遥感期末知识点

——内江师范学院

遥感：是通过不接触被探测的目标，利用传感器获取目标数据，通过对数据进行分析，获取被测目标、区域和现象的有用信息。

遥感分类：按平台高度分为航空、航天和地面测量；按遥感波段分为光学和微波；按成像信号能量来源分为被动式和主动式；按应用分为多种，从空间尺度分为全球遥感、区域遥感和局地遥感，从地表类型分为海洋遥感、陆地遥感和大气遥感，从行业分为环境遥感、农业遥感、林业遥感、水文遥感和地质遥感等。

航天遥感目前的另外一个发展趋势是小卫星。小卫星：主要是指体积小、重量轻和功能单一的卫星，使用小火箭或搭载发射，研制周期短，卫星成本大为降低。

EOS计划的目标，主要是科学认识全球尺度范围内整个地球系统及其各圈层之间的相互作用及其作用机理等，进而预测未来10年到1个世纪地球系统的变化及其人类的影响。EOS计划的主要特点：①一个史无前例的规模巨大的国际综合性空间计划；②计划的提出和实施过程都以科技研究为先导；③EOS是空间、遥感、电子和计算机等世界领先技术的最高水平的集中体现。

地物的空间特征：①现状特征②点状特征③面特征

构成地物的十项基本特征即为尺寸、形状、阴影、色调/颜色、纹理、图案、高程/深度、地形/地势、位置和相关布局。

辐射亮度与方向无关的辐射源就是漫辐射源

介质的固有光学特性可以由吸收系数和体散射相函数来决定。但截至目前在遥感中的大多数地物波普库中，几乎没有包含介质的固有光学特性。

大气散射包括大气分子的锐利散射和大粒子气溶胶的米氏散射。

到达地面的辐照度主要有以下几个影响因素：①太阳直射辐照度；②天空漫射辐照度；③地表与大气之间的多次散射漫射辐照度。

均匀一致朗伯地物的地表与大气信号：观测像元的经大气光束衰减后的地表反射信号，大气对太阳光的散射信号，和周围像元的信号贡献。

航空遥感的特点：①可以居高临下地观察②可以记录动态现象③扩大了光谱感应范围④可以提高空间分辨率和几何保真

航天遥感的用途：①对太空飞行器上装载的遥感器进行模拟实验，辩证其可靠性和有效性，如MAS和MODIS的航空模拟遥感器。

航空遥感平台分类：①低空平台：飞行高度在2000m一下，对流层下层飞行的航空器。②中空平台：飞行高度在2000~6000m左右、对流层中层飞行的航空器。③高空平台：飞行高度在12000m以上、对流层顶部同温层下层飞行的航空器。

航片类型:航空像片按倾角可分为垂直摄影和倾斜摄影航片。将倾角小于3°的均匀称为垂直摄影，将垂直摄影得到的航片称为水平航片。水平航片上的地物影像，一般与地物顶部形状基本相似，航片各部分比例尺大致相同。

目前我国常用的航片像幅有18cm*18cm、23cm*23cm和30cm*30cm3种。在航片四边，通常印有摄影状态的记录，有框标、像主点、压平线、水准器、时表、焦距、航摄地区编号和像片编号。除此之外，在航片底边还有灰阶，即标有标准密度值的一系列按某一密度值递增的中性灰密度系列，它反映了该胶片对细部的表达能力和对地物反差和辐射水平的表达范围航空像片是中心投影，地形图是垂直投影。中心投影和垂直投影的区别：①投影距离的影响②投影面倾斜的影响③地形起伏的影响

航片上某一线段长度与地面相应线段长度之比，称为航片比例尺。

航高一定时，焦距越大，航片比例尺越大。

相比于航空遥感，航天遥感具有以下优势：①具有更大的覆盖面积②“再访”观测能力③地面特征的定量测量④半自动处理和分析能力⑤相对低成本效益

与地面运动的物体一样，卫星的运动状态也可以用一系列参数来描述。而建立适当的坐标系是确定各个参数的参照基础。常用的坐标系为赤道坐标系。

赤道坐标系是取赤道面为基准面，以地球自转轴和从地心指向春分点的直线为坐标轴所构成的坐标系。

轨道的形状一般可分为圆（近圆）轨道和椭圆轨道。

根据轨道倾角的大小可以分为顺行轨道、逆行轨道、赤道轨道和极地轨道。极地轨道是指卫星轨道通过地球两极，但是严格意义的极地轨道较少，而是多采用近极地轨道，即轨道平面与地球自转轴的夹角略小于90°，具有合适偏角的近极地轨道卫星借助“再访”能力几乎覆盖全球地表。

太阳同步轨道：该轨道上的卫星和太阳夹角是固定的，其可以满足卫星每次以相同太阳时和高度经过地面上同一点，这样就可以保证遥感器每次对地观测时，地物具有同样的太阳辐射。地球同步轨道：一天绕地球一周，并能够回到原来位置，周期与地球自转相同。如果倾角为0°，即为地球静止轨道。当轨道周期为地球自转周期的整数分之一时称为准同步轨道。

在航天遥感中，扫描系统常采用挥帚式扫描、推扫式扫描和中心投影三种方式。

①挥帚式扫描方式：又称为光机扫描或物面扫描，其原理是在卫星运行的侧向上，利用扫

描镜的来回旋转以反射来自不同位置的地物信息，入射波谱被光学分光计分离成若干较窄波段，再感应相应的探测器产生不同的电信号并被放大记录在多波段的记录设备中。

②推扫式扫描方式：用广角光学系统，在整个视场内成像。它利用卫星的前向运动，借助

于与飞行方向垂直的“扫描”线记录，而构成二维图像，也就是通过卫星与探测器成正交的移动获得的二维信息。具体地说，就是通过仪器中的广角光学系统-------平面反射镜采集地面辐射能，并将之反射到反射镜组，再通过聚焦投射到焦平面的阵列探测元件上。CCD为一种固态光电转换元件。

线性阵列的推扫式扫描方式较挥帚式扫描方式具有以下优点：①线性阵列系统可以为每个探测器提供较长的停留时间，以便更充分地测量每个地面分辨单元的能量。因此，它能够有更强的记录信号和更大的感应范围，增加了相对信噪比，从而得到更强的空间分辨率和辐射分辨率。②记录每行数据的探测元件间有固定关系，且它消除了因扫描过程中扫描镜速度变化所引起的几何误差，具有更大的稳定性。因此，线性阵列系统的几何完整性更好，几何精度高③CCD是固态微电子装置，一般它们体积小、重量轻和耗能低④没有挥帚式扫描的机械运动部件，线性系统稳定性更好，且结构的可靠性高，使用寿命更长。

推扫式扫描也有固有的问题：①大量探测器之间灵敏度的差异，往往会产生带状噪声，需要进行校准；②CCD探测器灵敏度多限于可见光和近红外，更长波段的探测受到限制；③推扫式扫描的总视场一般小于挥帚式扫描。

遥感数字图像数据常以不同的数据格式存在在磁带或光盘中，主要有BSQ、BIL、BIP、HDF 和行程编码。

图像校正和恢复主要包括图像的几何校正、辐射校正和噪声消除3个方面。

几何校正：几何畸变常常来源于传感器平台的维度、高度、速度的变化，并受到诸如全景畸变、地球曲率、大气反射、地形的高低以及传感器的IFOV（瞬时视场角）早扫描过程中所具有的非线性特征等多种因素的影响。几何校正的目的就是纠正这些因素导致的畸变，以使校正后的图像具有最大的几何精度。在几何校正中，经常采用最近邻法、双线性内插法或三次卷积法对图像重采用来实现几何校正。

在大多数应用中，通常需要进行太阳高度角校正、日地距离校正和大气纠正。

目前，消除条带噪音常用的方法有：矩匹配法、直方图匹配法和均匀区法等。

图像增强：将原来不清晰的图像变清晰或将原来不够突出的特定图像信号和特征显现出来的图像处理方法

应用最为普遍的图像增强技术包括反差处理、空间特征处理和多波段图像处理。

反差处理：因为诸多因素导致图像对比度低，对比度增强是将图像中亮度范围拉伸或压缩成显示系统指定的亮度显示范围，从而提高图像全部或者局部的对比度。

直方图规定化：直方图均衡化可以使一幅图像对应的直方图在各个灰度值上较为均匀的分布，由于实际的需要，有时我们并不需要使直方图均匀分布，而是让它的直方图具有特定的形态，这个过程就是直方图规定化。

空间特征处理：⑴空间领域平滑滤波：①领域平均法②改进领域法⑵空域图像锐化⑶频域法主成分分析指设法将原来的指标重新组合成一组新的互相无关的几个综合指标来代替原来指标，同时根据实际需要从中选取几个较少的综合指标尽可能多地反映原来的汉字表的信息光谱波段之间的相关性受到下列因素的影响：①物质光谱相关性②地形③传感器波段重叠为了描述一副图像视觉观察上的彩色成分，我们一般不用红、绿、蓝3个颜色成分的比例，而是用色度（H）\强度（I）、饱和度（S）来描述物体对应的彩色、亮度、色彩纯度。通常，对于一副图像，强度、色度、饱和度的操作比红、绿、蓝三颜色的操作更容易预期视觉效果，在图像处理前把RGB成分转化为HIS成分可以对彩色拉伸提供更多的控制。我们把RGB 到HIS的转化称为彩色空间变换（CST）.

专题地图：表示的是可识别的地表特征的空间分布状态，它用信息而不是数据描述一个给定的区域。遥感图像专题分类就是遥感图像转换成专题地图的过程。

遥感图像专题分类的基本过程如下：

（1）预处理：通过空间变换或光谱变换，对初始输入图像进行一些处理。

（2）分类：人工提取特殊像元以训练分类器或自动集群生成训练标准，使其能够识别某一范畴，在特征空间内确定判别函数。主要包括监督分类和非监督分类。

（3）标注：应用上一步的判别函数对图像的每一个像元进行分类。如果是监督分类，标注的精度取决于判别函数；如果是非监督分类，则需要对这一步进行监督。

监督分类：根据已知训练区提供的样本，通过选择特征函数，建立判别函数，把图像中各个像元点归化到给定类中的分类处理。

监督分类的优点：①它不需要迭代运算，因而电脑的计算量相对较小，速度较快；②由于其训练样本是人工选取的，类特征受到分析者先验知识的限制，因而分类精度一般较高。

监督分类的不足：训练区的选取任务繁重且需要技巧，并要求分析者具有对目标区域的地理及遥感的先验知识。如果一幅多光谱图像包含足够的可视差异，那么通过简单目视即可进行适当的训练区选取。然而，大多数情况下，人们必须借助其他的信息，例如野外数据或现存地图，来找出每一类别的典型区域。

非监督分类：根据图像数据本身的统计特征及点群的分布情况，从纯统计学的角度对图像数据进行类别划分的分类处理叫做非监督分类。常用的算法有K-均值聚类、ISODATA等

非监督分类的优点：①不需要人工的选取训练区，操作更为简便②不需要分析者具备相关的先验知识，对分析者的要求较低③其数据的内在结构由算法决定，而不受外界知识的约束，也较少受人工主观因素的影响。

非监督分类的不足：①分类结果的精度依赖于所提供或生成的初始分割参数，一般低于监督分类的精度②它没有考虑空间关联信息，因此也对噪声更加敏感。

热红外遥感：就是利用星载或机载的传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种信息来识别地物和反演地表参数的技术系统，在红外遥感研究中居于主导地位。

热辐射：由经典力学的理论成果可知，只要物体的温度高于绝对零度，就会不断发射红外能量，即向外发射具有一定能量和波谱分布的电磁波，就称之为热辐射。其辐射能量的强度和

波谱分布是由物质类型和温度决定的。

温度包括真实温度、辐射温度、亮度温度和地表温度。

真实温度：指分子运动温度即动力学温度，它是物质内部分子的平均热能，由物体分子平均不规则的振动导致。

辐射温度、亮度温度：地表的真实温度往往难以精确测量，我们使用红外传感器获得的地物向外的辐射能量，大多数热传感器系统记录的都是地面物质的辐亮度。

比辐射率：是描述非黑体热辐射能力与热辐射方向性的重要参数。描述地球自身的辐射能力。在热平衡的条件下，物体的比辐射率等于其吸收率。

微波遥感：就是利用某种传感器接收地面各种地物发射或发射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取所需的信息，

微波是电磁波的一种形式。微波同可见光、红外线、X射线、γ射线以及无线电波一样，实质上也是一种电磁波，它的波长为1~1000mm，一般分为毫米波、厘米波、分米波和米波。微波遥感的特点：①微波能穿透云、雾、雨和雪，具有全天候的工作能力②微波对地物有一定穿透能力③微波可以提供不同于可见光和红外遥感所能提供的某些信息④主动微波遥感不仅可以记录电磁波的幅度信息，还可以记录电磁波的极化和相位信息。⑤微波波段可以覆盖更多的倍频程⑥微波对某些目标的鉴别能力更强

根据大气对微波的吸收带分布，一般采用2.06~2.22mm、3.0~3.75mm、7.5~11.5mm和20mm 以上的波长，作为微波遥感的大气窗口。