遙感課程總結

資源學院王翀201311191013《資源環(huán)境遙感》期末復習提綱學生姓名：王翀學生學號：201311191013任課教師：朱秀芳副教授完成時間：2015年7月1日目錄第一章緒論 21.遙感的基本概念 22.遙感技術系統(tǒng) 23.遙感的類型 24.遙感觀測的特點 2第二章物理基礎 31.電磁波譜與電磁輻射 32.太陽輻射及其大氣對輻射的影響 43.地球的輻射與地物波譜 5第三章遙感成像原理與遙感圖像特征 51.遙感平臺與傳感器的特征 52.攝影成像 63.掃描成像 74.微波遙感與成像 75.遙感圖像特征 9第四章遙感圖像處理 91.數(shù)字圖像的校正 92.數(shù)字圖像增強 103.多元信息復合 13第五章目視解譯與制圖 131.遙感圖像目視解譯原理 132.遙感圖像目視解譯方法和步驟 143.影響景物特征及判讀的因素 144.遙感影像地圖 14第六章遙感數(shù)字圖像計算機解譯 151．遙感數(shù)字圖像的性質與特點 152.遙感數(shù)字圖像計算機自動分類 15附：知識框架圖 17第一章緒論1.遙感的基本概念（1）廣義定義：遙遠的感知，泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波等的探測。（2）狹義定義：通過應用探測儀器，在遠離目標和非接觸目標物體條件下探測目標地物，獲取其反射、輻射或散射的電磁波信息（如電場、磁場、電磁波、地震波等信息），并進行提取、判定、加工處理、分析與應用的科學和技術。2.遙感技術系統(tǒng)（1）定義：是一個從地面到空中直至空間，從信息收集，儲存，傳輸處理到分析判讀、應用的完整技術系統(tǒng)。（2）組成：①信息源：地物與電磁波相互作用②信息的獲?。簜鞲衅鳌邮铡⒂涗涬姶挪ㄌ匦?，遙感平臺——裝載傳感器并能使其正常工作的工具③信息的記錄和傳輸：傳感器接收到目標地物的電磁波信息，記錄在數(shù)字介質（航天遙感數(shù)據(jù)）或膠片（航空/近地面遙感數(shù)據(jù)）上。④地面衛(wèi)星接收站：接收、處理、存檔、分發(fā)各類地球資源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)并進行相關技術研究，為遙感應用提供數(shù)據(jù)服務⑤信息處理：運用光學儀器和計算機設備對獲取的遙感信息進行校正、分析和解譯處理的過程。通過對遙感信息的校正、分析和解譯處理，掌握或清除遙感原始信息的誤差，歸納出被探測目標物的影像特征，然后依據(jù)特征從遙感信息中識別并提取所需的有用信息。分校正處理、增強處理、融合處理、分類處理。⑥信息應用：專業(yè)人員按不同的目的將遙感信息應用于各業(yè)務領域的使用過程。方法：作為地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，供人們對其進行查詢、統(tǒng)計和分析利用。資源調查、環(huán)境監(jiān)測、地圖測繪……3.遙感的類型（1）按照探測目標的能源分類：主動遙感（微波雷達），被動遙感（航天飛機，衛(wèi)星）（2）按使用的平臺分類：航天（衛(wèi)星）、航空、地面（3）按照傳感器探測波段分類：可見光遙感(0.38-0.76μm)、紅外(0.76-1000μm)、微波(1mm-1m)、紫外(0.05-0.38μm)、多光譜、超光譜（4）按照傳感器工作方式分類：成像遙感（就是將所探測到的強弱不同的地物電磁波輻射轉換成深淺不同的色調構成的直觀圖像）、非成像遙感（5）遙感儀器所選用的波譜性質：電磁波遙感技術、聲納遙感技術、物理場（如重力和磁力場）遙感技術（6）按應用領域分類：土地、環(huán)境、大氣、海洋遙感……4.遙感觀測的特點大面積同步觀測時效性：重復探測，有利于進行動態(tài)分析綜合性和可比性受地面條件限制少：對于自然條件惡劣、地面工作難以開展的地區(qū)經(jīng)濟性：遙感的費用投入與所獲取的效益，與傳統(tǒng)的方法相比，可以大大地節(jié)省人力、物力、財力和時間，具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益局限性：目前所利用的電磁波有限，僅是其中的幾個波段；已被利用的譜段還不能準確反映地物的某些特征，還需要發(fā)展高光譜分辨率遙感；遙感的探測結果還需要其他手段相配合，特別是地面調查和驗證。第二章物理基礎1.電磁波譜與電磁輻射a）電磁波（1）遙感是利用傳感器主動或被動接收地面把目標反射或發(fā)射的電磁波來識別地物的。（2）波：振動在空間的傳播，分為橫波和縱波（3）電磁波：振源發(fā)出的電磁振蕩在空氣中傳播①電磁波的特點：橫波，真空中光速傳播，波粒二象性②主要參數(shù)：波長：波在一個振動周期內傳播的距離周期：波前進一個波長的距離所需的時間頻率：單位時間內，完成振動或振蕩的次數(shù)（4）電磁波譜：為了便于比較和描述電磁輻射的內部差異，將各種電磁波在真空中的波長按其長短，依次排列成圖表。按電磁波在真空中傳播的波長或頻率，遞增或遞減排列，則構成了電磁波譜。b）電磁輻射（1）輻射源：任何物體。①不僅能夠吸收其他物體對它的輻射，也能夠向外輻射。②絕對黑體：能完全吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反射折射投射的物體③分類：太陽輻射源：可見光及近紅外遙感的主要輻射源地球輻射源：遠紅外遙感的主要輻射源人工輻射源：人為發(fā)射的具有一定波長的波束（2）電磁輻射度量輻射能量（W）：電磁輻射的能量。J（焦耳）。輻射通量（φ）：在單位時間內通過某一面積的輻射能量稱為輻射通量，總輻射通量是各譜段輻射通量之和或其積分值。Φ=dW/dt，瓦特=焦耳/秒（W=J/S）。輻射通量密度（E）：單位面積上的輻射通量稱為輻射通量密度。瓦/米2（W/m2）輻照度（I）：被輻射物體單位面積上所接收的輻射通量，I=dΦ/dS，S為面積。W/m2。輻射出射度（M）：輻射源物體表面單位面積上輻射出的輻射通量，I=dΦ/dS，S為面積。W/m2。輻射亮度（L）：用來確定面輻射源的輻射強度，具有方向性，指在某一方向，單位投影表面、單位立體角內的輻射通量稱為輻射亮度。瓦/米2?球面度（W/m2?Sr）。（3）黑體輻射定律：①普朗克輻射定律：c：真空中的光速k：玻爾茲曼常數(shù)，K=1.38×10-23J/Kh：普朗克常數(shù)，h=6.63×10-34JsMλ(λ,T)：輻射出射度②斯蒂芬-波爾茲曼（溫度越高輻射通量密度快速增加）：σ:斯蒂芬－玻爾茲曼常數(shù)，③維恩位移定律（峰值與溫度成反比）：（b為常數(shù)，b＝2.898×10-3mK）④實際物體輻射定律：基爾霍夫（每個物體向外輻射和吸收的能量必然相等）給定溫度下，任何地物的輻射出射度M與吸收率α之比是常數(shù)，即等于同溫度下黑體的輻射出射度M黑。2.太陽輻射及其大氣對輻射的影響（1）大氣吸收（2）反射：主要發(fā)生在云層頂部取決于云量和云霧，且波段不同大氣影響不同，削弱了電磁波強度（3）折射：地面接收的電磁波方向與實際太陽輻射方向偏離了一個角度（4）大氣散射：輻射在傳播過程中遇到小微粒而改變傳播方向，向各個方面散開，實質是衍射。分為：雷利散射、米散射、無選擇散射。大氣散射的影響：1）大氣散射降低了太陽光直射的強度，改變了太陽輻射的方向，削弱了到達地面或地面向外的輻射，產(chǎn)生了天空散射光，增強了地面的輻照和大氣層本身的“亮度”。2）它是造成遙感圖像輻射畸變、圖像模糊的主要原因。散射使地面陰影呈現(xiàn)暗色而不是黑色，使人們有可能在陰影處得到物體的部分信息。3）散射使暗色物體表現(xiàn)得比它自身的要亮，使亮物體表現(xiàn)得比它自身的要暗。因此，它降低了遙感影像的反差(對比度)，降低了圖像的質量(清晰度)以及圖像上空間信息的詳度。（5）大氣窗口：電磁波通過大氣層時較少被反射、吸收或散射的透過率較高的波段，稱為大氣窗口。3.地球的輻射與地物波譜（1）太陽輻射與地表的相互作用：①地物波譜：地物的電磁波響應特性隨電磁波長改變而變化的規(guī)律，表示這種變化的曲線稱為物體的發(fā)射波譜曲線。②地物的光譜特性：任何物體都有自身的電磁輻射規(guī)律，反射、發(fā)射、吸收等。少數(shù)還有透射電磁波的特性。地物的這種特性稱為地物的光譜特性。發(fā)射特性：遠紅外，地表自身熱輻射，發(fā)射波譜曲線。反射特性：可見光遙感，反射波譜曲線。③地表物體輻射遵循基爾霍夫定律。（2）發(fā)射光譜特性：地球表面的發(fā)射輻射能量集中于近紅外波段和熱紅外波段；在熱紅外波段，地球的發(fā)射輻射能量遠遠大于太陽的電磁輻射能量，通常稱地球的發(fā)射輻射為熱輻射。（3）反射光譜特性：物體反射率隨波長變化而改變的特性。第三章遙感成像原理與遙感圖像特征1.遙感平臺與傳感器的特征（1）衛(wèi)星的軌道特征參數(shù)：①軌道參數(shù)：決定軌道方向：升交點赤經(jīng)Ω（衛(wèi)星軌道的升交點與春分點之間的角距），軌道傾角i（繞地球運行的軌道平面與地球赤道平面之間的夾），近地點角距w（由地心(A)，升交點(B)，近地點(C)組成的角BAC就稱為近地點角距）。決定軌道形狀：長半軸a，偏心率e（焦點間距離除以長軸的長度）。決定衛(wèi)星位置：衛(wèi)星過近地點時刻t0。②特殊點：近地點與遠地點，升交點與降交點（當衛(wèi)星從赤道平面以下（南半球）穿過赤道平面進入北半球的交點，稱為升交點。反之，則稱為降交點）。③軌道高度：低軌（150-200，壽命短，多軍事衛(wèi)星），中軌（300-1500，陸地衛(wèi)星，氣象衛(wèi)星，海洋衛(wèi)星），高軌衛(wèi)星（36000，通信衛(wèi)星，GPS）。④星下點：衛(wèi)星與地球中心連線與地面的交點。截距：衛(wèi)星繞地球一周地球轉過的度數(shù)。⑤衛(wèi)星運行周期T：衛(wèi)星繞地球運行一周所需要的時間。⑥衛(wèi)星覆蓋周期（衛(wèi)星重復周期）：覆蓋全球一次的天數(shù)。（2）遙感平臺的基本類型：①地面平臺（三腳架，遙感塔，遙感車、船）②航空平臺（飛機氣球）③航天平臺（衛(wèi)星火箭航天飛機）。其中衛(wèi)星：氣象（軌道分低高軌，短周期重復觀測，成像面積大，資料來源連續(xù)、實時性強、成本低），陸地，海洋（需要高空和空間的遙感平臺大面積同步覆蓋觀測，微波為主，電磁波激光聲吶結合，實測校正）（3）傳感器：①收集、探測、記錄地物反射或者發(fā)射電磁波能量的裝置，是遙感技術的核心部分。由收集器、探測器、處理器和輸出器4部分組成。②性能：1）空間分辨率：反映地表細節(jié)的能力，影像最小單元（像元）所代表的地面面積，受硬件系統(tǒng)（IFOV）、飛行高度控制。其中，β為傳感器的角分辨率，h為飛行高度。2）光譜分辨率：指傳感器所用的波段數(shù)、波長及波段寬度3）輻射分辨率：表征遙感器的輻射靈敏程度，是指遙感器的探測器件在接受電磁波輻射信號時能夠分辨的最小輻射度差。一般用灰度的分級數(shù)表示。4）時間分辨率：也叫衛(wèi)星的覆蓋周期、重訪周期。重復獲得同一地區(qū)的最短時間間隔，由衛(wèi)星運動系統(tǒng)決定。對于一定的電磁輻射能量E0：空間分辨率越高，反射電磁輻射的地面面積越小，傳感器得到的能量越??；光譜分辨率越高，電磁波的波長范圍越窄，傳感器得到的能量越?。粫r間分辨率越高，衛(wèi)星覆蓋周期越短，衛(wèi)星運行速度越快，反射太陽輻射時間越少，傳感器獲得的能量越小。2.攝影成像（1）攝影機分類：①分幅式攝影機：某一個攝影瞬間獲得一張完整的像片。②全景式攝影機：1）縫隙式攝影機，又稱推掃式攝影機或航帶攝影機。在飛機或衛(wèi)星上，攝影瞬間所獲取的影象，是與航線方向垂直且與縫隙等寬的一條線影象。2）鏡頭轉動式攝影機：在飛行過程中配合鏡頭的轉動（S型掃描）。③多光譜攝影機：對同一地區(qū)，在同一瞬間攝取多個波段影象的攝影機。④數(shù)碼攝影機：成像原理與一般攝影機相同，結構也類似。所不同的是其記錄介質不是感光膠片，而是光敏電子器件。（2）攝影像片的幾何特征：①像片的比例尺：攝影比例尺。航片上某線段l地面相應線段的水平距離L之比，稱之為攝影比例尺1/m。平坦地區(qū)、攝影時像片處于水平狀態(tài)（垂直攝影），則像片比例尺等于像機焦距（f）與航高（H）之比。平均比例尺：以個點平均高程為起始面，根據(jù)起始面計算出的比例尺。主比例尺：由像主點計算出來的比例尺，它可以概述代表航片的比例尺。②像片的投影：中心投影和垂直投影。航片是中心投影（攝影光線交于同一點），地圖是正射投影（攝影光線平行且垂直投影面）。區(qū)別（三方面）：1）正射投影比例尺與攝影距離無關，對于焦距固定的中心投影有關。中心投影焦距固定，航高改變，其比例尺也隨之改變。2）正射投影總是水平，不存在傾斜問題，而中心投影如果投影面傾斜則比例尺不同。3）地形起伏對正射投影無影響，但對中心投影引起航片各部分的比例尺不同。中心投影透視規(guī)律：點是點，曲線是曲線，與像面平行的直線還是直線，如果直線垂直地面則看其延長線是否經(jīng)過投影中心，面狀物體隨位置不同而變化。③像點位移：中心投影的影片上，地形起伏除去引起像片比例尺變化還會引起平面上的點位在像片上位置移動。位移量與地形高差成正比，與像點到主像點的距離成正比，與攝影高度（航高）成反比。3.掃描成像①概念：依靠機械傳動裝置使光學鏡頭擺動，形成對目標地物逐點進行掃描，探測元件把接受的電磁波信號轉化成電信號，在磁介質上記錄或經(jīng)過光電轉化成為光能量，在設置于焦平面的膠片上形成影像。瞬時視場角：掃描鏡在一瞬時時間可以視為靜止狀態(tài)，此時，接受到的目標物的電磁波輻射，限制在一個很小的角度之內，這個角度稱為瞬時視場角。即掃描儀的空間分辨率?？傄晥鼋牵簰呙鑾У牡孛鎸挾确Q總視場。從遙感平臺到地面掃描帶外側所構成的夾角，叫總視場角。②分類：光/機掃描成像：利用光電探測器解決了各種波長輻射的成像方法。固定自掃描成像：用固定的探測元件，通過遙感平臺的運動對目標地物進行掃描的一種成像方式。高光譜成像光譜掃描：高光譜成像儀是遙感進展的新技術，其圖象是多達數(shù)百個波段的非常窄的連續(xù)的光譜波段組成。4.微波遙感與成像（1）微波遙感的定義、特點與分類：①定義：通過傳感器獲取從目標地物發(fā)射或反射的微波信號，通過判讀處理來認識地物的技術。②特點：能夠全天候、全天時工作。對某些地物具有特殊的波譜特征。對冰、雪、森林、土壤等具有一等的穿透力。對海洋遙感具有特殊意義。分辨率較低但是特征明顯③分類：主動、被動。其中主動——雷達，側視雷達，合成孔徑雷達（2）微波遙感工作方式與傳感器：①傳感器分類：微波散射計：測量地物的散射或反射特性微波高度計：地表高度變化微波輻射計：探測地面各點的亮度溫度并生成亮度溫度圖像雷達：無線電測距和定位②相關術語：距離分辨率（力）：同一方向、不同距離的兩物體；方向為分辨率（力）：同距離、不同方向兩物體。③側視雷達工作原理：發(fā)一個脈沖，陸續(xù)收到一連串回射，而且回射的特性隨地物不同而不同。（3）雷達圖像的幾何特征：①斜距圖像的比例尺變化（近距離壓縮）②地形畸變透視收縮：當雷達波束照射到位于雷達天線同一側的斜面時，雷達波束達到斜面頂部的斜距和達到底部的斜距之差要比地面距離小。在圖像上斜面長度被縮短了，這種現(xiàn)象稱為透視收縮。透視收縮是指山上面向雷達的一面在圖像上被壓縮，這一部分往往表現(xiàn)為較高的亮度；各處收縮度不同，坡底的收縮度一定比坡頂?shù)氖湛s度大；山坡坡度越大，收縮量越大。疊掩：當雷達波束到斜坡頂部的時間比雷達波束到斜坡底部的時間短的時候，底部影像被后記錄，這種斜坡頂部影像和底部影像被顛倒顯示的現(xiàn)象稱頂?shù)孜灰?。斜坡上的部位基本位于與天線同等的距離，同時反射回去，在圖像上斜坡稱為一個點，坡度長度看不到了。陰影：雷達陰影是起伏地形的雷達影像在后坡出現(xiàn)的暗區(qū)圖像缺失現(xiàn)象。雷達陰影的產(chǎn)生與坡度及雷達的俯角有關，俯角越大，陰影越小。（4）側視雷達圖像的信息特點：①地面狀況、波長、入射角的影響：1）當?shù)匚锬繕朔浅９饣瑫r，發(fā)生鏡面反射，沒有或很少返回到接收天線，圖像上呈現(xiàn)黑色。當?shù)匚锬繕吮砻娲植?，電磁波入射后散射，包括了后向散射，即在入射方向返回，被天線接收。2）入射波束沒有從地物表面發(fā)生后向散射，但由于建筑物或高出地面的某些物體接收反射信號后的二次反射使接收天線接收到回撥，這種反射叫角反射。②極化對圖像的影響③物理性質對圖像的影響：地物目標的物理性質主要表現(xiàn)在電子特性上，這種特性在物理上稱為復介電常數(shù)。復介電常數(shù)越高，對雷達波束的反射作用越強，穿透作用越小。復介電常數(shù)越高，水分含量也越高。5.遙感圖像特征空間分辨率：指的是像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬間視場，或地面物體能分辨的最小單元。波譜分辨率：傳感器在接收目標輻射的波譜時，能夠分辨的最小波長間隔。輻射分辨率：傳感器接收波譜信號時，能夠分辨的最小輻射差異時間分辨率：指的是對同一地點進行采樣的時間間隔，即采樣的時間頻率，也稱重訪周期。第四章遙感圖像處理1.數(shù)字圖像的校正（1）數(shù)字圖像：能夠被計算機儲存、處理和使用的圖像。數(shù)字圖像和模擬圖像根據(jù)應用需要往往互相轉換。區(qū)別：模擬量是連續(xù)變量，數(shù)字量是離散變量。（2）輻射校正：①輻射畸變：遙感傳感器得到的目標地物的測量值與地物實際的光譜反射率或光譜輻射率等物理量之間存在差異。（遙感傳感器測量值與地物實際的光譜輻射率不一致）。②輻射誤差因素：傳感器本身的性能，地形影響和光照條件變化，大氣散射和吸收③輻射校正：消除圖像數(shù)據(jù)中依附在輻射亮度中的各種失真的過程1）傳感器本身引起的誤差：光學攝影機引起的輻射畸變：由于光學鏡頭中心和邊緣透射光的強度不一致，造成圖像上不同位置的同一類地物有不同的灰度值邊緣減光效應.光電遙感器系統(tǒng)引起的輻射畸變：各波段的輻射值和記錄值之間存在偏差的現(xiàn)象。光電轉換誤差、探測器增益變化引起的誤差。校正：????′=??????????(??)，??是太陽高度角。2）太陽高度引起的輻射畸變：太陽高度角，也稱太陽高度。某地的太陽高度角是太陽光線與當?shù)氐仄矫嫠坏木€面角。將斜射角度轉為垂直入射。3）地形引起的輻射畸變：若處在坡度為α的傾斜面上的地物影像為g（x，y），則校正后的圖像f（x，y）為4）大氣引起的輻射畸變：大氣程輻射是太陽輻射在大氣傳輸過程中各組分及氣溶膠微粒散射后直接到達傳感器的輻射。程輻射在同一幅圖像的有限面積內是一個常數(shù)，其值的大小只與波段有關。通過比較簡單的辦法去掉程輻射，從而改善圖像質量。大氣校正：直方圖最小值去除法（最暗象元法）——在于一幅圖像中總可以找到某種或某幾種地物，其輻射亮度或者反射率接近0，(如深海水體、陰影等)。實際上只有在沒有受大氣影響的情況下，其亮度值才可能為零。實測表明，這些位置上的像元亮度不為0，這個值就應該是大氣散射導致的程輻射值。找到地形所造成的陰影或深水體等亮度值為0的暗目標，將每一波段中每個像元的亮度值都減去本波段的最小值。波段對比分析法——大氣散射主要影響短波部分，波長較長波段幾乎不受影響。回歸分析法——在不受大氣影響的波段（如TM7）和待校正的某一波段圖像中，選擇由最黑區(qū)域（例如高山陰影區(qū)）到最亮區(qū)域的一系列目標，將每一目標的兩個待比較的波段灰度值提取出來進行回歸分析。（3）幾何校正：①幾何變形：一是指衛(wèi)星在運行過程中，由于姿態(tài)、地球曲率、地形起伏、地球旋轉、大氣折射、以及傳感器自身性能所引起的幾何位置偏差。二是指圖像上像元的坐標與地圖坐標系統(tǒng)中相應坐標之間的差異。②幾何校正：1）系統(tǒng)誤差改正：對一些系統(tǒng)誤差按實際測定的參數(shù)，如傳感器姿態(tài)、傳感器運行至各個攝站時刻、傳感器內部結構的幾何偏移等加以改正。2）幾何精校正：改過系統(tǒng)誤差后，影像上還有殘剩誤差包括殘剩系統(tǒng)和偶然誤差，用地面控制點進一步幾何處理。3）步驟：兩個基本環(huán)節(jié)：像元坐標變換和像元灰度值重采樣。技術流程：步驟說明：準備工作：地形圖的準備、校正圖像的準備建立多項式糾正模型：建立起原始畸變圖像空間坐標(u,v)和大地標準空間坐標(x,y)的數(shù)學對應關系，??=????(??,??)??=????(??,??)?？刂泣c的選擇：選取原則——足夠數(shù)量，分布均勻，特征明顯、不隨時間變化像元灰度值的重采樣：如果求得的位置為整數(shù)，則該位置處的像元灰度就是新圖像的灰度值。如果位置不為整數(shù)，則像元灰度值需根據(jù)周圍陣列像元的灰度確定，這種方法稱為灰度重采樣。常用方法有：最近鄰法、雙線性內插法、三次卷積法。糾正精度檢查：在校正后的圖像上均勻選擇4-5個特征點，讀出其坐標值，然后與地形圖上對應點的坐標進行比較，判斷是否滿足要求④幾何校正和圖像配準的區(qū)別：校正和影像配準原理是一樣的。幾何校正是指消除或改正遙感影像幾何誤差的過程。配準是指同一區(qū)域內以不同成像手段所獲得的不同圖像圖形的地理坐標的匹配。包括幾何糾正、投影變換與統(tǒng)一比例尺三方面的處理。2.數(shù)字圖像增強（1）目的：改變圖像的灰度等級，提高圖像對比度；消除邊緣和噪聲，平滑圖像；邊緣或線狀地物，銳化圖像；合成彩色圖像；壓縮圖像數(shù)據(jù)量，突出主要信息a)對比度變換①定義：通過改變圖像象元的亮度值來改變圖像象元的對比度，從而改善圖像質量的圖像處理方法。②圖像的直方圖：灰度直方圖反映一幅圖中各灰度級像素出現(xiàn)的頻率。以灰度級為橫坐標，縱坐標為灰度級的頻率，繪制頻率同灰度級的關系圖就是灰度直方圖。它是圖像的一個重要特征，反映了圖像灰度分布的情況。單波段直方圖、彩色圖像的分波段直方圖③直方圖的性質：灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置，即丟失了像素的位置信息；一幅圖像對應唯一的灰度直方圖，不同的圖像可對應相同的直方圖；一幅圖像分成多個區(qū)域，多個區(qū)域的直方圖之和即為原圖像的直方圖。④方法：1）直方圖拉伸：線性——增強前后灰度函數(shù)關系符合線性關系式，有普通線性變換和分段線性變換；非線性符合線性關系式以外的其他關系。2）直方圖均衡（使一定灰度范圍內的象元數(shù)量大致相等）：將隨機分布的圖像直方圖改成均勻分布的直方圖。本質是對圖像進行非線性拉伸，重新分配圖像像元值，是一定灰度范圍內的像元的數(shù)量大致相等。效果：使原始圖像的灰度等級減少，且各灰度級出現(xiàn)的頻率近似相等；頻率小的灰度級被合并，實現(xiàn)壓縮，頻率高的灰度級被拉伸，因此可以使亮度集中于中部的圖像得到改善，增強圖像上大面積地物與周圍地物的反差；均衡化后實際直方圖呈現(xiàn)參差不齊，這是由于圖像是離散函數(shù)，各灰度級可能的像元個數(shù)有限造成的。3）直方圖匹配：把原圖象的直方圖變換為某種指定形狀的直方圖或某一參考圖象的直方圖，然后按照已知的指定形態(tài)的直方圖調整原圖象各象元的灰級，最后得到一個直方圖匹配的圖象。條件（運用兩幅圖象）：原始圖象和參考圖象；直方圖的總體形態(tài)相似；相對亮和暗的特征相同；對某些應用，圖象的分辨率應相同（但可不同）；圖象中的地物類型的相對分布相同。作用：有一幅很好的圖象作為標準的情況下，對另一圖象進行匹配，以改善被處理圖象的質量；數(shù)字鑲嵌；使用的模板有正態(tài)拉伸匹配（兩側灰級拉伸展開，而將直方圖中部峰值附件區(qū)域壓縮）、暗區(qū)拉伸匹配（低灰級值的像元展開）、亮區(qū)拉伸匹配。b)空間濾波（鄰域增強）：①定義：中心象元與周圍相鄰象元間的運算，用于去噪聲、圖像平滑、銳化和相關運算。（對比度變換：點增強，是單個像元的運算，從整體上改善圖像質量）②方法：1）卷積運算：抑制噪聲，增強地物特征。2）平滑：圖像中某些亮度變化過大的區(qū)域，或出現(xiàn)不該有的亮點（噪聲）時，采用平滑的方法可以減小變化，使亮度平緩或去掉“噪聲”點。均值濾波（每個像元在以其為中心的鄰域內取平均值來代替該像元值）、中值濾波（每個像元在以其為中心的鄰域內取中間亮度值來代替該像元值。在消除噪聲的同時，還能保持圖像中的細節(jié)部分，防止邊緣模糊，但對點、線等細節(jié)較多的圖像卻不太合適。）。3）銳化：目的是加強圖像中景物的細節(jié)邊緣和輪廓，作用是使灰度反差增強，銳化算法的實現(xiàn)是基于微分作用。羅伯特梯度：用交叉的方法檢測出像元與其鄰域在上下之間或左右之間或斜方向之間的差異。索伯爾梯度：為在銳化邊緣的同時減少噪聲的影響，Sobel從加大邊緣增強算子的模板大小出發(fā)，由2x2擴大到3x3來計算差分。較多的考慮了鄰域點的關系，并對4-鄰域采用帶權的方法計算差，檢測邊界更加精確。拉普拉斯：算法意義是檢測亮度變化率的變化率，相當于二階微分。方向濾波：有目的的提取某一特定方向的邊緣、線性目標或紋理特征，選擇特定的方向模板，做卷積運算。c)彩色變換①單波段彩色變換（偽彩色）：偽彩色——單波段灰度圖像的彩色表示或顯示；密度分割——將連續(xù)的灰度值轉換為少量的灰度區(qū)間，并用不同的顏色表示；增強了圖像的目視解譯效果。②多波段彩色變換（真假彩色合成）：加色法彩色合成原理，選擇遙感影像的某三個波段分別賦予紅、綠、藍三種原色，合成彩色影像。真假彩色：與地物顏色是否一致。③HIS變換（H色調，L明度，S飽和度）d)圖像運算①方法：1）差值運算：兩幅同樣行、列的圖像，對應象元的亮度（灰度）相減。差值圖像提供了不同波段或不同時相圖像的差異信息。應用于兩個波段時，相減后的值反映了同一地物光譜反射率之間的差異，有利于目標與背景反差較小的信息提取。當用于兩個不同時相同一波段圖像相減時，可以提取同一地區(qū)不同時相圖像中隨時間變化的動態(tài)信息。2）比值運算：兩幅相同行列的圖像，對應象元的亮度（灰度）相除（除數(shù)不為0）。比值圖像亮度反映了兩個波段光譜差異，常用來檢測植被，消除“同物異譜”現(xiàn)象?？梢员O(jiān)測波段的斜率信息并加以擴展，以突出不同地物間地物光譜的差異，消除地形起伏引起的同物異譜現(xiàn)象。e)多光譜變換①本質：對遙感圖像實行線性變換，使多光譜空間的坐標系按一定規(guī)律進行旋轉。②目的：通過函數(shù)變換，保留主要信息量，降低數(shù)據(jù)量；增強或提取有用信息。③方式：K-L變換（主成分變換）：求出一個變換矩陣，經(jīng)變換形成一組新的主分量波段。計算原始圖象的協(xié)方差矩陣→計算的特征值和特征向量→生成主成分。事先進行數(shù)據(jù)壓縮和圖像增強。K-T變換：是一種線性變換，使坐標軸發(fā)生旋轉，旋轉之后坐標軸的方向與地物，特別是和植被生長及土壤有密切的關系。3.多元信息復合（1）定義：信息復合式同一區(qū)域內遙感信息之間或遙感信息和非遙感信息之間的組合匹配技術。（2）內容：空間配準和內容符合。在統(tǒng)一地理坐標系統(tǒng)下，構成一組新的空間信息、一種新的合成圖象。（3）目的：突出有用的專題信息，消除無關信息，以改善目標識別的圖像環(huán)境。（4）不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復合：來自于不同傳感器的信息源有不同的特點，針對具體問題常常有不同復合方案。步驟：配準（目的——對應的地物吻合，分辨率一致；方法——幾何校正）→復合（彩色合成）。（5）不同時相的遙感數(shù)據(jù)復合：觀測地物的類型、位置、輪廓及動態(tài)變化。配準→直方圖調整(將配準后的圖像盡可能地調整成一致的直方圖，使圖像亮度值趨于協(xié)調，以便比較)→復合(彩色合成法：通過顏色對比表現(xiàn)變化；差值法：差值后可適當設定閾值，或得只有0與1的二值圖像，以突出變化（變化部分為1，非變化部分為0）；比值法：也可適當設定閾值，類別不變的地物一定接近于1。)（6）遙感與非遙感信息復合:①為什么：遙感手段獲取信息仍感不夠，不能解決遇到的全部問題，因此將人文與經(jīng)濟信息作為遙感數(shù)據(jù)的補充，可有助于綜合分析問題，發(fā)現(xiàn)客觀規(guī)律，提高解譯效果。②特點：遙感數(shù)據(jù)是以柵格記錄的；地面采集的地理數(shù)據(jù)常常呈現(xiàn)出多等級、多量綱的特點，格式多樣；為使各種地理數(shù)據(jù)能與遙感數(shù)據(jù)兼容，首先需將獲取的非遙感數(shù)據(jù)按照一定的地理網(wǎng)格系統(tǒng)重新量化和編碼，以完成各種地理數(shù)據(jù)的定量和定位，產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)格式。③方法與過程:為了使非遙感的地理數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)復合，前提條件是必須使地理數(shù)據(jù)可作為遙感數(shù)據(jù)的一個“波段”，這就是說通過一系列預處理，使地理數(shù)據(jù)①成為網(wǎng)格化的數(shù)據(jù)；②地面分辨率與遙感數(shù)據(jù)一致；③對應地面位置與遙感影像配準。網(wǎng)格數(shù)據(jù)生成（地理數(shù)據(jù)生成網(wǎng)格時，網(wǎng)格所對應的地面分辨率應與遙感數(shù)據(jù)的地面分辨率一致。如果無法得到一致的分辨率，用配準的方法調整分辨率與位置）→最優(yōu)遙感數(shù)據(jù)的選?。ㄟx取適合需要的遙感波段）→配準復合第五章目視解譯與制圖1.遙感圖像目視解譯原理（1）解譯：根據(jù)遙感圖像所提供的影像特征及其對應目標的特點進行推理和判斷將目標識別出來，并進行定性、定量分析的工作就稱為遙感圖像解譯（判讀）。（從遙感圖像上獲取目標地物信息的過程。）分為目視解譯和計算機解譯。①目視解譯：借助人眼的觀察和人的智能，結合一些量測工具（測微尺、放大鏡、立體鏡等）來識別圖像中的目標。特點：解譯者的學識和經(jīng)驗在判讀中起主要作用，精度高，但難以對空間信息定量化分析。②計算機圖像理解：以計算機軟硬件為支撐，利用模式識別技術和人工智能技術，建立圖像解譯專家系統(tǒng)從而讓計算機模擬人工解譯過程，“讀取遙感圖像上的特征”，進而確定圖像上的目標。特點：速度快，處理方式靈活多樣，整個處理過程通常是以人機交互方式進行，對計算機技術和算法要求較高，識別的精度通常不及目視解譯。（2）目視解譯原理：目標地物識別特征：目標地物特征——色、形、位。解譯標志——色調、陰影、形狀、紋理、大小、圖形、位置、相關布局2.遙感圖像目視解譯方法和步驟①原則：從應用目的出發(fā)，整體觀察，全面分析圖像特征。堅持先難后易，先整體后局部的原則。充分利用各種解譯標志，包括直接標志和間接標志，相互補充，彼此驗證。開展多波段、多時相、多類型遙感圖像的對比分析。②標志直接解譯標志：使用的直接判讀標志有顏色、陰影、形狀、紋理、大小、位置、圖形間接解譯標志：目標地物與相關指示特征、地物與環(huán)境的關系、地物與成像時間的關系等③目視解譯方法1）直接判讀法：使用的直接判讀標志有色調、色彩、大小等。2）對比分析法：同類地物對比分析、空間對比分析、時相動態(tài)對比3）信息復合法：利用多種輔助信息，識別遙感圖像上目標地物的方法。4）綜合推理法：綜合考慮圖像多種特征，結合生活常識，分析、推斷某種目標地物的方法。5）地理相關分析法：根據(jù)地理環(huán)境中各種地理要素之間的相互依存、限制的關系，借助專業(yè)知識，分析某種地理要素性質類型狀況分布。④步驟：1）準備階段：明確任務、收集資料、確定影像2）初步解譯與判讀區(qū)的野外考察：分析研究區(qū)特點、確立典型解譯樣區(qū)、建立目視解譯標志、探索解譯方法。3）室內詳細判讀：目視解譯數(shù)字化和屬性添加。4）野外驗證與補判5）成果整理和制圖3.影響景物特征及判讀的因素（1）地物本身的復雜性：土壤含水量、有機質、特性。水泥沙量、葉綠素、工業(yè)污染。（2）傳感器特性的影響：幾何分辨率（影像最小單元（像元）所代表的地面面積）、輻射分辨率（接受電磁波輻射信號時能夠分辨的最小輻射度差）、波譜分辨率（指傳感器所用的波段數(shù)、波長及波段寬度）、時間分辨率（重復獲得同一地區(qū)的最短時間間隔，衛(wèi)星的覆蓋周期、重訪周期）（3）目視能力的影響：空間分辨能力，灰階分辨能力、色別和色階分辨能力4.遙感影像地圖一種以遙感影像和一定地圖符號來表現(xiàn)制圖對象地理空間分布和環(huán)境狀況的地圖——分為（其表現(xiàn)內容）普通影像地圖和專題影像地圖，（獲取遙感信息傳感器）航空攝影影像地圖與掃描影像地圖。第六章遙感數(shù)字圖像計算機解譯1．遙感數(shù)字圖像的性質與特點（1）遙感數(shù)字圖像：是以數(shù)字表示的遙感影像，其最基本的單元是像素。像素是成像過程的采樣點，也是計算機處理圖像的最小單元。像素具有空間特征和屬性特征。像素的屬性特征采用亮度值來表達。（2）特點：便于計算機處理與分析，圖像信息損失少，抽象性強（3）遙感數(shù)字圖像的表示方法：遙感數(shù)字圖像是以二維數(shù)組來表示的，遙感圖像按照波段數(shù)量分為單波段與多波段數(shù)字圖像，多波段數(shù)字圖像的三種數(shù)據(jù)格式（BSQ、BIP、BIL）（4）航空像片數(shù)字化：空間采樣（將航空像片具有的連續(xù)灰度信息轉化為每行有m個單元，每列有n個單元的像素組合）→屬性量化（可得到每個像元的數(shù)字模擬量，與航空像片中對應位置上的灰度相對應）。2.遙感數(shù)字圖像計算機自動分類（1）原理：統(tǒng)計模式識別技術在遙感領域中的具體應用，而統(tǒng)計模式識別的關鍵是選擇和提取待識別目標的特征，然后按照一定的準則做出判別，從而完成圖像識別。在遙感圖像分類過程中,常使用距離（像元數(shù)據(jù)和分類類別特征的相似程度）和相關系