复习-遥感应用分析原理与方法

1、1 .为什么说遥感是以电磁波与地球表面物质相互作用为基础，探测、分析和研究地球资源与环境的，揭示地球表面各要素的空间分布特征与时空变化规律的一门科学技术？电磁波遥感，即利用航天、航空（包括近地面）遥感平台上的遥感仪器，获取地球表面（包括陆圈、水圈、生物圈、大气圈）特征的反射或发射电磁辐射能的数据，通过数据处理和分析，定性、定量地研究地球表层的物理过程、化学过程、生物过程、地学过程，为资源调查、环境监测等服务。这里把地球作为遥感的研究对象。因此，可以说，遥感是以电磁波与地球表面物质相互作用为基础，探测、分析和研究地球资源与环境的，揭示地球表面各要素的空间分布特征与时空变化规律的一门科学技术。2

2、.遥感数据源的改善：三高两多高光谱、高几何分辨率、高灵敏度、多角度、多类型。高几何分辨率是指空间分辨率高光谱，高灵敏度，指的是高光谱分辨率的成像光谱仪，可有几十至上百个波段，波段数越多，越能充分利用地物在不同波段光谱响应特征的差别。波段取样间隔可达510nm,可以显示每个像元的光谱曲线，以便直接针对地物特征峰值波长微小差异来识别物质。多角度指GPS定位，微波，激光测距，以及三维立体观测。实现了从单一垂直观测向多角度观测的方向转化，不仅利用多光谱观测提取地物组分的波谱信息，而且利用多角度观测提取地物空间结构的三维信息进行精确的空间定位、定量研究和多维分析。多类型，多种遥感仪器载于同一平台上，构成

3、自校、互校系统，以提高观测数据的灵敏度、准确度。1.波粒二象性及如何验证电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。A.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，表现为干涉，衍射，偏振等现象.B.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.光电效应，黑体辐射等.1 .BRDF与BRF（二者关系：BRF=tt（BRDF）二向反射分布函数BRDF只取决于地物本身（波谱特性，空间结构），两个方向的变量以及入射辐射通量空间分布函数

4、。二向反射因子BRF在一定辐照和观测条件下，目标的反射辐射通量与处于同一辐射与观测条件的标准参考面（理想反射朗伯面）的反射辐射通量之比。2 .为什么大气散射对遥感数据、遥感数据传输的影响极大？大气散射降低了太阳光直射的强度，改变了太阳辐射的方向，削弱了到达地面或地面向外的辐射，产生了漫反射的天空散射光（又叫天空光或天空辐射），增强了地面的辐照和大气层本身的“亮度”。散射使地面阴影呈现暗色而不是黑色，使人们有可能在阴影处得到物体的部分信息。此外，散射使暗色物体表现得比它自身的要亮，使亮物体表现得比它自身的要暗。因此，它降低了遥感影像的反差，降低了图像的质量以及图像上空间信息的表达能力。3 .大气

5、散射的主要形式？为什么微波可以穿云透雾而可见光不能？A.选择性散射一一散射强度与波长有关瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，称为瑞利散射。瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。与波长的四次方成反比。造成遥感图像辐射畸变，图像模糊的主要原因。米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时，称为大气散射。且前向散射大于后向散射。与波长的二次方成反比一般天气条件下，瑞利散射起主导作用，但米氏散射能叠加与瑞利散射之上，使天空变得阴暗。B.无选择性散射一一散射强度与波长无关当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。微波的波长比粒子直径大得多，则属于瑞利散射。散射强度与波长的四次方成反比，波长越强散射强

6、度越小，所以微波才可能有最小散射，最大透射，而被称为具有穿云透雾的能力4 .电磁波与地表的相互作用的三种物理过程？物体对电磁波反射的三种形式？A.电磁波与地表的相互作用的三种物理过程：反射，透射，吸收B.物体对电磁波反射的三种形式：镜面反射：是指物体的反射满足反射定律。入射波和反射波在同一平面内，入射角与反射角相等。镜面反射分量是相位相干的，且振幅变化小，并有极化（偏振）。漫反射：当入射能量在所有方向均匀反射，即入射能量以入射点为中心，在整个半球空间内向四周各向同性的反射能量，相位与振幅变化无规律，且无极化（偏振）又称朗伯反射，各项同性反射。方向反射：多数都处于两种理想模型之间，即介于镜面和朗

7、伯面（漫反射面）之间。一般讲，实际物体表面在有入射波时各个方向都有反射能量，但大小不同。在入射辐照度相同时，反射辐射亮度的大小既与入射方位角和天顶角有关，也与反射方向的方位角与天顶角有关。1 .遥感数据源的特征A.空间分辨率（几何特征-目标地物的大小、形状及空间分布）指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，或指遥感器区分两个目标的最小角度或线性距离的度量。表示方法：1.像元（pixel）单位为米（m）或公里（km）;2.线对数（linepairs）单位为线对/mm;3.瞬时视场（IFOV）单位为毫弧度（mrad）。B.光谱分辨率（物理特征-目标地物的属性特点）指遥感器所选用的波段数量的多少

8、、各波段的波长位置、及波长间隔的大小。C.时间分辨率（时间特征-目标地物的变化动态特点）指重复观测的最小时间间隔。遥感探测器按一定的时间周期重复采集数据，这种重复周期，又称回归周期。D.辐射分辨率（物理特征-目标地物的属性特点）指遥感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。2 .植物的光谱特征健康绿色植物的波谱特征主要取决于它的叶子。可见光波段（0.40.76Wm）,植物的光谱特征主要受叶的各种叶绿素的支配，其中叶绿素起着最重要的作用。由于色素的强烈吸收，叶的反射和透射很低。有一个小的反射峰，两侧有两个吸收带。这是因为叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，而对绿光反射作用强。假若植物受到某种形式的抑制，

9、阻止它正常生长发育，导致叶绿素含量降低，叶绿素在蓝、红波段的吸收减少反射增强，特别是红反射率升高，以至于植物转换为黄色（绿色+红色=黄色）。当植物衰老时，由于叶绿素逐渐消失，叶黄素、叶红素在叶子的光谱响应中起主导作用，因而秋天树叶变黄或枫叶变红。在近红外波段（0.70.8科rn）在近红外谱段内，植物的光谱特征取决于叶片内部的细胞结构。有一反射的“陡坡”，至1.1m附近有一峰值，形成植被的独有特征。这是由于植被叶细胞结构的影响，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。在中红外波段（1.32.5科m）受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率大大下降，特别是在水的吸收带形成低谷。短波红外谱段内（1

10、.3m以外），植物的入射能基本上均吸收或反射，透射极少。植物的光谱特性受叶子总含水量的控制，叶子的反射率与叶内总含水量约呈负相关，即反射总量是叶内水分含量及叶片厚度的函数。由于叶子细胞间及内部的水分含量，绿色植物的光谱反射率受到以1.4m、1.9m、2.7m为中心的水吸收带的控制，而呈跌落状态的衰减曲线。其中1.4m和1.9m处的两个吸收带是影响叶子短波红外波段光谱响应的主要谱带。位于三个吸收带之间的1.6m和2.2m处有两个反射峰。植物波谱仍有细部差别，这种差别与植物种类、季节、病虫害影响、含水量多少等有关系。为了区分植被种类，需要对植被波谱进行研究。1 .光学遥感器的基本组成1 .采集器：

11、采集地物辐射能量。2 .探测器：将采集的辐射能转变成化学能或电能。3 .处理器：对采集的信号进行处理。4 .输出器：输出获得的图像、数据。2 .彩色红外片与标准彩色合成天然彩色相片的感光膜由三层乳胶层组成，片基以上依次是感红层、感绿层、感蓝层，所得彩色图像近于人的视觉效果。彩色红外片的三层感光乳胶层中，以感红外光层替代了天然彩色胶片的感蓝光层。因此片基以上依次为感红层、感绿层、感红外层。经显影、定影处理后，在胶片（负片）上分别呈青、黄、品红影像，而在像片（正片）上分别呈现红、蓝、绿（负片色彩的互补色）的彩色影像。在彩色红外像片上，“绿色”物体呈蓝色，“红色”物体呈绿色，“反射强红外”的物体则显

12、示红色。可见，彩红外像片上重现的“物体颜色”均向短波段方向移动了一个色位。因而,彩红外像片较一般彩色像片色彩更鲜艳，层次更丰富，地物对比更明显，微弱的色差更易分辨。照相机装有一个吸收蓝光的黄色滤光片（或在胶片上直接加上黄色），滤去散射的蓝光，彩虹外像片较一般彩色相片图像更加清晰，有较强的透雾能力利于图像判读。彩红外像片信息量丰富，把感光范围从可见光扩展到近红外，增加地物在近红外的信息特征。彩红外像片比一般彩色像片，不仅信息更丰富而且识别地物的能力更强。这些特点正是彩红外像片在资源、环境、航空遥感调查中被如此广泛应用的原因所在。3 .多光谱扫描系统较多光谱摄影系统的区别1 .摄影系统的波谱区域仅

13、局限在0.30.9科m的光学摄影波段内；多波段扫描系统运用电子探测器，可将感应波段扩展到0.314科m,包括紫外、可见光、近红外、中红外、热红外谱区，且可以感应很窄的光谱波段。2 .摄影系统以回收胶片方式为主，而胶片一图像的转换，需由地面完成；扫描系统是数字记录形式，能根据要求迅速地发送、记录、分析或处理输出的电信号，并可实时显示。3 .摄影系统的图像是由胶片光化学过程获得，辐射定标困难；扫描系统的数据是由电子产生，更适于定标，可给出定量的辐射数据。4 .扫描系统的电子格式允许记录很宽范围的值，即探测器的动态范围，通常比摄影胶片大，且在探测过程中，探测器并不损耗。5 .多光谱摄影系统，用多个分

14、离的光学系统独立地采集每个波段图像，这导致各分波段图像在空间和辐射方面的可比性问题；多光谱扫描系统用同一光电系统同时采集整个光谱波段的数据，再经分光系统分解成不同波长的光。4 .TM与MSSt目比有哪些改进MSS:多光谱才3描仪，4个波段。TM:主题绘图仪，7个波段。ETM+:增强主题绘图仪，8个波段。1 .TM较MSS频道增多，波带变窄，针对性更强，并增加了蓝波段和短波红外波段，大大扩大了它在生物学、地质学、水文学等方面的应用。同时，更利于根据不同应用目的，选择多种数据组合处理有效地提取不同的专题信息。2 .辐射分辨率：MSS7为64量级，”$46为128量级。TM的扫描镜可以在往返两个方向

15、上进行扫描和获取数据。（MSS只能单方向扫描），可以降低扫描速率，缩短停顿时间，改善信噪比、提高辐射精度，所以TM的辐射分辨率提高到256量级。3 .一景MSS图像的总数据量为30兆字节。一景TM图像的总数据量增至230兆字节。4 .TM与MSS相比，改进了姿态控制系统，使平台稳定性改善，同时，因扫描方式变化，扫描镜摆动速度降低，以及探测器直接位于焦平面上，系统的光学效率得以改善等，因而TM数据平面位置几何精度提高，更利于图像配准和制图，可用于编制1:10万，甚至1:5万的专题图。5 .TM较MSS空间分辨率由80m提高到30m,波段由4个增至7个。（ETM除TM7,又加了一个全色波段（pan

16、）。5 .什么是CCD?常用的探测元件是电荷藕合器件CCD它是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件。6 .成像光谱的定义及特点定义：既能成像又能获取目标光谱曲线的谱像合一”的技术，称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。特点：高光谱分辨率、图谱合一、高空间分辨率、高辐射分辨率与信噪比。1 .什么是热红外遥感？热红外遥感是利用遥感手段感应地面物体发射辐射能的差异，它是获取地表热状况信息的一种非常重要的手段。2 .热传递的方式：传导、对流、辐射。3 .什么是比辐射率？简述比辐射率的影响因素。比辐射率，又称发射率£（T,入）物体在温度T、波长入处的辐射出射度

17、Ms（T,入）同温度、同波长下的黑体辐射出射度Mb（T,入）的比值。是一个介于0和1的数，用于比较此辐射源接近黑体的程度。物体的比辐射率是物体发射能力的表征。它不仅依赖于地表物体的组成成分，而且与物体的表面状态（表面粗糙度等）及物理性质（介电常数，含水量等）有关，并随着所测定的辐射能的波长（入）、观测角度（0）等条件的变化而变化。4 .吸收率、反射率、透射率之间的关系a（入）+p（入）+。（入）=1（吸收率+反射率+投射率=1）基尔霍夫定律指出，在热平衡条件下，物体的光谱发射率等于它的光谱吸收率，即e（入）=a（入）。所以e（入）+p（入）+°（入）=1（发射率+反射率+透射率=1）

18、。一般在遥感应用中，我们研究的目标被假定为对热辐射是不透明体，也就是说。（入）=0,所以e（入）+P（入）=1。5 .热红外遥感中大气窗口的选用在热红外区间内，存在着35m及814mm两个大气窗口。热红外遥感的874dm谱段，主要用于调查地表一般物体的热辐射特性，探测常温下的温度分布、目标的温度场，进行热制图等。如，地热调查、土壤分类、水资源考察、城市热岛、地质找矿、海洋渔群探测、海洋油污染等。对于森林火灾也可识别，但是对于那些小的火点、暗火、火线等高于红外传感器温度标定上限的目标，则不便区分。热红外遥感中的35科m短波红外谱段，对火灾、活火山等高温目标的识别敏感，常用于捕捉高温信息，进行各类

19、火灾、活火山、火箭发射等高温目标的识别、监测。特别是对于森林火灾，它不仅可以清楚地显示火点、火线的形状、大小、位置，而且对小的隐火、残火，也有很强的识别能力。6 .温度1 .分子运动温度：分子运动温度为热力学温度，又称为真实温度。它是物质内部分子的平均热能，是组成物体的分子平均传递能量的“内部”表现形式。2 .辐射温度：辐射温度又称为表征温度。物体辐射能量，其辐射能量是物体能量状态的一种“外部”表现形式。这种物体能量的外部表现形式可用热遥感器（探测热红外谱区电磁辐射的装置，如辐射计、热扫描仪等）来探测。辐射能量常被用来测量地表特征的辐射温度。3 .亮度温度：物体的亮度温度是指辐射出与观测物体相

20、等的辐射能量的黑体温度。亮度温度是衡量物体温度的一个指标，但不是物体的真实温度。7 .热红外扫描图像的特点：1 .热红外记录了地物的热辐射特性；2 .图像色调深浅与温度分布对应；3 .热红外图像只能反映目标信息往往偏大，且边界不十分清晰。（水的信息尤其明显）热红外扫描图像具有所有扫描图像所固有的几何畸变。热红外扫描图像具有不规则性。1 .解译要素1 .色调或颜色（ToneorColor）：指图像的相对明暗程度（相对亮度），在彩色图像上色调变现为颜色。色调是地物或现象反射或发射电磁波强弱程度在遥感图像上的记录和反映，通常用灰阶”表示；是识别地物的主要标志。颜色是彩色图像中目标地物识别的基本标o2

21、 .阴影（Shadow）：指因倾斜照射，地物自身遮挡能源而造成影像上的暗色调。可识别目标物形态和地貌形态。3 .大小（Size）:指地物尺寸、面积、体积在图像上的记录。4 .形状（Shape）:指地物目标的外形、轮廓。5 .纹理（Texture）:即图像的细部结构，指图像上色调变化的频率。6 .图案（Pattern）：即图形结构，指个体目标重复排列的空间形式。7 .位置（Site）:指地理位置，它反映地物所处的地点与环境。8 .组合（Association）：指某些目标的特殊表现和空间组合关系。2 .解译标志定义、分类及例子解译标志是指在遥感图像上能具体反映和判别地物或现象的影像特征。解译标志

22、可分为直接解译标志和间接解译标志两种。直接解译标志是指图像上可以直接反映出来的影像标志；间接解译标志是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。根据道路与河流相交处的特殊影像特征，可以判断渡口；根据植被、地貌与土壤的关系，来识别土壤类型和分布（如温带针叶林区多为灰化土等）；根据水系的分布格局与地貌、构造、岩性的关系，来判断构造、岩性，如树枝状水系多发育在黄土区域或构造单一、坡度平缓的花岗岩低山丘陵区，放射状、环状水系多与环状构造有关，格状水系多受断裂构造、节理裂隙的控制等；通过采石场、灰窑、水泥厂，推断位于石灰岩地区；通过运动场的大小，推断学校及其规模等等。3

23、 .同物异谱与异物同谱现象即同一种地物由于地理区位不同、环境影响因素不同等，在影像上可以表现形式不一；而影像上表现形式相同的未必是同一地物或现象。置、分布范围、离散程度、可分性大小等，是一种以定量方式对类别数据的光谱特征进行分析与比较，选择最佳波段和波段组合，建立分类树的直观、简便有效方法1 .什么是地学相关分析所谓遥感地学相关分析，指的是充分认识地物之间以及地物与遥感信息之间的相关性，并借助这种相关性，在遥感图像上寻找目标识别的相关因子即间接解译标志，通过图像处理与分析，提取出这些相关因子，从而推断和识别目标本身。2 .地学相关分析法的分类主导因子相关分析法、多因子相关分析法、指示标志分析法

24、。3 .分层分类法的含义遥感分层分类法包括三层含义：1 .根据景观分异规律和对景物总体规律及内在关系的认识，设计分类树。这种不同类别间的相互关系、内在联系，有的可以根据理论分析和实际知识与经验来直接确定；有的需要通过大量计算或统计分析、间接指标来寻找。2 .根据分类树所描述的景物总体结构和分层结构，进行逐级分类。目视解译-是在分类树的每个节点上，建立类别间的解译标志来区分它们；数字图彳t处理-是按一定的分类规则（如最小距离、最大似然法等）分别设计分类器，对图像中的像元进行逐层识别、归类，通过若干次中间判别最终得到分类结果；3 .分类过程中，在结构层次间可以不断加入遥感或非遥感的决策函数、专家知

25、识及有关资料（如一些边界条件、分类参数等），以进一步改善分类条件、提高分类精度。4 .建立分类树的基本方法1 .遥感数据统计特征分析和可分性研究2 .叠合光谱图3 .基于知识的分层分类4 .目视解译中的分层分类5 .均值间标准化距离（d）“均值间标准化距离”被定义为，均值之差的绝对值除以标准差之和。反映两个密度函数的可分性。即计“_|心1-心2|d,算类别间的统计距离，可表示为5+立式中:四,由分别为两类样本区域的光谱均值；分别为两类样本区域的标准方差。6 .叠合光谱图定义及作用叠合光谱图，又称多波段响应图表，是建立在光谱数据统计分析的基础上。首先进行各波段各类别光谱特征的统计分析，主要计算均

26、值、方差，再将分析计算结果表示在图表上。在此图表中，绘出每种类别再每个波段中的平均光谱响应，用各种字母分别表示不同类型，并算出各类别相对于均值的标准偏差（T）,以均值为中心的星线长度表示土b,即表示该类别亮度值取值的离散程度。因此星号线越长，表示数据的方差越大，变量与均值的偏差（离散程度）越大；反之，方差较小的类别（和波段），则星线较短。叠合光谱图直观地显示了不同类别在每一波段中的位7 .遥感变化监测的影响因素及消除方法1 .遥感系统因素的影像及数据源的选择时间分辨率上，尽可能选用相同季节、相近时刻的遥感图像，以消除因太阳高度角不同和植物物候差异引起的图像反射特性差异；空间分辨率上，保证不同日

27、期遥感图像之间的精确配准（对不同分辨率的图像数据需要进行重采样，使之具有一致的像元大小），还应考虑不同观测角的影响（顶视与俯视所反映的地面目标是不同的），尽可能选用相同或相近俯视角的数据；光谱分辨率上，选择合适的遥感数据类型及相应波段；辐射分辨率上，采用具有相同辐射分辨率的不同日期遥感图像。2 .环境因素大气状况，若选用大气状况有明显差异的不同图像，则需进行大气校正，以消除图像上的大气衰减影响；土壤湿度状况，若选用的图像土壤湿度差异明显，则需对相应地段进行遥感图像分层分类处理；物候特征，植物存在季节变化规律，除非研究年内的季节变化，否则若采用不同季节的遥感图像进行年变化比较，就有可能得出错误的

28、结论。8 .变化检测的方法1 .光谱类型特征分析方法：多时相图像叠合方法、图像代数变化检测算法、多时相图像主成分变化检测、分类后对比检测。2 .光谱变化向量分析方法3 .时间序列分析1 .图像融合的定义图像融合是一个对多遥感器的图像数据和其它信息的处理过程。它着重于把那些在空间或时间上冗余或互补的多源数据，按一定的规则（或算法）进行运算处理，获得比任何单一数据更精确、更丰富的信息，生成一幅具有新的空间、波谱、时间特征的合成图像。它不仅仅是数据间的简单复合，而强调信息的优化，以突出有用的专题信息，消除或抑制无关的信息，改善目标识别的图像环境，从而增加解译的可靠性，减少模糊性（即多义性、不完全性、不确定性和误差）、改善分类、扩大应用范围和效果。层次：基于像元的图像融合，基于特征的图像融合，基于决策层的图像融合，2 .图像融合的关键技术问题1 .数据配准（包括空间配准与数据关联）2 .融合模型的建立与优化3 .融合方法的选择3 .图像融合方法（结合具体数据分析、应用）1 .彩色技术：RGB彩色合成、IHS变换、照度-色度2 .算术运算：“加”与“乘”、差值与比值图像、混合运算3 .图像变换：主成分分析（PCA、相关统计分析（又称相关系数法）、