绵阳师范学院遥感概论期末复习题.pdf

遥感遥感 泛指对地表事物的遥远感知。狭义的遥感特指通过遥泛指对地表事物的遥远感知。狭义的遥感特指通过遥 感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物 体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波 信息，进行处理、分析与应用的一门科学和技术。遥感通常信息，进行处理、分析与应用的一门科学和技术。遥感通常 是指通过某种遥感器从空中或太空获取地表各类地物信息，是指通过某种遥感器从空中或太空获取地表各类地物信息， 并对这些信息进行提取、分析，以此来测量与判定地表目标并对这些信息进行提取、分析，以此来测量与判定地表目标 地物的性质或特性。地物的性质或特性。 遥感技术系统：遥感技术系统：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、 传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。 大气窗口大气窗口把电磁波透过大气层时较少被反射、 吸收或散射的透射率较把电磁波透过大气层时较少被反射、 吸收或散射的透射率较 高的波段叫高的波段叫大气窗大气窗口口。 传感器：传感器：接收、记录目标物电磁波特性的仪器，是遥感技术系统中数据获取的接收、记录目标物电磁波特性的仪器，是遥感技术系统中数据获取的 关键设备。关键设备。 侧视雷达侧视雷达遥感平台向前飞行， 天线发射和接收雷达脉冲交替进行； 在遥感平台向前飞行， 天线发射和接收雷达脉冲交替进行； 在 波束宽度范围内， 地面不同的地物由于距离不同而在不同的时间反射波束宽度范围内， 地面不同的地物由于距离不同而在不同的时间反射 回波。 反射回波的信号记录一条图象扫描线。 返回的信号被天线接收回波。 反射回波的信号记录一条图象扫描线。 返回的信号被天线接收 并记录下来。并记录下来。 LIDAR(LIDAR(光探测和测距系统）光探测和测距系统）：是主动遥感探测，这是利用激光脉冲射是主动遥感探测，这是利用激光脉冲射 向地面目标， 再返回被接收， 测量脉冲返回的时间可以计算传感器与向地面目标， 再返回被接收， 测量脉冲返回的时间可以计算传感器与 地面目标的距离，这种系统一般应用于航空遥感，利用飞机探测，可地面目标的距离，这种系统一般应用于航空遥感，利用飞机探测，可 以测量地面高程、水体深度等。以测量地面高程、水体深度等。 空间分辨率空间分辨率遥感图遥感图象上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来表象上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来表 征图象分辨地面目标细节能力的指标。 通常用像元大小、 像解率或视征图象分辨地面目标细节能力的指标。 通常用像元大小、 像解率或视 场角来表示。场角来表示。 绝对黑体：绝对黑体： 在任何温度下， 对任何波长的入射辐射的吸收系数在任何温度下， 对任何波长的入射辐射的吸收系数 ( ( 率率 ) ) 恒等于恒等于 1 1 的物体，即的物体，即 l l 。显然，绝对黑体的反射率。显然，绝对黑体的反射率 0 0 ，透射率，透射率 0 0 。自然界不存在绝对黑体，试验中的黑体是人工方法制成的。自然界不存在绝对黑体，试验中的黑体是人工方法制成的。 直方图增强直方图增强 直方图以统计图的形式表示图像每一亮度间隔内直方图以统计图的形式表示图像每一亮度间隔内 像元频数。 在直方图二维坐标系中， 横坐标代表图像中像元亮度间隔，像元频数。 在直方图二维坐标系中， 横坐标代表图像中像元亮度间隔， 纵坐标代表每一亮度或亮度间隔的像元数占总像元数的百分比。 由于纵坐标代表每一亮度或亮度间隔的像元数占总像元数的百分比。 由于 遥感图象及其遥感图象及其灰度分布集中在较窄的亮度区间，造成图象细节模糊，灰度分布集中在较窄的亮度区间，造成图象细节模糊， 通过直方图调整可以改善各部分亮度的比例关系， 达到增强图象的目通过直方图调整可以改善各部分亮度的比例关系， 达到增强图象的目 的。常用的直方图调整增强方法包括直方图均衡化和规定化。的。常用的直方图调整增强方法包括直方图均衡化和规定化。 直方图均衡化直方图均衡化 : : 变换变换后的直方图接近均匀分布。 即图象中每一灰后的直方图接近均匀分布。 即图象中每一灰 度级的像元数目大致相同。使得面积最大的地物细节得以增强，度级的像元数目大致相同。使得面积最大的地物细节得以增强， 而面积小的地物与其灰度接近的地物进行合并，形成综合地物，而面积小的地物与其灰度接近的地物进行合并，形成综合地物， 减少灰度等级。减少灰度等级。 直方图匹配：直方图匹配：又称直方图规定化，是把原图像直方图变换为某种又称直方图规定化，是把原图像直方图变换为某种 指定形态的直方图或某一参考图像的直方图，然后按照已知的指指定形态的直方图或某一参考图像的直方图，然后按照已知的指 定形态直方图调整原图像各像元的定形态直方图调整原图像各像元的灰度级，最后得到一幅直方图灰度级，最后得到一幅直方图 匹配的影像。匹配的影像。 主要包括主要包括目标物的电磁波特性、信息的获取、信息的传输与记录、信目标物的电磁波特性、信息的获取、信息的传输与记录、信 息的处理、信息的应用等五个方面。息的处理、信息的应用等五个方面。 目标物的电磁波特性目标物的电磁波特性 任何目标物都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，这是遥任何目标物都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，这是遥 感的信息源。感的信息源。 目标物与电磁波的相互作用构成了目标物的电磁波特性，这目标物与电磁波的相互作用构成了目标物的电磁波特性，这 是遥感探测的依据是遥感探测的依据 电磁波谱电磁波谱 射线、射线、 X X 射线、 紫外线、 可见光、 红外线和无线电波 （微射线、 紫外线、 可见光、 红外线和无线电波 （微 波、短波、中波、长波和超长波等）在真空中按照波长或频率递增或波、短波、中波、长波和超长波等）在真空中按照波长或频率递增或 递减顺序排列，构成了电磁波谱。递减顺序排列，构成了电磁波谱。 瑞利散射。瑞利散射。当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞 利利散射。散射。 散射率与波长的四次方成反比；散射率与波长的四次方成反比； 瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微 波的影响可以不计。波的影响可以不计。 太阳最大辐射的对应波长太阳最大辐射的对应波长 max max 日日 0.47m 0.47m 。 就遥感而言， 被动。 就遥感而言， 被动 遥感主要利用可见光、 红外波段等稳定辐射， 而主动遥感则利用微波，遥感主要利用可见光、 红外波段等稳定辐射， 而主动遥感则利用微波， 使太阳活动对遥感的影响减至最小。使太阳活动对遥感的影响减至最小。 地球辐射则接近于温度为地球辐射则接近于温度为300K300K的黑体辐射，的黑体辐射， 最大辐射对应波长为最大辐射对应波长为9.669.66 微米。微米。 分段特性：分段特性：0.30.3- -2.5um,2.5um,地球辐射主要是反射太阳辐射；地球辐射主要是反射太阳辐射；6um6um， 地球辐射主要是热红外区段；地球辐射主要是热红外区段； 2.52.5- -6um,6um,中红中红外波段， 地球辐射既有太外波段， 地球辐射既有太 阳辐射的辐射也有自身的热辐射。阳辐射的辐射也有自身的热辐射。 反射率反射率（反射系数或亮度系数）反射系数或亮度系数） ：地物对某一波段的反射能量与入射：地物对某一波段的反射能量与入射 能量之比。反射率随入射波长而变化。能量之比。反射率随入射波长而变化。 基尔霍夫定律：基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W W和吸收和吸收 率之比， 对于任何物体都是一个常数， 并等于该温度下同面积黑体率之比， 对于任何物体都是一个常数， 并等于该温度下同面积黑体 辐射通量辐射通量W W 黑。 黑。 对于一般物体而言， 需要引入发射率 （热辐射率、 比辐射率） ，对于一般物体而言， 需要引入发射率 （热辐射率、 比辐射率） ， 表明物体的发射本领。表明物体的发射本领。 发射率（热辐射率、比辐射率）发射率（热辐射率、比辐射率） ：指实际物体的辐射出射度：指实际物体的辐射出射度 与同一温度下黑体辐射出射度的比值。与同一温度下黑体辐射出射度的比值。 发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长有关。有关。 微波遥感微波遥感指通过传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射， 经过指通过传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射， 经过 判读处理来认识地物的技术。判读处理来认识地物的技术。 微波遥感优点微波遥感优点 1 1）微波具有穿云透雾的能力；）微波具有穿云透雾的能力； 2 2）具有全天侯，全天时探测能力；）具有全天侯，全天时探测能力； 3 3）微波对地表面的穿透能力较强；）微波对地表面的穿透能力较强； 4 4）微波还具有某些独特的探测能力。）微波还具有某些独特的探测能力。 3 3、微波遥感传感器分类、微波遥感传感器分类 大气校正大气校正为消除由大气的吸收、散射等引起失真的辐射校 正，称作大气校正。 1 1、 影响遥感图像辐射失真的大气因素影响遥感图像辐射失真的大气因素 （1 1）大气的消光（吸收和散射）大气的消光（吸收和散射） 由于遥感器与地物之间隔着大气，电磁辐射（太阳光或人工辐射）在到达地物之前由于遥感器与地物之间隔着大气，电磁辐射（太阳光或人工辐射）在到达地物之前 会被大气吸收、散射而衰会被大气吸收、散射而衰减。同样，来自地物的反射、辐射的电磁波在到达遥感器之前减。同样，来自地物的反射、辐射的电磁波在到达遥感器之前 也会被吸收、散射。大气的这种吸收、散射减弱了原来地物目标信号的强度，可以造成也会被吸收、散射。大气的这种吸收、散射减弱了原来地物目标信号的强度，可以造成 图像的失真。图像的失真。 （2 2）天空光（大气散射）照射）天空光（大气散射）照射 遥感器除了接收来自地物的反射、散射的电磁波之外，还会接收大气散射的电磁波遥感器除了接收来自地物的反射、散射的电磁波之外，还会接收大气散射的电磁波 （天空光） 。同样，地物不仅接受来自太阳或人工辐射源的辐照，而且也接受来自大气（天空光） 。同样，地物不仅接受来自太阳或人工辐射源的辐照，而且也接受来自大气 散射光（天空光）的辐照。这些都可以造成辐射失真。散射光（天空光）的辐照。这些都可以造成辐射失真。 （3 3）路径辐射）路径辐射 相当部分散射光向上通过大气直接进入传感器，这部分大气辐射称为路径辐射。相当部分散射光向上通过大气直接进入传感器，这部分大气辐射称为路径辐射。 需要补充一点：对于提取地物信息而言，大气的吸收、散射是有害的，是一种失真需要补充一点：对于提取地物信息而言，大气的吸收、散射是有害的，是一种失真； 但是对于大气遥感来说，大气吸收和散射恰恰携带了大气的一些信息，它有助于提取大但是对于大气遥感来说，大气吸收和散射恰恰携带了大气的一些信息，它有助于提取大 气的物理属性。气的物理属性。 几何畸变：几何畸变： 遥感图像在获取过程中由于多种原因导致景物目标相对位遥感图像在获取过程中由于多种原因导致景物目标相对位 置的坐标关系在图像中发生变化，这种变化称为几何畸变。置的坐标关系在图像中发生变化，这种变化称为几何畸变。 校正遥感图像成像过程中所造成的各种几何畸变称为几何校正。校正遥感图像成像过程中所造成的各种几何畸变称为几何校正。 影响图像几何畸变的因素主要包括影响图像几何畸变的因素主要包括： （1 1）遥感器的内部畸变：由遥感器结构引起的畸变，如遥感器扫）遥感器的内部畸变：由遥感器结构引起的畸变，如遥感器扫 描运动中的非直线性等。描运动中的非直线性等。 （2 2）遥感平台的运行状态：包括）遥感平台的运行状态：包括由于平台的高度变化、速度变化由于平台的高度变化、速度变化、轨道、轨道 偏移及姿态变化引起的图像畸变。偏移及姿态变化引起的图像畸变。 （3 3）地球本身对遥感图像的影响：包括地球的自转、高程的变化、地球曲率等引）地球本身对遥感图像的影响：包括地球的自转、高程的变化、地球曲率等引 起的图像畸变。起的图像畸变。 重采样的方法重采样的方法 计算每一点的亮度值。由于计算后的（计算每一点的亮度值。由于计算后的（x x，y y）多数不在原图的）多数不在原图的 像元中心处，因此必须重新计算新位置的亮度值。一般来说，新点的像元中心处，因此必须重新计算新位置的亮度值。一般来说，新点的 亮度值介于邻点亮度值之间，所以常用内插法计算。亮度值介于邻点亮度值之间，所以常用内插法计算。 通常有三种方法：通常有三种方法： 最近邻法最近邻法 双向线性内插法双向线性内插法 三次卷积内插法。三次卷积内插法。 目视判读的方法目视判读的方法 1 1、直接判读法、直接判读法: :使用的直接判读标志有色调、色彩、大小、形状、使用的直接判读标志有色调、色彩、大小、形状、 阴影、纹理、图案等。阴影、纹理、图案等。 2 2、对比分析法、对比分析法: :同类地物对比分析、同类地物对比分析、空间对比分析、时相动态对空间对比分析、时相动态对 比法。比法。 3 3、 逻辑推理法、 逻辑推理法: :综合考虑遥感图像多种解译特征， 结合生活常识，综合考虑遥感图像多种解译特征， 结合生活常识， 分析、推断某种目标地物的方法。分析、推断某种目标地物的方法。 遥感图像目视解译步骤遥感图像目视解译步骤 （1 1）目视解译准备工作阶段：）目视解译准备工作阶段：明确解译任务与要求；收集与分析明确解译任务与要求；收集与分析 有关资料；选择合适波段与恰当时相的遥感影像。有关资料；选择合适波段与恰当时相的遥感影像。 （2 2） 初步解译与判读区的野外考察：） 初步解译与判读区的野外考察： 初步解译的主要任务是掌握初步解译的主要任务是掌握 解译区域特点，确立典型解译样区，建立目视解译标志，探索解解译区域特点，确立典型解译样区，建立目视解译标志，探索解 译方法，为全面解译奠定基础。野外考察要填写各种地物的判读译方法，为全面解译奠定基础。野外考察要填写各种地物的判读 标志登记表， 以作为建立地区性的判度标志的依据。 在此基础上，标志登记表， 以作为建立地区性的判度标志的依据。 在此基础上， 制定出影像判度的专题分类系统，建立制定出影像判度的专题分类系统，建立遥感影像解译标志。遥感影像解译标志。 （3 3）室内详细判读：）室内详细判读：统筹规划、分区判读；由表及里、循序渐进；统筹规划、分区判读；由表及里、循序渐进； 去伪存真、静心解译。去伪存真、静心解译。 （4 4）野外验证与补判：）野外验证与补判：野外验证与补判：野外验证包括检验专题野外验证与补判：野外验证包括检验专题 解译中图斑的内容是否正确；检验解译标志。疑难问题的补判是解译中图斑的内容是否正确；检验解译标志。疑难问题的补判是 对室内判读中遗留的疑难问题的再次解译。对室内判读中遗留的疑难问题的再次解译。 （5 5）目视解译成果的转绘与制图：）目视解译成果的转绘与制图：目视解译成果的转绘与制图：目视解译成果的转绘与制图： 一种是手工转绘成图；一种是在精确几何基础的地理地图上采用一种是手工转绘成图；一种是在精确几何基础的地理地图上采用 转绘仪进行转绘成图。转绘仪进行转绘成图。 遥感数字图像计算机分类基本过程如下：遥感数字图像计算机分类基本过程如下： 1 1）分类预处理；）分类预处理； 2 2）特征选取；）特征选取； 3 3）分类；）分类； 4)4)分类后处理；分类后处理； 5 5）专题图制作。）专题图制作。 监督分类：监督分类： 监督分类方法首先需要从研究区域选取有代表性的训练场监督分类方法首先需要从研究区域选取有代表性的训练场 地作为样本。根据已知训练区提供的样本，通过选择特征参数（如像地作为样本。根据已知训练区提供的样本，通过选择特征参数（如像 素亮度均值、方差等），建立判别函数，据此对数字图像待分像元进素亮度均值、方差等），建立判别函数，据此对数字图像待分像元进 行分类，依据样本类别的特征来识别非样本像元的归属类别。行分类，依据样本类别的特征来识别非样本像元的归属类别。 监督分类中常用的具体分类方法包括监督分类中常用的具体分类方法包括： (1)(1) 最小距离分类法，最小距离分类法原理简单，分类精度不高，最小距离分类法，最小距离分类法原理简单，分类精度不高， 但计算速度快，它可以在快速浏览分类概况中使用。但计算速度快，它可以在快速浏览分类概况中使用。 最小距离监督分类法及其具体步骤最小距离监督分类法及其具体步骤: : 1 1）最小距离监督分类法最小距离监督分类法指对遥感图像中的每一类别选一个具有指对遥感图像中的每一类别选一个具有 代表意义的统计特征量（均值） ，首先计算待代表意义的统计特征量（均值） ，首先计算待分象元与已知类别之间分象元与已知类别之间 的距离，然后将其归属于距离最小的一类。的距离，然后将其归属于距离最小的一类。 2 2）具体步骤：）具体步骤： 选择训练样区：选择训练样区：通过对图像判读分析，划定典型图斑作为某通过对图像判读分析，划定典型图斑作为某 一类的 “训练区” ， 计算机会根据行列号记录下训练样区包含的像元。一类的 “训练区” ， 计算机会根据行列号记录下训练样区包含的像元。 分类：计分类：计算待分类像元与一类类别中心的距离，根据最小距算待分类像元与一类类别中心的距离，根据最小距 离进行类别判别。离进行类别判别。 分类后处理：分类后处理：包括精度检验、单点滤波，并将光谱类别归并包括精度检验、单点滤波，并将光谱类别归并 为所需要的信息类别。为所需要的信息类别。 非监督分类非监督分类： 非监督分类的前提是假定遥感影像上同类物体在同样非监督分类的前提是假定遥感影像上同类物体在同样 条件下具条件下具有相同的光谱信息特征。 非监督分类方法不必对影像地物获有相同的光谱信息特征。 非监督分类方法不必对影像地物获 取先验知识，仅依靠影像上不同类地物光谱信息（或纹理信息）进行取先验知识，仅依靠影像上不同类地物光谱信息（或纹理信息）进行 特征提取的统计特征的差别来达到分类的目的， 最后对已分出的各个特征提取的统计特征的差别来达到分类的目的， 最后对已分出的各个 类别的实地属性进行确认。 非监督分类主要采用聚类分析方法， 聚类类别的实地属性进行确认。 非监督分类主要采用聚类分析方法， 聚类 是把一组像素按照相似性归成若干类别， 即是把一组像素按照相似性归成若干类别， 即 “ 物以类聚物以类聚 ” 。 它的。 它的 目的是使得属于同一类别的像素之间的距离尽可能的小而不同类别目的是使得属于同一类别的像素之间的距离尽可能的小而不同类别 上的像素间的距离尽可能的大。上的像素间的距离尽可能的大。 综合分析 1.某区需制作 1:10 万 2010 年的北海市遥感影像地图，请你 结合知识，设计一个制作影像地图的工作方