遙感地學分析期末整理(部分)

1、第一章廣義的遙感：廣義的角度來理解遙感，泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波（聲波、地震）等的探測。狹義的遙感：狹義的角度來理解遙感，指應用探測儀器，不與探測目標接觸，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。遙感是一種以物理手段、數(shù)學方法和地學分析為基礎的綜合性應用技術遙感技術系統(tǒng)一般由四部分組成：遙感平臺、傳感器、遙感數(shù)據(jù)接收與處理系統(tǒng)、遙感資料分析處理系統(tǒng) 。遙感信息源的類型按遙感平臺劃分：地面遙感，航空遙感，航天遙感，航宇遙感按探測的電磁波段劃分可見光遙感：波段在0.38-0.76m紅外遙感：波段在0.76-1000m微

2、波遙感 ：波段在1mm-1m 紫外遙感：波段在0.05-0.38m 多光譜遙感：多光譜攝影機、多光譜掃描儀等高光譜遙感：成像高光譜和非成像高光譜按電磁輻射源劃分：被動遙感，主動遙感按應用領域劃分：地質(zhì)遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、水利遙感、海洋遙感、環(huán)境遙感、災害遙感等。遙感的特點大面積的同步觀測：遙感平臺越高，視角越寬廣，可以同步探測到的地面范圍越大，從而可觀測地物的空間分布規(guī)律。時效性：遙感技術可以在短時間內(nèi)對同一地區(qū)進行重復探測。數(shù)據(jù)的綜合性和可比性：遙感技術獲取的數(shù)據(jù)反映地表的綜合特性，包括自然、人文等方面。經(jīng)濟性：可節(jié)省大量的人力、物力和財力。局限性：波譜的有限性、電磁波段的準確性、空間

3、分辨率低等。遙感信息源的綜合特征：多源性 空間宏觀性 遙感信息的時間性 綜合性、復合性 波譜、輻射量化性空間分辨率（Spatial resolution）像元大?。╬ixel size）：針對傳感器或圖像而言，指圖像上能夠詳細區(qū)分的最小單元的尺寸或大小 地面分辨率（Ground resolution）：針對地面而言，指可以識別的最小地面距離或最小目標物的大小空間分辨率的表示形式象元（pixel size)瞬時視域所對應的地面面積象元(pixe1)，即與一個象元大小相當?shù)牡孛娉叽?，單位：?m)。瞬時視場(IFOV)，指遙感器內(nèi)單個探測元件的受光角度或觀測視野，單位：毫弧度(mrad)。IFOV

4、越小，最小可分辨單元(可分像素)越小，空間分辨率越高。一個瞬時視場內(nèi)的信息，表示一個象元。線對：成像平面上1毫米間距內(nèi)能分辨開的黑白相間的線條對數(shù)光譜分辨率：傳感器所選用的波段數(shù)量的多少、各波段的波長位置、及波長間隔的大?。◣挘┕庾V分辨率在遙感中的意義: 開拓遙感應用領域; 專題研究中波段選擇針對性; 圖像處理中多波段的應用提高判識效果時間分辨率:對同一地區(qū)遙感影像重復覆蓋的頻率時間分辨率的意義: 動態(tài)監(jiān)測與預報； 自然歷史變遷和動力學分析；利用時間差提高遙感的成像率和解像率；更新數(shù)據(jù)庫輻射分辨率指傳感器對光譜信號強弱的敏感程度、區(qū)分能力。即探測器的靈敏度(遙感器感測元件在接收光譜信號時能分

5、辨的最小輻射度差，或指對兩個不同輻射源的輻射量的分辨能力)，一般用灰度的分級數(shù)來表示，即最暗最亮灰度值(亮度值)間分級的數(shù)目量化級數(shù)。 有效量化的級數(shù)，一般由動態(tài)范圍和信噪比SN所確定動態(tài)范圍傳感器可測量的最大信號與最小信號之比。所謂最大信號指在此值以外無論輸入的信號多強，響應也無變化的飽和區(qū)：所謂最小信號指在此值以外為對輸入的弱信號無響應的無感應區(qū)；而僅在動態(tài)范圍內(nèi)，輸入與輸出信號幾乎呈線性關系。信噪比（S/N）有效信號(signal)與噪聲(noise)之比。即信號功率與噪聲功率之比。而為了實用方便，信噪比常定義為信號均方根電壓和噪聲均方根電壓之比，單位均為分貝(dB) 。傳感器是收集、探

6、測、記錄地物電磁波輻射信息的工具。傳感器的分類：按工作方式分 主動方式傳感器：側(cè)視雷達、激光雷達、微波輻射計。 被動方式傳感器：航空攝影機、多光譜掃描儀（MSS）、TM、ETM、HRV、紅外掃描儀等。微波遙感的傳感器主動微波遙感：（雷達；側(cè)視雷達；合成孔徑側(cè)視雷達）。通過向目標地物發(fā)射微波并接受其后向輻射信號來實現(xiàn)對地觀測的遙感方式。主要傳感器為雷達，此外還有微波高度計和微波散射計。被動微波遙感：通過傳感器，接受來自目標地物發(fā)射的微波，而達到探測目的的遙感方式。被動接受目標地物微波輻射的傳感器為微波輻射計，被動探測目標地物微波散射特性的傳感器為微波散射計。常用遙感系統(tǒng): 衛(wèi)星遙感系統(tǒng); 航空遙

7、感系統(tǒng); 地面遙感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)陸地資源衛(wèi)星：以探測陸地資源為目的的衛(wèi)星叫陸地資源衛(wèi)星。美國陸地衛(wèi)星(Landsat)法國陸地觀測衛(wèi)星(SPOT)歐空局地球資源衛(wèi)星(ERS)俄羅斯鉆石衛(wèi)星(ALMAZ)日本地球資源衛(wèi)星(JERS)印度遙感衛(wèi)星(IRS)中-巴地球資源衛(wèi)星（CBERS）氣象衛(wèi)星系列：氣象衛(wèi)星是廣泛應用于國民經(jīng)濟領域和軍事領域的一種衛(wèi)星，是太空中的自動化高級氣象站。它能連續(xù)、快速、大面積地探測全球大氣變化情況。海洋衛(wèi)星系列：海洋衛(wèi)星主要用于海洋溫度場，海流的位置、界線、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水團的溫度、鹽度、顏色、葉綠素含量，海冰的類型、密集度、數(shù)量、范圍以及水下信息、

8、海洋環(huán)境、海洋凈化等方面的動態(tài)監(jiān)測。航空遙感是指載體為飛機或氣球所進行的遙感，它是遙感技術一個非常重要的組成部分。航空遙感成像 航空攝影成像：通過成像設備獲取物體的影像技術 航空掃描成像：依靠探測元件和掃描鏡對目標物體以瞬時視場為單位進行的逐點、逐行取樣，以得到目標物的電磁輻射特性信息，形成一定譜段的圖像 航空微波雷達成像 ：具有全天時、全天候的特點 航空遙感圖像的主要類型及其特征彩色紅外航空像片：由地物反射的光線進入攝影機鏡頭，使彩色紅外感光底片產(chǎn)生光化學反應，由該底片印出的像片稱為彩紅外像片。彩色紅外感光片沒有感藍層和黃濾色層，有感綠、感紅和感紅外層。因此不受大氣散射藍光的影響，像片清晰度

9、很高，適合城市航空攝影。熱紅外圖像 ：不受光照條件限制，晝夜成像 ；主要波段為35微米(中紅外)和814微米（熱紅外) 熱紅外圖像的特點：幾何畸變 圖像的不規(guī)則性 圖像的溫度標定 熱紅外圖像的成像時段 側(cè)視雷達圖像：具有特性地面方位分辨力和距離分辨力常規(guī)航空攝影遙感系統(tǒng)：分幅式攝影機；全景攝像機（又稱掃描攝影機 ）；鏡頭轉(zhuǎn)動式攝影機；多光譜攝影機地面遙感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：通過地面遙感平臺，用于近距離測量地物波譜和攝取供試驗研究用的地物細節(jié)影像，為航空遙感和航天遙感作校準和輔助工作。允許在某個小的區(qū)域內(nèi)或特定環(huán)境下反復的進行多時相的光譜測量和影像的獲取，并能保證光譜數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)的準同步 發(fā)展現(xiàn)狀及

10、熱點：無記錄的地面遙感階段(1608-1838)有記錄的地面遙感階段（1838-1857）空中攝影遙感階段（1858-1956）航天遙感階段（1957-）高光譜掘起階段（1990-）問題：遙感的時效性尚未充分體現(xiàn)，以達到實用。實時監(jiān)測與處理能力尚不能滿足如災害監(jiān)測、漁情預報、精細農(nóng)業(yè)等所要求的同步、準同步地完成數(shù)據(jù)獲取、分析處理、快速提供連續(xù)不斷的實用信息 遙感圖像自動識別，專題待征提取，持別是遙感數(shù)據(jù)定量反演地學參數(shù)的能力和精度，尚不能達到實用要求 問題的原因及解決方法：原因：遙感技術本身的局限性 人們認識上的局限性 解決的方法遙感數(shù)據(jù)源的改善，即高光譜、高幾何分辨率、高靈敏度、多角度、多類

11、型遙感器的研制和運行 遙感數(shù)據(jù)處理分析方法和手段的發(fā)展，以提高遙感的時效性和精度遙感定量反演方法的研究 遙感技術研究熱點：遙感數(shù)字圖像處理技術；定量化遙感技術；數(shù)字攝影測量技術；多源數(shù)據(jù)的融合技術；高光譜數(shù)據(jù)信息提技術第二章地物的光譜特性：自然界中任何地物都具有其自身的電磁輻射規(guī)律，如具有反射，吸收外來的紫外線、可見光、紅外線和微波的某些波段的特性，它們又都具有發(fā)射某些紅外線、微波的特性；少數(shù)地物還具有透射電磁波的特性，這種特性稱為地物的光譜特性。反射類型鏡面反射（specular reflection）:當入射能量全部或幾乎全部按相反方向反射，且反射角等于入射角，稱為鏡面反射。漫反射（dif

12、fuse reflection）：當入射能量在所有方向均勻反射，即入射能量以入射點為中心，在整個半球空間內(nèi)向四周各向同性的反射能量的現(xiàn)象，稱為漫反射。方向反射（directional reflection）：大量實驗證明，電磁輻射與地表相互作用表現(xiàn)出明顯的方向性特征。地物的反射光譜：地物的反射率隨入射波長變化的規(guī)律，叫做地物反射光譜。按地物反射率與波長之間關系繪成的曲線（橫坐標為波長值，縱坐標為反射率）稱為地物反射光譜曲線。典型地物的反射光譜特征詳見PPT第二章第一講地物的發(fā)射光譜特性：任何地物當溫度高于絕對溫度0 K時，組成物質(zhì)的原子、分子等微粒，在不停地做熱運動，都有向周圍空間輻射紅外線和

13、微波的能力。通常地物發(fā)射電磁輻射的能力是以發(fā)射率 （比輻射率）作為衡量標準。地物的發(fā)射率是以黑體輻射作為基準。因此，在介紹地物發(fā)射光譜特性之前，先介紹有關的黑體輻射及電磁輻射的物理量。黑體輻射及黑體輻射定律黑體是一個理想的輻射體，是“絕對黑體”的簡稱，指在任何溫度下，對各種波長的電磁輻射全部吸收。黑體是一種理想的吸收體，自然界沒有真正的黑體。黑體輻射：黑體的熱輻射稱為黑體輻射。地物發(fā)射光譜地物的發(fā)射率隨波長變化的規(guī)律，稱為地物的發(fā)射光譜。按地物發(fā)射率與波長間的關系繪成的曲線（橫坐標為波長，縱坐標為發(fā)射率）稱為地物發(fā)射光譜曲線。目視解譯是指用肉眼或借助于簡單的工具如放大鏡、立體鏡、投影觀察器等，

14、直接由肉眼來識別圖像特性，從而提取有用信息，即人把物體與圖像聯(lián)系起來的過程。直接解譯標志：色調(diào)（tone）；顏色（color）；圖型（pattern）；陰影（shadow）；形狀（shape）；紋理（texture）；大小 （size）：間接解譯標志：位置（site）；相關布局（association）目視解譯的方法：直判法； 對比分析法；綜合推理法；信息復合法；地理相關分析法。圖像、數(shù)字圖像 圖像和數(shù)字圖像都是物理世界中客觀對象的一種表示。數(shù)字圖像：客體或可見圖像的數(shù)字表述。它實際上是具有某種數(shù)值的一些點按行（橫）和列（縱）排成的二維矩陣。模擬圖像 ：指空間坐標和明暗程度都連續(xù)變化的、計算機

15、無法直接處理的圖像。遙感數(shù)字圖像：指以遙感方式獲得的以數(shù)字形式表述的遙感影像。遙感數(shù)字圖像最基本的單位是像素。像素的屬性特征常用灰度值來表示，即該像素位置上亮暗程度的整數(shù)值。遙感數(shù)字圖像預處理：輻射校正；幾何校正；圖像裁剪輻射校正：消除圖像數(shù)據(jù)中依附在輻射亮度里的各種失真的過程稱為輻射校正。遙感數(shù)字圖像處理：圖像顯示增強：彩色合成，圖像拉伸等。 目的：綜合不同波段的特征，突出研究對象的差異圖像變換：傅里葉變換，K-L變換，K-T變換，代數(shù)運算等。指的是是將圖像從空間域轉(zhuǎn)換到變換域例如頻率域的過程。圖像濾波：圖像平滑和銳化圖像融合：在統(tǒng)一地理坐標系中將對同一目標檢測的多幅遙感圖像數(shù)據(jù)采用一定的算

16、法，生成一幅新的、更能有效表示該目標的圖像 圖像變換概念：圖像變換指的是將圖像從空間域轉(zhuǎn)換到變換域例如頻率域的過程。進行圖像變換的目的就是為了使圖像的處理過程簡化。作用：通過圖像變換簡單而有效的實現(xiàn)增強處理通過圖像變換可以對圖像進行特征抽取。遙感圖像分類技術原理：同類地物在相同的條件下（光照、地形等）應該具有相同或相似的光譜信息和空間信息特征。不同類的地物之間具有差異同類地物的像元在數(shù)目較大時，其特征量的分布類型接近正態(tài)分布。方法：利用像素的灰度值之間的關系，綜合考慮矢量數(shù)據(jù)，考慮屬性數(shù)據(jù)。對像素的進行分類以隨機變量的統(tǒng)計分析為基礎。遙感圖像分類方法非監(jiān)督分類：特征空間識別法、系統(tǒng)聚類法、分裂

17、法(IsoData)、動態(tài)聚類法(k-means)監(jiān)督分類：最大似然法、最小距離法數(shù)字圖像分類新技術 :人工神經(jīng)網(wǎng)絡分類法 、模糊分類法、亞像元分類法(subpixel classification)、其他分類法 遙感圖像光譜與地物光譜的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別：多光譜遙感圖像的光譜波段數(shù)較少；高光譜波段數(shù)較多（光譜波段間隔可達5nm），高光譜數(shù)據(jù)的光譜曲線與實測地物光譜較為對應。遙感圖像不僅可以反映地物的光譜特征，還可以反映空間等特征；聯(lián)系：地物反演和信息提取時一般先分析地物的光譜特征，再以此為依據(jù)，使用對應波段的遙感圖像光譜進行分類和信息提取。光譜特征提取是通過原光譜空間或者其子空間的一種數(shù)學變換，

18、來實現(xiàn)信息綜合、特征增強和光譜減維的過程。光譜特征分析：根據(jù)地物在不同波段上的光譜響應，分析地物光譜曲線分布規(guī)律、敏感波段和產(chǎn)生的機理。光譜特征選擇的準則光譜距離可分性度量光譜相關性度量光譜信息量度量：光譜相關性是指圖像同一空間位置的像素在各波段有相似性。第三章干潔大氣：通常把除水汽以外的純凈大氣稱為干潔大氣，簡稱干空氣 。氣溶膠：大氣中懸浮著的各種固體和液體粒子 ；大氣分層：大氣在水平方向比較均勻，而在垂直方向呈明顯的層狀分布；按大氣的熱力性質(zhì)、電離狀況、大氣組分等特征分成若干層次 按中性成分的熱力結構，把大氣分成對流層、平流層、中間層、熱層和逸散層；按大氣的化學成分，把大氣分為均質(zhì)層和非均

19、質(zhì)層；按大氣的電磁特性，分為電離層和磁層；大氣濕度常用物理量水汽壓：表示大氣中的水汽分壓強，單位取毫巴；絕對濕度：表示單位體積大氣中所含水汽質(zhì)量，即水汽密度，單位為克米3（或克厘米3）；比濕q：表示同體積大氣中水汽質(zhì)量與濕空氣質(zhì)量之比，單位為克千克（或克克）；混合比sh：表示同體積大氣中水汽質(zhì)量與干空氣質(zhì)量之比，單位為克千克（或克克）；相對濕度f：表示空氣中水汽壓與同溫度下飽和水汽壓E之比，單位為毫巴/毫巴；露點溫度T：是將水汽壓為e的水汽,等壓冷卻到飽和時的溫度。 大氣壓力：指單位面積上直至大氣上界整個空氣柱的質(zhì)量 ；大氣密度：單位容積的大氣質(zhì)量 大氣遙感：在一定距離以外測定某處大氣的成分、

20、運動狀態(tài)和氣象要素值的探測方法和技術。大氣遙感分類被動式大氣遙感：利用大氣本身發(fā)射的輻射或其他自然輻射源發(fā)射的輻射同大氣相互作用的物理效應，進行大氣探測的方法和技術；主動式大氣遙感：由人采用多種手段向大氣發(fā)射各種頻率的高功率的波信號，然后接收、分析并顯示被大氣反射回來的回波信號，從中提取大氣成分和氣象要素的信息方法和技術。散射：電磁輻射與結構不均勻的物體作用后，產(chǎn)生的次級輻射無干涉抵消，而是向各個方向傳播的現(xiàn)象，它實質(zhì)是反射、折射和衍射的綜合反映。吸收電磁輻射是物質(zhì)的普通性質(zhì)，是指電磁輻射與物體作用后，轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能。根據(jù)吸收的強弱和隨波長的變化，吸收分為兩種非選擇性吸收。在電磁輻射的整個波

21、段內(nèi)都有吸收且吸收率隨波長的變化幾乎不變的吸收。選擇吸收。在一些波段上吸收很大而一些波段上吸收很少，即吸收率隨波長的變化有急劇變化的吸收。透射是指電磁輻射與介質(zhì)作用后，產(chǎn)生次級輻射扣部分原入射輻射穿過該介質(zhì)，到達另一種介質(zhì)的現(xiàn)象或過程大氣窗口0.31.3m，即紫外、可見光、近紅外波段。這一波段是攝影成像的最佳波段，也是許多衛(wèi)星傳感器掃描成像的常用波段。1.51.8m，2.03.5 m，即近、中紅外波段，在白天日照條件好的時候掃描成像常用這些波段，用以探測植物含水量以及云、雪或用于地質(zhì)制圖等。3.55.5m，即中紅外波段，物體的熱輻射較強。這一區(qū)間除了地面物體反射光譜反射太陽輻射外，地面物體也有

22、自身的發(fā)射能量。814m，即遠紅外波段。主要來自物體熱輻射的能量，適于夜間成像，測量探測目標的地物溫度 。0.82.5cm，即微波波段，由于微波穿云透霧的能力，這一區(qū)間可以全天候工作。而且由其他窗口區(qū)間的被動遙感工作方式過渡到主動遙感的工作方式。水汽對陸地遙感圖像質(zhì)量的影響水汽能強烈吸收地面輻射并向地面和周圍大氣放出長波輻射。太陽輻射在大氣中數(shù)次傳遞受到大氣層中的氣體和微粒對電磁輻射的強度和組成會產(chǎn)生影響，造成遙感圖像的變形等情況發(fā)生。降低了遙感圖像的對比度。除氣象衛(wèi)星探測云層外，大多數(shù)遙感被動傳感器都選擇無云天氣探測地表信息。 第四章有關礦物的光譜特征：影響礦物反射光譜的主要因素是礦物化學成

23、份、礦物晶體結構和礦物粒度等，其中礦物化學成份是最重要的因素。可見光范圍的波譜特征，取決于礦物中過渡金屬離子的種類和含量，而中紅外波段的特征譜帶則取決于礦物中的陰離子基團 。巖石的光譜特性及影響因素：反射光譜特征不僅與巖石本身的礦物組成有關，同時也與它的風化程度、表面粗糙度、干燥程度以及本身的顏色等有著密切聯(lián)系。 區(qū)域地質(zhì)遙感調(diào)查工作內(nèi)容包括以下四個方面：空中及地面探測，資料的預處理，室內(nèi)的地質(zhì)解譯與野外驗證，成果資料的分析與總結區(qū)域地質(zhì)遙感調(diào)查工作程序包括以下五個步驟：準備工作階段，初步解譯和編制遙感地質(zhì)略圖，野外調(diào)查階段檢查和驗證，室內(nèi)綜合研究與驗收成圖與總結階段，審查驗收階段遙感地質(zhì)解譯內(nèi)容簡表地質(zhì)礦產(chǎn)遙感勘查工作程序：資料準備，成礦遠景遙感資料預測，野外調(diào)查，找礦靶區(qū)的預測和靶區(qū)研究，建立遙感找礦模式常用的遙感找礦方法：成像光譜巖礦識別技術地質(zhì)體成像光譜數(shù)據(jù)的預處理技術地質(zhì)體光譜的重建方法地質(zhì)體成像光譜特征的量化分析和識別建模技術滑坡遙感調(diào)查技術：傳統(tǒng)監(jiān)測技術；“數(shù)字滑坡”技術泥石流是介于挾沙水流和滑坡之間的山區(qū)土（碎石）、水、