遥感复习总结

遥感复习总结遥感复习总结 米杏当年自己总结的哈 标红是重点 当年还是很多考到了的 不过重点还是看那份卷子 绝大部分考原题 还有一定一定要重视最后一次实验 当年最后一道题就是考最后一次实验 还有复习的时候也把每次的实验看一 下 第一章 绪论第一章 绪论 一 一 遥感的基本概念遥感的基本概念 即遥远的感知 利用探测仪器 在不直接接触的情况下 收集目标或自然现象的电磁波信息 对电磁波信息 进行处理和分析 从而获取事物特性的综合性探测技术 二 二 遥感系统遥感系统 包括被测目标的信息特征 信息的获取 遥感平台 遥感器 信息的传输与记录 信息传输和接收设备 信息的处理 图像处理设备 和信息的应用 工作原理 工作原理 目标地物通过发射 反射 太阳辐射 和回射 雷达 作用发出电磁波信号 装载在遥感平台上 的遥感器接受和获取信息源的电磁波信号 记录在数字磁介质或胶片上 送至地面回收或传输给地面的卫星 接收站 进行一系列的信息处理 如光学处理 计算机处理 解译 转换成可供用户使用的数据格式 三 三 遥感的分类遥感的分类 按遥感平台分类 按遥感平台分类 近地面遥感 航空遥感 航天遥感 按传感器的探测波段分类 按传感器的探测波段分类 紫外 可见光 红外 微波 按工作方式分类 按工作方式分类 主动遥感 由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的反向散射信号 被动遥感 传感器不向目标发射电磁波 仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量 按资料记录形式分类 按资料记录形式分类 成像方式 非成像方式 按应用领域分类 按应用领域分类 陆地遥感 海洋遥感 农业遥感 城市遥感 四 四 遥感的特点遥感的特点 感测范围大 具有综合 宏观的特点 信息量大 具有手段多 技术先进的特点 获取信息快 更新周期短 具有动态监测特点 遥感还具有用途广 效益高的特点 五 五 遥感技术发展简况遥感技术发展简况 遥感技术发展趋势 3 全 全天候 全天时 全球 3 高 高空间 高光谱 高时间分辨率 3 个结合 大 小卫星 航空 航天 技术 应用 六 六 遥感技术应用领域 遥感技术应用领域 林业 农业 水文与海洋产业 国土资源 气象 环境监测 测绘 城市 考古 军事 突发事件等 第二章第二章 遥感的物理基础遥感的物理基础 第一节第一节 电磁波谱与电磁辐射电磁波谱与电磁辐射 一 一 电磁波及其特性电磁波及其特性 1 电磁波 电磁波 由振源发出的电磁振荡在空气中传播 2 电磁辐射 电磁辐射 这种电磁能量的传递过程 包括辐射 吸收 反射和透射 称为电磁辐射 3 电磁波的特性 电磁波的特性 1 电磁波是横波 2 在真空中以光速传播 3 满足方程 f c E h f E 为能量 h 为普朗克常数 f 为频率 为波长 c 为光速 4 电磁波具有波粒二象性 波动性 电磁波是以波动的形式在空间传播的 因此具有波动性 粒子性 它是由密集的光子微粒组成的 电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运动 电磁波的粒子性 使 得电磁辐射的能量具有统计性 二 二 电磁波谱电磁波谱 电磁波谱 电磁波谱 将各种电磁波在真空中的波长 或频率 按其长短 或高低 依次排列制成的图表 在电磁波谱中 波长最长的是无线电波 其按波长可分为长波 中波 短波和微波 波长最短的是 射线 遥感常用的电磁波段遥感常用的电磁波段 名称名称波长范围波长范围特征特征应用应用 紫外线紫外线0 01 0 38 1 臭氧对紫外线吸收较强 2 能使溴化银底片感光 1 用于测定碳酸岩的分布 2 用于油污的监测 可见光可见光0 38 0 76 1 由红 橙 黄 绿 青 蓝 紫光 组成 2 人眼对可见光有敏锐的分 辨率 1 鉴别物质特性的主要波 段 2 以光学摄影或扫描方式 接收和记录 红红 外外 线线 近红外近红外 中红外中红外 远红外远红外 超远红外超远红外 0 76 3 0 3 0 6 0 6 0 15 0 15 1000 1 近红外性质与可见光相似 2 红外线有较强的热效应 可以用来红外加热 任何 物体都在不停的发射红外 线 发射的强度与物体的 温度有关 1 利用红外遥感可以夜间 工作 2 红外线不易为天空微粒 所散射 这点比可见光优 越 微微 波波1 1000 1 反射 金属材料 2 穿透 绝缘体 3 吸收 热辐射效应 水 1 具有穿透云雾不受天气 影响 可进行全天候全天 时的遥感探测 酸2 对植被 冰雪 土壤等 表层覆盖物有一定的穿透 能力 可采取主动或被动方式遥 感 具有较大发展潜力的 遥感波段 常用于军事 全天候探测 三 三 电磁辐射的度量电磁辐射的度量 辐射通量密度 辐射通量密度 E 单位时间内通过单位面积的辐射能量 单位 W m2 四 四 黑体辐射黑体辐射 1 相关概念 相关概念 绝对黑体 简称黑体 对于任何波长 的电磁辐射都全部吸收的物体 绝对黑体的特性 T 1 T 0 任何物体 T T 1 绝对白体 T 0 T 1 T 光谱吸收系数 吸收率 T 光谱反射系数 反射率 2 黑体辐射定律 黑体辐射定律 只和波长和温度有关 普朗克热辐射定律普朗克热辐射定律 普遍适用于绝对黑体的辐射 公式表示出了黑体辐射出射度与温度的关系以及按波长 分布的规律 1 玻耳兹曼定律 表示出黑体总辐射出射度 通量密度 随温度的增加而迅速增加 它与温度的 四次方成正比 2 维恩位移定律 随着温度的升高 辐射通量密度最大值对应的波长向短波方向移动 3 黑体辐射的三个特性 黑体辐射的三个特性 辐射通量密度随波长连续变化 与温度四次方成正比 每条曲线只有一个最大值 黑体温度不同 其辐射通量密度曲线不同 温度越高 辐射通量密度越大 随着温度的升高 辐射辐射通量密度最大值所对应的波长向短波方向移动 4 实际物体的发射辐射 实际物体的发射辐射 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 在一定温度下 任何物体的辐射出射度 M 和吸收率之比 都是一个常数 并等于该温度下黑 体辐射出射度 M 黑 发射率 发射率 地物的辐射出射度 M 与同温下的黑体辐射出射度 M黑的比值 它也是遥感探测的基础和出发点 在 给定的温度下 物体的发射率 吸收率 同一波长 吸收率越大 发射率也越大 按照发射率与波长的关系 把实际物体分为 黑体或绝对黑体 发射率为 1 常数 灰体 grey body 发射率大于 0 小于 1 常数 选择性辐射体 发射率小于 1 且随波长而变化 理想反射体 绝对白体 发射率为 0 第二节第二节 太阳辐射及大气对其辐射的影响太阳辐射及大气对其辐射的影响 一 一 太阳辐射太阳辐射 是可见光和近红外的主要辐射源 常用 6000 的绝对黑体辐射来模拟太阳辐射 辐射波长范围极大 包含整个电磁波范围 辐射能量集中 0 2 3 m 间 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减 且各波段的衰减是不均衡的 黑 M M 二 二 大气对辐射的影响大气对辐射的影响 大气物质与太阳辐射相互作用 是太阳辐射衰减的重要原因 大气层的结构 对流层 航空遥感主要在该层内 平流层 底层是航空遥感活动层 电离层 陆地卫星活动空间 大气外层 对卫星基本上没有影响 1 大气的吸收作用 大气的吸收作用 大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收 形成太阳辐射的大气吸收带 2 大气的散射作用 大气的散射作用 散射 散射 辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变 并向各个方向散开的物理现象 称为散射 散射作用 散射作用 使原传播方向上的辐射强度减弱 增加其他各个方向的辐射 波长越长 散射越弱 波长越长 散射越弱 散射作用的结果散射作用的结果是降低了遥感数据的质量 使影像模糊 从而影响判读 1 瑞利散射瑞利散射 当微粒的直径比辐射波长小得多时的大气散射 d 相关现象 云雾为什么通常呈现白色 云雾为什么通常呈现白色 答 虽然云 雾离子直径与红外线波长相近 但相比可见光波段 云雾中水滴的离子直径就比波长大得多 因而对可见光中各个波长的光散射强度相同 所以人们看到的云雾呈白色 3 大气的反射作用 大气的反射作用 大气反射主要发生在云层顶部 并与云量密切相关 被动遥感应尽量选择无云的天气接收遥 感信号 云层厚时反射作用强 通过光少 形成乌云 4 大气的折射 大气的折射 大气的折射率与大气密度有关 密度越大折射率越大 因而 电磁波 太阳辐射 在大气中的传 播轨迹是一条曲线 不是造成太阳辐射衰减的原因 其改变光线的传播方向 三 大气窗口 三 大气窗口 电磁辐射通过大气后衰减较少 透过率较高的电磁波段 大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据 第三节第三节 地球辐射与地物波普地球辐射与地物波普 一 一 地球表面的辐射特征地球表面的辐射特征 相当于温度为 300K 的黑体 其电磁辐射的波长范围是 2 5 50 地球表面的发射辐射能量集中于近红外波段和热红外波段 地球表面的热辐射 能量 与自身的发射率 波长 温度有关 M T T M0 T 二 地球的电磁辐射特性 二 地球的电磁辐射特性 1 6 m 的波长 主要是地物本身的热辐射 3 3 6 m 之间 太阳和地球的辐射都要考虑 三 地物的光谱特性三 地物的光谱特性 根据能量守恒定律 入射到地表的辐射功率 E 等于吸收功率 E 吸 透射功率 E 透 反射功率 E 反三个分量之 和 即 E E 吸吸 E 透透 E 反反 由上式得到 1 式中 吸收率 透射率 反射率 对于不透射电磁波的物体 对于不透射电磁波的物体 1 即有 1 由第一节的基尔霍夫定律推导得到 由于有 1 得到 所以各种地物的电磁波特性都可以通过间接测试各种地物反射辐射电磁波的特性得到 1 四 地物的反射特性四 地物的反射特性 太阳光通过大气层射到地球表面 地物会发生反射作用 物体对电磁波谱的反射能力用反射率表示 镜面反射 反射满足反射定律 漫反射 整个表面均匀反射入射电磁波 方向反射 整个表面反射入射电磁波 但某方向反射特别强烈 平原地区 漫反射 地形起伏大和地物结构复杂地区 方向反射 1 地物的波谱反射率 反射系数或亮度系数 地物的波谱反射率 反射系数或亮度系数 地物对某一波段的反射能量与入射能量之比 E E 同一地物不同波长的反射率不同 原因是地物对某些特定波长的波有选择的吸收 2 地物的反射波谱 地物的反射波谱 地物的反射率随入射波长变化的规律 地物反射波谱曲线 地物反射波谱曲线 根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线 地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理 1 植被反射波谱曲线植被反射波谱曲线 2 土壤反射波谱曲线土壤反射波谱曲线 自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值 一般来讲土质越细反射率越高 有机质含量越 高和含水量越高反射率越低 此外土类和肥力也会对反射率产生影响 由于土壤反射波谱曲线呈比较平滑 的特征 所以在不同光谱段的遥感影像上 土壤的亮度区别不明显 3 水体反射波谱曲线水体反射波谱曲线 水体的反射主要在蓝绿光波段 其他波段吸收都很强 特别到了近红外波段 吸收就更强 所以水体 在遥感影像上常呈黑色 但当水中含有其他物质时 反射光谱曲线会发生变化 水中含泥沙时 由于泥沙 散射 可见光波段反射率会增加 峰值出现在黄红区 水中含叶绿素时 近红外波段明显抬升 这些都成 为影像分析的重要依据 4 岩石反射波谱曲线 岩石反射波谱曲线 岩石的反射波谱曲线无统一的特征 矿物成分 矿物含量 风化程度 含水状况 颗 粒大小 表面光滑程度 色泽等都会对曲线形态产生影响 五 地物的波普特性五 地物的波普特性 1 不同地物在不同波段反射率存在差异 2 同类地物的反射光谱具有相似性 但也有差异性 3 地物的光谱特性具有时间特性和空间特性 第三章 第三章 遥感平台及与运行特点遥感平台及与运行特点 第一节第一节 遥感平台的种类 遥感平台的种类 1 航天平台 150km 卫星 气象卫星系列 海洋卫星系列 陆地卫星系列 火箭 航天飞机 宇宙飞船 2 航空平台 30km 以内 各类飞机 飞艇 气球等 3 地面平台 0 像点背离像主点方向移位 h 0 像点朝向像主点方向移位 3 h与航高 H 成反比 三 扫描成像原理 了解 三 扫描成像原理 了解 MSS 工作原理 工作原理 08 年考过 年考过 MSS 的成像板上有 24 2 个探测元 按波段排列成四列 每列由六个探测元 每个探测元的地面观察面积为 79m 79m 另外两个探测元为热红外通道 分辨力为 240 m 240 m 扫描仪成像时 每个波段由六个相同大小 的探测元与飞行方向平行排列 这样在瞬间看到的地面大小为 6 79m 79m 又由于扫描总视场为 11 56 度 地 面宽度为 185km 因此扫描一次每个波段获取六条扫描图像 其地面范围为 474m 185km 又因卫星速度为 6 5km s 在扫描一次的时间里卫星正好往前移动 474m 因此扫描线恰好衔接 0 5 0 6 um 0 6 07 um 0 7 08 um 0 8 1 1 um 10 4 12 6 um 扫描方向 卫星前进方向 空间分辨率 瞬时视场角 第四节第四节 微波遥感与成像微波遥感与成像 一 特点 一 特点 1 能全天候 全天时工作 2 对某些物体具有特殊的波谱特征 3 对冰 雪 森林 土壤等具有一定的穿透能力 4 对海洋遥感具有特殊意义 5 分辨率较低 但特性明显 二 分类 二 分类 主动式微波遥感 雷达 被动式微波遥感 侧视雷达工作原理 侧视雷达工作原理 侧视雷达工作时 发射机通过发射天线发出一束电磁波 接收天线接收回波 经过处理器处 理后 这种地物对雷达波的响应就可以作为我们辨别各种地物的依据 思考 侧视雷达的成像方式和其他传感器成像方式相比有什么不同 答 侧视雷达属于距离成像原理 其他属 思考 侧视雷达的成像方式和其他传感器成像方式相比有什么不同 答 侧视雷达属于距离成像原理 其他属 于中心成像方式 于中心成像方式 三 雷达遥感的信息特征三 雷达遥感的信息特征 1 雷达影像的色调差异主要取决于回波的强弱 2 一般来说距离近的物体回波强 距离远的物体回波较弱 3 金属物体往往都有较强的回波 4 平行于航向的物体回波较强 5 受地形起伏的影响 雷达波不能到达之处 形成雷达阴影 6 受天线角度影响 地面镜面目标无回波 7 在雷达影像上 线状地物一般比较清晰 8 雷达影像的立体感较强 第五章第五章 遥感图像处理遥感图像处理 第一节第一节 遥感图像处理基础遥感图像处理基础 遥感图像的表示形式 光学图像 光学图像 一个光学图像可以看成是一个二维的连续的光密度 或透过率 函数 用函数 f x y 来表示 f x y 是 一个连续变化的函数 0 f x y 数字图像 数字图像 二维的离散的光密度 或亮度 函数 第二节 辐射校正第二节 辐射校正 1 为什么进行辐射校正 为什么进行辐射校正 由于遥感检测系统 大气散射和吸收等原因引起的图像模糊失真 分辩率和对比度下降等辐射失真 即形成辐 射畸变 2 引起辐射畸变的原因是什么 引起辐射畸变的原因是什么 1 大气对辐射的影响 2 光照条件的影响 3 传感器仪器本身的误差 3 如何进行辐射校正 校正的方法 原理 步骤 如何进行辐射校正 校正的方法 原理 步骤 1 直方图法直方图法 A 基本思想 原理 基本思想 原理 一幅图像中总可以找到某种或某几种地物 其辐射亮度或反射率接近 0 实测表明 这些位置上的像元亮度不为零 这个值就应该是大气散射导致的程辐射度值 B 前提 前提 图像中必须存在反射值为零的区域 如高山阴影区或面积大且水体深的水域 C 校正步骤 校正步骤 首先确定条件满足 将该波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值 2 回归分析法回归分析法 A 原理 原理 大气散射主要影响短波部分 波长较长的波段几乎不受影响 因此用长波数据来校正短波数 B 步骤 步骤 在不受大气影响的波段 如 TM5 或 7 和待校正的某一波段图像中 选择由最亮至最暗的一系列 目标 将每个目标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行回归分析 建立线性回归方程 由最小二乘法 作直线按拟合 得到 其中 a L b L 分别为 a b 波段的平均值 可以认为 a 是波段 b 的程辐射度 ab LL ab LLa 校正方法 将波段校正方法 将波段 b 中每个像元的亮度值减去中每个像元的亮度值减去 a 来改善图像 去掉程辐射 来改善图像 去掉程辐射 第三节 几何校正第三节 几何校正 论述 论述 一 遥感图像几何变形的原因一 遥感图像几何变形的原因 1 传感器外方位元素变化的影响 遥感平台运动位置和状态变化 旁向位移 速度变化即航向位移 高度变化 地面分辨率不均匀 俯仰变化 翻滚变化 偏航变化 2 地形起伏的影响 3 地球曲率 类似于地形起伏引起的像点位移 4 地球自转的影响 地球自转对于瞬时光学成像遥感方式没有影响 对于扫描成像则造成图像平行错动 5 大气折射 大气折光差 二 遥感图像的几何校正二 遥感图像的几何校正 1 校正原理 校正原理 利用实地测量的地物的真实坐标值 寻找实测值与存在畸变的图像坐标之间的函数关系 从而改正原始影像 的几何变形 产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像 基本环节有两个 一是建立纠正变换函数 二是像元灰度值重采样 2 方法步骤 方法步骤 1 准备工作 准备工作 2 输入原始数字图像 输入原始数字图像 3 采集地面控制点