遙感導論期末復習資料_梅新安版2.doc

遙感導論復習資料1.遙感：廣義：遙遠的感知。狹義：應(yīng)用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。2.遙感系統(tǒng)包括： 3. 遙感平臺：遙感中搭載傳感器的工具 包括：地面平臺、航空平臺、航天平臺(氣象、陸地和海洋衛(wèi)星系列)特點：大面積同步觀測、時效性、數(shù)據(jù)的綜合性和可比性、經(jīng)濟性、局限性、（多波段性）發(fā)展趨勢：（1）遙感分析技術(shù)從“定性”向“定量”轉(zhuǎn)變，定量遙感成為熱點。（2）地理信息系統(tǒng)的發(fā)展與支持是遙感發(fā)展的又一進展和動向高光譜分辨率傳感器是未來空間遙感發(fā)展的核心內(nèi)容。應(yīng)用領(lǐng)域: 資源調(diào)查與應(yīng)用、環(huán)境監(jiān)測評價、區(qū)域分析規(guī)劃、全球宏觀研究4. 主動遙感: 運用人工產(chǎn)生的特定電磁波照射目標物，再根據(jù)接收到的從目標物反射回來的電磁波特征來分析目標物的性質(zhì)、特征和狀態(tài)的遙感技術(shù)。被動遙感:運用遙感器接收來自目標物的反射和輻射電磁波譜，并根據(jù)其特征對目標物探測的遙感技術(shù)。(被動遙感主要利用可見光、紅外等穩(wěn)定輻射，使太陽活動對遙感的影響降到最低。)5. 電磁波譜：波長從短到長： 射線、射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波波段應(yīng)用微波全天候全天時遙感，不受云霧影響，如側(cè)視雷達遠紅外夜間成像中紅外探測海面溫度，獲取晝夜云圖近紅外探測植物含水量以及云、雪，或用于地質(zhì)制圖可見光鑒別物質(zhì)特征紫外線探測碳酸鹽分布和油污染的監(jiān)測等高空遙感不適用黑體輻射：在任何溫度下，對任何波長的電磁輻射的都全部吸收的物體的熱輻射。大氣散射:瑞利散射（d)與波長無關(guān)大氣折射密度；大氣反射云量6大氣窗口：通常把電磁波通過大氣層時較少被反射、吸收和散射的，透過率較高的波段。光譜波段主要有 0.3-1.3um，即紫外線、可見光、近紅外線波段，是攝影成像的最佳波段。7.常見地物反射波譜特性 特點：含水量高反射率低 (1)植物：可見光（0.40.76um）只反射部分綠光，近紅外（0.70.8um）強烈反射 (2)土壤：無明顯波峰波谷，土質(zhì)越細反射率越高，有機質(zhì)含量越高含水量越高反射率越低(3)水體：反射主要在藍綠波段，其它波段吸收都很強，近紅外吸收更強。有泥沙：各波段均抬升；含浮游植物：近紅外波段抬升(4)巖石：形態(tài)各異，沒有統(tǒng)一的變化規(guī)律。8.攝影成像:傳統(tǒng)攝影依靠光學鏡頭及放置在焦平面的感光膠片來記錄物體影像；數(shù)字攝影則通過放置在焦平面的光敏元件，經(jīng)過光/電轉(zhuǎn)換，以數(shù)字信號來記錄物體影像。圖象特點：投影：航片是中心投影(即攝影光線交于同一點)。比例尺：航空像片上某一線段長度與地面相應(yīng)線段長度之比，稱為像片比例尺。(包括平均比例尺、主比例尺)(3)像點位移：a.高差越大、距像主點越遠、攝影高度越低，像點位移量也越大。9.掃描成像：依靠探測元件和掃描鏡對目標地物以瞬間視場為單位進行的逐點、逐行取樣，以得到目標地物電磁輻射特性信息，形成一定譜段的圖象。與攝影圖像區(qū)別：乳膠片感光技術(shù)本身存在著致命的弱點，它所傳感的輻射波段僅限于可見光及其附近；其次，照相一次成型，圖象存儲、傳輸和處理都不方便。成像方式：（1）光/機掃描成像利用光電探測器解決了各種波長輻射的成像方法。輸出的電學圖象數(shù)據(jù)，存儲、傳輸和處理方便。（2）固體自掃描成像具有刷式掃描成像特點。探測元件數(shù)目越多，體積越小，分辨率就越高。（3）高光譜成像光譜掃描圖象是多達數(shù)百個波段的非常窄的連續(xù)的光譜波段組成，光譜波段覆蓋了可見光、近紅外、中紅外和熱紅外區(qū)域全部光譜帶。10. 微波遙感： 通過微波傳感器獲取從目標地物發(fā)射或反射的微波輻射，經(jīng)過判讀處理來識別地物的技術(shù)。特點：能全天候、全天時工作；對云雨有穿透能力；對海洋要更有特殊意義；分辨率低但特性明顯。11.雷達：是由發(fā)射機通過天線在很短時間內(nèi)，想目標地物發(fā)射一束很窄的大功率電磁波脈沖，然后用同一天線接收目標地物反射的回波信號而進行顯示的一種傳感器。（不同物體回波信號的振幅、位相不同，接收處理后，可測出目標地物的方向、距離等數(shù)據(jù)）12.遙感圖像特征：（1）空間分辨率：指像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時視場或者地面物體能分辨的最小單元。（地面分辨率取決于膠片和攝影鏡頭的分辨率所構(gòu)成的系統(tǒng)分辨率，以及攝影機焦距和航高）（2）波譜分辨率：指傳感器在接受目標輻射的波譜時能分辨的最小波長間隔。間隔愈小，分辨率愈高。（傳感器的波段選擇必須考慮目標的光譜特征值）（3）輻射分辨率：指傳感器接受波譜信號時，能分辨的最小輻射度差。在遙感圖像上表現(xiàn)為每一像元的輻射量化級。（某個波段遙感圖像的總信息量與空間分辨率、輻射分辨率有關(guān)。）（4）時間分辨率：指對同一地點進行采樣的時間間隔，即采樣的時間頻率（重訪周期）。（對動態(tài)監(jiān)測很重要）13. 數(shù)字圖象是指能夠被計算機存儲、處理和使用的圖像。區(qū)別:模擬量是連續(xù)變量而數(shù)字量是離散變量。 （一幅影響通過掃描儀等設(shè)備送入計算機，就是對圖形的位置變量進行離散化和灰度值量化） 遙感數(shù)字圖像：以數(shù)字表示的遙感圖像,其最基本的單元是像素.像素是成像過程的采樣點,也是計算機處理圖像的最小單元.像素具有空間特征和屬性特征（亮度值）特點：便于計算機處理與分析，圖像信息損失少，抽象性強14.輻射畸變的原因：傳感器本身誤差，太陽高度及地形引起的輻射失真，大氣對輻射的影響（減少圖像的對比度，使原始信號和背景信號都增加了因子，圖像質(zhì)量下降）。輻射校正：（1）直方圖最小值去除法：將每個波段中每個像元的亮度值都減去本波段最小值。（思想：如山陰、深水處輻射亮度應(yīng)為0，但對應(yīng)像元亮度值不為0，即為大氣散射導致的輻射畸變量）（2）回歸分析法15.幾何畸變：遙感圖像在幾何位置上發(fā)生變化，產(chǎn)生諸如行列不均勻，像元大小與地物大小對應(yīng)不正確，地物形狀不規(guī)則變化等畸變，即圖像上像元在圖像坐標系中的坐標與在地圖坐標系等參考系統(tǒng)中的坐標之間的差異。變形原因：遙感平臺位置和運動狀態(tài)變化 地形起伏 地球表面曲率 大氣折射 地球自轉(zhuǎn) 幾何校正（配準）： 步驟：圖像像元空間位置的變換；計算每一點的亮度值。重采樣內(nèi)插方法：（1）最近鄰法：不破壞原像元值，簡單，但精度為0.5個像元，亮度具有不連續(xù)性。（2）雙線性內(nèi)插法：對圖像起平滑作用，使分界線變得模糊，但破壞了原數(shù)據(jù)。 （3）三次卷積內(nèi)插法：精度高，計算量大，圖像均衡化和清晰化，但破壞了原數(shù)據(jù)。 控制點（GCP）的選?。簄次多項式，控制點數(shù)最少(n+1)(n+2)/2原則：（1）易分辨且較清晰的特征點，如道路交叉點，河流彎曲或分叉處，海岸線彎曲處，湖泊邊緣，飛機場，輪廓邊緣等。（2）特征變化大的地區(qū)應(yīng)多選些。（3）圖像邊緣部分一定要選取控制點，以避免外推。（4）盡可能滿幅均勻選取，特征實在不明顯的大面積區(qū)域（如沙漠）可用求延長線交叉點的辦法來彌補，但應(yīng)盡可能避免這樣做，以免造成人為的誤差。16.圖像增強：（1）對比度變換（輻射增強）：是一種通過改變圖像像元的亮度值來改變圖像像元對比度，從而改善圖像質(zhì)量。 方法：對比度線性變換、非線性變換（2）空間濾波：是以重點突出圖像上的某些特征為目的，通過像元與其周圍相鄰像元的關(guān)系，采用空間域中的鄰域處理方法。 方法：平滑（均值平滑、中值濾波）、銳化梯度：反映了相鄰像元的亮度變化率。邊緣處有較大的梯度值。用不同的梯度計算值代替邊緣處像元的值，也就突出了邊緣，實現(xiàn)了圖像的銳化。濾波函數(shù)：a 低通濾波：用于僅讓低頻的空間頻率成分通過而消除高頻成分的場合，可用于噪聲的消除。b 高通濾波：僅讓高頻成分通過，可用于目標物輪廓的增強。c 帶通濾波：僅保留一定的頻率成分，可用于提取、消除每隔一定間隔出現(xiàn)的干擾條紋的噪聲。 （3）圖像運算：兩幅或多幅單波段影像，完成空間配準后，通過一系列運算，可以實現(xiàn)圖像增強，達到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。 方法：a 差值運算：兩個波段相減后的值，反映了同一地物光譜反射率之間的差，差值大的被突出出來。還常用于研究同一地區(qū)不同時相的動態(tài)變化，如監(jiān)測森林火災(zāi)發(fā)生前后的變化和計算過火面積b 比值運算：對應(yīng)像元亮度值相除，以突出不同波段間地物光譜的差異提高對比度，對于去除地形影響很有效。常用于突出遙感影像中的植被特征、提取植被類別或估算植被量，這種算法的結(jié)果稱為植被指數(shù)。（4）多光譜變換：可通過函數(shù)變換，達到保留主要信息，降低數(shù)據(jù)量；增強或提取有用信息的目的。本質(zhì)是對遙感圖像實行線性變換，使多光譜間的坐標系按一定規(guī)律進行旋轉(zhuǎn)。17.信息復合：是將多種遙感平臺，多時相遙感數(shù)據(jù)之間以及遙感數(shù)據(jù)與非遙感數(shù)據(jù)之間的信息組合匹配的技術(shù)。配準：采用幾何校正，分別在不同數(shù)據(jù)源的影像上選取控制點，用雙線性內(nèi)插或三次卷積內(nèi)插運算等對分辨率較小的圖像進行重采樣，完成配準。方法：彩色合成、代換法。(1) 不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復合彩色合成法【舉例】SPOT和TM復合后，圖像既保留了SPOT的空間分辨率，又保留了TM的光譜分辨率（較豐富的光譜信息）。TM影像有7個波段，光譜信息豐富，特別是5和7波段。SPOT數(shù)據(jù)就沒有，但SPOT數(shù)據(jù)分辨率高，全色波段可達10m，比TM的30m和SPOT多光譜傳感器的20m都高(2) 不同時相的遙感數(shù)據(jù)復合步驟：a 配準：利用幾何校正的方法進行位置配準。b 直方圖調(diào)整：調(diào)整成一致的直方圖，使圖像的亮度趨于一致，便于比較。c 復合：1）彩色合成方法，通過顏色對比表現(xiàn)變化2）差值方法，差值后可設(shè)定適當閾值，獲得只有0與1的二值圖像，以突出變化（變化部分為1，非變化部分為0，或相反）3）比值方法，也可設(shè)定閾值，類別不變的地物一定接近于1，因此同樣可利用二值圖像突出變化。(3) 遙感與非遙感信息的復合步驟：a 地理數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化: 網(wǎng)格數(shù)據(jù)生成；分辨率一致；與遙感數(shù)據(jù)配準b 最優(yōu)遙感數(shù)據(jù)的選?。海ㄈ鐬槭狗直媛蕛?yōu)化，可取SPOT全色波段；當用TM數(shù)據(jù)時，可用KL變換后的前兩個波段，以減少數(shù)據(jù)量，保持信息量）c 配準復合：柵格數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)：（非遙感數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)共組成三個波段，實行假彩色合成；兩種數(shù)據(jù)直接疊加，波段之間可作加法或其他數(shù)學運算）；柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)：（只要坐標位置配準，柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)也可以疊加，如在遙感影像上加上行政邊界或等高線等。不同層面的復合，可以分別顯示，也可以一起疊合顯示）意義：多源信息復合實現(xiàn)了遙感數(shù)據(jù)之間的優(yōu)勢互補，也實現(xiàn)了遙感數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)的有機結(jié)合。這種復合的意義決不僅僅提高了目視解譯的效果，更重要的是在定量分析中提高了精度，擴大了遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用面，具有很大的實際意義。18. 目視解譯：指專業(yè)人員通過直接觀察或借助判讀儀器在遙感圖像上獲取特定目標地物信息的過程。直接判讀標志：色：色調(diào)、顏色、陰影；形：形狀、紋理、大小、圖形；位：位置、相關(guān)布局等間接判讀標志：目標地物與其相關(guān)指示特征；地物及與環(huán)境的關(guān)系（植物）；目標地物與成像時間的關(guān)系（季節(jié)）（標準假彩色合成：在TM影像的7個波段中，當4（近紅外）,3（紅）,2（綠）波段被分別賦予紅、綠、藍色）（真彩色合成：選擇同一目標的單個多光譜數(shù)據(jù)合成一幅彩色圖像，當合成圖像的紅綠藍三色與三個多光譜段相吻合） 目視解譯方法：（1）直接判讀法：根據(jù)直接判讀標志，直接確定 （2）對比分析法：包括同類地物對比分析法，空間對比分析法和時相對比分析法。 （3）信息復合法：利用透明專題圖與遙感圖像重合，根據(jù)專題圖或者地形圖提供的多種輔助信息。 （4）綜合推理法：綜合考慮遙感圖像多種解譯特征，結(jié)合生活常識，分析，推斷某種目標地物的方法。 （5）地理相關(guān)分析法：根據(jù)地理環(huán)境中各種地理要素之間的相互依存關(guān)系，相互制約關(guān)系，借助專業(yè)知識，分析推斷某種地理要素性質(zhì)類型狀況與分布的方法。目視解譯步驟：目視解譯準備工作階段；初步解譯與判讀區(qū)的野外考察；室內(nèi)詳細判度；野外驗證與補判；目視解譯成果的轉(zhuǎn)繪與制圖19.常見遙感掃描影像：波段MSSTMSPOT特性應(yīng)用藍色1對水體有透射能力區(qū)分土壤和植被、編制森林類型圖、區(qū)分人造地物類型綠色421探測健康植被綠色反射率區(qū)分植被類型和評估作物長勢，區(qū)分人造地物類型紅色532測量植物綠色素吸收率用于植物分類、城市研究，區(qū)分人造地物類型近紅外6、743測定生物量和作物長勢區(qū)分植被類型，繪制水體邊界、探測水生物含量、土壤濕度短波紅外54*探測植物含水量以及土壤濕度區(qū)別云與雪熱紅外86探測物質(zhì)自身熱輻射的主要波段繪制熱分布制圖，巖石識別和地址探礦等短波紅外7探測高溫輻射源監(jiān)測森林火災(zāi)、火山活動等，區(qū)分人造地物類型。全色全色分辨率為10m調(diào)查城市土地利用、區(qū)分城市主干道、了解城市發(fā)展狀況MSS（多光譜掃描儀): TM（專題制圖儀）：（1）光譜分辨率：7個波段，比MSS圖像增加了藍色、短波紅外、熱紅外三個波段； （2）輻射分辨率：雙向掃描，改進了輻射測量精度 （3）地面分辨率：分辨率30m SPOT：全色波段地面分辨率10m，多光譜辨率20m；可獲取統(tǒng)一地區(qū)的立體圖像。20. 遙感影像地圖：是一種以遙感影像和一定的地圖符號來表現(xiàn)制圖對象地理空間分布和環(huán)境狀況的地圖。特點：豐富的信息量；形象直觀；具有一定的數(shù)學基礎(chǔ)；現(xiàn)時性強計算機輔助制圖：是在計算機系統(tǒng)支持下，根據(jù)地圖制圖原理，應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)和數(shù)字地圖編輯加工技術(shù)，實現(xiàn)遙感影像地圖制作和成果表現(xiàn)的技術(shù)方法。21.圖像分類原理：基于數(shù)字圖像中反映的同類地物的光譜相似性和異類地物的差異性。基本過程：分類預處理（校正與配準），特征選擇（提?。?，分類，分類后處理（包括精度評價），專題圖制作監(jiān)督分類：根據(jù)訓練場提供的樣本選擇特征參數(shù)，建立判別函數(shù)，進行分類別。關(guān)鍵是選擇訓練場地。優(yōu)點：簡單實用，運算量小。缺點：受訓練場地個數(shù)和典型性的影響較大。訓練場地要有代表性，樣本數(shù)目要能夠滿足分類要求。非監(jiān)督分類：不需要更多的先驗知識，僅憑地物的光譜特征規(guī)律進行盲目”分類。優(yōu)點：事先不需要對研究區(qū)了解，不需要更多的先驗知識，減少人為因素影響，降低成本。缺點：運算量大。根本區(qū)別：是否利用訓練場地來獲取先驗的類別知識。適用：當兩地物類型對應(yīng)的光譜特征差異很小時，監(jiān)督分類效果好。 當光譜特征類能和唯一的地物類型相對應(yīng)時，非監(jiān)督分類效果好。問題：未充分利用圖像提供的多種信息，提高分類精度受限22. 遙感圖像多種特征抽?。海?）地物邊界跟蹤法（2）形狀特征描述與提取（3）地物空間關(guān)系特征描述與提取23. 遙感圖像解譯專家系統(tǒng)：是模式識別和人工智能技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它用模式識別方法獲取地物多種特征，為專家系統(tǒng)解譯遙感圖像提供依據(jù)，同時應(yīng)用人工智能技術(shù)，運用遙感圖像解譯專家的經(jīng)驗和方法，模擬遙感圖像目視解譯的具體思維過程，進行遙感圖像解譯。組成：圖像處理與特征提取子系統(tǒng)；遙感圖像解譯知識獲取系統(tǒng)；狹義的遙感圖像解譯專家系統(tǒng)。計算機解譯技術(shù)發(fā)展趨勢：（1）抽取遙感圖像多種特征（低、中、高三個層次像素、特征、空間關(guān)系）（2）逐步完成GIS各種專題數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，利用GIS數(shù)據(jù)減少自動解譯中的不確定性24. 水體遙感的光譜特征：水體的反射主要在藍綠光波段，其他波段吸收都很強，特別在近紅外波段，吸收更強。但當水中含有其他物質(zhì)時，反射光譜曲線會發(fā)生變化。水中含泥沙時，可見光波段反射率會增加，峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)。水中含葉綠素時，近紅外波段明顯抬升。傳感器所接受的輻射包括水面反射光、懸浮物反射光、水底反射光和天空散射光。水體識別的內(nèi)容：水體界限、懸浮物質(zhì)的確定；水溫、水深、水體污染的探測?！咎攸c】泥沙多反射率高，葉綠素增加綠光波段反射率增高、近紅外波段呈灰色明顯抬升。25.居民點判讀.城市居民點：房屋稠密，面積較大，建筑物排列整齊，能判讀建筑物的形狀、高度和周邊環(huán)境。農(nóng)村居民點：小而分散，有農(nóng)田包圍，能判讀居民地的外形和面積及通向居民地的道路。26. 植被遙感：提取植被信息；監(jiān)測植被的長勢；估算產(chǎn)量。應(yīng)用：大面積農(nóng)作物的遙感估產(chǎn)，植被制圖，生態(tài)資源與評價。27. 3S是全球定位系統(tǒng)GPS、遙感RS和地理信息系統(tǒng)GIS的簡稱。應(yīng)用：在車輛導航與車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的綜合利用；在海洋漁業(yè)資源開發(fā)中的綜合利用；在精細農(nóng)業(yè)發(fā)展中的綜合利用；在土地研究中的綜合利用；在全球變化研究領(lǐng)域中的綜合利用。地理信息系統(tǒng)：是在計算機的硬件和軟件的支持下，運用地理信息科學和系統(tǒng)工程理論，科學管理和綜合分析各種地理數(shù)據(jù)，提供管理，模擬決策規(guī)劃預測和預報等任務(wù)所