遥感基础学习知识原理与应用知识点.docx

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遥感基础学习知识原理与应用知识点

第一章

1、遥感的定义：

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

2、广义的遥感：

在不直接接触的情况下，对目标物或自然现象远距离感知的一种探测技术。

3、狭义的遥感：

指在高空和外层空间的各种平台上，应用各种传感器（摄影仪、扫描仪和雷达等）获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体形状、大小、位置、性质以及环境的相互关系。

4、探测依据：

目标物与电磁波的相互作用，构成了目标物的电磁波特性。

（信息被探测的依据）传感器能收集地表信息，因为地表任何物体表面都辐射电磁波，同时也反射入照的电磁波。

地表任何物体表面，随其材料、结构、物理/化学特性，呈现自己的波谱辐射亮度。

5、遥感的特点：

1）手段多，获取的信息量大。

波段的延长（可见光、红外、微波）使对地球的观测走向了全天候全天时。

2）宏观性，综合性。

覆盖范围大，信息丰富，一景TM影像185×185km2，可见的，潜在的各类地表景观信息。

3）时间周期短。

重复探测，有利于进行动态分析

6、遥感数据处理过程

7、遥感系统：

1）被探测目标携带信息

2）电磁波辐射信息的获取

3）信息的传输和记录

4）信息的处理和应用

第三章

1、电磁波的概念：

在真空或物质中电场和磁场的相互振荡以及振动而进行传输的能量波。

2、电磁波特征（特征及体现）：

1）波动性：

电磁辐射以波动的形式在空间中传播

2）粒子性：

以电磁波形式传播出去的能量为辐射能，其传播也表现为光子组成的粒子流的运动

紫外线、X射线、γ射线——粒子性

可见光、红外线——波动性、粒子性

微波、无线电波——波动性

3、叠加原理：

当空间同时存在由两个或两个以上的波源产生的波时，每个波并不因其他的波的存在而改变其传播规律，仍保持原有的频率（或波长）和振动方向，按照自己的传播方向继续前进，而空间相遇的点的振动的物理量，则等于各个独立波在该点激起的振动的物理量之和。

4、相干性与非相干性：

由叠加原理可知，当两列频率、振动方向相同，相位相同或相位差恒定的电磁波叠加时，在空间会出现某些地方的振动始终加强，另一些地方的振动始终减弱或完全抵消，这种现象叫电磁波的相干性。

没有固定相位关系的两列电磁波叠加时，没有一定的规律可循，这种现象叫电磁波的非相干性

5、辐射能量（W）单位：

J，电磁辐射的能量

6、立体角（Ω）单位：

sr,一个半径为r的球面，从球心向球面做任何形状的锥面，锥面与球面相交的面积与半径平方之比即为立体角。

用来描述辐射亮度的方向性，通常用极坐标下的天顶角和方位角来表示

7、辐射出射度（M）：

单位：

W/m2，辐射源物体表面单位面积的辐射通量

8、气溶胶：

悬浮于地球大气之中具有一定稳定性的沉降速度小的，尺寸在100nm～10μm的液态及固态粒子

9、颗粒大气散射的影响：

1）大气散射的原因：

电磁波与物质相互作用后，电磁波偏离原来的传播方向的一种现象。

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。

2）大气散射的类型：

瑞利散射：

微粒直径小于辐射波长时的散射。

米氏散射：

微粒直径与辐射波长差不多时的散射

非选择性散射：

微粒直径比辐射波长大的多时的散射

10、反射：

1）镜面反射：

光滑物体表面物体的反射满足反射定律，入射波和反射波在同一平面内，入射角与反射角相等

2）漫反射：

非常粗糙的表面。

当入射辐照度一定时，从任何角度观察反射面，其反射辐照亮度是一个常数，这种反射面又称为朗伯面

3）实际物体反射：

介于镜面和朗伯面之间的一种反射，自然界中绝大多数地物都属于这种类型。

11、环境对光谱特征的影响因素：

1）地物的物理性状：

表面颜色、粗糙度、风化状况及含水量情况等。

2）光源的辐射强度：

同一地物的反射光谱强度，由于他所处的纬度和海拔高度不同有所差异

3）季节：

同一地物，在同一地点的反射光谱和强度，由于季节不同而有差异。

4）探测时间在：

进行定位地物光谱测量中，必须考虑时间要素，以避免由于光照几何条件的改变而产生差异。

5）气象条件：

同一地物在不同天气条件下，其反射光谱曲线也不同

典型地物波谱特征水植被土壤，给波段范围在哪一波段上

大气衰减的类型

大气衰减产生的条件

大气吸收

第四章

1、三种成像原理：

1）摄影成像是通过成像设备获取物体影像的技术

2）扫描成像是依靠探测原件和扫描镜片对目标地物进行以瞬时视场为单位的逐点逐行扫描，进而得到目标地物的电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像

3）微波遥感是通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，进而识别地物并反演其属性。

2、摄影成像类型（垂直侧斜）：

1）垂直摄影：

摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在三3º以内，航空摄影测量及制图大部分都是垂直摄影

2）倾斜摄影：

摄影机主光轴偏离垂线大于3º，取得的像片称为倾斜像片，全景摄影成像除镜头垂直飞行器下方航带的中心线，其余状态均为倾斜摄影。

3、摄影机类型（分幅式全景式）

4、三种扫描成像方式：

光/机扫描成像，固体自扫描成像，高光谱扫描成像。

5、遥感图像基本特征：

空间——可从多维空间，特别是从宏观上将地球、各圈层作为整体进行观测研究。

空间分辨率代表地面范围的大小，也就是扫描仪的瞬间视场，即遥感图像上能够分辨的最小单元

时间——可完整、系统的研究各地物在时间序列和时间过程上的变化。

时间分辨率代表对同一地物进行反复遥感采样的时间间隔。

光谱——可大大增加波谱范围，更进一步扩展对电磁波的利用效率并提高识别能力。

光谱分辨率代表传感器能够分辨的最小光谱距离，间隔越小，分辨率越高。

6、图像分辨率：

光谱分辨率

极化分辨率

角度分辨率

第五章

1、颜色三要素（红绿蓝）

2、颜色的性质：

明度：

能量辐射亮度的体现。

色调：

不同波长的组合。

饱和度：

彩色的纯洁程度——波段窄——单色光

3、三个颜色模型表达方式：

RGB模型（红、绿、蓝）图像

CMYK模型（青、品、黄、黑）减色法

HLS模型（色调、颜色、饱和度）

4、预处理流程：

辐射校正——》大气校正——》几何校正——》配置——》镶嵌

5、辐射畸变：

辐射校正：

消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出辐射能量中的各种噪声。

体现：

随机坏像元问题、行或列缺失、行或列部分缺失

校正过程

6、几何畸变 ：

体现：

位移、旋转、缩放、弯曲

校正过程：

准备工作——》输入原始图像数据——》建立纠正变化函数——》确定数据输出范围——》逐个像素的几何位置变换——》像素亮度值重采样——》输出纠正后的图像。

选点规则：

均匀分布，特征明显，数量足够，误差控制在一像元以内。

地物交叉点；对角线选取—棋盘式加密；蛇形加密（山区）

7、影像配准：

是将统一地区不同特性的相关遥感影像（如传感器不同、获取时间不同、波段不同、空间分辨率不同等）在几何上进行互相匹配，从而实现影像与影像之间，地理坐标及像元空间分辨率的统一。

相对配准：

选择某一卫星遥感数据作为参考图像，将其它卫星数据与之配准（图像-图像）

绝对配准：

将所有图像分别校正在地图坐标系下（图像-地形图；图像-实际精度测量点）

8、镶嵌方案：

（先镶嵌再校正）相邻图像重叠区选择控制点——》相对配准——》相邻图像镶嵌——》工作区所有图像镶嵌——》选取控制点——》镶嵌图几何精校正——》生成带地理坐标的镶嵌图

省时省力，一般用于重叠度较大，相对几何精度较高的图像镶嵌工作，平原地图遥感影像。

（先校正再镶嵌）各景影像分别进行几何精校正——》带地图坐标的镶嵌图。

对相邻图像的重叠度要求不高，避免局部地区精度不高对整体精度造成的影响，一般适用于山区遥感影像镶嵌。

9、对比度变换（对图进行识别）通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改变图像质量的图像处理方式

10、线性非线性：

为了改善图像的对比度，必须改变图像像元的亮度值，而且这种改变需符合一定的数学规律，即在运算过程中有一个变换函数。

线性变换变化函数是线性的或分段线性的。

非线性变换变化函数是非线性的。

 如对数变换和指数变换。

对数变换主要用于增强暗部分指数变换，主要用于增强亮部分。

11、直方图均衡化（幂指对）：

为了增强对比度改善目视效果，有时也用拉伸扩展中区压缩两头的方法，也就是产生一幅灰度值，均匀的图像，直方图均衡，就是把已知灰度概率分布的图像，经过一种变换，使之演变成一幅具有均匀灰度概率分布的新图像。

12、彩色变换：

将红、绿、蓝图像变换到一个特定的彩色空间，并且能够从所选彩色空间变换回RGB。

两次变换之间，通过对比度拉伸，可以生成一个色彩增强的彩色合成影像。

HLS：

色调、亮度、饱和度

HSV：

色调、饱和度、颜色亮度值。

13、HLS变换概念：

H:

用角度表示，反应该颜色最接近什么样的光谱波长，0º红色，120º绿色，240º蓝色。

L：

表示光照强度或亮度，确定像素的整体亮度，最亮值为1。

S：

表示饱和度，饱和度参数用从色环的原点到彩色点的半径长度表示。

在环的周围是饱和的颜色，其值为1，在中心是中性影调，其饱和度为0。

14、多光谱变换概念：

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的目的。

其变化本质，对遥感图像实行线性变换，使多光谱空间的坐标系按一定规律进行旋转。

15、主成分分析（K-L变换）特点：

主分量空间与多光谱空间坐标系旋转了一个角度，

新坐标系的坐标轴一定指向数据信息量较大的方向，

第一主分量集中了最大的信息量，常常占80%以上，后面的分量的信息量依次递减，

最后的几个分量几乎全是噪声，这所以这种变换又可分离出噪声。

16、主成分分析（K-L变换）目的：

1）数据压缩。

进行K-L变换后，TM数据前三个分量，已包含绝大多数的地物信息，足够分析使用，数据量可减少到43%，另外还可作为分类前的特征选择。

2）图像增强。

前几个分量信噪比大，噪声相对小，因此突出了主要信息，达到增强图像的目的。

17、穗帽变换概念：

（K-T变换）指在多维光谱空间中，通过线性变换、多维空间的旋转，将植物、土壤信息投影到多维空间的一个平面上，在这个平面上使植被生长状况的时间轨迹（光谱图形）和土壤亮度轴相互垂直

目的：

通过坐标变换是植物与植被的光谱特征分离。

特点：

分量（四个）：

18、图像运算：

两幅或多幅单波段图像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增强，达到提取某种某些信息或去掉某些不必要信息的目的。

差值运算用途：

土地利用变化监测，海岸线变化，边缘增强

比值运算用途：

用于突出遥感影像中植被特征、提取植被类别和估算植被生物量——植被指数，去除地形影响，增强隐伏信息、微小变化信息等。

19、空间滤波概念：

对图像的某些特征，如边缘、轮廓、对比度进行强调或尖锐化，以便于显示、观察或进一步的分析与处理。

是增强图像数据中的相关信息，它将增加所选择特征的动态范围，从而使这些特征检测或识别更加容易。

20、均值滤波：

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，已达到去掉尖锐“噪声”和平滑图象的目的。

21、中值滤波：

将每个像元在以其为中心的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”和平滑图象的目的，具体计算方法与模板卷积方法，类似。

22、图像锐化：

1）图像锐化的目的是增强图像中景物的边缘或轮廓

2）边缘和轮廓通常位于灰度突变或不连续的地方，具有一阶微分最大值和二阶微分为零的特点

3）边缘检测算子具有各向同性（对于各向异性的算子，与检测算子方向相同的边缘和轮廓不能被检测）

22、卷积运算：

选定一卷积函数，在空间域上对图像做局部检测的运算，以实现平滑和锐化的目的。

23、融合：

概念：

将同一区域的多源遥感图像，按统一的坐标系统，通过空间配准和内容复合，生成一幅比单一信息源更准确、更安全、更可靠的新图像的技术方法。

目的：

一方面可有针对性地去除无用信息，消除冗余，大幅度减少数据处理量，提高数据处理的效率；另一方面又能将海量多源数据中的有用信息集中起来，融合在一起，便于各种信息特征互补，发挥各自优势获得更多的有用信息，减少识别目标的模糊性和不准确性，从而为快捷、准确地识别和提取信息奠定基础。

过程：

结果及评价指标：

通过目视判读可比较和分析评判融合图像的质量，多种遥感图像数据融合，因涉及到不同数据源，其数据获取方式、图像融合方法不同，最终的融合效果可以差异很大，因而需要对融合效果进行定量评价。

一般通过多种数学方法，来评判融合图像的质量

数理统计分析方法——均值、标准差、熵、联合熵、相关系数、平均梯度、偏差指数。

如

用“熵与联合熵”来评定其信息量的大小

用“梯度和平均梯度”来判定融合图像的清晰度，

用“图像偏移、逼真度、影像的方差和相关等”来评定融合图像的质量。

23、目视解译：

概念：

专业人员通过直接观察或借助辅助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程

24、计算机解译：

概念：

以计算机系统为支撑环境，利用模式识别技术与人工智能技术相结合，根据遥感图像中目标地物的各种影像特征，结合专家知识库中目标地物的解译经验和成像规律等知识进行分析和推理，实现对遥感图像的理解完成对遥感图像的解译。

25、图像分类原理：

分类基本原理：

同类的物具有相同或相似的光谱特征，不同的物具有不同的光谱特征。

遥感图像分类：

每个像素按照亮度接近程度给出现对应类别，以达到大致区分遥感图像中多种地物的目的。

分类方法过程

26、非监督分类：

在没有验类别作为样本的条件下，根据像元间相似度大小进行计算机自动判别归类，无需人为干预，分类后需确定地面类别。

优缺点：

主要优点，无需对分类区域有广泛的了解，仅需一定的知识来解释分类出的集群组；人为误差的机会减少，需输入的初始参数较少，（往往仅需给出所要分出的集群数量、计算迭代次数，分类误差的阈值）；可以形成范围很小，但具有独特光谱特征的集群。

主要缺点，对其结果需进行大量的分析及后处理，才能得到可靠的分类结果；分类出的集群与地类间，或对应或不对应，加上普遍存在的同物异谱和异物同谱现象，使集群组与类别匹配难度大。

27、监督分类：

首先选取有代表性的训练区作为样本，通过选择特征参数（如像元亮度均值、方差等）确定判别函数，据此进行分类。

优缺点：

主要优点：

可充份利用分类地区的先验知识，预先确定分类的类别；可控制训练样本的选择，并可通过反复检验训练样本，以提高分类精度（避免分类中的严重错误）；可避免非监督分类中对光谱集群组重新归类

主要缺点：

人为主观因素较强；训练样本的选取和评估需花费较多的人力，时间；只能识别训练样本中所定义的类别，对于因训练者不知或因数量太少未被定义的类别，监督分类不能识别，从而影响分类结果。

密度分割概念

真彩色概念

假彩色概念

波段配比

321432453742743TM波段

图像特点色彩技术数字运算图像变换

镶嵌配准

第六章

1、红外遥感：

概念：

是指传感器工作波段位于红外波段范围（0.76到1000um）之内的，通过探测目标反射或辐射红外能量获取目标有关信息的遥感手段，以确定地面物体性质、状态和变化规律。

2、热红外遥感构成：

（分类波段构成）波段介于0.76-2.5um之间的红外遥感称之为近红外遥感。

波段介于2.56-6.0um之间的红外遥感称之为中红外遥感。

波段介于6.0um-1mm之间的红外遥感称之为远（或热）红外遥感。

3、热红外特点：

近红外遥感：

近红外波段上，传感器接收到的主要是地表反射太阳光的能量

中红外遥感：

白天的遥感信号中既包含有目标自身的辐射，又包含有目标对太阳中红外辐射的反射辐射，两者数量级相当，而清除太阳辐射的干扰又非常困难。

夜间遥感信号为地表本身的热辐射。

中红外遥感对高温物体敏感，但对常温目标的灵敏度不如热红外遥感。

某些地物在某些波段的中红外辐射具有穿透性。

热红外遥感：

传感器接收地表自身热辐射。

热红外遥感的大气影响更为复杂，他的大气效应除了有大气吸收、散射外还有大气自身的发射。

热红外信息，除受大气干扰外，还受地表状况与环境条件的影响。

地物本身的热过程是复杂的。

温度与比辐射率的分离非常困难。

热红外遥感图像的混合像元（非同温像元）问题突出。

4、温度的概念：

1）分子运动温度：

分子运动温度为动力学温度，又称为真实温度。

它是物质内部分子的平均热能，是组成物体的分子平均传递能量的内部体现形式。

2）辐射温度：

又称为表征温度。

物体的辐射能量是物体能量状态的一种外部表现形式。

并可用热传感器来探测

3）亮度温度：

当一个物体的辐射亮度与某一黑体的辐射亮度相等时，该黑体的物理温度就被称为该物体的“亮度温度”。

通常用Tb来表示。

5、三个温度指标：

地表温度：

地面表层的温度，在不同地表不相同。

在裸地，是地表层的温度，水面则是水表面温度，在植被则是叶冠温度，

气温：

一般而言是距离地面1.5-2m左右的空气湿度，

土壤温度：

不同深度的土壤温度。

一般指20cm平均温度。

6、热容量与比热：

是物质储存热能力的量度，随温度变化的。

热容量是指在一定条件下，如定压和定容条件下，物体温度升高1℃（或1K）所需要吸收的热量，单位为卡/度。

对于一定物质而言，热容量与质量成正比。

因此，单位质量的热容量，叫做比热。

热惯量：

是一种综合指标，是量度物质热堕性大小的物理量，热惯量大，昼夜温差小，表面温度均一

城市热岛效应（概念四大类型）

第七章

合成孔径雷达应用

高度计应用

散射计应用

被动辐射计应用

第八章

1、生态系统概念：

生态系统是指生物群落与其生境相互联系，相互作用，彼此间不断地进行物质循环，能量流动和信息联系的统一体，简言之，生态系统就是生物群落和非生物环境的总和。

2、NDVI概念：

归一化差值植被指数，近红外波段与可见光红波段数值之差和这两个波段数值之和的比值

3、SAVI概念：

土壤调节植被指数，Huete（1988）基于NDVI和大量观测数据提出土壤调节植被指数用以减小土壤背景影响

4、EVI概念：

增强植被指数，通过加入蓝色波段以增强植被信号，矫正土壤背景和气溶胶散射的影响。

EVI常用于LAI值高，即植被茂密区。

典型光谱特征

第九章

卫星的组合，

传感器

数据特征，

卫星用途应用

波段应用，

水色遥感及其他形式测量及传感器

海温遥感测量及传感器

风场测量及传感器

盐场测量及传感器

海岸线测量及传感器