遥感原理与应用课程设计.docx

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遥感原理与应用课程设计

1绪论

1.1遥感发展简史

遥感（RS）简介　

遥感是以航空摄影技术为基础，在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。

开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。

经过几十年的迅速发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，先进的空间探测技术。

遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。

也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。

20世纪30年代曾在个别城市进行过航空摄影；20世纪50年代开始系统的航空摄影，主要应用于地形图制图、更新，在铁路、地质、林业等领域也有重要作用；20世纪70年代以来，遥感事业有了长足进步。

一方面是从国外购进一批陆地卫星影像和少量仪器设备，开展图像的解译应用工作。

一方面积极开展我国自己的遥感研究工作，多次发射和回收地球卫星，开展不同自然地理区域的航空遥感试验和地物波谱测验工作，研究成功了多光谱相机、多光谱扫描仪、红外扫描仪、微波辐射计、激光测高计合成孔径侧视雷达等各类型的传感器、彩色合成仪和密度分割仪，数字图像处理系统研究成功；还建立了地面接收站，发射了一系列对地观测卫星。

另一方面，成立了遥感研究、教育机构，积极培养有关遥感技术方面的人才。

1.2遥感的基本概念

1.广义的遥感从远处探测和感知物体的技术。

（地对地、地对空、空对空、空对地）

2.狭义的遥感遥感是从远离地面的不同工作平台（如高塔、气球、飞机、火箭、卫星、宇宙飞船、航天飞机等）通过传感器，对地球表面的电磁波信息进行探测，并经信息的传输、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。

1.3遥感技术系统

1.遥感平台，即在遥感中搭载遥感仪器的工具。

它既是遥感仪器赖以工作的场所，又是遥感中“遥”字的具体表现。

2.传感器无论哪种类型遥感传感器，它们都由如图3-1所示的基本部分组成：

3.遥感数据接收处理系统

1）信息的获取：

信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。

任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。

2）信息的接收：

信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。

信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。

其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等;传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。

3）信息的处理：

信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。

信息处理的作用是通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，梳理、归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。

4）信息的应用：

信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。

信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。

遥感的应用领域十分广泛，最主要的应用有:

军事、地质矿产勘探、自然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。

4.分析解译系统

1）光学成像系统的技术过程与科学原理，2）.是图像目视解译

1.4遥感的类型

1.按遥感平台分可分为：

地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感。

2.按传感器的探测波段分可分为：

紫外遥感（探测波段为0.05-0.38㎛）、可见光遥感（探测波段为0.38-0.76㎛）、红外遥感（探测波段为0.76-1000㎛）、微波遥感（探测波段为1mm-10m）、多波段遥感（由可见光和红外波段范围内的若干窄波段组成）

3.按工作方式分可分为:

主动遥感（探测器主动发射电磁波，并接受其回波）、被动遥感（被动接受目标物的发射或反射）。

4.按应用领域可分为：

环境遥感，农业遥感，林业遥感，地质遥感，海洋遥感，气象、水文、工程、灾害、城市、军事、资源、测绘……

1.5遥感的特点

1.大面积的同步观测。

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。

3.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。

4.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。

5.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。

2.遥感成像原理与遥感图像特征

2.1遥感原理

振动的传播称为波。

电磁振动的传播是电磁波。

电磁波的波段按波长由短至长可依次分为：

γ-射线、X-射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。

电磁波的波长越短其穿透性越强。

遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段。

太阳作为电磁辐射源，它所发出的光也是一种电磁波。

太阳光从宇宙空间到达地球表面须穿过地球的大气层。

太阳光在穿过大气层时，会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响，因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。

但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。

通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。

大气窗口的光谱段主要有:

紫外、可见光和近红外波段。

地面上的任何物体（即目标物），如大气、土地、水体、植被和人工构筑物等，在温度高于绝对零度（即0°k=-273.16℃）的条件下，它们都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性。

当太阳光从宇宙空间经大气层照射到地球表面时，地面上的物体就会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。

由于每一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不同，因此它们对入射光的反射率也不同。

各种物体对入射光反射的规律叫做物体的反射光谱。

遥感探测正是将遥感仪器所接受到的目标物的电磁波信息与物体的反射光谱相比较，从而可以对地面的物体进行识别和分类。

这就是遥感所采用的基本原理。

2.2摄影成像摄影成像是一种对文字、图像等进行扫描的成像方法。

它采用数码相机拍摄图片，然后根据图片的变形规律纠正图片变形，最后根据各图片的相对位置拼装图片。

数码相机包括一般的高档相机和专门为图形扫描而设计的相机裸机，即：

只有一组镜头、一个电荷耦合器件CCD、一组电路、简单外壳和必备构件的相机。

本发明还研究了为获得照片变形而设计的标准图板、为纠正图片变形对所拍图片进行复原的方法、对修正后的图片进行拼接的方法及相应的扫描设备，具有使用方便，扫描精度高，一物多用，维修成本低而且方便，可以升级换代等优特点。

2.3扫描成像过程及图像特征

如图3—2所示，当旋转棱镜旋转时，第一个镜面对地面横越航线方向扫视一次，在扫描视场内的地面辐射能，由刈幅的一边到另一边依次进入传感器，经探测器输出视频信号，再经电子放大器放大和调制，在阴极射线管上显示出一条相应于地面扫描视场内的景物的图像线，这条图像线经曝光后在底片上记录下来。

接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动，胶片也作同步旋转，记录的第二条图像正好与第一条衔接。

依次下去，就得到一条与地面范围相应的二维条带图像。

2.4微波遥感与成像微波遥感是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用红外光束投射于物体表面，由其反射回的微波波长改变及色偏确定其大小、形态以及移动速度的技术。

微波遥感的突出优点是具全天候工作能力，不受云、雨、雾的影响，可在夜间工作，并能透过植被、冰雪和干沙土，以获得近地面以下的信息。

广泛应用于海洋研究、陆地资源调查和地图制图。

微波遥感成像考研提供很多有价值的遥感图像共给人类研究利用。

3. 遥感图像处理

3.1数字图像增强

图像增强的目的在于改善图像的显示质量，以利于信息的提取和识别。

从方法上说，则是设法摒弃一些认为不必要或十扰的信息，而将所需要的信息得以突出出来。

显然，这可以通过调整遥感图像直方图，进行像元亮度值之问的数学运算处理，或是数学变换等方法来实现。

遥感图像增强处理从方法原理上可以分以下儿种卞要方法:

（1）彩色增强处理

彩色增强处理是遥感图像增强处理的基本方法，它可将单波段黑白遥感图像组合转换成彩色图像，大大提高了图像的显示质量，为信息提取和识别提供了便利。

遥感图像多波段彩色合成是将同一地区不同波段的图像依照彩色合成原理，构成彩色合成图像，当通道中图像波段与进行基色变换的波段一一对应时，合成图像为天然（真）彩色图像。

例如，将}3,}2,},图像分别进行红、绿、蓝的基色变换，可得到近似真彩色的合成图像。

但是，若这种对应关系被破坏，采用其它的组合关系，产生的图像则为假彩色合成图像。

为了提高图像增强的效果，可进行多组合，不同配置的多种方案的合成，选择最佳的图像增强效果。

（2）反差增强处理

遥感图像反差增强的日的同样是增强或扩大图像反差的对比度，增加图像表现的层次性。

数字图像反差增强的实质就是将图像中过于集中的像元分布区域院度值分布范围）拉开扩展，故又称对比度扩展。

为此，反差增强的关键是寻找到一个函数，以统一的重新分配，构成得到反差增强的图像。

变换函数可以是线性的或是非线性的。

例如:

可根据增强前亮度值分布范围和设定的扩展后的亮度值分布区间提供的参数确定变换函数;或依据图像直方图调整的需要确定变换函数;或采用指定函数位日指数函数、对数函数等）为变换函数。

处理时需注意的是:

在像元亮度值分布区间得到一定拉仲扩展，一些像元得到突出的同时，必然地消弱和摒弃一些像元信息，所以在处理时应随时注意这种变化，根据需要采用不同的变换函数或方法，以获得较为满意的效果。

（3）滤波增强处理

任何一幅数字图像都是由顺序排列的数字“点阵’构少戊的，点阵中每一行（或称扫描行）包括相同的若干个像元点。

如果以每一行的像元点位置为横坐标，以像元点的亮度值为纵坐标，这样每一行即可绘制波形曲线。

从数学中可知道，任何一条复杂的波形曲线，都可分解成具有不同频率威波长）的数条简单波形曲线的叠加。

所以说，滤波处理就是将数字图像中各行所构成的复式波形曲线，通过空间滤波程序（或滤波器）分解成为不同频率（或波长）的简单波形曲线，并根据需要将不需要的频率（或波长）曲线加以滤除，选择适宜和需要的频率波形曲线，重新构成新的图像，以使一些地物或现象得以突出，这便是滤波增强处理，或称频率增强处理。

滤波增强处理根据所选择的波形曲线的频率威波长）高低，可分为高通滤波、中通滤波和低通滤波。

例如，对于大的山体构造这样规模的地物，它们之间的距离以数十千米计，其在图像上的形迹具有较低的空间频率（即具有较长的波长），可应用低通滤波得到突出;同样，如一般的背斜、向斜褶皱构造，它们的分布具有中等空间频率特征，波长以千米计，则可采用中通滤波增强去突出;而节理、裂隙及小型地质构造的分布具有较高的空间频率，波长几十米到儿白米计，可采用高通滤波得到增强。

4比值增强处理.

3.2遥感图像纠正

随着计算机硬件价格的降低和软件水平的提高，计算机图像处理越来越深入遥感领域，遥感图像处理为光学处理。

光学处理包括数字图像的校正和数字图像的