遙感復(fù)習(xí)(個(gè)人整理)

1、一、遙感( Remote Sensing )概念（重點(diǎn)） 廣義：泛指一切無接觸的遠(yuǎn)距離探測，包括對電磁場、力場、機(jī)械波（聲波、地震波）等的探測。遙感定義：從不同高度的平臺上通過傳感器，對地球表面目標(biāo)的電磁波反射或輻射信息進(jìn)行探測，并經(jīng)信息的記錄、傳輸、處理和解譯分析，對地球的資源與環(huán)境進(jìn)行探測和監(jiān)測的綜合性技術(shù)。遙感的特點(diǎn)1視域范圍大，具有宏觀特性()。2不受地面條件限制3周期性：周期成像，有利于進(jìn)行動態(tài)研究和環(huán)境監(jiān)測()。4多源性：多平臺、多時(shí)相、多波段(多尺度)電磁波 在真空或介質(zhì)中通過傳播電磁場的振動而傳輸電磁能量的波。描述電磁波特性的指標(biāo) 波長、頻率、振幅、相位等。電磁波的特性 電磁波

2、是橫波，傳播速度為3×108 m/s，不需要媒質(zhì)也能傳播，與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)會有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一規(guī)律。 電磁波譜 按電磁波按波長（頻率）遞增或遞減順序排列，即為電磁波譜。電磁波譜圖（課本p5 表格1-1）黑體：能全部吸收外來電磁波輻射而毫無反射和透射能力的理想物體。它也是完全的輻射體。吸收率=1 。白體、反射率=1。常用電磁輻射度量1、輻射能量（Q）：以電磁波形式向外傳送能量，單位為焦。2、輻射通量( )：單位時(shí)間內(nèi)，通過某一表面的輻射能量。3、輻射通量密度（W）:單位時(shí)間，單位面積輻射處的能量。4、輻射照度（E）:單位時(shí)間，單位面積接收的輻射能量。特性1：總輻射通

3、量密度與溫度T的4次方成正比特性2：峰值波長隨溫度的增加向短波方向移動特性3：每根曲線彼此不相交，故溫度越高所有波長上的輻射通量密度也越大太陽輻射：太陽是遙感主要的輻射源，又叫太陽光，在大氣上界和海平面測得的太陽輻射曲線如圖所示。太陽光譜是連續(xù)的，和絕對黑體的輻射特性基本一致。大氣層外相當(dāng)于5800 K的黑體輻射；太陽輻射的能量主要集中在可見光，其中0.38 0.76 µm的可見光能量占太陽輻射總能量的38%，最大輻射強(qiáng)度位于波長0.47 µm左右；到達(dá)地面的太陽輻射主要集中在0.3 3.0 µm波段，包括近紫外、可見光、近紅外和中紅外（穩(wěn)定）；其他波段能量小，變

4、化大。經(jīng)過大氣層的太陽輻射有很大的衰減（64.5%）；各波段的衰減是不均衡的。大氣的吸收作用：(重點(diǎn)）大氣中的各種成分對太陽輻射有選擇性吸收，形成太陽輻射的大氣吸收帶，造成影像黯淡。大氣的散射作用：對遙感圖像來說，增加了噪聲，降低了圖像的反差和傳感器接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成圖像模糊不清。大氣窗口：由于大氣層的反射、散射和吸收作用，使得一部分波段的太陽輻射在大氣中的透過率很小或根本無法通過。我們就把電磁波輻射在大氣傳輸中透過率較高的波段叫大氣窗口常用窗口1、紫外可見光部分近紅外 0.30-1.15m。主要是反映地物對太陽光的反射。通常采用攝影或掃描的方式在白天感測、收集目標(biāo)信息成像。2、近紅外 1.

5、4-2.5m近紅外大氣窗口白天夜間都可應(yīng)用，是以掃描的成像方式感測、收集目標(biāo)信息，主要應(yīng)用于地質(zhì)遙感。3、近紅外 3.55.0m中紅外大氣窗口，包含地物反射及發(fā)射光譜，用來探測高溫目標(biāo)。4、遠(yuǎn)紅外 8-14m熱（遠(yuǎn)）紅外窗口，屬于地物的發(fā)射波譜，是常溫下地物熱輻射能量最集中的波段，所探測的信息主要反映地物的發(fā)射率及溫度。5、微波 1.0mm-1m微波窗口，分為毫米波、厘米波、分米波。1-1.8透過率35-40%。 2-5mm（50-70%）；8-1000mm（100%）。 能透過云層、植被、一定厚度的冰和土壤反射波譜反射率（）：地物的反射通量與入射通量之比，即=(E/ E 0)×10

6、0%。地物在不同波段的反射率是不同的。由于物體固有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對于不同波長的電磁波有選擇的反射。如：綠色植物呈現(xiàn)綠色。地物有反射光譜曲線。反射率是可以測定的。反射光譜特性曲線是某物體的反射率（或反射輻射能）隨波長變化的規(guī)律，以波長為橫坐標(biāo)，反射率為縱坐標(biāo)所得的曲線。特點(diǎn) 各種物體由于其結(jié)構(gòu)和組成成分不同，反射光譜特性是不同的。作用 1不同地物在不同波段有不同的反射率，使其成為判讀或分類的影像的物理基礎(chǔ)。 2研究遙感成像機(jī)理 3選擇遙感儀器最佳探測波段 4專題信息提取在可見光波段0.55m （綠光）附近有一個(gè)反射峰，兩側(cè)0.45m （藍(lán)光）和0.67m （紅光）有兩個(gè)吸收帶，這是由于葉綠素對藍(lán)光

7、和紅光吸收作用強(qiáng)，對綠光反射作用強(qiáng)而造成的。土壤光譜曲線（重點(diǎn)）水體光譜曲線（重點(diǎn)） 水體的反射主要在藍(lán)綠光波段，其他波段吸收率很強(qiáng)，特別在近紅外、中紅外波段有很強(qiáng)的吸收帶，反射率幾乎為零，因此在遙感中常用近紅外波段確定水體的位置和輪廓。地物波譜測定意義 為選擇遙感器的最佳波段（通道）提供依據(jù) 為遙感數(shù)據(jù)大氣校正提供參考標(biāo)準(zhǔn) 為計(jì)算機(jī)圖像自動分類和識別提供光譜數(shù)據(jù)，為遙感影像的解譯提供依據(jù)。遙感平臺種類軌道參數(shù)衛(wèi)星姿態(tài)角Landast衛(wèi)星參數(shù)傳感器的四個(gè)組成部分：1.收集器：收集地物輻射來的能量。具體的元件如透鏡組、反射鏡組、天線等。2.探測器：將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能或電能。具體的無器件如

8、感光膠片、光電管、光敏和熱敏探測元件、共振腔諧振器等。3.處理器：對收集的信號進(jìn)行處理。如顯影、定影、信號放大、變換、校正和編碼等。具體的處理器類型有攝影處理裝置和電子處理裝置。4.輸出器：輸出獲取的數(shù)據(jù)。輸出器類型有掃描曬像儀、陰極射線管、電視顯像管、磁帶記錄儀、彩色噴墨儀等等。Landsat-4/5上的TM（Thematic Mapper）是一個(gè)高級的多波段掃描型的地球資源敏感儀器，與多波段掃描儀MSS性能相比，它具有更高的空間分辨力，更好的頻譜選擇性，更好的幾何保真度，更高的輻射準(zhǔn)確度和分辨力。特點(diǎn)： 1、TM中增加一個(gè)掃描改正器。2個(gè)作用 2、TM的探測器共有100個(gè)，分七個(gè)波段。 3

9、、探測器每組16個(gè)，呈錯(cuò)開排列。p73表3-3微波遙感特點(diǎn)1mm1m的電磁波 微波遙感使人們從一個(gè)完全不同于光和熱的視角去觀察世界，使用的是無線電技術(shù)。方位分辨率為： 波瓣角；R斜距；D天線孔徑；波長要提高方位分辨率，需采用波長較短的電磁波，加大天線孔徑和縮短觀測距離。這幾項(xiàng)措施無論在飛機(jī)上或衛(wèi)星上使用時(shí)都受到限制。目前是利用合成孔徑側(cè)視雷達(dá)來提高側(cè)視雷達(dá)的方位分辨率合成孔徑雷達(dá)概念：用一個(gè)小天線作為單個(gè)輻射單元，將此單元沿一直線不斷移動，在移動中的每一個(gè)位置上發(fā)射一個(gè)信號，接收相應(yīng)發(fā)射位置的回波信號合成孔徑雷達(dá)的方位分辨率為雷達(dá)天線實(shí)際孔徑長度的一半，孔徑越小，分辨能力越強(qiáng)，這與真實(shí)孔徑雷達(dá)

10、情況正好相反，而且與距離無關(guān)。側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征側(cè)視雷達(dá)圖像在垂直飛行方向的像點(diǎn)位置是以目標(biāo)的斜距來確定的，稱為斜距投影。（1）垂直飛行方向的比例尺由小變大（2）朝向傳感器的山坡影像被壓縮，背向傳感器的山坡被拉長數(shù)字化概念 數(shù)學(xué)解釋分為兩個(gè)過程：采樣、量化 采樣：空間坐標(biāo)的離散化（x, y）矩陣（空間坐標(biāo)數(shù)字化）量化：灰度值離散化過程（f）（圖像灰度的數(shù)字化過程）圖像: 對客觀對象一種相似性的描述或?qū)懻妫?地物對電磁波反射強(qiáng)度被傳感器以膠片或數(shù)字形式記錄圖像變換：空間域變?yōu)閷傩杂?原理、方法、作用p89構(gòu)像方程：地物點(diǎn)在圖像上的坐標(biāo)（x,y）和地面對應(yīng)點(diǎn)大地坐標(biāo)（X,Y,Z）之間的數(shù)學(xué)關(guān)系

11、。 本質(zhì)：坐標(biāo)變換 意義：對任何類型傳感器成像進(jìn)行幾何糾正和對某些參量進(jìn)行誤差分析的基礎(chǔ)。式中A為傳感器坐標(biāo)系相對地面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣先后為繞v,u,w三軸的旋轉(zhuǎn)角共線方程簡寫為p115基于多項(xiàng)式的傳感器模型 P116基于有理函數(shù)的傳感器模型P118變形來源圖像糾正：借助一組地面控制點(diǎn)，對一幅圖像進(jìn)行地理坐標(biāo)的校正，又稱為地理參照圖像糾正的兩種方法 粗糾正：利用衛(wèi)星位置、姿態(tài)、軌道、及掃描特征作為參數(shù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型加以處理。（缺點(diǎn)） 精糾正：利用地面控制點(diǎn)和多項(xiàng)式建立糾正模型。同名點(diǎn)選?。? 在地物上為明顯的第五點(diǎn)，易于判讀； 2 在圖像上均勻分布 3 數(shù)量要足夠p148圖像配準(zhǔn)：同一區(qū)域里一幅

12、圖像（基準(zhǔn)圖像）對另一幅圖像的校準(zhǔn)，以使兩幅圖像中的同名像元配準(zhǔn)圖像配準(zhǔn)目的：可方便對這些多源數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，比如圖像融合、變化檢測、模式識別、地圖修正等。圖像鑲嵌：當(dāng)研究區(qū)超出遙感圖像覆蓋范圍時(shí)，將多幅圖像拼接起來形成一幅覆蓋全區(qū)的較大圖像。鑲嵌后處理：不同圖像的對比度及亮度值會有差異，一般用直方圖匹配和彩色亮度匹配法進(jìn)行處理 攝影測量是在兩個(gè)已知點(diǎn)上攝取兩張影像，通過識別左右像片上的同名點(diǎn)，建立立體像對，實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)測量。輻射校正概念： 利用傳感器觀測目標(biāo)輻射或反射電磁能量時(shí)，從傳感器得到的測量值與目標(biāo)的光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量是不一致的，稱為光譜亮度失真。這種消除圖像數(shù)據(jù)中依

13、附在輻射亮度里的各種失真的過程稱為輻射校正。完整的輻射校正包括傳感器校正、大氣校正、太陽高度及地形校正。圖像增強(qiáng)目的： 增強(qiáng)感興趣目標(biāo)與周圍目標(biāo)的反差，突出目標(biāo)，消弱某些不需要的信息。 圖像增強(qiáng)手段：空間域 頻率域中值濾波的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是去噪（特別是脈沖或椒鹽噪聲）同時(shí)較好地保持了邊緣，缺點(diǎn)是對點(diǎn)、細(xì)線等細(xì)節(jié)較多的圖像不大適合。圖像融合概況1、概念:多源遙感數(shù)據(jù)間融合 遙感數(shù)據(jù)與非遙感數(shù)據(jù)融合 又稱為“信息融合”、”數(shù)據(jù)整合“結(jié)合”“疊合” 圖像融合是對多傳感器的圖像數(shù)據(jù)和其它信息處理過程，生成一幅具有新的空間、波譜、時(shí)間特征的合成圖像。歸一化圖像融合作用 （1）提高圖像空間分辨率（圖像銳

14、化） （2）改善圖像幾何精度 （3）增強(qiáng)特征顯示能力 （4）改善分類精度 （5）提供變換檢測能力（什么樣的數(shù)據(jù)？） （6）修補(bǔ)圖像數(shù)據(jù)的缺陷遙感圖像自動分類是模式識別在遙感中的具體應(yīng)用一、模式、模式識別 模式： 現(xiàn)實(shí)中一切可被觀察的事物（人） 具有空間或時(shí)間分布的信息（機(jī)） 計(jì)算機(jī)處理下的模式 模式識別：按事物相似程度分類（人） 模式類向符號所做的映射（機(jī)） 樣本、類、分類 圖像理解：基于圖像的模式識別模式識別的前提： 相似性（人） 空間上的集群性（機(jī)）分類方法：監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類,有何區(qū)別？監(jiān)督分類精度一般高于后者，是最常用的方法監(jiān)督分類的思想 根據(jù)已知的樣本類別和類別的先驗(yàn)知識，確定判別

15、函數(shù)和相應(yīng)的判別準(zhǔn)則，其中利用一定數(shù)量的已知類別函數(shù)中求解待定參數(shù)的過程稱之為學(xué)習(xí)或訓(xùn)練，然后將未知類別的樣本的觀測值代入判別函數(shù)，再依據(jù)判別準(zhǔn)則對該樣本的所屬類別作出判定監(jiān)督分類步驟 1）選擇樣區(qū)：根據(jù)已知的樣本類別和先驗(yàn)知識 2）學(xué)習(xí)或訓(xùn)練：利用一定數(shù)量的已知類別函數(shù)中求解待定參數(shù)； 3）確定每一類的判別函數(shù)和相應(yīng)的判別準(zhǔn)則； 4）計(jì)算未知類別的樣本觀測值在每一類函數(shù)值 5）判別：按一定準(zhǔn)則對該樣本作出判。監(jiān)督分類的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）根據(jù)應(yīng)用目的和區(qū)域，有選擇的決定分類類別，避免出現(xiàn)一些不必要的類別； 2）可以控制訓(xùn)練樣本的選擇； 3）避免了非監(jiān)督分類中對光譜集群的重新歸類。缺點(diǎn)：1）由于圖像中間類別的光譜差異，使得訓(xùn)練樣本沒有很好的代表性； 2）訓(xùn)練樣本的獲取和評估花費(fèi)較多人力時(shí)間； 3）只能識別訓(xùn)練中定義的類別。非監(jiān)督分類 非監(jiān)督分類是指人們事先對分類過程不施加任何的先驗(yàn)知識，而僅憑數(shù)據(jù)遙感影像地物的光