2014遥感导论考研笔记

1、第一章绪论1、遥感的基本概念： v广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。 v 狭义：应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。也是一门科学。 2、遥感系统的组成部分： 1）被测目标的信息特征   目标物电磁波特性，既是遥感的信息源，也是遥感探测的依据。 2）信息的获取   信息获取主要由遥感平台、遥感器等协同完成 。 3）信息的

2、传输与接收  空间数据传输与接收是空间信息获取和空间数据应用中必不可少的中间环节。 4）信息的处理   首先地面站进行一系列的预处理，如信息的恢复、辐射校正、几何纠正、卫星姿态校正、投影变换等；地面站和用户再根据需要进行精校正处理和专题信息的处理和分类。 5）遥感信息的应用   遥感获取信息的目的就是应用。 3、遥感的类型： 按遥感平台分   地面遥感 、航空遥感 、航天遥感   航宇遥感

3、0;按传感器的探测波段分  紫外遥感：探测波段在0.050.38µm之间；  可见光遥感：探测波段在0.380.76µm之间；  红外遥感：探测波段在0.761000µm之间；  微波遥感：探测波段在1mm10m之间；  多波段遥感：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。 按工作方式分 （1）主动遥感和被动遥感：主动遥感由探测器主动发射一定的电磁波能量并接收目标的后向散射信号；被动遥感的传感器不向目标发射电磁波，仅被

4、动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。 （2）成像遥感与非成像遥感：前者传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成（数字或模拟）图像；后者传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。 按遥感的应用领域 （1）从大的研究领域可分为外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感和海洋遥感等。 （2）从具体应用领域可分为资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥感、气象遥感、水文遥感、城市遥感、工程遥感及灾害遥感、军事遥感等。 4、遥感的特点：1）大面积的同步观测2）时效性3）数据的综合性和可比性4）经济性5）局限性 5、航天遥感阶段概

5、述（1957-）P8-10 遥感平台方面： 传感器方面：   1）波谱分辨率提高：单一波段   多波段   高光谱;   2）光学成像技术   数字成像技术 14、 植物的光谱曲线   从植物典型的波谱曲线来看，控制植物反射率的主要因素有植物叶子的颜色、叶子的细胞构造和植物的水分等。植物的生长发育、植物的不同种类、灌溉、施肥、气候、土壤、地形等因素都对植物的光谱特征发生影响，使

6、其光谱曲线的形态发生变化。 土壤的光谱曲线   土壤光谱曲线与土壤本身的颜色、质地的粗细、有机质和含水量等因素影响。 水体的光谱曲线    清水在可见光范围：水体的反射率总体是比较低。不超过10，一般为45，并随波长的增加而不断减低，到了0.6um处大约为23。过了0.75um，水体几何成全吸收体。  在近红外波段清澈的水：为全吸收体，色调深，与地物有明显的界线，可以区分水陆界线；  热红外晚间成像水体呈浅色调；根据热红外传感器的温度定标，可在热红外影像上反演出水体

7、的温度。所以夜间的热红外影像可用于寻找泉水，特别是温泉。  水体在微波1mm30cm范围内的发射率较低，约为0.4。平坦的水面，后向散射很弱，因此侧视雷达影像上。水体呈黑色。雷达影像是确定洪水淹没范围的有效手段。 岩石的光谱曲线  岩石的反射光谱特征与矿物成分、颜色、矿物含量、风化程度、含水状况、颗粒的大小、表面的光滑程度等因素有关。           常见地物的光谱曲线比较     

8、   常见地物的光谱曲线比较   15、电磁波谱中：可见光和近红外波段（0.3-2.5um）是地表反射的主要波段，多数传感器使用这一区间，其他地物光谱的测试有三方面的作用： 1）传感器波段选择、验证、评价的证据；2）建立地面、航空和航天遥感数据的关系3）将地物光谱数据直接与地物特征进行相关分析并建立应用模型。 16、地物反射波普测量理论：课本P41-44 第三章遥感成像原理与遥感图像特征 1、气象卫星的特点： 1）气象卫星耳朵轨道分为两种即低轨和高轨。低轨就是近极低太阳同步轨道简称极地

9、轨道。高轨就是指地球同步轨道。 2）短周期重复观测。3）成像面积达，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。 4）资料来源连续、实时性强、成本低。 2、气象卫星资料的应用领域： 1）天气分析和天气预报2）气候研究和气候变迁的研究3）资源环境其他领域。 3、陆地卫星运行特点：  近极地、近圆形的轨道(长短半轴只差13公里)；  轨道高度为700900 km，中等高度；  可重复轨道。重复周期为16天（4.5.7号）、18天（1.2.3号卫星）  轨道与太阳

10、同步（光照角都是37.5°）。 4、摄影相片的几何特征： 1）相片的投影：属于中心投影；常用大比例尺地形图属于垂直投影或近垂直投影 。  2）相片的比例尺：像片上两点之间的距离与地面上相应两点的实际距离之比。 3）像点位移：像点位移：在中心投影的像片上，由于地形的起伏（除引起像片比例尺变化外，）引起平面上的点位在像片位置上的移动，其位移量就是中心投影与垂直投影在同一水平面上的“投影误差” 5、垂直投影相片的几何特征： 摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂直线在3°以内。取得的像片称为水平像片或垂直像片

11、。航空摄影测量和制图大都是这种像片。 垂直摄影影像是通过互相平行的光线投影到与光线垂直的平面上，因此像片或地图的比例尺处处一致，而与投影距离无关；摄影像片是地面物体的中心投影像，物体通过物镜中心投射到承影面上，形成透视影像。满足透镜成像原理。 6、中心投影与垂直投影的区别： 1）投影距离的影响：垂直投影的缩小和放大与投影距离无关，并有统一的比例尺。中心投影则受投影距离（遥感平台的高度）的影响，像片比例尺与平台的高度H和焦距f有关。 2）投影面倾斜的影响：当投影面倾斜时，垂直投影的影像仅比例尺有所放大。在中心投影的像片上（图3.13a）像点ao，bo的相对

12、位置保持不变。在中心投影像片上（见图3.13b），ao，bo的比例关系有显著的变化，各点的相对位置和形状不再保持原来的样子，地面上AO=BO而像片上的ao>bo。 3）地形起伏的影响：垂直投影起伏变化大，投影点之间的距离与地面实际水平距离成比例缩小，相对位置不变。中心投影时，地面起伏越大，像上投影点水平位置的位移量就越大（见图3.14）产生投影误差。这种误差为有一定的规律。 7、像点位移：在中心投影的像片上，由于地形的起伏（除引起像片比例尺变化外，）引起平面上的点位在像片位置上的移动，其位移量就是中心投影与垂直投影在同一水平面上的“投影误差” 8、 

13、;如图所示：a0a或b0b即为位移量（或称投影误差）。 a0a 根据摄影比例尺得：        1/ma0a/ A0 A0/ A0 A0             A0 A0/m      （3.2） 又因   

14、0;AA0A0Sao 设     oar，os，AA0h        A0A0/ AA0oa/ osA0A0/ hr/        A0A0r h /         （3.3） 将式（3.3）代入（3.2）得 r&

15、#160;h/ m    又因mH 所以 r h/ H             （3.4） 由式（3.4）可以看出： v      位移量与地形高差成正比 ； v      位移量与像主点的距离r成正比； v&

16、#160;     位移量与摄影高度（航高）成反比 。   9、光/机扫描成像：光学/机械扫描成像系统：一般在扫描仪的前方安装可转动的光学镜头，并依靠机械传动装置使镜头摆动，形成对地面目标的逐点逐行扫描。  光机扫描的几何特征取决因素： 瞬时视场角（IFOV）：扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，接收到的目标地物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度内，这个角度称为瞬时视场角，即扫描仪的空间分辨率 总视场（FOV）：扫描带的地面宽度称总视场，从遥感平台到地面扫描带外侧所

17、构成的夹角，叫总视场角，也叫总扫描角。扫描带对应的地面宽度L,   L=2H0tan  式中H为遥感平台高度，2为总的视场角。航空遥感中总的视场角取70°120°。   10、固体自扫描成像优点： 与框幅式摄影机相似，某一瞬间获得一幅完整影像，一个中心投影。 在某一瞬间得到的是一条线影像，一幅影像是由若干条线影像拼接而成，因此又称为推帚式扫描成像。成像方式在几何关系上同缝隙式摄影机情况相同。 11、高光谱成像光谱扫描： 成像光谱仪把可见光、红外波谱分割成几

18、十个到几百个波段，每个波段都可以取得目标图像，取样点的波谱特征随波段数越多越接近于连续波谱曲线。既能成像又能获取目标光谱曲线达到“谱像合一”。具有代表性的面阵推帚型机载成像光谱仪是加拿大的CASI系统，中国研制的成像光谱仪PHI。 12、微波遥感的特点： v      1.能全天候全天时的工作。 v      2.对某些地物具有特殊的波谱特征。  v      3.对

19、冰,雪,森林,土壤具有一定的穿透能力。  v      4.对海洋遥感具有特殊的意义。  v      5.分辨率较低,但特性明显。  13、微波遥感的方式： 1）主动微波遥感：是指通过向目标地物发射微波并接受其后向散射信号来实现对地物观测遥感方式。主要传感器是雷达，此外还有微波高度计和微波散射计。 2）被动微波遥感：通过传感器接收来自目标地物发射的微波，而达到探测目的的遥感方式。 14

20、、遥感的图形特征： 空间分辨率 ：指遥感图像上像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场或地面物体能分辨的最小单元。是用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标。通常用像素大小、像解率或瞬时视场来表示 波谱分辨率：是指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔越小，分辨率愈高。 .辐射分辨率：指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级 时间分辨率：是指对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间分辨率，也叫重访周期。第四章遥感图像处理 1、颜色视觉的相关概念 亮度对比：是

21、视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比。记作：C|L对象L背景| L背景  颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比。 明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。与电磁波辐射亮度的概念不同，明度受视觉感受性和经验性的影响。一般来说，物体的反射率越高，明度就越高。对光源而言，亮度越大，明度越高。 色调：是色彩彼此相互区分的特性。可见光谱段的不同波长刺激人眼产生了红橙黄绿青蓝紫等彩色的感觉。 饱和度：是彩色纯洁的程度。即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。v     

22、  TM3 （0.630.69 um ）与MSS5（0.60.7 um ）属橙红光波段。对水体有一定的透射能力（约2米），可反映水中泥沙含量、水下地貌和泥沙流。为叶绿素的主要吸收波段，健康的植物影像色调较深，病虫害植物，伪装的枯树等则呈浅色调。可反映不同植物的叶绿素吸收和健康状况，用于区分植物种类和覆盖度。橙红色地物影像一般呈浅色调，绿色地物则为深色调。裸露的地表、植被、土壤、水系、岩石、地层、地貌等的影像清晰，色调层次多，信息量丰富。常用来根据宏观和微观地貌特征和色调差别、进行岩性和地质构造解译。用于地貌特征研究效果较好。

23、 v       TM4（0.760.90 um ）与MSS7(0.8  1.1 um)属于摄影近红外波段。属于水的强吸收和植物的强反射波段。对水体和湿地反映特别清楚，水系和水体轮廓在该波段的影像清晰，呈黑色调；浅层地下水丰富、土壤湿度大的地方，有较深的色调。植被在此波段有较高的反射率，图像上呈明亮的浅色调，病树反射率低，为较暗的色调。阔叶树色调浅，针叶树色调相对深。通过与TM2,3影像色调对比研究和纹理的分析，易于圈定植被分布范围，区分植物是树林、农作物还是草地，

24、调查植物量和测定作物长势。对含水藻和不含水藻的水团容易区分。通过植物与水分的相关性，可在图像上研究某些植被掩盖的岩石、地层或隐伏构造。大断层在该波段图像呈深色的不连续的线段。隐伏构造，常有明显的轮廓及色调显示。 v         TM5（1.551.75 um ）属于近红外波段。属于水的强吸收（1.41.9 um）波段。对地物含水量反映敏感，可用于土壤湿度、植物含水量调查、水份状况的研究、作物长势分析等。牧草同阔叶林、花岗岩与裸土的差异得到了增强，并大大提高了区分

25、不同类型作物的能力。经过处理的TM5图像可区分裸露的、被草覆盖的及有树覆盖的表生矿。 v       TM6（10.412.5 um)与MSS8(10.412.6 um)属于热红外波段，根据地物发射辐射差别，可在影像上区分草本植物和木本植物，识别大面积沙漠化。可用于研究区域岩浆活动和与人类有关的地表热流变化。夜间热红外影像可区分岩性差异。由于近地表水通常集中在断层面与节理面，故其温度比周围低，因此可查明断裂构造。可用来观测水域表面温度的变化。 v   &#

26、160;   TM7（2.082.35um ）属于近红外波段。为地质研究追加波段。位于水的强吸收带，土壤的反射特征与可见光波段差不多，水体呈黑色调，其它地物影像和可见光波段相近。此波段是绝大多数造岩矿物反射波谱的高峰段，而含氢氧基矿物（粘土）和碳酸盐矿物（如方解石）具有判别性的特征波谱吸收带，在影像上呈暗色调，所以该波段图像对直接出露地表的粘土与碳酸岩矿物较敏感。该波段与TM25图像综合利用，可以探测热液蚀变标志的含铁粘土矿物，填绘碳酸岩地层的岩相变化图及干旱半干旱区的热液蚀变分布图。 4、遥感影像主要解译方法： v 

27、60;    遵循“先图外、后图内，先整体、后局部，勤对比，多分析”的原则。    “先图外，后图内”是指首先要了解影像图框外提供的各种信息，即：图像覆盖的区域及其所处的地理位置；图像比例尺；影像重叠符号；影像注记；影像灰阶。   “先整体，后局部”是指作整体的观察，了解各种地理环境要素在空间上的联系，综合分析目标地物与周围环境的关系。   “勤对比，多分析”是指在判读过程中进行多个波段对比、不同时相对比、不同地物对比。 v  

28、;    解译标志和航空摄影像片相似，但要注意卫星遥感影像要比航空影像的比例尺小。 5、目视解译方法与基本步骤    1）方法： v      直接判读法：根据遥感影像目视解译直接标志，直接确定目标地物属性与范围的一种方法。 v      对比分析法：包括同类地物对比分析法、空间对比分析法和时相动态对比法。同类地物对比分析法是在同一景遥感影像图上，由已知地物推出未知目

29、标地物的方法。 v      信息复合法：利用透明专题图或者透明地形图与遥感图像重合，根据专题图或者地形图提供的多种辅助信息，识别遥感图像上目标地物的方法。例如TM影像图，覆盖的区域大，影像上土壤特征表现不明显，为了提高土壤类型解译精度，可以使用信息复合法，利用植被类型图增加辅助信息。 v      综合推理法：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。 v     

30、; 地理相关分析法：根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存，相互制约的关系，借助专业知识，分析推断某种地理要素性质、类型、状况与分布的方法。 2）基本步骤： 1.目视解译准备工作阶段 准备工作包括以下方面：明确解译任务与要求、搜集与分析有关资料、选择合适波段与恰当时相的遥感影像。 2.初步解译与判读区的野外考察 3.室内详细判读 4.野外验证与补判 5.目视解译成果的转绘与制图 6、遥感影像地图： 概念：遥感影像地图是一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况的地图。&

31、#160;主要特征：具有丰富的信息量；直观形象性；具有一定数学基础；现势性强。 7、计算机辅助遥感制图的基本过程和方法：     第六章遥感数字图像计算机解译 1、遥感数字图像计算机解译以遥感数字图像为研究对象，在计算机系统支持下，综合运用地学分析、遥感图像处理、地理信息系统、模式识别与人工智能技术，实现地学专题信息的智能化获取。 2、像素：是成像过程的采样点，也是计算机图像处理的最小单元。像素的属性采用亮度值来表示。    正像素：我们把一个像素内只包含一种地物称为正像素。

32、    混合像素：像素内包含两种或两种以上的地物称为混合像素。 3、遥感数字图像的特点： 1）便于计算机处理与分析2）图像信息损失低3）抽象性强，便于建模。 4、遥感数字图像以二维数组来表示 按波段数量数字遥感图像分类： 二值数字图像：图像中每个像素由0和1组成，在计算机上表示为黑白图像 单波段数字图像：指在某一波段范围内工作的传感器获取的遥感数字图像。 彩色数字图像：是由红绿蓝三个数字层构成的图像。 多波段数字图像：是传感器从多个波段获取的遥感数字图像。 多波段数

33、字图像的贮存的分发通常采用三种格式：课本P190-191 BSQ(Band sequential) BIP(Band interleaved by pixel) BIL(Band interleaved by line) 4、遥感数字图像计算机解译的主要目的是将遥感图像的滴血信息获取发展为计算机支持下的遥感图像智能化识别，其最终目的是实现遥感图像理解。其基础工作是遥感数字图像的计算机分类。 5、计算机遥感图像分类是统（计模式识别技术）在遥感领域中的应用  

34、  遥感图像分类的主要依据是（地物的光谱特征）。 6、遥感图像计算机分类的依据是（遥感图像像素的相似度）。相似度是两类模式之间的相似度。在遥感图像分类过程中常使用（距离）和（相关系数）来衡量相似度 7、遥感图像的计算机分类方法： 1）监督分类（1）包括利用训练区样本建立判别函数的“学习”过程（2）.把待分像元代入判别函数进行判别过程。 2）非监督分类是在没有先验类别(训练场地)作为样本的条件下，即事先不知道类别特征，主要根据像元间相似度的大小进行归类合并（将相似度大的像元归为一类）的方法。采用的聚类分析的方法。 8、监督分类

35、和非监督分类方法比较 根本区别点:     在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识，监督分类根据训练场提供的样本选择特征参数、建立判别函数，对待分类点进行分类。非监督分类不需要更多的先验知识，它根据地物的光谱统计特性进行分类。因此，非监督分类方法简单，且分类具有一定的精度。 9、结构模式识别：也叫句法模式识别，利用该方法利益提取地物的形状特征和空间关系特征，在此基础上识别遥感图像上的目标地物、 10、推理机：是遥感图像解译专家系统的核心，其作用是提出假设利用地物多种特征为证据、进行推理验证、实现遥感图像解译。&#

36、160;11、计算机解译的主要技术发展趋势 1）抽取遥感图像多种特征并综合利用这些特征进行识别 2）逐步完成GIS各种专题数据库的建设，减少自动解译的不确定性    （1）对遥感图像进行辐射校正，消除或降低地形差异的影像    （2）作为解译的直接证据，增回家遥感图像的信息量    （3）作为解译的辅助证据，减少自动解译中的不确定性    （4）作为介意结果检验数据，降低误判率 3）建立适用于遥感自动解译的

37、专家系统，提高自动解译的灵活性    （1）建立介意知识库和背景知识库    （2）根据遥感图像解译的特点来构造专家系统 4）模式识别与专家系统相结合 5）计算机解译新方法的应用：人工神经网络、小波分析、分形技术。 第七章遥感应用： 1、地质遥感其中地质构造的识别是遥感地质解译的基础。 2、褶皱及其类型的识别             &#

38、160;     3、断层及其类型的识别   4、水体遥感的目的：课本P237-239   水体界线的确定，获得水体分布信息   水体悬浮物质的确定 水温的探测   水体污染的探测     水深的探测 水体界线的确定        清水在可见光范围：水体的反射率总体是比较低。不超

39、过10，一般为45，并随波长的增加而不断减低，到了0.6um处大约为23。过了0.75um，水体几何成全吸收体。        在近红外波段清澈的水：为全吸收体，色调深，与地物有明显的界线，可以区分水陆界线；        热红外晚间成像水体呈浅色调；根据热红外传感器的温度定标，可在热红外影像上反演出水体的温度。所以夜间的热红外影像可用于寻找泉水，特别是温泉。        水体在微波1mm30cm范围内的发射率较低，约为0.4。平坦的水面，后向散射很弱，因此侧视雷达影像上。水体呈黑色。雷达影像是确定洪水淹没范围的有效手段。 5、植被遥感光谱特征P240 6、不同植物类型额区分 1）不同植物由于叶子的组织结构和所含色素不同具有不同的光谱特征 2）利用植物的物候期差异来区分植物也是植被遥感的重要方法之一。 3）根据植物生态条件区别植物类型。 7、植物生