浙江工商大學(xué)遙感導(dǎo)論期末復(fù)習(xí)資料

一、遙感的概念廣義遙感，泛指一切無接觸的遠距離探測。包括對電磁波（光、熱、無線電等）、力（重力、磁力等）、聲波、地震波的探測。遙感：通過探測儀器（遙感器這類對電磁波敏感的儀器），在遠離目標(biāo)和非接觸目標(biāo)物條件下探測目標(biāo)地物，記錄目標(biāo)的反射、發(fā)射或散射等電磁波信息，進行處理、分析，揭示物體特征性質(zhì)及其變化的一門科學(xué)和技術(shù)。二、遙感系統(tǒng)遙感信息源—目標(biāo)的電磁波特性信息的獲取遙感數(shù)據(jù)的傳輸與接收遙感圖像處理遙感信息提取與分析三、遙感的類型按遙感平臺分：地面遙感：傳感器設(shè)置于地面平臺，為航空和航天遙感作校準(zhǔn)和輔助工作。航空遙感：傳感器設(shè)置于航空器，主要是飛機和氣球。航天遙感：傳感器設(shè)置于航天器，如人造地球衛(wèi)星、航天飛機、空間站。80km以上的平臺。航宇遙感：傳感器設(shè)置于星際飛船上，探測地月系統(tǒng)外的目標(biāo)。四、遙感的特點大面積同步觀測時效性數(shù)據(jù)具有綜合性和可比性較高的經(jīng)濟效益與社會效益一定局限性第一節(jié)電磁波譜與電磁輻射6、遙感應(yīng)用的電磁波波譜段紫外線（較少用）：波長范圍為0.01～0.38μm，太陽光譜中，只有0.3～0.38μm波長的光到達地面，對油污染敏感，但探測高度在2000m以下?？梢姽猓翰ㄩL范圍：0.38～0.76μm，人眼對可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。紅外線：波長范圍為0.76～1000μm，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠紅外。微波：波長范圍為1mm～1m，穿透性好，不受云霧的影響。第二節(jié)太陽輻射及大氣對輻射的影響一、太陽輻射二、大氣的層次與成分三、大氣吸收四、大氣散射五、大氣窗口及透射分析太陽輻射背景值分析大氣作用第二節(jié)太陽輻射及大氣對輻射的影響三、大氣的吸收太陽輻射穿過大氣層時，大氣分子對太陽輻射有選擇性地吸收，引起某些波段太陽輻射強度的衰減。電子躍遷——電子分層分布、各層電子激發(fā)或電離，其能量有變化；產(chǎn)生紫外和可見光的輻射和吸收。原子振動——原子偏離原來平衡位置的微小位移；產(chǎn)生近紅外輻射和吸收。分子轉(zhuǎn)動——原子通過化學(xué)鍵連接組成分子，改變鍵角、伸長、收縮旋轉(zhuǎn)等不同方向的運動，均輻射或吸收不同的能量。產(chǎn)生微波和遠紅外的輻射和吸收。大氣中有三種氣體對太陽輻射能的吸收最有效，分別為臭氧（O3）、二氧化碳（CO2）和水汽（H2O）。第二節(jié)太陽輻射及大氣對輻射的影響四、大氣散射散射：電磁波與物質(zhì)相互作用后電磁波偏離原來的傳播方向，并向各方向散開的現(xiàn)象。與吸收作用不同，只改變傳播方向，不能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。對遙感圖像來說，降低了傳感器接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成圖像模糊不清。大氣發(fā)生的散射主要有三種：瑞利散射：d<<λ米氏散射：d

≈λ非選擇性散射：d>>λ第二節(jié)太陽輻射及大氣對輻射的影響散射類型粒徑要求引發(fā)物質(zhì)影響波段散射強度與波長關(guān)系散射方向發(fā)生高度對遙感數(shù)據(jù)的影響瑞利散射d<<λO2、N2、CO2、O3可見光和近紅外I∝λ-4前向同于后向9-10km晴朗高空圖像輻射畸變、模糊，降低圖像的對比度米氏散射d

≈λ煙、塵埃等氣溶膠近紫外到紅外I∝λ-2前向大于后向0-5km無選擇性散射d>>λ云、霧、水滴同等散射可見光。與波長無關(guān)第二節(jié)太陽輻射及大氣對輻射的影響折射現(xiàn)象：電磁波穿過大氣層時出現(xiàn)傳播方向的改變，大氣密度越大折射率越大。反射現(xiàn)象：電磁波傳播過程中，通過兩種介質(zhì)的交界面時會出現(xiàn)反射現(xiàn)象。反射現(xiàn)象主要發(fā)生在云頂。第二節(jié)太陽輻射及大氣對輻射的影響大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外可見光近紅外0.3～1.3μm＞90TM1-4、SPOT的HRV近紅外1.5～1.8μm80TM5近-中紅外2.0～3.5μm80TM7中紅外3.5～5.5μmNOAA的AVHRR遠紅外8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat第三節(jié)地球的輻射與地物波譜波段名稱紫外、可見光與近紅外中紅外遠紅外波長0.3～2.5μm2.5～6μm>6μm輻射特性地表反射太陽輻射為主地表反射太陽輻射和自身的熱輻射地表物體自身熱輻射為主第三節(jié)地球的輻射與地物波譜以可見光譜為例：雪在藍光0.49μm處有峰值，藍、綠、紅譜段反射率均較高；藍白小麥在綠光0.54μm附近有個峰值；綠色沙漠在橙光0.6μm附近有個峰值；淺黃濕地反射較弱呈暗灰色。第三節(jié)地球的輻射與地物波譜可見光譜段內(nèi)，植物的光譜特性主要受葉的各種色素的支配。葉綠素在0.45μm、0.67μm處有兩個吸收谷。在兩個吸收谷之間（0.54μm）處，吸收相對減少，形成綠色反射峰（10%-20%）。在近紅外譜段內(nèi)，植物的光譜特征取決于葉片內(nèi)部的細胞結(jié)構(gòu)。0.74-1.3μm的高反射帶。短波紅外譜段內(nèi)（1.3μm以外），植物的光譜特性受葉子總含水量的控制。受到以1.4μm、1.9μm、2.7μm為中心的水吸收帶的控制。第三節(jié)地球的輻射與地物波譜可見光波段，由于葉子色素的變化，反射率變化明顯，差異顯著。近紅外波段，葉片的細胞結(jié)構(gòu)變化不大，所以反射率差異小。第三節(jié)地球的輻射與地物波譜純凈水體的反射主要在可見光中的藍綠波段，可見光其他波段反射很低，在近紅外和中紅外波段純凈的自然水體的反射率很低，幾乎趨近于零。水中含有泥沙時，由于泥沙散射，可見光波段反射率會增加，峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)。第三節(jié)地球的輻射與地物波譜當(dāng)葉綠素濃度增加時，可見光的藍光部分的光譜反射率明顯下降，但綠光部分的反射率則上升。第三節(jié)地球的輻射與地物波譜第三節(jié)地球的輻射與地物波譜紅樹林（Mangrove）指生長在熱帶、亞熱帶低能海岸潮間帶上部，受周期性潮水浸淹，以紅樹植物為主體的常綠灌木或喬木組成的潮灘濕地木本生物群落。組成的物種包括草本、藤本紅樹。它生長于陸地與海洋交界帶的灘涂淺灘，是陸地向海洋過度的特殊生態(tài)系。

第二節(jié)攝影成像一、遙感器的組成第三節(jié)掃描成像

掃描成像是依靠探測元件和掃描鏡對目標(biāo)地物以瞬時視場為單位進行的逐點、逐行取樣，以得到目標(biāo)地物電磁輻射特性的信息，形成一定譜段的圖像。

傳統(tǒng)攝影成像系統(tǒng)與掃描成像系統(tǒng)對比分析類型成像原理記錄方式傳輸方式存儲介質(zhì)缺點優(yōu)點攝影成像系統(tǒng)透鏡收集電磁波，并聚焦到膠片通過感光乳膠片的光化學(xué)反映記錄數(shù)據(jù)。回收膠片為主感光乳膠片乳膠片性質(zhì)不穩(wěn)定。圖象存儲、傳輸和處理都不方便。空間分辨率高、視場角大、幾何完整性好利于精確測量分析。掃描成像系統(tǒng)光電成像，收集到的電磁波能量通過探測器轉(zhuǎn)變成電壓差。將電壓差經(jīng)過模數(shù)變換變?yōu)榱炼戎荡鎯?shù)據(jù)。通過輸出電信號傳輸?shù)降孛?。磁帶、磁盤、光盤與攝影成像對比掃描成像系統(tǒng)成本高、幾何完整性差，空間分辨率低?？梢匝杆賯魉汀⒂涗?、分析和處理電信號。可以給出定量的輻射數(shù)據(jù)。第五節(jié)遙感圖像的特征一、遙感圖像的空間分辨率圖像的空間分辨率指像素所代表的地面范圍大小，即掃描的瞬時視場，或地面物體能分辨的最小單元。有三種表達方式：1、像元（pixel）：單個像元所對應(yīng)的地面面積大小。單位為m或km。像元是掃描影像的基本單元，由亮度值表示。第五節(jié)遙感圖像的特征2、線對數(shù)（linepairs）：對于攝影系統(tǒng)而言，影像的最小單元常通過1mm間隔內(nèi)包含的線對數(shù)確定，單位為線對/mm。3、瞬時視場：遙感器內(nèi)單個探測元件的受光角度或觀測視野。瞬時視場越小，最小可分辨率單元越小，空間分辨率越高。第五節(jié)遙感圖像的特征二、光譜分辨率（波譜分辨率）指遙感器在接受目標(biāo)輻射的波譜時能分辨的最小波長間隔。第五節(jié)遙感圖像的特征三、輻射分辨率任何圖像目標(biāo)的識別，最終依賴于探測目標(biāo)和特征的亮度差異。有兩個前提。一是地面景物本身必須有充足的對比度，二是遙感儀器必須有能力記錄下這個對比度。輻射分辨率指傳感器接收波譜信號時，能分辨的最小輻射度差，是傳感器對光譜信號強弱的敏感程度、區(qū)分能力。一般用灰度的分級數(shù)來表示，即最亮-最暗灰度值（亮度值）分級的數(shù)目。6bits（0-63）,8bits（0-255）等。第五節(jié)遙感圖像的特征四、時間分辨率對同一地點進行遙感采樣的時間間隔，即采樣的時間頻率，重訪周期。TM影像波段介紹TM10.45~0.52μm藍波段TM20.52~0.60μm綠波段TM30.63~0.69μm紅波段TM40.76~0.90μm近紅外波段TM51.55~1.75μm短波紅外波段TM610.4~12.5μm熱紅外波段TM72.08~2.35μm短波紅外波段第二節(jié)數(shù)字圖像增強二、對比度變換（增強）目前多數(shù)顯示系統(tǒng)利用8字節(jié)(即0-255)，然而多數(shù)單幅圖像上的亮度范圍通常都小于遙感器的整個記錄范圍。由于其有效亮度值區(qū)域未達到其全部亮度值范圍，導(dǎo)致圖像顯示時的低對比度。另外，由于一些地物在可見光、近紅外或中紅外波段具有相似的輻射強度，當(dāng)一幅圖像中具有相似輻射強度的地物比較集中時，也會導(dǎo)致圖像中的低對比度。第二節(jié)數(shù)字圖像增強三、空間濾波空間濾波以重點突出圖像上的某些特征為目的，如突出邊緣或紋理等。1、圖像卷積運算在空間域上對圖像作局部檢測的運算，以實現(xiàn)平滑和銳化的目的。具體做法是選定一定卷積函數(shù)，又稱“模板”，實際上是一個M*N圖像。第二節(jié)數(shù)字圖像增強2、平滑空間頻率主要是指圖像的平滑或粗糙程度。一般來說，高空間頻率區(qū)域稱之為“粗糙”，即圖像的亮度值在小范圍變化很大。比如道路、房屋邊界。在“平滑”區(qū)，圖像的亮度值變化相對較小，如平靜的水面、大面積的農(nóng)田等。圖像的平滑是使圖像中高頻成分消退，即平滑圖像的細節(jié)，使其反差降低，即加強圖像中的低頻成分，減弱圖像中的高頻成分。在頻域中稱為低通濾波。第二節(jié)數(shù)字圖像增強3、銳化銳化是增強圖像中的高頻成分，在頻域處理中稱為高通濾波，也就是使圖像細節(jié)的反差提高，也稱邊緣增強。（1）羅伯特梯度（2）索伯爾梯度（3）拉普拉斯算法（4）定向監(jiān)測觀察各種方法卷積模板的差異。第二節(jié)數(shù)字圖像增強三、彩色變換彩色的數(shù)字表達主要有兩種方式，一是紅、綠、藍三原色坐標(biāo)系統(tǒng)，即RGB混色系統(tǒng)；二是明度、色調(diào)、飽和度坐標(biāo)系統(tǒng)。彩色變換指采用不同的彩色坐標(biāo)系統(tǒng)，把不同遙感器數(shù)據(jù)或不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)融合起來，產(chǎn)生彩色合成圖像。1、單波段彩色變換單波段黑白遙感影像可按亮度分層，對每層賦予不同的色彩，使之成為一幅彩色圖像。這種方法又叫密度分割，即按圖像的密度進行分層，每一層所包含的亮度值范圍不同。第二節(jié)數(shù)字圖像增強NDVINDVINormalizedDifferenceVegetationIndex,歸一化植被指數(shù),標(biāo)準(zhǔn)差異植被指數(shù))表達式：NDVI=(p(nir)-p(red))/(p(nir)+p(red))和植物的蒸騰作用、太陽光的截取、光合作用以及地表凈初級生產(chǎn)力等密切相關(guān)。1、NDVI的應(yīng)用：檢測植被生長狀態(tài)、植被覆蓋度和消除部分輻射誤差等；2、-1<=NDVI<=1，負值表示地面覆蓋為云、水、雪等，對可見光高反射；0表示有巖石或裸土等，NIR和R近似相等；正值，表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大；（2）K-T變換及其應(yīng)用Kauth-Thomas變換，簡稱K-T變換，又形象地稱為“纓帽變換”。這種變換著眼點在于農(nóng)作物生長過程而區(qū)別于其他植被覆蓋，力爭抓住地面景物在多光譜空間中的特征。

目前對這個變換的研究主要集中在MSS與TM兩種遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用分析方面。觀察亮度、綠度、濕度影像

第二節(jié)數(shù)字圖像增強HSV融合手動融合：融合圖像間需要精確幾何配準(zhǔn)，并將多光譜圖像采樣與全色相同的分辨率。尺寸一致（行列數(shù)相同）。自動融合：在兩幅圖像有相同地理坐標(biāo)系統(tǒng)的情況下，該融合方法不需要在融合前調(diào)整兩幅圖像分辨率一致，尺寸一致，envi系統(tǒng)會自動完成這一過程。輸出圖像的分辨率與高分辨率圖像保持一致；否則需要對圖像進行處理以保證融合的影像地理位置相同，行列數(shù)相同。第一節(jié)遙感圖像目視解譯原理一、遙感圖像目標(biāo)地物識別特征1、目標(biāo)地物特征:包括色、形、位三類。色：指目標(biāo)地物在遙感影像上的顏色，這里包括目標(biāo)地物的色調(diào)、顏色和陰影等；形：指目標(biāo)地物在遙感影像上的形狀，這里包括目標(biāo)地物的形狀、紋理、大小、圖形等。位：指目標(biāo)地物在遙感影像上的空間位置，這里包括目標(biāo)地物分布的空間位置、相關(guān)布局等。第二節(jié)遙感圖像目視解譯基礎(chǔ)一、遙感攝影像片的判讀1、遙感攝影像片的種類：類型可見光黑白全色像片黑白紅外像片彩色像片彩色紅外像片多波段攝影像片感光波段0.36-0.72微米近紅外敏感藍色、綠色和紅色敏感綠色、紅色和近紅外多波段特點明暗色調(diào)與真實地物近似，分辨率高，易判讀明暗色調(diào)由地物在近紅外波段反射率強弱決定接近于真實色彩，有些地物易于判讀，有些不易于綠色地物賦予藍色，紅色地物賦予綠色，反射紅外的賦予紅色利用多波段多張黑白相片的比較來識別地物第二節(jié)遙感圖像目視解譯基礎(chǔ)3、遙感攝影像片的判讀方法（1）可見光黑白像片和黑白紅外像片類型識別地物的主要標(biāo)志解譯規(guī)律可見光黑白像片色調(diào)和形狀1、可見光范圍內(nèi)反射率高的地物，在航空像片（正片）上呈現(xiàn)淡白色調(diào)；例如水泥路面呈現(xiàn)灰白色2、反色率低的地物，在像片上呈現(xiàn)暗灰色調(diào)。例如湖泊呈現(xiàn)深暗色3、此類像片多為大比例尺，地物形狀特征明顯，形狀與色調(diào)等特征綜合使用可提高地物正確識別率。黑白紅外像片色調(diào)和形狀1、在近紅外波段反射高的地物，在像片上呈現(xiàn)淡白色調(diào)；2、在近紅外波段反射低的地物，在像片上呈現(xiàn)暗灰色調(diào)。例如：植被在可見光黑白像片上，茂密植被為暗灰色，在黑白紅外像片上為淺灰色；農(nóng)田含水量的多寡可以通過色調(diào)判斷；水泥路面和柏油路面也可以通過色調(diào)判斷。第二節(jié)遙感圖像目視解譯基礎(chǔ)（2）彩色像片與彩色紅外像片解譯類型識別地物的主要標(biāo)志解譯規(guī)律彩色像片顏色基本反映了地物的天然色彩，地物類型間的細微差異可以通過色彩的變化表現(xiàn)出來。但受影響多，信息損失量大，應(yīng)用范圍不廣。彩色紅外像片顏色1、利用彩色紅外調(diào)查森林、農(nóng)作物遭受病蟲害情況。根據(jù)植物光譜曲線特征，可知在同一生長季節(jié)中，正常生長的綠色植物在彩色紅外影像上呈紅色。遭受病蟲害的植物顯現(xiàn)為暗紅色，嚴(yán)重的甚至呈現(xiàn)青色。不同生長季節(jié)中，枯萎植被呈現(xiàn)暗紅色，即將枯死的呈現(xiàn)青色。2、利用彩色紅外像片識別偽裝。用植物枝葉偽裝的目標(biāo)地物呈現(xiàn)紫紅色、披蓋綠色偽裝物的目標(biāo)地物呈現(xiàn)藍色。為什么？第一節(jié)遙感數(shù)字圖像的性質(zhì)與特點一、遙感數(shù)字圖像1、遙感數(shù)字圖像是以數(shù)字形式表示的遙感影像。遙感數(shù)字圖像最基本的單位是像素，是成像過程的采樣點，也是計算機圖像處理的最小單元。

入射到傳感器的電磁波電信號絕對亮度值相對亮度值2、遙感數(shù)字圖像的特點便于計算機處理與分析。圖像信息損失低。抽象性強。兩種分類方法的優(yōu)缺點非監(jiān)督分類的優(yōu)點：不需要預(yù)先對所要分類的區(qū)域有廣泛的了解和熟悉；人為誤差的機會減少；獨特的、覆蓋量小的類別均能被識別。非監(jiān)督分類的缺點：非監(jiān)督分類產(chǎn)生的光譜集群組并不一定對應(yīng)于分析者想要的類別。分析者較難對產(chǎn)生的類別進行控制。圖像中各類別的光譜特征會隨時間、地形等變化，不同圖像以及不同時段的圖像之間的光譜集群組無法保持其連續(xù)性，從而使其不同圖像之間的對比變得困難。兩種分類方法的優(yōu)缺點監(jiān)督分類的優(yōu)點：可根據(jù)應(yīng)用目的和區(qū)域，有選擇地決定分類類別，避免出現(xiàn)一些不必要的類別；可控制訓(xùn)練樣本的選擇；可通過檢查訓(xùn)練樣本來決定訓(xùn)練樣本是否被精確分類。避免了非監(jiān)督分類中對光譜集群組的重新歸類。監(jiān)督分類的缺點其分類系統(tǒng)的確定、訓(xùn)練樣本的選擇，均人為主觀因素較強。訓(xùn)練樣本的選取和評估需花費較多的人力、時間；只能識別訓(xùn)練樣本中所定義的類別。第二節(jié)水體遙感二、水體界線的確定在可見光范圍內(nèi)，水體的反射率總體較低，并隨著波長的增大逐漸降低，過了0.75微米，水體幾乎完全吸收入射光。近紅外遙感影像上，清澈水體呈黑色，可以選擇該波段來確定水體界線。第二節(jié)水體遙感三、水體懸浮物質(zhì)的確定——泥沙的確定1、渾濁水體反射波普曲線整體高于清水，隨著懸浮泥沙濃度增加，差別加大。2、波譜反射峰值向長波方向移動，且反射率接近于零的波長也向右移動。3、隨著懸浮泥沙濃度的加大，可見光對水體的透射能力減弱，反射能力增加。4、波長較短的可見光，如藍光和綠光對水體穿透能力較強，可反映出水面下一定深度的泥沙分布狀況。第二節(jié)水體遙感三、水體懸浮物質(zhì)的確定——葉綠素的確定當(dāng)水體葉綠素濃度增加，藍光波段的反射率下降，綠光波段的反射率