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1、林业遥感考试 南京林业大学 复习资料第一章1、遥感，就是遥远的感知，不接触被感测事物常用遥感技术的定义：利用飞机、人造卫星或其它飞行器作运载工具，主要以电磁波来检测、度量远距离目标的一种技术手段。目前，主要有两个研究领域：遥感技术研究和遥感应用研究2、遥感技术的4大物质构成要素：1对象（Objects）:被探测、被感知的事物和现象2传感器（Sensor）：能感测事物并能感测的结果传递给使用者的仪器3信息传播媒介（Media）：在目标与传感器之间起信息传递作用的介质4遥感平台（Platform）：搭载传感器并使之正常工作的装置3、遥感的分类A按遥感对象分（1）宇宙遥感，以外太空其它星体为感测对象

2、（2）对地遥感地球表层环境环境遥感；在环境遥感中若地球表层资源为对象称为资源遥感B按遥感平台分（1）航天遥感平台H80km火箭、人造卫星、飞船、航天飞机等（2）航空遥感平台H80km普通飞机、气球、飞艇等（3）地面遥感遥感车、遥感塔、“远洋测量船”C按遥感媒介分（1）电磁波遥感 常用的电磁波波段是紫外、可见光、红外和微波等（2）声波遥感潜 水艇的声纳技术、探测珍贵鱼群的回游路线和迁徙规律（3）重力场遥感 地质探矿，通过”g”值的变化来推断地层中是否有某种元素富积（4）地震波遥感D按遥感器的工作方式分：（1）被动遥感：遥感本身并不发射任何人工探测信号，只是被动接收来自于目标的信号，从而实现对目标

3、性质、数量、空间位置等特征进行识别的遥感方式。“无源遥感”，如中午拍照。（2）主动遥感，遥感器发射人工探测信号，到达目标后信号反射回来被传感器接收从而对目标性质、数量、空间位置进行识别的遥感方式。如，夜晚拍照通常要在相机上装闪光灯。主要是“微波遥感”E按遥感所获资料的形式分（1）成像方式遥感（能获得目标的图像Image,图形Graphics) a摄影方式b扫描方式（2）非成像方式（不能获得目标物的图像，常是一些曲线，如气象中温度辐射计F按应用领域分地质、农业、林业、草原、水文、测绘、环境、灾害、城市、海洋、大气、军事4、遥感的特性与优势 1空间特性 距离远、感测范围大因此具有宏观性和直观性；先

4、进传感器也能探知目标的细节。 2 时间特性运行周期短 动态监测 3 光谱特性 使用的谱段多，可选性强，多光谱高光谱 4 数据量巨大 “海量”数据，研究的压缩技术、存贮、处理算法 5 受地面限制少 沙漠腹地、大洋深处、悬崖绝壁人无法到达 （可及度低） 6 经济效益好 7 用途广 8 发展速度极快 5、遥感过程是指遥感信息的获取、传输、处理分析判读和应用的全过程6、遥感技术应用 1 资源监测 查清资源的数量、质量、分布、动态消长 （土地利用类型、森林资源、水、矿产等） 2 环境监测、灾害损失评价 （森林火灾、水灾、病虫害等） 3 区域分析及建设规划 4 生物物理建模 生物量估算 （Biomass

5、Estimation: LAI、NPP、APAR ） 小麦、水稻、玉米估产 、草场承载力评价、近海生产力评价 、物理参数反演 （Inversion）：水质、大气污染等 5 军事侦察 6 气象预报第二章1电磁波：交变的电场和交变的磁场交替激发，相互套环向远方传播的运动形式，就称为 y =Asin(wt -kx)+j 描述参数：A振幅 （Amplitude,反映电磁波的能量） w角频率 （Frequency,与周期相应） j 初相位 （Phase) V速度 （Velocity) 2电磁波谱: 按照波长的长短顺序将各种电磁波依次排列而制成的一张图表从左到右按波长增加排列为：宇宙射线r射线X射线紫外线

6、可见光红外微波无线电波和工业用波. 不同性质的电磁波波长不同的原因在于：波源性质不同3大气窗口：是指在大气中传播受到衰减作用较轻因而透射率较高的电磁波段4大气组成：大气对电磁波传输过程的影响包括5个方面：散射（Scattering）、吸收、扰动、折射和偏振，而对于遥感数据而言，最主要的因素是散射和吸收。由于大气分子和气溶胶粒子的影响，太阳辐射的电磁波在大气层传输时一部分被吸收，一部分被散射，剩下的部分穿过大气层到达地面；地物反射或本身辐射的电磁波部分被吸收，部分被散射，部分到达传感器的接收系统；大气本身的反射或辐射同时也进入传感器。所以，传感器接收的电磁波辐射既有地物的辐射又有大气的辐射“综合

7、辐射”，其中地物辐射是所需要的“信号-Signal”，大气辐射是遥感过程应当尽量减弱其效应的“噪声-Noise”，由于综合辐射，就会降低遥感图像的“信噪比”，表现为图像模糊。气态成分：N2、O2、H2O、CO、CO2、CH4、O3等固态成分：尘埃、冰晶、盐晶、气溶胶等5 什么是大气的选择性吸收大气对不同波段辐射的吸收作用也不同。这种性质称为大气对辐射能的选择吸收.氧（O2）吸收带：主要吸收波长小于0.2um的太阳辐射，其中0.155um吸收最强，0.6um和0.76um附近有一窄吸收带，吸收能力较弱。臭氧（O3）吸收带：一个是波长0.20.36um的强吸收带，另一个是0.6um处对太阳的最强吸

8、收。臭氧主要分布在30km高度附近，因此对高度小于10km的航空遥感影响较小，主要对航天遥感有影响。水汽（H2O)吸收带：主要吸收处于红外和可见光中的红光波段，其中红外部分是强烈吸收，所以大气中水汽对红外遥感影响最大。二氧化碳（CO2）吸收带：吸收作用主要在红外区。如1.35-2.85um有3个宽弱吸收带，另外在2.7、4.3和14.5um为强吸收带。“监测城市大气中二氧化碳的分布与浓度” 尘埃 它对太阳辐射有一定的吸收作用，但吸收量很少，当有沙暴、烟雾和火山爆发时，大气中尘挨急剧增加，这时其吸收作用才比较明显。6、大气的散射（简答 条件 效应）吸收作用是将电磁波能量转换为分子热运动的热能，散

9、射只是改变电磁波的传播方向，并没有能量转换。（1）瑞利（Rayleigh）散射分子散射发生条件：当微粒直径D电磁波波长散射效应（规律）：散射系数与波长无关 应用：解释为何雨天的天空灰蒙蒙的？7、地物波普的定义内涵及重要性定义：是指地物发射、反射和吸收电磁波的能力随波长的变化规律内涵：a发射、反射和吸收之间的比例不同地物间差异很大，主要取决于地物的类型和性质。b地物发射、反射和吸收电磁波的能力是波长的函数，即同类地物其发射、反射和吸收在不同波长处差异很大。重要性：a是选择传感器工作波段的基础 b是分析、判读遥感图像的基础c是遥感图像计算机自动分类的基础 d可以反映地物的时空差异性8、同谱异物第三

10、章1、航空摄影：利用安装在飞机上的航摄仪器，按照预定的计划从空中向地面摄影取得航空像片的全部作业过程（包括飞行摄影、暗室冲洗、质量评定等环节）就称为航空摄影。2、航空摄影质量评定A 像片倾斜角 若在摄影瞬间透镜的主光轴垂直于地面（或与当地铅垂线重合），则称为垂直摄影；实际上，摄影瞬间透镜主光轴往往会与铅垂线夹 一个很小的角度，这种摄影方式称为倾斜摄影。要求：像片倾斜角不大于2：最大不超过3B 摄影比例尺 由摄影机的焦距和航高决定，即：在同一高度上摄影，所得像片的比例尺基本是一致的。但由于气流或其他因素的影响，会使飞机上升或下降，因而摄影比例尺发生变化。要求：像片比例尺分母的相对误差一般不超过5

11、%C 摄影航高 摄影航高是指摄影飞机在摄影瞬间相对于某一所取基准面的高度。根据基准面的不同，航高可分为相对航高和绝对航高。相对航高是指摄影机物镜相对于某一基准面的高度，通常称为摄影航高，它是相对于被摄区域内地面平均高程基准面的设计航高。H=M*F绝对航高是指摄影机物镜相对于大地水准面的高度，是指摄影瞬间的真实海拔高度。通过相对航高H与摄影地区地面平均高度A地计算得到：H地=H+A地要求：同一航带内最大航高与最小航高之差不得大于30m，摄影区内实际航高与设计航高之差不得大于50mD 像片重叠度 像片重叠度是立体观察和像片连接所必需的条件要求：航向重叠度保持在60%65%，最小不得小于56%旁向重

12、叠度（Lateral Overlap）保持在15%30%，最小不得小于13%E 航偏角 相邻两像片的主点连线与像幅沿航带飞行方向之间的夹角就是航偏角。要求：航偏角一般不得大于6，最大不得超过8F 航线弯曲度 航线弯曲最大值与航线全长L之比 要求：航线弯曲度不得大于3%3、航空像片的投影性质1 投影种类 中心投影：所有的投影光线都交于一点所形成的投影垂直投影：所有投影光线相互平行且垂直于投影面中心投影有以下3个特点：（1）空间点在投影面上的中心投影仍为一个点（2）空间直线在投影面上的中心投影一般为直线，但通过投影中心的空间直线其中心投影为一个点（3）空间曲线在投影面上的投影一般仍为曲线，但若空间

13、曲线在一个平面上，而该平面又通过投影中心，其投影仍为直线2 航空像片是地面物体在摄影胶片（或相纸）上中心投影后的构像，航片中心投影带来三大误差，分别是比例尺误差、倾斜误差和投影误差，因此使用前往往需要正射校正3 两种投影的比较自补图7-9比例尺误差航片上某一线段的长度与其对应的地面实际长度之比，称为航片比例尺式中：f是摄影机的焦距，H是飞行器的相对航高，ab是像片上某地物的长度AB是对应的地物在地面上的实际长度1 平坦地区比例尺的计算（a）用定义式，f由像片边缘或相应的影像资料（遥感摄影报告、设计书等）中找到H由摄影部门提供，从而算得像片比例尺（b）用航测地区地形图或实测计算比例尺地形图求出地

14、面点位间的距离；用测量学的相关手段测得地面点位间的距离；用GPS测得地面点位间的距离；共测n对数据算平均数2 山区比例尺的计算“平均比例尺”对于起伏不平的地面各点而言，各点的航高不同，因此各点的比例尺也不同，只能求出各点的比例尺，称为“局部比例尺”，由此算出一个该地区的平均比例尺第四章 航天遥感1、航天遥感的特点1、观察范围大 航天器飞行高度远远大于航空飞机，新航天器的视野要开阔得多（站得高、看得远，可以发现大面积的、宏观的、整体特征）。2、效率高 在相同的时间内，探测的地域面积更大。3、成本低 对于取得同样面积的地面资料而言，你只需花钱购买卫星数据即可，而不必组织航空飞行4、实施动态监测 具

15、有周期性、可重复观察5、空间分辨力不及航空遥感 总体上看，航天遥感对地物细部的特征表现力较差，但对整体、宏观的轮廓表现力较好，但也有对地物细节表达能力强的传感器。2、遥感影像的质量评价与选择一、空间分辨率是指遥感影像上一个像元所对应的地面实际面积的，通常有3种表示方法：1 像元：指单个像元所对应的地面面积的大小，以m或Km为单位。如Quickbird的0.61米，Landsat-TM的30米，NOAA-AVHRR的1.1Km等，像元是扫描影像的基本单位，由行、列号及对应的亮度值描述。2 线对数（Line Pairs）：对于摄影系统而言，影像最小单元通过1mm间隔内包含的线对数确定，单位为线对/

16、mm。3 瞬时视场：指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野，单位为毫弧度， IFOV越小，空间分辨率越高。IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小，一个IFOV内往往包含不止一种地物覆盖类型，这就是“混合像元”，其中包含的每一种类型称“纯”的“终端单元”。通常情况下，空间分辨率越高，识别地物的能力越强。但实际上每一目标在图像上的可分辨程度，不完全由空间分辨率决定，还与目标的形状、大小以及它周围的亮度、结构的差异有关。利用空间分辨率来选择遥感数据时，主要考虑：1 需要识别的地物的最小尺寸2 考虑大数据量对计算机存储、计算的压力 3 考虑成本经费二、光谱分辨率是指遥感器所选用的波段数量的多少

17、、各波段的波段位置及波长间隔的大小。即选用通道数、每个通道的中心波长、带宽，三者共同决定光谱分辨率。光谱分辨率越高，专题研究的针对性越强，对物体的识别精度越高，遥感应用分析的效果就越好。光谱分辨率越高，越容易捕捉到各种物质特征波长的微小差异，便于找到那些识别不同地物类型的”诊断波谱“。所以高光谱遥感就有利于探测目标物之间波谱特征的细微差异， 光谱分辨率越高，描述每个像元的特征向量维度就越高，高光谱遥感数据的维度就越高。光谱分辨率的选取要以研究地物的波谱特征为基础。三、时间分辨率是指遥感器重复覆盖同一地区的频率或时间间隔的长短，时间间隔越短，则说明时间分辨率越高。主要由遥感平台的回归周期来决定。

18、遥感图像的时间分辨率有助于对地物进行动态监测。根据遥感探测系统周期的长短可以将时间分辨率划分为3种类型：1 超短周期和短周期时间分辨率：主要指气象卫星系列，以“小时”为单位，可以用来反映一天之内的变化，如探测大气海洋物理现象、突发性灾害监测（地震、火山爆发、森林火灾、水灾等）、污染源监测，利于对变化比较剧烈的现象的动态跟踪。2 中周期时间分辨率：主要指资源卫星系列（Landsat、SPOT、CBERS等），以“天”为单位，可以用来反映月、旬、年内的变化。如植物的季相节律植物在其生长周期中，从发芽生长、开花结果到衰老死亡，它的生理、外形、结构上均会发生变化，这使它的化学、物理、生物性质出现季节性

19、变化，其光谱特征也会随之发生相应的变化。对于农作区，物候期表现为地方农事历，即耕作、播种、发芽、生长、成熟、收获、休闲等季相循环周期。每个地区、每种作物都有自身的农事历，这是由作物的生长特点、地方气候、地方农业耕作方式与习惯等决定的。对此的研究，主要考虑用遥感方法进行植被研究 时“植被指数”的构建与此密切相关，如小麦遥感估产时可能选择小麦拔节到乳熟期的植被指数为最佳；Idso等提出可用植被指数继开花期后减小的速率即衰老率来估产。3 长周期时间分辨率：以”年“为单位，如湖泊的消长、河道迁徙、海岸进退、城市扩张等变化缓慢的现象。对遥感数据的时间分辨率的选取影响不大。四、辐射分辨率遥感要识别不同的目

20、标和现象，最终依赖于探测器获取的目标间亮度的差异，有两个前提条件：一是地面景物间本身必须有充足的对比度，二是遥感器必须有能力记录下这个对比度。辐射分辨率是指遥感器所能识别的地物间最小辐射度差，辐射度差越小则说明该传感器越灵敏，这主要取决于传感器生产厂家的技术水平。遥感影像上辐射分辨率表现为：量化等级（Bit数），如TM或ETM+是28，Quickbird是211，NOAA的AVHRR是210,ASTER可以到212辐射分辨率越高，则遥感图像中每个像元存储时所需要的字节数就越多，目标间能被区分开来的可能性就越大，图像质量就越高。考虑：图像的质量、数据量、成本等。第五章 遥感图像处理1、图像的实质

21、：就是一幅反映地物目标电磁波辐射特性的能量分布图以及由此所引起的主观心理感受。图像是人们对客观景象、事物以及人们的思维、想象的真实记载和表达。2、图像处理的主要内容1 图像获取研究图像获取的手段及传感器2 图像存储主要研究图像数据的压缩编码、图像存储格式及图像数据库技术3 图像传输主要解决图像数据占用带宽问题，系统内部传输和网络传输。4 图像处理（1）几何操作主要包括图像的几何校正、图像放大、缩小、平移、旋转，多图像间配准，周长、面积、重心的计算等内容。（2）图像增强a 单一图像变换 线性拉伸、非线性变换等，平滑和锐化操作、直方图均衡化等b 多图像的变换 主成分变换、缨帽变换、植被指数、小波变

22、换等c 图像彩色增强 真彩色、假彩色和伪彩色等（3）图像复原去干扰和模糊，恢复图像的本来面目。主要用维纳滤波、同态滤波等。（4）图像重建由某种数据来生成图像。如CT（5）图像编码对具有空间相关性的原始图像进行压缩，其主要目的：减少数据存储量；降低数据率以减少带宽；便于特征抽取，为识别做准备。（6）模式识别统计模式识别（光谱特征）；句法结构模式识别（结构和基元，空间关系）；模糊模式识别（模糊数学）（7）图像理解 5 图像输出与可视化3、遥感图像处理主要的内容包括：1 图像变换 FFT、Harr、Discrete Cosine、Wavelet 等2 图像校正 辐射校正、几何校正3 图像增强4 多源

23、信息融合 Fusion 多平台、多时相遥感数据融合，遥感数据与非遥感数据融技术要点：数据之间的精确配准；融合模型和方法的选择；融合后效果评价。5 遥感图像的计算机分类 分类后各类型地物的提取。4、遥感图像处理的意义：1 遥感图像是人类认识地球的重要信息源2 图像处理是人类视觉延续的重要手段，扩展了人类认识地球的能力（如人眼无法探测的红外、微波信息，通过图像处理手段使人类可见）3 遥感图像处理在军事侦察资源调查、环境监测、探矿等领域有重要的应用，关乎国计民生。5、几何校正：是指采用特定的数学变换方程消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像的技术过程，就称为图像的几何校

24、正。1、遥感图像几何校正的原因：从遥感成像过程分析，遥感图像存在着几何畸变，如图像中心位置的一个像元代表的实际地面面积小于图像边缘的一个像元所代表的地面实际面积；地面上一条笔直的道路从影像上看可能是弯曲的，很多现象表明，遥感图像上存在几何畸变，而这种畸变可以分为两种类型：系统性畸变和非系统性畸变 2、几何校正的目的：就是要纠正这些系统及非系统因素引起的图像变形，从而实现与标准图像或地形图（我们认为地形图的几何位置是准确的，尽管地形图也存在一定的变形，但只要在一定的容差范围内就可以接受）的几何整合。3、几何校正的几个基本术语（1）图像配准（Registration）同一区域里一幅图像（基准图像）

25、对另一幅图像的校准，以使两幅图像中的同名像元配准如GIS中扫描地形图的配准、用配准后的地形图配遥感影像等。（2）图像纠正（Rectification）借助于一组地面控制点，对一幅图像进行地理坐标的校正。这一过程又被称为地理参照（Geo-referencing）（3）图像地理编码（Geo-Encoding）是一种特殊的图像纠正方式，把图像纠正到一种统一标准的坐标，以使GIS中的来自于不同传感器的图像和地图能方便地进行不同层之间的操作运算和分析。(4)图像的正射投影纠正（ortho-rectification）借助DEM对图像中每个像元进行地形变形的校正，使图像符合正射投影要求。4、几何校正的两个

26、重要环节一是实现像元的坐标变换，即将畸变图像坐标转换成标准图像空间（主要是地图空间）坐标，难点在于“转换模型”如何确定与求解。二、是坐标变换后实现像元值的重采样重采样的算法:最邻近点法；双向线性插值；三次卷积法6、遥感图像的辐射校正辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的技术过程1、辐射校正的原因：由遥感成像过程的复杂性可知，传感器接收到的电磁波能量包含3部分：a 太阳辐射经大气衰减后照射到地表，经地面反射后又经大气第二衰减进入传感器的能量b 地面本身辐射的能量经大气后进入传感器的能量c 大气散射、反射和辐射的能量传感器输出的能量还与传感器的光谱响应系数

27、有关，因此遥感图像的辐射误差主要包括：a 传感器本身的性能引起的辐射误差b 地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差c 大气的散射和吸收引起的辐射误差2、遥感图像辐射校正的方法（2）光电变换系统的特性引起的辐射误差校正传感器的光谱响应特性和传感器的输出有直接的关系。由于这种光电变换系统的灵敏度特性通常重复性，所以定期地在地面测量其特性，根据测量值可以对其进行辐射已建立探测器的已知辐射值与作为量化结果输出的DN值之间的关系：DN=GL+B式中：DN传感器记录下的数字化值G响应函数的斜率（通道增益，Gain）L实测的光谱辐射量（整个通道的光谱带宽）B响应函数的截距（通道偏移量，Bias）（3）太阳高

28、度引起的辐射误差校正 太阳方位角引起的图像辐射值误差通常只对图像细节特征产生影响，采用与高度角类似的方法进行校正处理（4）地形坡度引起的辐射误差校正太阳光线和地表作用后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和地面的倾斜程度有关。假定垂直入射水平地表的光照强度为I0，则光线垂直入射时倾斜角为的坡面上入射点的光强度I为： 因此若处在坡度为的倾斜面上的地物影像为g（x，y），则校正后的图像f（x，y）为： 从校正的公式看出：做地形校正需要有研究区域的DEM数据才能进行当然此项校正也可采用图像比值的方法来消除地形坡度所产生的辐射量误差（5）大气校正入射到传感器的电磁波能量除了地物本身的辐射以外还有大气引起的

29、散射光，消除这些影响的处理过程称为大气校正。A 利用辐射传输方程进行大气校正简化的辐射传输方程为：B 利用地面实况数据进行大气校正C 利用辅助数据进行大气校正 去除程辐射a 直方图最小值去除法 基本思想b 回归分析法 利用红外波段与其它波段的像元亮度值进行回归找到其它波段的最小程辐射值，然后该波段所有像元都减去该最小程辐射值即可。7、图像增强图像增强，是指对一幅图像进行试探性的加工、改造，使人们感兴趣的目标（地物、现象）信息突出，易于识别的技术过程图像复原，是指对已知降质（Degradation）原因的图像采用确定的模型和方法，恢复图像本来面目的技术过程项 目 图 像 增 强 图 像 复 原前

30、提 图像降质原因未知 图像降质原因已知处理方法 试探性方法反复比较 确定性的模型和方法评价标准 主观的 客观的共同点 改善图像质量 改善图像质量8、图像平滑 图像效应：滤除图像中的噪声，同时也模糊边界9、图像锐化判识图像中目标主要是从提取目标边缘开始的。图像的边缘定义为图像局部特性的不连续性，主要是指图像灰度、颜色和纹理结构等的突变。边缘常常意味着一个区域的终结和另一个区域的开始，边缘信息对图像分析和人的视觉十分重要。在一幅图像中，边缘有方向和幅度两个特性一般认为沿边缘走向的灰度变化较为平缓而垂直于边缘走向的灰度变化剧烈。图像锐化操作就能检测图像中不同区域的边界10、HIS变换 物理学上表示颜

31、色体系的表色系统主要有两类，一是根据实验把颜色作为生理物理量而定量处理的混色系统，简称RGB系统或RGB空间；另一类是使用记号、色谱等定性处理人所感知的颜色的表色系统，简称HIS系统。H（Hue，色调），I（Intensity，强度亮度），S（Saturation，饱和度）原因：1 人眼不能直接测定R、G、B三色的比例，因此对地物目标彩色特性的描述不便2 人眼通常是通过感知亮度、色调和饱和度来区分地物的，所以HIS系统更容易理解3 在彩色显示上为了得到期望的视觉效果，采用HIS系统操作比RGB系统更易实现HIS变换与反变换示意图11、图像运算1 多光谱图像的加法运算设获得了同一研究区的m个波段的多光谱图像fi(x,y)(i=1,2,m) ,则加法运算写为：【 】这实际上是图像间的“平滑”操作2 多光谱图像的减法运算 【 】效应：（1）有利于提取在不同