遙感原理與應(yīng)用期末復(fù)習(xí)題遙感原理與應(yīng)用期末復(fù)習(xí)題遙感原理與應(yīng)用期末復(fù)習(xí)題V:1.0精細(xì)整理，僅供參考遙感原理與應(yīng)用期末復(fù)習(xí)題日期：20xx年X月廣義遙感：泛指一切無接觸的遠(yuǎn)距離探測，包括對電磁場、力場、機(jī)械波（聲波、地震波）等的探測狹義遙感：在高空或者外層空間的各種平臺上，通過各種傳感器獲得地面電磁波輻射信息，通過數(shù)據(jù)的傳輸和處理揭示地面物體的特征、性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。傳感器是收集、量測和記錄遙遠(yuǎn)目標(biāo)的信息的儀器，是遙感技術(shù)系統(tǒng)的核心。傳感器一般由信息收集、探測系統(tǒng)、信息處理和信息輸出4部分組成。遙感平臺是裝載傳感器的運載工具主動遙感：傳感器主動發(fā)射一定電磁波能量并接收目標(biāo)的后向散射信號。如：雷達(dá)。被動遙感：傳感器不向目標(biāo)發(fā)射電磁波，僅被動地接收目標(biāo)物的自身發(fā)射和對自然輻射的反射能量。太陽是被動遙感最主要的輻射源多波段遙感：在可見光和紅外波段間，再細(xì)分成若干窄波段，以此來探測目標(biāo)。遙感分類：按照遙感的工作平臺分類：地面遙感、航空遙感、航天遙感。按照探測電磁波的工作波段分類：可見光遙感、紅外遙感、微波遙感、多波段遙感等。按照遙感應(yīng)用的目的分類：環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、地質(zhì)遙感等.按照資料的記錄方式：成像方式、非成像方式（如：雷達(dá)輻射計等）按照傳感器工作方式分類：主動遙感、被動遙感遙感的特點：大面積的同步觀測、時效性、數(shù)據(jù)的綜合性和可比性、經(jīng)濟(jì)性、局限性。電磁波：由振源發(fā)出的電磁振蕩在空氣中傳播。電磁輻射:這種電磁能量的傳遞過程（包括輻射、吸收、反射和透射）稱為電磁輻射。3.電磁波譜：將各種電磁波在真空中的波長按其長短，依次排列制成的圖表。4.地球輻射的分段特性：一、內(nèi)容：1、0.3~2.5μm（可見光與近紅外）：地表以反射太陽輻射為主，地球自身熱輻射可忽略不計。2、2.5~6μm（中紅外）：地表以反射太陽輻射、地球自身熱輻射均為被動RS輻射源。3、6μm以上（遠(yuǎn)紅外）：以地球自身熱輻射為主，地表以反射太陽輻射可忽略不計。二、意義：1、可見光和近紅外RS影像上的信息來自地物反射特性。2、中紅外波段遙感影像上信息既有地表反射太陽輻射的信息，也有地球自身熱輻射信息。3、熱紅外波段遙感影像上的信息來自地物本身的輻射特性。5.絕對黑體：如果一個物體對于任何波長的電磁輻射都全部吸收，則這個物體是絕對黑體。絕對黑體則是吸收率≡1，反射率≡0，與物體的溫度和電磁波波長無關(guān)。6.黑體輻射規(guī)律：普5.圖2.11太陽輻照度分布曲線分析：太陽光譜相當(dāng)于5800K的黑體輻射；據(jù)高分辨率光譜儀觀察，太陽光譜連續(xù)的光譜線的明亮背景上有許多離散的明暗線，稱為弗朗和費吸收線，據(jù)此可以探測太陽光球中的元素及其在太陽大氣中的比例；太陽輻射的能量主要集中在可見光，其中0.38～0.76μm的可見光能量占太陽輻射總能量的46%，最大輻射強(qiáng)度位于波長0.47μm左右；到達(dá)地面的太陽輻射主要集中在0.3～3.0μm波段，包括近紫外、可見光、近紅外和中紅外。這一波段區(qū)間能量集中，且相對穩(wěn)定，是被動遙感主要的輻射源；經(jīng)過大氣層的太陽輻射有很大的衰減，衰減最大的區(qū)間便是大氣分子吸收最強(qiáng)的波段；各波段的衰減是不均衡的。6.大氣散射：太陽輻射通過大氣時遇到空氣分子、塵粒、云滴等質(zhì)點時，傳播方向改變，并向各個方向散開；7.瑞利散射：當(dāng)微粒的直徑比輻射波長小得多時，此時的散射稱為瑞利散射。(大氣中的原子和分子，氮、氧、二氧化碳等分子)。特點：散射率與波長的四次方成反比，波長越長，散射越弱；影響：瑞利散射對可見光的影響較大，對紅外輻射的影響很小，對微波的影響可以不計。問題：多波段遙感中一般不使用藍(lán)紫光的原因無云的晴天，天空為什么呈現(xiàn)藍(lán)色朝霞和夕陽為什么都偏橘紅色藍(lán)紫光波長短，散射強(qiáng)度較大，紅光，紅外，微波波長較長，散射強(qiáng)度弱。米氏散射：當(dāng)微粒的直徑與輻射光的波長差不多時（即d≈λ）稱為米氏散射（煙、塵埃、水滴及氣溶膠等）。為何紅外遙感探測時要避免使用云霧天氣所成的影像？云霧的粒子大小和紅外線的波長接近，所以云霧對紅外線的散射主要是米氏散射，紅外遙感不可穿云透霧無選擇性散射：當(dāng)微粒的直徑比波長大得多時（即d＞λ）所發(fā)生的散射稱為無選擇性散射。為何云霧呈白色？空氣中存在較多的塵埃或霧粒，一定范圍的長短波都被同樣的散射，使天空呈灰白色的。問題：1、太陽光為何是可見的？2、藍(lán)色火焰為何比紅色火焰高？6、微波為何能穿云透霧？大氣窗口：通常將這些吸收率和散射率都很小，而透射率高的電磁輻射波段稱為大氣窗口。典型地物的反射波譜曲線分析：（1）植被反射波譜曲線：規(guī)律性明顯而獨特。可見光波段（0.38～0.76μm）有一個小的反射峰，兩側(cè)有兩個吸收帶。這是因為葉綠素對藍(lán)光和紅光吸收作用強(qiáng)，而對綠光反射作用強(qiáng)。在近紅外波段（0.7～0.8μrn）有一反射的“陡坡”，至1.lμm附近有一峰值，形成植被的獨有特征。這是由于植被葉細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。在中紅外波段（1.3～2.5μm）受到綠色植物含水量的影響，吸收率大增，反射率大大下降，特別是在水的吸收帶形成低谷。（2）土壤反射波譜曲線：自然狀態(tài)下土壤表面的反射率沒有明顯的峰值和谷值，一般來講土質(zhì)越細(xì)反射率越高，有機(jī)質(zhì)含量越高和含水量越高反射率越低，此外土類和肥力也會對反射率產(chǎn)生影響。由于土壤反射波譜曲線呈比較平滑的特征，所以在不同光譜段的遙感影像上，土壤的亮度區(qū)別不明顯。（3）水體反射波譜曲線：水體的反射主要在藍(lán)綠光波段，其他波段吸收都很強(qiáng)，特別到了近紅外波段，吸收就更強(qiáng)，所以水體在近紅外影像上常呈黑色。但當(dāng)水中含有其他物質(zhì)時，反射光譜曲線會發(fā)生變化。水中含泥沙時，由于泥沙散射，可見光波段反射率會增加，峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)。水中含葉綠素時，近紅外波段明顯抬升，這些都成為影像分析的重要依據(jù)。（4）巖石反射波譜曲線：巖石的反射波譜曲線無統(tǒng)一的特征，礦物成分、礦物含量、風(fēng)化程度、含水狀況、顆粒大小、表面光滑程度、色澤等都會對曲線形態(tài)產(chǎn)生影響遙感平臺：遙感過程中，搭載傳感器（成像設(shè)備）的工具2.近極軌道：指衛(wèi)星軌道面傾角在９０度附近的軌道3.太陽同步軌道:衛(wèi)星軌道面與太陽地球連線之間的夾角不隨地球繞太陽公轉(zhuǎn)而變化的軌道4星下點:衛(wèi)星在軌道上成像時，衛(wèi)星與地心的連線在地表上的交點。5遙感為什么要使用近極軌道？答：近極軌道可以獲取包括南、北極在內(nèi)的全球遙感圖像，其軌道覆蓋范圍大，可以較大范圍地觀測地球。另外，考慮到光照條件等因素對遙感攝影的影響。故遙感要使用近極軌道。6遙感為什么要使用太陽同步軌道？答：使用太陽同步軌道可保證衛(wèi)星在相同太陽高度角對同一地區(qū)成像，便于圖像間對比分析。7陸地衛(wèi)星軌道特點（重點）近圓形的軌道:保證獲取相同比例尺影像近極地軌道:較大范圍對地觀測軌道與太陽同步:保證在相同日照條件下對同一地區(qū)成像，便于不同時間影像的對比分析可重復(fù)軌道:可周期性獲取同一地點的遙感影像，體現(xiàn)遙感多時相性，便于動態(tài)監(jiān)測8掃描成像：利用掃描鏡對目標(biāo)地物以瞬時視場為單位進(jìn)行逐點逐行收集電磁波能量，再通過探測元件（光敏/熱敏）把接收到的電磁波能量轉(zhuǎn)換成電信號，在磁介質(zhì)上記錄或再經(jīng)過電/光裝置轉(zhuǎn)換為光能，在設(shè)置于焦平面的膠片上形成影像。探測波段：可包括紫外、紅外、可見光和微波波段。優(yōu)點（相對于光學(xué)攝影遙感）：一是擴(kuò)大了探測的波段范圍；二是便于數(shù)據(jù)的存儲與傳輸，航天遙感多用這類傳感器。9垂直攝影：攝影機(jī)主光軸垂直于地面或偏離垂直線在3°以內(nèi)。取得的像片稱為水平像片或垂直像片。航空攝影測量和制圖大都是這種像片。10傾斜攝影：攝影機(jī)主光軸偏離垂線大于3o，取得的像片稱傾斜像片。11中心投影與垂直投影的區(qū)別投影距離對比例尺的影響：垂直投影的縮小和放大與投影距離無關(guān)，并有統(tǒng)一的比例尺。中心投影則受投影距離（遙感平臺的高度）的影響，像片比例尺與平臺的高度H和焦距f有關(guān)。投影面傾斜的影響：當(dāng)投影面傾斜時，垂直投影的影像僅比例尺有所放大（圖3.13a）,像點ao，bo的相對位置保持不變。在中心投影像片上（見圖3.13b），ao，bo的比例關(guān)系有顯著的變化，各點的相對位置和形狀不再保持原來的樣子，地面上AO=BO而像片上3.地形起伏的影響：垂直投影時，隨起伏變化，投影點之間的距離與地面實際水平距離成比例縮小，相對位置不變；中心投影時，地面起伏越大，像上投影點水平位置的位移量就越大，產(chǎn)生投影誤差。（像點位移12成像光譜儀原理簡介:成像光譜儀基本上屬于多光譜掃描儀，其構(gòu)造與CCD線陣列推動式掃描儀和多光譜掃描儀相同，區(qū)別僅在于通道數(shù)多，各通道的波段寬度很窄。由于高光譜數(shù)據(jù)能以足夠的光譜分辨率區(qū)分出那些具有診斷性光譜特征的地表物質(zhì)，而這是傳統(tǒng)寬波段遙感數(shù)據(jù)所不能達(dá)到的，由此可見，高光譜數(shù)據(jù)在遙感地物定量分析上具有極大的應(yīng)用前景。13微波遙感的特點:全天候、全天時、對某些地物具有特殊光譜特征、對地表有一定穿透能力（冰、雪、森林、土壤等）、對海洋遙感具有特殊意義、分辨率較低，但特性明顯14遙感圖像特征--空間分辨率：是指圖像上能夠分辨的最小單元所對應(yīng)地面尺寸。空間分辨率主要與傳感器的瞬時視場角、觀測高度有關(guān)。在正視情況下，瞬時視場角所對應(yīng)的地面單元的尺寸等于瞬時視場角乘以傳感器的高度。光譜分辨率：反映了傳感器的光譜探測能力。它包括傳感器探測的波譜寬度、波段數(shù)、各波段的波長范圍和間隔。光譜分辨率與傳感器特性有關(guān)：取決傳感器對光譜成份的敏感度。輻射分辨率：反映了傳感器對電磁波探測的靈敏度。時間分辨率：是相鄰兩次對地面同一區(qū)域進(jìn)行觀測的時間間隔。1模擬圖像：普通像片那樣的灰度級及顏色連續(xù)變化的圖像。數(shù)字圖像：是以數(shù)字形式表示的遙感影像。包括把模擬圖像分割成同樣形狀的小單元，以各個小單元的平均亮度值或中心部分的亮度值作為該單元的亮度值進(jìn)行數(shù)字化的圖像。把前一部分的空間離散化處理叫采樣，而后一部分的亮度值的離散化處理叫量化，采樣、量化結(jié)合起來叫圖像的數(shù)字化）。

數(shù)字量與模擬量的本質(zhì)區(qū)別在于：模擬量是連續(xù)變量，而數(shù)字量是離散變量2輻射校正：消除圖像數(shù)據(jù)中依附在輻射亮度中的各種失真的過程就是輻射較正。輻射校正的結(jié)果，會改變圖像的色調(diào)和色彩。3幾何校正：圖像校正是指從具有畸變的圖像中消除畸變的處理過程，消除幾何畸變的叫幾何校正4遙感影像變形的原因a遙感平臺位置和運動狀態(tài)變化的影響-----航高：航速：俯仰：翻滾：偏航：b地形起伏的影響c地球表面曲率的影響--------像點位移、像元對應(yīng)地面寬度不等d大氣折射的影響e地球自轉(zhuǎn)的影響5幾何校正的步驟①選擇控制點：在遙感圖像和地形圖上分別選擇同名控制點，以建立圖像與地圖之間的投影關(guān)系，這些控制點應(yīng)該選在能明顯定位的地方，如河流交叉點等。②建立整體映射函數(shù)：根據(jù)圖像的幾何畸變性質(zhì)及地面控制點的多少來確定校正數(shù)學(xué)模型，建立起圖像與地圖之間的空間變換關(guān)系，如多項式方法、仿射變換方法等。3重采樣內(nèi)插：為了使校正后的輸出圖像像元與輸入的未校正圖像相對應(yīng),根據(jù)確定的校正公式，對輸入圖像的數(shù)據(jù)重新排列。在重采樣中，由于所計算的對應(yīng)位置的坐標(biāo)不是整數(shù)值，必須通過對周圍的像元值進(jìn)行內(nèi)插來求出新的像元值。對比度變換的方法：線型變換、非線性變換、直方圖調(diào)整空間濾波:通過像元與其周圍的相鄰像元的關(guān)系，采用空間域中的鄰域處理方法，叫做空間濾波，屬于空間增強(qiáng)。主要包括平滑和銳化。彩色變換1、單波段彩色變換---偽彩色變換。單波段黑白遙感圖像可按亮度分層；對每層賦予不同的色彩，使之成為一幅彩色圖像。這種方法又叫密度分割，即按圖像的密度進(jìn)行分層，每一層所包含亮度值范圍可以不同。多波段彩色變換---真彩色or假彩色變換。根據(jù)加色法彩色合成原理，選擇遙感圖像的某三個波段，分別賦予紅、綠、藍(lán)三種原色，就可以合成彩色影像。如果原色的選擇與原來遙感波段所代表的真實顏色不同，因此生成的合成色不是地物真實的顏色，這種合成叫做假彩色合成。反之，則為真彩色變換。HLS變換IHS代表亮度、色調(diào)和飽和度的色彩模式。這種模式可以用近似的顏色立體曲線錐形改成上下兩個六面金字塔狀。9圖像運算:兩幅或多幅單波段影像，完成空間配準(zhǔn)后，通過一系列運算，可以實現(xiàn)圖像增強(qiáng)，達(dá)到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。1)差值運算三個應(yīng)用a差值運算應(yīng)用于兩個波段時，相減后的值反映了同一地物光譜反射率之間的差。b差值運算還常用于研究同一地區(qū)不同時相的動態(tài)變化。c有時為了突出邊緣，也用差值法將圖像的行、列各移一位，再與原圖像相減，也可起到幾何增強(qiáng)的作用。2）比值運算兩幅同樣行、列數(shù)的圖像，對應(yīng)像元的亮度值相除（除數(shù)不為0）就是比值運算。比值運算可以檢測波段的斜率信息并加以擴(kuò)展，以突出不同波段間地物光譜的差異，提高對比度。10多光譜變換的本質(zhì)是對遙感圖像實行線性變換，使多光譜空間的坐標(biāo)系按一定規(guī)律進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。多光譜空間：是一個n維坐標(biāo)系，每一個坐標(biāo)軸代表一個波段，坐標(biāo)值為亮度值，坐標(biāo)系內(nèi)的每一個點代表一個像元。11不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)融合步驟：（1）配準(zhǔn)：為了使兩幅圖像所對應(yīng)的地物吻合，分辨率一致，必須先完成配準(zhǔn)。方法是采用幾何校正，分別在不同數(shù)據(jù)源的影像上選取控制點，用雙線性內(nèi)插或三次卷積內(nèi)插運算等對分辨率較小的圖像進(jìn)行重采樣，完成配準(zhǔn)。（2）融合：諸多融合方案中，彩色合成方法的效果比較明顯。所以應(yīng)盡可能生成三幅新圖像，分別賦予紅、綠、藍(lán)色，進(jìn)行假彩色合成。不同時相的遙感數(shù)據(jù)融合步驟：（1）配準(zhǔn)：利用幾何校正的方法做位置匹配。（2）直方圖調(diào)整：將配準(zhǔn)后的圖像盡可能地調(diào)整成一致的直方圖，使圖像亮度值趨于協(xié)調(diào)，以便于比較。（3）融合：不同時相的圖像融合主要用來研究時間變化所引起的各種動態(tài)變化。遙感數(shù)據(jù)與非遙感數(shù)據(jù)的融合步驟：地理數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化、最優(yōu)遙感數(shù)據(jù)的選擇、配準(zhǔn)融合1遙感圖像解譯：依據(jù)遙感圖像上的地物特征，識別地物類型、性質(zhì)、空間位置、形狀、大小等屬性的過程叫遙感圖像解譯目的：獲取地物的空間分布特征和數(shù)量特征。2直接解譯標(biāo)志：色調(diào)、形狀、大小、陰影、結(jié)構(gòu)、圖案。間接解譯標(biāo)志：位置、相關(guān)布局3目視解譯方法：直接判讀法、對比分析法、信息復(fù)合法、綜合推理法、地理相關(guān)分析法4目視解譯步驟：目視解譯準(zhǔn)備工作階段、初步解譯與判讀區(qū)的野外考察、室內(nèi)詳細(xì)判讀、野外驗證與補(bǔ)判、目視解譯成果的轉(zhuǎn)繪與制圖1監(jiān)督分類：首先要從欲分類的圖像區(qū)域中選定一些訓(xùn)練樣區(qū)，在這樣訓(xùn)練區(qū)中地物的類別是已知的，用它建立分類標(biāo)準(zhǔn)，然后計算機(jī)將按同樣的標(biāo)準(zhǔn)對整個圖像進(jìn)行識別和分類。它是一種由已知樣本，外推未知區(qū)域類別的方法。監(jiān)分類方法：a最小距離分類法b多級切割分類法c最大似然分類法d特征曲線窗口法非監(jiān)督分類：是一種無先驗（已知）類別標(biāo)準(zhǔn)的分類方法。對于待研究的對象和區(qū)域，沒有已知類別或訓(xùn)練樣本作標(biāo)準(zhǔn)，而是利用圖像數(shù)據(jù)本身能在特征測量空間中聚集成群的特點，先形成各個數(shù)據(jù)集，然后再核對這些數(shù)據(jù)集所代表的物體類別。方法：分級集群法、動態(tài)聚類法監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類方法比較--根本區(qū)別點在于：是否利用訓(xùn)練場地來獲取先驗的類別知識監(jiān)督分類根據(jù)訓(xùn)練場地提供的樣本選擇特征參數(shù)，建立判別函數(shù)，對分類點進(jìn)行分類。因此，訓(xùn)練場地選擇是監(jiān)督分類的關(guān)鍵。由于訓(xùn)練場地要求有代表性，訓(xùn)練樣本的選擇要考慮到地物光譜特征，樣本數(shù)目要能滿足分類的要求，有時這些還不易