林业遥感考试---南京林业大学--复习资料

第一章第一章 1 遥感 遥感 就是遥远的感知 不接触被感测事物 常用遥感技术的定义常用遥感技术的定义 利用飞机 人造卫星或其它飞行器作运载工具 主要以电磁波来检测 度 量远距离目标的一种技术手段 目前 主要有两个研究领域 遥感技术研究和遥感应用研究 2 遥感技术的 遥感技术的 4 大物质构成要素大物质构成要素 1 对象 Objects 被探测 被感知的事物和现象 2 传感器 Sensor 能感测事物并能感测的结果传递给使用者的仪器 3 信息传播媒介 Media 在目标与传感器之间起信息传递作用的介质 4 遥感平台 Platform 搭载传感器并使之正常工作的装置 3 遥感的分类 遥感的分类 A 按遥感对象分 1 宇宙遥感 以外太空其它星体为感测对象 2 对地遥感地球表层环境 环境遥感 在环境遥感中若地球表层资源为对象称为资源遥感 B 按遥感平台分 1 航天遥感平台 H 80km 火箭 人造卫星 飞船 航天飞机等 2 航空遥感 平台 H 80km 普通飞机 气球 飞艇等 3 地面遥感遥感车 遥感塔 远洋测量船 C 按遥感媒介分 1 电磁波遥感 常用的电磁波波段是紫外 可见光 红外和微波等 2 声波遥感潜 水艇的声纳技术 探测珍贵鱼群的回游路线和迁徙规律 3 重力场遥感 地质探矿 通过 g 值的变化来推断地层中是否有某种元素富 积 4 地震波遥感 D 按遥感器的工作方式分 1 被动遥感 遥感本身并不发射任何人工探测信号 只是被动接 收来自于目标的信号 从而实现对目标性质 数量 空间位置等特征进行识别的遥感方式 无源遥感 如中午拍照 2 主动遥感 遥感器发射人工探测信号 到达目标后信号反射 回来被传感器接收从而对目标性质 数量 空间位置进行识别的遥感方式 如 夜晚拍照通常 要在相机上装闪光灯 主要是 微波遥感 E 按遥感所获资料的形式分 1 成像方式遥感 能获得目标的图像 Image 图形 Graphics a 摄影 方式 b 扫描方式 2 非成像方式 不能获得目标物的图像 常是一些曲线 如气象中温度辐 射计 F 按应用领域分地质 农业 林业 草原 水文 测绘 环境 灾害 城市 海洋 大气 军事 4 遥感的特性与优势 遥感的特性与优势 1 空间特性 距离远 感测范围大因此具有宏观性和直观性 先进传感器也能探知目标的细节 2 时间特性运行周期短 动态监测 3 光谱特性 使用的谱段多 可选性强 多光谱高光谱 4 数据量巨大 海量 数据 研究的压缩技术 存贮 处理算法 5 受地面限制少 沙漠腹地 大洋深处 悬崖绝壁人无法到达 可及度低 6 经济效益好 7 用途广 8 发展速度极快 5 遥感过程 遥感过程是指遥感信息的获取 传输 处理分析判读和应用的全过程 6 遥感技术应用遥感技术应用 1 资源监测 查清资源的数量 质量 分布 动态消长 土地利用类型 森林资源 水 矿产 等 2 环境监测 灾害损失评价 森林火灾 水灾 病虫害等 3 区域分析及建设规划 4 生物物理建模 生物量估算 Biomass Estimation LAI NPP APAR 小麦 水稻 玉米 估产 草场承载力评价 近海生产力评价 物理参数反演 Inversion 水质 大气污染 等 5 军事侦察 6 气象预报 第二章第二章 1 电磁波电磁波 交变的电场和交变的磁场交替激发 相互套环向远方传播的运动形式 就称为 y Asin wt kx j 描述参数 A 振幅 Amplitude 反映电磁波的能量 w 角频率 Frequency 与周期相 应 j 初相位 Phase V 速度 Velocity 2 电磁波谱电磁波谱 按照波长的长短顺序将各种电磁波依次排列而制成的一张图表 从左到右按波长增加排列为 宇宙射线 r 射线 X 射线 紫外线 可见光 红外 微波 无线电波和工业用波 不同性质的电磁波波长不同的原因在于 波源性质不同 3 大气窗口 大气窗口 是指在大气中传播受到衰减作用较轻因而透射率较高的电磁波段 4 大气组成大气组成 大气对电磁波传输过程的影响包括 5 个方面 散射 Scattering 吸收 扰动 折射和偏振 而对于遥感数据而言 最主要的因素是散射和吸收 由于大气分子和气溶胶 粒子的影响 太阳辐射的电磁波在大气层传输时一部分被吸收 一部分被散射 剩下的部 分穿过大气层到达地面 地物反射或本身辐射的电磁波部分被吸收 部分被散射 部分到 达传感器的接收系统 大气本身的反射或辐射同时也进入传感器 所以 传感器接收的电 磁波辐射既有地物的辐射又有大气的辐射 综合辐射 其中地物辐射是所需要的 信 号 Signal 大气辐射是遥感过程应当尽量减弱其效应的 噪声 Noise 由于综合辐射 就会降低遥感图像的 信噪比 表现为图像模糊 气态成分 N2 O2 H2O CO CO2 CH4 O3 等 固态成分 尘埃 冰晶 盐晶 气溶胶等 5 什么是大气的选择性吸收什么是大气的选择性吸收 大气对不同波段辐射的吸收作用也不同 这种性质称为大气对辐射能的选择吸收 氧 O2 吸收带 主要吸收波长小于 0 2um 的太阳辐射 其中 0 155um 吸收最强 0 6um 和 0 76um 附近有一窄吸收带 吸收能力较弱 臭氧 O3 吸收带 一个是波长 0 2 0 36um 的强吸收带 另一个是 0 6um 处对太阳的最 强吸收 臭氧主要分布在 30km 高度附近 因此对高度小于 10km 的航空遥感 影响较小 主要对航天遥感有影响 水汽 H2O 吸收带 主要吸收处于红外和可见光中的红光波段 其中红外部分是强烈吸收 所以大气中水汽对红外遥感影响最大 二氧化碳 CO2 吸收带 吸收作用主要在红外区 如 1 35 2 85um 有 3 个宽弱吸收带 另 外在 2 7 4 3 和 14 5um 为强吸收带 监测城市大气中二氧化碳的分布与浓度 尘埃 它对太阳辐射有一定的吸收作用 但吸收量很少 当有沙暴 烟雾和火山爆发 时 大气中尘挨急剧增加 这时其吸收作用才比较明显 6 大气的散射 简答 大气的散射 简答 条件条件 效应 效应 吸收作用是将电磁波能量转换为分子热运动的热能 散 射只是改变电磁波的传播方向 并没有能量转换 1 瑞利 Rayleigh 散射 分子散射 发生条件 当微粒直径 D 电磁波波长 散射效应 规律 散射系数 与波长无关 应用 解释为何雨天的天空灰蒙蒙的 7 地物波普的定义内涵及重要性 地物波普的定义内涵及重要性 定义 是指地物发射 反射和吸收电磁波的能力随波长的变化规律 内涵 a 发射 反射和吸收之间的比例不同地物间差异很大 主要取决于地物的类型和性 质 b 地物发射 反射和吸收电磁波的能力是波长的函数 即同类地物其发射 反射和 吸收在不同波长处差异很大 重要性 a 是选择传感器工作波段的基础 b 是分析 判读遥感图像的基础 c 是遥感图像计算机自动分类的基础 d 可以反映地物的时空差异性 8 同谱异物 第三章 1 航空摄影 航空摄影 利用安装在飞机上的航摄仪器 按照预定的计划从空中向地面摄影取得航空 像片 的全部作业过程 包括飞行摄影 暗室冲洗 质量评定等环节 就称为航空摄影 2 航空摄影质量评定 航空摄影质量评定 A 像片倾斜角 若在摄影瞬间透镜的主光轴垂直于地面 或与当地铅垂线重合 则称为 垂直摄影 实际上 摄影瞬间透镜主光轴往往会与铅垂线夹 一个很小的角度 这种摄影方 式称为倾斜摄影 要求 像片倾斜角 不大于 2 最大不超过 3 B 摄影比例尺 由摄影机的焦距和航高决定 即 在同一高度上摄影 所得像片 的比例尺基本是一致的 但由于气流或其他因素的影响 会使飞机上升或下降 因而摄影 比例尺发生变化 要求 像片比例尺分母的相对误差一般不超过 5 C 摄影航高 摄影航高是指摄影飞机在摄影瞬间相对于某一所取基准面的高度 根据基 准面的不同 航高可分为相对航高和绝对航高 相对航高是指摄影机物镜相对于某一基准 面的高度 通常称为摄影航高 它是相对于被摄区域内地面平均高程基准面的设计航高 H M F 绝对航高是指摄影机物镜相对于大地水准面的高度 是指摄影瞬间的真实 海拔高度 通过相对航高 H 与摄影地区地面平均高度 A 地计算得到 H 地 H A 地 要求 同一航带内最大航高与最小航高之差不得大于 30m 摄影区内实际航高与设计航高 之差不得大于 50m D 像片重叠度 像片重叠度是立体观察和像片连接所必需的条件要求 航向重叠度保持在 60 65 最小不得小于 56 旁向重叠度 Lateral Overlap 保持在 15 30 最小不得 小于 13 E 航偏角 相邻两像片的主点连线与像幅沿航带飞行方向之间的夹角就是航偏角 要求 航偏角一般不得大于 6 最大不得超过 8 F 航线弯曲度 航线弯曲最大值 与航线全长 L 之比 要求 航线弯曲度不得大于 3 3 航空像片的投影性质 1 投影种类 中心投影 所有的投影光线都交于一点所形成的投影 垂直投影 所有投影光线相互平行且垂直于投影面 中心投影有以下 3 个特点 1 空间点在投影面上的中心投影仍为一个点 2 空间直线 在投影面上的中心投影一般为直线 但通过投影中心的空间直线其中心投影为一个点 3 空间曲线在投影面上的投影一般仍为曲线 但若空间曲线在一个平面上 而该平面又通过 投影中心 其投影仍为直线 2 航空像片是地面物体在摄影胶片 或相纸 上中心投影后的构像 航片中心投影带来 三大误差 分别是比例尺误差 倾斜误差和投影误差 因此使用前往往需要正射校正 3 两种投影的比较 自补图自补图 7 9 比例尺误差比例尺误差 航片上某一线段的长度与其对应的地面实际长度之比 称为航片比例尺 式中 f 是摄影机的焦距 H 是飞行器的相对航高 ab 是像片上某地物的长度 AB 是对应的地物在地面上的实际长度 1 平坦地区比例尺的计算 a 用定义式 f 由像片边缘或相应的影像资料 遥感摄影报告 设计书等 中找到 H 由摄影部门提供 从而算得像片比例尺 b 用航测地区地形图或实测计算比例尺地形图求出地面点位间的距离 用测量学的相关 手段测得地面点位间的距离 用 GPS 测得地面点位间的距离 共测 n 对数据算平均数 2 山区比例尺的计算 平均比例尺 对于起伏不平的地面各点而言 各点的航高不同 因此各点的比例尺也不同 只能 求出各点的比例尺 称为 局部比例尺 由此算出一个该地区的平均比例尺 第四章 航天遥感 1 航天遥感的特点 航天遥感的特点 1 观察范围大 航天器飞行高度远远大于航空飞机 新航天器的视野 要开阔得多 站得高 看得远 可以发现大面积的 宏观的 整体特征 2 效率高 在相同的时间内 探测的地域面积更大 3 成本低 对于取得同样面积的地面 资料而言 你只需花钱购买卫星数据即可 而不必组织航空飞行 4 实施动态监测 具有周 期性 可重复观察 5 空间分辨力不及航空遥感 总体上看 航天遥感对地物细部的特征表 现力较差 但对整体 宏观的轮廓表现力较好 但也有对地物细节表达能力强的传感器 2 遥感影像的质量评价与选择遥感影像的质量评价与选择 一 空间分辨率是指遥感影像上一个像元所对应的地面实际面积的 通常有 3 种表示方法 1 像元 指单个像元所对应的地面面积的大小 以 m 或 Km 为单位 如 Quickbird 的 0 61 米 Landsat TM 的 30 米 NOAA AVHRR 的 1 1Km 等 像元是扫描影像的基本单位 由 行 列号及对应的亮度值描述 2 线对数 Line Pairs 对于摄影系统而言 影像最小单元通过 1mm 间隔内包含的线对 数确定 单位为线对 mm 3 瞬时视场 指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野 单位为毫弧度 IFOV 越 小 空间分辨率越高 IFOV 取决于遥感器光学系统和探测器的大小 一个 IFOV 内往往包 含不止一种地物覆盖类型 这就是 混合像元 其中包含的每一种类型称 纯 的 终端 单元 通常情况下 空间分辨率越高 识别地物的能力越强 但实际上每一目标在图像上 的可分辨程度 不完全由空间分辨率决定 还与目标的形状 大小以及它周围的亮度 结 构的差异有关 利用空间分辨率来选择遥感数据时 主要考虑利用空间分辨率来选择遥感数据时 主要考虑 1 需要识别的地物的最小尺寸 2 考虑大数据量对计算机存储 计算的压力 3 考虑成本经费 二 光谱分辨率是指遥感器所选用的波段数量的多少 各波段的波段位置及波长间隔的大 小 即选用通道数 每个通道的中心波长 带宽 三者共同决定光谱分辨率 光谱分辨率 越高 专题研究的针对性越强 对物体的识别精度越高 遥感应用分析的效果就越好 光 谱分辨率越高 越容易捕捉到各种物质特征波长的微小差异 便于找到那些识别不同地物 类型的 诊断波谱 所以高光谱遥感就有利于探测目标物之间波谱特征的细微差异 光 谱分辨率越高 描述每个像元的特征向量维度就越高 高光谱遥感数据的维度就越高 光 谱分辨率的选取要以研究地物的波谱特征为基础 三 时间分辨率是指遥感器重复覆盖同一地区的频率或时间间隔的长短 时间间隔越短 则说明时间分辨率越高 主要由遥感平台的回归周期来决定 遥感图像的时间分辨率有助 于对地物进行动态监测 根据遥感探测系统周期的长短 可以将时间分辨率划分为 3 种类型 1 超短周期和短周期时间分辨率 主要指气象卫星系列 以 小时 为单位 可以用来 反映一天之内的变化 如探测大气海洋物理现象 突发性灾害监测 地震 火山爆发 森林火灾 水灾等 污染源监测 利于对变化比较剧烈的现象的动态跟踪 2 中周期时间分辨率 主要指资源卫星系列 Landsat SPOT CBERS 等 以 天 为单位 可以用来反映月 旬 年内的变化 如植物的季相节律 植物在其生长周期中 从发芽生长 开花结果到衰老死亡 它的生理 外形 结构上均会发生变化 这使它的化 学 物理 生物性质出现季节性变化 其光谱特征也会随之发生相应的变化 对于农作区 物候期表现为地方农事历 即耕作 播种 发芽 生长 成熟 收获 休闲等季相循环周 期 每个地区 每种作物都有自身的农事历 这是由作物的生长特点 地方气候 地方农 业耕作方式与习惯等决定的 对此的研究 主要考虑用遥感方法进行植被研究 时 植 被指数 的构建与此密切相关 如小麦遥感估产时可能选择小麦拔节到乳熟期的植被指数 为最佳 Idso 等提出可用植被指数继开花期后减小的速率 即衰老率来估产 3 长周期时间分辨率 以 年 为单位 如湖泊的消长 河道迁徙 海岸进退 城市扩张 等变化缓慢的现象 对遥感数据的时间分辨率的选取影响不大 四 辐射分辨率遥感要识别不同的目标和现象 最终依赖于探测器获取的目标间亮度的差 异 有两个前提条件 一是地面景物间本身必须有充足的对比度 二是遥感器必须有能力 记录下 这个对比度 辐射分辨率是指遥感器所能识别的地物间最小辐射度差 辐射度差越小则说 明该传感器越灵敏 这主要取决于传感器生产厂家的技术水平 遥感影像上辐射分辨率表 现为 量化等级 Bit 数 如 TM 或 ETM 是 28 Quickbird 是 211 NOAA 的 AVHRR 是 210 ASTER 可以到 212 辐射分辨率越高 则遥感图像中每个像元存储时所需要的字节数 就越多 目标间 能被区分开来的可能性就越大 图像质量就越高 考虑 图像的质量 数据量 成本等 第五章第五章 遥感图像处理遥感图像处理 1 图像的实质 图像的实质 就是一幅反映地物目标电磁波辐射特性的能量分布图以及由此所引起的主 观心理感受 图像是人们对客观景象 事物以及人们的思维 想象的真实记载和表达 2 图像处理的主要内容 图像处理的主要内容 1 图像获取研究图像获取的手段及传感器 2 图像存储主要研究图像数据的压缩编码 图像存储格式及图像数据库技术 3 图像传输主要解决图像数据占用带宽问题 系统内部传输和网络传输 4 图像处理 1 几何操作几何操作主要包括图像的几何校正 图像放大 缩小 平移 旋转 多图 像间配准 周长 面积 重心的计算等内容 2 图像增强图像增强 a 单一图像变换 线性拉伸 非线性变换等 平滑和锐化操作 直方图均 衡化等 b 多图像的变换 主成分变换 缨帽变换 植被指数 小波变换等 c 图像彩色增强 真彩色 假彩色和伪彩色等 3 图像复原去干扰和模糊图像复原去干扰和模糊 恢复图像的本来面目 主要用维纳滤波 同态滤波等 4 图像重建图像重建由某种数据来生成图像 如 CT 5 图像编码图像编码对具有空间相关性的原始图像进行压缩 其主要目的 减少数据存储量 降 低数据率以减少带宽 便于特征抽取 为识别做准备 6 模式识别统计模式识别 光谱特征 句法结构模式识别 结构和基元 空间关系 模糊模式识别 模糊数学 7 图像理解 5 图像输出与可视化 3 遥感图像处理主要的内容包括 遥感图像处理主要的内容包括 1 图像变换 FFT Harr Discrete Cosine Wavelet 等 2 图像校正 辐射校正 几何校正 3 图像增强 4 多源信息融合 Fusion 多平台 多时相遥感数据融合 遥感数据与非遥感数据融 技术要点 数据之间的精确配准 融合模型和方法的选择 融合后效果评价 5 遥感图像的计算机分类 分类后各类型地物的提取 4 遥感图像处理的意义 遥感图像处理的意义 1 遥感图像是人类认识地球的重要信息源 2 图像处理是人类视觉延续的重要手段 扩展了 人类认识地球的能力 如人眼无法探测的红外 微波信息 通过图像处理手段使人类可见 3 遥感图像处理在军事侦察资源调查 环境监测 探矿等领域有重要的应用 关乎国计民 生 5 几何校正 几何校正 是指采用特定的数学变换方程消除图像中的几何变形 产生一幅符合某种地 图投影或图形表达要求的新图像的技术过程 就称为图像的几何校正 1 遥感图像几何校正的原因 从遥感成像过程分析 遥感图像存在着几何畸变 如图像中心位置的一个像元代表的实际 地面面积小于图像边缘的一个像元所代表的地面实际面积 地面上一条笔直的道路从影像 上看可能是弯曲的 很多现象表明 遥感图像上存在几何畸变 而这种畸变可以分为两种 类型 系统性畸变和非系统性畸变 2 几何校正的目的 就是要纠正这些系统及非系统因素引起的图像变形 从而实现与标准 图像或地形图 我们认为地形图的几何位置是准确的 尽管地形图也存在一定的变形 但 只要在一定的容差范围内就可以接受 的几何整合 3 几何校正的几个基本术语 1 图像配准 Registration 同一区域里一幅图像 基准图 像 对另一幅图像的校准 以使两幅图像中的同名像元配准如 GIS 中扫描地形图的配准 用配准后的地形图配遥感影像等 2 图像纠正 Rectification 借助于一组地面控制点 对一幅图像进行地理坐标的校正 这一过程又被称为地理参照 Geo referencing 3 图像地理编码 Geo Encoding 是一种特殊的图像纠正方式 把图像纠正到一种统一 标准的坐标 以使 GIS 中的来自于不同传感器的图像和地图能方便地进行不同层之间的操 作运算和分析 4 图像的正射投影纠正 ortho rectification 借助 DEM 对图像中每个像元进行地形变形的 校正 使图像符合正射投影要求 4 几何校正的两个重要环节一是实现像元的坐标变换 即将畸变图像坐标转换成标准图像 空间 主要是地图空间 坐标 难点在于 转换模型 如何确定与求解 二 是坐标变换后实现像元值的重采样重采样的算法 最邻近点法 双向线性插值 三次卷 积法 6 遥感图像的辐射校正 遥感图像的辐射校正 辐射校正辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声 的技术过程 1 辐射校正的原因 由遥感成像过程的复杂性可知 传感器接收到的电磁波能量包含 3 部 分 a 太阳辐射经大气衰减后照射到地表 经地面反射后又经大气第二衰减进入传感器的 能量 b 地面本身辐射的能量经大气后进入传感器的能量 c 大气散射 反射和辐射的能量 传感器输出的能量还与传感器的光谱响应系数有关 因此遥感图像的辐射误差主要包括 a 传感器本身的性能引起的辐射误差 b 地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差 c 大气的散射和吸收引起的辐射误差 2 遥感图像辐射校正的方法 2 光电变换系统的特性引起的辐射误差校正传感器的光谱响应特性和传感器的输出有直 接的关系 由于这种光电变换系统的灵敏度特性通常重复性 所以定期地在地面测量其特 性 根据测量值可以对其进行辐射已建立探测器的已知辐射值与作为量化结果输出的 DN 值之间的关系 DN GL B 式中 DN 传感器记录下的数字化值 G 响应函数的斜率 通道增益 Gain L 实测的光谱辐射量 整个通道的光谱带宽 B 响应函数的截距 通道偏移量 Bias 3 太阳高度引起的辐射误差校正 太阳方位角引起的图像辐射值误差通常只对图像细节 特征产生影响 采用与高度角类似的方法进行校正处理 4 地形坡度引起的辐射误差校正 太阳光线和地表作用后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和地面的倾斜程度有关 假定垂直入射水平地表的光照强度为 I0 则光线垂直入射时倾斜角为 的坡面上入射 点的光强度 I 为 因此若处在坡度为 的倾斜面上的地物影像为 g x y 则校正后的图像 f x y 为 从校正的公式看出 做地形 校正需要有研究区域的 DEM 数据才能进行当然此项校正也可采用图像比值的方法来消除 地形坡度所产生的辐射量误差 5 大气校正 入射到传感器的电磁波能量除了地物本身的辐射以外还有大气引起的散射光 消除 这些影响的处理过程称为大气校正 A 利用辐射传输方程进行大气校正简化的辐射传输方程为 B 利用地面实况数据进行大气校正 C 利用辅助数据进行大气校正 去除程辐射 a 直方图最小值去除法 基本思想 b 回归分析法 利用红外波段与其它波段的像元亮度值进行回归找到其它波段的最小 程辐射值 然后该波段所有像元都减去该最小程辐射值即可 7 图像增强 图像增强 图像增强图像增强 是指对一幅图像进行试探性的加工 改造 使人们感兴趣的目标 地物 现象 信息突出 易于识别的技术过程 图像复原图像复原 是指对已知降质 Degradation 原因的图像采用确定的模型和方法 恢复图像 本来面目的技术过程 项 目 图 像 增 强 图 像 复 原 前提 图像降质原因未知 图像降质原因已知 处理方法 试探性方法反复比较 确定性的模型和方法 评价标准 主观的 客观的 共同点 改善图像质量 改善图像质量 8 图像平滑 图像平滑 图像效应 滤除图像中的噪声 同时也模糊边界 9 图像锐化 图像锐化判识图像中目标主要是从提取目标边缘开始的 图像的边缘定义为图像局部特 性的不连续性 主要是指图像灰度 颜色和纹理结构等的突变 边缘常常意味着一个区域 的终结和另一个区域的开始 边缘信息对图像分析和人的视觉十分重要 在一幅图像中 边缘有方向和幅度两个特性一般认为沿边缘走向的灰度变化较为平缓而垂直于边缘走向的 灰度变化剧烈 图像锐化操作就能检测图像中不同区域的边界 10 HIS 变换变换 物理学上表示颜色体系的表色系统主要有两类 一是根据实验把颜色作为生 理物理量而定量处理的混色系统 简称 RGB 系统或 RGB 空间 另一类是使用记号 色谱 等定性处理人所感知的颜色的表色系统 简称 HIS 系统 H Hue 色调 I Intensity 强度亮度 S Saturation 饱和度 原因 1 人眼不能直接测定 R G B 三色的比例 因此对地物目标彩色特性的描述不便 2 人眼通常是通过感知亮度 色调和饱和度来区分地物的 所以 HIS 系统更容易理解 3 在彩 色显示上为了得到期望的视觉效果 采用 HIS 系统操作比 RGB 系统更易实现 HIS 变换与 反变换示意图 11 图像运算 图像运算 1 多光谱图像的加法运算多光谱图像的加法运算设获得了同一研究区的 m 个波段的多光谱图像 fi x y i 1 2 m 则 加法运算写为 这实际上是图像间的 平滑 操作 2 多光谱图像的减法运算多光谱图像的减法运算 效应 1 有利于提取在不同波段辐射特性差异较大的地物类型 2 有利于同一地区不同时期的动态监测如森林过火面积的动态变化 3 植被指数 A 比值植被指数比值植被指数 式中 DN 表示像元点的数字化值 为地表反射率 NIR 代表近红外 R 代表红光 效应 1 消除地形起伏产生的阴影的影响 2 提高与地面实测生物物理参数的相关性 生物物理建模 参数反演 外业外业 地面实测样地 Sample Plots 内的生物物理参数 yi 如 LAI NPP APAR 水体中 养分含量 污染物浓度等 并用 GPS 精确记录样地中心位置的坐标 内业内业 将遥感图像精确配准 并提取样地所对应位置的图像的平均亮度值 xi 建立经验模型 12 遥感多光谱图像的正交变换 遥感多光谱图像的正交变换 一 K L 变换 主成分分析 1 主成分变换的效应 1 降低原始图像数据的维度 2 去相关 3 数据融合 2 主成分变换的步骤 1 由原始多光谱图像数据 X 求取其协方差矩阵 或者相关系数矩阵 2 由特征方程 求出各特征根 i 1 2 m 将其按大小顺序排列 式中 I 为单位阵 为特征根 为特征向量 再求出各特征根对应的特征向量 3 排列 A UT 即得到了 K L 变换的具体表达式 式中 Y 表示新生成的主成分数据向量 X 是原始图像像元亮度值向量 UT 是主成分 变换矩阵 Y 的每个分量均是原始图像各波段亮度值的正交线性组合 3 主成分变换的特点和性质 主成分变换的特点和性质 1 变换前后的方差总和保持不变 只是将原来的方差不等量地再分配到新的主成分图像 中 2 从几何角度看 原始图像方差再分配是通过坐标平移和旋转实现的 第一主成分取 波谱空间中数据散布最宽泛的方向 第二主成分取与第一主成分正交且数据散布次宽泛的 方向 余此类推 前面几个方向上所包含的方差总和占总方差的绝大部分 余下主成分含 有的信息量比重很小且迅速降低 3 降维 去相关和数据融合在主成分变换中体现明显 4 第一主成分是原始各波段的加权 和 图像 而且加权值的大小与该波段方差 大小 信息量 成正比 反映了地物总的辐射强度 有利于对地物细部特征的表达 其余各主成分图像是原始各波段的加权差值图像 5 有选择的 K L 变换 主成分变换中起决定作用的是用于计算特征根和特征向 的协方差矩阵 如果有针对性的选择用于计算该矩阵的图像数据 然后把得出的变换 矩阵应用于整个图像 则所选择图像的某些地物目标和细节信息就会更加突出 6 通常进行 K L 变换是把一景图像的所有波段一起进行变换 但也可以把所有波段 先分组进行 K L 变换 然后由每一组选取一个适当的主成分图像参加假彩色合成或其他 处理 二 K T 变换称为变换称为 缨帽变换缨帽变换 这种线性变换同样使坐标轴发生平移和旋转 只是新的坐标轴不是指向主成分方向 而是 指向另外的方向 这些方向与地面景物有密切的关系 特别是与植物生长过程和土壤有关 此变换因何被称为此变换因何被称为 缨帽变换缨帽变换 在研究过程中将土壤和农作物生长过程在 MSS2 红光 MSS3 红外 MSS1 绿光 MSS2 红光 两个坐标平面上绘出裸土 植物发芽 生 长期 成熟期 变黄期 衰老期的整个过程的亮度值轨迹图 然后组合两个坐标系列到一个三 维坐标系中 看出上述轨迹的形状 三维立体形态看起来很象一顶带着缨穗的帽子 衰老 处象一束缨子 土壤面象帽口 因此给出了一个形象的名字 缨帽变换 13 遥感数据融合遥感数据融合 是指将多源遥感数据在统一的地理坐标系中 采用一定的算法生成一 组新的信息或合成图像的过程 遥感数据融合的目标遥感数据融合的目标 既能保留多光谱数据的光谱特征同时又发挥了高空间分辨率数据的优 点 实现了两种类型数据的优势互补 使各类地物特征清晰 易于目视判读和计算机解译 遥感信息融合的三个层次遥感信息融合的三个层次 1 基于像元层次的融合 2 基于特征的层次融合 3 基于决 策层的融合 遥感信息融合的技术关键遥感信息融合的技术关键 充分认识研究对象的地学规律 因为只有对研究对象的地学规律有深入的认识 才可能 为图像信息融合找到理论的支撑 充分考虑不同遥感数据间波谱信息的相关性而引起的有用信息的增加和噪声误差的增加 对多源遥感数据作出合理的选择 多源遥感数据的配准 包括空间配准和数据关联 就是要解决各类遥感数据的几何畸变 实现以几何校正为基础的空间配准 达到同一区域不同图像数据地理坐标的统一 融合算法的建立与优化 最大限度地利用多源遥感数据中的有用信息 在遥感数据融合 的过程中只有把握好了以上的技术关键 才可能使融合后的数据符合用户的特定需求 第六章第六章 遥感专题信息提取遥感专题信息提取 1 遥感图像解译的两种方式 遥感图像解译的两种方式 1 目视解译目视解译 借助人眼的观察和人的智能 结合一些量测工具 测微尺 放大镜 立体镜等 来识别图像中的目标 特点 解译者的学识和经验在判读中起主要作用 精度高 但难以 对海量空间信息的定量化分析 2 计算机图像理解计算机图像理解 以计算机软硬件为支撑 利用模式识别技术 Pattern Recognition 和人 工智能技术 建立图像解译专家系统从而让计算机模拟人工解译过程 读取遥感图像上的 特征 进而确定图像上的目标 特点 速度快 处理方式灵活多样 整个处理过程通常是 以人机交互方式进行 对计算机技术和算法要求较高 识别的精度通常不及目视解译 2 解译标志 解译标志 遥感图像上能帮助人们识别不同目标的那些影像 特征 直接解译标志 能在遥感影像上直接看到可供判读的影像特征称为直接判读 标志 间接解译标志 指运用某些直接解译标志 根据地物的相关属性等地学知识 间接 推断出的影像标志 3 常用的解译标志 常用的解译标志 1 色调 Tone 指地物反射 辐射电磁波的性质和能量强弱在影像上的表现 2 阴影 Shadow 指因倾斜照射 地物自身遮挡光源而造成影像上的暗色调阴影 3 大小 Size 指地物长 宽 高 面积 体积等在影像上的记录地物影像的大小不仅能求得地 物的数量特征 而且对判读地物的性质也有帮助 4 形状 Shape 是目标物的外形 轮廓 5 纹理 Texture 是指具有不同色调和形状的细微影像按某种规则排列组合的集合 6 图案 Pattern 即图型结构 是指多个人工目标重复排列的空间形式 它反映地 物目标的空间分布特征