遥感原理与应用复习课程

遥感原理与应用

（1）电磁波：电磁振动在空间的传播。

（2）电磁波谱：将电磁波按照波长或频率递增或递减顺序排列，称为电磁波谱。

（3）太阳常数：在距离地球一个天文单位内，太阳辐射在大气上界处的垂直入射的辐射通量密度称为太阳常数。

（4）比辐射率：指单位面积上地物发射的某一波长的辐射通量密度与同温度下黑体在同一波长上的辐射通量密度之比，又称发射率。

（5）瑞利散射：引起散射的大气粒子直径远小于入射电磁波波长，称为瑞利散射，也称为分子散射。

（6）米氏散射：引起散射的大气粒子的直径约等于入射波长，称为米氏散射，也称为大颗粒散射。

（7）绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收而毫无反射和透射，则称其为绝对黑体。简称黑体。

（8）大气效应：当太阳辐射经过大气层时与大气层中的离子、分子、颗粒、水汽等发生吸收、散射、反射和透射等物理过程，这个过程称为大气效应。（9）光谱反射率：地物在某波段的反射通量与该波段的入射通量之比。（10）光谱反射曲线：将地物的反射波谱特性与波长的关系在直角坐标系中描绘出的曲线。

（11）地物光谱特性：不同地物的表面性质和内部结构不同，对入射的电磁辐射能有不同程度的反射、吸收和透射，不同的地物也发射不同波长的电磁波，这就是地物的波谱特性。

（12）大气窗口：电磁波辐射在大气传输中透过率较高（≥60%）的波段称为大气窗口。

（1）构像方程：是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。

（2）几何变形：由于受到传感器成像特性、遥感平台姿态变化、大气折射、地球曲率、地形起伏、地球自转等因素的影响，导致原始遥感图像存在几何变形。

（3）几何校正：由于受到传感器成像特性、遥感平台姿态变化、大气折射、地球曲率、地形起伏、地球自转等因素的影响，导致原始遥感图像存在几何变形，消除这些几何变形的过程称为遥感图像的几何校正。

（4）多项式纠正：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，用一个适当的多项式来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系。（5）灰度重采样：计算校正后图像的灰度值。

（6）图像配准：实质就是遥感图像的几何纠正，是根据图像的几何畸变特点，采用一种几何变换将图像归化到统一的坐标系中的过程。

（7）图像镶嵌：当感兴趣的研究区域在不同的图像文件时，需要将不同的图像文件合在一起形成一幅完整的包含感兴趣区域的图像，这就是图像镶嵌。（1）辐射误差：遥感图像的灰度值不但与地物本身的反射或发射波谱特性有关，还受到传感器的光谱响应特性、大气环境、光照条件、地形起伏等因素的影响，由此产生的灰度偏差称为遥感图像的辐射误差。

（2）辐射定标：是将传感器所得的测量值变换为绝对亮度或变换为地表反射率、表面温度等物理量有关的相对值的处理过程。

（3）辐射校正：是指对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正，消除或改正因辐射误差而引起影像畸变的过程。

（4）大气校正：消除大气对辐射影响的校正过程。

（5）图像增强：遥感图像增强是为了突出相关的专题信息，提高图像的视觉效果，使分析者更容易地识别图像内容，更可靠地提取更有用的定量化信息。（6）密度分割：将原始图像灰度值分割成等间隔的离散灰度级，对每一层赋予新的灰度值的过程。

（7）图像直方图：反应一副图像中灰度级与其出现的概率之间的关系。

（8）图像平滑：消除各种干扰噪声，使图像高频成分消退，平滑掉图像的细节，使其反差降低，保存低频成分。

（9）图像锐化：增强图像的高频成分，突出图像的边缘信息，提高图像细节反差。

（10）图像融合：是将多源遥感数据在统一地理坐标系中，采用一定的算法生成一组新的信息或合成图像的过程。

（11）对比度拉伸：通过伸展各像元的亮度的取值范围来提高一幅图像的反差，从而改善图象质量。

（12）HIS变换：将图像常用的RGB彩色空间转换到HIS空间。

（13）K-L 变换：是去除相关、进行特征提取和数据压缩的有效方法。

（14）K-T 变换：根据多光谱遥感中土壤、植被等信息在多维光谱空间中信息分布结构对图像做的经验性线性正交变换。它使坐标空间发生旋转，但旋转后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。可以实现信息压缩。

（15）植被指数：主要反映植被在可见光、近红外波段反射与土壤背景之间差异的指标，各个植被指数在一定条件下能用来定量说明植被的生长状况。（1）判读(解译)：根据地物的成像规律和波谱特征，在遥感影像上识别出它的性质和数量指标的过程

（2）地物特征：地物在图像上以灰度变化的形式表现出来特征，主要有光谱特征、空间特征和时间特征。

（3）判读(解译)标志：我们将地物在图像上反映出的形状、大小、色调、阴影、纹理、位置布局和活动痕迹等影像特征统称为图像解译标志或判读特征。（4）空间分辨率：是指传感器瞬时视场内所观察到的地面场元的宽度。

（5）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。

（6）辐射分辨率：是指传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力。

（7）光谱分辨率：探测光谱辐射能量的最小波长间隔。

（1）模式别识：（模式指具有空间或几何特征的东西）一个模式识别系统对所识别的模式做一系列的测量，然后将测量结果与模式字典中一组典型的测量值比较。若和字典中某一词目的比较结果吻合或比较吻合，则我们就可以得出分类结果，这一过程称为模式识别。

（2）监督分类：如果已知样本区类别的信息，对非样本数据进行分类的方法称为监督分类。

（3）非监督分类：是指人们事先对分类过程不施加任何任何的先验知识，而仅凭地物光谱特征的分布规律，即自然聚类特性进行“盲目”分类，也称为聚类分类。

（4）地物波谱特征：不同的地物在同一波段图像上表现的亮度一般互不相同；同时不同的地物在多个波段图像上亮度的呈现规律也不同。

（5）地物空间特征：遥感数字图像中两个地物或多个地物之间在空间上的相互联系，这种联系由地物的空间位置所决定。

1.遥感的定义？

遥感是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.遥感系统有哪几部分组成？

信息获取、信息传输和接收、信息处理、信息应用

3.遥感有哪几种分类方法及哪些分类？

（1）按探测波段分：紫外、可见光、红外和微波遥感

（2）按遥感平台分：地面、航空、航天和航宇遥感

（3）按工作方式划分：主动式和被动式遥感

（4）按资料获取方式分：成像和非成像遥感

（5）按应用领域分:外层空间、大气层、陆地和海洋遥感

（6）按具体应用领域分：资源、环境、农业、工程、灾害和军事遥感。

4.遥感的特点？

（1）宏观性、综合性（2）多波段性（3）时效性、动态性（4）经济性

2.电磁波谱、波长范围

电磁波谱：按电磁波波长或频率递增或递减顺序排列的叫电磁波谱。

依次为：γ射线--X射线--紫外线--可见光--红外线--微波--无线电波

波长范围：

3.电磁辐射、辐射源、辐射度量

辐射源：凡是能产生或发射电磁辐射的物体都叫做辐射源。任何物体都是辐射源。

辐射度量：

辐射能量（W）—单位：J，电磁辐射的能量。

辐射通量（Φ）—单位：W(=J/s)，单位时间内通过某一表面的辐射能量。

辐射通量密度（E）—单位：W/m2，单位时间内通过单位面积的辐射能量。E=d Φ/dS，S为面积。

辐射出射度（M）：—单位：W/m2，辐射源物体表面单位面积发射出的辐射通量。M=dΦ/dS，S为面积。

辐照度（I）—单位：W/m2，投到单位面积上的辐射通量。I=dΦ/dS，S为面积。（物体接收的辐射）

4.辐射源是如何分类的？举例说明。

辐射源分为天然辐射源：地球、太阳等；人工辐射源如雷达、闪关灯等。

5.大气效应（吸收、散射、反射和透射），瑞利散射、米氏散射、均匀散射。（1）大气吸收：如臭氧吸收紫外线

（2）大气散射：瑞利散射（粒子直径<波长），如蓝色天空、红色晚霞；

米氏散射（粒子直径=波长），红外线；

均匀散射（无选择散射）（粒子直径>波长）

（3）大气反射:两种介质的交界面，如云层顶部。

（4）大气透射：吸收、散射、反射后的透射，如可见光

7. 地物波谱特性的定义、研究意义？

地物波谱特性：是指各种地物各自所具有的电磁波特性。

研究意义：

（1）它是选择遥感探测波段、验证和设计传感器的重要依据。

（2）为遥感数据大气校正提供参考标准。

（3）建立地物的标准反射波谱数据，为计算机图像自动分类和分析提供光谱数据，为图像解译提供依据。

8.几类典型地物的反射特性，重点掌握绿色植物反射特性及光谱反射曲线的特点及曲线图。

绿色植物反射光谱特性

（1）在可见光的0.55μm（绿光）附近有一个反射率为10％～20％的小反射峰，在0.45μm（蓝光）和0.65μm（红光）附近有两个明显的吸收谷。

（2）在0.7～0.8μm是一个陡坡，反射率急剧增高，在近红外波段1.1μm处形成一个高的，反射率可达40％或更大的反射峰。

（3）在1.45μm，1.95μm和2.6～2.7μm处是水的吸收带，三个吸收谷。（4）叶绿素对紫外线和紫色光的吸收率极高，对蓝色光和红色光也有很强吸收，以进行光合作用。对绿色光部分则部分吸收，部分反射，所以叶子呈绿

色，并形成在0.55μm附近的一个小反射峰值，而在0.33～0.45μm（紫光）及0.65μm （红）附近有两个吸收谷。

（5）叶子的多孔薄壁细胞组织（海绵组织）对0.8～1.3μm的近红外光强烈地反射，形成光谱曲线上的最高峰区。

9.传感器接收的水体辐射包括哪几类？

包括水面反射光、悬浮物反射光、水底反射光和天空散射光。

1.什么是遥感平台？按高度不同遥感平台分为几类？

用于搭载传感器的工具统称为遥感平台，也称为载体。

按平台距地面的高度可分为地面平台、航空平台和航天平台。

2.卫星轨道基本参数有哪些？（6个）

轨道倾角i、升交点赤经?、近地点角距ω

长半轴a、轨道偏心率e、近地点时刻T

3.什么是太阳同步轨道和地球同步轨道？

太阳同步轨道：是指卫星轨道面与日地连线在黄道面内的夹角保持不变的轨道。

地球同步轨道:卫星运行周期与地球自转周期相同的轨道称为地球同步轨道，简称同步轨道。

5.解释陆地卫星的影像的重叠特征和覆盖特征。

重叠特征：

（1）其航向重叠一般固定为10%

（2）所以其旁向重叠随纬度的增高而增高。

1.成像传感器是如何分类的？

（1）摄影成像：细分为画幅式、缝隙式、全景式、多光谱式。

（2）扫描成像：掸扫式扫描仪、推扫式扫描仪。

（3）微波成像：真实孔径雷达（RAR）、合成孔径雷达（SAR）、激光雷达（LIDAR）

2.评价传感器性能的主要技术指标有哪些？

空间分辨率、波谱分辨率、辐射分辨率、时间分辨率和视场角

3.微波遥感的特点有哪些？（展开叙述）

（1）能全天候、全天时工作。

（2）对某些地物具有特殊的波谱特征：在微波波段，水的比辐射率为0.4，冰的比辐射率为0.99；而在红外波段，水的比辐射率为0.96，冰的比辐射率为0.92。

（3）对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力。

（4）对海洋遥感具有特殊意义：适合海面动态情况（海面风、海浪等）的观测（5）分辨率较低，但特性明显。

1.什么是色的三要素？

色调、明度、饱和度

2.为什么说红绿蓝是三原色？

由红、绿、蓝三种颜色以不同的比例可以配得自然界中任何一种颜色。反之，任何一种颜色也可分解为红、绿、蓝三种单色。但红、绿、蓝三色相互独立，其中一种不能由其它两种配得，所以称红、绿、蓝为三原色。

3.伪彩色，假彩色指什么，假彩色的标准方案？

伪彩图像：单波段黑白遥感图像可按照灰度范围分段，对每段赋予不同的色彩，使之成为彩色图像。

假彩图像：根据加色法彩色合成原理选择遥感影像任意的三个波段，分别赋予红、绿、蓝三种颜色，合成的彩色图像。

假彩色标准方案：方案1：R：4，G：3，B：2（彩红外CIR）；

方案2 ：R：4，G：5，B：3。

4.说明BSQ、BIL和 BIP 数据格式的排列方式。

BSQ：逐波段顺序依次记录各波段的图像

BIL：逐行按波段次序记录

BIP：每个像元按波段次序交叉排序

BSQ BIL BIP

R R R R R R R R R R R R R R R R R R R G B R G B R G B

R R R R R R R R R G G G G G G G G G R G B R G B R G B

G G G G G G G G G B B B B B B B B B R G B R G B R G B

G G G G G G G G G R R R R R R R R R R G B R G B R G B

B B B B B B B B B G G G G G G G G G R G B R G B R G B

B B B B B B B B B B B B B B B B B B R G B R G B R G B

2.产生几何变形的原因有哪些？

（1）传感器成像方式引起的几何变形（2）传感器外方位元素引起的几何变形

（3）地形起伏引起的图像变形（4）地球曲率引起的图像变形

（5）大气折光引起的图像变形（6）地球自转引起的图像变形

3.叙述最近邻法.双线性内插法和双三次卷积重采样原理和优缺点。

（1）最近邻法：用距离采样点最近像元亮度值代替输出像元亮度值。

优点：简单，辐射保真度较好

缺点：造成像点在一个像素范围内的位移，几何精度较其他两种方法差。（2）双线性内插法：取周围4个相邻像元亮度值，内插计算输出像元亮度值。优点：计算简单，具有一定的亮度采样精度缺点：图像模糊

（3）双三次卷积法：获取与采样点邻近的16个像元亮度值计算输出像元这度值。

优点：内插精度高；对灰度不连续现象或线状特征的块状化有明显的改善，对图像起到平滑作用。

缺点：计算量大；使对比度明显的分界线变得模糊。

4.几何校正的过程和主要方法。

过程：（1）根据图像的成像方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学模型；

（2）根据地面控制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，评定精度；

（3）对原始影像进行几何变换计算像素亮度值重采样。

方法：多项式法、共线方程法、有理函数法、小面元纠正

5.多项式校正卫星遥感图像的原理和步骤。

原理：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。

步骤：利用已知控制点求解多项式系数；遥感图象的纠正变换；灰度重采样；纠正结果评价

6.图像之间配准和数字镶嵌的过程。

图像之间配准：（1）在多源图像上确定分布均匀，足够数量的图像同名点；（2）通过所选择的图像同名点确定几何变换的多项式系数，从而完成一幅图像对另一幅图像的几何纠正。

数字镶嵌：图像的几何纠正→搜索镶嵌边→亮度和反差调整→平滑边界线。2.传感器接收的电磁波能量包含哪几部分？

（1）太阳经大气衰减后照射到地面，经地面反射后，又经大气第二次衰减进入传感器的能量；

（2）地面本身辐射的能量经大气后进入传感器的能量；

（3）大气散射、反射和辐射的能量。

3.遥感图像增强的目的和意义。

突出用户感兴趣的相关信息，提高图像的视觉效果，消除原始图像中的各种噪声，使分析者更容易地识别图像内容，更可靠地提取更有用的定量化信息。4.图象增强有哪几个方面？分别有几种方法？

（1）直方图增强：直方图正态化、直方图均衡化、直方图匹配

（2）对比度增强：线性变换、分段线性变换、非线性变换

（3）彩色增强：单波段彩色变换、多波段彩色合成、多波段彩色合成

（4）空间滤波增强：图像卷积运算、平滑、锐化

5.常用植被指数有哪些，如何利用遥感影像进行计算? 其意义是什么？

意义：

比值植被指数：绿色健康植被覆盖地区的RVI远大于1，而无植被覆盖的地面（裸土、人工建筑、水体、植被枯死或严重虫害）的RVI在1附近。植被RVI 通常大于2。

比值植被指数：-1<=NDVI<=1,负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射；0表示有岩石或者裸土等，NIR和R近似相等；正值，表示有植被覆盖，且随着覆盖度增大而增大。

6.多源信息复合（融合）的目的是什么？

不同的遥感数据具有不同的空间分辨率、波谱分辨率和时相分辨率，如果能将它们各自的优势综合起来，可以弥补单一图像上信息的不足，这样不仅提高了解译效果，更在定量分析中大大提高了精度，扩大了各自信息的应用范围，具有很大的实际意义。

2.影响判读的因素有哪些？

（1）地物本身复杂性（2）传感器的性能（3）目视能力

2.特征变换及常用的特征变换方法。

特征变换：是将原有的m个测量值集合通过某种变换，产生n个新的特征。

方法：主分量变换、哈达玛变换、穗帽变换、比值变换、生物量指标变换。3.监督分类、非监督分类的的原理。

监督分类：首先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。然后将未知类别的样本的观测值代入判别函数，在依据判别准则对该样本的所属类别作出判定。

非监督分类：人们事先对分类过程不施加任何的先验知识，而仅凭遥感影像地物的光谱特征的分布规律。

4.监督分类的过程。

（1）确定感兴趣的类别数（2）特征变换和特征选择（3）选择训练样区（4）确定判别函数和判别规则（5）根据判别函数和判别规则对非训练样区的图像区域进行分类

5.监督分类、非监督分类的区别与优缺点？

根本区别在于是否利用训练场地来获取先验类别知识。

监督分类：

优点：原理简单，分类速度快，常用。

缺点：训练样本的选择要考虑到地物光谱特征，样本数目要满足分类的要求，这些还不易做到，工作量大。

非监督分类：

优点：方法简单，分类具有一定精度。不需要更多的先验知识，根据地物的光谱统计特性进行分类。

缺点：当两地物类型对应的光谱特性差别很小时，分类效果不如监督分类好