《遥感原理与应用》考试重点复习版.docx

1、遥感原理与应用考试重点复习版第一章遥感的定义广义：遥感指是在不直接接触的情况下，对目标物和自然现象远距离感知的一种探测技术。狭义：是指在高空和外层空间的各种平台上运用各种传感器（如摄影仪、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的形状、大小、位置、性质及其环境的相互关系的一门现代应用技术。遥感特点：宏观性，综合性（覆盖范围大）；多波段性；多时相性（重复探测，有利于进行动态分析）按探测电磁波的工作波段分（既是研究对象）：光学遥感；热红外遥感；微波遥感研究内容：波谱特性、空间特性、时间特性，遥感信息及地学规律应用领域：资源调查方面、环境监测评价、区域分析规划、全球

2、性宏观研究电磁波谱：将各种电磁波按其在真空中的波长长短，依次排列制成的图表。（可见光0.4-0.76um，热红外波段 ：814m微波：1mm1m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。它是选择遥感工作波段的重要依据。地物反射率大小的影响因素（3点）：波长（），入射角（），地表颜色与粗糙程度（）地物反射率：地物对某一波段的反射能量与入射能量值比地物反射光谱曲线（掌握定义）：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。遥感影像之所以出现不同的色调和灰度跟地物的波谱反射特性有关。1)不同地物在不同波段反射率存在差异：

3、雪、 沙漠、湿地、小麦的光谱曲线 2)同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害 3)地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。 水、植被、土壤三种地物的反射光谱曲线的绘制及其描述. 植被的波谱特征可见光有个小的反射峰值位置在0.55um，两侧0.45um，0.67um有两个吸收带。这是由于叶绿素对蓝光红光的吸收作用强，对绿光的反射作用强。近红外0.7-0.8um有一个反射“陡坡”，峰值在1.1um左右。影响植被波谱特征的主要因素v 植物类型 植物生长季节 病虫害影响等 土壤的波谱特征v 自然状态下土壤表面的反射曲线呈比较平滑的特征，没有明显的反射峰和吸收谷，随着波长的增大而

4、升高。（在可见光和近红外波段明显，土壤对所有入射能均吸收或反射，无透射）v 在干燥条件下，土壤的波谱特征主要与成土矿物（原生矿物和此生矿物）和土壤有机质有关。v 干燥的土壤与湿润的土壤的反射率大小比较：干燥的土壤的反射率大。 水体的波谱特征v 纯净水体的反射主要在可见光中的蓝绿光波段，其他波段吸收率强。近红外波段吸收更强，在近红外影像上，水体呈黑色。干燥的土壤与湿润的土壤的反射率大小比较：干燥的土壤的反射率大。水中其它物质对波谱特征的影响v 水中含有泥沙，在可见光波段的反射率会增加，峰值出现在黄红区。v 水中含有水生植物叶绿素时，近红外波段反射率明显抬高。第二章遥感系统主要由遥感平台、遥感器、

5、遥感地面站组成。遥感平台：在遥感中搭载遥感仪器的工具称为遥感平台（载体）。传感器：在遥感中，收集、记录和传达遥感信息的装置称为传感器（遥感器）。按遥感工作平台分为：地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和气球。航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、空间轨道站、航天飞机）遥感平台选择的依据：根据不同的地面分辨率选择不同的遥感平台。根据不同的应用目的选择不同的遥感平台传感器：在遥感中，收集、记录和传达遥感信息的装置称为传感器（遥感器）。各种光学、无线电一起，如扫描仪、雷达、摄影机、摄像机、辐射计等。传感器的性能制约着

6、整个遥感技术的能力，传感器的性能（遥感图像的特征表现参数）靠时间、空间、光谱、辐射分辨率来衡量。空间分辨率：（Spatial resolution）一个像元所对应的的地面范围的大小。光谱分辨率：（Spectral Resolution）遥感所能记录的电磁反射波谱中某一特定的波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高。传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值。辐射分辨率（ Radiometric Resolution ）：指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。图像的时间分辨率（Temporal Resolution）时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔，即采

7、样的时间频率，也称重访周期。时间分辨率对动态监测很重要。传感器分类 （问题如：辐射计按照资料记录的方式属于哪种传感器？答：非成像） 每种分类下前两个传感器一定要记住分类的归属1.按工作方式：主动式：测试雷达，激光雷达，微波散射计等被动式：摄影机，多波段扫描仪，微波辐射计，红外辐射计2按记录方式：成像：摄影机，扫描仪非成像：辐射计，雷达高度计，散射计，激光高度计3结构方式：摄影类型：面辐式摄影机、全景式摄影机扫描成像类型：多光谱扫描仪，电视摄像机，红外扫描仪微波成像类型：测试雷达，微波辐射仪传感器组成：地物电磁波辐射收集器探测器处理器输出器 陆地卫星Landsat，1972年发射第一颗，已连续3

8、6年为人类提供陆地卫星图像，共发射了7颗，产品主要有MSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。 Landsat上搭载的传感器有5个：1 多光谱扫描仪（Multispectral Scanner,MSS）2 专题制图仪（Thematic Mapper,TM） 30m3 增强型专题制图仪(ETM) 4 再增强型专题制图仪(ETM+) Landsat 7搭载，全色波段空间分辨率15m.5 反束光导摄像机（RBV） Landsat系列卫星的运行特点：中等高度，近圆形，近极地，太阳同步，可重复轨道光谱段波长功能10.450.52蓝绿谱段 绘制水系图和森林图，识别土壤和常绿、落叶植被 20.520.

9、60绿谱段 探测健康植物绿色反射率和反映水下特征 30.630.69红谱段 测量植物叶绿素吸收率，进行植被分类 40.760.90近红外谱段 用于生物量和作物长势的测定 51.551.75近红外谱段 土壤水分和地质研究，以及从云中间区分出雪 610.412.5热红外谱段 植物受热强度和其它热图测量 72.082.35近红外谱段 用于城市土地利用，岩石光谱反射及地质探矿 表格 1 TM数据的波谱段Landsat-7增加了15m全色波段，TM6热红外波段分辨率提高到了60mSpot系列Spot-5上搭载有3种成像装置，spot高分辨率几何装置（HRG）和植被探测器（VEGETATION）外，高分辨

10、率立体成像（HGS）装置，目前国际上最优秀的对地观测卫星之一。全色波段与多光谱波段分辨率不一样。 空间分辨率最高2.5m.MODIS卫星：中分辨率成像光谱仪，有36个光谱通道，（空间）地面分辨率为250m、500m、1000m.扫描宽2330km，是当前世界上新一代“图谱”。时间分辨率1/4。（1/4天）。Quickbird 分辨率：0.61m（全色波段），2.5m（多光谱波段）有4个多光谱波段（蓝、绿、红、近红外）第三章像元基本属性：灰度和位置。f(x,y)=y灰度灰度变化辐射校正 位置校正几何校正图像数字化过程的两个步骤：采样（空间坐标的数字化）和量化（图像灰度的数字化）注意：无论是坐标还

11、是灰度都应是一个整数集合（一幅图像可以被看成是空间各个坐标点上强度的集合）图像的形式化定义f(x,y) 二维f(x,y,z) 三维f(x,y,z,) 彩色活动立体图像f(x,y,z,t) 电视I= f(x,y,t)参数的含义要知道：X,y,z为空间坐标,为波长,t为时间，I是图像点的光强度。静止图像：I= f(x,y,z,)、平面图像：I= f(x,y,t)、单色图像：I= f(x,y)PS：如果问：I= f(x,y,z,)表示什么图像，要知道是静止图像。图像表示方法1、数学表示：矩阵和数组2计算机表示：图像描述信息一般以结构或者类来描述。（包括高、宽）图像数据图像的像素:像素是图片大小的基本

12、单位,图像的像素大小是指位图在高和宽两个方向的像素数;1.邻域：4-邻域，8-邻域4-邻域距离计算公式：D4（p，q）=|x-s|+|y-t|(p点坐标x，y点坐标s，t)8-邻域距离计算公式：D8（p，q）=max|x-s|，|y-t|2.距离：欧几里得距离公式：图像格式：JPG,BMP,TIFF,JIFF存储介质：磁带、磁盘、光盘2、存储格式：BSQ方式/BIL方式/BIP方式（遥感图像与普通图像最大区别：多波段）v BSQ方式：按波段顺序存储（像元号顺序），行号顺序，波段顺序 v BIL方式：按行存储 （像元号顺序），波段顺序，行号顺序v BIP方式：按像素存储 （波段顺序），像元号顺序

13、，行号顺序数据源及分类1.多光谱定义：（定义为2波段数TM5TM3，先说反射率谁高谁低，因为是543按红绿蓝合成所以红绿蓝色光的比例大小（比较一下）按彩色合成原理，当比例相等时产生消色，所以最后合成的植被是绿色。2请阐述假彩色增强，真彩色合成，伪彩色密度分割的区别与联系。答：1.三者的定义不同：1) 真彩色合成：从多波段图像中选择其中三幅影响在显示屏上合成一幅图像（三合一），该三幅影像的波段范围与自然界中的红绿蓝光的波长范围大致相同。2) 假彩色合成：将一幅自然彩色图像或者是同一景物的多光谱图像通过映射函数变换成新的三基色分量进行彩色合成，使增强图像中各目标呈现出与原图像中不同的彩色。3) 伪

14、彩色增强：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。2.真彩色合成和假彩色合成都是三合一，只是合成影像所用的波段不同或者相同波段但是组合次序不同而形成的影像，伪彩色增强是将单波段影像，通过独立的数学变换产生三个分量而合成伪彩色增强影像。3.和自然界色调相一致的是真彩色，不一致的是假彩色和伪彩色。3信息量，灰度阈值计算方法：pi为灰度级出现的概率最佳假彩色合成变量的选择方法：1.信息量分析：选用信息量最大的波段 2.影像灰度阈值分析：取影像灰度阈值最大的波段 3.波段间的相关系数分析：选择相关系数小的波段 4.最佳波段组合指数法 5.方差-协方差矩阵特征值6.主

15、成分分析 7.多维亮度重叠指数法平滑（去噪）：为了抑制噪声改善图像质量所进行的处理，就称为平滑。平滑可在空间域和频率域中进行。1）邻域平均值法2）中值滤波都属于空间域平滑（掌握2种方法的计算）1）领域平均值法（4邻域/8邻域）（是否考虑中心像元）2）中值滤波：一种非线性的平滑方法。对一个滑动窗口内的像元灰度值排序，用其居于中间位置的值代替窗口中心像元的位置。中间值的取法：当排序总数为偶数，去中间两个值求平均值中值滤波的作用：1）可除去孤立噪声,改善图像质量2）对脉冲很有效图像的空间域锐化： Roberts算子Sobel算子（模板）Sobel算子：Robert算子：计算：IMAGE Add BA

16、CK的计算 如IMAGE Add BACK=20%时，输出的结果影像图像锐化：就是增强图像的边缘，使图像轮廓分明，从而改善图像的质量。图像的锐化可在空间域和频率域中进行。锐化使得边缘棱角分明，但会带入部分噪声。频率域图像锐化：1.理想高通滤波器2.Butterworth高通滤波器3.指数滤波器4.梯度滤波器多光谱图像的四则运算，加减乘除的作用(很重要)加法：去除“叠加性”噪音 生成图像叠加效果减法：去除不需要的叠加性图案；检测同一场景两幅图像之间的变化；计算物体边界的梯度乘法：加宽波段的范围，该处理在影像的宽度值的缩、扩改及回归运算中应用广泛； 用二值蒙板图像与原图像作乘法，有利于图像局部显示

17、。除法：非线性夸大不同地物间的反差；消除或减弱地形阴影、云影的影响；压抑地形坡度和方向引起的辐射量变化，增强土壤、植被和水之间的差别。图像融合（新加重点）：图像融合是指将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系中，生成新的图像的过程。图像融合的目标：提高图像的空间分辨率、改善分类、多时像图像融合用于变化检测。图像融合的方法：1.像素级图像融合2.特征级图像融合3.决策级图像融合（选择）1. 像素级图像融合：是将源图像或者源图像的变换图像中的对应像素进行融合，从而获得一幅新的图像2. 特征级图像融合：首先对来自传感器的原始信息进行特征提取，产生特征矢量，然后对特征矢量进行融合处理。3. 决

18、策级图像融合：属于最高层次的融合，包含了检测、分类、识别和融合。它首先对每个数据进行属性说明，然后将其结果加以融合，得到目标或环境的融合属性说明，其结果为指挥控制决策提供依据。三者的比较：像素级图像融合方法虽然是最难的，但也是最重要、最基本的图像融合方法，信息损失最小，分类性能最好三者的比较像素级融合特征级融合决策级融合通信量最大中等最小信息损失最小中等最大容错性最差中等最好对传感器的依赖性最大中等最小融合方法最难中等最易预处理最小中等最大分类性能最好中等最差抗干扰性最差中等最好系统开放性最差中等最好像素级融合的技术路线 HIS变换合成原理（图）简答：就一种图像融合的方法进行阐述基本原理和思想

19、。(1) HSV变换法：HIS（H色度；S亮度；V或I饱和度。）。首先将多光谱图像进行重采样，再经HIS变换得到H、I、S三个分量。然后保持H、S分量不变,将高分辨率的全色图像与I分量进行几何配准和替换产生新的I分量，最后再进行HIS逆变换得到具有高空间分辨率的多光谱图像。(2) Brovey变换法:对彩色图像和高分辨率数据进行数学合成，从而使图像锐化。彩色图像中的每一个波段都乘以高分辨率数据与彩色波段总和的比值。函数自动地用最近邻、双线性或三次卷积技术将3个彩色波段重采样到高分辨率像元尺寸。输出的RGB图像的像元将与高分辨率数据的像元大小相同。 第五章几何粗校正：只需将遥感器的校准数据、遥感

20、平台的位置以及卫星运行姿态等一系列测量数据代入理论校正公式即可。几何精校正：多用控制点进行校正精校正的过程框图准备工作输入原始数字图像建立纠正变换函数确定图像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校正后图像控制点的选取1数目的确定：6倍于最小数目(3个控制点6个未知数)，一般一幅遥感影像选择1620个控制点为宜。2选择的原则：易分辨，易定位的特征点；道路的交叉口，水库的坝址，河流弯曲点等 特征根变化大的地区应该多选点尽可能满幅均匀选取。输出图像边界范围的确定原则：是既包括了纠正后图像的全部又使得空白图像空间尽可能地少。几何纠正的两种方案：1.直接方法（亮度重配置）2.间接方法（亮度

21、重采样）。3种方法（计算）：重采样的三种方法： XN=Xp+0.5 取整1）最近邻内插法（像元法） YN=Yp+0.5 取整2）双线性内插法：W权重=1距离3）双三次卷积法简答：请阐述像素亮度重采样的三种方法，三种重采样方法比较 最邻近像元法：最简单，计算速度快，且能不破坏原始影像的灰度信息，但其几何精度较差。双线性内插法：破坏了原来的数据，计算时间较长，但是具有平均化的滤波效果，几何精度较好。双三次卷积法：破坏了原来的数据，计算时间更长，但是具有影像均衡化和清晰化效果，几何精度较好。在一般情况下，用双线性内插法较宜。1数字镶嵌：就是对若干幅互为邻接（时间往往可能不同）的遥感数字影像通过彼此间

22、的几何镶嵌、色调调整、去重叠等数字处理，镶嵌拼接成一幅统一的新（数字）影像。2数字镶嵌的工作流程：准备工作预处理工作实施方案确定重叠区确定色调调整影像镶嵌。3数字镶嵌的方法：基于像素的镶嵌；基于地理坐标的镶嵌。第六章1. 模式识别的分类：1) 按照识别过程中所用到的信息不同分为：光谱模式识别、空间模式识别、时间模式识别；2) 按照解决模式识别问题的不同的数学技巧分为：语言模式识别、模糊模式识别、神经网络模式识别、统计法模式识别。2. 统计法模式识别的定义：从被识别的对象（模式）中提取一些反应对象属性的量度特征（变量）；所有特点在特征空间中将形成一系列的分布集群，每个分布集群中的特征点认为具有相

23、似特征而被划分为同一类。找到各个分布群体的边界线（面）或确定任一特征点落入每个分布群体中的条件概率，以它们为判据实现特征点的分类。（不确定）3. 统计模式识别的过程框图4. 地物点在特征空间分布的三种状况：（看书上图）理想典型一般1) 理想情况不同类别地物的集群至少在一个特征子空间中的投影是完全可以相互区分开的；2) 典型情况不同类别地物的集群，在任一子空间都有相互重叠存在，但在总的特征空间中是可以完全区分的；3) 一般情况无论在总的特征空间中，还是在任一子空间中，不同类别的集群总是存在重叠现象。最大最小距离选心法（原则：使各初始类别之间尽可能保持远离）1.总体直方图均匀定心法（思想）（盒式判

24、决法监督分类；平行管道法非监督分类）特征变换定义：特征变换是将原始图像通过一定的数学变换生成一组新的特征图像，这组新图像的信息集中在少数几个特征图像上，达到数据压缩的目的。目的：数据量有所减少（达到数据压缩的目的），去相关，有助于分类。常用的特征变换：主分量变换、哈达玛变换、生物是指标变换、比值变换以及穗帽变换等。ISB（土壤背景轴）土壤亮度轴的像元亮度值；IGV（绿色植被轴）植物绿色指标轴的像元亮度值；IY（黄轴） 黄色轴；IN 噪声轴；xi 地物在MSS四个波段上的亮度值。例题：要掌握贝叶斯全概率公式，最小贝叶斯判决监督分类的优点：1.根据应用目的和区域，有选择的决定分类类别，避免出现一些不必要的类别、2.可以控制训练样本的选择。3.可以通过检查训练样本来决定训练样本是否被精确分类，从而避免分类中的严重错误。4.避免了非监督分类中对光谱集群的重新归类。缺点：1.主观性2.由于图像类别的光谱差异，使得训练样本没有很好的代表性3.训练样本的获取和评估较多的人力时间。4.只能识别训练中定义的类别。非监督分类优点：1