遙感概論復(fù)習(xí)資料

遙感概論復(fù)習(xí)資料第第頁遙感概論復(fù)習(xí)資料第一章遙感的基本概念（1）廣義：泛指一切無接觸的遠(yuǎn)距離探測技術(shù)。包括對電磁場、力場、機(jī)械波(聲波、地震波)等的探測。（2）狹義：是應(yīng)用探測儀器，不與探測目標(biāo)相接觸，從遠(yuǎn)處把目標(biāo)的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。不同于遙測和遙控。遙感系統(tǒng)包括（1）被測目標(biāo)的信息特征（2）信息的獲取（通過傳/遙感器、遙感平臺(tái)）（3）信息的傳輸與記錄（4）信息的處理（5）信息的應(yīng)用遙感的類型（1）按遙感平臺(tái)分類：地面遙感、航空遙感、航天遙感、航宇遙感（2）按遙感器的探測波段分類紫外遙感：探測波段在0.05-0.38之間可見光遙感：探測波段在0.38-0.76之間紅外遙感：探測波段在0.76-1000之間微波遙感：探測波段在1mm-1m之間多波段遙感：探測波段在可見光和紅外波段范圍內(nèi)，再分成若干窄波段來探測目標(biāo)。（3）按工作方式分類：主動(dòng)遙感和被動(dòng)遙感（4）按是否成像分類：成像遙感和非成像遙感遙感的特點(diǎn)（1）大面積同步觀測傳統(tǒng)地面調(diào)查實(shí)施困難，工作量大，遙感觀測可以不受地面阻隔等限制。（2）時(shí)效性可以短時(shí)間內(nèi)對同一地區(qū)進(jìn)行重復(fù)探測，發(fā)現(xiàn)地球上許多事物的動(dòng)態(tài)變化，傳統(tǒng)調(diào)查，需要大量人力物力，用幾年甚至幾十年時(shí)間才能獲得地球上大范圍地區(qū)動(dòng)態(tài)變化的數(shù)據(jù)。因此，遙感大大提高了觀測的時(shí)效性。這對天氣預(yù)報(bào)、火災(zāi)、水災(zāi)等的災(zāi)情監(jiān)測，以及軍事行動(dòng)等都非常重要。（3）數(shù)據(jù)的綜合性和可比性遙感獲得地地物電磁波特性數(shù)據(jù)綜合反映了地球上許多自然、人文信息。由于遙感的探測波段、成像方式、成像時(shí)間、數(shù)據(jù)記錄、等均可按照要求設(shè)計(jì)，使獲得的數(shù)據(jù)具有同一性或相似性。同時(shí)考慮道新的傳感器和信息記錄都可以向下兼容，所以數(shù)據(jù)具有可比性。與傳統(tǒng)地面調(diào)查和考察相比較，遙感數(shù)據(jù)可以較大程度地排除人為干擾。（4）經(jīng)濟(jì)性遙感的費(fèi)用投入與所獲得的效益，與傳統(tǒng)的方法相比，可以大大的節(jié)省人力、物力、財(cái)力和時(shí)間、具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。（5）局限性遙感技術(shù)所利用的電磁波有限，有待進(jìn)一步開發(fā)，需要更高分辨率以及遙感以外的其他手段相配合，特別是地面調(diào)查和驗(yàn)證。第二章電磁波譜概念按電磁波在真空中傳播的波長或頻率，遞增或遞減排列，構(gòu)成電磁波譜。電磁波譜區(qū)段的界線是漸變的，一般按產(chǎn)生電磁波的方法或測量電磁波的方法來劃分?？梢姽怆姶挪ㄗV劃分（表）可見光紅橙黃綠青藍(lán)紫0.38-0.76μm0.62-0.76μm0.59-0.62μm0.56-0.59μm0.50-0.56μm0.47-0.50μm0.43-0.47μm0.38-0.43μm電磁波的性質(zhì)（1）是橫波；（2）在真空以光速傳播；（3）滿足電磁波具有波粒二象性。朗伯源概念P18輻射亮度L與觀察角θ無關(guān)的輻射源，稱為朗伯源。太陽通常近似地被看成朗伯源，使太陽輻射的研究簡單化。嚴(yán)格的說，只有絕對黑體才是朗伯源。絕對黑體概念（自然界中不存在絕對黑體）如果一個(gè)物體對于任何波長的電磁輻射都全部吸收，則這個(gè)物體是絕對黑體。定律（計(jì)算題）看P23的2個(gè)例題1、斯忒藩—玻爾茲曼定律（計(jì)算題）P20對普朗克定律在全波段內(nèi)積分，得到斯忒藩－玻爾茲曼定律。絕對黑體的總輻射出射度與溫度的4次方成正比：σ:斯忒藩－玻爾茲曼常數(shù)，由圖2．7可以看出每條曲線下面所圍面積為積分值，即該溫度時(shí)絕對黑體的總輻射出射度M。右圖可以看出，溫度越高，絕對黑體的總輻射出射度（曲線下面所圍面積）越大。2、維恩位移定律（計(jì)算題）P20當(dāng)溫度一定時(shí)，對普朗克公式求最大值，可導(dǎo)出維恩位移定律，即，黑體輻射光譜中最強(qiáng)輻射的波長λmax與黑體絕對溫度T成反比：b:常數(shù)，從圖2．7也可以看出，黑體溫度越高，其曲線的峰頂就越往左移，即往波長短的方向移動(dòng)，這就是位移的含義。如果輻射最大值落在可見光波段，物體的顏色會(huì)隨著溫度的升高而變化．波長逐漸變短，顏色由紅外到紅色再逐漸變藍(lán)變紫(表2．2)將太陽、地球和其他恒星都看作球形絕對黑體．則與這些天體同樣大小和同樣輻射出射度的黑體溫度可作為其有效溫度，對太陽來說就是光球?qū)拥臏囟?。如太陽（短波輻射）最?qiáng)輻射對應(yīng)的λmax為0.47μm，用公式可算出有效溫度T是6150K，因此太陽輻射在可見光段最強(qiáng)，而地球（長波輻射）在溫暖季節(jié)的白天λmax約為9.66μm,可以算出溫度T為300K，所以這時(shí)地球主要是紅外的熱輻射，這一定律在紅外遙感中有重要的作用。高溫物體發(fā)射較短的電磁波，低溫物體發(fā)射較長的電磁波。常溫（如人體300K左右，發(fā)射電磁波的峰值波長9.66μm）實(shí)際物體的輻射(計(jì)算題）P21基爾霍夫定律（2）實(shí)際物體的輻射按照發(fā)射率與波長的關(guān)系，輻射源可以分為：1）黑體2）灰體3）選擇性輻射體23頁例1、例2大氣吸收電磁輻射的主要物質(zhì)是：水、二氧化碳和臭氧。大氣散射的（類型、發(fā)生條件、散射特點(diǎn)、典型自然現(xiàn)象）P29（1）瑞利散射發(fā)生條件：大氣中粒子的直徑比波長小得多，即d<<λ，一般認(rèn)為（d<λ/10）散射特點(diǎn)：散射強(qiáng)度與波長的四次方()成反比，即波長越長，散射越弱。當(dāng)向四面八方的散射光線較弱時(shí)，原傳播方向上的透過率便越強(qiáng)。當(dāng)太陽輻射垂直穿過大氣層時(shí)，可見光波段損失的能量可達(dá)10％。典型自然現(xiàn)象：瑞利散射對可見光的影響很大。無云的晴空呈現(xiàn)藍(lán)色，就是因?yàn)樗{(lán)光波長短，散射強(qiáng)度較大，因此藍(lán)光向四面八方散射，使整個(gè)天空蔚藍(lán)，使太陽輻射傳播方向的藍(lán)光被大大削弱。這種現(xiàn)象在日出和日落時(shí)更為明顯，因?yàn)檫@時(shí)太陽高度角小，陽光斜射向地面，通過的大氣層比陽光直射時(shí)要厚得多。在過長的傳播中，藍(lán)光波長最短，幾乎被散射殆盡，波長次短的綠光散射強(qiáng)度也居其次，大部分被散射掉了。只剩下波長最長的紅光，散射最弱，因此透過大氣最多。加上剩余的極少量綠光，最后合成呈現(xiàn)橘紅色、所以朝霞和夕陽都偏橘紅色。瑞利散射對于紅外和微波，由于波長更長，散射強(qiáng)度更弱，可以認(rèn)為幾乎不受影響。（2）米氏散射發(fā)生條件：大氣中粒子的直徑與輻射的波長相當(dāng)（d≈λ）散射特點(diǎn)：（1）散射強(qiáng)度與波長的二次方()成反比（2）散射在光線向前方向比向后方向更強(qiáng)，方向性比較明顯。典型自然現(xiàn)象：主要是大氣中的微粒，如煙、塵埃、小水滴及氣溶膠引起的散射。云霧的粒子大小與紅外線(0.76—15um)的波長接近，所以云霧對紅外線的散射主要是米氏散射。因此，潮濕天氣米氏散射影響較大。（3）無選擇性散射發(fā)生條件：大氣中粒子的直徑比波長大得多（d>>λ）。散射特點(diǎn)：散射強(qiáng)度與波長沒有關(guān)系也就是說，在符合無選擇性散射的條件的波段中，任何波長的散射強(qiáng)度相同。典型自然現(xiàn)象：云、霧粒子直徑雖然與紅外線波長接近，但相比可見光波段，云霧中水滴的粒子直徑就比波長大很多，因而對可見光中各個(gè)波長的光散射強(qiáng)度相同，所以人們看到云霧呈白色，并且無論從云下還是乘飛機(jī)從云層上面看．都是白色。大氣窗口概念通常把電磁波通過大氣層時(shí)較少被反射、吸收或散射的，透過率較高的波段稱為大氣窗口。大氣窗口的主要光譜段：1）0.3—1.3，即紫外、可見光、近紅外波段。這一波段是攝影成像的最佳波段，也是許多衛(wèi)星傳感器掃描成像的常用波段，如Landsat衛(wèi)星的TM1—4波,段，SPOT衛(wèi)星的HRV波段。2）1.5一l.8和2.0一3.5,即近、中紅外波段。是白天日照條件好時(shí)掃描成像的常用波段，如TM的5，7波段等，用以探測植物含水量以及云、雪，或用于地質(zhì)制圖等。3）3.5—5.5，即中紅外波段。該波段除通透反射光外，也通透地面物體自身發(fā)射的熱輻射能量。如NOAA衛(wèi)盡的AVHRR傳感器用3.55—3.93um探測海面溫度，獲得晝夜云圖。4）8—14，即遠(yuǎn)紅外波段。主要通透來白地物熱輻射的能量．適于夜間成像。5）0.8—2.5cm，即微波波段。由于微波穿云透霧能力強(qiáng)，這一區(qū)間可以全天候觀測，而且是主動(dòng)遙感方式，如側(cè)視雷達(dá)。Radarsat的衛(wèi)星雷達(dá)影像也在這一區(qū)間，常用的波段為0.8cm，3cm,5cm，10cm，甚至可將該窗口擴(kuò)展至0．05—300cm。太陽是被動(dòng)遙感最主要的輻射源（地球也是被動(dòng)遙感）主動(dòng)遙感：微波（如側(cè)視雷達(dá)）（題：從地球輻射的分段特性說明為什么對于衛(wèi)星影像解譯必須了解地物反射波譜特性）太陽輻射近似于溫度為6000K的黑體輻射，而地球輻射則接近于溫度為300K的黑體輻射。太陽輻射主要集中在0.3—2.5，在紫外、可見光到近紅外區(qū)段。地球自身的輻射主要集中在長波，即6以上的熱紅外區(qū)段。在2.5—6，即中紅外波段，是兩種輻射共同起作用的部分，地球?qū)μ栞椪盏姆瓷浜偷乇砦矬w自身的熱輻射均不能忽略。如表所示：地球輻射的分段特性名稱可見光與近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外波長0.3-2.52.5-6>6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在可見光與近紅外波段(0.3—2.5)，地表物體自身的熱輻射幾乎等于零。地物發(fā)出的波譜主要以反射太陽輻射為主，當(dāng)然，太陽輻射到達(dá)地面后，物體除了反射作用外，還有對電磁輻射的吸收作用，如黑色物體的吸收能力較強(qiáng)。最后，電磁輻射未被吸收和反射的剩余部分則是透過的部分，即：到達(dá)地面的太陽輻射能量=反射能量+吸收能量+透射能量物體的反射狀況分為三種：鏡面反射、漫反射和實(shí)際物體反射地物反射波譜曲線（植被、土壤、水體、巖石）P38-41地物反射波譜曲線除隨不同地物（反射率）不同外，同種地物在不同結(jié)構(gòu)和外部條件下形態(tài)表現(xiàn)（反射率）也不同。（1）植被植被的反射波譜曲線（光譜特征）規(guī)律性明顯而獨(dú)特（如圖2.25），主要分三段：1）可見光波段(0.4-0.76)有一個(gè)小的反射峰，位置在0.55（綠）處，兩側(cè)0.45(藍(lán))和0.67(紅)則有兩個(gè)吸收帶。成因：由于葉綠素的影響，葉綠素對藍(lán)光和紅光吸收作用強(qiáng)，而對綠光反射作用強(qiáng)。2）在近紅外波段有一反射的“陡坡”，至1.1附近有一峰值，形成植被的獨(dú)有特征。成因：由于植被葉細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。3）在中紅外波段（1.3-2.5）受到綠色植物含水量的影響，吸收率大增，反射率大大下降，特別以1.45、1.95和2.7為中心是水的吸收帶，形成低谷。不同健康狀態(tài)松樹的反射光譜曲線不同植物的反射波譜曲線第三章遙感平臺(tái)是搭載傳感器的工具，根據(jù)運(yùn)載工具的類型，可分為航天平臺(tái)航空平臺(tái)地面平臺(tái)在遙感平臺(tái)中，航天遙感平臺(tái)目前發(fā)展最快，應(yīng)用最廣，根據(jù)航天遙感平臺(tái)的服務(wù)內(nèi)容，可分為：氣象衛(wèi)星系列、陸地衛(wèi)星系列和海洋衛(wèi)星系列。氣象衛(wèi)星特點(diǎn)P48-49(1)軌道低軌軌道高度：800km～1600km近極地太陽同步軌道（簡稱極地軌道）高軌軌道高度：36000km地球同步軌道（相對于地球，似乎靜止）(2)短周期重復(fù)觀測靜止氣象衛(wèi)星具有較高的重復(fù)周期（0．5小時(shí)1次）；極軌衛(wèi)星如NOAA等具有中等重復(fù)覆蓋周期，約0．5～1天／次。總的來說，氣象衛(wèi)星時(shí)間分辨率較高，有助于對地面快速變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。(3)成像面積大，有利于獲得宏觀同步信息，減少數(shù)據(jù)處理容量氣象衛(wèi)星掃描寬度約2800km，只需2～3條軌道就可以覆蓋我國。相對于其他衛(wèi)星資料（如陸地衛(wèi)星）更加容易獲得完全同步、低云量或無云的影像。(4)資料來源連續(xù)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、成本低氣象衛(wèi)星獲得的遙感資料包括：可見光和紅外云圖等圖像資料；云量、云分布。大氣垂直溫度、大氣水汽含量、臭氧含量、云頂溫度、海面溫度等數(shù)據(jù)資料；太陽質(zhì)子、射線和X射線的高空大氣物理參數(shù)等空間環(huán)境監(jiān)測資料；以及對于圖像資料和數(shù)據(jù)資料等加工處理后的派生資料。另外，由于氣象衛(wèi)星兼有通訊衛(wèi)星的作用，利用氣象衛(wèi)星上的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（DCS）可以同時(shí)收集來自氣球、飛機(jī)、船舶、海上飄浮站、無人氣象站等的各種資料，并轉(zhuǎn)發(fā)給地面專門的資料收集和處理中心。主要的陸地衛(wèi)星系列（1）陸地衛(wèi)星（Landsat）Landsat的軌道為太陽同步的近極地圓形軌道，保證北半球中緯度地區(qū)獲得中等太陽高度角的上午影像，且衛(wèi)星通過某一地點(diǎn)的地方時(shí)相同。每16至18天覆蓋地球一次（重復(fù)覆蓋周期），圖像的覆蓋范圍為（Landsat－7為）。Landsat上攜帶的傳感器所具有的空間分辨率（即瞬時(shí)視場角）在不斷提高，由80m提高到30m，Landsat－7的ETM又提高到15m。（2）斯波特衛(wèi)星（SPOT）是地球觀察衛(wèi)星系統(tǒng)。是由瑞典、比利時(shí)等國家參加，由法國國家空間研究中心（CNES）設(shè)計(jì)制造的。1986年發(fā)射第一顆，到1998年已經(jīng)發(fā)射了四顆。SPOT的軌道是太陽同步圓形近極地軌道，高度830km左右，衛(wèi)星的覆蓋周期是26天，重復(fù)感測能力一般3～5天，部分地區(qū)達(dá)到1天。SPOT傳感器為2臺(tái)高分辨率可見光掃描儀（HighResolutionVisiblesensor——HRV）它能滿足資源調(diào)查、環(huán)境管理與監(jiān)測、農(nóng)作物估產(chǎn)、地質(zhì)與礦產(chǎn)勘探、土地利用、測制地圖及地圖更新等多方面的需求。SPOTHRV優(yōu)點(diǎn)：1、圖像空間分辨率高，可達(dá)10-20米。地面掃描寬度117公里（每臺(tái)60公里，兩臺(tái)間重疊3公里）。2、靈敏度高。在良好的光照條件下可探測出低于0.5%的地面反射變化。3、帶有可定向的反射鏡，使儀器具有偏離天頂點(diǎn)（傾斜）觀察的能力（傾角±27°），可獲得垂直與傾斜圖像，使重復(fù)周期從26天縮短到4-5天。4、具有立體觀測能力。（3）高空間分辨率陸地衛(wèi)星IKONOS使用線性陣列技術(shù)獲得4個(gè)波段的4m分辨率多光譜數(shù)據(jù)和一個(gè)波段的1m分辨率的全色數(shù)據(jù)。其波段分配為：多光譜波段1（藍(lán)色）0.45～0.53μm，波段2（綠色）0.52-0.61μm，波段3（紅色）0.64～0.72μm，波段4（近紅外）0.77～0.88μm。全色波段為0.45～0.90μm。數(shù)據(jù)的收集可達(dá)2048灰度級，記錄為11bit。由于衛(wèi)星設(shè)計(jì)為易于調(diào)整和操縱，幾秒鐘內(nèi)就可以調(diào)整到指向新位置。這樣很容易根據(jù)用戶的需要取得新的數(shù)據(jù)。全景圖像可達(dá)，實(shí)際圖像的大小可以根據(jù)用戶的要求拼接和調(diào)整。IKONOS的多光譜波段就是TM的前四個(gè)波段，IKONOS去掉了TM的后三個(gè)波段。顯然就光譜性質(zhì)而言，不如TM了。但從空間分辨率來說，相比TM的30m，IKONOS（空間分辨率為4m）大大提高了數(shù)據(jù)的空間分辨特性。4m彩色和1m全色可以和航空像片比美。海洋遙感的特點(diǎn)(1)需要高空和空間的遙感平臺(tái)，以進(jìn)行大面積同步覆蓋的觀測由于海洋具有范圍廣、幅度大、變化快的特點(diǎn)，只有從高空和空間平臺(tái)上才能獲得大面積同步覆蓋的信息，進(jìn)行海洋的研究。以微波為主微波可以在各種天氣條件下，透過云層獲取全天候、全天時(shí)的世界海洋信息，并且微波還可以較好地獲得海水溫度、鹽度和海面粗糙度等信息。電磁波與激光、聲波的結(jié)合是擴(kuò)大海洋遙感探測手段的一條新路海洋遙感從可見光到紅外到微波雖都被利用，但仍局限在以海水表面為深度的薄層，而利用聲波可突破深度上的局限性，將遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍延伸到深海甚至海底。需要海面實(shí)測資料的校正海洋遙感要有其他海洋手段和海面實(shí)測資料作參考方能有效發(fā)揮作用。中心投影與垂直投影的區(qū)別(1)投影距離的影響（書59頁圖3.12）垂直投影圖像的縮小和放大與投影距離無關(guān)，并有統(tǒng)一的比例尺。中心投影則受投影距離（遙感平臺(tái)高度）影響，像片比例尺與平臺(tái)高度H和焦距f有關(guān)。(2)投影面傾斜的影響（圖3.13）當(dāng)投影面傾斜時(shí)，垂直投影的影像僅表現(xiàn)為比例尺有所放大，像點(diǎn)相對位置保持不變。在中心投影的像片上比例關(guān)系有顯著的變化，各點(diǎn)的相對位置和形狀不再保持原來的樣子。(3)地形起伏的影響（圖3.14）垂直投影時(shí)，隨地面起伏變化，投影點(diǎn)之間的距離與地面實(shí)際水平距離成比例縮小，相對位置不變。中心投影時(shí)，地面起伏越大，像片上投影點(diǎn)水平位置的位移量就越大，產(chǎn)生投影誤差。這種誤差有一定的規(guī)律。圖3.13圖3.14中心投影的透視規(guī)律在中心投影的像片上，各種物體的形狀不同及其所處的位置不同，其變形的情況也各不相同。了解不同形狀物體在中心投影影像上的變形規(guī)律，對解譯和制圖是必要的。（1）地面物體是一個(gè)點(diǎn)，在中心投影上仍然是一個(gè)點(diǎn)。如果有幾個(gè)點(diǎn)同在一投影線上，它的影像便重疊成一個(gè)點(diǎn)。（2）與像面平行的直線，在中心投影上仍然是直線，與地面目標(biāo)的形狀基本一致。例如地面上有兩條道路以某種角度相交，反映在中心投影像片上也以相應(yīng)的角度相交。如果直線垂直于地面（如電線桿），其中心投影有兩種情況：一是當(dāng)直線與像片垂直并通過投影中心（主光軸）時(shí)，該直線在像片上是一個(gè)點(diǎn)；二是直線的延長線不通過投影中心，這時(shí)直線的投影仍然是直線，但其長度和變形情況則取決于目標(biāo)在像片中的位置。近像片中心，直線的長度被縮短，在像片邊緣，直線的長度被夸大。（3）平面上的曲線，在中心投影的像片上仍為曲線。（4）面狀物體的中心投影相當(dāng)于各種線的投影的組合。水平面的投影仍為一平面。垂直面的投影依其所處的位置而變化，當(dāng)位于投影中心時(shí)，投影所反映的是其頂部的形狀，呈一直線；在其他位置時(shí)，除其頂部投影為一直線外，其側(cè)面投影成不規(guī)則的梯形。像點(diǎn)位移的概念在中心投影的像片上，地形的起伏除引起像片比例尺變化外，還會(huì)引起平面上的點(diǎn)位在像片位置上的移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為像點(diǎn)位移。掃描成像的分類光/機(jī)掃描成像固體自掃描成像高光譜成像光譜掃描光/機(jī)掃描成像光學(xué)／機(jī)械掃描成像系統(tǒng)，一般在掃描儀的前方安裝光學(xué)鏡頭，依靠機(jī)械傳動(dòng)裝置使鏡頭擺動(dòng)，形成對目標(biāo)地物的逐點(diǎn)逐行掃描。光機(jī)掃描的幾何特征取決于它的瞬時(shí)視場角和總視場角。瞬時(shí)視場角(2θ)：掃描鏡在一瞬時(shí)時(shí)間可以視為靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，接受到的目標(biāo)地物的電磁波輻射，限制在一個(gè)很小的角度之內(nèi)，這個(gè)角度稱為瞬時(shí)視場角，即掃描儀的空間分辨率。總視場角(2Φ)：掃描帶的地面寬度稱總視場(L)。從遙感平臺(tái)到地面掃描帶外側(cè)所構(gòu)成的夾角，叫總視場角，也叫總掃描角。掃描帶對應(yīng)的地面寬度（L）為：式中H為遙感平臺(tái)高度。進(jìn)行掃描成像時(shí)，總視場角不宜過大，否則圖像邊緣的畸變太大。通常在航空遙感中，總視場角取70°～120°。由于掃描儀的掃描角是固定的，因此遙感平臺(tái)的高度越大，所對應(yīng)的地面總視場也就愈大。光機(jī)掃描儀可分為單波段和多波段兩種。多波段掃描儀的工作波段范圍很寬，從近紫外、可見光至遠(yuǎn)紅外都有。固體自掃描成像目前常用的探測元件是電荷耦合器件CCD成像光譜技術(shù)概念通常的多波段掃描儀將可見光和紅外波段分割成幾個(gè)到十幾個(gè)波段。對遙感而言，在一定波長范圍內(nèi)，被分割的波段數(shù)愈多，即波譜取樣點(diǎn)愈多，愈接近于連續(xù)波譜曲線，因此可以使得掃描儀在取得目標(biāo)地物圖像的同時(shí)也能獲取該地物的光譜組成。這種既能成像又能獲取目標(biāo)光譜曲線的“譜像合一”的技術(shù)，稱為成像光譜技術(shù)。按該原理制成的掃描儀稱為成像光譜儀。兩種基本類型的高光譜成像光譜儀P711、光學(xué)／機(jī)械式掃描（如圖a）2、推帚式面陣列成像光譜儀（如圖b）圖a圖b微波概念在電磁波譜中，波長在1mm～1m的波段范圍稱微波。微波遙感概念是指通過微波傳感器獲取從目標(biāo)地物發(fā)射或反射的微波輻射，經(jīng)過判讀處理來識(shí)別地物的技術(shù)。微波遙感的特點(diǎn)1.能全天候、全天時(shí)工作可見光遙感只能在白天工作，紅外遙感雖可克服夜障，但不能穿透云霧。因此，當(dāng)?shù)乇肀辉茖诱谏w時(shí)，無論是可見光遙感還是紅外遙感均無能為力。地球表面有40％～60％的地區(qū)常年被云層覆蓋，平均日照時(shí)間不足一半，尤其是海洋上更是如此。按瑞利散射原理，散射的強(qiáng)度與成正比。由于微波的波長比紅外波要長得多，因而散射要小得多，所以與紅外波相比，在大氣中衰減較少，對云層、雨區(qū)的穿透能力較強(qiáng)，基本上不受煙、云、雨、霧的限制。2.對某些地物具有特殊的波譜特征許多地物間，微波輻射能力差別較大，因而可以較容易地分辨出可見光和紅外遙感所不能區(qū)別的某些目標(biāo)物的特性。例如，在微波波段中，水的比輻射率為0.4，而冰的比輻射率為0.99，在常溫下兩者的亮度溫度相差100K，很容易區(qū)別，而在紅外波段，水的比輻射率為0.96，冰的比輻射率為0.92，兩者相差甚微，不易區(qū)別。3.對冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力該特性可用來探測隱藏在林下的地形、地質(zhì)構(gòu)造、軍事目標(biāo)，以及埋藏于地下的工程、礦藏、地下水等。4.對海洋遙感具有特殊意義微波對海水特別敏感，其波長很適合于海面動(dòng)態(tài)情況（海面風(fēng)、海浪等）的觀測。5.分辨率（此處指空間分辨率）較低，但特性明顯微波傳感器的分辨率一般都比較低，這是因?yàn)槠洳ㄩL較長，衍射現(xiàn)象顯著的緣故。要提高分辨率必須加大天線尺寸。其次，觀測精度和取樣速度往往不能協(xié)調(diào)。欲保證精度就需要有較長的積分時(shí)間，取樣速度就要降低，通常是以犧牲精度來提高取樣速度的。此外，地球表面的地物溫度大多在200～300K，峰值波都落在紅外波段，因此紅外波段的輻射量要比微波大幾個(gè)數(shù)量級。然而，由于微波的特殊物理性質(zhì)，使紅外測量精度遠(yuǎn)不及微波，也要差幾個(gè)數(shù)量級。因此，總的說來，紅外和微波遙感各有優(yōu)缺點(diǎn)。微波遙感傳感器分類雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)（RAR）：成像側(cè)視孔徑雷達(dá)（SAR）：成像主動(dòng)方式微波高度計(jì)：不成像微波散射計(jì)：不成像被動(dòng)方式微波輻射計(jì)：成像微波散射計(jì)：不成像側(cè)視雷達(dá)的分辨力可分為：距離分辨力Pg（垂直于飛行的方向）書75-76頁方位分辨力Pa（平行于于飛行方向）1、距離分辨力Pg(垂直于飛行方向）A、B距離及C、D距離均為20米俯角越大，距離分辨力低。俯角小，其距離分辨率高。2、方位分辨力Pa（平行于飛行方向）雷達(dá)發(fā)射的微波向四面八方輻射，呈花瓣?duì)?，稱波瓣，但以一個(gè)方向?yàn)橹?，稱為主瓣，其他方向輻射能小，形成副瓣，其中β角稱波瓣角。要使雷達(dá)的方向性精確，就要盡量增大主瓣功率和減少波瓣角。波瓣角與雷達(dá)發(fā)射的微波波長λ成正比與雷達(dá)的天線孔徑D成反比：β=λ/DPa=(λ/D)RR為距目標(biāo)地物的距離?？梢姡l(fā)射波長越短、天線孔徑越大、距離目標(biāo)地物越近，則方位分辨力越高。以實(shí)際孔徑天線進(jìn)行工作的側(cè)視雷達(dá)，稱真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)。要提高這種雷達(dá)的方位分辨力，只有加大天線孔徑、縮短探測距離和工作波長。但實(shí)現(xiàn)這些要求在技術(shù)上有一定困難。例如，波長為3cm的雷達(dá)，其天線孔徑4m，在200km高的衛(wèi)星軌道上對地面進(jìn)行探測，方位分辨力為1.5km。若要求方位分辨力達(dá)到3m，以便分辨出公路上的汽車，天線孔徑就要求2000m。這樣長的天線，無論對機(jī)載和星載都是不可能采用的。要解決上述問題，有兩個(gè)途徑：一是采用脈沖壓縮技術(shù)，以縮短發(fā)射波長；二是用合成孔徑天線代替真實(shí)孔徑天線以縮短天線孔徑。合成孔徑側(cè)視雷達(dá)概念利用遙感平臺(tái)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，將一個(gè)小孔徑的天線安裝在平臺(tái)的側(cè)方，以代替大孔徑的天線，提高方位分辨力的雷達(dá)。要用小孔徑雷達(dá)天線代替大孔徑雷達(dá)天線，通常采用若干小孔徑天線組成陣列，即把一系列彼此相連、性能相同的天線，等距離地布設(shè)在一條直線上，利用它們接收窄脈沖信號，以獲得較高的方位分辨力。天線陣列的基線愈長，方向性愈好。遙感平臺(tái)在勻速前進(jìn)運(yùn)動(dòng)中，以一定的時(shí)間間隔發(fā)射一個(gè)脈沖信號，天線在不同位置上接收回波信號，并記錄和貯存下來。將這些在不同位置上接收的信號合成處理，得到與真實(shí)無線接收同一目標(biāo)回波信號相同的結(jié)果。這樣，就使一個(gè)小孔徑天線，起到了大孔徑天線的同樣作用。其距離分辨率只與天線孔徑有關(guān)。遙感圖像的特征P80(1)空間分辨率指像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時(shí)視場，或地面物體能分辨的最小單元。例如Landsat的TM的1-5和7波段，一個(gè)像素（pix）代表地面28.5m28.5m，或概略說其空間分辨率為30m。(2)波譜分辨率指傳感器在接收目標(biāo)輻射的波譜時(shí)能分辨的最小波長間隔。間隔愈小，分辨率愈高。不同波譜分辨率的傳感器對同一地物探測效果有很大區(qū)別。成像光譜儀在可見光至紅外波段范圍內(nèi)，被分割成幾百個(gè)窄波段，具有很高的光譜分辨率，從其近乎連續(xù)的光譜曲線上，可以分辨出不同物體光譜特征的微小差異，有利于識(shí)別更多的目標(biāo)，甚至有些礦物成分也可被分辨。傳感器的波段選擇必須考慮目標(biāo)的光譜特征值，才能取得好效果。(3)輻射分辨率指傳感器接收波譜信號時(shí)，能分辨的最小輻射度差。在遙感圖像上表現(xiàn)為每一像元的輻射量化級。某個(gè)波段遙感圖像的總信息量由空間分辨率（以像元數(shù)n表示）與輻射分辨率（以灰度量化級D表示）有關(guān)，以bit為單位，可表達(dá)為：在多波段遙感中，遙感圖像總信息量還取決于波段數(shù)k。k個(gè)波段的遙感圖像的總信息量為:A:圖像對應(yīng)的地面面積；P：圖像的空間分辨率(4)時(shí)間分辨率指對同一地點(diǎn)進(jìn)行遙感采樣的時(shí)間間隔，即采樣的時(shí)間頻率，也稱重訪周期。遙感的時(shí)間分辨率范圍較大。以衛(wèi)星遙感來說，靜止氣象衛(wèi)星（地球同步氣象衛(wèi)星）的時(shí)間分辨率為1次/0.5小時(shí)；太陽同步氣象衛(wèi)星的時(shí)間分辨率2次／天；Landsat為1次／16天；中巴（西）合作的CBERS為1次／26天等。還有更長周期甚至不定周期的。時(shí)間分辨率對動(dòng)態(tài)監(jiān)測尤為重要，天氣預(yù)報(bào)、災(zāi)害監(jiān)測等需要短周期的時(shí)間分辨率，故常以“小時(shí)”為單位。植物、作物的長勢監(jiān)測、估產(chǎn)等需要用“旬”或“日”為單位。而城市擴(kuò)展、河道變遷、土地利用變化等多以“年”為單位?？傊筛鶕?jù)不同的遙感目的，采用不同時(shí)間分辨率。題：如何評價(jià)遙感圖像的質(zhì)量？（1）遙感圖像的空間分辨率：指像素所代表的地面范圍的大小。地面分辨率取決于膠片的分辨率和攝影鏡頭的分辨率所構(gòu)成的系統(tǒng)分辨率，以及攝影機(jī)焦距和航高。（2）圖象的光譜分辨率：波譜分辨率是指傳感器在接受目標(biāo)輻射的波譜時(shí)能分辨的最小波長間隔。間隔愈小，分辨率愈高。傳感器的波段選擇必須考慮目標(biāo)的光譜特征值。（3）輻射分辨率：輻射分辨率是指傳感器接受波譜信號時(shí)，能分辨的最小輻射度差。在遙感圖像上表現(xiàn)為每一像元的輻射量化級。某個(gè)波段遙感圖像的總信息量與空間分辨率、輻射分辨率有關(guān)。（4）圖象的時(shí)間分辨率：時(shí)間分辨率指對同一地點(diǎn)進(jìn)行采樣的時(shí)間間隔，即采樣的時(shí)間頻率，也稱重訪周期。時(shí)間分辨率對動(dòng)態(tài)監(jiān)測很重要。題：比較SPOT和TM（可從四個(gè)分辨率分析）第四章顏色的性質(zhì)由明度、色調(diào)、飽和度來描述。（1）明度：是人眼對光源或物體明亮程度的感覺。與電磁波輻射亮度的概念不同．明度受視覺感受性和經(jīng)驗(yàn)影響?！銇碚f，物體反射率越高，明度就越高。所以白色一定比灰色明度高。黃色比紅色明度高因?yàn)辄S色反射率高，對光源而言，亮度越大，明度越高。（2）色調(diào)：是色彩彼此相互區(qū)分的特性。可見光譜段的不同波長刺激人眼產(chǎn)生了紅橙黃綠青藍(lán)紫等彩色的感覺。多數(shù)情況，刺激人眼的光波不是單一波長，而常常是一些波長的組合，對于光源，則是不同波長的亮度組合，對于反射物體是不同反射率的不同波長組合，共同刺激人眼產(chǎn)生組合后的顏色感覺。（3）飽和度：是彩色純潔的程度，也就是光譜中波長段是否窄，頻率是否單一的表示。對于光源，發(fā)出的若是單色光就是最飽和的彩色，如激光（最純潔的顏色），各種光譜色都是飽和色。對于物體顏色，如果物體對光譜反射有很高的選擇件，只反射很窄的波段則飽和度高。如果光源或物體反射光在某種波長中混有許多其他波長的光或混合白光則飽和度變低。白光成分過大時(shí)，彩色消失成為白光。顏色立體中間垂直軸代表明度，從底端到頂端，由黑到灰再到白明度逐漸遞增。中間水平面的圓周代表色調(diào)，順時(shí)針方向由紅、黃、綠、藍(lán)到紫逐步過渡。圓周上的半徑大小代表飽和度，半徑最大時(shí)飽和度最大，沿半徑向圓心移動(dòng)時(shí)飽和度逐漸降低，到了中心便成了中灰色。如果離外水平圓周向上下白或黑的方向移動(dòng)也說明飽和度降低。這種理想化的模型可以直觀表現(xiàn)顏色三個(gè)特性的關(guān)系?；パa(bǔ)色概念（紅和青，綠和品紅，藍(lán)和黃）若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，這兩種顏色就稱為互補(bǔ)色。如黃和藍(lán)，紅和青，綠和品紅均為互補(bǔ)色。假如做一個(gè)圓盤，左邊是黃色．右邊是藍(lán)色，讓該盤快速旋轉(zhuǎn)，使兩種顏色混合，人眼就只能看出白色或灰色。三原色概念（紅、綠、藍(lán)）若三種顏色，其中的任一種都不能由其余二種顏色混合相加產(chǎn)生，這三種顏色按一定比例混合，可以形成各種色調(diào)的顏色，則稱之為三原色。實(shí)驗(yàn)證明紅、綠、藍(lán)是最優(yōu)的三原色?？梢宰罘奖愕禺a(chǎn)生其他顏色。當(dāng)然，混合后的顏色只是一種視覺效果上的顏色，已完全失去了顏色的光譜意義。加色法示意圖減色法示意圖紅黃黃品紅綠白黑綠青藍(lán)品藍(lán)青數(shù)字圖像概念P95-96指能夠被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理和使用的圖像。像元是數(shù)字圖像中的最小單位進(jìn)入傳感器的輻射強(qiáng)度反映在圖像上就是亮度值(灰度值)。輻射強(qiáng)度越大，亮度值越大。該值主要受兩個(gè)物理量影響：A.太陽輻射照射到地面的輻射強(qiáng)度B.地物的光譜反射率當(dāng)太陽輻射相同時(shí)，圖像上像元亮度值的差異直接反映了地物目標(biāo)光譜反射率的差異。但輻射強(qiáng)度值還受到其他因素的影響而發(fā)生改變。這一改變的部分就是需要校正的部分，稱為輻射畸變。引起輻射畸變的原因：A、傳感器儀器本身產(chǎn)生的誤差B、大氣對輻射的影響（用戶主要考慮的因素）粗略校正指通過比較簡便的方法去掉式中的Lp，即程輻射度，從而改善圖像質(zhì)量。P98-100大氣影響的粗略校正方法：（1）直方圖最小值去除法P100（2）回歸分析法遙感影像變形的原因(1)遙感平臺(tái)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的影響(2)地形起伏的影響(3)地球表面曲率的影響(4)大氣折射的影響(5)地球自轉(zhuǎn)的影響幾何畸變有多種校正方法，但常用的是一種通用的精校正方法，適合于在地面平坦，不需考慮高程信息，或地面起伏較大而無高程信息，以及傳感器的位置和姿態(tài)參數(shù)無法獲取的情況時(shí)應(yīng)用。（1）基本思路P107校正前的圖像看起來是由行列整齊的等間距像元點(diǎn)組成的，但實(shí)際上，由于某種幾何畸變，圖像中像元點(diǎn)間所對應(yīng)的地面距離并不相等（圖a）。校正后的圖像亦是由等間距的網(wǎng)格點(diǎn)組成的，且以地面為標(biāo)準(zhǔn)，符合某種投影的均勻分布（圖b），圖像中格網(wǎng)的交點(diǎn)可以看作是像元的中心。校正的最終目的:A.確定校正后圖像的行列數(shù)值。B.找到新圖像中每一像元的亮度值。（2）具體步驟A.重采樣找到一種數(shù)學(xué)關(guān)系，建立變換前圖像坐標(biāo)（x，y）與變換后圖像坐標(biāo)（u，v）的關(guān)系，通過每一個(gè)變換后圖像像元的中心位置（u代表行數(shù)，v代表列數(shù)，均為整數(shù)）計(jì)算出變換前對應(yīng)的圖像坐標(biāo)點(diǎn)（x，y）。分析得知，整數(shù)（u，v）的像元點(diǎn)在原圖像坐標(biāo)系中一般不在整數(shù)（x，y）點(diǎn)上，即不在原圖像像元的中心。計(jì)算校正后圖像中的每一點(diǎn)所對應(yīng)原圖中的位置（x，y）。計(jì)算時(shí)按行逐點(diǎn)計(jì)算，每行結(jié)束后進(jìn)入下一行計(jì)算，直到全圖結(jié)束。B.計(jì)算像元亮度值由于計(jì)算后的(x，y)多數(shù)不在原圖的像元中心處，因此必須重新計(jì)算新位置的亮度值。一股來說，新點(diǎn)的亮度值介于鄰點(diǎn)亮度值之間，所以常用內(nèi)插法計(jì)算。（3）計(jì)算方法建立兩圖像像元點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系2元n次多項(xiàng)式實(shí)際計(jì)算時(shí)常采用2元2次多項(xiàng)式（u,v)(x,y)，需求出12個(gè)系數(shù)，至少列出12個(gè)方程，即要找到6個(gè)已知的對應(yīng)點(diǎn)（控制點(diǎn)）。如果要提高精度，必須大大增加控制點(diǎn)的數(shù)目，用最小二乘法進(jìn)行曲面擬合求系數(shù)。為了確定校正后圖像上每點(diǎn)的亮度值，只要求出其原圖所對應(yīng)點(diǎn)（x，y）的亮度。通常有三種方法：最近鄰法、雙向線性內(nèi)插法、三次卷積內(nèi)插法?？刂泣c(diǎn)的選取幾何校正的第一步便是位置計(jì)算，首先是對所選取的二元多項(xiàng)式求系數(shù)。這時(shí)必須已知一組控制點(diǎn)坐標(biāo)。(1)控制點(diǎn)數(shù)目的確定控制點(diǎn)數(shù)目的最低限是按未知系數(shù)的多少來確定的。一次多項(xiàng)式有6個(gè)系數(shù)，就需要有6個(gè)方程來求解，需3個(gè)控制點(diǎn)的3對坐標(biāo)值，即6個(gè)坐標(biāo)數(shù)。2次多項(xiàng)式有12個(gè)系數(shù)，需要12個(gè)方程（6個(gè)控制點(diǎn)）。依次類推，n次多項(xiàng)式，控制點(diǎn)的最少數(shù)目為(n+1)(n+2)/2。實(shí)際工作表明，選取最少數(shù)目的控制點(diǎn)來校正圖像，效果往往不好。在圖像邊緣處，在地面特征變化大的地區(qū)，如河流拐彎處等，由于沒有控制點(diǎn)，而靠計(jì)算推出對應(yīng)點(diǎn)，會(huì)使圖像變形。因此，在條件允許的情況下，控制點(diǎn)數(shù)的選取都要大于最低數(shù)很多。(2)控制點(diǎn)選取的原則控制點(diǎn)的選擇要以配準(zhǔn)對象為依據(jù)。以地面坐標(biāo)為匹配標(biāo)準(zhǔn)的，叫做地面控制點(diǎn)（記作GCP）。有時(shí)也用地圖作地面控制點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，或用遙感圖像（如用航空像片）作為控制點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)。無論用哪一種坐標(biāo)系，關(guān)鍵在于建立待匹配的兩種坐標(biāo)系的對應(yīng)點(diǎn)關(guān)系。1)一般來說，控制點(diǎn)應(yīng)選取圖像上易分辨且較精細(xì)的特征點(diǎn)，這很容易通過目視方法辨別，如道路交叉點(diǎn)、河流彎曲或分叉處、海岸線彎曲處、湖泊邊緣、飛機(jī)場、城廓邊緣等。2)特征變化大的地區(qū)應(yīng)多選些。3)圖像邊緣部分一定要選取控制點(diǎn)，以避免外推。4)此外，盡可能滿幅均勻選取，特征實(shí)在不明顯的大面積區(qū)域（如沙漠），可用求延長線交點(diǎn)的辦法來彌補(bǔ)，但應(yīng)盡可能避免這樣做，以避免造成人為的誤差。對比度變換概念是一種通過改變圖像像元的亮度值來改變圖像像元對比度，從而改善圖像質(zhì)量的圖像處理方法。因?yàn)榱炼戎凳禽椛鋸?qiáng)度的反映，所以也稱之為輻射增強(qiáng)。常用的方法有對比度線性變換和非線性變換。每一幅圖像都可以求出其像元亮度值的直方圖，觀察直方圖的形態(tài)，可以粗略地分析圖像的質(zhì)量。一般來說，一幅包含大量像元的圖像，其像元亮度值應(yīng)符合統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，即假定像元亮度隨機(jī)分布時(shí)，直方圖應(yīng)是正態(tài)分布的。實(shí)際工作中，若圖像的直方圖接近正態(tài)分布，則說明圖像中像元的亮度接近隨機(jī)分布，是一幅適合用統(tǒng)計(jì)方法分析的圖像。當(dāng)觀察直方圖形態(tài)時(shí)，發(fā)現(xiàn)直方圖的峰值偏向亮度坐標(biāo)軸左側(cè)，則說明圖像偏暗；發(fā)現(xiàn)峰值偏向坐標(biāo)軸右側(cè)，則說明圖像偏亮；發(fā)現(xiàn)峰值提升過陡、過窄，說明圖像的高密度值過于集中。以上情況均是圖像對比度較小，圖像質(zhì)量較差的反映。從直方圖形態(tài)判斷圖像質(zhì)量線性變換（書113--114頁）為了改善圖像的對比度，必須改變圖像像元的亮度值，并且這種改變需符合一定的數(shù)學(xué)規(guī)律，即在運(yùn)算過程中有一個(gè)變換函數(shù)。如果變換函數(shù)是線性的或分段線性的，這種變換就是線性變換。線性變換是圖像增強(qiáng)處理最常用的方法。非線性變換當(dāng)變換函數(shù)是非線性時(shí)，即為非線性變換。非線性變換的函數(shù)很多，常用的有指數(shù)變換和對數(shù)變換。（一）指數(shù)變換其意義是在亮度值較高的部分?jǐn)U大亮度間隔，屬于拉伸，而在亮度值較低的部分縮小亮度間隔，屬于壓縮，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為a，b，c為可調(diào)參數(shù)，可以改變指數(shù)函數(shù)曲線的形態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)不同的拉伸比例。（二）對數(shù)變換與指數(shù)變換相反，它的意義是在亮度值較低的部分拉伸，而在亮度值較高的部分壓縮，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為a，b，c仍為可調(diào)參數(shù)，由使用者決定其值。空間濾波對比度擴(kuò)展的輻射增強(qiáng)是通過單個(gè)像元的運(yùn)算從整體上改善圖像的質(zhì)量。而空間濾波則是以重點(diǎn)突出圖像上的某些特征為目的的，如突出邊線或紋理等，因此通過像元與其周圍相鄰像元的關(guān)系，采用空間域中的鄰域處理方法，也叫做“空間濾波”（概念）。它仍屬于一種幾何增強(qiáng)處理，主要包括平滑和銳化。1、平滑圖像中出現(xiàn)某些亮度變化過大的區(qū)域，或出現(xiàn)不該有的亮點(diǎn)（“噪聲”）時(shí)，采用平滑的方法可以減小變化，使亮度平緩或去掉不必要的“噪聲”點(diǎn)。具體方法有均值平滑中值濾波銳化（計(jì)算題）為了突出圖像的邊緣、線狀目標(biāo)或某些亮度變化率大的部分，可采用銳化方法。有時(shí)可通過銳化，直接提取出需要的信息。銳化后的圖像已不再具有原遙感圖像的特征而成為邊緣圖像。銳化的方法很多，這只介紹常用的幾種羅伯特梯度（書118頁）P11311題索伯爾梯度（書119頁）P11311題拉普拉斯算法定向檢測密度分割概念單波段黑白遙感圖像可按亮度分層，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(jìn)行分層，每一層所包含的亮度值范圍可以不同。等密度分割概念按圖像的密度進(jìn)行分層，每一層所包含的亮度值范圍相同。根據(jù)加色法彩色合成原理，選擇遙感影像的某三個(gè)波段，分別賦予紅、綠、藍(lán)三種原色，就可以合成彩色影像。根據(jù)原色的選擇與原來遙感波段所代表的真實(shí)顏色是否相同，可分為真彩色（分別給3、2、1波段吧賦予R、G、B）合成和假彩色（分別給4、3、2波段賦予R、G、B）合成。真彩色圖像真彩色圖像上影像的顏色與地物顏色基本一致。利用數(shù)字技術(shù)合成真彩色圖像時(shí)，是把紅色波段的影像作為合成圖像中的紅色分量、把綠色波段的影像作為合成圖像中的綠色分量、把藍(lán)色波段的影像作為合成圖像中的藍(lán)色分量進(jìn)行合成的結(jié)果。如TM的3、2、1分別用RGB合成的圖像為真彩色圖像。假彩色圖像假彩色圖像是指圖像上影像的色調(diào)與實(shí)際地物色調(diào)不一致的圖像。遙感中最常見的假彩色圖像是彩色紅外合成的標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像。它是在彩色合成時(shí)，把近紅外波段的影像作為合成圖像中的紅色分量、把紅色波段的影像作為合成圖像中的綠色分量、把綠色波段的影像作為合成圖像中的藍(lán)色分量進(jìn)行合成的結(jié)果。如TM的4、3、2用RGB合成的圖像為標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像。Landsat的TM影像為例，TM的7個(gè)波段中，第2波段是綠色波段（0．52～0．60μm），第三波段是紅色波段（0.63～0.69μm）第4段波段是近紅外波段（0．76～0．90μm。當(dāng)4，3，2波段被分別賦予紅、綠、藍(lán)色時(shí)，即紅外波段賦紅，紅波段賦綠，綠波段賦藍(lán)時(shí)，這一合成方案被稱為標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成，是一種最常用的合成方案。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用目的經(jīng)實(shí)驗(yàn)、分析，尋找最佳合成方案，以達(dá)到最好的目視效果。通常，以合成后的信息量最大和波段之間的信息相關(guān)最小作為選取合成的最佳目標(biāo)，例如，TM的4，5，3波段依次被賦予紅、綠、藍(lán)色進(jìn)行合成，可以突出較豐富的信息，包括水體、城區(qū)、山區(qū)、平原及線性特征等，有時(shí)這一合成方案甚至優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的4，3，2波段的假彩色合成。歸一化植被指數(shù)NDVI=近紅外波段/紅外波段或NDVI=（近紅外-紅）/（近紅外+紅）NDVI=（4-3）/（4+3）>0時(shí)，有可能是植被。（-1，1）P123、P246多光譜變換（1）K-L變換(主成分變換)K－L變換是離散（Karhunen－Loeve）變換的簡稱，又被稱作主成分變換。K－L變換的特點(diǎn)：從幾何意義來看，變換后的主分量空間坐標(biāo)系與變換前的多光譜空間坐標(biāo)系相比旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度。而且新坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸一定指向數(shù)據(jù)信息量較大的方向。以二維空間為例，假定某圖像像元的分布呈橢圓狀，那么經(jīng)過旋轉(zhuǎn)后，新坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸一定分別指向橢圓的長半軸和短半軸方向——主分量方向，因?yàn)殚L半軸這一方向的信息量最大。K－L變換作用：1）數(shù)據(jù)壓縮：以TM影像為例，共有7個(gè)波段處理起來數(shù)據(jù)量很大。進(jìn)行K－L變換后，第一，或前二或前三個(gè)主分量已包含了絕大多數(shù)的地物信息，足夠分析使用，同時(shí)數(shù)據(jù)量卻大大地減少了。應(yīng)用中常常只取前三個(gè)主分量作假彩色合成，數(shù)據(jù)量可減少到43％，既實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)壓縮，也可作為分類前的特征選擇。2）圖像增強(qiáng)：K－L變換后的前幾個(gè)主分量，信噪比大，噪聲相對小，因此突出了主要信息，達(dá)到了增強(qiáng)圖像的目的。此外將其他增強(qiáng)手段與之結(jié)合使用，會(huì)收到更好的效果。計(jì)算機(jī)處理時(shí)，需要根據(jù)被處理的圖像計(jì)算變換矩陣A。由于K－L變換使用較為普遍。故常用的圖像處理軟件包中都具有這一功能，不必用戶自已計(jì)算，也免去了許多編程工作。（2）K-T變換（纓帽變換）P125K－T變換是Kauth－Thomas變換的簡稱，也稱纓帽變換。這種變換也是一種線性組合變換，其變換公式為：Y=BXX、Y分別為變換前后多光譜空間的像元矢量；B為變換矩陣。該變換也是一種坐標(biāo)空間發(fā)生旋轉(zhuǎn)的線性變換，但旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)軸不是指向主成分方向，而是指向與地面景物有密切關(guān)系的方向。K－T變換的應(yīng)用主要針對TM數(shù)據(jù)和曾經(jīng)廣泛使用的MSS數(shù)據(jù)。它抓住了地面景物，特別是植被和土壤在多光譜空間中的特征，這對于擴(kuò)大陸地衛(wèi)星TM影像數(shù)據(jù)分析在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用有重要意義。Crist等人提出TM數(shù)據(jù)在K-T變換時(shí)的B值：0.30370.27930.47430.55850.50820.1863-0.2848-0.2435-0.54360.72430.0840-0.18000.15090.19730.32790.3406-0.7112-0.4572-0.8242-0.08490.4392-0.05800.2012-0.2768-0.3280-0.05490.10750.1855-0.43570.80850.1084-0.90220.41200.0573-0.02510.0238變換（不含6波段）結(jié)果的前三個(gè)分量與地面景物的關(guān)系密切：y1為亮度，實(shí)際上是TM的6個(gè)波段的加權(quán)和，反映出圖像總體的反射值。y2為綠度，從變換矩陣B的第2行系數(shù)看，波長較長的紅外波段5和7，有很明顯的抵削，剩下4與1，2，3波段，剛好是近紅外與可見光部分的差值，反映了綠色生物量的特征。y3為濕度，該分量反映了可見光與近紅外波段1～4與波長較長的紅外5，7波段的差值，而5，7兩波段對土壤濕度和植被濕度最為敏感，易于反映出濕度特征。多源信息復(fù)合概念定義：信息復(fù)合是同一區(qū)域內(nèi)遙感信息之間或遙感信息與非遙感信息之間的組合匹配的技術(shù)。內(nèi)容：它包括空間配準(zhǔn)和內(nèi)容復(fù)合兩個(gè)方面，從而在統(tǒng)一地理坐標(biāo)系統(tǒng)下，構(gòu)成一組新的空間信息、一種新的合成圖象。目的：突出有用的專題信息，消除或抑制無關(guān)的信息，以改善目標(biāo)識(shí)別的圖像環(huán)境。不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合例如TM影像有7個(gè)波段，光譜信息豐富，特別是5和7波段,SPOT數(shù)據(jù)就沒有，但SPOT數(shù)據(jù)分辨率高，全色波段可達(dá)10m，比TM的30m和SPOT多光譜傳感器的20m都高，兩者復(fù)合既可以提高新圖像的空間分辨率又可以保持較豐富的光譜信息。復(fù)合后的圖像既保留了SPOT的空間分辨率，又保留了TM的光譜分辨率。遙感信息復(fù)合方法：代換法對TM的所有波段進(jìn)行主成分變換，然后用SPOT的高分辨率全色波段代換變換后的TM第1主成分。將代換后的所有波段再做一次主成分變換的反變換。這種處理方法既保持了原有TM數(shù)據(jù)的光譜分辨率，又增加了SPOT的高空間分辨率的特點(diǎn)。大大提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量。對假彩色合成的任意三個(gè)波段實(shí)行HLS變換，然后用SPOT的高分辨率全色波段代換變換后的明度成分，將代換后的三個(gè)波段再做HLS到RGB的反變換，生成新的彩色合成圖大大提高了空間分辨率。113頁10、11題P132-1336、7、8、10、11、12、13、14、15題綜合題（第五章內(nèi)容）簡述可見光、熱紅外、微波遙感的成像機(jī)理。答：可從以下四個(gè)方面進(jìn)行說明：波長范圍、工作類型、適宜應(yīng)用的時(shí)間、成像方式（1）可見光遙感成像機(jī)理如下：可見光遙感的探測波段在0.38-0.76之間，一般采用主動(dòng)遙感方式，光源為太陽，地物反射可見光，傳感器的收集器接受地物反射的可見光，由探測器將可見光信號轉(zhuǎn)換為化學(xué)能或者電能，再由處理器對信號進(jìn)行各種處理以獲取數(shù)據(jù)，通過輸出器輸出為需要的格式。成像方式常見有推掃式的和掃描式的。在白天日照條件好時(shí)的成像效果好。（2）熱紅外遙感成像機(jī)理如下：熱紅外遙感的探測波段在0.76——1000之間，其基本成像原理和可見光遙感成像機(jī)理大致相同，只是熱紅外遙感時(shí)地物即可反射能量（主要在近中紅外波段），又可自身發(fā)射熱輻射能量，尤其是遠(yuǎn)紅外波段主要透射地物自身輻射能量，適于夜間成像。（3）微波遙感成像機(jī)理如下：微波遙感的探測波段在1mm——10cm之間，有主動(dòng)遙感和被動(dòng)遙感兩種方式，成像儀由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、轉(zhuǎn)換開關(guān)和天線等構(gòu)成，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生脈沖信號，由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，經(jīng)天線向觀測區(qū)域發(fā)射脈沖信號，地物則反射脈沖信號，也有轉(zhuǎn)換開關(guān)控制進(jìn)入接收機(jī)，接收的信號在顯示器上顯示或者記錄在磁帶上。由于微波穿透能力很強(qiáng)，可以全天候進(jìn)行觀測。常見的微波遙感成像方式有合成孔徑雷達(dá)（SAR）和真實(shí)孔徑雷達(dá)（RAR)。第五章遙感圖像解譯（ImageryInterpretation）概念是從遙感圖像上獲取目標(biāo)地物信息的過程。遙感圖像解譯分類，分為兩種：（1）目視解譯：又稱目視判讀，或目視判譯，它指專業(yè)人員通過直接觀察或借助輔助判讀儀器在遙感圖像上獲取特定目標(biāo)地物信息的過程。（2）遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯：又稱遙感圖像理解（RemoteSensingImageryUnderstanding），它以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為支撐環(huán)境，利用模式識(shí)別技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)遙感圖像中目標(biāo)地物的各種影像特征（顏色、形狀、紋理與空間位置），結(jié)合專家知識(shí)庫中目標(biāo)地物的解譯經(jīng)驗(yàn)和成像規(guī)律等知識(shí)進(jìn)行分析和推理，實(shí)現(xiàn)對遙感圖像的理解，完成對遙感圖像的解譯。目標(biāo)地物特征遙感圖像中目標(biāo)地物特征是地物電磁輻射差異在遙感影像上的典型反映。按其表現(xiàn)形式的不同，目標(biāo)地物特征可以概括分為3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。遙感圖像的認(rèn)知過程（1）自下向上過程圖像信息獲取特征提取識(shí)別證據(jù)選取自上而下過程特征匹配提出假設(shè)圖像辨識(shí)P144-153通讀，可能考小題常見遙感掃描影像的主要特點(diǎn)及應(yīng)用(1)MSS影像為多光譜掃描儀（MultiSpectralScanner）獲取的影像。第一顆至第三顆地球衛(wèi)星（Landsat）上，反束光導(dǎo)管（RBV）攝像機(jī)獲取的三個(gè)波段攝影像片分別稱為第1、2、3波段，多光譜掃描儀獲取的4個(gè)波段為4、5、6、7波段（兩個(gè)波段為可見光波段，兩個(gè)波段為近紅外波段）。第4、5顆星上多光譜掃描儀獲取的4個(gè)波段掃描影像后重新被分別命名為1、2、3、4波段。波長（微米）波段波段序號地面分辨率（米）1、2、3號星4、5號星1、2、3號星4、5號星0.5~0.60.6~0.70.7~0.80.8~1.1綠色紅色近紅外近紅外456712347979797982828282多光譜掃描儀探測器上獲取的目標(biāo)地物模擬信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，以數(shù)字形式記錄下不同波段的特征值，這些特征值經(jīng)過采樣與歸一化處理，以64級輻射亮度來描述不同地物的光譜特性。因此，MSS影像上每個(gè)像元可以具有0～63級亮度值，由于人眼只能分辨出十幾種灰度，這些亮度值又按照一定的區(qū)間歸并為14級灰度，當(dāng)采用電子束掃描膠片使它曝光產(chǎn)生遙感影像時(shí)，每個(gè)像元的亮度值被轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的灰階，同時(shí)每幅遙感影像下部也曝光產(chǎn)生一個(gè)灰階尺。像元的亮度值為0時(shí)，影像上像元的灰階為黑色，像元的亮度值為63時(shí)，影像上像元灰隊(duì)為白色，像元值從0向63增加時(shí)，其灰隊(duì)也按照一定分級規(guī)則由黑轉(zhuǎn)白。由于影像復(fù)制時(shí)像元灰階與灰度尺受到同樣因素的影響，這樣解譯者可以利用灰度尺來衡量像元的灰階。嚴(yán)格說來，MSS像片的每一行不同部位的影像比例尺都是不相同的。例如，Landsat-1在標(biāo)準(zhǔn)軌道高度上，瞬間視場對應(yīng)的地面分辨率為79m，圖像邊緣比例尺變小。MSS圖像像元是個(gè)矩形，它在衛(wèi)星前進(jìn)方向上的邊長由MSS瞬間視場角決定，在掃描線方向（近似東西方向）像元邊長是由像元采樣速率決定的。MSS各個(gè)波段的應(yīng)用范圍第4波段為綠色波段，對水體有一定透射能力，在清潔的水體中透射深度可達(dá)10～20m，可以判讀淺水地形和近海海水泥沙。由于植被在綠色波段有一個(gè)次反射峰，可以探測健康植被綠色反射率。第5波段為紅色波段，可用于城市研究，對道路、大型建筑工地、砂礫場和采礦區(qū)反映明顯。對海水中的泥沙流、河流中的懸浮物質(zhì)與河水渾濁度有明顯反映?？蓞^(qū)分沼澤地和沙地，可以利用植物綠色素吸收率進(jìn)行植物分類。第6波段為近紅外波段，植被在此波段有強(qiáng)烈反射峰，可區(qū)分健康與病蟲害植被。水體在此波段上具有強(qiáng)烈吸收作用，水體呈暗黑色，含水量大的土壤為深色調(diào)，含水量少的土壤色調(diào)較淺，水體與濕地反映明顯。第7波段也為近紅外波段，植被在此波段有強(qiáng)烈反射峰，可用來測定生物量和監(jiān)測作物長勢。水體吸收率高，水體和濕地色調(diào)更深，海陸界線清晰。該波段還可用于地質(zhì)研究，劃出大型地質(zhì)體的邊界，區(qū)分規(guī)模較大的構(gòu)造形跡或巖體。(2)TM影像為專題繪圖儀（ThematicMapper）獲取的圖像。從Landsat-4起，發(fā)射的衛(wèi)星上加裝了TM來獲取地球表層信息。TM在光譜分辨率、輻射分辨率和地面分辨率方面都比MSS圖像有較大改進(jìn)。在光譜分辨率方面，它增加了藍(lán)色波段、短波紅外波段和熱紅外波段。遙感器設(shè)計(jì)制造人員根據(jù)MSS數(shù)據(jù)使用的經(jīng)驗(yàn)與光譜適用范圍研究結(jié)果，TM在波長范圍與光譜位置上都作了調(diào)整。在輻射分辨率方面，TM改進(jìn)了輻射測量精度，以256級輻射亮度來描述不同地物的光譜特性，一些在MSS中無法覺察出的地物電磁波輻射中的細(xì)小變化，現(xiàn)在可以在TM波段內(nèi)觀測到。在地面分辨率（空間分辨率）方面，TM瞬間視場角對應(yīng)的地面分辨率為30m（第6波段為120m）。1999年4月15日發(fā)射的Landsat-7，采用了ETM＋（增強(qiáng)加型專題繪圖儀）遙感器來獲取地球表層信息，它與TM的區(qū)別是增加了全色波段（0.5～0.9微米，分辨率為15m），并改進(jìn)了熱紅外波段的空間分辨率（60米）。TM（ThematicMapper）圖像主要應(yīng)用范圍:SPOT圖像SPOT圖像主要應(yīng)用領(lǐng)域：SPOT衛(wèi)星的主要任務(wù)是監(jiān)測自然資源分布，特別是監(jiān)測農(nóng)業(yè)、林業(yè)和礦產(chǎn)資源，觀測植被生長狀態(tài)與農(nóng)田含水量等項(xiàng)，對農(nóng)作物進(jìn)行估產(chǎn)，了解城市建設(shè)與城市土地利用狀況等。各個(gè)波段主要應(yīng)用領(lǐng)域：第一波段為綠色波段，該波段以葉綠素反射曲線的次高峰（0.55微米）為中點(diǎn)，可區(qū)分植被類型和評估作物長勢，對水體有一定的穿透深度，在干凈水域能夠穿透10～20m的深度，可以區(qū)分人造地物類型。第二波段為紅色波段，該波段與MSS第5波段和TM第3波段很接近，在晴朗天氣下，該波段的大氣透過率約為90％，是葉綠素反射曲線的低谷區(qū)，據(jù)此可以識(shí)別農(nóng)作物類型，對城市道路、大型建筑工地反映明顯，可用于地質(zhì)解譯，辨識(shí)石油帶、巖石與礦物等。第三波段為近紅外波段，分別與MSS第7波段和TM第4波段接近。在晴朗天氣下，該波段的大氣透過率約為95％，是葉綠素反射率曲線的強(qiáng)反射率區(qū)。據(jù)此可以監(jiān)測作物長勢，區(qū)分植被類型。在灰度圖像上植被表現(xiàn)為淺白色調(diào)，干凈水域的水面反射率為1％，水面呈黑色或者暗黑的色調(diào)，該波段圖像可繪制水體邊界。含水量大的土壤呈現(xiàn)深灰或暗黑色，含水量小的土壤呈現(xiàn)灰白色調(diào)，可用來探測土壤含水量。第四波段為短波紅外波段，這是SPOT新增加的一個(gè)波段，用于探測植物含水量及土壤濕度，區(qū)別云與雪。SPOT全色波段，該波段的地面分辨率為10m，可用于調(diào)查城市土地利用現(xiàn)狀、區(qū)分城市主要干道、識(shí)別大型建筑物，了解都市發(fā)展?fàn)顩r，據(jù)統(tǒng)計(jì)，城市總體規(guī)劃中調(diào)查土地利用現(xiàn)狀，購買SPOT影像的費(fèi)用僅僅是航空攝影費(fèi)用的10%，可節(jié)約投入成本。SPOT5SPOT5號衛(wèi)星上搭載有三種成像裝置，除了前幾顆衛(wèi)星上的高分辨率幾何裝置(HRG)和植被探測器(VEGETATION)外，SPOT5更有一個(gè)高分辨率立體成像(HRS)裝置。P160表5.8（有Landsat和SPOT的比較）遙感掃描影