《遙感原理》期末復(fù)習(xí)

遙感原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)大綱TOC\o"1-2"\h\z\u遙感原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)大綱 1第一章遙感概述 2§1.1遙感的概念 2§1.2遙感技術(shù)系統(tǒng) 2§1.3遙感技術(shù)的簡史與發(fā)展 3第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ) 4§2.1電磁波譜與黑體輻射 4§2.2太陽輻射和地球輻射 9§2.3地球大氣及其對太陽輻射的影響 10§2.4地物的反射輻射 12第三章遙感的光學(xué)基礎(chǔ) 13§3.1顏色性質(zhì)和顏色立體 13§3.2加色法和減色法 15第四章遙感平臺 16§4.1遙感平臺的種類 16§4.2衛(wèi)星軌道及運行特點 16第五章遙感傳感器 18§5.1掃描成像類傳感器 18§5.2雷達成像類傳感器 19第六章遙感圖像幾何處理 21§6.1遙感傳感器的構(gòu)像方程 21§6.2遙感圖像的幾何變形 21§6.3遙感圖像的幾何處理 22§6.4圖像間的自動配準和數(shù)字鑲嵌 24第七章遙感圖像輻射處理 25§7.1遙感圖像的輻射處理 25§7.2遙感圖像輻射增強 27§7.3多光譜圖像運算 28§7.4圖像融合 28第八章遙感圖像判讀 30§8.1景物特征和判讀標志 30§8.2目視判讀的一般過程和方法 31第九章遙感圖像自動識別分類 32§9.1分類預(yù)處理 32§9.2監(jiān)督分類 33§9.3非監(jiān)督分類 35§9.4分類后處理和誤差分析 38第一章遙感概述§1.1遙感的概念遙感即遙遠感知，是在不直接接觸的情況下，對目標或自然現(xiàn)象遠距離探測和感知的一種技術(shù)。遙感的基本內(nèi)容：（1）遙感技術(shù)遙感技術(shù)主要解決獲取地球表層信息的手段問題，它包括傳感器的設(shè)計與制造，傳感器的掃描姿態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸以及原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理等。（2）遙感理論遙感理論的主要任務(wù)是將數(shù)據(jù)（傳感器所提供的可測參數(shù)值）轉(zhuǎn)化為有用的信息，即可被人類理解的關(guān)于地球表層的某種物理的、幾何的、生物學(xué)的及化學(xué)的參數(shù)。（3）遙感應(yīng)用遙感應(yīng)用的任務(wù)是將信息轉(zhuǎn)變?yōu)橹R，所謂知識是對地球表層系統(tǒng)的物理過程及內(nèi)在變化規(guī)律的認識和表達。遙感應(yīng)用的特點是必須將由遙感手段獲取的信息與母學(xué)科知識緊密結(jié)合，才能對地球表層系統(tǒng)的現(xiàn)狀作出正確的描述，對它的發(fā)展作出準確的判斷?！?.2遙感技術(shù)系統(tǒng)遙感技術(shù)系統(tǒng)：是一個從地面到空中，乃至空間，從信息收集、存儲、處理到判讀分析和應(yīng)用的完整技術(shù)體系。遙感過程：指遙感信息的獲取、傳輸、處理及其判讀分析和應(yīng)用的全過程。遙感平臺：裝載傳感器的工具或設(shè)備，主要有地面平臺(如遙感車、手提平臺、地面觀測臺等)、空中平臺(如飛機、氣球、其他航空器等)、空間平臺(如火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間實驗室、航天飛機等)。傳感器：接收、記錄目標物電磁波特征的儀器（各種光學(xué)、無線電儀器），如掃描儀、雷達、攝影機、攝像機、輻射計等。遙感探測的特點：宏觀觀測，大范圍獲取數(shù)據(jù)資料；動態(tài)監(jiān)測、快速更新監(jiān)控范圍數(shù)據(jù)；技術(shù)手段多樣，可獲取海量信息應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，經(jīng)濟效益高遙感的分類（1）按遙感平臺分地面遙感：傳感器設(shè)置在地面平臺上，如車載、船載、手提、固定或活動高架平臺等；航空遙感：傳感器設(shè)置于航空器上，主要是飛機、氣球等；航天遙感：傳感器設(shè)置于環(huán)地球的航天器上，如人造地球衛(wèi)星、航天飛機、空間站、火箭等；宇航遙感：傳感器設(shè)置于星際飛船上，指對地月系統(tǒng)外的目標的探測。（2）按傳感器的探測波段分紫外遙感：探測波段在0.05一0.38μm之間；可見光遙感：探測波段在0.38一0.76μm之間；紅外遙感：探測波段在0.76一1000μm之間；微波遙感：探測波段在1mm一1m之間。（3）按傳感器的工作原理分主動遙感：由探測器主動發(fā)射一定電磁波能量并接收目標的后向散射值量；被動遙感：傳感器不向目標發(fā)射電磁波，僅被動接收目標物的自身發(fā)射和對自然輻射源的反射能量。（4）按遙感資料的獲取方式分成像遙感：將探測到的目標電磁輻射轉(zhuǎn)換成可以顯示為圖像的遙感資料，如航空像片、衛(wèi)星影像等；非成像遙感：將所接收的目標電磁輻射數(shù)據(jù)輸出或記錄在磁帶上而不產(chǎn)生圖像。（5）根據(jù)波段寬度及波譜的連續(xù)性分高光譜遙感：常規(guī)遙感：又稱為寬波段遙感（5）按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域分從大的研究領(lǐng)域可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等；從具體應(yīng)用領(lǐng)域可分為資源遙感、環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、漁業(yè)遙感、地質(zhì)遙感、氣象遙感、水文遙感、城市遙感、工程遙感及災(zāi)害遙感、軍事遙感等，還可以劃分為更細的研究對象進行各種專題應(yīng)用?！?.3遙感技術(shù)的簡史與發(fā)展當前遙感發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢：多分辨率傳感器的發(fā)展；多波段、多極化、多角度遙感并用；小衛(wèi)星及衛(wèi)星群的發(fā)展；第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)§2.1電磁波譜與黑體輻射2.1.1電磁波與電磁波譜變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，以有限的速度由近及遠在空間內(nèi)傳播的過程稱為電磁波。按照電磁波在真空中傳播的波長或頻率遞增或遞減順序排列制成的圖表，稱為電磁波譜圖。電磁波譜區(qū)段的界限是漸變的，一般按產(chǎn)生電磁波的方法或測量電磁波的方法來劃分。電磁波譜表波段波長長波

中波和短波

超短波大于3000m

10~3000m

1~10m微波1mm~1m紅外波段超遠紅外

遠紅外

中紅外

近紅外0.76

~

1000μm15~1000μm

6~15μm

3~6μm

0.76~3μm可見光紅

橙

黃

綠

青

藍

紫

0.38

~

0.76μm0.62~0.76μm

0.59~0.62μm

0.56~0.59μm

0.50~0.56μm

0.47~0.50μm

0.43~0.47μm

0.38~0.43μm紫外線10-3~3.8×10-1μmX射線10-6~10-3μmγ射線小于10-6μm2.1.2電磁輻射的有關(guān)概念輻射源：能夠向外輻射電磁波的物體。任何物體都能夠吸收其他物體對它的輻射，也能夠向外輻射電磁波。自然輻射源：-太陽輻射：可見光及近紅外遙感的重要輻射源。-地球電磁輻射：遠紅外遙感的輻射源。人工輻射源：人為發(fā)射，如雷達（微波雷達輻射源，激光雷達輻射源）。 基本物理名詞：輻射能量（Q）、輻射通量（輻射功率，φ）、輻射出射度（輻射通量密度W）、輻射照度（E）、輻射強度（I）、輻射亮度(L)輻射能量Q：電磁輻射是具有能量的，它表現(xiàn)在：?使被輻照的物體溫度升高?改變物體的內(nèi)部狀態(tài)?使帶電物體受力而運動輻射能量（Q）的單位是焦耳（J）輻射通量(radiantflux)Φ：在單位時間內(nèi)通過的輻射能量稱為輻射通量。Φ=?Q/?t輻射通量（Φ）的單位是瓦特=焦耳/秒（W=J/S）輻射通量密度(irradiance)E、(radiantexistence)M：單位面積上的輻射通量稱為輻射通量密度。E輻照度=?Φ/?AM輻射出射度=?Φ/?A輻射通量密度的單位是瓦/米2（W/m2）圖SEQ圖表\*ARABIC2輻射強度(radiantintensity)I：輻射強度是描述點輻射源的輻射特性的，指在某一方向上單位立體角內(nèi)的輻射通量。I=?Φ/?Ω輻射強度（I）的單位是瓦/球面度（W/Sr）圖SEQ圖表\*ARABIC3輻射亮度(radiance)L：單位面積、單位波長、單位立體角內(nèi)的輻射通量稱為輻射亮度。L=?3Φ/?A?λ?Ω輻射亮度（L）的單位是瓦/米2?微米?球面度（W/m2?μm?Sr）圖SEQ圖表\*ARABIC4分譜輻射通量：輻射通量是波長λ的函數(shù)，單位波長間隔內(nèi)的輻射通量稱為分譜輻射通量：Φλ=?Φ/?λ分譜輻射通量的單位是瓦/微米（W/μm）圖SEQ圖表\*ARABIC5分譜輻射通量、分譜輻照度、分譜輻射出射度、分譜輻射強度2.1.3黑體輻射1860年，基爾霍夫得出了好的吸收體也是好的輻射體這一定律。它說明了凡是吸收熱輻射能力強的物體，它們的熱發(fā)射能力也強；凡是吸收熱輻射能力弱的物體，它們的熱發(fā)射能力也就弱。如果一個物體對于任何波長的電磁輻射都全部吸收，則這個物體是絕對黑體。一個不透明的物體對入射到它上面的電磁波只有吸收和反射作用，且此物體的光譜吸收率α(λ,T)與光譜反射率ρ（λ，T）之和恒等于1，實際上對于一般物體而言，上述系數(shù)都與波長和溫度有關(guān)，但絕對黑體的吸收率α(λ,T)≡1,反射率ρ（λ,T）≡0；與之相反的絕對白體則能反射所有的入射光，即：反射率ρ（λ,T）≡1，吸收率α(λ,T)≡0，與溫度和波長無關(guān)。1900年普朗克用量子理論概念推導(dǎo)黑體輻射通量密度Wλ和其溫度的關(guān)系以及按波長λ分布的輻射定律（普朗克方程）：式中：——分譜輻射通量密度，單位（）；λ——波長，單位μm；h——普朗克常數(shù)=6.6256′10-34J·s；c——光速3′108m/s；k——玻耳茲曼常數(shù)=1.38′10T——絕對溫度K。式中：＿＿＿第一輻射常量，其值為3.7418；＿＿＿第二輻射常量，其值為1.4388。圖中可直觀地看出黑體輻射的三個特性：（1）與曲線下的面積成正比的總輻射通量密度W是隨溫度T的增加而迅速增加。總輻射通量密度W可在從零到無窮大的波長范圍內(nèi)對普朗克公式進行積分得到，即：其中稱為斯忒藩－玻爾茲曼常量。從上式可以看出：絕對黑體表面上，單位面積發(fā)出的總輻射能與絕對溫度的四次方成正比，稱為斯忒藩－玻耳茲曼公式。對于一般物體來講，傳感器檢測到它的輻射能后就可以用此公式概略推算出物體的總輻射能量或絕對溫度（T）。熱紅外遙感就是利用這一原理探測和識別目標物的。（2）分譜輻射能量密度的峰值波長隨溫度的增加向短波方向移動?？晌⒎制绽士斯?，并求極值：稱為維恩位移定律。它表明：黑體的絕對溫度增高時，它的最大輻射本領(lǐng)向短波方向位移。若知道了某物體溫度，就可以推算出它所輻射的波段。在遙感技術(shù)上，常用這種方法選擇遙感器和確定對目標物進行熱紅外遙感的最佳波段。案例：已知森林火災(zāi)中心區(qū)域溫度高達500℃，可用的大氣窗口包括0.30-1.3μm、1.5-3.5μm、3.5-5.5μm、8-14μm。試根據(jù)維恩位移公式對森林火災(zāi)監(jiān)測遙感圖像獲取的大氣窗口進行選擇。維恩位移公式：解：由已知條件可知森林火災(zāi)中心區(qū)域溫度（K）為500+273=773（K）由維恩位移公式可知：故可選的大氣窗口為3.5-5.5μm（3）每根曲線彼此不相交，故溫度T越高所有波長上的波譜輻射通量密度也越大。2.1.4一般物體的發(fā)射輻射黑體熱輻射由普朗克定律描述，它僅依賴于波長和溫度。然而，自然界中實際物體的發(fā)射和吸收的輻射量都比相同條件下絕對黑體的要低。而且，實際物體的輻射不僅依賴于波長和溫度，還與構(gòu)成物體的材料、表面狀況等因素有關(guān)。我們用發(fā)射率ε來表示它們之間的關(guān)系：ε=W′/W即：發(fā)射率ε就是實際物體與同溫度的黑體在相同條件下輻射功率之比。依據(jù)光譜發(fā)射率隨波長的變化形式，將實際物體分為兩類：一類是選擇性輻射體，在各波長處的光譜發(fā)射率ελ不同，即ε=f(λ)；另一類是灰體，在各波長處的光譜發(fā)射率ελ相等，即：ε=ελ，與絕對黑體、絕對白體相比較列于下面：①絕對黑體ελ＝ε＝1②灰體ελ＝ε但0＜ε＜1③選擇性輻射體ε＝f(λ)④理想反射體（絕對白體）ελ＝ε＝0發(fā)射率是一個介于0和1的數(shù)，用于比較此輻射源接近黑體的程度。各種不同的材料，表面磨光的程度不一樣，發(fā)射率也不一樣，并且隨著波長和材料的溫度而變化。§2.2太陽輻射和地球輻射2.2.1太陽輻射地球上的能源主要來源于太陽，太陽是被動遙感最主要的輻射源。傳感器從空中或空間接收地物反射的電磁波，主要是來自太陽輻射的一種轉(zhuǎn)換形式。太陽常數(shù)：指不受大氣影響，在距離太陽一個天文單位內(nèi)，垂直于太陽光輻射的方向上，單位面積單位時間黑體所接收的太陽輻射能量。太陽光譜：太陽發(fā)射的電磁輻射在地球大氣頂層隨波長的分布稱為太陽光譜。案例：已知太陽常數(shù)，日地距離，太陽線半徑，求太陽表面的輻射出射度M？其中，首先由日地距離構(gòu)成的球狀空間表面積計算太陽總的輻射通量：然后根據(jù)太陽線半徑計算太陽表面的輻射出射度（輻射通量密度）：2.2.2地球輻射地球輻射可分為：短波0.3-2.5μm，長波輻射6μm以上。地球的短波輻射以地球表面對太陽的反射為主，地球自身的熱輻射可以忽略。地球的長波輻射只考慮地表物體自身的熱輻射，這個區(qū)域太陽照度的影響很小。中紅外波段（2.5-6μm）：太陽輻射和地球熱輻射均有?！?.3地球大氣及其對太陽輻射的影響2.3.1地球大氣地球大氣從垂直方向可劃分成四層，對流層、平流層、電離層和外大氣層。大氣成分主要有氮、氧、氬、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氫（這些氣體在80km以下的相對比例保持不變，稱不變成分）、臭氧、水蒸氣、液態(tài)和固態(tài)水（雨、霧、雪、冰等）、鹽粒、塵煙（這些氣體的含量隨高度、溫度、位置而變、稱為可變成分）等。2.3.2大氣對太陽輻射的衰減作用在可見光波段，引起電磁波衰減的主要原因是分子散射。在紫外、紅外與微波區(qū)，引起電磁波衰減的主要原因是大氣吸收。引起大氣吸收的主要成分是氧氣、臭氧、水、二氧化碳等。在可見光波段范圍內(nèi)，大氣分子吸收的影響很小，主要是散射引起衰減。電磁波在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向發(fā)生改變，并向各個方向散開，稱散射。散射的方式隨電磁波波長與大氣分子直徑、氣溶膠微粒大小之間的相對關(guān)系而變，主要有米氏(Mie)散射、均勻散射、瑞利（Rayleigh）散射等。如果介質(zhì)中不均勻顆粒的直徑a與入射波長同數(shù)量級，發(fā)生米氏散射；當不均勻顆粒的直徑a>>λ時，發(fā)生均勻散射；而瑞利散射的條件是介質(zhì)的不均勻程度a小于入射電磁波波長的十分之一。一般考慮具有半徑γ的均勻球狀粒子的理想散射時，常采用無量綱尺度參數(shù)x=2πr/λ作為判別標準：當x<0.1時，可用瑞利散射；當x≥0.1時，需用米散射；當x>>50，可用幾何光學(xué)。同一粒子對不同波長而言，往往采用不同的散射處理方法，如直徑1微米的云滴對可見光的散射是米散射；但對微波，卻可作瑞利散射處理。瑞利散射：散射光強與波長四次方成反比。米氏散射：散射光強與波長平方成反比。2.3.3大氣窗口太陽輻射在到達地面之前穿過大氣層，大氣折射只是改變太陽輻射的方向，并不改變輻射的強度。但是大氣反射、吸收和散射的共同影響卻衰減了輻射強度，剩余部分才為透射部分。不同電磁波段通過大氣后衰減的程度是不一樣的，因而遙感所能夠使用的電磁波是有限的。有些大氣中電磁波透過率很小，甚至完全無法透過電磁波。這些區(qū)域就難于或不能被遙感所使用，稱為“大氣屏障”；反之，有些波段的電磁輻射通過大氣后衰減較小，透過率較高，對遙感十分有利，這些波段通常稱為“大氣窗口”。簡單來說，大氣窗口表示了電磁波在大氣傳輸過程中吸收和散射很小，透射率很高的波段。常用大氣窗口：0.30-1.3μm。主要是反映地物對太陽光的反射。通常采用攝影或掃描的方式在白天感測、收集目標信息成像。1.5-3.5μm大氣窗口白天夜間都可應(yīng)用，是以掃描的成像方式感測、收集目標信息，主要應(yīng)用于地質(zhì)遙感。3.5~5.5μm大氣窗口，包含地物反射及發(fā)射光譜，用來探測高溫目標。8-14μm熱紅外窗口，屬于地物的發(fā)射波譜，是常溫下地物熱輻射能量最集中的波段，所探測的信息主要反映地物的發(fā)射率及溫度。1.0cm-1m微波窗口，分為毫米波、厘米波、分米波。遙感中常采用被動式遙感（微波輻射測量）和主動式遙感，前者主要測量地物熱輻射，后者是用雷達發(fā)射一系列脈沖，然后記錄分析地物的回波信號。2.3.4輻射傳輸過程傳感器從高空探測地面物體時，所接收到的電磁波能量包括：1、太陽經(jīng)大氣衰減后照射地面，經(jīng)地物反射后，又經(jīng)大氣第二次衰減進入傳感器的能量；2、地面物體本身輻射的能量經(jīng)大氣后進入傳感器；3、大氣散射和輻射的能量等?！?.4地物的反射輻射2.4.1地物的反射類別物體對電磁波的反射有三種形式：鏡面反射 是指物體的反射滿足反射定律。當發(fā)生鏡面反射時，對于不透明物體，其反射能量等于入射能量減去物體吸收的能量。自然界中真正的鏡面很少，非常平靜的水面可以近似認為是鏡面。漫反射 如果入射電磁波波長λ不變，表面粗糙度h逐漸增加，直到h與λ同數(shù)量級，這時整個表面均勻反射入射電磁波，入射到此表面的電磁輻射按照朗伯余弦定律反射。方向反射 實際地物表面由于地形起伏，在某個方向上反射最強烈，這種現(xiàn)象稱為方向反射。是鏡面反射和漫反射的結(jié)合。它發(fā)生在地物粗糙度繼續(xù)增大的情況下，這種反射沒有規(guī)律可尋。第三章遙感的光學(xué)基礎(chǔ)§3.1顏色性質(zhì)和顏色立體3.1.1光和顏色正常的人眼可以看見電磁波譜中0.38μm至0.76μm的波段，所以這一波段被稱作可見光譜。人眼所能反映出的顏色都可以和電磁波的波長相對應(yīng)。 亮度對比和顏色對比 （1）亮度對比：對象相對于背景的明亮程度。改變對比度，可以提高圖像的視覺效果。 （2）顏色對比：在視場中，相鄰區(qū)域的不同顏色的相互影響叫做顏色對比。兩種顏色相互影響的結(jié)果，使每種顏色會向其影響色的補色變化。在兩種顏色的邊界，對比現(xiàn)象更為明顯。因此，顏色的對比會產(chǎn)生不同的視覺效果。3.1.2顏色的性質(zhì)所有顏色都是對某段波長有選擇地反射而對其他波長吸收的結(jié)果。顏色的性質(zhì)由明度、色調(diào)、飽和度來描述。（1）明度：是人眼對光源或物體明亮程度的感覺。物體反射率越高，明度就越高。圖SEQ圖表\*ARABIC10（2）色調(diào)：是色彩彼此相互區(qū)分的特性。圖SEQ圖表\*ARABIC11（3）飽和度：是色彩純潔的程度，即光譜中波長段是否窄，頻率是否單一的表示。圖SEQ圖表\*ARABIC123.1.3顏色立體（1）顏色立體：中間垂直軸代表明度；中間水平面的圓周代表色調(diào)；圓周上的半徑大小代表飽和度。圖SEQ圖表\*ARABIC13§3.2加色法和減色法3.2.1顏色相加原理三原色：若三種顏色，其中的任一種都不能由其余二種顏色混合相加產(chǎn)生，這三種顏色按一定比例混合，可以形成各種色調(diào)的顏色，則稱之為三原色。紅、綠、藍。紅+綠+藍=白色或灰色（加色法）互補色：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，這兩種顏色就稱為互補色。黃和藍、紅和青、綠和品紅。3.2.1顏色相減原理白光依次透過黃、藍濾光片后得到綠色（減色法）。第四章遙感平臺§4.1遙感平臺的種類遙感中搭載遙感器的工具統(tǒng)稱為遙感平臺。按平臺距地面的高度大體上可分為三類:地面平臺、航空平臺、航天平臺?！?.2衛(wèi)星軌道及運行特點4.2.1軌道參數(shù)衛(wèi)星軌道在空間的具體形狀位置，可由六個軌道參數(shù)來確定。1、升交點赤經(jīng)Ω升交點赤經(jīng)Ω為衛(wèi)星軌道的升交點與春分點之間的角距。所謂升交點為衛(wèi)星由南向北運行時，與地球赤道面的交點。反之，軌道面與赤道面的另一個交點稱為降交點。春分點為黃道面與赤道面在天球上的交點。2、近地點角距ωω是指衛(wèi)星軌道的近地點與升交點之間的角距。3、軌道傾角ii角是指衛(wèi)星軌道面與地球赤道面之間的兩面角。4、衛(wèi)星軌道的長半軸aa為衛(wèi)星軌道遠地點到橢圓軌道中心的距離。5、衛(wèi)星軌道的偏心率（或稱扁率）ee=c/a式中，c——衛(wèi)星橢圓軌道的焦距。6、衛(wèi)星過近地點時刻T在六個軌道參數(shù)中，Ω、ω、i和T決定了衛(wèi)星軌道面與赤道面的相對位置，而a和e則決定了衛(wèi)星軌道的形狀。4.2.2衛(wèi)星坐標的測定和解算4.2.3衛(wèi)星姿態(tài)角影像幾何變形與衛(wèi)星姿態(tài)角也有直接的關(guān)系。為了進行幾何校正，必須提供衛(wèi)星姿態(tài)角參數(shù)?，F(xiàn)定義衛(wèi)星質(zhì)心為坐標原點，沿軌道前進的切線方向為x軸，垂直軌道面的方向為y軸，垂直xy平面的為z軸，則衛(wèi)星的姿態(tài)有三種情況：繞x軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱之為滾動；繞y軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱俯仰；繞z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱航偏。4.2.4其它一些常用參數(shù)1、衛(wèi)星速度2、衛(wèi)星運行周期衛(wèi)星運行周期是指衛(wèi)星繞地一圈所需要時間，即從升交點開始運行到下次過升交點時的時間間隔。3、衛(wèi)星高度4、同一天相鄰軌道間在赤道處的距離5、每天衛(wèi)星繞地圈數(shù)6、重復(fù)周期衛(wèi)星重復(fù)周期是指衛(wèi)星從某地上空開始運行，經(jīng)過若干時間的運行后，回到該地空時所需要的天數(shù)。第五章遙感傳感器遙感傳感器是獲取遙感數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備，由于設(shè)計和獲取數(shù)據(jù)的特點不同，傳感器的種類也就繁多，就其基本結(jié)構(gòu)原理來看，目前遙感中使用的傳感器大體上可分為如下一些類型：攝影類型的傳感器；掃描成像類型的傳感器；雷達成像類型的傳感器；非圖像類型的傳感器。無論哪種類型遙感傳感器，它們都由如圖所示的基本部分組成：收集器：收集地物輻射來的能量。探測器：將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能或電能。處理器：對收集的信號進行處理。輸出器：輸出獲取的數(shù)據(jù)?！?.1掃描成像類傳感器掃描成像類型的傳感器是逐點逐行地以時序方式獲取二維圖像，有兩種主要的形式，一是對物面掃描的成像儀，它的特點是對地面直接掃描成像，這類儀器如紅外掃描儀、多光譜掃描儀、成像光譜儀、自旋和步進式成像儀及多頻段頻譜儀等；二是瞬間在像面上先形成一條線圖像，甚至是一幅二維影像，然后對影像進行掃描成像，這類儀器有線陣列CCD推掃式成像儀，電視攝像機等。5.1.1對物面掃描的成像儀一、紅外掃描儀二、MSS多光譜掃描儀三、TM專題制圖儀四、ETM+增強型專題制圖儀機械掃描型（Whiskbroomscanner，也稱為光機掃描儀、撣掃式掃描儀）5.1.2對像面掃描的成像儀一、HRV線陣列推掃式掃描儀固定推掃型（Pushbroomsensor，也稱為推帚式掃描儀）5.1.3成像光譜儀（ImagingSpectrometer）成像光譜儀按其結(jié)構(gòu)的不同，可分為兩種類型。一種是面陣探測器加推掃式掃描儀的成像光譜儀。另一種是用線陣列探測器加光機掃描儀的成像光譜儀。§5.2雷達成像類傳感器側(cè)視雷達：雷達天線照射天底軌道一側(cè)的一條被測表面。這種側(cè)視設(shè)計對于消除由兩個等距對稱點產(chǎn)生的左－右模糊是必要的。5.2.1真實孔徑雷達真實孔徑側(cè)視雷達的分辨力包括距離分辨力和方位分辨力兩種。距離分辨力是在脈沖發(fā)射的方向上，能分辨兩個目標的最小距離，它與脈沖寬度有關(guān)。方位分辨力是指相鄰的兩束脈沖之間，能分辨兩個目標的最小距離。它與波瓣角β有關(guān)。距離分辨力（率）斜距分辨力地距分辨力方位分辨力（率）3.2.2合成孔徑雷達合成孔徑雷達的方位分辨力與距離無關(guān)，只與實際使用的天線孔徑有關(guān)，即Rs=d。此外由于雙程相移，方位分辨力還可提高一倍，即Rs=d/2。5.2.3側(cè)視雷達圖像的幾何特征1、斜距圖像的比例失真（ScaleDistortion）離雷達近的比例尺小，而遠的反而大。2、透視收縮（Foreshortening）雷達圖像上的地面斜坡被明顯縮短的現(xiàn)象。3、疊掩現(xiàn)象（Layover）發(fā)射雷達脈沖的曲率使近目標（即高目標的頂部）回波先到達，遠目標（即高目標的底部）后到達。因而頂部先成像，并向近射程方向位移。4、陰影現(xiàn)象5、高差產(chǎn)生的投影差亦與中心投影影像投影差位移的方向相反，位移量也不同。投影差：，而由于，所以5.2.4相干雷達（INSAR）INSAR數(shù)據(jù)處理的一般流程主要步驟包括：影像配準、干涉圖生成、噪聲濾除，基線估算，平地效應(yīng)消除，相位解纏，高程計算和糾正（地理編碼處理）等。思考題：分析可見光/近紅外、熱紅外、微波（主動微波）三種不同類型傳感器的特點？第六章遙感圖像幾何處理§6.1遙感傳感器的構(gòu)像方程遙感圖像的構(gòu)像方程是指地物點在圖像上的圖像坐標(x，y)和其在地面對應(yīng)點的大地坐標(X、Y、Z)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。6.1.1遙感圖像的通用構(gòu)像方程主要的坐標系有：1．傳感器坐標系S－UVW，S為傳感器投影中心，作為傳感器坐標系的坐標原點，U軸的方向為遙感平臺的飛行方向，V軸垂直于U，W軸則垂直于UV平面，該坐標系描述了像點在空間的位置。2．地面坐標系O－XYZ，主要采用地心坐標系統(tǒng)。當傳感器對地成像時，Z軸與原點處的天頂方向一致，XY平面垂直于Z軸。3．圖像(像點)坐標系o－xyf，（x，y）為像點在圖像上的平面坐標，f為傳感器成像時的等效焦距，其方向與S－UVW方向一致。在地面坐標系與傳感器坐標系之間建立的轉(zhuǎn)換關(guān)系稱為通用構(gòu)像方程?！?.2遙感圖像的幾何變形遙感圖像成圖時，由于各種因素的影響，圖像本身的幾何形狀與其對應(yīng)的地物形狀往往是不一致的。遙感圖像的幾何變形是指圖像上像元在圖像坐標系中的坐標與其在地圖坐標系等參考坐標系統(tǒng)中的對應(yīng)坐標之間的差異。研究遙感圖像幾何變形的前提是必須確定一個圖像投影的參照系統(tǒng)，即地圖投影系統(tǒng)。遙感圖像的變形誤差可分為靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差兩大類。靜態(tài)誤差是在成像過程中，傳感器相對于地球表面呈靜止狀態(tài)時所具有的各種變形誤差。動態(tài)誤差主要是在成像過程中由于地球的旋轉(zhuǎn)等因素所造成的圖像變形誤差。變形誤差又可分為內(nèi)部誤差和外部誤差兩類。內(nèi)部誤差主要是由于傳感器自身的性能技術(shù)指標偏移標稱數(shù)值所造成的。內(nèi)部誤差隨傳感器的結(jié)構(gòu)不同而異，其數(shù)據(jù)和規(guī)律可以在地面通過檢校的方式測定，其誤差值不大，本書不予討論。外部變形誤差是在傳感器本身處在正常工作的條件下，由傳感器以外的各種因素所造成的誤差，如傳感器的外方位元素變化，傳感器介質(zhì)不均勻，地球曲率，地形起伏以及地球旋轉(zhuǎn)等因素引起的變形誤差。本節(jié)主要討論外部誤差對圖像變形的影響。此外把某些傳感器特殊的成像方式所引起的圖像變形，如全景變形、斜距變形等也加以討論。6.2.1傳感器成像方式引起的圖像變形傳感器的成像方式有中心投影，全景投影，斜距投影以及平行投影等幾種。6.2.2傳感器外方位元素變化的影響傳感器的外方位元素，是指傳感器成像時的位置（Xs,Ys,Zs）和姿態(tài)角（，，，）。6.2.3地形起伏引起的像點位移投影誤差是由地面起伏引起的像點位移，當?shù)匦斡衅鸱鼤r，對于高于或低于某一基準面的地面點，其在像片上的像點與其在基準面上垂直投影點在像片上的構(gòu)像點之間有直線位移。1、中心投影投影誤差的大小與底點至像點的距離，地形高差成正比，與平臺航高成反比。投影差發(fā)生在底點輻射線上，對于高于基準面的地面點，其投影差離開底點；對于低于基準面的地面點，其投影差朝向底點。2、側(cè)視雷達地形起伏對側(cè)視雷達圖像的影響發(fā)生在y方向上，且投影差的方向與中心投影相反。6.2.4地球曲率引起的圖像變形地球曲率引起的像點位移與地形起伏引起的像點位移類似。6.2.5大氣折射引起的圖像變形大氣層不是一個均勻的介質(zhì)，它的密度是隨離地面高度的增加而遞減，因此電磁波在大氣層中傳播時的折射率也隨高度而變化，使得電磁波的傳播路徑不是一條直線而變成了曲線，從而引起像點的位移，這種像點位移就是大氣層折射的影響。6.2.6地球自轉(zhuǎn)的影響在常規(guī)框幅攝影機成像的情況下，地球自轉(zhuǎn)不會引起圖像變形，因為其整幅圖像是在瞬間一次曝光成像的。地球自轉(zhuǎn)主要是對動態(tài)傳感器的圖像產(chǎn)生變形影響，特別是對衛(wèi)星遙感圖像。當衛(wèi)星由北向南運行的同時，地球表面也在由西向東自轉(zhuǎn)，由于衛(wèi)星圖像每條掃描線的成像時間不同，因而造成掃描線在地面上的投影依次向西平移，最終使得圖像發(fā)生扭曲?！?.3遙感圖像的幾何處理6.3.1遙感圖像的粗加工處理遙感圖像的粗加工處理也稱為粗糾正，它僅做系統(tǒng)誤差改正。6.3.2遙感圖像的精糾正處理遙感圖像的精糾正是指消除圖像中的幾何變形，產(chǎn)生一幅符合某種地圖投影或圖形表達要求的新圖像。它包括兩個環(huán)節(jié)：一是像素坐標的變換，即將圖像坐標轉(zhuǎn)變?yōu)榈貓D或地面坐標；二是對坐標變換后的像素亮度值進行重采樣。數(shù)字圖像糾正主要處理過程如下：(1)根據(jù)圖像的成像方式確定影像坐標和地面坐標之間的數(shù)學(xué)模型。(2)由地面控制點和對應(yīng)像點坐標進行平差計算變換參數(shù)，評定精度。(3)對原始影像進行幾何變換計算，像素亮度值重采樣。目前的糾正方法有多項式法，共線方程法、有理函數(shù)法等。1、遙感圖像的多項式糾正多項式糾正回避成像的空間幾何過程，直接對圖像變形的本身進行數(shù)字模擬。多項式的項數(shù)（即系數(shù)個數(shù)）N與其階數(shù)n有著固定的關(guān)系：N=（n+1）（n+2）/2根據(jù)糾正圖像要求的不同選用不同的階數(shù)，當選用一次項糾正時，可以糾正圖像因平移、旋轉(zhuǎn)、比例尺變化和仿射變形等引起的線性變形。當選用二次項糾正時，則在改正一次項各種變形的基礎(chǔ)上，還改正二次非線性變形。如選用三次項糾正則改正更高次的非線性變形。 遙感圖像多項式糾正的基本過程為：利用已知地面控制點求解多項式系數(shù)；遙感圖像的糾正變換數(shù)字圖像亮度（或灰度）值的重采樣采用適當?shù)姆椒ò涯滁c位周圍鄰近整數(shù)點位上亮度值對該點的亮度貢獻累積起來，構(gòu)成該點位的新亮度值，這個過程即稱為數(shù)字圖像亮度（或圖像灰度）值的重采樣。常用的數(shù)字圖像重采樣方法包括：最鄰近像元采樣法取距離被采樣點最近的已知像素元素的（N）亮度IN作為采樣亮度。雙線性內(nèi)插法三角形線性函數(shù)雙三次卷積重采樣法案例：已知一幅待校正的原始遙感影像大小為2000×2000，現(xiàn)使用一次多項式模型對該圖像進行幾何校正，校正輸出的影像像素大小為1米。試計算原始影像中位于行列（500、500）的P點在校正后影像中的行列號（取整）。一次多項式模型：（其中x、y為像素坐標，X、Y為大地坐標，單位為米）解：（1）根據(jù)校正模型計算輸出圖像4個角點坐標。此時輸入圖像4個角點的像素坐標x，y分別為：（0,0），（0,2000），（2000,0），（2000,2000），計算這4個角點的大地坐標X、Y分別為：（0,0），（4000,2000），（2000,4000），（6000,6000）。（2）根據(jù)4個角點坐標確定輸出圖像左上角坐標Xmin，Ymax為（0,6000）。（3）根據(jù)計算點的像素坐標（500,500）和校正模型計算其地面坐標為（1500,1500），根據(jù)輸出圖像的角點坐標及像素大小計算其在輸出圖像中的像素坐標。，其中，△X、△Y分別為輸出圖像行列方向的像素大小。2、遙感圖像的共線方程糾正§6.4圖像間的自動配準和數(shù)字鑲嵌6.4.1圖像間的自動配準圖像配準的實質(zhì)就是前述的遙感圖像的幾何糾正，根據(jù)圖像的幾何畸變特點，采用一種幾何變換將圖像歸化到統(tǒng)一的坐標系中。圖像之間的配準一般有兩種方式：①圖像間的匹配，即以多源圖像中的一幅圖像為參考圖像，其他圖像與之配準，其坐標系是任意的；②絕對配準，即選擇某個地圖坐標系，將多源圖像變換到這個地圖坐標系以后來實現(xiàn)坐標系的統(tǒng)一。6.4.2數(shù)字圖像鑲嵌當感興趣的研究區(qū)域在不同的圖像文件時，需要將不同的圖像文件合在一起形成一幅完整的包含感興趣區(qū)域的圖像，這就是圖像的鑲嵌。數(shù)字圖像鑲嵌的過程如下：圖像的幾何糾正；搜索鑲嵌邊；亮度和反差調(diào)整；平滑邊界線。第七章遙感圖像輻射處理§7.1遙感圖像的輻射處理傳感器接收的電磁波能量與目標本身輻射的能量是不一致的。傳感器輸出的能量包含了由于太陽位置和角度條件、大氣條件、地形影響和傳感器本身的性能等所引起的各種失真，這些失真不是地面目標本身的輻射，因此對圖像的使用和理解造成影響，必須加以校正或消除。輻射定標和輻射校正是遙感數(shù)據(jù)定量化的最基本環(huán)節(jié)。輻射定標：指傳感器探測值的標定過程方法，用以確定傳感器入口處的準確輻射值。輻射校正：指消除或改正遙感圖像成像過程中附加在傳感器輸出的輻射能量中的各種噪聲的過程。7.1.1輻射誤差從輻射傳輸方程可以看出，傳感器接收的電磁波能量包含三部分：1）太陽經(jīng)大氣衰減后照射到地面，經(jīng)地面反射后，又經(jīng)大氣第二次衰減進入傳感器的能量；2）地面本身輻射的能量經(jīng)大氣后進入傳感器的能量；3）大氣散射、反射和輻射的能量。傳感器輸出的能量還與傳感器的光譜響應(yīng)系數(shù)有關(guān)。因此遙感圖像的輻射誤差主要包括：1）傳感器本身的性能引起的輻射誤差；2）地形影響和光照條件的變化引起的輻射誤差；3）大氣的散射和吸收引起的輻射誤差。7.1.2傳感器誤差定標傳感器的輻射定標包括絕對定標和相對定標。絕對定標：對目標作定量的描述，要得到目標的輻射絕對值。相對定標：只得出目標中某一點輻射亮度與其他點的相對值。絕對定標要建立傳感器測量的數(shù)字信號與對應(yīng)的輻射能量之間的數(shù)量關(guān)系，即定標系數(shù)，在衛(wèi)星發(fā)射前后都要進行。7.1.3大氣校正大氣的影響是指大氣對陽光和來自目標的輻射產(chǎn)生吸收和散射，消除大氣影響的校正過程稱為大氣校正。1．基于地面場地數(shù)據(jù)或輔助數(shù)據(jù)進行輻射校正在遙感成像的同時，同步獲取成像目標的反射率，或通過預(yù)先設(shè)置已知反射率的目標，把地面實況數(shù)據(jù)與傳感器的輸出數(shù)據(jù)進行比較，來消除大氣的影響。2、利用波段特性進行的大氣校正a.回歸分析法在不受大氣影響的波段圖像和待校正的某一波段圖像中，選擇由最亮至最暗的一系列目標，將每一目標的兩個待比較的波段亮度值進行回歸分析，得到回歸系數(shù)，然后對整個圖像進行大氣校正。b．直方圖法若圖像中存在亮度為零的目標，如深海水體、陰影等，則其對應(yīng)圖像的亮度值應(yīng)為零，實際上只有在沒有受大氣影響的情況下，其亮度值才可能為零，其他目標由于受水氣散射、輻射使得目標的亮度值不為零。根據(jù)具體大氣條件，各波段要校正的大氣影響是不同的。為確定大氣影響，顯示有關(guān)圖像的直方圖，從圖上可以得知最黑的目標亮度為零，即第七波段圖像的最小亮度值為零，第四波段的亮度最小值為a4，則a4就是第四波段圖像的大氣校正。其它波段同理可以得到大氣校正。7.1.4太陽高度角、日地距離和地形起伏引起的輻射誤差校正太陽高度角引起的輻射畸變校正是將太陽光線傾斜照射時獲取的圖像校正為太陽光垂直照射時獲取的圖像，因此在做輻射校正時，需要知道成像時刻的太陽高度角。太陽高度角可以根據(jù)成像時刻的時間、季節(jié)和地理位置確定。由于太陽高度角的影響，在圖像上會產(chǎn)生陰影現(xiàn)象，陰影會覆蓋陰坡地物，對圖像的定量分析和自動識別產(chǎn)生影響。一般情況下陰影是難以消除的，但對多光譜圖像可以用兩個波段圖像的比值產(chǎn)生一個新圖像以消除地形的影響。在多光譜圖像上，產(chǎn)生陰影區(qū)的圖像亮度值是無陰影時的亮度和陰影亮度值之和，通過兩個波段的比值可以基本消除。具有地形坡度的地面，對進入傳感器的太陽光線的輻射亮度有影響，但是地形坡度引起的輻射亮度校正需要知道成像地區(qū)的數(shù)字地面模型，校正不方便。同樣也可以用比值圖像來消除其影響。對于不同太陽高度角照射條件下的圖像數(shù)據(jù)的像元亮度值，被標準化到假設(shè)太陽在天頂時的像元亮度值。同理，對于地形起伏區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，也可以被標準化到假設(shè)太陽在地平面法線方向時的像元亮度值。日地距離校正用于標準化地球和太陽間的距離的季節(jié)變化。太陽輻射隨日地距離的平方減小。在忽略大氣的影響下，太陽天頂角和日地距離對于地球表面輻射的影響：7.1.5像元灰度值DN和輻射率的轉(zhuǎn)換1、可見光利用頭文件中記錄的輻射校正參數(shù)，用戶可方便地計算出地物在大氣頂部的輻射亮度或反射率。計算式如下：其中：L，DN，gain和bias可從頭文件中得到，ρ是地物反射率，ds是日地天文單位距離，E0太陽輻照度，θ是太陽天頂角?！?.2遙感圖像輻射增強圖像增強的實質(zhì)是增強感興趣目標和周圍背景圖像間的反差。它不能增加原始圖像的信息，有時反而會損失一些信息。目前常用的圖像增強處理技術(shù)可以分為兩大類：空間域和頻率域的處理?？臻g域處理是指直接對圖像進行各種運算以得到需要的增強結(jié)果。頻率域處理是指先將空間域圖像變換成頻率域圖像，然后在頻率域中對圖像的頻譜進行處理，以達到增強圖像的目的。以下介紹的內(nèi)容都屬于空間域的增強處理。7.2.1圖像灰度的直方圖灰度直方圖可以看成是一個隨機分布密度函數(shù)，其分布狀態(tài)用灰度均值和標準差兩個參數(shù)來衡量。a圖像直方圖靠近低灰度區(qū)，該圖像屬于低反射率景物圖像；b圖像為高反射率景物圖像；c圖像直方圖標準差偏小，為低反差景物圖像；d圖像直方圖的標準差較大，為高反差景物的圖像；e圖像直方圖呈現(xiàn)出多峰，圖中有多種地物出現(xiàn)的頻率較高；f圖像直方圖呈現(xiàn)出雙峰，并且高亮度地物（如云、白背景等）出現(xiàn)頻率高。7.2.2圖像反差調(diào)整線性變換簡單線性變換是按比例拉伸原始圖像灰度等級范圍。設(shè)增強前灰度最大值為159，最小值為0，則線性變換中的系數(shù)A、B表達式為：直方圖均衡直方圖均衡是將隨機分布的圖像直方圖修改成均勻分布的直方圖。直方圖正態(tài)化直方圖正態(tài)化是將隨機分布的原圖像直方圖修改成高斯分布。直方圖匹配直方圖匹配是通過非線性變換使得一個圖像的直方圖與另一個圖像直方圖類似。密度分割密度分割將原始圖像的灰度值分成等間隔的離散的灰度級。其它非線性變換對數(shù)變換、指數(shù)變換、平方根變換、標準偏差變換、直方圖周期性變換等。圖像灰度反轉(zhuǎn)灰度反轉(zhuǎn)是指圖像灰度范圍進行線性或非線性取反，產(chǎn)生一幅與輸入圖像灰度相反的圖像?！?.3多光譜圖像運算§7.4圖像融合圖像融合是指將多源遙感圖像按照一定的算法，在規(guī)定的地理坐標系，生成新的圖像的過程。圖像融合前提：首先要求多源圖像精確配準分辨率一致將圖像按某種變換方式分解成不同級的子圖像，同時，這種分解變換必須可逆，即由多幅子圖像合成一幅圖像（融合圖像），這時多幅子圖像中包含了來自其它需要融合的經(jīng)圖像變換的子圖像。圖像融合可以分為若干層次。一般認為可分像素級，特征級和決策級。像素級融合對原始圖像及預(yù)處理各階段上所產(chǎn)生的信息分別進行融合處理，以增加圖像中有用信息成分，改善圖像處理效果。特征級融合能以高的置信度來提取有用的圖像特征。決策級融合允許來自多源數(shù)據(jù)在最高抽象層次上被有效的利用。7.4.1加權(quán)融合7.4.2基于IHS變換的圖像融合IHS變換將圖像處理常用的RGB彩色空間變換到IHS空間。IHS空間用亮度（Intensity）、色調(diào)（Hue）、飽和度(Saturation)表示。IHS變換可以把圖像的亮度、色調(diào)和飽和度分開，圖像融合只在強度通道上進行，圖像的色調(diào)和飽和度保持不變?；贗HS變換的融合過程如下：待融合的全色圖像和多光譜圖像進行幾何配準，并將多光譜圖像重采樣與全色分辨率相同；將多光譜圖像變換轉(zhuǎn)換到IHS空間；對全色圖像I′和IHS空間中的亮度分量I進行直方圖匹配；用全色圖像I′代替IHS空間的亮度分量，即HIS－>I′HS；將I′HS逆變換到RGB空間，即得到融合圖像。IHS正變換：IHS逆變換：7.4.3基于主分量變換的圖像融合（K-L變換法）本方法對多光譜圖像的多個波段進行主分量變換，變換后第一主分量含有變換前各波段的相同信息，而各波段中唯一對應(yīng)各波段的部分，被分配到變換后的其它波段。然后將高分辨率圖像和主成分第一分量進行直方圖匹配，使高分辨率圖像與主成分第一分量圖像有相近的均值和方差。最后，用直方圖匹配后的高分辨率圖像代替主成份的第一分量進行主分量逆變換。IHS、K-L變換圖像融合均屬于成分替換（ComponentSubstitution，COS）的技術(shù)方法?；贑OS技術(shù)的融合算法基本流程包括：①幾何配準與影像一致分辨率重采樣；②圖像變換與直方圖匹配；③成分（波段）替換；④圖像逆變換與影像重建。第八章遙感圖像判讀“判讀”（Interpretation）是對遙感圖像上的各種特征進行綜合分析、比較、推理和判斷，最后提取出你所感興趣的信息?！?.1景物特征和判讀標志景物特征主要有光譜特征、空間特征和時間特征。此外，在微波區(qū)還有偏振特性。各種地物在圖像上的各種特有的表現(xiàn)形式稱為判讀標志。8.1.1光譜特征及其判讀標志光譜特性曲線用反射率與波長的關(guān)系表示；波譜響應(yīng)曲線用密度或亮度值與波段的關(guān)系表示。不同地物波譜響應(yīng)曲線是不同的，因此它們的光譜判讀標志就不一樣。8.1.2空間特征及其判讀標志景物的各種幾何形態(tài)為其空間特征。判讀標志：形狀、大小、圖形、陰影、位置、紋理、類型等。8.1.3時間特征及其判讀標志對于同一地區(qū)景物的時間特征表現(xiàn)在不同時間地面覆蓋類型不同，地面景觀發(fā)生很大變化。景物的時間特征在圖像上以光譜特征及空間特征的變化表現(xiàn)出來。8.1.4影響景物特征及其判讀的因素1、地物本身的復(fù)雜性由于地物種類的繁多造成景物特性復(fù)雜變化和判讀上的困難。2、傳感器特性的影響傳感器特性對判讀標志影響最大的是分辨力。分辨力的影響可從幾何、輻射、光譜及時間幾個方面來分析。空間分辨率傳感器瞬時視場內(nèi)所觀察到的地面的大小稱空間分辨率。輻射分辨率（傳感器的探測能力）所謂輻射分辨率是指傳感器能區(qū)分兩種輻射強度最小差別的能力。光譜分辨率光譜分辨率包括傳感器總的探測波段的寬度、波段數(shù)、各波段的波長范圍和間隔。時間分辨率時間分辨率是指對同一地區(qū)重復(fù)獲取圖像所需的時間間隔。3、目視能力的影響人眼目視能力包括對圖像的空間分辨能力、灰階分辨能力和色別與色階分辨能力?！?.2目視判讀的一般過程和方法遙感圖像目視解譯一般步驟：準備工作階段初步解譯與判讀區(qū)的野外考察室內(nèi)詳細判讀野外驗證與補判目視解譯成果的轉(zhuǎn)繪與制圖。在上述遙感圖像目視解譯步驟中，包括如下詳細內(nèi)容：了解影像的輔助信息：即熟悉獲取影像的平臺、遙感器，成像方式，成像日期、季節(jié)，所包括的地區(qū)范圍，影像的比例尺，空間分辨率，彩色合成方案等等，了解可解譯的程度。分析已知專業(yè)資料：目視解譯的最基本方法是從“已知”到“未知”，所謂“已知”就是已有相關(guān)資料或解譯者已掌握的地面實況，將這些地面實況資料與影像對應(yīng)分析，以確認二者之間的關(guān)系。建立解譯標志：根據(jù)影像特征，即形狀、大小、陰影、色調(diào)、顏色、紋理、圖案、位置和布局建立起影像和實地目標物之間的對應(yīng)關(guān)系。預(yù)解譯：運用相關(guān)分析方法，根據(jù)解譯標志對影像進行解譯，勾繪類型界線，標注地物類別，形成預(yù)解譯圖。地面實況調(diào)查：在室內(nèi)預(yù)解譯的圖件不可避免地存在錯誤或者難以確定的類型，就需要野外實地調(diào)查與檢證。包括地面路線勘察，采集樣品(例如巖石標本，植被樣方，土壤剖面，水質(zhì)分析等等)，著重解決未知地區(qū)的解譯成果是否正確。詳細解譯：根據(jù)野外實地調(diào)查結(jié)果，修正預(yù)解譯圖中的錯誤，確定未知類型，細化預(yù)解譯圖，形成正式的解譯原圖。類型轉(zhuǎn)繪與制圖：將解譯原圖上的類型界線轉(zhuǎn)繪到地理底圖上，根據(jù)需要，可以對各種類型著色，進行圖面整飾、形成正式的專題地圖。第九章遙感圖像自動識別分類遙感圖像的計算機分類，是模式識別技術(shù)在遙感技術(shù)領(lǐng)域中的具體運用。遙感圖像的計算機分類，就是對地球表面及其環(huán)境在遙感圖像上的信息進行屬性的識別和分類，從而達到識別圖像信息所相應(yīng)的實際地物，提取所需地物信息的目的。遙感圖像模式的特征主要表現(xiàn)為光譜特征和紋理特征兩種?！?.1分類預(yù)處理9.1.1基礎(chǔ)知識1、光譜特征空間同名地物點在不同波段圖像中亮度的觀測量將構(gòu)成一個多維的隨機向量X，稱為光譜特征向量。所謂光譜特征空間，也就是用亮度值軸構(gòu)成的一個多維坐標空間。由于隨機性因素（如大氣條件，背景，地物朝向，傳感器本身的“噪聲”等）影響，同類地物的各取樣點在光譜特征空間中的特征點將不可能只表現(xiàn)為同一點，而是形成一個相對聚集的點集群，而不同類地物的點集群在特征空間內(nèi)一般是相互分離的。特征點集群在特征空間中的分布大致可分為如下三種情況；理想情況——不同類別地特的集群至少在一個特征子空間中的投影是完全可以相互區(qū)分開的。典型情況——不同類別地物的集群，在任一子空間中都有相互重疊的現(xiàn)象存在，但在總的特征空間中可以完全區(qū)分的。這時可采用特征變換使之變成理想情況進行分類。一般情況——無論在總的特征空間中，還是在任一子空間中，不同類別的集群之間總是存在重疊現(xiàn)象。這時重疊部分的特征點所對應(yīng)的地物，在分類時總會出現(xiàn)不同程度的分類誤差，這是遙感圖像中最常見的情況。9.1.2特征變換及特征選擇遙感圖像自動識別分類主要依據(jù)地物的光譜特性，也就是傳感器所獲取的地物在不同波段的光譜測量值。為了設(shè)計效果好的分類器，一般需要對原始圖像數(shù)據(jù)進行分析處理，一種處理方法稱為特征變換，它是將原有的m測量值集合通過某種變換，然后產(chǎn)生n個（n≤m）特征。特征變換的作用表現(xiàn)在兩方面，一方面減少特征之間的相關(guān)性，使得用盡可能少的特征來最大限度地包含所有原始數(shù)據(jù)的信息；另一方面使得待分類別之間的差異在變換后的特征中更明顯，從而改善分類效果。另一種方法稱為特征選擇，從原有的m個測量值集合中，按某一準則選擇出n個特征，特征變換和特征選擇的目的一方面減少參加分類的特征圖像的數(shù)目，另一方面從原始信息中抽取能更好進行分類的特征圖像，是遙感圖像自動分類前一個很重要的處理過程。1、特征變換特征變換將原始圖像通過一定的數(shù)字變換生成一組新的特征圖像，這一組新圖像信息集中在少數(shù)幾個特征圖像上，這樣，數(shù)據(jù)量有所減少。遙感圖像自動分類中常用的特征變換有主分量變換，哈達瑪變換，生物是指標變換，比值變換，穗帽變換等。2、特征選擇在遙感圖像自動分類過程中，不僅使用原始遙感圖像進行分類，還使用如上節(jié)所述多種特征變換之后的影像。我們總希望能用最少的影像數(shù)據(jù)最好地進行分類。這樣就需在這些特征影像中，選擇一組最佳的特征影像進行分類，這就稱為特征選擇。距離測度距離是最基本的類別可分性測度，如果所選擇的一組特征能使感興趣類別的類內(nèi)距離最小，而與其它類別的類間距離最大，那么根據(jù)距離測度，用這組特征設(shè)計的分類器分類效果最好。散布矩陣測度①類內(nèi)散布矩陣②類間散布矩陣③總體散布矩陣§9.2監(jiān)督分類監(jiān)督分類的思想是：首先根據(jù)已知的樣本類別和類別的先驗知識，確定判別函數(shù)和相應(yīng)的判別準則，其中利用一定數(shù)量的已知類別函數(shù)中求解待定參數(shù)的過程稱之為學(xué)習(xí)或訓(xùn)練，然后將未知類別的樣本的觀測值代入判別函數(shù)，再依據(jù)判別準則對該樣本的所屬類別作出判定。9.2.1判別函數(shù)和判別規(guī)則判別函數(shù)：當各個類別的判別區(qū)域確定后，用來表示和鑒別某個特征矢量屬于哪個類別的函數(shù)。判別規(guī)則：判斷特征矢量屬于某類的依據(jù)。1、概率判決函數(shù)和貝葉斯判決規(guī)則把某特征矢量（X）落入某類集群的條件概率當成分類判決函數(shù)（概率判決函數(shù)），把X落入某集群的條件概率最大的類為X的類別，這種判決規(guī)則就是貝葉斯判決規(guī)則。貝葉斯判決規(guī)則以錯分概率或風(fēng)險最小為準則的判決規(guī)則。2、距離判決函數(shù)和判決規(guī)則基于距離判決函數(shù)和判決規(guī)則，在實踐中以此為原理的分類方法稱為最小距離分類法。距離判決函數(shù)的建立是以地物光譜特征在特征空間中是按集群方式分布為前提的，它的基本思想是設(shè)法計算未知矢量X到有關(guān)類別集群之間的距離，哪類距離它最近，該未知矢量就屬于那類。馬氏（Mahalanobis）距離歐氏（Euclidean）距離計程（Taxi）距離9.2.2分類過程監(jiān)督法分類意味著對類別已有一定的先驗知識，根據(jù)這些先驗知識，就可以有目的地選擇若干個“訓(xùn)練樣區(qū)”。這些“訓(xùn)練樣區(qū)”的類別是已知的。利用“訓(xùn)練樣區(qū)”的數(shù)據(jù)去“訓(xùn)練”判決函數(shù)就建立了每個類別的分類器，然后按照分類器對未知區(qū)域進行分類。監(jiān)督分類的主要步驟如下：（1）確定感興趣的類別數(shù)（2）特征變換和特征選擇（3）選擇訓(xùn)練樣區(qū)（4）確定判決函數(shù)和判決規(guī)則（5）根據(jù)判決函數(shù)和判決規(guī)則對非訓(xùn)練樣區(qū)的圖像區(qū)域進行分類。案例：已知一幅待分類的4波段多光譜圖像（圖像大小1×2），試使用最小歐氏距離法對其進行監(jiān)督分類。原始圖像及各類型樣本統(tǒng)計參數(shù)如下：其中，A類樣區(qū)統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：band1均值4，band2均值11，band3均值6，band4均值12。B類樣區(qū)統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：band1均值12，band2均值18，band3均值10，band4均值25。解：根據(jù)所列已知條件可知，待分類的兩個像元光譜特征向量分別為：X1（5、10、6、10），X2（10、15、15、20）兩類樣區(qū)的光譜特征向量均值分別為：A（4、11、6、12），B（12、18、10、25）分