遥感总结.docx

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遥感总结

第一章：

1.遥感的定义

遥感是指对地观测，即从不同高度的工作平台上通过传感器，对地球表面目标的电磁波反射或辐射信息进行探测，并经信息的记录、传输、处理和解译分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。

2.遥感的分类

（1）按遥感平台分类：

地面遥感、航空遥感、航天遥感

（2）按工作方式：

主动式遥感、被动式遥感

（3）按工作波段：

紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多光谱和高光谱遥感

（4）按记录方式：

成像遥感、非成像遥感

（5）按遥感应用领域分类：

从大的研究领域：

外层空间遥感、大气遥感、陆地遥感、海洋遥感），从具体应用领域（城市遥感、环境遥感、农业遥感和林业遥感、地质遥感、气象遥感、军事遥感）

3.遥感技术系统的组成部分：

信息获取、信息记录与传输、信息处理、信息应用

第二章：

1.电磁波谱：

将电磁波按波长或频率递增或递减顺序排列

（1）紫外线：

10nm-0.38um

（2）可见光：

0.38-0.76um（紫0.38-0.43um蓝0.43-0.47um青0.47-0.5um绿0.5-0.56um黄0.56-0.59um橙0.59-0.62um红0.62-0.76um）

（3）红外波段：

0.76-1000um（近红外0.76-3um（识别植物类型，分析植物长势，监测植被的病虫害）中红外3-6um远红外6-15um超远红外15-1000um（热红外遥感主要使用3-15um的红外线，探测地下热源、火山、森林火灾、热岛效应）

（4）微波：

1mm-1m

2.辐射通量：

电磁辐射单位时间内通过某一表面的能量

辐射通量密度：

通过单位面积的辐射通量

辐射出射度：

单位面积发射出的辐射通量

辐射照度（辐照度）：

投射到单位面积上的辐射通量

3.绝对黑体：

如果一个物体对任何波长的电磁辐射都全部吸收而毫无反射和透射，则称这个物体为绝对黑体（黑体辐射与温度成正相关）

4.

（1）太阳辐射的特性：

1地球上的能源来源于太阳，太阳是被动遥感最主要的辐射源2在距离地球一个天文单位内，太阳辐射在大气上界处的垂直入射的辐射通量密度称为太阳常数3地球大气层以外的太阳光谱辐照度曲线为平滑的连续曲线

（2）地球辐射特性：

1地球上的能源来源于太阳的直射能量与天空漫入射的能量2被地表吸收的太阳辐射能，又重新被地表辐射

（3）比辐射率：

单位面积上地物发射的某一波长的辐射通量密度与同温度下黑体在同一波长上的辐射通量密度之比，又称发射率

6.电磁辐射能与地表的相互作用有三种基本物理过程：

反射、吸收和透射

（1）物体对电磁波的反射可表现的三种形式：

镜面反射：

当入射能量全部或几乎全部按相反方向反射，且反射角等于入射角

漫反射：

当入射能量在所有方向均匀反射，即入射能量以入射点为中心在整个半球空间内向四周各向同性反射能量的现象（即伯朗反射）

一个完全的漫反射体称为伯朗体

方向反射：

介于伯朗表面和镜面之间的，其反射方向各不相同，而具有明显的方向性，即在某些方向上反射最强烈的现象

7.光谱反射率：

地物在某波段的反射通量与该波段的入射通量之比

地物的反射波谱特性：

地物波谱反射率随波长变化而改变的特性

8.水体的反射主要在蓝绿光波段，在近红外、中红外有很强的吸收带

植物在绿光附近有一个反射波峰，两侧的蓝光和红光有两个吸收带

9.影像地物反射光谱特性的因素：

1太阳位置即太阳高度和方位角2传感器位置即观测角和方位角3不同的地理位置、太阳位置、地理景观、海拔高度大气透明度4地物本身性质的变异5时间的变化、季节的变化

10.大气对电磁辐射传输作用

大气对电磁辐射传输的作用过程的影响包括：

散射、吸收、反射、扰动、折射和偏振，对遥感数据，主要是散射和吸收

（1）大气吸收：

将电磁波辐射能量转换成分子的热运动，使能量减少，主要吸收水蒸气、二氧化碳和臭氧

电磁波辐射在大气传输中透过率较高的波段称为大气窗口

（2）大气散射：

电磁波在传播过程中遇到微粒而使传播方向发生改变，并向各个方向散开

瑞利散射：

引起散射的大气粒子直径远小于入射电磁波波长（蓝天）

米氏散射：

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约等于。

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无选择性散射：

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远大于。

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（云、雾）

（3）大气透过率：

电磁波在大气中传播时，因大气的吸收和散射作用，使强度减弱即被大气衰减，由此引起光线强度的衰减叫做消光

第三章：

1.传感器的组成：

收集器、探测器、处理器、记录与输出设备

2．传感器的分类：

（1）按工作方式：

主动式（合成孔径雷达、激光雷达）、被动式（摄影机、多光谱扫描仪）

（2）按记录方式：

成像类、非成像类

（3）成像方式：

摄影型（又分为画幅式、缝隙式、全景式）、扫描型（光机扫描仪、推帚式扫描仪）、微波式（真实孔径雷达、合成空径雷达）

（4）成像波段：

单波段、多波谱、高光谱、超光谱传感器

3．衡量传感器性能的主要指标

（1）空间分辨率：

遥感影像能区分的最小单元的尺寸或大小，是表征传感器分辨空间目标细节能力的指标

地面分辨率：

遥感影像能分辨的最小地面尺寸

（2）波谱分辨率：

传感器接收目标辐射的波谱时能区分的最小波段间隔，或一个成像波段的波长范围。

波段范围越窄，波长间隔越小，分辨率越高

（3）辐射分辨率：

传感器能区分的最小辐射量之差，取决于传感器能输出的地物电磁波辐射量的动态范围，及记录时将该动态范围量化为有效的灰度等级数。

范围越大，灰度级越多，分辨率越高

（4）时间分辨率：

对同一目标相邻两次探测的时间间隔，也称为重访周期（对动态监测意义重大）

（5）视场角（FOV）：

传感器对地扫描或成像的总角度，决定了一副图像对地面的覆盖范围。

视场角越大，覆盖范围越广

4.光机扫描仪的组成：

收集器、分光器、探测器、处理器和记录和输出装备。

5.侧视雷达的优点：

（1）微波能穿透云雾和雨，有全天候工作能力，适用于实时动态监测

（2）微波对地面有一定的穿透能力

（3）SAR（合成孔径雷达）图像不仅包含了地物对微波的反射或散射的强弱，还包含回波的相位信息，从而利用雷达干涉测量确定目标的高度

（4）SAR图像的地面距离分辨率与平台高度无关

6.合成孔径雷达（SAR）

（1）合成孔径的基本原理：

用一个小天线沿飞行方向作直线运动，在移动中相隔一段距离发射一束微波，并接受地面目标对该发射位置的回波信号

（2）SAR的方位向分辨率的特点：

1.与探测角无关2与探测波长无关3与平台高度无关4理论上天线孔径越小，方位向分辨率越高

（3）SAR的成像原理：

采用脉冲压缩技术和多普勒效应来实现成像的。

脉冲宽度越窄，探测能力越低，提高距离向分辨率，应采用宽带脉冲信号；方位向上由于雷达平台相对地面运动，天线接受频率必然不同于发射频率，这就是多普勒频移

7.成像光谱仪的技术性能参数

（1）光谱范围

（2）波段数（3）波段宽度（4）光谱分辨率（5）瞬时视场角（6）总视场角

第四章：

1.遥感平台分类

用于搭载传感器的工具统称为遥感平台

按平台高度可分为：

地面平台：

高度在100m以下，如三脚架、遥感塔、遥感车，主要用于近距离测量地物波谱和获取供试验研究用的地表参数信息，为航空和航天遥感定标、校正和信息提取提供基础数据

航空平台：

高度在100m-100km，如飞机、气球、气艇，用于区域性地质资源调查、军事侦察、环境与火灾监测、测绘

航天平台：

高度在240km以上，如航天飞机、人造卫星、空间站，用于全球环境资源调查、军事动态监测、地形图测制

2.遥感平台的姿态：

平台坐标系相对于地面坐标系的倾斜程度，用三角轴的旋转角度来表示

定义卫星质心为坐标原点，沿轨道前进的切线方向为x轴，垂直与轨道面的方向为y轴，垂直xy平面的为z轴；绕x轴的旋转角称滚动或侧滚；绕y轴的旋转角称俯仰；绕z轴旋转的姿态角称为偏航

3.卫星轨道的参数

（1）轨道倾角：

轨道面与地球赤道面的夹角

（2）升交点赤经：

卫星由南向北运行时与赤道平面相交处称为升交点

（3）近地点幅角：

地心与升交点连线和地心与近地点连线之间的夹角

（4）长半轴：

近地点与远地点连线长度的一半

（5）扁率：

椭圆轨道的两个焦点间距离之半与半长轴的比值

（6）近地点时刻：

卫星通过近地点的时间

卫星轨道的其他参数：

卫星运行速度、运行周期、卫星高度、每天绕地圈数、重复周期、轨道间隔

4.卫星轨道的类型

（1）地球同步轨道：

卫星运行周期与地球自转周期相同的轨道（用于气象和通信领域）

（2）太阳同步轨道：

指卫星轨道面与日地连线在黄道面内的夹角保持不变的轨道，多指对地观测卫星

第五章：

1.数字图像：

一个离散的数字矩阵或阵列，矩阵中的每个元素代表一个像元，其行号和列号代表像元的位置，其值的大小则代表对应地物的辐射电磁波的强弱

2.将图像由空间域变换为频率域，采用傅里叶变换来实现；由频率域变换为空间域，由傅里叶逆变换来实现。

3.数字图像的存储介质：

磁带、磁盘、光盘、半导体存储介质

4.数字图像的存储格式

（1）逐像元按波段次序（BIP）记录格式是逐像元将n个波段的灰度值按波段顺序排列在数据集中

（2）逐行按波段次序（BIL）记录格式的文件将每行像元的n个波段灰度值按顺序放置到数据文件中

（3）按波段次序（BSQ）记录格式是将每个波段全部像元放在一个单独的文件中

（4）其他文件格式：

HDF格式TIFF格式BMP格式JPEG格式

5.遥感图像特征

（1）空间分辨率：

图像上能区分的地面最小单元的尺寸和大小，或指传感器区分两个目标的最小角度或线性距离的度量

表示方法：

像元分辨率（单个像元对应地面面积的大小）、线对数、瞬时视场

（2）光谱分辨率：

遥感器所选用的波段数量的多少、各波段的波长位置，以及波长的时间间隔的大小

（3）辐射分辨率：

遥感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力，即探测器的灵敏度，一般用灰度的量化级数来表示

空间分辨率增大，辐射分辨率和光谱分辨率降低

（4）时间分辨率：

对同一目标相邻两次探测的时间间隔

6.数字图像的直方图

灰度值方图是灰度级的函数，表示图像中每个灰度级像元的个数，反映图像中每种灰度出现的频率

7.遥感数字图像的一元统计分析

（1）图像的灰度均值

（2）图像灰度的中值（3）图像灰度众数（4）图像灰度方差（5）图像灰度数值域（6）图像灰度值反差8.三原色是指红色、绿色、蓝色

描述色彩从三个方面的特性：

色调、明度、饱和度

9.遥感影像处理软件的基本功能

（1）图像文件管理

（2）图象显示（3）图像校正处理（4）图像查询与统计分析（5）图像增强（6）图像代数运算与变换处理（7）图像融合（8）图像信息提取（9）遥感专题图的制作（10）GIS集成分（11）集成的其他模块

第六章

1遥感图像的辐射校正

遥感图像的灰度不但与地物本身的反射或发射波谱的特性有关，还受到传感器的光谱响应特性、大气环境、光照条件、地形起伏等因素的影响，由此产生的偏差称为遥感图像的辐射误差。

误差来源：

（1）系统内部误差：

传感器本身的性能、结构造成，通过边缘消光、探测器的光敏特性校正

（2）随机性外部误差：

太阳高度角、地形坡度、大气辐射校正（吸收和散射影响）

2.遥感图像的几何校正

由于受传感器成像特性、遥感平台姿态变化、大气折射、地球曲率、地形起伏、地球自转等因素的影响，导致原始图像存在几何变形，而消除这些几何形变的过程称为遥感图像的几何校正

遥感图像的几何变形：

（1）传感器成像特性引起的几何畸变

（2）传感器姿态变化引起的几何形变（3）大气折射（4）地球曲率（5）地球自转

3.遥感图像的几何校正的方法：

直接法和间接法

假设校正前、校正后的图像坐标为（x、y）和（X、Y），间接法是以（X、Y）为基准，反求（x、y），并将该出的灰度值赋予（X、Y）；直接法是以（x、y）为基准，求出相应的（X、Y），将灰度值直接赋予（X、Y）

4.遥感图像的增强

目的：

改变图像的灰度等级，提高图像的对比度；消除边缘和噪声，平滑图像；突出边缘和线状地物，锐化图像；合成彩色图像；压缩图像数据量，突出主要信息

内容：

（1）彩色增强：

1假彩色增强：

把一幅黑白图像的不同灰度级按一定的函数关系转换成彩色，从而得到一副彩色图像；密度分割法2彩色合成：

由三个电子枪分别在屏幕上形成红、绿、蓝三个原色像而合成彩色图象3彩色变换：

一种由红、绿、蓝三原色构成的彩色空间；另一种由色调、亮度、饱和度构成

（2）直方图增强：

使图像的灰度范围拉开或使灰度分布均匀，使图像细节清晰，应进行直方图增强处理

1.直方图均衡化2.直方图正态化3.直方图匹配

（3）对比度增强：

直接改变图像像元的灰度值来改变图像像元的对比度，从而改善图像质量的处理方法；常用方法：

1灰度阈值2灰度分割3线性拉伸4非线性拉伸

（4）滤波增强：

1．空间滤波增强：

1）平滑滤波：

通过抑制图像的高频成分，达到消除图像中的各种噪音，平滑图像的目的

2）锐化：

增强图像的高频成分，突出图像的边缘信息，提高图像细节反差

2.频域滤波增强:

1）频率域平滑：

采用低通滤波器，保留图像的低频成分，取出高频噪声成分

低通滤波器：

理想低通滤波器、Butterworth低通滤波器、指数低通滤波器、梯形低通滤波器

2）频率域锐化：

突出图像的边缘和轮廓，可采用高通滤波器，保留高频成分，抑制低频区域

高通滤波器：

理想高通滤波器、Butterworth高通滤波器、指数高通滤波器、梯形高通滤波器

5.多光谱图像的波段运算

（1）减法运算：

边缘增强的作用

（2）加法运算：

加宽波段（3）乘法运算（4）除法运算：

压抑因地形坡度和方向引起的辐射量变化，消除地形起伏的影响，增强某些地物的反差（5）混合运算：

1比值植被运算指数：

图像中红外波段与红波段的比值RVI=NIR/R2差值植被指数DVI=NIR-R3归一化植被指数NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）

6.遥感图像的空间配准：

两幅图像同名像素在空间位置上最佳匹配、套合的过程，也是消除多源数据之间坐标误差的过程；需要配准的图像为源图像，对其进行校正的步骤：

1特征选择2特征匹配3空间变换4重采样

7.融合方法

（1）基于HIS变换的图像融合：

实现RGB表色系统与HIS显色系统之间的转换，必须建立RGB和HIS空间之间的关系模型，其转换处理过程称之为HIS变换；HIS正变换（RGB到HIS）、HIS逆变换（HIS到RGB）

利用HIS变换可以实现不同空间分辨率的遥感图像之间的几何信息融合。

（1）PCA变换融合方法（主成分变换）：

把图像中的大部分信息用少数的波段表示出来，从而降低光谱维数，K-L变换

（2）缨帽变换（K-T变换）：

与植物生长过程和土壤有关，帮助解译分析农业特征

（3）加权融合法（5）比值融合法（6）Brovey变换融合

第七章：

1.图像解译：

通过人眼对遥感图像的观察和研究，识别或推断相应地面目标属性的工作

解译标志：

（1）形状：

地物的外部轮廓在图像上所反映的影像形状

（2）大小：

物体反映在图像上的尺寸

（3）色调和色彩：

1色调：

地物在黑白图像上表现出的不同灰度层次2色彩：

物体在彩色相片上呈现出来的颜色，取决于反射特性和感光介质

（4）阴影：

受高出地面物体的遮挡，从而使电磁波不能直接照射到的地段或地物热辐射不能到达传感器的地段在图像上形成的深色调影像。

（5）纹理：

细小物体在图像上有规律的重复出现所形成的花纹图案影像，主要区分大面积集团目标

（6）位置局部地物的环境位置及地物的空间位置配置关系上的反映

（7）目标活动

2.目视解译的基本过程：

（1）明确解译目的

（2）了解解译图像的基本特性（3）了解解译区概况（4）预解译（5）图像解译的事实与验收

第八章：

1.光谱特征的提取

（1）地物光谱特征：

包括地物反射和发射光谱特征，是地物电磁波辐射特性的反映

（2）光谱特征的提取是为了找出能反应目标属性或地物差别的光谱信息，如最佳波段的选取、光谱维数压缩、植被指数运算

2.空间特征提取

（1）空间特征是指目标的物的形状、大小，或者边缘、空间构造等几何特征

（2）提取途径：

一是以图像像元作为跟踪的落脚点，跟踪点的连线作为地物界限，二是地物的界限在相邻地物之间，跟踪路径从相邻地物边界像元的中间穿过

3.监督分类：

如果已知样本区类别的信息，对非样本数据进行分类的方法

优点：

1可根据应用目的和区域，有选择地决定分类类别，避免出现一些不必要的类别2控制训练样本选择，检查训练样本的精度，从而避免分类中的严重错误3避免非监督分类中对光谱集群组的重新归类

缺点：

1确定分类系统和选择训练样本，人为主观因素较强2选择的训练样本可能不具有很好的代表性3选练样本的选择和评价要花费大量的人力和时间4只能识别样本中定义的类别

4.非监督分类：

人们事先对分类过程不施加任何的先验知识，而仅凭地物光谱特征的分布规律进行分类

（1）K-均值聚类法：

使每一聚类中，多模式点到该类别中心距离平方和为最小，其思想是通过迭代，逐次移动各类中心，直到得到最好的聚类结果

（2）优点：

1不需要预先对所要分类的区域有广泛的了解和熟悉2只需要定义几个预先参数，大大减少人为误差，产生的类别更均质3独特的、覆盖量最小的类别均能被识别

缺点：

1分类结果并不一定是人们想要的类别2很难对产生的类别进行控制，产生的类别不一定让分析者满意3图像中各类别的光谱特征会随时间、地形等变化，不同图像之间无法保持连续性，从而使得不同图像之间的对比变得困难。