2007年武汉大学考研专业课遥感原理真题解答

2007年武汉大学遥感原理真题解答

一、名词解释（8*5）

1、灰体

灰体对可见光波段的吸收和反射在各波长段为一常数，即不具有选择性吸收和反射的物体，如黑色物体其吸收系数为1（反射系数为0），白色物体反射系数为1（吸收系数为0），而灰色物体则反射系数和吸收系数在各波长段皆为常数，因此呈现出或黑或白或灰的颜色。

2、方向反射

从空间对地面观察时，对于平面地区，并且地面物体均匀分布，可以看成漫反射；对于地形起伏和地面结构复杂的地区，为方向反射。

3、太阳同步轨道

太阳同步轨道，指卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的夹角，不随地球绕太阳公转而改变。

目的：A 使卫星以同一地方时通过地面上空

B有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测

C使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度

4、图像锐化

增强图像中的高频成份，突出图像的边缘信息，提高图像细节的反差，也称为边缘增强，其结果与平滑相反。

空间域图像锐化是对邻区窗口内的图像微分，常用的微分方法是梯度。锐化图像即为原始图像减去平滑图像。其结果是原始图像消退，边缘突出，因此称为边缘检测。

频域图像锐化称为高通滤波，保留频率域中的高频成分而让低频成份滤掉，加强了图像中的边缘和灰度变化突出部分，以达到图像锐化的目的。

5、构像方程

遥感图像的构像方程：指地物点在图像上的图像坐标(x，y)和其在地面对应点的大地坐标(X、Y、Z)之间的数学关系。根据摄影测量原理，这两个对应点和传感器成像中心成共线关系，可以用共线方程来表示。这个数学关系是对任何类型传感器成像进行几何纠正和对某些参量进行误差分析的基础。

6、推扫式传感器

推扫式传感器是瞬间在像面上先形成一条线图像，甚至是一幅二维影像，然

后对影像进行扫描成像。如线阵列CCD推扫式成像仪。

7、光谱特性曲线

地物的反射波谱特性曲线用反射率与波长的关系表示。反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤其是后两个波段。任何物体的反射性质是揭示目标本质的最有用信息。

8、哈达玛变换

哈达玛变换是利用哈达玛矩阵作为变换矩阵新实施的遥感多光谱域变换，实际是将坐标轴旋转了45℃的正交变换。

二、判断题

1、在微波波段，黑体的辐射亮度与绝对温度的四次方成正比。

（×）

2、卫星轨道在空间的具体形状位置，可由六个轨道参数来确定。

（√）

3、对于中心投影图像，其成像点的位置取决于地物点入射光线的方向。

（√）

4、在可见光图像上其灰度与辐射功率成函数关系，因此也就与温度和发射率的大小有直接关系。

（×）

三、选择题

1、对于SPOT产品，没做任何改正的图像，被称为（①）

①0级产品②1A级产品③2A级产品④3A级产品

2、按比例拉伸原始图像灰度等级范围，被称作（②）

①直方图均衡②线性变换③密度分割

3、全景投影的影像面是一个（③）

①平面②斜面③圆柱面

4、植物的反射陡坡主要位于（④）

①蓝光②绿光③红光④近红外

四、简答题

1、说明被动遥感主要辐射源的特点。

太阳是被动遥感主要的辐射源，又叫太阳光。太阳常数：不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳辐射方向，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。（1.360×103W/m2）

从太阳光谱曲线可以看出：

太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；

太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～0.76 μm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 μm左右；

到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～3.0 μm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；

经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；

各波段的衰减是不均衡的。

2、斜距投影对图像的几何特点有什么影响

斜距投影，因此图像的变形与其他图像不同。主要表现在：①比例尺失真，即里飞机元的影像比例尺大，反之比例尺小。这与全景相片正好相反。②地形起伏引起的投影差变化与中心投影相片的位移相反。应注意，高山往往向飞机方向倾斜，如果获取立体像对，按常规方法观察立体，将是一个反立体。斜距投影变形

斜距投影图形上的影像坐标p y 为

p y"=R cos cos sec H f f λλθθθ

=== 而地面上P 点在等效中心投影图像oy 上的像点p 的坐标

p y p y f tg θ=?

斜距投影的变形误差:

p "(sec )dy y y f tg θθ=-=?-

斜距变形的图形变形情况如图：

3、轨道间能进行立体观测的卫星对时间分辨率有何影响（举例说明）

时间分辨率是指对同一地区重复获取图像所需的时间间隔，所需探测目标的动态变化有直接的关系。各种传感器的时间分辨率，与卫星的重复周期及传感器在轨道间的立体观察能力有关。大多数轨道间不进行立体观察的卫星，时间分辨率等于其重复周期。进行轨道间立体观察的卫星的时间分辨率比重复周期段。如SPOT 卫星，重复周期为26d ，在赤道处一条轨道与另一条轨道间交向摄取一个立体图像对，时间分辨率为2d 。

4、光学图像转变为数字图像的实质是什么

光学图像变换成数字图像的实质就是把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数。图像元素函数f(x,y)不仅在空间坐标上并且在幅度上（光密度）上都要离散化，其离散后的每个像元的值用数字表示，整个过程叫做图像数字化。

图像空间坐标（x,y ）的数字化称为图像采样，幅度（光密度）数字化则称为灰度级量化。空间坐标数字化称为采样。采样间隔△X 、△Y 的大小，取决于图像的频谱。图像灰度的数字化称为量化。

5、简述辐射误差

遥感影像产生辐射误差（即灰度失真）的因素主要有：①大气对电磁波辐射的散射和吸收；②太阳高度与传感器观察角的变化；③地形起伏引起的辐射强度变化；④传感器探测系统性能差异，如光学系统或不同探测器在灵敏度、光谱响应和透光性能上的差异；⑤影像处理，如摄影处理等。影像灰度失真与影像空间频率有关。空间频率愈高，即目标愈小时，辐射误差愈大。

辐射校正实际上是影像恢复（或称复原）的一个内容。校正方式有两类：①传感器辐射校正。通常采用内部校准光源和校准楔，如陆地卫星多光谱扫描仪的辐射校正；②影像辐射畸变校正。常采用物理或数学（校正曲线或各种算法）方法，如空间滤波、平滑化，校正各种灰度失真及疵点、灰点、条纹、信号缺失等分布在整个影像上的离散形式的辐射误差。其中大气影响的校正还可通过实测反射辐射通量和影像密度，并对数据进行回归分析来进行校正。

6、举例说明先验知识在计算机分类中的作用

在进行遥感图象解译的时候，要充分认识地物波谱特性的复杂性，减少外界因素的影响；为提高定量遥感的精度，需要通过大量的地面样本分析建立先验知识，确定遥感模型的约束条件。

例如：监督分类的思想就是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。

7、说明最大似然法分类的实质

最大似然分类，是指在两类或多类判决中，假定各类分布函数为正态分布，并选择训练区，用统计方法根据最大似然比贝叶斯判决准则法建立非线性判别函数集，计算各待分类样区的归属概率，而进行分类的一种图像分类方法。最大似然法分类的实质: 根据概率判别函数和贝叶斯判别规则来进行的分类,目的是错分概率最小。概率判别函数是把某特征矢量X 落入某类集群的条件概率当成分类判别函数，贝叶斯判别规则是把X落入某集群的条件概率最大的类为X的类别。贝叶斯判别规则以错分概率或风险最小为准则的判别规则。

8、多波段影像与光谱响应曲线有什么关系

多波段影像的判读需要与光谱响应曲线联系。使用多光谱像片，把两张像片放在一起比较判读，并且与地物的反射波谱特性曲线联系起来分析。首先量测几种地物在两张像片上的黑度或亮度值，会出波谱特性曲线，发现响应曲线各不相同，可以肯定是不同的地物，这样已完成了对这四个目标的分类。然后与四种地物的反射波谱特性曲线比较，看它们在两个波段中的变化趋势，由此可以判读出地物类别。

多波段影像由于波段很多(几十个到上千个),几乎涵盖了从可见光到红外的范围且这些波段是连续的，所以每个像元可以提供几乎连续的地物光谱曲线，使得影像具有图谱合一的

性质。

五、论述题

1、介绍一套你所熟悉的遥感图像处理软件

ERDAS IMAGINE是美国ERDAS公司开发的专业遥感图像处理与地理信息系统软件，是以模块化的方式提供给用户，它以其先进的图像处理技术，友好、灵活的用户界面和操作方式，面向广阔应用领域的产品模块，服务于不同层次用户的模型开发工具以及高度的RS/GIS（遥感图像处理和地理信息系统）集成功能，为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的图像处理工具，代表了遥感图像处理系统未来的发展趋势。

ERDAS IMAGINE分为低、中、高三档产品架构。

（1）ERDAS Essentials级。包括有制图和可视化核心功能。可以完成二维/三维显示，数据输入，排序与管理，地图配准，专题图积极简单的分析。可以集成使用多种数据类型。可扩充的模块包括：

Vector模块——可以建立、显示、编辑和查询Arc/Info数据结构Coverage,完成拓仆关系的建立和修改，实现矢量图形和栅格图像的双向转换；

Virtual GIS模块——可以完成实时三维飞行模拟，建立虚拟世界，进行空间视域分析，矢量与栅格的三维叠加，空间GIS分析等。

Developer’s Tookit模块——ERDAS IMAGINE的C语言开发工具包，包含了几百个函数IMAGINE Advantage级。是建立在ERDAS Essentials级基础之上的，增加了丰富的栅格图像GIS分析和单张航片正射校正的功能。可用于栅格分析、提供正射校正、地形编辑及图像拼接工具。

（2）ERDAS Professional级。除了Essentials和Advantage中包含的功能之外，还提供了空间建模工具、参数/非参数分类器、知识工程师和专家分类器、分类优化和精度评定，以及雷达图像分析工具。可扩充的模块包括：

Radar模块——完成雷达图像的基本处理，包括亮度调整、斑点噪声消除、纹理分析、边缘提取等功能。

OrthoMAX模块——依据立体像对进行正射校正，自动DEM提取，立体地形显示及浮动光标和正射校正。

（3）IMAGINE动态链接库。它支持目标共享技术和面向目标的设计开发，提供一种无需对系统重新编也而向系统加入新功能的手段，并允许在特定的项目中裁剪这些扩充的功能。

2、就你熟悉的领域，说明大气窗口的应用

大气窗口是指太阳辐射通过大气层未被反射、吸收和散射的那些透射率高的光辐射波段范围。太阳光在穿过大气层时，会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响，因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有:微波波段（300~1GHz），热红外波段（8~14um），中红外波段（3.5~4um），可见光和近红外波

段（0.4~2.5um）。

微波波段的大气窗口的应用，使得微波遥感得以发展。微波遥感是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用红外光束投射于物体表面，由其反射回的微波波长改变及色偏确定其大小、形态以及移动速度的技术。

常用的微波波长范围为0. 8～30厘米。其中又细分为K、Ku、X、G、C、S、Ls、L等波段。微波遥感的工作方式分主动式（有源）微波遥感和被动式（无源）微波遥感。前者由传感器发射微波波束再接收由地面物体反射或散射回来的回波，如侧视雷达；后者接收地面物体自身辐射的微波，如微波辐射计、微波散射计等。

微波遥感的突出优点是具全天候工作能力，不受云、雨、雾的影响，可在夜间工作，并能透过植被、冰雪和干沙土，以获得近地面以下的信息。广泛应用于海洋研究、陆地资源调查和地图制图。微波雷达可探测出目的物体的较细节的特征，通过对比数据库，可以分析出目标到底是什么。

3、叙述遥感平台的现状与趋势

遥感平台是安装遥感器的飞行器，是用于安置各种遥感仪器，使其从一定高度或距离对地面目标进行探测，并为其提供技术保障和工作条件的运载工具。

现状：遥感平台有地球同步轨道卫星（35000km）、太阳同步卫星（600—1000km）、太空飞船（200—300km）、航天飞机（240—350km）、探空火箭（200—1000km），并且还有高、中、低空飞机、升空气球、无人飞机等；现代遥感平台有气球、飞机、人造地球卫星和载人航天器等。对地观测的遥感平台应能提供稳定的对地定向，并对平台飞行高度、速度等有特定的要求。高精度高分辨率的遥感器对平台更有严格的要求，如平台姿态控制和安装精度的要求等。对于像雷达类型的遥感器，则遥感平台还需提供安装天线、较大的电源功率等条件。对于像热红外光谱段的遥感器，遥感平台还需要提供能满足遥感器冷到所需工作温度（致冷）的条件，如在卫星上提供安装辐射致冷器或其他致冷器的条件。此外遥感平台还应提供遥感器合适的环境，如振动和抖动小、电磁干扰小、温度在合适的范围等。根据遥感目的、对象和技术特点（如观测的高度或距离、范围、周期，寿命和运行方式等），大体分为：①地面遥感平台，如固定的遥感塔、可移动的遥感车、舰船等；②航空遥感平台，如各种固定翼和旋翼式飞机、系留气球、自由气球、探空火箭等；③航天遥感平台，如各种不同高度的人造地球卫星、载人或不载人的宇宙飞船、航天站和航天飞机等。这些具有不同技术性能、工作方式和技术经济效益的遥感平台，组成一个多层、立体化的现代化遥感信息获取系统，为完成专题的或综合的、区域的或全球的、静态的或动态的各种遥感活动提供了技术保证。

遥感平台的发展趋势：系列化，小型化，普遍化。卫星遥感的空间分辨率从Ikonos Ⅱ的1m，进一步提高到Quckbird的0.61m，高光谱分辨率已达到5—6nm，500—600个波段。在轨的美国EO-1高光谱遥感卫星，具有220个波段，EOS AM-1（Terra）和EOS PM-1（Aqua）卫星上的MODIS具有36个波段的中等分辨率成像光谱仪。时间分辨率的提高主要依赖于小卫星技术的发展，通过发射地球同步轨道卫星和合理分布的小卫星星座，以及传感器的大角度倾斜，可以以1—3d的周期获得感兴趣地区的遥感影像。由于具有全天候、全天时的特点，以及用INSAR和D-INSAR，特别是双天线INSAR进行高精度三位地形及其变化测定的可能性，SAR雷达卫星为全世界各国所普遍关注。我国在机载和星载SAR传感器及其应用研究方面正

在形成体系。我国将全方位地推进遥感数据获取的手段，形成自主的高分辨率资源卫星、雷达卫星、测图卫星和对环境与灾害进行实时监测的小卫星群。