《遥感原理与应用》期末复习重点.doc

绪论

1.1遥感的概念

丄狭义的遥感：应用探测仪器，不与探测目相接触，从远处把目标的电磁波特性纪录下來，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。

丄 广义的遥感：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁波、机械波（声波、地震波）、重力场、地磁场等的

探测。

遥感探测的基本过程 去 辐射源：目标的电磁辐射能量（自身发射，散射、反射） 丄 记录设备（传感器，或有效载荷）：扫描仪（多光谱扫描 仪），相机（CCD 相机、全景相机、高分辨率相机等）、 雷达、辐射计、

散射计等。

丄存储设备：胶片、磁带、磁盘

丄传送系统：人造卫星的信号是地血发送到卫星的，在卫星中经过放大、变频转发到地血，山地血接收站接收。

亠 分析解译（人工解译、计算机解译） 1）国外航天遥感的发展 第一代1G

1957年10B4U ，苏联第一颗人造地球卫星发射成功

1960年4月1H,美国发射第一颗气象卫星Tiros 1,为真正航天器对地球观测开始。 1960年Evelyn L. Pruitt 提出“遥感,，一词。1962年在美国密歇根大学召开的笫一次环境遥感国际讨论会上，美国海军研究 局的Eretyn Pruitt （伊?普鲁伊特）首次提出“Remote Sensing 词，会后被普遍采用至今。

1972年7月23 日第一颗陆地卫星ERTS-1 （Earth Resources Technology Satellite 1 ）发射（示改名为Landsat-1）,装有MSS 传感器，分辨率为79米。1975年1月22R, Landsat-2发射，1978年3月5日，Landsat-3发射。

1978年6月，美国发射了第一颗载有SAR （Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达）卫星的Seasat,以后不同国家陆续 发射

载有SAR 的卫星。

1982年7月16U, Landsat-4反射，装载MSS, TM 传感器,分辨率提高到30米。1985年3月1日,Landsat-5发射,1993年 1（）月，Landsat-6发射失败，1999年4月15日，Landsat-7发射，装载ETM+,分辨率提高到15米。

1986年2月，法国发射SFOT-1,装有PAN 和XS 遥感器，分辨率捉高到10米多光谱波段，SPOT-5全色波段分辨率达至l 」5m, 2.5m 。

2000年初美国发射MODIS 是Teira （EOS ?AMl ）卫星的主要探测仪器，地面分辨率较低（星下点离间分辨率为250米,500 米,1000米等o

2000年7月15H,笫一颗重力卫星CHAMP 发射成功，它是由德国GFZ 独口研制的,也是世界上首先采用SST 技术的卫星。 2002年，重力卫星GRACE 发射，它是美国（NASA ）和德国（GFZ 洪同开发研制的。 2） 中国航天遥感的发展

1970年4月24日发射笫一颗人造卫星“东方红1号”——通信卫星。 1988年9月7日中国发射第一颗气象卫星“风云1号二

1999年1（）月14日发射第一颗地球资源卫星“屮国?巴西地球资源遥感卫星” （CBERS-1） （China Brazil Earth Resources

Satellite ）,最高空间分辨率：19.5米。 3） 小卫星

重量在1000公斤以下的卫星称为小卫星。小卫星质量小于500kg,占卫星总量的70%o 1.3遥感的类型

1）按遥感平台据地面的高低划分

丄 地面遥感:100m 以下平台与地面接触，平台冇：汽车、船舰、三角架、塔等。为航空和航天遥感作校准和辅 助工作。 丄航空遥感:100m-100km 以下的平台，平台有：飞机和气球。可以进行各种遥感实验和校正工作。特点：灵活 大、图像

《遥感》重点章节1.3.5.8

1.2遥感发展简史

* 无记录的地面遥感阶段（1608-1838年） * 有记录的地而遥感阶段（1839-1857年） 4 空中摄影遥感阶段（1858-1956年）

4 航天遥感阶段（1957-）

清晰、分辨率高。

丄航天遥感：100km以上的平台，平台有：火箭、卫星、航犬飞机。特点：周期性、不受国界、地理条件的影响。

2）按探测波段划分

丄紫外遥感：波段在0.05?0.38 “ 间。可见光遥感：波段在0.38?0.76〃加Z间。

* 红外遥感：波段在0.76-1000 P加之间。微波遥感：波段在\m m-\ m之间。

3）按工作方式划分

4被动遥感：肓接接收与记录目标物反射的太阳辐射或者目标物木身发射的热辐射和微波的遥感。（辐射计）

丄主动遥感：使用人工辐射源从平台上先向目标发射电磁辐射，然后接收和记录目标物反射或散射冋來的电磁波的遥感。

（雷达）

4）按用途划分

小军事遥感：低高度、短寿命卫星：150~350km。

4 地球资源遥感：屮高度、长寿命卫星：35（）?18（）（） km。包括：海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感、水

利遥感、环境遥感等。

丄通信和气象卫星：高高度、长寿命卫星：约36000 km。

5）按重量划分

巨型卫星：＞3.5吨。大型卫星:2?3.5吨。中型卫星：1?2吨。小型卫星：＜1吨。小型卫星又可细分为小卫星（0.5?1 吨）、超小卫星（0.1?0.5吨）、微型卫星（10?100公斤）、纳型卫星（小于10公斤）、皮型卫星（小于1公斤）和E 型卫星（小于100克）。

6）按显示形式划分

图像遥感。非图像遥感。

1.5遥感图像处理软件

美国:ERDAS、ENVL IDRISI （Taiga）；加拿大:PCI；澳大利亚:ER-Mapper；中国:TITAN Image o

第一章电磁波及电磁波谱

1）电磁波：交互变化的电场和磁场在空间的传播。

2）电磁波的特性：

（1）波动性：①是横波，具有波长、频率（周期）、振幅、相位、角频率等参数。②电磁波的波动性形成光的干涉、衍射、偏振等现象。

（2）粒子性：光电效应：光子作为一种棊本粒子，具有能量和动量。

电磁波谱序列：按波长递增的序列依次为：丫射线_X射线一紫外线一可见光一红外线一微波一无线电波。

近红外：0.76?3um,中红外:3-6u m,远红外：6-15um,超远红外：15-1000umo

任何温度高于绝对零度（即?273.15°C）的物体都能产生红外辐射，例如太阳、人地、云雾、冰块、建筑物、车辆等，由于其内部分子热运动的结果，都会产生红外辐射。人眼却无能感知红外辐射。

微波：波长在lmm-lm的波段范围内。该范围内nJ再分为：毫米波、厘米波、分米波。用特定的字母表示，如Ka, K, Ku, X, C, S, L, P o

电磁波传播的基本性质：

1）叠加2）干涉3）衍射

4）极化（偏振）

定义：横波在垂直于波的传播方向上，电场强度振动欠量偏于某些方向的现象。在微波技术中称为“极化”。极化波（偏振波）：电磁波在空间传播时，若电场矢量的方向保持固定或按一定规律旋转，这种电磁波便叫极化波。极化方向：极化电磁波的电场方向；极化面：极化方向与传播方向所构成的平面。

平面极化（也称线极化）：电磁波的极化方向保持在固定的方向上的极化。

水平极化和垂直极化都是平面极化的特例。

平面极化方式分为：（1）垂直（V ）极化：极化面为地面垂直的极 化

（2）水平（H ）极化：极化面与地面平行的极化。

极化的组合类型：HH 极化：发射波为水平极化，接收回波为水平 极化；

VV 极化：发射波为垂肓?极化，接收回波为垂宜极化。正交 极化： VH 极化：发射波为垂直极化，接收回波为水平极化。

HV 极化：发射波为水平极化，接收回波为垂直极化。 5）多普勒效应

电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播介质的运动，而使观察者接收到的频率发生变化的现象，称为多普勒效应。 物体的发射辐射

1） 绝对黑体（简称黑体）：对丁任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体。 2） 黑体辐射定律：普朗克定律、斯忒藩■玻尔兹曼定律、维恩位移定律

普朗克定律：在给定温度、单位时间、面积、波长范围内黑体的辐射通量密度为：

+273.15）,单位是 K 。

（1）斯忒藩?玻尔兹曼定律

与曲线下的面积成止比的总辐射通量密度W 是随温度T 的增加而迅速增加。总辐射通量密度W 可在从零到无穷人的 波长范围内。

2 5&4

普朗克公式积分，可得到从lcn?面积的黑体辐射到半球空间里的总辐射通量密度的表达式为：倂=厂1

=冈 o 为斯忒藩——玻耳兹曼常数5.6697Xl （） ,2

w/cm 2 3

K 4

, T 为绝对黑体的绝对温度（K ）。 15

（2）维恩位移定律

分谱辐射能量密度的峰值波氏随温度的增加向煎波方向移动。普朗克公式微分，并求极值。

ch

遥感辐射源： 辐射源：凡是能够产生电磁辐射的物体。

丄分为两大类：人工辐射源（主动遥感）和天然辐射源（被动遥感。 丄犬然辐射源：太阳和地球。 太阳辐射的特点：

（1）太阳光谱是连续的。（2）辐射特性与黑体基本一致。（3）主要能量集小在0.2-3 pm 紫外到中红外波段区间。

4 遥感最常用的波段为：0.32-1.15pm nJ*见光、红外波段等稳定耦射，占太阳对地面辐射总通量密度的85%以上。

Planck's Law

W(X) = 2 Tthc 1 ]

X 5 e^T

_ I

W （入）一分谱辐射通量密度，单位W/（cm2 -u m ）； 入一波长，单位是Um ； h —普朗克常数（6.6256 X 10-34J ? s ）； c —光速（3X1010cm/s ）； k —玻耳兹曼常数 （1.38X10-23J / K ）； T —绝对温度（绝对?温度=摄氏

-?.咒he? 5朮4

&- 1 + A 5

e srx f-

c"

丿

l 心丿

=0

"BT 2

沁

氧气：在v0.2 um、0.69 Pm、0.76 u m> 0.253 c m 和0.5 cm 处吸收都很弱。

散射的方式：主要冇米氏（Mie）散射、均匀散射、瑞利（Rayleigh）散射等。

散射类型：

介质中不均匀颗粒的直径a与入射波长X同数量级时，发生米氏散射。

介质中不均匀颗粒的直径a>>入射波长X时，发生均匀散射。

介质中不均匀颗粒的直径a小于入射波长X的十分Z—时，发生瑞利散射。

（3）大气窗口：

“大气屏障”：在人气中电磁波透过率很小，具至完全无法透过电磁波。

“人气窗口”：电磁辐射通过人气后衰减较小，透过率较高的电磁波段。

可以用作遥感的大气窗口：

0.32-1.15 um大气窗口：这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段，是遥感技术应用最主要的窗口之一。

1.3-

2.5 um大气窗口：属于近红外波段，主要应用于地质遥感。

3.5-5.O um人气窗口：属于屮红外波段，火灾、火山、核爆炸探测。

8-14 um大气窗口：热红外窗口，透射率为80%左右，属于地物的发射波谱。

1.0 mm-1 m 微波窗口。

反射波谱：

反射波谱：某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律。

反射波谱特性曲线：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，尤英是后两个波段。

地物的反射辐射

典型地物的反射波谱特性曲线（如何出题？）

1?城市道路、建筑物的反射波谱特性曲线

城市道路、建筑物的光谱反射特性

红外波段较可见光波段反射强

石棉瓦、水泥面较其他材料反射强沥青较其他材料反射弱

I O < d 0 7 0J

?K/um rofloct one o(*M>)

2 ?水体的反射波谱特性曲线

水体的光谱反射特性 蓝、绿波段为反射带 近、中红外波段为完全吸收带

水中含泥沙时，可见光波段反射率会增加 3 ?植被的反射波谱特性曲线 植被的光谱反射特性

蓝、红波段为吸收带（叶绿素吸收） 绿波段为弱反射带

近红外波段有强反射带，但含水量造成反射吸收（细胞散 射）

叶绿素：引起0.45 pm 、0.67 pm 为吸收带，0.55 pm 反 射峰。

植物含水量：引起1.45呵、1.95呵、2.7 gm 吸收带。 4 ?植被的反射波谱特性曲线 红边：一般为680-750 nm 波长范围内反射率光谱的一阶微分最人值对 应

的波长。

红边位移一一用于长势、产量和灾害程度等预测

红移：植株牛?长旺盛时，红边向长波方向移动儿个■十儿个纳米。

40? 20-

reflectance(%) 60 ? vegetation

We

40-

20- 8

7

6

5

z-

、 、

叶*貴含■恨低 in

wit 含■低 叶绿?仃

a 3 z

08

2 ￡ K

6 n

wo/ olortgt —i .a 1 6

1JB ' ' ' 2'o ' '

2 A 4

wavelenath(um)

蓝移：营养缺乏或病虫害吋，红边向短波方向移动几个-十几个纳米。 红边结构：红边用一定的曲线表示其结构，数学模型 植被指数：近红外和红光波段反射率的线性或非线性纽合 植被指数主要有：

比值植被指数RVI ： RVI=NIR/RED

归一化柏被指数 NDVI ： NDVI=(NIR-RED)/ (NIR+RED) 差值植被指数DVI ： DVI=NIR-RED

具屮，NIR 表示近红外波段反射率，RED 表示红光波段反射率。NDVI 是目前应用最广泛的一种植被指数。 5 ?土壤的反射波谱特性曲线

土壤的光谱反射特性

自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值。

土壤的反射波谱特性曲线受：土壤的机械组成(颗粒的粗细)、颜色、十-壤含水量、土壤类型等的影响。 土质越细反射率越间，有机 质及含水量越局反射率越低。 在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显。

植被、水体、土壤的反射波谱特性曲线：

reflectance(%) 60-

dry soil

40- ?一一-.

20-

第二章遥感平台及运行特点

轨道特征1：太阳/地球同步轨道

遥感卫星一般有两种绕地球E 行方式：(1)地球同步卫星：定点观测(2)太阳同步卫星：定期观测(圆形)

地球同步卫星：卫星的公转介速度和地球自转介速度相等。运动周期为23小时56分04秒，相对地球静止，可 以观测地球表面三分Z —的固定区域，在地球赤道上空约36000km,又称为静止卫星，或地球静止卫星。

太阳同步卫星：指卫星轨道血与太阳地球连线之间在黄道面内的交角，不随地球绕太阳公转而改变，使资料获得 时具有相似的照明条件。卫星绕地球南北极运行，乂称近极地太阳同步轨道卫星，简称极轨卫星。 轨道特征2：近圆形轨道

?使在不同地区获取的图像比例尺一致。?使得卫星的速度也近于匀速。?便于扫描仪用固定扫描频率对地面打嵋像， 避免造成扫描行Z 间不衔接的现彖。 轨道特征3：可重复轨道

?卫星每绕地面一圈，卫星进动修正后，地球赤道rfl 西往东旋转了约2866km,即第二条运行轨迹相对前一条运行轨 迹在地面上西移2866kmo

? 一天24小时绕地13.944圈，第14圈时已进入第二天，称为第二天第一条轨道，这一条轨道与前一天第--条轨道 Z 间 差

0.056圈，在地面上赤道处为159km 。 陆地卫星类Landsat (美国) (1) 传感器:

paj

4 an_q 0 、

vegetation

0.8

1.2

1.6

2.0 2.4 A wavelength(um)

near infrared middle infrared

water

0.7

1.1

1.5 1.9

2.3

波长/wn

反

射辜、

> Landsat-1 ?3：装载MSS 多光谱扫描仪(MultiSpectral Scanner),返束光导管(RBV： Return Beam Vidicon) 摄像机。

Vidicon：光导摄像管。

> Landsat-4： 1982 年：装有MSS, RBV, TM (Thematic Mapper：专题绘图仪)。

* Landsat-7： 1999年：装有MSS, RBV,采用ETM+ (增强■加型专题绘图仪)，增加了全色(pan)波段，分辨率为：15m。

4 全色(Panchromatic,简写：Pan)：对可见光范围内所有波长的光都敏觉的。

(2)特点

①轨道:太阳同步近圆形近极地轨道②平均高度:705km (Landsat4?5, 7), 915km (Landsat 1?3)。③重访周期: 周期16 天(Landsat4?5, 7), 18 天(Landsat 1 ?3)。④扌打描宽度：185km。⑤分辨率：30m (TM、ETM+： 1 ?5,

7）, 120m （TM： 6）, 60m （ETM+： 6）, 15m （ETM+： Pan）, 80m （RBV： 1, 2, 3； MSS： 4, 5, 6, 7）, 40m （RBV：Pan）, 240m （MSS： 8）。⑥轨道特点：太阳同步近极地、近圆形、可重复

SPOT （法国）

（1）传感器

从SPOT 1?3： HRV (High Resolution Visible)高分辨率可见光成像仪；

￡ SPOT4： HRVIR (High Resolution Visible and Infrared)高分辨率红外成像仪和(VEGETATION)植被成像装置。(也有缩写：VI, VGT)O

丄SPOT5：高分辨率儿何装置(HRG： High Resolution Geometry), (VEGETATION)植被成像装置，HRS (High Resolution Stereoscopic)高分辨率立体成像装置。

(2)特点

①轨道：太阳同步圆形近极地轨道，②平均高度：832km左右。③重访周期：26犬。④扌订描宽度：60km(HRV, HRVIR), 117km (HRS), 2250km (VI)。⑤分辨率：SPOT 1 ?4： 20m (MS), 10m (Pan)； SPOT5： 10m (HRG： MS, HRS：立体像对)，5m, 2.5m (HRG： Pan), 1.15km (VI)O

高光谱类卫星

多光谱(Multispectral)：几个到十几个光谱通道，光谱分辨率在入/10数量级范围(>10nm)。

高光谱(Hyperspectral):几十到几百个光谱通道，光谱分辨率在入/100数量级范围(l-10nm)。

超光谱(Ultraspectral):光谱分辨率在入/1000数量级范围(<0. 2nm) o

静止轨道气象卫星：乂称为高轨气象卫星，或地球同步轨道气象卫星极地轨道气象卫星：又称为低轨气象卫星，或太阳同步轨道气彖卫星小卫星主要特点：

重量轻、体积小研制同期短，成本低(一箭多星)

发射灵活，启用速度快，抗毁性强系统本身和有效载荷性能高

第三章遥感传感器及其成像原理

瞬时视场指在扫描成像过程，一个光敏探测元件通过望远镜系统投影到地面上的直径或边长。同义词：空间分辨率。0 =川f P在仪器设计时已经确定。

7d探测器尺寸(宜径或宽度)；f扫描仪焦距。

3.成像光谱仪

以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息的仪器。

基本上属于多光谱扫描仪，其构造与CCD线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪相同，区别仅在于通道数多，各通道的波段宽度很窄。

3.3.1微波遥感的基础

在微波遥感中，广泛应用L、C、X波段，有时也用P波段。

3.微波特点

(1)微波能在夜间工作，因此能全天候工作；

(2)对某些地物具冇特冇的波谱特征。如：微波波段冰、水的比辐射率悬殊，分别为0.4和0.99, nJ"以很好区分。对金属有强烈反射。

(3)微波对某些地物有穿透能力。如对冰、雪、森林、土壤等，可以探测林屮的军事目标、地下古墓等。L和P波比K或X波段更冇穿透力。对于森林，C波段波长较短，树冠就反射了，没冇穿透力；但其它较长波段，由于大于树叶不

影响传播。式中：H穿透深度；￡地物介电常数；。地物导电率

(4)微波遥感器可采用多频率、多极化、多视角方式工作，具有多普勒效应，从而获収目标的多种信息。

(5)可以记录口标的相位信息，通过相位差，确定两点间距离的方法。

(6)微波频率很高，在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，其信息容量大。

3.3. 2.1真实孔径雷达

?真实孔径雷达(RAD： Real Aperture Radar):以实际孔径天线进行工作的侧视雷达。

1.真实孔径雷达分辨率

分辨率：距离分辨率和方位分辨率。

距离分辨率：在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标的最小距离。

距离分辨率与俯角和脉冲宽度冇关。俯角越小，脉冲宽度越小，距离分辨率越高。但减小脉冲宽度，将使作用距离减小。为了保持一定的作用距离，这时需加大发射功率，造成设备庞大，费用昂贵。目前-?般采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率。

方位分辨率：指相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离。公式见PPT重要

合成孔径雷达(SAR： Synthetic Aperture Radar)：利用遥感平台的匀速前进移动，将小孔径的天线以一定的时间间隔发射脉冲信号，天线在不同位置接收回波信号的幅度和相位，起到大孔径天线的作用，提高方位分辨率的雷达。3. 3. 2. 3侧视雷达图像的几何特点

(1)垂直于飞行方向的比例尺垂直飞行方向(y)由星下点向外的比例尺：由小变大。

(2)变形——压缩与拉长造成山体前倾，朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长,

与中心投影相反。还会出现不同地物点重影现象。

(3)高差产生的投影差高差产生的投影差与中心投影影像投影差位移的方向相反，位移虽也不同。

(4)雷达立体图像的构像特点从不同摄站对同-?地区获取的雷达图像也能构成立体影像。

相干雷达(INSAR： Interference Synthetic Aperture Radar):利用SAR在平彳亍轨道上对同-哋区获収两幅(或两幅以上)的单视复数彫像來形成干涉，进而得到该地区的三维地表信息。

激光雷达(LASER： Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation): 达称为激光雷

达。

4.1图像的表示形式

?遥感图像的表示形式:遥感传感器记录地物电磁波的形式

?光学图像：胶片或其它光学成像载体形式数字图像：数字形式匸作在红外和可见光波段的雷

丄

口5?3xl0f

nl =

a

第四章遥感图像数字处理的基础知识

3.光学图像与数字图像的转换

?光学图像变成数字图像

>把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数

>空间坐标离散化一样

>幅度（光密度）离散化——量化

>整个过程称为图像数字化

4.2. 2存贮格式

?BSQ （Band SeQuential）:按照波段顺序依次记录各波段的图像

?BIL （Band Interleaved Line）:逐行按波段次序排列

?BIP （Band Interleaved by Pixel）:每个像元按波段次序交叉排序

3.1可见光与色彩

2.色彩概念

色调（H： Hue）：色彩相互区分的特性。

明度（L： Lightness）：光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉，范帼为从黑到白。

亮度（V： Value或I： Intensity）：颜色的相对明喑程度，范围为灰色部分，小于明度的范围。

饱和度（S： Saturation）：彩色浓淡的程度，即渗白程度

4.3. 2颜色视觉理论

互补色：若两种色光以适当地比例混合产牛口色或灰色，这两种颜色成为互补色。

例如红色光和青色光，绿与品红、蓝与黄互补色。

三原色：若三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，英中任一种都不能由其余两种颜色混合相加产生，这三种颜色称Z为三原色。

能量相同的加法三原色混合成白色。

例如：三原色：纟I：（R）、绿（G）、蓝（B）；橙，绿，紫。

4.3. 3. 2多波段彩色变换

?真彩图像：选择遥感影像的红、绿、蓝三个波段，对应赋予红、绿、蓝三种颜色，合成的彩色图像。

例：TM影像真彩合成波段：

R: 3 （0. 66口m）

G: 2 （0.56m）

B: 1 （0. 485 um）

?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。

山于三种颜色与遥感波段所代表的真实波段颜色不同，因此合成的颜色不是真实地物的颜色，这种合成称为假彩合成。

例：TM影像标准假彩合成：

方案1： R:4, G:3, B:2 （彩红外CIR）

方案2： R:4, G:5, B:3

总结：遥感彩色图像包括：真彩、假彩、伪彩（模拟真彩）。

第五章遥感图像的几何处理

5.2遥感图像的几何变形

本节主要讨论外部误差对图像变形的影响。此外把某些传感器特殊的成像方式所引起的图像变形，如全景变形、斜距变形等也加以讨论。主要讨论以下几个方面：

传感器成像方式引起的图像变形

传感器外方位元素变化的影响

地形起伏引起的像点位移

地球曲率引起的图像变形

大气折射引起的图像变形

地球自转的影响

5.3.2遥感图像的精纠正处理

?概念：消除图像中的儿何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。

?两个环节：

像素坐标的变换，即将图像坐标转变为地图或地面坐标; 坐标变换后的像素亮度值重采样。

控制点的选取

?地面控制点（GCP： Ground Control Point）:图像的配准以地面坐标在地图或遥感图像上相对应的点为匹配标准，这些对应的点称为地面控制点。

1）地面控制点数目的确定

>对二元n次多项式，控制点的最小数冃为：（畀+ 1）仇+ 2）/2

>实际工作表明：选取控制点的最少数据来校正图像，效果往往不好，特别是在特征变化人的地区，控制点的数II要远远多于最少控制点数。

2）地面控制点选取原则

>（1）图像上为明显的地物点，易于判读（道路交叉口、河流转弯处等）。

>（2）图像上均匀分布（图像的边缘部分选取控制点，尽量满幅均匀选取）。

>（3）数量要足够（特征变化大的地区，多选控制点）。

?目前的纠正方法主要有：

>多项式法

>共线方程法

>小面元纠正

灰度重采样（如何出题？计算题？？）

?（1）最近邻像元法（作业）

?（2）双线性内插法（作业）

?（3）双三次卷积法

5.4.1图像间的自动配准

步骤一：特征点提取。在多源图像上确定分布均匀，足够数量的图像同名点，这是图像配准的关键。

特征点的提取特征点的匹配

步骤二：几何纠正。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?幅图像的儿何纠正。

多项式纠正小面元纠止数字微分纠正

5.4.2数字图像镶嵌

?图像镶嵌：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图像。

?不同吋间同一传感器获取，也可以是不同时间不同传感器获取，但同时婆求镶嵌的图像Z间要有一定的重叠度。?实质就是几何纠正（前提）.

?镶嵌的关键：

（1）如何在几何上将多幅不同的图像连接在一起。

（2）如何保证拼接图像后没冇明显的接缝。

（3）如何保证拼接后图像亮度反差一致，色调相近。

图像的几何纠正

搜索镶嵌边（Polyline）,并确定镶嵌边方向（symbol）亮度和反差调整（颜色均衡化）

平滑边界线（羽化处理）

第六章遥感图像辐射处理

?辐射畸(ji)变：太阳辐射相同时，图像上像元辐射亮度值受多种因索的影响发牛改变，不能直接反映地表地物的真实的辐射亮度值，这部分变化，称为辐射畸变。

辐射误差

?传感器接收的电磁波能量包含三部分：

■太阳经大气衰减后照射到地面，经地面反射后，乂经大气笫二次衰减进入传感器的能量

■地面本身辐射的能量经大气后进入传感器的能量

■大气散射、反射和辐射的能量。

?遥感图像的辐射误差主要包括：

■传感器本身的性能引起的辐射误差

■地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差

■大气的散射和吸收引起的辐射误差基本概念

辐射定标和辐射校正是遥感数据定量化的最基本环节。

辐射定标：指传感器探测值的标定过程方法，用以确定传感器入口处的准确辐射值。

传感器辐射定标：指建立传感器每个探测单元所输出信号的数值量化值与该探测器对应像元内的实际地物辐射亮度值之间的定量关系。

辐射校正：指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输岀的辐射能量中的各种噪声的过程。

图像增强：为特定冃的，突出遥感图像中的某些信息，削弱或除去某些不盂要的信息，使图像更易判读。分类: 空间域和频率域的处理。

?直方图均衡：将随机分布的图像直方图修改成均匀分布的直方图。

?实质：是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像元值，使一定灰度范围内的像元的数量大致相等。

直方图匹配

?通过非线性变换使得一个图像的直方图与另一个图像直方图类似。

?密度分割：与在方图均衡类似。产生一个阶梯状杳找表，原始图像的灰度值被分成等间隔的离散的灰度级，每一级有其灰度值。

6.3图像平滑

?目的：在于消除各种干扰噪声，使图像屮高频成分消退，平滑掉图像的细节，使其反差降低，保存低频成分。

?邻域平均法低通滤波法

6.4图像锐化

?目的：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。

?图像锐化方法：空间域处理频率域处理

6.6多光谱增强

?1) K-L 变换

>从直观上看，就是不同波段的遥感图像很相似。因而从提取冇川信息的角度考虑，冇相当大一部分数据是多余和重复的°K-L变换的口的就是把原來多波段图像屮的有川信息集屮到数目尽可能少的新的图像中，使这些图像之间互不相关，包含的信息内容不重蒂，人人减少数据量。

?2) K-T 变换

>K-T变换是Kauth-Thomas变换的简称，又形象地称为“缨帽变换” (Tasseled Cap),穗帽变换。是1976 年Kauth和Thomas根据MSS数据研究多光谱信息与自然景观要素特征间的关系而建立的一种线性变换，它使处标空间发生旋转，但旋转后的坐标轴不是指向主成分的方向，而是指向另外的方向，这些方向与植物牛长过程和土壤有关。这种变换既可以实现信息压缩，又可以帮助解译分析农业特征。

6.7图像融合

图像融合: 将多源遥感图像按照一定的算法, 在规定的地理处标系, 牛成新的图像的过稈。

?融合的目的：从不同的遥感图像中获得更多有用的信息，补充单一传感器的不足。

不同传感器遥感数据融合方法

?加权融合

?基于HIS变换的图像融合

?基于主分量变换的图像融合

?基于小波变换的图像融合

?比值变换融合

?乘积变换融合

?基于特征的图像融合

?基于分类的图像融合

基于HIS （HSV）变换的图像融合

1.待融合的全色图像和多光谱图像进行几何配准，并将多光谱图像重采样与全色分辨率相同。

2.将多光谱图像变换转换到HIS空间。

3.对全色图像r和HIS空间中的亮度分量I进行直方图匹配。

4.用全色图像I'代替HIS空间的亮度分量，即HIS->Hr So

5.将HI' S逆变换到RGB空间，即得到融合图像。

第七章遥感图像判读

2.传感器特性的影响

?几何分辨率

?辐射分辨率

?光谱分辨率

?时间分辨率

几何分辨率

?空间分辨率：传感器瞬时视场（像元）内所观察到地面的大小。（地面分辨率）

?几何分辨率：能分辨出的最小地物的大小。几何分辨力=3倍空间分辨力

?影像分辨率：地面分辨率在不同比例尺的貝体影像上的反映。

影像分辨率

?影像分辨率随影像的比例尺不同而变化。

辐射分辨率

?传感器区分两种辐射强度最小差别的能力

?传感器的输出包括信号和噪声两大部分。如果信号小于噪声，则输出的是噪声。如果两个信号之差小于噪声, 则在输出的记录上无法分辨这两个信号。

?辐射分辨率用等效噪声功率衡量。

光谱分辨率

光谱探测能力，包括：传感器总的探测波段的宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔。

波段太多，输出数据量太大，加大处理工作量和判读难度。

最住探测波段，是指这些波段屮探测各种目标之间和目标与背呆之间，有最好的反差或波谱响应特性的差别。

时间分辨率

定义：我们把传感器对同一冃标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔成为遥感图像的时间分辨率。

第八章遥感图像自动识别分类

特征变换——将原有的m量值集合通过某种变换，然后产牛n个（nWm）特征特征选择——从原有的m个测量值集合中，按某一准则选择出n个特征

>常用的特征变换：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。

（1）对训练样区的要求

>准确性、代表性和统计性。

?准确性：要确保选择的样区与实际地物一致；

?代表性：所选样区为某一地物的代表，还要考虑到地物木身的复杂性，反映同类地物光谱特性的波动情况；?统计性：指选择的训练样区内必须有足够多的像元，以保证山此计算出的类别参数符合统计规律。

监督分类的缺点

>主观性

>由于图像中间类别的光谱差异，使得训练样本没冇很好的代表性

>训练样本的获取和评估花费较多人力吋间

>只能识别训练中定义的类别

>非监督分类分类方法：

?K-均值聚类法

?1S0DATA算法聚类分析

?平行管道法聚类分析

非监督分类特点

>优点：

?不需要预先对所分类别的区域有广泛的了解，需要用一定的知识来解禅得到的集群组；

?人为误差的机会减少；

?量小的类別能被区分。

>缺点：

?得到的集群组类别不一定对应分析者想要的类别；

?难对产生的类别进行控制；

?不同图像Z间的对比困难。

& 5非监督分类和监督分类的结合

监督分类和非监督分类方法的比较

>监督分类和非监督分类的根本区别在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识。监督分类必须建立训练场。和比之下，非监督分类方法简单，且分类具有一定的精度。

>当光谱特征能够和唯一地物类型相对应时，非监督分类可取得较好的分类效果。当两个地物类型对应的光谱特征类差异很小时，监督分类效果较好。

监督分类与非监督分类的结合

具体可按以下步骤进行：

（1）选择一些有代表性的区域进行非监督分类。这些区域尽可能包括所有工作区的地物类别。

（2）获得多个聚类类别的先验知识。这些先验知识的获取可以通过解译和实地调査来得到。聚类的类别作为监督分类的训练样区。

（3）特征选择。选择最适合的特征图像进行后续分类。

（4）使用监督法对整个影像进行分类。根据前几步获得的先验知识以及聚类后的样本数据设计分类器。并对整个影像区域进行分类。

（5）输出标记图像。由于分类结束后影像的类别信息也已确定。所以可以将整幅影像标记为相应类别输出。

（5）海平血处的太阳辐射照度分布曲线与大气层外的曲线有很大不同，这主要是地球大气层对太阳辐射的吸收和散射造成的。

3大气对太阳辐射的吸收、散射及反作用

在紫外、红外与微波区，电磁波衰减的主要原因是大气吸收，造成遥感影像暗淡

主要成分：水、臭氧、二氧化碳、氧气

大气对?紫外线有很强的吸收作用，遥感中很少用紫外波段。

水蒸气：对电磁辐射的吸收最显著。主耍吸收峰为1.38 pm、1.87 pm、2.7pm、6.3 pm> 15 pim-1 mm间的超远红夕卜区，

以及微波中0.164 cm和1.348 cm处。

臭氧：主要吸收带v0.3 um、在9.6 um、4.75 口m和14 口m处冇弱吸收。

二氧化碳：主耍吸收峰为2.7 um、4.3 ?m、10.0 Um、14.4 Um,以及全在红外区。