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遥感导论

遥感导论课文篇

第一章

1、遥感（RemoteSensing）概念

广义：

泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。

遥感定义：

应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特性及其变化的综合性探测技术。

（课文）

2、遥感探测系统的组成包括：

被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用等部分。

（填空）

A：

电磁波源，提供电磁波

B：

电磁波辐射与大气（往、返）

C：

电磁波与目标相互作用

D：

传感器记录从目标反射或辐射的电磁波

E：

数据传输、接收与处理

F：

遥感数据的解译分析

G：

遥感应用

3、传感器（遥感器）：

接收，探测，记录目标电磁波特征的仪器，如扫描仪，雷达，摄影机，摄像机，辐射计。

（名词解释，填空）

传感器的组成:

收集器，探测器，处理器，输出。

根据记录方式的不同可分为:

非成像方式：

把传感器接受的地物辐射强度，用数字或曲线图形表示。

成像方式：

把地物辐射能量的强度，用图像的形式表示

4、遥感平台：

装载传感器的平台，主要有地面平台（遥感车），空中平台（飞机），空间平台（火箭，人造卫星）

轨道面倾角：

轨道面与赤道面的两面夹角称为轨道倾角．

卫星与地心的连线在地面上的交点称为星下点．

卫星飞过某一纬圈就是指星下点落在该纬圈上，各纬圈上星下点的连线，即卫星轨道在地球表面上的投影，称为星下点轨迹．

星下点轨迹与赤道有两个交点，当卫星由南向北飞行时的交点叫做升交点；当卫星由北向南飞行时的交点叫做降交点．

5、主动遥感：

由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号。

（侧视雷达、激光雷达、微波散射计、雷达高度计。

）

被动遥感：

传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。

（航空摄影机、多光谱扫描仪（MSS、TM、ETM（1,2））、HRV、红外扫描仪、微波辐射计等）

6、作为对地观测系统，遥感的特点？

（填空、简答）

①大面积同步观测：

传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。

②时效性：

可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。

因此，遥感大大提高了观测的时效性。

这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。

（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）

③数据的综合性和可比性

遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。

由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。

同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。

与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。

④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。

⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。

第二章

1.电磁波谱：

按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。

依次为：

γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。

紫外线：

波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱中，只有0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000m以下。

可见光：

波长范围：

0.38～0.76μm，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。

红外线：

波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。

微波：

波长范围为1mm～1m，穿透性好，不受云雾的影响。

近红外：

0.76～3.0µm，与可见光相似。

中红外：

3.0～6.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。

远红外：

6.0～15.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。

超远红外：

15.0～1000µm，多被大气吸收，遥感探测器一般无法探测。

2、可见光的范围：

波段

波长（微米）

可

见

光

红

0.38

-——

0.76

0.62-0.76

橙

0.59-0.62

黄

0.56-0.59

绿

0.50-0.56

青

0.47-0.50

蓝

0.43-0.47

紫

0.38-0.43

3.电磁辐射度量的相关概念。

3.1、辐射能量（W）:

电磁辐射是具有能量的，它表现在：

使被辐照的物体温度升高；改变物体的内部状态；使带电物体受力而运动

3.2、辐射通量Φ:

在单位时间内通过某一面积的辐射能量称为辐射通量：

Φ=dW/dt

3.3、辐射通量密度E:

单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：

•辐照度（I）：

被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，记为:

I=dΦ/dS，单位是W/m2,S为面积。

•辐射出射度（M）：

温度为T的辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，记为:

M=dΦ/dS，单位也是W/m2，S为面积。

3.4、辐射强度:

是描述点辐射源的辐射特性的，指在某一方向上单位立体角内的辐射通量。

辐射强度=dΦ/dΩ

3.5、辐射亮度L:

面辐射源，在某一方向，单位投影表面、单位立体角内的辐射通量称为辐射亮度

4.绝对黑体：

对于任何波长的电磁辐射都全部性吸收的物体。

（黑色的烟煤被认为是最接近绝对黑体的自然物质。

（名词解释）灰体：

没有显著的选择吸收，吸收率虽然小于1，但基本不随波长变化，这种物体叫灰体。

（名词解释）

5.黑体辐射规律：

斯忒藩-玻耳兹曼定律:

M=σ·T∧4

绝对黑体的总辐射出射度与黑体的温度的四次方成正比。

维恩位移定律：

（

）随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。

实际物体的辐射基尔霍夫定律：

在一定温度下，地物单位面积上的辐射出射度M和吸收率ɑ之比，对于任何物体都是一个常数,且等于绝对黑体的辐射出射度M0。

①太阳光谱相当于6000K的黑体辐射；

②太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38～0.76µm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47µm左右；

③到达地面的太阳辐射主要集中在0.3～3.0µm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；

④经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；

⑤各波段的衰减是不均衡的。

7、大气结构：

平流层:

航空遥感电离层：

卫星遥感大气外层：

航宇遥感

8、大气的吸收作用

O2吸收带

<0.2μm，0.155μm最强

O3吸收带

0.2～0.36μm，0.6μm

H2O吸收带

0.5～0.9μm,0.95～2.85μm，6.25μm

CO2吸收带

1.35～2.85μm,2.7μm,4.3μm,14.5μm

尘埃

吸收量很小

9、（p30）大气的散射类型：

①瑞利散射：

大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射。

（云雾对微波）波长越长，散射越弱。

无云的晴空呈现蓝色，就是因为蓝光波长短，散射强度较大。

②米氏散射：

（云雾对红外线）当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射；③无选择性散射：

（云雾对可见光）当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射.

A.太阳辐射的衰减主要是由散射为主。

B.瑞利散射主要发生可见光和近红外波段，波长大于1um，可忽略瑞利散射。

C.在红外波段，米氏散射超过瑞利散射的影响。

D.在微波波段具有最小散射，最大穿透率，因而具备穿透云雾的能力。

10.大气窗口：

电磁波通过大气层时较少被反射、散射和吸收的，透射率较高的波段叫大气窗口。

（名词解释）

11、

大气窗口

波段

紫外可见光

近红外

0.3～1.3μm

近红外

1.5～1.8μm

近-中红外

2.0～3.5μm

中红外

3.5～5.5μm

远红外

8～14μm

微波

0.8～2.5cm

12、反射率：

地物的反射能量与入射总能量的比

13、反射波谱：

指地物反射率随波长的变化的规律。

14、地物反射光谱曲线：

按地物反射率与波长之间的关系绘成的曲线

15

、不同的地物的反射光谱曲线：

不同的地物的反射光谱曲线不同，从曲线图可以看出0.4~0.5um波段的相片可以把雪和其他地物区分开来；0.5~0.6um波段的相片可以把沙漠与小麦，湿地区分开；0.7~0.9um波段的相片可以把小麦与湿地区分开；因此可以根据遥感传感器所接收到的电磁波谱特征的差异来识别不同地物，这就是遥感的基本出发点。

16、植被主要分为三段：

可见光波段（0.4~O.76um）有一个小的反射峰，位置在0.55um（绿）处，两侧0.45um（蓝）和0.67um（红）则有两个吸收带，这个特征是因为叶绿素的影响，叶绿素对蓝光和红光的吸收的作用强，而对绿光的反射作用强。

在近红外波段（0.7~0.8um）有一个反射陡坡,至1.1um有一个峰值，形成植被独有的特征，只是由于植被叶细胞结构的影响，除了吸收和透射的部分，形成高的反射率。

在中红外波段（1.3~2.5um）受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增反射率大大下降，特别以1.45um，1.95um和2.7um为中心是水的吸收带形成低谷。

17、水体反射主要是蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别是到了近红外波段，吸收就更强了。

正因如此在遥感影像上，特别是近红外影像上水体呈黑色。

18、地物的反射波谱特征：

指地物对太阳辐射的反射能力随波长而变的规律。

（名词解释）决定于①物体的表面粗糙度。

②视角

19、不同长势植被的光谱曲线比较

当植被患病时，叶绿素吸收带强度会减弱，同时反射率变大，特别是红色波长区域，所以患病植物看上去总是呈淡黄色或“缺绿病”色。

当植物衰老时，由于叶绿素的减少，叶红素和叶黄素（黄色）在叶子的光谱响应中起主导作用，这就是秋季植物叶子变黄的主要原因。

在秋季，有些品种树木的叶子会呈现红色，这是因为在叶绿素减少时，花青苷色素（红色）大量增加的缘故。

第三章

1、气象卫星的特点：

①轨道（近极地太阳同步轨道、地球同步轨道）

②短周期重复观测，气象卫星时间分辨率较高，有助于对地面快速变化的动态监测。

③成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量，

④卫星资料来源均匀、连续、实时性强、成本

⑤不受地理条件限制

⑥存在问题，分辨率低。

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；③资源环境其他领域。

2、陆地卫星Landsat，1972年发射第一颗；斯波特卫星（spot）；中国资源一号卫星——中巴地球资源卫星（cbers）

特点：

1.近极地，近圆形轨道。

2.轨道高度700--900km。

3，每16-18天覆盖地球一次（重复覆盖周期），图像的覆盖范围为185*185平方千米

3、2002年5月15日9，中国第一颗海洋卫星（“海洋一号A”）在太原卫星发射中心由长征火箭发射升空，结束了中国没有海洋卫星的历史。

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。

4、中心投影：

所谓中心投影，就是空间任意直线均通过一固定点（投影中心）投射到一平面（投影平面）上而形成的透视关系。

5、垂直摄影：

摄影机主光轴垂直于地面或者偏离垂线在3°以内、获得的像片。

（名词解释）

倾斜投影：

投影机主光轴偏离垂线大于3°，取得的像片

中心投影与垂直投影的区别

1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;

2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

③地形起伏的影响：

垂直投影时，随地形起伏变化，投影点之间的距离与地面实际水平距离成比例，相对位置不变。

6、像片的比例尺：

像片上两点之间的距离和地面上相应两点实际距离之比。

7、像点位移：

在垂直摄影的航片上，高出或低于起始面的地面点在像片上的像点位置，和在平面图上的位置比较，产生了移动，称为像点位移。

（名词解释）

8、微波遥感的特点：

A、能全天候、全天时工作

B、对某些地物具有特殊的波谱特征

C、对冰雪、森林、土壤等具有一定穿透能力

D、对海洋遥感具有特殊意义

E、分辨率较低，但特征明显。

9、遥感图像的特征：

空间分辨率：

像素所代表的地面范围的大小

波谱分辨率：

传感器能分辨的最小波长间隔。

间隔越小，波谱分辨率越高。

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。

时间分辨率：

指对同一地区遥感影像重复覆盖的频率，也称重访周期。

10、ETM多了全色波段

Landsat--45Landsat--7

TM1

0.45~0.52μm

ETM1

0.45~0.52μm

蓝色

TM2

0.52~0.60μm

ETM2

0.52~0.60μm

绿色

TM3

0.63~0.69μm

ETM3

0.63~0.69μm

红色

TM4

0.76~0.90μm

ETM4

0.76~0.90μm

近红外

TM5

1.55~1.75μm

ETM5

1.55~1.75μm

短波红外

TM6

10.4~12.5μm

ETM6

10.4~12.5μm

波红外

TM7

2.08~2.35μm

ETM7

2.08~2.35μm

短波红外

ETM8（PAN）

0.52~0.90μm

可见光—近红外

（全色波段）

11、雷达（Radar）意为无线电测距和定位。

雷达是由发射机通过天线在很短的时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。

第四章

色光加色法

三原色：

若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。

互补色：

若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色就称为互补色。

黄和蓝、红和青、绿和品红。

色光三原色：

红、绿、蓝

色光加色法：

两种或两种以上的色光相混合时，会同时或者在极短的时间内连续刺激人的视觉器官,使人产生一种新的色彩感觉。

红+绿+蓝=白红+蓝=品红

红+绿=黄绿+蓝=青

2.色光加法的基本规律：

①将三原色光等能量相加，就可以得到包含一切色光的白光

②非等量相加，颜色偏向比例大的一方。

③将三原色光中任意两色光等量相加，就可分别得出青、品红、黄。

色光混合后的亮度高于原有色光的亮度。

色料减色法

光经过颜色滤色版或其它光吸收介质组合而产生不同于原来的颜色的方法。

色料三原色：

品红黄青

色料减色法：

品红+黄+青=黑

品红+青=蓝

品红+黄=红

黄+青=绿

Y+M+C=BK=W-R-G-B

Y+M=R=W-G-B再现红

M+C=B=W-R-G再现蓝

Y+C=G=W-R=B再现绿混合后能量降低，颜色变得更加暗淡。

1、光学图像:

又称模拟图像，空间坐标和明暗程度都连续变化的，计算机无法直接处理的图像。

数字图像：

能被计算机存储、处理和使用的用数字表示的图像。

数字图像的特点①便于计算机处理与分析②图像信息损失低③抽象性强④保存方便

数字图像的类型

•按灰度值可分为：

二值数字图像和多值数字图像

•按波段数可分为：

单波段、彩色、多波段数字图像

3、数字图像直方图：

以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图。

直方图的作用：

直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。

直方图的曲线可以反映图像的质量差异。

4、辐射校正:

消除图像数据中依附在辐射亮度中的各种失真的过程。

遥感图像的辐射误差主要有两个因素：

传感器的影响和大气的影响

大气影响的粗略校正：

1.回归分析法；2.直方图最小值去除法（p101）

直方图最小值去除法

基本思路:

每幅图像上都有辐射亮度或反射亮度应为0的地区，而事实上并不等于0,说明亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。

校正方法:

将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值。

使图像亮度动态范围得到改善，对比度增强，从而提高了图像质量。

5、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。

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。

6、图像的几何校正是指从具有几何畸变的图像中消除畸变的过程。

几何粗校正:

是针对卫星运行和成像过程中引起的几何畸变进行的校正，即卫星姿态不稳、地球自转、地球曲率、地形起伏、大气折射等因素引起的变形。

几何精校正：

利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。

7、重采样的具体计算方法p109：

（1）最近邻法；

（2）双线性内插法；（3）三次卷积内插法。

例题：

已知f（m,n）=54,f（m,n+1）=87,f（m+1,n）=98,f（m+1,n+1）=36,分别利用最近邻法、双线性内插法求f（m+0.4,n+0.6）

8、控制点的选取：

数目的确定:

最小数目（n+1）（n+2）/2；实际中往往取6倍于最小数目。

选择的原则:

易分辨、易定位的特征点：

道路的交叉口、水库坝址、河流弯曲点等；特征变化大的地区应多选些；尽可能满幅均匀选取。

9、遥感图像增强：

通过计算机对图像处理，改善图像的显示效果，突出重要的信息，以利于图像信息的提取和识别。

（名词解释）

10、目前常用的遥感图像增强处理主要有：

彩色合成、灰度变换、直方图变换、密度分割、灰度颠倒、图像间运算、邻域增强处理、主成分分析、K－T变换。

对比度变换概念：

是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。

将图像中过于集中的像元分布区域（亮度值分布范围）拉开扩展，扩大图像反差的对比度，增强图像表现的层次性。

又叫辐射增强。

方法：

对比度线性变换和非线性变换

线性变换：

在改善图像对比度时，如果采用线性或分段线性的函数关系，那么这种变换就是线性变换。

非线性变换：

变换函数为非线性函数时，即为非线性变换。

11、大气校正就是指消除由大气散射引起的辐射误差的处理过程。

12、直方图：

以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图。

（名词解释）

13、空间滤波：

以突出图像上的某些特征为目的，通过像元与周围相邻像元的关系，采取空间域中的邻域处理方法进行图像增强方法。

邻区法增强处理是在被处理像元周围的像元参与下进行的运算处理。

邻域处理又叫滤波处理，邻域的范围取决于滤波器（模板）的大小，如3×3或5×5等。

用于去噪声、图像平滑、锐化和相关运算。

图像的平滑是使图像中高频成分消退，即平滑图像的细节，使其反差降低，保存低频成分，使亮度平缓或去掉不必要的“噪声”点。

A.均值平滑：

将每个像元在以其为中心的区域内，取平均值来代替该像元值，以达到去掉尖锐“噪声”和平滑图像的目的。

B.中值滤波：

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，以达到去掉尖锐“噪声”和平滑图像的目的。

均值平滑

中值滤波

14、锐化是增强图像中的高频成分，在频域处理中称为高通滤波，也就是使图像细节的反差提高，突出图像边缘，线状目标或亮度变化率大的部分，也称边缘增强。

15、彩色变换

1单波段彩色变换:

单波段黑白遥感图像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像。

这种方法又叫密度分割.

2多波段彩色合成；处理是依照彩色合成的原理，将同一地区或同一副彩色图像不同波段的分光黑白图像，分别通过不同的滤光系统，并准确套准，生成彩色图像的技术.彩色合成分为真彩色合成和假彩色合成。

在进行彩色合成时，要保持分解和还原过程中所采用的滤光系统波段的一一对应关系，此时还原得到彩色与原物体和景观的色彩一样称为真彩色合成。

（红，绿，蓝）利用数字技术合成真彩色图像时，是把红色波段的影像作为合成图像中的红色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把蓝色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成的结果。

如果还原合成的破坏了滤光系统的对应关系，合成的彩色则与原物体的景观色彩不一致，称为假彩色合成。

它是在彩色合成时，把近红外波段的影像作为合成图像中的红色分量、把红色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成的结果。

标准假彩色合成是指将遥感图像的4,3,2波段分别赋予红（R），绿（G），蓝（B）3种色彩，即绿波段赋予蓝，红波段赋予绿，红外波段赋予红时，这个方案是假彩色合成方法中的一种。

16、密度分割：

单波段黑白遥感图像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像。

这种方法又叫密度分割。

（名词解释）

17、HLS变换（具体的算法参见教材P121-P122）

H——hue（色调），是色彩彼此相互区分的特性。

L——light（明度），是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。

一般来说，物体反射率越高，明度就越高。

S——saturation（饱和度），是彩色纯洁的程度。

也是光谱中波长是否宽窄，频率是否单一的表示。

对于光源，发出的若是单色光就是最饱和的彩色。

黑白色只用明度描述，不用色调、饱和度描述。

18、图像运算：

两幅或多幅单波段图像，空间配准后可进行算术运算，实现图像的增强。

达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。

（名词解释）

原理：

地物不同波段的光谱差异。

方法：

比值运算和差值运算。

19、多光谱变换:

针对多光谱影象存在的一定程度上的相关性以及数据冗余现象，通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量,增强或提取有用信息目的的方法。

（名词解释）

其变换的本质:

对遥感图像实行线性变换，使光谱空间的坐标按一定规律进行旋转。

①K-L变换：

离散变换的简称，又称主成分变换。

它是对某一多光谱图像X.利用K-L变换矩阵A进行线性组合,而产生一组新的多光谱图像Y。

变换后的主分量空间与变换前的多光谱空间坐标系相比旋转了一个角度。

新坐标系的坐标轴一定指向信息量较大的方向。

可实现数据压缩和图像增强。

②K-T变换：

也称缨帽变换.是一种坐标空间发生旋转的线性变换，旋转后的坐标轴指向与地面景物有密切关系的方向。

20、多种信息源的复合:

是将多种遥感平台，多时相遥感数据之间以及遥感数据与非遥感数据之间的信息组合匹配的技术。

（名词解释）

多源信息复合的意义:

发挥不同遥感数据源的优势,弥补某种遥感数据的不足,提高遥感数据的应用性;还有利于综合分析和深入理解遥感数据.感影像的数据融合分为数据预处理、信息融合变换两步。

21、依据遥感图像上的地物特征，识别地物类型、性质、空间位置、形状、大小等属性的过程叫信息提取。

（名词解释）

22、不同时相的遥感数据复合步奏

（1）配准：

利用几何校正的方法进行位置配准。

（2）直方图调整：

调整成一致的直方图，是图像的亮度趋于一致，便于比较。

（3）复合：

彩色合成法、差值法、比值法。

23、不同传感器的遥感数据复合

•预处理：

主要包括遥感影像的几何纠正、大气订正、辐射校正及空间配准。

•影像的空间配准是遥感影像数据融合的前提

•