遙感原理與應用復習資料

第一張緒論1、環(huán)境空間數(shù)據(jù)獲取方法：基于地面采集方法：現(xiàn)場觀察、實際測量、實際調(diào)查基于遙感采集方法2、遙感概念：即遙遠感知，是一個不直接接觸物體而取得其信息探測技術。從遠處探測、感知物體或事物技術。即不直接接觸物體本身，從遠處經(jīng)過各種傳感器探測和接收來自目標物體信息，經(jīng)過信息傳輸及處理分析，來識別物體屬性及其分布等特征綜合技術。是應用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標電磁波特征統(tǒng)計下來，經(jīng)過分析，接觸處物體特征性質(zhì)及其改變綜合性探測技術。3、遙感系統(tǒng)包含：被測目標信息特征、信息獲取、信息傳輸與統(tǒng)計、信息處理、信息應用。其中信息處理包含：輻射校正、姿態(tài)校正、幾何校正、增強處理、聚合分類。4、遙感分類：（P4）a.按遙感平臺：地面、航空、航天、航宇b.按探測波段：紫外、可見光、紅外、微波、多波段c.按工作方式：主動、被動d.按應用領域：e.按傳感器：地磁波、高光譜、聲波、重力、磁力、地震波f.按照資料統(tǒng)計方式：成像方式、非成像方式5、遙感特點：宏觀性、時效性、綜合性(概括性)、經(jīng)濟性、不足6、遙感技術發(fā)展四個階段：a.瞬時信息定性分析階段（是什么）b.空間信息定位分析階段（在哪里）c.時間信息趨勢分析階段（怎樣改變）d.環(huán)境信息綜合分析階段(多源信息復合)第二章電磁輻射與地物光譜特征1、電磁波譜：按電磁波在真空中傳輸波長與頻率，遞增或遞減排列，組成了電磁波譜。（波長由小到大）：γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波（微波、超短波、短波、中波、長波）。2、現(xiàn)在遙感應用各電磁波波段及特征：紫外線0.01-0.4μm源于太陽輻射應用于熒石礦、石油勘探可見光0.4-0.7μm源于太陽輻射遙感主要波段紅外線0.7-3μm3-6μm6μm-1mm近紅外主要源于太陽輻射中紅外源于太陽輻射和地物熱輻射遠紅外源于地物熱輻射城市熱島、熱污染、熱慣量微波1mm主動遙感3、電磁輻射量度：a.輻射能量Q/W：以電磁波形式傳輸能量b.輻射通量Φ：在單位時間內(nèi)傳送輻射能量c.輻射強度I：在單位立體角、單位時間內(nèi)，微小輻射源向某一方向輻射能量d.輻射照度E：在單位時間內(nèi)、單位面積上接收輻射能量e.輻射出射度Me：在單位時間內(nèi)、單位面積上輻射出輻射能量f.輻射亮度Le：在單位立體角、單位時間，從外表單位面積上輻射出輻射能量4、絕對黑體：一個物體對任何波長電磁輻射都全部吸收，這個物體就是絕對黑體。5、黑體輻射3個特征：a.輻射通量密度隨波長連續(xù)改變，每條曲線只有一個最大值。b.溫度越高，輻射通量密度越大，不一樣溫度曲線不一樣。c.伴隨溫度升高，輻射最大值所對應波長向短波方向移動。6、地物發(fā)射率：地物輻射出射度與同溫下黑體輻射出射度比值。影響地物發(fā)射率原因：地物性質(zhì)、表面情況、溫度（比熱、熱慣量）。比熱大、熱慣量大以及具備保溫作用地物發(fā)射率大。按照發(fā)射率與波長關系，將地物分為：黑提貨絕對黑體發(fā)射率為1，常數(shù)灰體發(fā)射率小于1，常數(shù)選擇性輻射體發(fā)射率小于1，且隨波長而改變7、地物波譜曲線：即一地物對不一樣波長測出對應于該波長光譜輻射出射度所繪制曲線。8、太陽常數(shù)：是指不受大氣影響，在距太陽一個天文單位內(nèi)，垂直于太陽光輻射方向上，單位面積單位時間黑體所接收太陽輻射能量。9、太陽高度角α：太陽入射光線與地平面所形成夾角。α與成像時刻時間、季節(jié)、地理位置、坡度坡向關于。為了減小太陽高度角影響，遙感衛(wèi)星軌道大多設計成在天天同一地方時間經(jīng)過同一地方上空，但季節(jié)和地理維度差異造成太陽高度角和方位角改變是不可防止。10、大氣傳輸特征：大氣具備吸收、散射、（反射、折射、）透射特征，這種特征與波長和大氣成份關于。11、太陽輻射衰減過程：30%被云層反射回，17%被大氣吸收，22%被大氣散射，31%抵達地面。12、大氣窗口：通常把電磁波經(jīng)過大氣層時較少被反射、吸收或散射，透過率較高波段成為大氣窗口。13、大氣散射：除了散射地面反射光造成輻射減弱外，還會因為反射光進入傳感器而增加了信號中噪音成份，造成遙感圖像質(zhì)量下降。瑞利散射（藍光輕易被散射）、米氏散射、無選擇性散射。14、環(huán)境對地物光譜特征影響：a.地物物理性狀b.光源輻射強度：緯度與海拔高度c.季節(jié)：太陽高度不一樣d.探測時間：時間不一樣，反射率不一樣e.氣象條件15、地物反射波譜：指地物反射率隨波長改變規(guī)律。地物反射波譜曲線：以波長λ為橫坐標，以反射率P為縱坐標，描述地物反射率對不一樣波長波反射能力曲線。16、葉綠素對藍光吸收，對綠光反射；水體反射藍綠光，吸收其余波段，尤其是近紅外波段，所以水體在近紅外影像上成黑色。17、地物光譜測試作用：a.傳感器波段選擇、驗證、評價依據(jù)。b.建立地面、航空、航天遙感數(shù)據(jù)關系。c.將地物光譜數(shù)據(jù)直接與第五特征進行相關分析并建立應用模型第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.1遙感平臺1、遙感平臺：搭載傳感器工具。2、衛(wèi)星在空間中位置和姿態(tài)可用6個參數(shù)表示：（軌道長半徑a、衛(wèi)星軌道偏心率e）：確定軌道形狀和大小。（橢圓面傾斜角i、升交點赤徑Ω）：確定軌道面方向。（近地點角距ω）：確定軌道面中長軸方向。衛(wèi)星過近地點時刻t和運行周期T：確定任意時刻衛(wèi)星在軌道中位置。3.2航天遙感平臺1、依照其服務對象，將遙感平臺分為：氣象衛(wèi)星系列，陸地衛(wèi)星系列，海洋衛(wèi)星系列，間諜偵察衛(wèi)星。2、氣象衛(wèi)星特點：a.軌道：低軌：即近極地太陽同時軌道，也稱極地軌道，高度800—1600Km，視場寬為2800Km，就某點一日兩次。b.高軌：即地球同時衛(wèi)星，高度為3600Km，覆蓋1/4地球，由5顆星組成系統(tǒng)，就某固定地域，每隔20—30min。c.時間分辨率高：極地衛(wèi)星0.5—1天/每次，靜止衛(wèi)星0.5小時/每次。d.成像面積大e.信息量大（資料起源連續(xù)、實時性強、成本低）：氣象衛(wèi)星取得資料包含：可見光和紅外云圖等波段信息，還兼有通訊衛(wèi)星作用。f.資料一致性優(yōu)勢。3、氣象衛(wèi)星資料應用領域：a.天氣分析和氣象預報b.氣候研究和氣候變遷研究c.資源環(huán)境其余領域d.海洋（魚情，洋流等）4、陸地資源衛(wèi)星：以探測陸地資源為目標衛(wèi)星。陸地衛(wèi)星Landsat，斯波特衛(wèi)星SPOT，中巴地球資源衛(wèi)星CBERS，其余陸地衛(wèi)星。5、陸地衛(wèi)星Landsat：1972年發(fā)射第一顆，共發(fā)射7顆，產(chǎn)品主要有MSS、TM、ETM，屬于中高度、長壽命衛(wèi)星。其運行特點：①軌道為與太陽同時近極地圓形軌道。即衛(wèi)星經(jīng)過每一點地方時相同。②北半球中緯度地域早晨成像，太陽高度角為25—30度。③軌道高度為700—900km。④運行周期為99—103min/圈，每16天覆蓋一次地球。⑤旁白重合度隨緯度增大而增大，如緯度40度處重合為34%，緯度80度處為80%。傳感器：多光譜掃描儀MSS，分辨率為80m；專題制圖儀TM，7個波段6、TM10.45~0.52μm30m藍波段對水體穿透強，對葉綠素反應敏感，有利于判別水深，水中葉綠素分布，進行近海水域制圖。TM20.52~0.6μm30m紅波段探測健康植物綠色反射率，區(qū)分林型、樹種，反應水下特征。TM30.63~0.69μm30m紅波段葉綠素主要吸收波段。用于區(qū)分植物種類和植物覆蓋率，是可見光最好波段，廣泛用于地貌、巖性、土壤、植被、水中泥沙等方面。TM40.76~0.9μm30m近紅外波段對綠色植物類別差異最敏感，用于物量調(diào)查，作物長勢測量，水域測量。TM51.55~1.75μm30m中紅外波段處于水吸收波段內(nèi)，用于土壤濕度、植物含水量調(diào)查，易于反應云與雪。TM61.04~1.25μm60m熱紅外波段區(qū)分農(nóng)林覆蓋長勢，判別表層濕度，監(jiān)測與人類活動關于熱特征，進行熱制圖。TM72.08~2.35μm30m中紅外波段為地質(zhì)家追加波段，水強吸收波段，水體呈黑色，用于區(qū)分巖石類型等。TM80.5~0.9μm15m全色波段提升其余波段分辨率7、SPOT衛(wèi)星：軌道：太陽同時圓形近極地軌道，高度在830km左右，分辨率為10m，重復觀察周期為1~5m。應用范圍：共14個地面接收站，以陸地觀察為主；用于地圖制作，1：5萬地形圖；立體觀察和高程測量。8、中巴資源衛(wèi)星：資源一號：太陽同時極軌道，軌道高度778km，重訪周期26天，分辨率19.5m。資源二號：主要用于地球資源和環(huán)境監(jiān)測。9、高空間分辨率陸地衛(wèi)星IKONOS：參數(shù)：太陽同時軌道，高度681km，重復周期1~3天，攜帶一個全色1m分辨率傳感器和一個四波段4m分辨率多光譜傳感器。0.15~0.90μm全色波段MSI-10.45~0.52μm藍綠波段MSI-20.52~0.60μm綠紅波段MSI-30.63~0.69μm紅波段MSI-40.76~0.90μm近紅外波段10、海洋遙感特點：（除遙感共性外）a.需要高空和空間遙感平臺，以進行大面積同時覆蓋觀察。b.以微波為主c.電磁波與激光、聲波結合d.海面實測資料校正3.3攝影成像1、傳感器組成：搜集器、探測器、處理器、輸出器。2、攝影機分類：分幅式攝影機、全景式攝影機、多光譜攝影機、數(shù)碼攝影機。3、依照攝影機主光軸與地面關系，可分為垂直攝影和傾斜攝影。4、垂直攝影像片幾何特征：相片投影，像片百分比尺，像點位移。5、中心投影與垂直投影區(qū)分：a.投影距離影響：（垂）百分比尺與投影距離無關，（中）焦距固定，航高改變，其百分比尺也隨之改變。b.投影面傾斜影響：（垂）總是水平，不存在傾斜問題，（中）若投影面傾斜，航片各部分百分比尺不一樣。c.地形起伏影響：（垂）無影響，（中）起伏越大，水平位置位移量越大，正地形↑，負地形↓。6、中心投影透視規(guī)律：a.地物是一個點，中心投影上仍是一個點。b.與像面平行直線像仍是直線；假如直線垂直于地面，有兩種情況：第一，當直線與像片垂直并經(jīng)過投影中心時，該直線在像片上為一個點，第二，直線延長線不經(jīng)過投影中心，這時直線投影仍為直線，但該垂直線狀目標長度與變形情況則取決于目標在像片中位置。c.平面上曲線，在中心投影像片上仍為曲線。7、像片百分比尺：像片上兩點之間距離與地面上對應兩點實際距離之比。8、攝影百分比尺：航片上某線段1與地面對應線段水平距離L之比。9、重合和遺漏視像（P61）。10、像點位移：在中心投影像片上，地形起伏除引發(fā)像片百分比尺改變外，還會引發(fā)平面上點位在像片位置上移動，這種現(xiàn)象稱為像點位移。11、像點位移特征：a.位移量與地形高差h成正比。當高差為正時，像點位移為正，是背離像主點方向移動，當高差為負時，像點位移為負，是朝向像主點方向移動。b.位移量與像主點距離r成正比。像片中心部分位移量較小，像主點處r=0，無位移。c.位移量與攝影高度(航高)成反比。3.4掃描成像1、掃描成像：依靠探測元件和掃描鏡對目標地物以瞬時視場為單位進行逐點、逐行取樣，以得到目標地物電磁輻射特征信息，形成一定譜段圖像。成像方式有三種：光/機掃描成像，固體自掃描成像，高光譜成像光譜掃描。2、光/機掃描成像：依靠機械轉動裝置使鏡頭擺動，形成對目標地物逐點、逐行掃描。探測元件把接收到電磁波能量轉化成電信號，再經(jīng)電/光轉換成為光能量，最終在膠片上形成影像。3、瞬時視場角：掃描鏡在一瞬時時間內(nèi)能夠視為靜止狀態(tài)，此時接收到目標物電磁波輻射，限定在一個很小角度內(nèi)，這個角度即為瞬時視場角。即為掃描儀空間分辨率。4、總視場角：掃描帶地面寬度稱為總視場。從遙感平臺到地面掃描帶外側所組成夾角，即為總視場角。固體自掃描成像：用固定探測元件，經(jīng)過遙感平臺運動對目標地物進行掃描一個成像方式。5、高光譜遙感：即高光譜分辨率遙感。是利用很窄電磁波段從感興趣物體獲取關于數(shù)據(jù)探測技術。其特點：a.多達幾百個波段b.連續(xù)光譜c.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。6、成像光譜儀：既能成像又能獲取目標光譜曲線“譜像合一”技術，稱為成像光譜技術。按照該原理制成掃描儀就是成像光譜儀。3.5微波遙感與成像1、微波遙感：經(jīng)過微波傳感器獲取從目標地物發(fā)射或反射微波輻射，經(jīng)過判讀處理來識別地物技術。2、微波遙感特點：a.全天候、全天時成像b.對一些地物有特殊波譜特征，比如微波波段中，水比輻射率為0.4，而在冰中比輻射率為0.99。c.對冰、雪、森林、土壤等具備一定穿透能力，所以對于探測隱藏在林下地形、地質(zhì)結構、軍事目標，以及埋藏于地下工程、礦藏、地下水有主要意義。d.對海洋遙感具備特殊意義e.分辨率較低，但特征顯著3、微波遙感方式：主動微波遙感、被動微波遙感4、主動微波遙感：經(jīng)過向目標地物發(fā)射微波并接收其后向散射信號來實現(xiàn)對地觀察遙感方式。主要傳感器是雷達。雷達用途：測定目標位置、方向、距離和運動目標速度。按照雷達工作方式可分為成像雷達和非成像雷達。成像雷達又分為真實孔徑側視雷達和合成孔徑側視雷達。5、測試雷達分辨力可分為距離分辨力（垂直于飛行方向）和方位分辨力（平行于飛行方向）。距離分辨力特征：a.俯角越小，距離分辨力越高，這也是為何雷達成像必須側視原因。b.減小脈沖寬度能夠提升距離分辨力6、提升方位分辨力方法：采取波長較短電磁波，加大天線孔徑，縮短觀察距離。7、合成孔徑側視雷達：利用遙感平臺前進運動，將一個小孔徑天線安裝在平臺側方，以代替大孔徑天線，提升方位分辨力雷達。3.6遙感圖像特征1、經(jīng)過遙感圖像獲取三方面信息：目標地物大小、形狀及空間分布特點；目標地物屬性特點；目標地物改變動態(tài)特點。應地將遙感圖像歸納為三方面特征：幾何特征、物理特征、時間特征這三方面特征表現(xiàn)參數(shù)：空間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率、時間分辨率2、空間分辨率：像素所代表地面范圍大小，及掃描儀瞬時視場，或地面物體能分辨最小單元。空間分辨率表示形式：像元：每個像元大小在地面上對應范圍象解率：膠片上1mm間隔內(nèi)包含線對數(shù)（一條白線一臺黑線組成一個線對）像元大小=每線對大小/2.8視場角：電子傳感器瞬時視域，用弧度表示3、波譜分辨率：傳感器在接收目標輻射波譜時能分辨最小波長間隔，間隔越小，分辨率越高。意義：a.提升了對地物識別程度；b.在圖像處理中多光譜信息利用能夠提升分析判斷效果。4、輻射分辨率：傳感器接收波譜信號時，能分辨最小輻射度差，在遙感圖像上表現(xiàn)為每個像元輻射量化級。5、時間分辨率：對同一地點進行遙感采樣時間間隔，即采樣時間頻率，也稱重訪周期。意義是：a.進行動態(tài)監(jiān)測和預報；b.進行自然歷史變遷和動力學分析；c.更新數(shù)據(jù)庫，形成時態(tài)數(shù)據(jù)。第四章遙感圖像處理4.1光學原理和光學處理1、亮度對比：目標物相對于背景亮暗程度，即視場中對象與背景亮度差與背景亮度之比。2、顏色對比：在視場中，相鄰區(qū)域不一樣顏色相互影響。顏色對比受視覺影響很大。3、顏色性質(zhì)：當物體對可見光無選擇反射，反射率在80%~90%以上時，物體為白色顯得明亮；當反射率在4%以下時，物體為黑色顯得很暗；中間反射率則為灰色。顏色性質(zhì)用明度、色調(diào)、飽和度來描述。反射率越高，明度就越高；選擇波段越窄，飽和度越高。4、顏色立體：為了形象描述顏色特征之間關系，通慣用顏色立體來表現(xiàn)一個理想化示意關系。5、三原色：若三種顏色，其中任何一個都不能由其余兩種顏色混合相加產(chǎn)生，這三種顏色按一定百分比混合，能夠形成各種色調(diào)顏色，則稱之為三原色。紅綠藍是最優(yōu)三原色。減法三原色：黃、品紅、青色。7、加色法彩色合成：依照加色法原理，制作成各種合成儀器，選取不一樣波段正片或負片組合，進行彩色合成，是加色法合成過程。依照儀器類別能夠將圖像處理方法分為合成儀法和分層曝光法。8、減色法彩色合成：利用減色法原理使白光經(jīng)過多個乳劑或染料或濾色片透明鏡片等而反射或透射出來合成彩色是減色法彩色合成。依照不一樣工藝和技術能夠分為染印法、印刷法、重氮法。4.2數(shù)字圖像校正1、數(shù)字圖像：能夠被計算機儲存、處理和使用圖像。2、數(shù)字化：將連續(xù)圖像改變，做等間距抽樣和量化。通常是以像元亮度值表示。數(shù)字量和模擬量本質(zhì)區(qū)分在于模擬量是連續(xù)變量而數(shù)字量是離散變量。3、灰度直方圖：以每個像元為單位，表示圖像中各亮度值或亮度值區(qū)間像元出現(xiàn)頻率分布圖。4、數(shù)字圖像數(shù)學方法表示：對一幅N×M個像元圖像灰度值用一個N×M矩陣函數(shù)來表示。5、引發(fā)輻射誤差三個原因：a.傳感器光電變換b.大氣影響c.光照條件6、程輻射度：相當部分散射光向上經(jīng)過大氣直接進入傳感器，這部分輻射稱為程輻射度。7、大氣影響數(shù)字圖像，其粗略校正地方法：直方圖最小值去除法，回歸分析法。8、遙感影像變形原因：遙感平臺位置和運動狀態(tài)改變影響；地形起伏影響；地球表面曲率影響；大氣折射影響；地球自轉影響。在圖像上變形表現(xiàn)為：行列不均勻，像元大小與實際地面大小不一；實際地物錯位；地物形狀變形。9、幾何校正計算方法：建立兩圖像像元之間對應關系，確定校正后圖像上每點亮度值。⑴最近鄰法⑵雙線性內(nèi)插法⑶三次卷積內(nèi)插法10、控制點選取：L≥﹙n＋1﹚﹙n＋2﹚／2選取標準：a.易分辨、易定位、較精細特征。b.GCP分布盡可能均勻，分布于整個圖。c.特征改變大地域應多項選擇些。4.3數(shù)字圖像增強1、對比度變換（單點處理）線性變換：整體線性變換，分段線性變換非線性變換：指數(shù)變換，對數(shù)變換2、鄰域處理（空間濾波）圖像卷積運算、平滑（均值平滑處理、中值濾波）、銳化（羅伯特梯度、索伯爾梯度、拉普拉斯算法、定向檢測）3、彩色變換單波段彩色變換（密度分割）：單波段黑白遙感圖像可按亮度分層，對每層賦予不一樣色彩，使之成為一幅彩色圖像。多波段彩色變換（假彩色合成）：把三個波段圖像分別經(jīng)過紅、綠、藍三種原色合成彩色影像。4.4HLS變換（色調(diào)、明度、飽和度）1、RGB與HLS變換：設LR,LG,LB均為0~1實型數(shù)據(jù)，H是0~360實型，L和S為0~1實型。其中有一例外，即當S=0時，H無定義值。Lmax為LR,LG,LB中最大值，Lmin為LR,LG,LB中最小值a.明度值：L=﹙Lmax＋Lmin﹚／2對于特殊情況，Lmax=Lmin，說明LR=LG=LB為灰色，這時S=0，H無定義值b.飽和度：若L≤0.5，則S=﹙Smax－Smin﹚／﹙Smax＋Smin﹚若L＞0.5，則S=﹙Smax－Smin﹚／[﹙1－Smax﹚＋﹙1－Smin﹚]c.色調(diào)：設ΔH=Hmax－Hmin當HR=HRmax時，則H=60[﹙HG－HB﹚／ΔH]當HG=HGmax時，則H=60[2＋﹙HB－HR﹚／ΔH]當HB=HBmax時，則H=60[4＋﹙HR－HG﹚／ΔH]2、圖像運算：差值運算、比值運算3、多光譜變換：目標：保留主要信息，降低數(shù)據(jù)量；增強或提取有用信息K—L變換（主成份變換）；K—T變換（纓帽變換）。4.4多源信息復合1、多源信息復合：將多個遙感平臺，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)之間信息組合匹配技術。2、分別對應步驟：配準、復合；配準、直方圖調(diào)整、復合；地理數(shù)據(jù)網(wǎng)格化、最有遙感數(shù)據(jù)選取、配準復合