遥感笔记讲解学习Word格式.docx
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或：
成像遥感：
传感器接收的目标电磁波信号可以转换成图像。
非成像遥感：
传感器接收的目标电磁波辐射信号不能形成图像。
按遥感的应用领域分：
从大一点的领域分：
外层空间遥感，大气层遥感，陆地遥感，海洋遥感等；
从具体应用领域分：
资源遥感，环境遥感，农业遥感，林业遥感，渔业遥感，地质遥感，气象遥感，水文遥感，城市遥感，工程遥感及灾害遥感，军事遥感等。
遥感的特点：
大面积的同步观测
时效性
数据的综合性和可比性
经济性
具有波段局限性
遥感发展简史：
1608--1838年：
无记录的地面遥感阶段；
1839--1857年：
有记录的地面遥感阶段；
1858--1956年：
空中摄影遥感阶段；
1957年------:
航天遥感阶段；
第二章:
电磁辐射与地物光谱特征
电磁波谱,黑体,太阳辐射,地球辐射特征,大气对电磁辐射的影响,地物反射波谱特与测量.由此理解地物反射对遥感数据的影响和用遥感数据反演地物特征的原理,理解大气吸收,散射,透射特征,大气窗口形成原因及遥感数据校正的必要性.
波:
振动的传播称为波,电磁振动的传播是电磁波.当电磁振荡进入空间,变化的磁场激发了涡旋电场,变化的电场又激发了涡旋磁场,使电磁振荡在空间传播,这就是电磁波。
电磁波谱以频率从高到低排列，可划分为：
r射线，x射线，紫外线，可见光，红外线，无线电波。
电磁波性质：
是横波
在真空中以光速传播
满足：
f*v=c
E=h*f
式中：
E为能量，单位：
Ｊ；
h为普朗克常量，h=6.626*10E-34J/s;
f为频率；
v为波长；
c为光速：
3*10E8m/s。
电磁辐射的度量：
辐射量（W）：
电磁辐射的能量，单位：
辐射通量：
单位时间内通过某一面积的辐射能量，单位是：
Ｗ；
辐射通量密度（E）:
单位时间内通过单位面积的辐射通量，单位是：
W/平方米;
辐照度（I）：
被辐射物体表面单位面积上的辐射通量，单位：
辐射出射度（M）:
辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，单位：
W/平方米；
辐射亮度（L）:
假定有一辐射源呈面状,向外辐射的强度随辐射方向而不同,则L定义为辐射源在某一方向,单位投影表面,单位立体角内的辐射通量.
辐射亮度L与观察角无关的辐射源称为朗伯源.而严格地说,只有绝对黑体才是朗伯源。
2.1.3黑体辐射
如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。
普遍适用于绝对黑体的辐射公式叫做普朗克公式（公式略）
有关黑体辐射的一些公式在此均略过。
2.2太阳辐射及大气对辐射的影响
太阳是被动遥感最主要的辐射源。
习惯上，太阳辐射称为太阳光。
2.2.1太阳辐射
太阳常数：
指不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向，单位面积单位时间内所接收的太阳辐射能量：
I=1.360E+3W/平方米
太阳光谱是指光球产生的光谱，其发射的能量大部分集中于可见光波段。
从大气层外太阳辐射照度曲线看，太阳辐射的光谱是连续光谱，且辐射特性与绝对黑体辐射特性基本一致。
但使用高分辨率光谱仪观察太阳光谱时，在连续光谱的明亮背景上有许多离散的暗谱线，叫做夫琅和费吸收线。
太阳入射光线与地平面垂线的夹角，即为天顶距或天顶角。
2.2.2大气吸收
遥感所用的波段都比无线电波短的多,因此可以穿过电离层,辐射强度不受影响.800米以上的散逸层,空气极为稀薄,已对遥感产生不了什么影响.因此,真正对太阳辐射影响最大的是对流层和平流层.
太阳辐射穿过大气层时,大气分对电磁波的某些波段有吸收作用.吸收作用使辐射能量转变为分子的内能,从而引起这些波段太阳辐射强度的衰减,甚至某些波段的电磁波完全不能通过大气,可能在电磁波到达地面时形成某些缺失带.
2.2.3大气散射
辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变,并向各个方向散开,称散射.散射使原传播方向的辐射强度减弱,而增加其它各方向的辐射.
散射现象的实质是电磁波在传输中遇到大气微粒而产生的一种衍射现象,也就是说,这种现象只有在大气中分子或其它微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生.大气散射有三种情况:
1.瑞利散射:
大气中粒子的直径比波长小的多.主要由大气中的原子和分子引起,对可见光而言,这种散射非常明显.
2.米氏散射:
大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生.主要由大气中的微粒,如烟,尘埃,,小水滴及气溶胶等引起.云雾对红外线的散射主要是米氏散射,潮湿的天对米氏散射影响比较大.
3.无选择性散射:
大气中的粒子直径比波长大的多时发生.这种散射的特点是:
散射强度与波长没有关系,对任何波长的散射强相同.
2.2.4大气窗口及透射分析
1.折射现象
电磁波穿过大气层时,除发生吸引和散射外,还会出现传播方向的改变,即发生折射.大气的折射率与大气密度相关,密度越大折射率越大。
2.大气的反射
电磁波在传播过程中，如果通过两种介质的交界面，会出现反射现象。
反射主要发生在云层顶部，取决于云量，而且各波段受到不同程度的影响，因此应尽量选择无云的天气接收遥感信号。
3.大气窗口
通常把电磁波通过大气层时较少被反向，吸引或散射的，通过率较高的波段，称为大气窗口。
4.大气透射的定量分析
2.3地球的辐射与地物波谱（略）
第三章
遥感平台是搭载传感器的工具.根据运载工具的类型,可分为:
1）航天平台（高度在150km以上,其中以静止空卫星最高,位于赤道上空36000km的高空）
2）航空平台（百米至十余千米不等）
3）地面平台（0—50m范围）
而根据航天遥感平台的服务内容，航天遥感可分为：
1）气象卫星
2）陆地卫星
3）海洋卫星
3.1.1气象卫星系列
1、气象卫星概述（略）
2、气象卫星特点：
（1）轨道：
分低轨和高轨两种。
低轨是近极地太阳同步轨道，简称同步轨道；
高轨是指地球同步轨道；
（2）短周期重复观测；
（3）成像面积大，有利于获得宏观同步观测；
（4）资料来源连续，实时性很强，成本低。
3、气象卫星资料的应用领域
（1）天气分析和气象预报
（2）气候研究和气候变迁的研究
（3）资源环境其他领域。
3.1.2陆地卫星系列
陆地卫得系列是指地球资源卫星。
1、主要的陆地卫得系列（略）
2、应用：
陆地卫星是航天遥感中应用最广，最深入的，几乎涉及到地学和国民经济各个领域。
3.1.3海洋卫星系列
1、海洋遥感的特点：
（1）需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖的观测；
（2）以微波为主；
（3）电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段的一条新路；
（4）海面实测资料的校正。
2、海洋卫星简介（略）
3.2摄影成像
摄影成像是指通过成像设备获取物体影像的技术。
传统摄依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。
数据摄影测量能过放置在焦平面的光敏元件，经光/电转换，以数字信号来记录物体的影像。
3.2.1摄影机（略）
3.2.2摄影像片的几何特征
摄影机从飞行器上对地摄影时，根据摄影机主光轴与地面的关系，可分为垂直摄影和倾斜摄影。
1、垂直摄影：
摄影机主光轴垂直于地面，或偏离生线在3度以内。
取得的像片称水平像片或垂直像片。
航空摄影测量和制图大都是这类像片。
2、倾斜摄影:
摄影机主光轴偏离生线大于3度，取得的像片称倾斜像片。
3、垂直摄影像片的几何特征
（1）像片的投影
常用大比例尺地形图属于垂直投影或近垂直投影，而摄影像片却属于中心投影。
1）中心投影与垂直投影的区别：
第一、投影距离的影响：
垂直投影图像的缩小和放大与投影距离无关，并有统一的比例尺。
中心投影则受到投影距离（遥感平台高度），像片比例尺与平台高度H和焦距f有关。
第二、投影面倾斜的影响：
当投影面倾斜时，垂直投影的影像仅表现为比例尺有所放大；
而在中心投影的像片上，各点的相对位置和形状不再保持原来的样子。
第三、地形起伏的影响：
垂直投影时，随地面起伏变化，投影点之间距离与地面实际水平距离成比例缩小,相对位置不变,而中心投影时,地面起伏越大,像上投影点的水平位置的移量就越大,产生投影误差.
2）中心投影的透视规律
地面物体是一个,在中心投影上仍然是一个点.如果有几个点同在一投影线上,它的影像便重叠成一个点。
与像平面平行的直线，在中心投影上仍然是直线，与地面目标的形状基本一致。
平面上的曲线，在中心投影的像片上仍是曲线。
面状物体的中心投影是各种线的投影的组合。
（2）像片比例尺
即像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。
摄影测量里，像片的比例尺取决于航高和焦距。
（3）像点位移
在中心投影的像片上，地形的起除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片上的移动，这种现象称为像点的位移。
其位移量就是中心投影与垂直投影在同一水平面上的＂投影误差＂。
３.2.3摄影胶片的物理特性（略）
３.3扫描成像
扫描成像是依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点，逐行取样，以得到目标地物电磁波辐射特性信息，形成一定谱段的图像。
其探测波段可包括紫外，红外，可见光和微波波段，成像方式有三种
1）光／机扫描成像
2）固体自扫描成像
3）高光谱成像光谱扫描
３.4微波遥感与成像
在电磁波谱中，波长在1mm—1m的波段范围称微波。
该范围又可再分为毫米波，厘米波和分米波。
3.4.1微波遥感的特点
1）全天候，全天时工作;
2）对某些地物具有特殊的波谱特征；
3）对冰，雪，森林，土壤等具有一定穿透能力；
4）对海洋遥感具有特殊意义
5）分辨率低，但特性明显。
3.4.2微波遥感方式和传感器
微波遥感分为有源（主动）和无源（被动）遥感。
1、主动微波遥感
是指通过向目标地物发射微波并接收其后向散射信号来实现对地观察遥感方式。
主要传感器是雷达，此外还有微波高度计和微波散射计。
1）雷达
2）侧视雷达
3）合成孔径侧视雷达
2、被动微波遥感
通过传感器，接收来自目标地物发射的微波，而达到探测目标的遥感方式。
被动接收目标地物微波辐射的传感器为微波辐射计。
被动探测目标地特微波散射特性的传感器为微波散射计。
这两种传感器均不成像。
3.5遥感图像的特征
一般应用遥感图像获取三个方面的信息：
目标地物的大小，形状及空间分布特点；
目标地物的属性特点；
目标地物的变化特点。
因此，相应地将遥感图像归纳为三个方面的的特征，即几何特征、物理特征和时间特征。
这三方面特征的表现参数为空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率和时间分辨率。
3.5.1遥感图像的空间分辨率
图像的空间分辨率指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪瞬时视场，或者地面物体能分辨的最小单元。
3.5.2遥感图像的波谱分辨率
指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。
间隔愈小，分辨率越高。
3.5.3遥感图像的辐射分辨率
指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。
在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。
3.5.4遥感图像的时间分辨率
指同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。
第四章
4.1光学原理与光学处理（略）
4.2数字图像的校正
4.2.1数字图像
数字图像是指能够被计算机存储、处理和使用的图像。
遥感图像的表示即有光学图像又有数字图像。
光学图像又称作模拟量，数字图像又称作数字量，它们之间的转换称模/数转换，记作A/D，或反之，称数/模转换，记作D/A。
数字量与模拟量的本质区别在于模拟量是连续变量而数字量是离散变量。
数字图像中的像元值可以是整型值、实型和字节型。
4.2.2辐射较正
进行传感器的辐射强度反映在图像上就是亮度值（灰度值）。
辐射度越大，亮度值（灰度值）越大。
该值主要受两个物理量的影响：
一是太阳辐射照射到地面的辐射强度；
二是地物的光谱反射率。
在实际测量时，辐射强度的值还受其它因素的影响而发生改变。
这一改变的部分是需要校正的部分，故称为辐射畸变。
引起辐射畸变有两个原因:
1.传感器本身产生的误差;
2.大气对辐射的影响.
对于第一种影响,应该在数据生产过程中,由生产单位根据传感器参数进行校正,而不需要用户自行校正.用户应该考虑的是大气影响造成的畸变。
而对于大气影响的纠正是通过引正辐射亮度来实现的，因此称作辐射校正。
由于在实际操作时，很难得到相关的参数，所以，常常采用一些简化的处理方法，只去掉主要的大气影响，使图像质量满足基本要求。
常用的方法有：
1、直方图最小值法；
2、回归分析法。
4.2.3几何校正
当遥图像在几何位置上发生了变化，产生了诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等畸变时，即说明遥影像发生了几何畸变。
产生畸变的图像给定量分析及位置配准造成困难。
1、遥感影像变形的原因：
1）遥感平台位置和运动状态变化的影响
a）航高
b）航速
c）俯仰
d）翻滚
e）偏航
2）地形起伏的影响
3）地球表面曲率的影响
4）大气折射的影响
5）地球自转的影响。
2、几何畸变较正
校正前的图像看起来是由行列整齐的等间距像元点组成的，但实际上，由于某种几可畸变，图像中像元点间所对应的地面距离并不相等。
校正后的图像亦是由等间距的网格点组成，且以地面为坐标，符合某种投影的均匀分。
校正的最终目的是确定校正后图像的行列数值，然后找到新图像中每一像元的亮度值。
具体步骤：
1）找到一种数学关系，建立变换前图像坐标与变换后图像坐标的关系。
计算校正后图像中的每一点所对应原图中的位置。
2）计算每一点的亮度值；
3）计算方法。
通常有三种：
最近邻法，又向线性内插和三次卷积内插法。
3、控制点的选取
1）数目的确定：
选取控制点的最少数目来校正图像，效果往往不好，在图像边缘处，在地面特征变化大的地区，如河流拐弯处等，由于没有控制点，而靠计算推出对应点，会使图像变形。
因此，在条件允许的情况下，控制点选取都要大于最低数很多（有时为6倍）。
2）选取原则：
以配准对像为依据；
选取图像上易分辨且较精细的特征点；
特征变化的大的地区一定要多选取；
图像边缘部分一定要选取，以避免外推。
此外还应该尽可能满幅选取。
4.3数字图像处理
简单的数字图像处理方法主要有：
对比度扩展、空间滤波、图像运算和多光谱变换等，通过增加颜色提高图像目视效果也不失为图像增强的方法之一。
共同的目的都是提高图像质量和突出所需信息，有利于分析判读或作进一步的处理。
4.3.1对比度变换
是通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元的对比度，从而改变图像质量的方法。
常用的方法有对比度线性变换和非线性变换。
1、线性变换：
运算过程中的变换函数是线性的或是分段线性的，这种变换就是线性变换。
线性变换是图像增强处理最常用的方法。
2、非线性变换：
变换函数为非线性。
4.3.2空间滤波
对比度扩展的辐射增强是通过单个像元的运算从整体上改善图像的质量。
而空间滤波则是以重点突出图像上的某些特征为目的，如突出功缘或纹理，因此通过像元与其周围相邻像元的关系，采用空间域中的邻域处理方法，也叫做空间虑波。
仍属于一种几何增强处理，主要包括平滑和锐化。
1、图像卷积运算
在空间域上对图像做卷积运算，以实现平滑和锐化为目的，具体的做法是选定一卷积函数，又称“模板”，实际上是一个M*N图像。
二维的卷积运算是在图像中使用模板来实现运算的。
2、图像中出现某些亮度变化过大的区域，或出现不该有的亮点（噪声）时，采用平滑的方法可以减少变化，使亮度平缓或去掉不必要的“噪声”。
（1）均值平滑
是将每个像元在以其中心的区域内取平均值来代替该象元值，以达到去掉尖锐“噪声”和滑图像的目的。
具体计算时，常用3*3的模板做卷积运算：
1/9
1/9
1/9
或者：
1/8
1/8
1/8
0
1/8
（2）中值滤波
是将每个像元在以其为中心的邻域内取中间亮度值来代替该像元值，以达到去尖锐“噪声”和平滑图像的目的。
一般来说，图像亮度为阶梯状变化时，取均值平滑比取中值滤波要明显得，而对于突出亮点的“噪声”干扰，从去“噪声”后对原图像的保留程度看取中间值优于取均值。
3、锐化
为了突出图像的边缘，线状目标或某些亮度变化率大的部分，可采用锐化方法。
锐化后的图像已不再具有原遥感图像的特征而成为边缘图像。
1）罗伯特梯度
可近似地用模板表示：
|grad（f）|约=|t1|+|t2|
模板有两个，表示为：
t1:
t2:
1
0
-1
-1
0
相当于窗口2*2，用模板t1做计算后取绝对值，加上模板t2计算后取绝对值
|grad（f）|约=|f（i,j）-f（i+1,j+1）|+|f（i+1,j）-f（i,j+1）|
2）索伯尔递度法
与罗伯特方法相比，此法较多地考虑了邻域点的关系，使窗口由2*2扩大到3*3，使检测边界更加精确.模板为
t1:
t2:
2
1
1
-2
2
-1
-2
3）拉普拉斯算法
该模板定义为：
-4
即上下左右4个邻点的值相加再减去该像元值的4倍，作为这一像元的新值。
拉普拉斯算法的意义与前述两种算法不同，它不检测均匀的高度变化，而是检测变化率的变化率，相当于二阶微分。
计算出的图像更加突出亮度值突变的位置。
（4）定向检测
有目的地检测某一方向的边线或纹理时，可选择特定的模板卷积运算作定向检测。
常用的模板有：
检测垂直边界：
2
-1
或
检测水平边时:
或
4.3.3彩色变换（略）
4.3.4图像运算
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。
1、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，即
fd（x,y）=f1（x,y）-f2（x,y）
相减后的值反映了同一地物光谱反射率之间的差。
不同地物反射率差值不同，这样有利于目标与背景反差较小的信息提取；
同时也可用于研究同一地区不同时相的动态变化。
2、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，即：
fr（x,y）=f1（x,y）/f2（x,y）
比值运算可以检测波段的斜率信息并加以扩展，以突出不同波段间地物光谱的差异，提高对比度。
该运算常用于突出遥感影像中的植被特征，提取植被类别或估算植被生物量。
此外对于除去地形影响也很有效。
4.
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