遙感導(dǎo)論知識要點

1、廣義：泛指一切無接觸的遠距離探測。狹義：遙感是應(yīng)用探測儀器，不與探測目標 相接觸，從遠處把目標的電磁波特性 記錄下來，通過分析，揭示出物體的 特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。信息源（被測目標的信息特征） 信息的獲取 信息的記錄和傳輸信息的處理信息的應(yīng)用遙感的分類：.按遙感平臺分：地面遙感、航空遙感、 航天遙感、航宇遙感。 .按傳感器的探測波段分：紫外遙感、可見 光遙感、紅外遙感、微波遙感、多波段遙感。 .按工作方式分：主動遙感與被動遙感， 成像遙感與非成像遙感。 .按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域分。無記錄的地面遙感階段（16081838國）有記錄的地面遙感階段（1839 1857年|）空中攝影遙感階段（1

2、8581956年）航天遙感階段（1957年至今）電磁波譜：波長從小到大：？射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波 可見光波譜在0.380.764外 紫色：0.380.43 4m;藍色：0.430.47 "卬青色：0.470.50 四綠色：0.500.56科叫 黃色：0.560.59W卬橙色：0.590.62 "ip紅色：0.620.76 機丸錢常卦撞:|面iiCMhpm a -ai|U1 <M*r>廣。Hix0.4 0 « 9 H F-1.5 2 34 i一 .氤一s可三希灑*遇蚯貫：中肅;J nlt 'jd 鼻。0 47050.54。

3、1簍 A/ub電磁披南3 45 £小奶閭7心80.43tk«u M* jnitiwc 山，cm電磁輻射的度量:輻射能量（W）:電磁輻射的能量，單位J輻射通量：單位時間內(nèi)通過某一面積的 輻射能量，是波長的函數(shù)，單位 W 輻射通量密度（E）:單位時間內(nèi)通過單位 面積的輻射能量，單位W/m 2輻照度（I）:被輻射物體表面上的輻射通 量密度，單位W/m 2輻射出射度（M）:輻射源物體表面上的輻 射通量密度，單位W/m 2輻射亮度（L）:面狀輻射源各方向上的輻 射強度不同，L定義為輻射 源在某一方向，單位投影表 面，單位立體角內(nèi)的輻射通 量。絕對黑體：對于任何波長的電磁輻射都全部 吸

4、收的物體。絕對黑體齦放率加加°,反射率絕對黑體的總輻射出速度與黑體溫度的四次方成正比公£一' 維恩位移定律；黑體輻射光譜中最強輻射的波長與溫度成反比AMttx - T = b公式：基爾霍夫定律：定義：實際物體輻射與黑體輻射之比，也稱比輻射率或發(fā)射功率。M =公式：被動遙感主要利用電磁波譜哪些波段?答：被動遙感主要利用可見光、紅外等穩(wěn)定 輻射。太陽常數(shù)：不受大氣影響，在距太陽一個天 文單位內(nèi)，垂直于太陽輻射方向 上，單位面積單位時間黑體所接 受的太陽輻射能量。可以看作大 氣頂端接受的太陽輻射。 (10=1.360*10 3W/m 2)思考題：1、已知由太陽常數(shù)推算出的

5、太陽 表面的輻射出射度，求太陽的有 效溫度和太陽光譜中輻射最強 波長 。2、已知日地平均距離為天文單位， 一天文單位約等于 1.496*10 11 m,太陽的線半徑約 為 6.96*10 5Km(1)通過太陽常數(shù)I0,計算太 陽的總輻射通量E。(2)有太陽的總輻射通量 E, 計算出太陽的總輻射出速度。太陽光譜太陽輻射的光譜是連續(xù)光譜,射能量在各個波段不是均勻分 布的，從近紫外到中紅外能量最 集中且相對穩(wěn)定，強度變化很小。大氣散射有三種情況：瑞利散射:d<<入原子和分子10c入4對可見光影響大(天空蔚藍色，朝霞夕陽橘紅色）。米氏散射：d心入空氣中的微粒沖入-2 云霧對紅外線的散射。無

6、選擇性散射：d>>入云霧對可見光的散 射.思考題：1、無云的晴天，天空為什么呈現(xiàn)藍色？ 這是由于散射原理，因為無云的晴天，天 空是由氣體原子和分子組成，它比可見光 的波長小得多，發(fā)生了瑞利散射。散射強 度與波長的四次方成反比，所以波長較短 的可見光，藍光和紫光先散射出來，所以 天空呈現(xiàn)藍色。2、朝霞和夕陽為什么都是橘紅色？ 這是由于散射原理，天空是由氣體原子和 分子組成，它比可見光的波長小得多，發(fā) 生了瑞利散射。散射強度與波長的四次方 成反比，由于朝霞和夕陽穿過大氣層的距 離比白天的長，所以波長較短的可見光都 被散射殆盡，只剩下波長長的橘紅色和紅 色散射出來，所以是橘紅色。3、云霧

7、為什么通常呈現(xiàn)白色？因為是散射原理，云霧粒子的直徑比可見 光波長相比要大得多，因此產(chǎn)生非選擇性 散射，對可見光各個波長的光散射強度相 同，所以人們看到云霧是白色的。4、微波為什么可以穿透云層？因為是散射原理，可見光的波長較短發(fā)生 非選擇性散射，微波的波長很長，發(fā)生瑞 利散射。散射強度與波長的四次方成反比,所以幾乎不被散射，故可以穿透云層。大氣窗口:波段的電磁輻射通過大氣后衰減 較少，透過率較高，對遙感十分有利的波段。大氣的折射率與大氣密度相關(guān),度越大折射率越大。折射只改變輻射的方向，不改變輻射的強度。與天頂距的關(guān)系：大氣的折射值隨天頂距增大而增大。地球輻射的分段性;.地球作為遙感的對象，輻射源

8、來自地球和太 陽。由于有太陽和地球 的相互作用，在電磁波的不同波段，具有不同 特性。波段名 稱可見光與近紅外中紅 外遠紅外1波長0.32.52.56>6叱輻射特 性反射太 陽輻射 為主反射 太陽 輻射 和自 身熱 輻射自身熱輻射為主亮溫：當(dāng)物體輻射功率等于某一黑體輻射的功率時，該黑體的絕對溫度就是物體的亮溫。 特點：亮溫總是低于實際溫度。大氣程輻射：太陽輻射經(jīng)大氣分子或氣溶膠 粒子散射直接到達傳感器的 向上的輻射。它增加了目標背景的輻射亮度，降低了遙感圖 像的對比度。植被的反射波譜曲線:規(guī)律性：受各因素影響葉綠素：可見光波段(0.40.76 pm)有 一個小的反射峰，位置在0.55卜 m

9、 (綠光)，兩側(cè) 0.45 n m (藍 光)和0.67仙m (紅光)則有兩 個吸收帶。0.4 O.« O S 1.4 U 1,4 L6 112 0 12 2-4It長入小嶼葉細胞結(jié)構(gòu)：在近紅外波段(0.70.8 pm) 有一反射的“陡坡”，在1.1 pm 附近有一峰值，這是植被的獨有 特征。植物含水量：在中紅外波段(1.32.5 pm) 吸收率大增，反射率大大下降，不同葉綠素濃度的海水波譜N m、1.95 n m 和 2.7 n m 水的吸收帶，形成低谷。?65葉城景含量很岐 葉舔廉含量住 時域素含量寓波長又fpm具有不同葉綠素濃度的海水的被港曲線水體葉綠素濃度增加, 藍光波段反射

10、率下降, 綠光波段反射率增加, 近紅外反射率增高特點:水體的反射主要在藍綠光波段，其 他波段吸收都很強，特別到了近紅 外波段，吸收更強。但當(dāng)水中含有泥沙時，可見光波段 反射率增加，峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)， 水中含有葉綠素時，近紅外波段反 射率增加幾個分辨率：I空間分辨率：遙感圖像上能夠詳細區(qū)分的最 小單元的尺寸或大小。（像元所代表地面范圍的大小， 像元越小空間分辨率越大。）波譜分辨率：傳感器在接收目標輻射的波譜 時能分辨的最小波長間隔。（間隔越小，分辨率越高。） 輻射分辨率：傳感器接收波譜信號時，能分 辨的最小輻射度差。是傳感器靈敏度的 標志。時間分辨率：對同一地點進行遙感采樣的時 間間隔，即采樣的

11、時間頻率， 也稱重訪周期。時間分辨率對 動態(tài)監(jiān)測尤為重要。溫度分辨率：熱紅外傳感器分辨地表熱輻射（溫度）最小差異的能力。全景攝影機所得像片，從中心到邊緣比例尺 逐漸縮小。航空攝影的種類：按像片傾斜角分：垂直攝影、傾斜攝影按攝影波段分：普通黑白攝影、天然彩色攝 影、黑白紅外攝影、彩色紅外攝影、多光譜 攝影按攝影實施方式分：單片攝影、單航線攝影、 多航線攝影（面積攝影）按航攝比例尺分：大比例尺（ 1:1萬）、 中比例尺（1 ： 1萬 1 ： 3萬）、小比例尺（1 ： 3萬 1:10萬）、超小比例尺（1 ： 10萬 1 ： 25 萬）航空遙感的特點： .空間分辨率高，信息容量大。 .航空遙感靈活，適

12、用于專題研究。 .航空遙感作為實驗性技術(shù)系統(tǒng)，是各種 星載遙感儀器的先行檢驗者。 .信息獲取方便。 .不足：受天氣等條件限制大；觀測范圍 受到限制；數(shù)據(jù)的周期性和連續(xù)性不如航天 遙感。亮度系數(shù)二在相同照度下，某物體表面亮度 與絕對白色的理想物體表面亮度之比。亮度系數(shù)的特點:O<P<11范圍很大，不同物體亮度系數(shù)的差別很大;2同類物體，干燥物體亮度 系數(shù)比潮濕物體亮度系數(shù)大；3表面光滑的物體亮度系 數(shù)比表面粗糙的物體亮度系大；4物體的亮度系數(shù)與顏色有關(guān)。白紫一一黑，亮度系數(shù)從1逐漸下 降到0。像點位移1、投鬃誤差二由地形起伏引起的像點位移。規(guī)律：1）投影誤差的大小與像點到像主點的距離

13、成正比，像片中心部分投影誤差小，像主點是唯一不因高差而引起投影誤差的 點；2）投影誤差的大小與高差成正比，高差愈 大，投影差愈大。高差為正時，投影差 為正，影像離開中心點向外移動，高差 為負時，投影差為負，影像向著中心點 移動；3）投影誤差與航高成反比，航高愈高，投 影差愈小。2、順墻囂:因像片傾斜而導(dǎo)致的像點位 移。規(guī)律：1）傾斜誤差的方向在像點與等角點的連 線上；2）傾斜誤差與像點距等角點距離的平方 成正比；3）在等比線上的像點不因像片傾斜而產(chǎn) 生位移；4）主縱線上像點傾斜誤差最大；5）對稱于等比線的像點，傾斜誤差大小 相等，方向相反；6）水平像片上的矩形圖形，在傾斜像片 上變?yōu)樘菪?，以?/p>

14、比線為界，包含像主 點的部分變小，包含像底點的部分變大。航天遙感特點1.視野開闊，觀測范圍大；2 .效率高；3 .費用低廉；4 .可進行周期性重復(fù)觀察，便于動 態(tài)監(jiān)測；5 .空間分辨率小于航空遙感；6 .細部表現(xiàn)力弱于航空遙感。遙感衛(wèi)星的軌道類型太陽同步軌道：衛(wèi)星的軌道面以與地球的公 轉(zhuǎn)方向相同方向而同時旋轉(zhuǎn)的近圓形軌道。特點：衛(wèi)星軌道傾角很大（大于90o）; 在太陽同步軌道上，衛(wèi)星于同一 緯度的地點，每天在同一地方時 同一方向通過。地球同步軌道：衛(wèi)星運行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同的軌道。特點：1.在地球同步軌道上運行的 衛(wèi)星，相對地球固定于某一點，又稱靜止衛(wèi) 星；2 .能觀測1/4地球面積， 3

15、4顆衛(wèi)星形成空間及 監(jiān)測網(wǎng)，對全中低緯地區(qū) 進行監(jiān)測；3 .具有較高的時間分辨率，0.5 h/ 次。只有風(fēng)云二號是地球同步軌道衛(wèi)星， 其他衛(wèi) 星（如SPOT、Landsat ）均為太陽同步軌 道衛(wèi)星。首顆Landsat衛(wèi)星帶有哪些傳感器?多光譜掃描儀【MSS、專題制圖儀【TM】、 反束光導(dǎo)攝像機RBVoTM影像的七個波段：TM10.450.52pm藍綠波段TM20.520.60晚綠紅波段TM30.63M.69pm紅波段TM40.760.90pm近紅外波段TM51.55-1.75pm近紅外波段TM610.4-12.5pm熱紅外波段TM72,08235pm近紅外波段各個波段的主要應(yīng)用:波段序號波段

16、主要應(yīng)用領(lǐng)域藍色對水體有透射能力，能夠反映淺水水F特征，可區(qū)分土壤和植 被，編制森林類型圖，區(qū)分人造地物類型2綠色探測健康植被綠色反射率，區(qū)分植被類型和評估作物氏勢，區(qū) 分人造地物類型，對水體有一定的透射能力3紅色測量植物綠色素吸收率，進行植物分類.區(qū)分人造地物類型4近紅外測定生物量和作物長勢，區(qū)分植被類型，繪制水體邊界，探測 水中生物含量和土壤濕度S短波紅外探測植物含水量及土壤濕度，區(qū)別云和雪6熱紅外探測地球表面不同物質(zhì)的自身熱幅射，用于熱分布制圖，巖石 識別和地質(zhì)探礦7短波紅外探測高溫輻射源，如監(jiān)測森林火災(zāi).火山活動等，區(qū)分人造地 物類型區(qū)別云和雪：在1.551.65 m之間雪的反射率達到

17、最小，冰雪在這些波段上對太陽輻射的吸收比較 強，而云在這些波段仍然保持 較高的反射輻射。SPOT（法國陸地觀測衛(wèi)星）波段序號波長（微米）波段名稱地面分辨率（米）10.500.59綠色2020.610.68紅色2030.790.89近紅外2041.51.75短波近紅外20全色0.510.73全色10SPO曬種觀察模式：垂直觀測模式和傾斜 觀測模式。SPOT所攜帶的傳感器：HRV高分辨率 可見光成像系統(tǒng)HRV勺觀測模式：垂直觀測模式、傾斜 觀測模式。優(yōu)點：1,使得地面上一個特定地區(qū)的觀測 次數(shù)大大增加，大大縮短了觀測 周期，便于更迅速掌握地面的動 態(tài)變化。2 可以對同一地區(qū)從不同方向攝取 幾幅圖像

18、，組成一個或多個立體像對進行立 體觀察。SPOT®像的兩個突出特點：1、多光譜傳感 器的波譜分辨率高；2、全色傳感器 的地面（空間）分辨率高。Quick Bird （目前是世界上分辨率最高的遙 感數(shù)據(jù)）基本數(shù)據(jù)：衛(wèi)星軌道高度450 km,傾角98° , 衛(wèi)星重訪周期16 d （與緯度有關(guān)）。Quick Bird衛(wèi)星影像分辨率為0.61 m ,幅寬 16.5 km。IKNOS輻射分辨率高，具有2048級灰度級CEBER S中巴地球資源衛(wèi)星）軌道特征二軌道傾角98.5o ,高度778km地面相鄰軌道間隔時間3天，屬 于太陽同步軌道，回歸周期 26 天，衛(wèi)星設(shè)計壽命為2年。所攜帶

19、的傳感器：CCDff機，廣角成像儀 （WFI）,紅外光譜段掃描儀（IR-MSSo（CCDffi WFI具有側(cè)擺能力，能傾斜觀測）顏色的三個基本性質(zhì)：明度：人眼對光源或物體明亮程度的感覺。受人的視覺感受性和經(jīng)驗影響。在黑 白圖像中，常把明度稱為灰度，或量 化后稱為灰階。色調(diào)：色彩彼此相互區(qū)分的特性。顏色環(huán)上 是可見光譜上存在的顏色，每種顏色 對應(yīng)一個波長值，是光譜色。有時刺 激人眼的光波不是單一波長，而是一 些波長的組合，也可以構(gòu)成顏色，但 他們找不到對應(yīng)的波長值，不是光譜 色。飽和度：彩色純潔程度。是光譜中波長段是 否窄，頻率是否單一的標志。激光 和各種光譜色都是飽和色。表小顏色的兩種模式三原

20、色：紅、綠、藍概念：有這樣三種顏色，其中任一種顏色都 不能由其余兩種顏色混合相加產(chǎn)生， 這三種顏色按一定比例混合，可以形 成各種色調(diào)的顏色，這三種顏色稱為 三原色。概念：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，這 兩種顏色就稱為互補色。加色法：減色法III 3. 4加色法示意用由3.8減色法東意佟像元一一遙感數(shù)字圖像的基本單位像元的兩個特征：空間特征：每個像素含有特定的地理位置的信息，并代表一定的面積。 一個像素所代表的實際面積 是由傳感器的瞬時視場角決 定的，它也表示圖像的空間分 辨率。不同傳感器瞬時視場角 不同，所獲取圖像的空間分辨 率也不同。屬性特征：像素的屬性特征用亮度值表達, 這個亮度值是由傳

21、感器所探 測到的地面目標物的電磁輻 射強度決定的。在不同波段， 相同地點的亮度值可能不同。多波段數(shù)字圖像的三種格式：BSQ像元按照 波段順序，依次排列；(Band sequential )BIP:像元按照 波段順序，交叉排列；(Band interleaved by pixel )BIL:像元逐行按照波段次序排列。(Band interleaved by line)遙感數(shù)據(jù)圖像的兩種表示方式：光學(xué)圖像：又稱“模擬量”，連續(xù)變量。數(shù)字圖像：又稱“數(shù)字量”，離散變量。 航空像片的數(shù)字化：步驟：1.空間采樣2. 屬性量化遙感影像變形的原因：1 .遙感平臺位置和運動狀態(tài)變化的影 響(航高、航速、俯仰、

22、翻滾、偏航)2 .地形起伏的影響3 .地球表面曲率的影響4 .大氣折射的影響5 .地球自轉(zhuǎn)的影響控制點的選?。簲?shù)目：(n + 1)(n + 2)/2原則二1.圖像上易分辨且較精細的特征點；2 .特征變化大的地方應(yīng)多選；3 .圖像邊緣部分要選控制點；4 .盡可能滿幅均勻選取。空間濾波：定義：以突出圖像某些特征為目的而采取的一種空間鄰域處理方法。主要通過卷積運算來實現(xiàn)。包括平滑和銳化城化羅伯特除度平滑中值平滑索伯爾梯度均值平滑拉普拉斯算法圖像運算:差值運算：定義：兩幅同樣行列數(shù)的圖像，對應(yīng)像 元的亮度值相減就是差值運算。應(yīng)用：.兩個波段執(zhí)行差值運算后，亮 度差別大的地物突出出來。如用紅外波段減紅波

23、段，能夠突出植被的 彳百/目° .差值運算還用在研究同一地區(qū)不同時相的動態(tài)變化。如監(jiān)測災(zāi)害 發(fā)生前后的變化，計算受災(zāi)面積。比值運算；（可去除陸地影響）定義：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。應(yīng)用：突出遙感影像的植被特征，提取 植被類別或估算生物量，這種算法稱為植被 指數(shù)。歸一化差值植被指數(shù)：NDVI =(NIR-R)/(NIR+R).多光譜變換一對遙感圖像實行線性變換， 使多光譜空間按一定規(guī)律旋轉(zhuǎn)，達到保留主 要信息，降低數(shù)據(jù)量，增強或提取有用信息 的目的。多光譜空間：定義：多光譜空間就是一個 n維坐標系， 每個坐標軸代表一個波段，遙感數(shù)據(jù)的

24、波段數(shù)就是光譜空間的維數(shù)。 坐標系內(nèi)每一個點代表一個像元， 像元在坐標系中可以表示成一個 n 維向量。每個分量就是對應(yīng)波段的 亮度值。多光譜空間只表示各波段 光譜之間的關(guān)系，不表示像元在圖 像中的位置信息，沒有空間的意義。K- L變換（主成分變換）：表達式：Y=AX各字母含義：X變換前多光譜空間的像元矢量；Y變換后主分量空間的像元矢量;A變換矩陣。功能：數(shù)據(jù)壓縮，圖像增強。K T變換（纓帽變換）：概念：也是坐標空間發(fā)生旋轉(zhuǎn)的線性變換， 旋轉(zhuǎn)后的坐標軸不是指向主成分方 向，而是指向與地面景物有密切關(guān) 系的方向。表達式：Y=BX各字母含義：X變換前多光譜空間的像元 矢量；Y變換后新坐標空間的像元矢量;B變換矩陣多源信息復(fù)合：,遙感信!息復(fù)合不同傳感器復(fù)合L-不同時相數(shù)據(jù)復(fù)合非遙感油息復(fù)合 地形、氣象、水文行政區(qū)劃、人口、經(jīng)遙感與非遙感信息的復(fù)合:地理數(shù)據(jù)必須按照一定的地理網(wǎng)格重新量化和編碼。地理數(shù)據(jù)網(wǎng)格化：采用局部擬合法。非監(jiān)督分類法監(jiān)督分類法:分類法：.最小距離法分級集群法多級切割分類法動態(tài)聚類法特征曲線窗口法最大似然比分類法監(jiān)督分類法和非監(jiān)督分類法的區(qū)別：1 .監(jiān)督分類法需要利用訓(xùn)練場地來獲取 特征參數(shù)，建立判別函數(shù)。訓(xùn)練場地的 選取要有代表性，要考慮地物光譜特征， 樣本的數(shù)目要滿足分類要求，這些不易 辦