡献难度较大，因此精确地估算土壤氧化铁含量难度很大；（5）土壤质地：一是影响土壤持水能力，进而影响土壤光谱反射率；二是土壤颗粒大小本身也对土壤的反射率有很大影响。注：一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，特别是对0.45 0.56m的蓝绿光波段，一般水体的透射深度可达1020 m，清澈水体可达100 m的深度。 对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5 cm的电磁波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透过地面岩石和土壤。10物体的发射光谱特性 地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率以黑体辐射作为参照标准。 11玻耳兹曼定律即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。1）发射率（Emissivity）：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）与同温下的黑体辐射出射度黑的比值。2）影响地物发射率的因素：地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）。比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。 12大气的三种散射作用 1）瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。 2）米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。 3）无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。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。水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。云雾为什么通常呈现白色？ 13大气窗口通过大气而较少被反射、吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段。 14卫星运行轨道的概念（六个参数） 1）升交点赤经：含地轴和春分点的子午面与含地轴和升交点的子午面之间的交角。2）近地点角距：卫星轨道的近地点与升交点之间的角距，即地心与升交点连线和地心与近地点连线之间的夹角。 3）轨道倾角：卫星轨道面与地球赤道面之间的两面角，即从升交点一侧的轨道量至赤道面。4）过近地点时刻。 5）轨道长半轴：卫星轨道远地点到椭圆轨道中心的距离，标志卫星轨道的大小。 6）轨道偏心率：卫星椭圆轨道焦点与半长轴的比值，用以表示轨道的形状。轨道偏心率越小轨道接近圆形，有利于在全球范围内获取影像比例尺趋于一致。 前四个决定了卫星轨道面与赤道面的相对位置，后两个决定了卫星轨道面形状。15遥感图像的特征 1）空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。 2）光谱分辨率：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。 3）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。 4）辐射分辨率：即探测器的灵敏度，传感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力，一般用灰度的分级数来表示。 16摄影像片的几何特征 （1）像片的投影航片是中心投影，即摄影光线交于同一点；地图是正射投影，即摄影光线平行且垂直投影面。中心投影与正摄投影间的关系：1）正射投影比例尺和投影距离无关，而中心投影比例尺与其焦距和航高有关。2）正射投影：总是水平的，不存在倾斜问题，而对中心投影，若其投影面倾斜，航片各部分的比例尺不同。3）地形起伏对正射投影无影响，对中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同。 （2）像片的比例尺航片上两点之间的确距离与地面上相应两点实际水平距离之比，称之为摄影比例尺1/m。平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（f）与航高（H）之比。地面起伏，使得一张像片不同像点的比例尺变化。17扫描成像 一、光/机扫描成像1）概念：依靠机械传动装置使光学镜头摆动，形成对目标地物逐点逐行扫描。探测元件把接收到的电磁波能量能转换成电信号，在磁介质上记录或再经电/光转换成为光能量，在设置于焦平面的胶片上形成影像。2）瞬时视场角：扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目标物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角。即扫描仪的空间分辨率。 3）总视场角：扫描带的地面宽度称总视场。从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角，叫总视场角。二、固体自扫描成像1）固体自扫描是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。2）电子藕合器件CCD：是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件。具有感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、灵敏度高、动耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点。3）扫描方式上具有刷式扫描成像特点。探测元件数目越多，体积越小，分辨率就越高。电子藕合器件CCD逐步替代光学机械扫描系统。 18微波遥感 1）概念：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。2）雷达的工作方式：由发射机通过天线在很短时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。侧视成像雷达是一种主动微波遥感系统。它是测量目标物对雷达波束后向散射回波强度的成象设备。3）距离分辨率（又称射向、横向或侧向分辨率）（range） Rr指沿距离向可分辨的两点间的最小距离。RrJC/2*cosa式中，J为脉冲宽度（微秒）；C为光速；a为雷达天线俯角。4）方位分辨率（又称航向、纵向或几何分辨率） Ra：指沿一条航向线（方位线）可以分辨的两点间的最小距离。Ra=Rs /D ：微波波长；：雷达天线孔径；Rs距目标地物的距离5）雷达回波强度：受以下特性的影响：1复介电常数；2地形坡度；3表面粗糙度。微波遥感的特点：1能全天时、全天候工作；2具有一定穿透能力；3对海洋遥感具有特殊意义。19热红外遥感红外谱段位于可见光和微波之间的区域（波长0.76-1000m）。它包括反射红外波段（波长0.7-3.0m）以及发射红外波段（波长3-18m）；后者又称“热红外”自然界任何温度高于绝对温度0K（或-273C）的物体都不断地向外发射电磁波，即向外辐射具有一定能量和波谱分布位置的电磁波。其辐射能量的强度和辐射波谱分布位置是物质类型和温度的函数。在热红外区间内，存在着3-5m及8-14m两个大气窗口。对于黑体而言，物体的辐射温度（Trad）等于它的动力学温度（Tkin），但对于真实物体而言，两者的关系为Trad=3/4Tkin（0小于等于1）。20光学原理 1）明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉，物体反射率越高，明度就越高；2）亮度3）饱和度：是色彩纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。 4）颜色相加原理（1）三原色：红、绿、蓝 若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。（2）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。（3）色度图：可以直观地表现颜色相加的原理，更准确地表现颜色混合的规律. 21数字图像的表示方法BSQ（按波段顺序依次排列的数据格式）；BIP（每个像元按波段次序交叉排列）；BIL（是逐行按波段次序排列的格式）。22数字图像直方图1）概念：以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图；2）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。 23. 辐射校正1）大气对辐射的影响：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。大气影响的粗略校正：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。包括直方图最小值去除法和回归分析法。2）直方图最小值去除法： 基本思路： 每幅图像上都有辐射亮度或反射亮度应为0的地区，而事实上并不等于0，说明亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。校正方法：将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值。使图像亮度动态范围得到改善，对比度增强，从而提高了图像质量。 24. 几何校正的步骤和方法 1）基本思路：把存在几何畸变的图像，纠正成符合某种地图投影的图像，且要找到新图像中每一像元的亮度值。2）具体步骤：（1）选取控制点；（2）计算校正后每一点所对应原图中的位置；（3）计算每一点的亮度值。3）计算方法：（1）建立两图像像元点之间的对应关系；（2）求出原图所对应点的亮度：最近邻法、双线性内插法、三次卷积内插法。 25对比度变换 1）概念：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。 将图像中过于集中的像元分布区域（亮度值分布范围）拉开扩展，扩大图像反差的对比度，增强图像表现的层次性。又叫辐射增强。2）方法：对比度线性变换和非线性变换。在改善图像对比度时，如果采用线性或分段线性的函数关系，那么这种变换就是线性变换。变换函数为非线性函数时，即为非线性变换。26空间滤波1）概念：以突出图像上的某些特征为目的，通过像元与周围相邻像元的关系，采取空间域中的邻域处理方法进行图像增强方法。2）平滑：图像中出现某些亮度值过大的区域，或出现不该有的亮点时，采用平滑方法可以减小变化，使亮度平缓或去掉不必要的亮点。（1）均值平滑：将每个像元在以其为中心的区域内，取平均值来代替该像元值，以达到去掉尖锐“噪声”和平滑图像的目的。（2）中值滤波 3）锐化：突出图像的边缘、线性目标或某些亮度变化率大的部分。 27彩色变换把数字图像组合转换成彩色图形，或者把各种增强或分类图像组合叠加，以彩色图像显示出来。方法1）单波段彩色变换（假彩色密度分割）概念：单波段黑白遥感图像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像。2）多波段色彩变换 概念：利用计算机将同一地区不同波段的图像存放在不同通道的存储器中，并依照彩色合成原理，分别对各通道的图像进行单基色变换，在彩色屏幕上进行叠置，从而构成彩色合成图像。合成方案：彩色合成图像分为真彩色图像和假彩色图像。 28图像运算（比值，差值） 1）概念：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。2）原理：地物不同波段的光谱差异。3）比值运算：两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相除（除数不为0）就是比值运算。该运算常用于突出遥感影像中的植被特征、提取植被类型或估算植被生物量，这种算法的结果称为植被指数。常用算法：近红外波段/红波段;或（近红外-红）/（近红外+红）。对于区分和增强光谱亮度值虽不明显，而不同波段的比值差异较大的地物有明显效果。4）差值运算：两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相减就是差值运算。 29多光谱变换 1）概念：多光谱变换：针对多光谱影像存在的一定程度上的相关性以及数据冗余现象，通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量，增强或提取有用信息目的的方法。2）变换的本质：对遥感图像实行线性变换，使光谱空间的坐标按一定规律进行旋转。 30多源信息的复合 1）概念：多种信息源的复合：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匹配的技术。2）意义：发挥不同遥感数据源的优势，弥补某种遥感数据的不足，提高遥感数据的应用性;还有利于综合分析和深入理解遥感数据。3）复合内容：一、遥感信息的复合：（1）不同传感器的遥感数据复合；（2）不同时相的遥感数据复合。二、遥感与非遥感信息的复合31解译标志色调，颜色，阴影，形状，纹理，大小，位置，图形，相关布局等。32典型地物在真彩色和假彩色图像中的特征 1）水体解译：在标准假彩色图像上，深而清澈的水体呈黑或蓝黑色；水浅者多为浅蓝色；含泥沙者颜色更浅，含沙量过高则呈乳白色；有水生植物者呈红色斑点。2）水系，树枝状水系主要分布在冲积平原、侵蚀平原等基岩软弱地区。放射状水系主要分布在火山，孤山或穹形隆起地区。3）植被色调随其品种、环境和成像波段而变。在Landsat4，5波段植被呈浅色调，在6，7波段为深色调；在标准假彩色图像，植被为红色，幼嫩植被带粉红色，成熟时是鲜红色，受虫灾时呈暗红色。阔叶林比针叶林更鲜红，灌丛颜色较浅，水稻呈暗红色。4）城镇的光谱特征是各类建筑物与周围裸地综合反映，当面积较大或与周围环境的光谱特征有显著差异时，可从影像上识别。在多波段黑白图像上，城镇多呈深暗色调；在标准假彩色图像上，中心色调深暗、边缘略浅的灰蓝或蓝灰色，由于铁路路基材料与周围土地的光谱差异较大，因地基有较宽阴影，在卫星图像上呈色调深暗，较为清晰的线状影像。 33制图步骤 计算机辅助遥感制图：（1）遥感影像信息选取与数字化；（2）地理基础底图的选取与数字化；（3）遥感影像几何纠正与图像处理；（4）遥感影像镶嵌与地理基础底图拼接；（5）地理基础底图与遥感影像复合；（6）符号注记，图层生成；（7）影像地图图面配置；（8）遥感影像地图制作与印刷。 34计算机分类原理 遥感图像计算机分类的依据是遥感图像像素的相似度。常使用距离和相关系数来衡量相似度。可采用距离衡量相似度时，距离越小相似度越大；采用相关系数衡量相似度时，相关程度越大，相似度越大。 35遥感图像计算机分类方法 1）监督分类法：选择具有代表性的典型实验区或训练区，用训练区中已知地面各类地物样本的光谱特性来“训练”计算机，获得识别各类地物的判别函数或模式，并以此对未知地区的像元进行分类处理，分别归入到已知的类别中。包括：（1）最小距离分类法；（2）多级切割分类法；（3）特征曲线窗口分类法；（4）最大似然比分类法。2）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。包括：（1）分级集群法；（2）动态聚类法。3）比较：根本区别在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识。（1）监督分类的关键是选择训练场地。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。（2）非监督分类不需要更多的先验知识，据地物的光谱统计特性进行分类。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。