《遥感原理与应用》各章重点内容及思考题.doc

遥感原理与应用第一章 绪论 遥感的基本概念掌握遥感的概念、特点和分类。1， 概念：字面含义：遥远地感知。广义的含义：泛指从远处探测、感知物体或地物的技术。狭义的含义：指从空中和地面的不同工作平台上，通过传感器，对地球表面地物的电磁波反射或发射信息进行探测，并经传输、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。2，特点：（1）宏观观测，大范围获取数据资料。（2）动态监测，快速更新监控范围数据（3）技术手段多样，可获取海量信息（4）应用领域广泛，经济效益高3，分类：（1）按平台：地面遥感，航空遥感，航天遥感（2）按波段：紫外遥感，可见光遥感，红外遥感，微波遥感，多光谱（高光谱）遥感 （3）按工作方式：主动式遥感，被动式遥感 （4）按记录方式：成像遥感，非成像遥感（5）按应用领域：外层空间遥感，大气层遥感，陆地遥感，海洋遥感 遥感的应用熟悉遥感技术在测绘和汶川抗震救灾中的应用。遥感技术在测绘中的应用：制作卫星影像地图修测地形图地形测绘制作专题图在汶川地震中的应用：迅速了解灾情、科学指挥救灾 遥感搜救直升机遥感关注堰塞湖灾后重建规划 第二章 遥感物理基础电磁波基础电磁波及其特性、电磁波谱、遥感应用的电磁波波谱段电磁波（Electromagnetic Wave)：在真空或物质中通过电磁场的振动而传输电磁能量的波。将电磁波在真空中传播的波长或频率按递增或递减顺序排列制成的图表叫做电磁波谱物体的发射辐射黑体、基尔霍夫辐射定律、地物发射光谱特征的特点黑体：入射的全部电磁波被完全吸收，既无反射也没有透射的物体。基尔霍夫辐射定律： 一定温度下的物体，对某一波长的电磁波辐射的吸收能力和发射能力相对应。吸收能力越强，发射能力也越强。地物发射光谱特征的特点：n 任何温度大于AZ的物体，都能发射红外线和微波，高温物体，还能发射可见光；n T恒定时，物体吸收和发射的电磁波波长一致；n 任何物体发射红外线的强度与温度有关，而发射微波的差别与物体性质有关；n 不同性质的物体具有不同的发射波谱曲线；n 一般而言，粗糙的物体发射系数较大。物体的反射辐射地物的光谱反射特性、影响地物反射率变化的因素大气对电磁波传输的影响大气对电磁波传输过程的影响、大气窗口、遥感常采用的窗口 吸收、散射及反射作用散射：瑞利散射：当大气中粒子的直径比波长小得多时(al)发生的散射。2-1 遥感（电磁波）的基础是什么，其特点体现在哪些方面？遥感的基础 ：能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象。一切物体由于其种类、特征和环境条件的不同，具有完全不同的电磁波反射或发射、辐射特征。遥感技术主要是建立在物体反射或发射电磁波的原理之上的。电磁波的特性：电磁波具有波粒二象性，即波动性和粒子性。光的波动性形成了光的干涉、衍射、偏振等现象电磁波是一种横波，电场和磁场的振动方向是相互垂直的，且垂直于波的传播方向。2-2 遥感应用的电磁波波谱段v 紫外线：波长范围为0.010.38m，太阳光谱中，只有0.30.38m波长的光到达地面，且能量很小。主要用于探测碳酸盐岩的分布和油污染的监测。由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作用，通常探测高度在2000米以下。v 可见光：波长范围：0.380.76m，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。尽管大气对它也有一定的吸收和散射作用，它仍是遥感成像所使用的主要波段之一。在此波段大部分地物都具有良好的亮度反差特性，不同地物在此波段的图象易于区分。v 红外线：波长范围为0.761000m，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。红外遥感是采用热感应方式探测地物本身的辐射（如热污染、火山、森林火灾等），所以不仅白天可以进行，夜间也可进行，能进行全天时遥感。v 微波：波长范围为1 mm1 m，穿透性好，不受云雾的影响，所以能进行全天时全天候的遥感探测。另外，微波对某些物质具有一定的穿透能力，能直接透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物。2-3 地物波谱特性主要受哪些的因素影响影响地物反射率变化的因素w 太阳位置：太阳高度角和方位角；w 传感器位置：传感器的观测角和方位角； w 地理位置：太阳高度角和方位角；地理景观；海拔高度；大气透明度等都不同； w 地物本身的变异：如植物病害，； w 地物的含水量，w 时间的变化，w 植物生长期的变化，w 各种随机因素的影响，2-4 何谓大气窗口？列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围？通常我们把太阳辐射通过大气层时较少被反射、吸收和散射的那些透射率较高的波段，称为大气窗口。 0.3 1.15mm 主要是反映地物对太阳光的反射。这个窗口对电磁波的透射率达90%以上。通常采用摄影或扫描的方式在白天感测、收集目标信息成像。 1.3 2.5mm 它们的透射率都近80%。大气窗口白天夜间都可应用，是以扫描的成像方式感测、收集目标信息，主要应用于地质遥感。 3.5 5.0mm 这个波段属于中红外波段。通过这个窗口的可以是地物反射光谱，也可以是地物发射光谱，属于混合光谱范围。中红外窗口应用很少，用来探测高温目标。目前只能用扫描方式。 8 14mm这个窗口属于地物的发射波谱。是常温下热辐射能量最集中的波段 ，所以对遥感地质有用。目前主要是利用扫描仪和热辐射计来获得地物发射的电磁波信息。 1.0mm 1m 微波窗口，属于发射光谱范围。遥感中常采用被动式遥感（微波辐射测量）和主动式遥感，前者主要测量地物热辐射，后者是用雷达发射一系列脉冲，然后记录分析地物的回波信号。第三章 遥感传感器与信息获取 遥感传感器概述掌握遥感传感器的类别。 主要卫星遥感系统掌握目前常用的卫星遥感图像（名称、空间分辨率等），了解其基本参数。 遥感图像的特征掌握空间分辨力、光谱分辨力、辐射分辨力和时间分辨力的概念。3-1 传感器的分类；（1）摄影类型的传感器；（2）扫描成像类型的传感器；（3）雷达成像类型的传感器；（4）非图像类型的传感器3-2 总结现有的各类遥感卫星及相应特点；（1）陆地卫星系列美国的Landsat系列法国的SPOT卫星印度IRS系列卫星 中国资源二号卫星日本陆地观测卫星ALOS特点：多波段扫描，地面分辨率为530m。在现阶段，这类卫星仍然是陆地卫星的主体。（2）高分辨率陆地卫星美国的IKONOS卫星美国的QuickBird卫星美国的GeoEye-1卫星特点：地面分辨率高。（3）高光谱卫星美国的EOS-AM1系列卫星特点：采用高分辨率成像光谱仪，波段数36256个，光谱分辨率510nm，这类卫星主要用于大气、海洋和陆地探测（4）合成孔径雷达加拿大的Radarsat系列卫星欧洲空间局的ERS系列卫星小卫星特点：SAR是一种高分辨率、二维成像雷达，特别适于大面积的地表成像，主要用于海洋和陆地探测。3-3 什么是遥感图像的空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率和时间分辨率。w 遥感图像的空间分辨力：指像素所代表的地面范围的大小，或地面物体能分辨的最小单元。w 遥感图像的光谱分辨率：指传感器能分辨的最小波长间隔。w 遥感图像的辐射分辨力：指传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力。w 遥感图像的时间分辨力：指像素是指对同一地区重复获取图像所需的时间间隔。第四章 遥感图像处理基础 遥感图像目视解译与判读掌握：目视判读、判读标志概念。遥感图像常用的直接判读标志。遥感图像目视判读的常用方法和步骤。 遥感图像的数字表达掌握：模拟图像、数字图像、多光谱图像、多时相图像、采样、量化概念、图像数字化的过程 遥感图像处理软件简介了解：常用的几种遥感图像处理软件4-1 遥感图像目视解译时，可用作解译标志的信息有哪些（列出5种以上）。影像的色调、颜色、阴影、形状、纹理、大小、位置、图型、相关布局等。4-2 简述目视判读的基本方法与过程。常用的目视判读方法有以下几种：n 直接判读法n 对比分析法n 信息复合法n 综合推理法n 地理相关分析法遥感影像目视判读可分为：n 准备工作n 初步判读与判读区的野外考察n 室内详细判读n 野外验证与补判n 目视判读成果的转绘与制图4-3 图像数字化的过程。第五章 数字图像预处理 遥感图像几何校正掌握几何校正定义、方法及流程，灰度值重采样方法。几何校正：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。几何校正方法：w 方法有多项式校正法和共线方程式法等。w 共线方程式法严密且精确，但计算比较复杂，需要控制点高程数据，故应用受到限制；w 多项式校正对地面平坦的地区具有足够好的精度，计算方便，应用广泛。回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身进行数学模拟。适用于各种类型传感器图像的纠正。w 多项式校正法利用地面控制点的图像坐标和其同名点的地面坐标通过平差原理计算多项式中的系数，然后用该多项式对图像进行纠正。 几何配准、镶嵌与裁剪掌握影像配准概念、配准方式及镶嵌概念影像镶嵌是将两幅或多幅影像拼在一起，构成一幅整体影像的技术过程。 遥感图像特征的统计分析掌握直方图及其作用 遥感图像增强与变换掌握对比度拉伸方法、理解彩色变换、图像变换和多光谱图像变换5-1 以多项式纠正为例，叙述遥感图象精纠正过程。（1）建立数学模型（2）控制点的选取控制点的最小数目N与多项式的项数n关系： N=(n+1)(n+2)/2 多项式次数选择： 一次项纠正：改正图像因平移、旋转、比例尺变化和仿射变形等引起的线性变形。 二次项纠正：在改正一次项各种变形的基础上，改正二次非线性变形。 三次项纠正：改正更高次的非线性变形。对控制点选取的要求： 选取影像上易分辨且较精细的特征点 图像边缘部分一定要选取 在影像上均匀分布 数量足够 （3）输出图像的边界及大小直接法和间接法纠正方案（4）灰度值重采样定义：当欲知不位于矩阵(采样)点上的原始函数g(x,y)的数值时就需进行内插，称为重采样最邻近像元法，双线性插值法， 双三次卷积法5-2 什么是几何配准，有几种方式。影像配准将同一地区的不同特性的相关影像(如不同传感器，不同日期，不同波段或传感器在不同位置获取的同一地区地物)在几何上互相匹配，即实现影像与影像间地理坐标及像元空间分辨率上的统一。w 影像配准方式可分为相对配准和绝对配准。 相对配准是以某一图像为基准，经过坐标变换和插值，使其它图像与之配准。 绝对配准是将所有的图像校正到统一的坐标系。5-3 什么是直方图，它能反映哪些内容。（1）直方图是用来表达一幅图像灰度级分布情况的统计表。w 横坐标：灰度rw 纵坐标：为某一灰度值ri的像素个数ni或是灰度出现的概率P(r)w 是图像的最基本的统计特征。（2）直方图的性质 w 直方图反映了图像中的灰度分布规律，它描述了每个灰度级具有的像元的个数，但不包含这些像元在图像中的位置信息。w 任何一幅特定的图像都有唯一的直方图与之对应，但不同的图像可以有相同的直方图。w 如果一副图像有两个不相连的区域组成，并且每个区域的直方图已知，则整幅图像的直方图是该两个区域的直方图之和。 （3）反映的内容：图像直方图与地物反射率的关系：图像直方图越靠近原点，地物反射率越低图像反差与图像直方图（灰度级）的关系：一般来讲：直方图越窄，反差越小，图像质量越差直方图越宽，反差越大，图像质量越好5-4 对比度拉伸有哪些方法。对比度拉伸是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。w 线性变换w 非线性变换w 直方图调整w 图像灰度反转第六章 遥感图像分类 图像分类基本知识模式识别、特征变换与特征选择遥感图像分类的基本原理 监督法分类 最大似然、最小距离分类法、平行六(多)面体法非监督法分类K-均值聚类法、 ISODATA 分类法 分类后处理和精度分析 影像平滑、精度分析6-1、遥感图像的分类原理遥感图像分类的理论依据是：在理想的条件下，同类地物在相同的条件下应具有相同的或相似的光谱信息特征和空间信息特征，从而表现出同类地物的某种内在的相似性，即同类地物像元的特征向量将集群在同一特征空间区域。6-2、什么叫非/监督分类？非/监督分类的主要方法有哪些？监督分类：根据已知训练场地提供的样本，通过选择特征参数，建立判别函数，然后把图像中各个像元点归化到指定类中的分类方法。监督分类思想：根据已知的样本类别和类别的先验知识，确定判别函数和相应的判别准则，其中利用一定数量的已知类别函数中求解待定参数的过程称之为学习或训练，然后将未知类别的样本的观测值代入判别函数，再依据判别准则对该样本的所属类别作出判定训练场地 是从所要研究的地区中确定的包含所有要去分类的，并对每个类具有代表性样品的集合。训练样本 又称 “ 训练组”或“训练区”。指监督分类法中由先验类别选取的已知样本。它用来建立分类标准。监督分类方法：（1）最小距离分类法：基于距离判别函数和判别规则，在实践中以此为原理的分类方法称为最小距离分类法。（2）平行多面体分类法：是在三维（或更多维）特征空间中，每类形成一个平行六面体（或多面体），待分个体（样本）落入某平行六面体（或多面体）中，则归属某一类，否则被拒绝。平行六面体，一般以每类均值坐标点为中心，两倍标准差（在每个变量上）为棱长，以使分类满足要求。（3）最大似然分类法：根据概率判别函数和贝叶斯判别规则来进行的分类通常称为最大似然分类法。监督分类过程w 选择样区：根据已知的样本类别和先验知识；w 学习或训练：利用一定数量的已知类别函数中求解待定参数；w 确定每一类的判别函数和相应的判别准则；w 计算未知类别的样本观测值的在每一类函数值；w 判别：按一定准则对该样本作出判定。监督分类的优缺点-优点w 根据应用目的和区域，有选择的决定分类类别，避免出现一些不必要的类别；w 可以控制训练样本的选择；w 可以通过检查训练样本来决定训练样本是否被精确分类，从而避免分类中的严重错误；w 避免了非监督分类中对光谱集群的重新归类。监督分类的优缺点-缺点w 主观性；w 由于图像中间类别的光谱差异，使得训练样本没有很好的代表性；w 训练样本的获取和评估花费较多人力时间；w 只能识别训练中定义的类别。非监督分类：是指人们事先对分类过程不施加任何的先验知识，而仅凭数据遥感影像地物的光谱特征的分布规律，即自然聚类的特性进行“盲目”的分类。（1）聚类分析非监督分类的主要方法是聚类分析。w 聚类分析（cluster analysis）也叫集群分析，是依据特征空间中相似性样品集合于一定空间范围而形成集群的原理，确定一种反映个体间内在联系的分类结构（谱系图或树状图）。即按照亮度值向量或波谱样式在特征空间聚集的情况划分点群或类别的分