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遥感复习资料
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第一章:
遥感概论
一、遥感的概念:
1、遥感:
即遥远感知,是在不直接接触的情况下,对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。
2、遥感的定义
(2):
从不同高度的平台上,使用各种传感器,接收来自地球表层各类地物的电磁波信息,并对这些信息进行加工处理,从而对不同的地物及其特性进行远距离的探测和识别的科学技术。
3、遥感的定义(3):
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,获取被探测目标、区域和现象的有用信息。
4、遥感系统构成:
(1)传感器
(2)遥感平台
(3)地面控制系统
(4)数据接收系统
(5)遥感应用系统
5、遥感的类型
1)按遥感平台据地面的高低划分
地面遥感:
100m以下平台与地面接触,
航空遥感:
100m-100km以下的平台,
航天遥感:
100km以上的平台,
2)按探测波段划分
紫外遥感:
波段在0.05~0.38μm之间。
可见光遥感:
波段在0.38~0.76μm之间。
红外遥感:
波段在0.76~1000μm之间。
微波遥感:
波段在1mm~1m之间。
注:
微波遥感的特点:
①能全天候,全天时工作
②对某些特殊地物有特殊的波谱特征
③对冰、雪、森林、上壤等具有一定的穿透能力
④对海洋遥感具有特殊意义
⑤分辨率较低,但特征明显
二、遥感的应用:
1、遥感在资源调查方面的应用:
①在农业、林业方面的应用
②遥感在地质矿产方面的应用
③在水文、水资源方面的应用
2、遥感在环境监测评价等方面的应用:
①在环境监测方面的应用
②在对抗自然灾害中的应用
3、在区域分析及建设规划方面的应用:
4、遥感在全球性宏观研究中的应用:
①全球性问题与全球性研究
②人口问题、资源危机、环境恶化等
③利用GPS监测和研究板块的运移;深大断裂活动;全球性气候研究和灾情预报;世界冰川的进退。
第二章:
遥感的物理基础
一、电磁波与电磁波谱:
1、电磁波的特性
(1)电磁波是横波
(2)在真空中以光速传播
(3)电磁波具有波粒二象性
2、电磁波谱:
3、红外线的特性:
(1)一切物体,都在辐射红外线.
(2)物体温度越高,辐射的红外线越强.、波长越短
(3)热辐射----即红外线辐射,热传递方式之一
二、物体的发射辐射:
1、辐射的三个定律:
黑体:
在任何温度下,对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1的物体。
(1)黑体辐射定律:
①普朗克热辐射定律:
表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。
②史蒂芬—玻尔兹曼定律:
黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加,它与温度的四次方成正比。
注:
σ为史蒂芬—玻尔兹曼常数。
③维恩位移定律:
随着温度的升高,辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。
(2)黑体辐射的三个特性:
①辐射通量密度随波长连续变化,每条曲线只有一个最大值。
②温度越高,辐射通量密度越大,不同温度的曲线不同。
③随着温度的升高,辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。
(3)基尔霍夫定律:
在任一给定的温度下,辐射出射度(辐射通量密度)与吸收率之比对任何材料都是常数,并等于该温度下黑体的辐射通量密度。
即:
M’/=M
即:
一个物体的波谱发射率等于它的波谱吸收率,好的吸收体也是好的发射体。
2、太阳辐射:
(1)太阳常数:
指不受大气影响,在距离太阳一个天文单位内,垂直于太阳光辐射的方
向上,单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量。
(可以认为是大气顶端接收
的太阳能量)
(2)太阳光谱曲线的特性:
①太阳辐射的光谱是连续的。
★②太阳辐射的能量主要集中在可见光,其中0.38~0.76µm的可见光能量占太阳辐
射总能量的46%,最大辐射强度位于波长0.47µm左右。
③到达地面的太阳辐射主要集中在0.3~3.0µm波段,包括近紫外、可见光、近红外和中红外。
④经过大气层的太阳辐射有很大的衰减。
3、地球辐射:
(1)地球辐射的特性:
①在0.3~2.5µm波段(主要在可见光和近红外波段),地表以反射太阳辐射为主。
②在2.5~6.0µm波段(主要在中红外波段),既有地表反射太阳辐射,也有地球自身的热辐射。
③在6.0µm以上的热红外波段,以地球自身的热辐射为主。
4、太阳辐射与地球辐射:
(1)太阳辐射近似6000K的黑体辐射,能量集中在0.3~2.5µm波段之间。
(可见光和近红外)
★
(2)地球自身热辐射近似300K的黑体辐射,能量集中在6.0µm以上的波段。
(热红外)
5、大气对太阳辐射的影响:
(1)大气层次:
大气厚度约为1000km,从地面到大气上界,可垂直分为5层
1对流层、②平流层、③中间层、④暖层、⑤大气外层
(2)大气对太阳辐射的作用:
①大气对太阳辐射的吸收作用
②大气的散射作用:
大气发生的散射主要有三种:
1º瑞利散射(微粒直径比辐射波长小得多)
2º米氏散射(微粒直径与辐射波长差不多)
3º非选择性散射(微粒直径比辐射波长大得多)
★注:
大气散射改变了遥感图像的对比度。
③大气的反射作用
(3)大气窗口:
通过大气而较少被反射、吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段。
(大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。
)
6、地物的反射光谱特性:
(1)地物的反射类型:
镜面反射、漫反射、方向反射。
(2)地物的反射光谱:
地物的反射率随入射波长变化的规律。
地物反射光谱曲线:
根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。
(3)常见的几种地物类型波谱特征:
★★★①植物的反射波谱特性:
★★★②植被的波谱特征:
在可见光波段:
1º在0.45um附近(蓝色波段)有一个吸收谷;
2º在0.55um附近(绿色波段)有一个反射峰;
3º在0.67um附近(红色波段)有一个吸收谷。
在近红外波段:
1º从0.76um处反射率迅速增大,形成一个爬升的“陡坡”,至1.1um附近有一个峰值,反射率最大可达50%,形成植被的独有特征。
2º1.5~1.9um光谱区反射率增大;
3º以1.45um,1.95um,2.70um为中心是水的吸收带,其附近区间受到绿色植物含水量的影响,反射率下降,形成低谷。
2影响植被波谱特征的主要因素:
1º植物类型
2º植物生长季节
3º植物的营养状况
4º病虫害影响等
(4)地物反射率大小的影响因素(3点):
波长(μ),入射角(θ),地表颜色与粗糙程度(ε)
第三章:
遥感平台与传感器系统
一、遥感平台:
★1、种类:
(1)地面平台:
通过地物光谱仪或传感器来对地面进行近距离遥感,测定各种地物的波谱特性及影像的实验研究。
(2)航空平台:
包括飞机和气球。
飞机按高度可以分为低空平台、中空平台和高空平台。
(3)航天平台:
包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。
二、遥感图像的特征:
1、图像的空间分辨率指像元所代表的地面范围的大小,即扫描仪的瞬时视场,或地面物
体能分辨的最小单元。
2、光谱分辨率:
指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。
间隔愈小,分辨率愈高。
3、辐射分辨率:
指传感器接受波谱信号时,能分辨的最小辐射度差。
4、时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔,即采样的时间频率,也称重访周期。
5、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。
6、总视场角:
扫描带的地面宽度称总视场。
从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角,叫总视场角。
三、扫描成像:
1、传感器分类:
★
(1)按工作方式分类:
①主动方式:
测试雷达,激光雷达,微波散射计等。
②被动方式:
摄影机,多波段扫描仪,微波辐射计,红外辐射计。
四、摄影成像:
1、遥感摄影胶片的类型:
黑白摄影胶片、彩色片
2、航摄倾角与像点倾角:
主光轴与铅垂线的夹角a。
(了解即可)
(1)垂直航空摄影:
a≦3º
(2)倾斜航空摄影:
a>3º
3、摄影实施方式:
(概念了解即可)
(1)单片摄影:
为特定目标或小块地区进行的摄影,一般获得一张、一对或数张不连续的像片。
(2)单航线摄影:
沿一条航线对地面上狭长地带或线状地物(如铁路、公路、河流、管道等)进行的连续摄影。
★(3)多航线摄影(面积摄影):
沿数条互相平行的直线航线对一个广大区域进行的连续的、布满区的摄影。
航向重叠:
60%,旁向重叠:
15%-30%。
4、摄影像片的几何特征:
(1)投影的分类——由光源来确定。
①中心投影:
由点光源照射物体形成的投影。
特点:
近大远小。
②平行投影:
由相互平行的光线照射物体形成的投影。
根据光线与投影面的角度不同,平行投影又可以分为:
★1º正投影:
光线与投影面垂直相交。
特点:
投影与物体大小一致。
★2º斜投影:
光线与投影面呈倾斜状态。
特点:
投影有立体感,但没有近大远小的感受。
③中心投影和正射投影的区别:
1º正射投影:
比例尺和投影距离无关。
中心投影:
焦距固定,航高改变,其比例尺也随之改变
2º正射投影:
总是水平的,不存在倾斜问题中心投影:
若投影面倾斜,航片各部分的比例尺不同。
3º地形起伏对正射投影无影响,中心投影引起投影差,航片各部分的比例尺不同。
五、遥感卫星的轨道:
1、遥感卫星的轨道类型:
★
(1)太阳同步轨道:
运行轨道与太阳的入射光线总保持一个固定角度的飞行模式,称为太阳同步。
★
(2)地球同步卫星(静止卫星):
运行周期与地球自转周期相同的卫星,它位于地球赤道上空36000km处。
卫星运行的角速度和地球的自转角速度相等,相对于地球似乎固定于高空某一点。
部分气象卫星通讯卫星
(3)极轨卫星:
轨道面与地轴重合。
六、气象卫星:
1、列举气象卫星:
(1)美国的“泰诺斯”(TIROS)卫星系列
(2)日本GMS系列静止气象卫星
(3)中国的风云系列卫星
2、气象卫星的特点:
(1)轨道:
低轨和高轨。
(2)成像面积大,有利于获得宏观同步信息,减少数据处理容量。
(3)短周期重复观测:
静止气象卫星30分钟一次;极轨卫星半天一次。
利于动态监测。
(4)资料来源连续、实时性强、成本低。
七、TM传感器各波段图像特征:
(大概看一下)
第四章:
遥感图像的处理
一、图像的彩色合成:
1、彩色图像:
★
(1)真彩色图像:
图像的色调与人眼视觉所看到的颜色基本一致的图像。
★
(2)假彩色图像:
图像的色调与实际地物色调不一致的图像。
2、彩色合成:
(1)真彩色合成:
彩色合成中选择的波段的波长与红绿蓝的波长相同或近似,得到的图像的颜色与真彩色近似。
作用:
合成后的图像的颜色接近自然色,与人的视觉感觉一致,容易识别地物。
(2)假彩色合成:
选择多波段图像中的任意三个波段,分别赋予红、绿、蓝三种原色,在屏幕上合成彩色图像的方法。
①标准假彩色合成:
选择多波段图像中的近红外、红、绿三个波段,分别赋予红、绿、蓝三种原色,在屏幕上合成彩色图像的方法。
②标准假彩色合成图像可以突出显示植被(红色),水体(黑色或蓝色)城镇(深色)等信息。
二、遥感数字图像处理:
★1、直方图及其作用:
(1)直方图:
以每个像元为单位,表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现频率的分布图。
(2)直方图的作用:
直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。
直方图的曲线可以反映图像的质量差异。
①正态分布:
反差适中,亮度分布均匀,层次丰富,图像质量高。
②偏态分布:
图像偏亮或偏暗,层次少,质量较差。
2、数字图像的辐射纠正:
★
(1)辐射畸变:
地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时,受到传感器本身、大气辐射等其他因素的影响而发生改变。
这种改变称为辐射畸变。
(2)辐射纠正方法:
★①系统辐射误差校正:
1º边缘减光现象的纠正
2º条纹:
条带噪声校正
3º斑点:
斑点噪声校正
4º灰度一致化
②遥感器辐射校正:
大气上界辐射校正(辐射定标)
③大气辐射校正:
★大气校正的方法:
1º直方图最小值去除法:
校正方法:
将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值。
使图像亮度动态范围得到改善,对比度增强,从而提高了图像质量。
2º地面实测线性回归法
3º辐射传递方程:
通过大气状况等输入参数,利用合适的大气辐射传输模型计算出大气校正参数的数值解(如大气透过率、程辐射等),在计算每个像元的反射率值,完成整幅图像的校正。
④地面辐射校正:
3、数字图像的几何纠正:
★
(1)几何畸变:
遥感图像在几何位置上发生的变化,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畸变。
★
(2)几何校正方法:
①几何粗校正:
地面接收站在提供给用户资料前,已按常规处理方案与图像同时接收到的有关卫星运行姿态、传感器性能指标、大气状态、太阳高度角等对图像几何畸变进行了校正。
(了解即可)
②几何精校正:
利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。
几何精校正步骤:
1º输入原始数字影像
2º确定工作范围
3º选择地面控制点
4º选择地图投影
5º匹配地面控制点与像元位置
6º选择校正函数和相关参数
7º像元灰度重采样
8º输出纠正数字影像。
★③灰度的重采样:
1º最近邻法:
距离实际位置最近的像元的灰度值作为输出图像像元的灰度值
2º双线性法:
以实际位置临近的4个像元值,确定输出像元的灰度值。
3º三次卷积法以实际位置临近的16个像元值,确定输出像元的灰度值。
重采样方法比较:
4、遥感数字图像增强:
(1)波段运算:
①加法运算
②差值运算
③乘法运算
④比值运算
★
(2)植被指数:
由多光谱数据,通过波段运算以突出遥感影像中的植被特征,提取植被类型或估算植被生物量,这种算法的结果称为植被指数(VI)。
常用植被指数:
(了解即可)
①差值植被指数DVI
②比值植被指数(RVI)
③归一化植被指数NDVI
④垂直植被指数(PVI)
⑤土壤调节植被指数SAVI
5、遥感图像分类:
★
(1)监督分类法:
选择具有代表性的典型实验区或训练区,用训练区中已知地面各类地物样本的光谱特性来“训练”计算机,获得识别各类地物的判别函数或模式,并以此对未知地区的像元进行分类处理,分别归入到已知的类别中。
(2)非监督分类法:
6、遥感影像的判读标志:
★①直接判读标志:
形状、大小、阴影、色调与颜色、纹理、图型、位置。
②间接判读标志
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