遥感复习资料.docx

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遥感复习资料

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第一章：

遥感概论

一、遥感的概念：

1、遥感：

即遥远感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。

2、遥感的定义

（2）：

从不同高度的平台上，使用各种传感器，接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而对不同的地物及其特性进行远距离的探测和识别的科学技术。

3、遥感的定义（3）：

遥感是通过不接触被探测的目标，利用传感器获取目标数据，通过对数据进行分析，获取被探测目标、区域和现象的有用信息。

4、遥感系统构成：

（1）传感器

（2）遥感平台

（3）地面控制系统

（4）数据接收系统

（5）遥感应用系统

5、遥感的类型

1）按遥感平台据地面的高低划分

地面遥感：

100m以下平台与地面接触，

航空遥感：

100m-100km以下的平台，

航天遥感：

100km以上的平台，

2）按探测波段划分

紫外遥感：

波段在0.05~0.38μm之间。

可见光遥感：

波段在0.38~0.76μm之间。

红外遥感：

波段在0.76~1000μm之间。

微波遥感：

波段在1mm~1m之间。

注：

微波遥感的特点：

①能全天候，全天时工作

②对某些特殊地物有特殊的波谱特征

③对冰、雪、森林、上壤等具有一定的穿透能力

④对海洋遥感具有特殊意义

⑤分辨率较低，但特征明显

二、遥感的应用：

1、遥感在资源调查方面的应用：

①在农业、林业方面的应用

②遥感在地质矿产方面的应用

③在水文、水资源方面的应用

2、遥感在环境监测评价等方面的应用：

①在环境监测方面的应用

②在对抗自然灾害中的应用

3、在区域分析及建设规划方面的应用：

4、遥感在全球性宏观研究中的应用：

①全球性问题与全球性研究

②人口问题、资源危机、环境恶化等

③利用GPS监测和研究板块的运移；深大断裂活动；全球性气候研究和灾情预报；世界冰川的进退。

第二章：

遥感的物理基础

一、电磁波与电磁波谱：

1、电磁波的特性

（1）电磁波是横波

（2）在真空中以光速传播

（3）电磁波具有波粒二象性

2、电磁波谱：

3、红外线的特性：

（1）一切物体,都在辐射红外线.

（2）物体温度越高,辐射的红外线越强.、波长越短

（3）热辐射----即红外线辐射,热传递方式之一

二、物体的发射辐射：

1、辐射的三个定律：

黑体：

在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1的物体。

（1）黑体辐射定律：

①普朗克热辐射定律：

表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。

②史蒂芬—玻尔兹曼定律：

黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。

注：

σ为史蒂芬—玻尔兹曼常数。

③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。

（2）黑体辐射的三个特性：

①辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。

②温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。

③随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。

（3）基尔霍夫定律：

在任一给定的温度下，辐射出射度（辐射通量密度）与吸收率之比对任何材料都是常数，并等于该温度下黑体的辐射通量密度。

即：

M’/=M

即：

一个物体的波谱发射率等于它的波谱吸收率，好的吸收体也是好的发射体。

2、太阳辐射：

（1）太阳常数：

指不受大气影响，在距离太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射的方

向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量。

（可以认为是大气顶端接收

的太阳能量）

（2）太阳光谱曲线的特性：

①太阳辐射的光谱是连续的。

★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。

3、地球辐射：

（1）地球辐射的特性：

①在0.3～2.5µm波段（主要在可见光和近红外波段），地表以反射太阳辐射为主。

②在2.5～6.0µm波段（主要在中红外波段），既有地表反射太阳辐射，也有地球自身的热辐射。

③在6.0µm以上的热红外波段，以地球自身的热辐射为主。

4、太阳辐射与地球辐射：

（1）太阳辐射近似6000K的黑体辐射，能量集中在0.3～2.5µm波段之间。

（可见光和近红外）

★

（2）地球自身热辐射近似300K的黑体辐射，能量集中在6.0µm以上的波段。

（热红外）

5、大气对太阳辐射的影响：

（1）大气层次：

大气厚度约为1000km,从地面到大气上界，可垂直分为5层

1对流层、②平流层、③中间层、④暖层、⑤大气外层

（2）大气对太阳辐射的作用：

①大气对太阳辐射的吸收作用

②大气的散射作用：

大气发生的散射主要有三种：

1º瑞利散射（微粒直径比辐射波长小得多）

2º米氏散射（微粒直径与辐射波长差不多）

3º非选择性散射（微粒直径比辐射波长大得多）

★注：

大气散射改变了遥感图像的对比度。

③大气的反射作用

（3）大气窗口：

通过大气而较少被反射、吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段。

（大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。

）

6、地物的反射光谱特性：

（1）地物的反射类型：

镜面反射、漫反射、方向反射。

（2）地物的反射光谱：

地物的反射率随入射波长变化的规律。

地物反射光谱曲线：

根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。

（3）常见的几种地物类型波谱特征：

★★★①植物的反射波谱特性：

★★★②植被的波谱特征：

在可见光波段：

1º在0.45um附近（蓝色波段）有一个吸收谷；

2º在0.55um附近（绿色波段）有一个反射峰；

3º在0.67um附近（红色波段）有一个吸收谷。

在近红外波段：

1º从0.76um处反射率迅速增大，形成一个爬升的“陡坡”,至1.1um附近有一个峰值，反射率最大可达50％，形成植被的独有特征。

2º1.5～1.9um光谱区反射率增大；

3º以1.45um，1.95um，2.70um为中心是水的吸收带，其附近区间受到绿色植物含水量的影响，反射率下降，形成低谷。

2影响植被波谱特征的主要因素：

1º植物类型

2º植物生长季节

3º植物的营养状况

4º病虫害影响等

（4）地物反射率大小的影响因素（3点）：

波长（μ），入射角（θ），地表颜色与粗糙程度（ε）

第三章：

遥感平台与传感器系统

一、遥感平台：

★1、种类：

（1）地面平台：

通过地物光谱仪或传感器来对地面进行近距离遥感，测定各种地物的波谱特性及影像的实验研究。

（2）航空平台：

包括飞机和气球。

飞机按高度可以分为低空平台、中空平台和高空平台。

（3）航天平台：

包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。

二、遥感图像的特征：

1、图像的空间分辨率指像元所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物

体能分辨的最小单元。

2、光谱分辨率：

指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。

间隔愈小，分辨率愈高。

3、辐射分辨率：

指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。

4、时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。

5、瞬时视场角：

扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目标物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角。

即扫描仪的空间分辨率。

6、总视场角：

扫描带的地面宽度称总视场。

从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角，叫总视场角。

三、扫描成像：

1、传感器分类：

★

（1）按工作方式分类：

①主动方式：

测试雷达，激光雷达，微波散射计等。

②被动方式：

摄影机，多波段扫描仪，微波辐射计，红外辐射计。

四、摄影成像：

1、遥感摄影胶片的类型：

黑白摄影胶片、彩色片

2、航摄倾角与像点倾角：

主光轴与铅垂线的夹角a。

（了解即可）

（1）垂直航空摄影:

a≦3º

（2）倾斜航空摄影：

a>3º

3、摄影实施方式：

（概念了解即可）

（1）单片摄影：

为特定目标或小块地区进行的摄影，一般获得一张、一对或数张不连续的像片。

（2）单航线摄影：

沿一条航线对地面上狭长地带或线状地物（如铁路、公路、河流、管道等）进行的连续摄影。

★（3）多航线摄影（面积摄影）：

沿数条互相平行的直线航线对一个广大区域进行的连续的、布满区的摄影。

航向重叠：

60%，旁向重叠:

15%-30%。

4、摄影像片的几何特征：

（1）投影的分类——由光源来确定。

①中心投影：

由点光源照射物体形成的投影。

特点：

近大远小。

②平行投影：

由相互平行的光线照射物体形成的投影。

根据光线与投影面的角度不同，平行投影又可以分为：

★1º正投影：

光线与投影面垂直相交。

特点：

投影与物体大小一致。

★2º斜投影：

光线与投影面呈倾斜状态。

特点：

投影有立体感，但没有近大远小的感受。

③中心投影和正射投影的区别：

1º正射投影:

比例尺和投影距离无关。

中心投影:

焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变

2º正射投影:

总是水平的，不存在倾斜问题中心投影：

若投影面倾斜，航片各部分的比例尺不同。

3º地形起伏对正射投影无影响，中心投影引起投影差，航片各部分的比例尺不同。

五、遥感卫星的轨道：

1、遥感卫星的轨道类型：

★

（1）太阳同步轨道：

运行轨道与太阳的入射光线总保持一个固定角度的飞行模式，称为太阳同步。

★

（2）地球同步卫星（静止卫星）：

运行周期与地球自转周期相同的卫星，它位于地球赤道上空36000km处。

卫星运行的角速度和地球的自转角速度相等，相对于地球似乎固定于高空某一点。

部分气象卫星通讯卫星

（3）极轨卫星：

轨道面与地轴重合。

六、气象卫星：

1、列举气象卫星：

（1）美国的“泰诺斯”（TIROS）卫星系列

（2）日本GMS系列静止气象卫星

（3）中国的风云系列卫星

2、气象卫星的特点：

（1）轨道：

低轨和高轨。

（2）成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。

（3）短周期重复观测：

静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次。

利于动态监测。

（4）资料来源连续、实时性强、成本低。

七、TM传感器各波段图像特征：

（大概看一下）

第四章：

遥感图像的处理

一、图像的彩色合成：

1、彩色图像：

★

（1）真彩色图像：

图像的色调与人眼视觉所看到的颜色基本一致的图像。

★

（2）假彩色图像：

图像的色调与实际地物色调不一致的图像。

2、彩色合成：

（1）真彩色合成：

彩色合成中选择的波段的波长与红绿蓝的波长相同或近似，得到的图像的颜色与真彩色近似。

作用：

合成后的图像的颜色接近自然色，与人的视觉感觉一致，容易识别地物。

（2）假彩色合成：

选择多波段图像中的任意三个波段，分别赋予红、绿、蓝三种原色，在屏幕上合成彩色图像的方法。

①标准假彩色合成：

选择多波段图像中的近红外、红、绿三个波段，分别赋予红、绿、蓝三种原色，在屏幕上合成彩色图像的方法。

②标准假彩色合成图像可以突出显示植被（红色），水体（黑色或蓝色）城镇（深色）等信息。

二、遥感数字图像处理：

★1、直方图及其作用：

（1）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频率的分布图。

（2）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。

①正态分布：

反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质量高。

②偏态分布：

图像偏亮或偏暗，层次少，质量较差。

2、数字图像的辐射纠正：

★

（1）辐射畸变：

地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时，受到传感器本身、大气辐射等其他因素的影响而发生改变。

这种改变称为辐射畸变。

（2）辐射纠正方法：

★①系统辐射误差校正：

1º边缘减光现象的纠正

2º条纹：

条带噪声校正

3º斑点：

斑点噪声校正

4º灰度一致化

②遥感器辐射校正：

大气上界辐射校正（辐射定标）

③大气辐射校正：

★大气校正的方法：

1º直方图最小值去除法：

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。

2º地面实测线性回归法

3º辐射传递方程：

通过大气状况等输入参数，利用合适的大气辐射传输模型计算出大气校正参数的数值解（如大气透过率、程辐射等），在计算每个像元的反射率值，完成整幅图像的校正。

④地面辐射校正：

3、数字图像的几何纠正：

★

（1）几何畸变：

遥感图像在几何位置上发生的变化，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。

★

（2）几何校正方法：

①几何粗校正：

地面接收站在提供给用户资料前，已按常规处理方案与图像同时接收到的有关卫星运行姿态、传感器性能指标、大气状态、太阳高度角等对图像几何畸变进行了校正。

（了解即可）

②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。

几何精校正步骤:

1º输入原始数字影像

2º确定工作范围

3º选择地面控制点

4º选择地图投影

5º匹配地面控制点与像元位置

6º选择校正函数和相关参数

7º像元灰度重采样

8º输出纠正数字影像。

★③灰度的重采样：

1º最近邻法：

距离实际位置最近的像元的灰度值作为输出图像像元的灰度值

2º双线性法：

以实际位置临近的4个像元值，确定输出像元的灰度值。

3º三次卷积法以实际位置临近的16个像元值，确定输出像元的灰度值。

重采样方法比较：

4、遥感数字图像增强：

（1）波段运算：

①加法运算

②差值运算

③乘法运算

④比值运算

★

（2）植被指数：

由多光谱数据，通过波段运算以突出遥感影像中的植被特征，提取植被类型或估算植被生物量，这种算法的结果称为植被指数（VI）。

常用植被指数：

（了解即可）

①差值植被指数DVI

②比值植被指数（RVI）

③归一化植被指数NDVI

④垂直植被指数（PVI）

⑤土壤调节植被指数SAVI

5、遥感图像分类：

★

（1）监督分类法：

选择具有代表性的典型实验区或训练区，用训练区中已知地面各类地物样本的光谱特性来“训练”计算机，获得识别各类地物的判别函数或模式，并以此对未知地区的像元进行分类处理，分别归入到已知的类别中。

（2）非监督分类法：

6、遥感影像的判读标志：

★①直接判读标志：

形状、大小、阴影、色调与颜色、纹理、图型、位置。

②间接判读标志