遥感考完必背知识

遥感考前必背知识

第一章.绪论

1. 遥感的基本概念

遥感是应运探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标物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。

2. 简述遥感探测系统的几个部分

①被测目标的信息特征。任何目标物都有发射、反射和吸收电磁波的性质，这是遥感的信息源。②信息的获取。我们通常采用传感器或遥感器来接收、记录目标物电磁波，而装载传感器的平台为遥感平台，常见的有地面平台、空中平台、空间平台。③信息的传输与记录。传感器接收到目标物的电磁波信息是记录在数字磁介质上或胶片上。④信息的处理。我们接收到的遥感数字信息，需要进行一系列的处理，如信息恢复、辐射校正、投影变换再转换为用户可以使用的数据格式。⑤信息的应用。对图像的处理与分析。

3. 简述遥感的类型

①按遥感平台分

地面遥感

传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等；

航空遥感

传感器设置于航空器上，主要是飞机、气球等；

航天遥感

传感器设置于环地球的航天器上，如人造地球卫星、航天飞机、空间站、火箭等；

航宇遥感

传感器设置于星际飞船上，指对地月系统外的目标的探测

?按传感器探测波段分

?紫外遥感：探测波段在0.05 ~ 0.38μm

?可见光遥感：探测波段在0.38 – 0.76 μm

?红外遥感：探测波段在0.76 - 1 000 μm

?微波遥感：探测波段在1 mm ~ 10m；

?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

?主动遥感

?由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号；

?被动遥感

?传感器被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。

?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；

?非成像遥感

?传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。

?按应用领域分

?从大的研究领域可分为

1外层空间遥感2大气层遥感3陆地遥感4海洋遥感等；

4. 简述遥感的特点。

?大面积的同步观察。遥感平台不受地形的限制，视角越宽广，可以同步观测到的地面范围就越大。

?时效性（重复观测时间短）。可以在短时间内对同一地区进行重复探测，发现事物的动态变化。提高了观测的实效性。

?数据的综合性和可比性。利用遥感获得的地物电磁波数据可以反映地球上许多自然、人文信息，红外遥感昼夜均可探测，微波遥感可以全天时全天候探测，我们可以有选择的提取自己所需的信息。传感器和信息记录都可以向下兼容，数据具有可比性。

?经济性

节省人力、物力、财力、时间，具有很高的经济效益与社会效益。

局限性

现在我们利用的电磁波还很有限，仅是其中的几个波段范围，故在电磁波谱中，有许多波段的范围有待开发。

第二章电磁辐射与地物光谱特征

常见可见光波段范围。

1. 黑体的概念？

?如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，既没有反射，也没有透射，则这个物体是绝对黑体。

2.大气对辐射的影响？

大气吸收。大气主要成分为分子和其他微粒。大气分子对电磁波的某些波段有吸收作用。其他微粒也有吸收作用，但不起主导作用。

大气散射。辐射在传播过程中，遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。使得原来传播方向的辐射强度减弱，而增强了其它各个方向的辐射，二次影响并增加了信号中的噪声成分，降低了RS的质量。

3.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。

①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射。散射率与波长的四次方成

着波长变短而迅速增大）.②米氏散射（当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。大气云层中，小雨滴的直径相对其他微粒最大，对可见光只有无选择性散射发生，云层越厚，散射越强，而对微波来说，微波波长比粒子的直径大很多，则又属于瑞利散射的类型，散射强度与波长四次方成反比，波长越长散射强度越小，所以微波才有可能有最小散射，最大透射，而被成为具有穿云透雾的能力。

4.大气窗口

窗口是选择遥感工作波段的重要依据。常见的大气窗口波段为：

紫外、可见光、近红外波段。0.3-1.3 μm

近、中红外波段。1.5-1.8 μm 和2.0-3.5 μm ，是白天日照条件好时扫描成像的常

用波段。

中红外波段3.5-5.5 μm ，该波段除了反射外，地面物体也可以自身发射热辐射

能量。

远红外波段8-14 μm 。主要通透来自地物热辐射的能量，适于夜间成像、

微波波段0.8-2.5 cm ，全天候观测，而且是主动遥感方式，如侧视雷达。

5.什么是地物反射波谱曲线？几类常见地物反射波谱特性.

地物反射波谱曲线：研究可见光至近红外波段上地物反射率随波长的变化规律，表示方法，一般采用二维几何空间内的曲线表示，横坐标代表波长，纵坐标代表反射率。

1．植物：a.在可见光的0.55μm （绿）附近有一个小反射峰，在0.45μm

（蓝）和0.67μm （红）附近有两个明显的吸收带。b.在0.7～0.8μm

是一个陡坡，反射率急剧增高，在近红外波段0.8～1.3μm 之间形成

一个高的，形成反射峰。c.以1.45μm 、1.95μm 和2.7μm 为中心是

水的吸收带。

2.土壤：没有明显的波峰波谷，土质越细反射率越高，有机质含量越高含

水量越高，反射率越低3. 水体：反射主要在蓝绿波段，其它波段吸收都

很强，近红外吸收更强。水中含泥沙时，可见光波段反射率会增加，峰值

出现在黄红区。水中含叶绿素时，近红外波段明显抬升。4. 岩石：形态

各异，没有统一的变化规律。岩石的反射波谱曲线受矿物成分、矿物含量、

风化程度、含水状况、颗粒大小、表面光滑程度、色泽等影响。

第三章 遥感成像原理与遥感图像特征

1.极地轨道

高度800~1600km 南北向绕地球运转，依次对东西宽约2800km 的带状地域进行观测。 地球同步轨道

高度为36000Km ，绕地球一周24h ,卫星公转与地球自转角速度相等，为静止卫星。观测到地球1/4的面积，由4颗卫星形成空间检测网对某一地区实施20~30分钟获取一次资料

2. 摄影像片的几何特征

①垂直摄影

摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在3度以内,取得的像片称水平像片或垂直像片。 ②倾斜摄影

摄影机主光轴偏离垂线大于3度,取得的像片称倾斜像片.

③垂直摄影像片的几何特征

A. 中心投影

物体通过物镜中心投射到承影面上，形成透视影像。

B. 像片的比例尺

C. 像点位移

地形起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片位置上的移动。

3.

瞬时视场角

扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目标地物的电磁波辐射，限

制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角，即扫描仪的空间分辨率。是从传感器的角度来说，体现了空间分辨率的大小。

总视场角

扫描带的地面宽度称总视场。扫描带对应的地面宽度。

4.微波遥感的特点

①全天候、全天时工作

②对冰、雪、森林、土壤等具有一·定穿透能力

?可用来探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事目标，以及埋藏于地下的工

程、矿藏、地下水等。

③对某些地物具有特殊的波谱特征

?许多地物间，微波辐射能力差别较大，可以较容易地分辨

?在微波波段中，水的比辐射率为0.4，而冰的比辐射率为0.99。

④对海洋遥感具有特殊意义

微波对海水特别敏感，其波长很适合于海面动态情况(海面风、海浪等)的观测。

⑤提高分辨率较低，但特性明显

5.遥感图像的特征

①遥感图像的空间分辨率。像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场

②遥感图像的波普分辨率。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

③遥感图像的辐射分辨率。是指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差

④遥感图像的时间分辨率。指对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频

率

第四章遥感图像处理

1.三原色

若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。

2.数字图像

是指能够被计算机存储、处理和使用的图像。

3.为什么要进行辐射校正？

进入传感器的辐射强度反映在图像上就是亮度值(灰度值)。辐射强度越大，亮度值(灰度值)越大。

?影响像元亮度值（Digital Number，DN）的因素

①太阳辐射照射到地面的辐射强度

②地物的光谱反射率

③辐射畸变

?传感器仪器本身产生的误差

?在数据生产过程中，由生产单位根据传感器参数进行校正?大气对辐射的影响

那么我们只需考虑大气影响造成的变形。

进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收，散射和透射，其中对传感器接收影响较大的是吸收和散射，在没有大气存在时，传感器接收的辐照度，只与太阳辐射到地面的辐照度和地物反射率有关。由于大气的存在，辐射经过大气吸收和散射，透过率小于1，从而减弱了原信号的强度。

减少了图像的对比度，使原始信号和背景信号都增加了因子，使得图像质量下降。

?对大气影响的纠正是通过纠正辐射亮度的办法实现的，称作辐射校正。

?校正方法

①直方图最小值去除法（Dark pixel extraction）在于一幅图像中总可以找到某

种或某几种地物，其辐射亮度或反射率接近0

实际上这些位置的像元亮度不为零。这个值就应该是大气散射导致的程辐射

度值。

②回归分析法(linear regression)

4.为什么要进行几何校正，图像变形，为什么会变形？

引起遥感影像位置畸变的原因是什么？如果不作几何校正，遥感影像有什么问题？如果作了几何校正，又会产生什么新的问题？遥感影像变形的原因:①遥感平台位置和运动状态变化的影响：航高、航速、俯仰、翻滚、偏航。②地形起伏的影响：产生像点位移。③地球表面曲率的影响：一是像点位置的移动；二是像元对应于地面宽度不等④大气折射的影响：产生像点位移。⑤地球自转的影响：产生影像偏离。如果不作几何校正，遥感图像则有在几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等。有时根据遥感平台的各种参数已做过一次校正，但仍不能满足要求，就需要作遥感影响相对于地面坐标、地图投影坐标系统的配准校正，以及不同类型或不同时相的遥感影响之间的几何配准复合分析，以得到比较精确的结果。

5.控制点选取原则

A.控制点应选取图像上易分辨且较精细的特征点.

?如道路交叉点、河流弯曲或分叉处、海岸线弯曲处、湖泊边缘、飞机场、城

廓边缘等。

B.特征变化大的地区应多选些控制点。

C.图像边缘部分一定要选取控制点，以避免外推。

D.尽可能满幅均匀选取.

6.遥感图像增强的主要内容：

对比度变换、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换

I．对比度变换

含义：是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。用的方法：线性变换（含分段线性变换）和非线性变换。（根据变换函数的不同）

图1.图像对比度拉伸，亮度范围扩大

图2 。低亮压缩。高亮也压缩，中间部分亮度扩大。

常用的非线性变换的函数

指数变换

亮度值较高的部分，扩大亮度间隔，属于拉伸，亮度

值较低的部分，缩小亮度间隔，属于压缩）

对数变换

亮度值较低的部分拉伸，亮度值较高的部分压缩

空间滤波含义：通过像元与其周围相邻像元的关系，采用空间域的邻域处理方法（开窗卷积运算），以重点突出图像上某些特征的图像处理方法

常用算法：平滑、锐化。平滑的效果：去除尖锐“噪声”、平缓图像亮度。锐化的效果：突出边缘和线状目标或某些亮度变化率大的部分。

?多光谱空间（特征空间）

是一个n维坐标系，每一个坐标轴代表一个波段，坐标值为亮度值，坐标系内的每一个点代表一个像元。像元点在坐标系中的位置可以表示成一个n维向量.

K—L变换的特点

①变换后的主分量空间坐标系与变换前的多光谱空间坐标系相比旋转了一个角度。而

且新坐标系的坐标轴一定指向数据信息量较大的方向。

②第一主分量集中了最大的信息量，常常占80％以上。第二主分量、第三主分量的信

息量依次很快递减，到了第n分量，信息几乎为零。最后的分量几乎全是噪声。K—L变换的应用

(1)数据压缩

(2)图像增强K—L变换后的前几个主分量，信噪比大，噪声相对小，因此突出了主

要信息，达到了增强图像的目的。

图像融合（image fusion

第六章

1.◇监督分类

含义:从研究区域选取有代表性的训练场地（训练区）作为样本，根据样本，通过选择特征变量或参数，建立判别函数，据此对样本像元进行分类，依据样本类别的特征来识别其它像元的归属类别。

2.非监督分类

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。

比较监督分类与非监督分类的优缺点。根本区别在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识。监督分类的关键是选择训练场地。监督分类法优点是：简单实用，运算量小。缺点是：受训练场地个数和训练场典型性的影响较大。受环境影响较大，随机性大。训练场地要有代表性，样本数目要能够满足分类要求。此为监督分类的不足之处。非监督分类优点是：事先不需要对研究区了解，减少人为因素影响，减少时间，降低成本。不需要更多的先验知识，据地物的光谱统计特性进行分类。缺点是：运算量大。当两地物类型对应的光谱特征差异很小时，分类效果不如监督分类效果好。

? 3.纯像素

?一个像素内只包含一种地物。

?它的亮度值代表该种地物的光谱特征。

?混合像素

?像素内包括两种或两种以上地物

? 像素亮度值两种或两种以上地物的光谱特征。

第七章

1 、水体的光谱特征是什么？水体识别包括哪些内容？水体的光谱特征是：水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别在近红外波段，吸收更强。但当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。水中含泥沙时，可见光波段反射率会增加，峰值出现在黄红区。水中含叶绿素时，近红外波段明显抬升。水体识别的内容包括：（１）水体界限的确定；（２）水体悬浮物质的确定（泥沙的确定和叶绿素的确定）；（4）水温的探测；（5）水深的探测；（6）水体污染的探测。

2. 比值植被指数 NIR 代表遥感影像中近红外波段的反射值

R 为遥感影像中红光波段的反射值。

归一化植被指数

3.何为高光谱遥感？与传统遥感手段有何区别？

答: 高光谱遥感：是高光谱分辨率遥感的简称。它是在电磁波的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。

区别：（1）高光谱遥感的成像光谱仪可以分成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息；（2）每个波段宽度仅小于10nm ；（3）所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线；（4）光谱覆盖范围可从可见光到热红外的全部电磁辐射波谱范围。

4.RS 在3S 中的作用

遥感技术能够动态的、周期性的获取地表信息，广泛的应运在各个领域。

A 。GIS 数据库的数据源

遥感数字图像可以作为GIS 数据库中一种重要的数据源，从遥感图像中可以获取不同的专题数据，更新GIS 数据库中的地学专题图。同时，遥感技术能够以低廉的价格快速获取各种遥感数字图像。

B 。利用遥感数字影像获取地面高程，更新gis 中高程数据

第五章

? 5.1.1 遥感图像目标地物识别特征（解译标志）

① 色调(tone) 遥感图像中从白到黑的密度比例

② 颜色(color) 是彩色图像中目标地物识别的基本标志

③ 阴影(shadow) 遥感图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子

④ 形状(shape) 目标地物在 遥感图像上呈现的外部轮廓

⑤ 纹理(texture) 也叫内部结构，指遥感图像中目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构 ⑥ 大小(size) 遥感图像上目标物的形状、面积与体积的度量。

⑦ 位置(site)

指目标地物分布的地点 R

NIR

RVI =R

NIR R NIR NDVI +-=

⑧图型(pattern)目标地物有规律的排列而成的图形结构

⑨相关布局(association)多个目标地物之间的空间配置关系

2.遥感摄影像片的解译

间接解译标志

A.目标地物与其相关指示特征

?例如，像片上河流边滩、沙嘴和心滩的形态特征是确定河流流向的间接解译

标志。像片上呈线状延伸的陡立三角面地形，是推断地质断层存在的间接标

志。

B.地物与环境的关系

?寒温带针叶林的存在说明该地区属于寒温带气候。

C.标地物与成像时间的关系

?了解成像时间，有助于对目标地物的识别。

?例如，东部季风区夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，土壤含水量因此

具有季节变化，河流与水库的水位也有季节变化。

⑴可见光黑白像片和黑白红外像片解译解译

?色调

?反射率高的地物，呈现淡白色调；

?反射率低的地物，呈现暗灰色调。

⑵热红外像片的解译

?热红外像片记录了地物发射热红外线的强度。

?地物热辐射强度不同，在像片上具有不同的色调和形状构像

?色调

?是地物亮度温度的构像。深色调代表热辐射能力弱，浅色调代表热辐射能力

强

?形状与大小

?物体的“热分布”形状不是它的真正形状（高温目标的热扩散可导致物体形状

扩大变形）。

?地物的形状和热辐射特性影响物体在热红外像片上的尺寸。

?阴影

?热红外影像上的阴影是目标地物与背景之间辐射差异造成的。

?阴影类型

?冷阴影

?暖阴影

3.TM、ETM+影像的主要应用范围

地形起伏对侧视雷达图像的影响

?雷达采用斜距测量，地形起伏产生投影位移，造成距离向的缩短效应（Foreshortening），山坡长度在影像上产生收缩；

?在特定入射角度时，还会产生延伸效应（1ayover），山坡长度被夸大。

?地形起伏移位现象的存在，既增加了微波影像解译的难度，也为产生雷达影像视差提供了基础。

?微波影像解译标志

?解译标志【1】色调：雷达回波强度在微波影像上的表现，主要依赖于地物目标的后向散射特性，强，色调浅，反之深；【2】阴影：微波影像上出现的无回波区，由于雷达和目标地物之间存在障碍物阻挡了雷达波传播造成的。阴影特征：形状，大小，方向，色调；【3】形状：指目标轮廓或外形的雷达回波在微波影像上的构像，自然地物的轮廓形状不规则，人造地物一般有规则的几何形状；【4】纹理：指微波影像上周期性或随机性的色调变化。有微细纹理（大多数雷达系统固有的一种影像特征，是多雷达信号衰减进行抽样统计处理产生的，而不是由相对平坦地面上的植被引起

的）；中等纹理（由若干分辨单元空间排列的不均匀性或者是更多分辨单元横跨了

若干微细纹理单位而产生的，它的组成与植物群落内的结构、个体空间分布有关);

大纹理（指地形结构特征，它的排列是地质地貌解译的关键因素）。【5】图型：是某一群落各个要素在空间排列组合的构象，因土壤、植被、地表温度状况以及地貌

要素形状不同而不同。

6、SPOT图像特点？

答：最突出的两个特点：【1】具有高的地面分辨率，全色图像地面分辨率为10m，多光谱辨率为20m；【2】可利用两个线性列阵探测器分别从不同角度对目标观测，获取统一地区的立体图像。

应用范围：

主要任务：监测自然资源分布，特别是监测农业、林业和矿产资源，观测植被生长状况啊和农田含水量，对农作物进行估产，了解城市建设和城市土地利用状况。

1）波段一（0.50-0.59）：绿色：以叶绿素反射曲线次高峰（0.55）为中点，可区分植被类型和评估作物长势；对水体有一定探测能力，可区分人造地物类型；

2）波段二（0.60-0.69）：红色：叶绿素反射率低，依此识别农作物类型；地质解译，识别石油带、岩石与矿物；

3）波段三（0.79-0.89）:近红外：叶绿素反射率高，依此区分植被类型，监测作物长势；

绘制水体边界；探测土壤含水量；

4）波段四（1.5-1.75）：短波红外：探测植物含水量、土壤湿度，区别云与雪；

5）全色波段（0.51-0.73）：分辨率为10m。用于调查城市土地利用、区分城市主干道、识别大型建筑物，了解城市发展状况。

5.TM图像的特点。

答：TM图像时专题绘图仪获取的图像。

【1】光谱分辨率方面：采用7个波段来记录遥感获取的目标地物信息，与MSS图像比较，增加了三个新波段，即蓝色（蓝绿）波段、短波红外波段、热红外波段；

【2】辐射分辨率上：采用双向扫描，改进了辐射测量精度，目标地物模拟信号经模/数转换后，以256级辐射亮度来描述不同地物的光谱特性。一些在MSS中无法察觉出的地物电磁波辐射中的细小变化，可以在TM波段内观测到。

【1】地面分辨率上：TM瞬时视场角对应的地面分辨率为30m（第6波段除外）。

TM图像主要应用范围：

1）波段一：蓝色（0.45-0.52）：对水体有透射能力，能够反射水下特征，可以区分土壤和植被、编制森林类型图、区分人造地物类型；

2）波段二：绿色(0.52-0.60)：探测健康植被绿色反射率、可以区分植被类型和评估作物长势，区分人造地物类型，对水体有一定透射能力；

3）波段三：红色(0.63-0.69)：可测量植物绿色素吸收率，并以此进行植物分类，区分人造地物类型；

4）波段四：近红外(0.76-0.90)：测定生物量和作物长势，区分植被类型，绘制水体边界、探测水中生物的含量和土壤湿度；

5）波段五：短波红外(1.55-1.75)：探测植物含水量以及土壤湿度，区别云与雪；

6）波段六：热红外(10.4-12.5)：探测地球表面不同物质的自身热辐射的主要波段，可用于热分布制图，岩石识别和地址探矿等方面；

7）波段七：短波红外(2.08-2.35)：探测高温辐射源，如监测森林火灾、火山活动等，区分人造地物类型。