《遥感原理与应用》期末复习重点doc.docx
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《遥感原理与应用》期末复习重点doc
《遥感》重点章节1.3.5.8
绪论
1.1遥感的概念
丄狭义的遥感：
应用探测仪器，不与探测目相接触，从远处把目标的电磁波特性纪录下來，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。
丄广义的遥感：
泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁波、机械波（声波、地震波）、重力场、地磁场等的
探测。
1.2遥感发展简史
*无记录的地面遥感阶段（1608-1838年）
*有记录的地而遥感阶段（1839-1857年）
4空中摄影遥感阶段（1858-1956年）
4航天遥感阶段（1957-）
遥感探测的基本过程
去辐射源：
目标的电磁辐射能量（自身发射，散射、反射）丄记录设备（传感器，或有效载荷）：
扫描仪（多光谱扫描仪），相机（CCD相机、全景相机、高分辨率相机等）、雷达、辐射计、散射计等。
丄存储设备：
胶片、磁带、磁盘
丄传送系统：
人造卫星的信号是地血发送到卫星的，在卫星中经过放大、变频转发到地血，山地血接收站接收。
亠分析解译（人工解译、计算机解译）1）国外航天遥感的发展第一代1G
1957年10B4U，苏联第一颗人造地球卫星发射成功
1960年4月1H,美国发射第一颗气象卫星Tiros1,为真正航天器对地球观测开始。
1960年EvelynL.Pruitt提出“遥感,，一词。
1962年在美国密歇根大学召开的笫一次环境遥感国际讨论会上，美国海军研究局的EretynPruitt（伊•普鲁伊特）首次提出“RemoteSensing词，会后被普遍采用至今。
1972年7月23日第一颗陆地卫星ERTS-1（EarthResourcesTechnologySatellite1）发射（示改名为Landsat-1）,装有MSS传感器，分辨率为79米。
1975年1月22R,Landsat-2发射，1978年3月5日，Landsat-3发射。
1978年6月，美国发射了第一颗载有SAR（SyntheticApertureRadar,合成孔径雷达）卫星的Seasat,以后不同国家陆续发射载有SAR的卫星。
1982年7月16U,Landsat-4反射，装载MSS,TM传感器,分辨率提高到30米。
1985年3月1日,Landsat-5发射,1993年1（）月，Landsat-6发射失败，1999年4月15日，Landsat-7发射，装载ETM+,分辨率提高到15米。
1986年2月，法国发射SFOT-1,装有PAN和XS遥感器，分辨率捉高到10米多光谱波段，SPOT-5全色波段分辨率达至l」5m,2.5m。
2000年初美国发射MODIS是Teira（EOS・AMl）卫星的主要探测仪器，地面分辨率较低（星下点离间分辨率为250米,500米,1000米等o
2000年7月15H,笫一颗重力卫星CHAMP发射成功，它是由德国GFZ独口研制的,也是世界上首先采用SST技术的卫星。
2002年，重力卫星GRACE发射，它是美国（NASA）和德国（GFZ洪同开发研制的。
2）中国航天遥感的发展
1970年4月24日发射笫一颗人造卫星“东方红1号”——通信卫星。
1988年9月7日中国发射第一颗气象卫星“风云1号二
1999年1（）月14日发射第一颗地球资源卫星“屮国・巴西地球资源遥感卫星”（CBERS-1）（ChinaBrazilEarthResources
Satellite）,最高空间分辨率：
19.5米。
3）小卫星
重量在1000公斤以下的卫星称为小卫星。
小卫星质量小于500kg,占卫星总量的70%o
1.3遥感的类型
1）按遥感平台据地面的高低划分
丄地面遥感:
100m以下平台与地面接触，平台冇：
汽车、船舰、三角架、塔等。
为航空和航天遥感作校准和辅助工作。
丄航空遥感:
100m-100km以下的平台，平台有：
飞机和气球。
可以进行各种遥感实验和校正工作。
特点：
灵活大、图像清晰、分辨率高。
丄航天遥感：
100km以上的平台，平台有：
火箭、卫星、航犬飞机。
特点：
周期性、不受国界、地理条件的影响。
2）按探测波段划分
丄紫外遥感：
波段在0.05〜0.38“间。
可见光遥感：
波段在0.38〜0.76〃加Z间。
*红外遥感：
波段在0.76-1000P加之间。
微波遥感：
波段在\mm-\m之间。
3）按工作方式划分
4被动遥感：
肓接接收与记录目标物反射的太阳辐射或者目标物木身发射的热辐射和微波的遥感。
（辐射计）
丄主动遥感：
使用人工辐射源从平台上先向目标发射电磁辐射，然后接收和记录目标物反射或散射冋來的电磁波的遥感。
（雷达）
4）按用途划分
小军事遥感：
低高度、短寿命卫星：
150~350km。
4地球资源遥感：
屮高度、长寿命卫星：
35（）〜18（）（）km。
包括：
海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感、水利遥感、环境遥感等。
丄通信和气象卫星：
高高度、长寿命卫星：
约36000km。
5）按重量划分
巨型卫星：
＞3.5吨。
大型卫星:
2・3.5吨。
中型卫星：
1・2吨。
小型卫星：
＜1吨。
小型卫星又可细分为小卫星（0.5〜1吨）、超小卫星（0.1〜0.5吨）、微型卫星（10〜100公斤）、纳型卫星（小于10公斤）、皮型卫星（小于1公斤）和E型卫星（小于100克）。
6）按显示形式划分
图像遥感。
非图像遥感。
1.5遥感图像处理软件
美国:
ERDAS、ENVLIDRISI（Taiga）；加拿大:
PCI；澳大利亚:
ER-Mapper；中国:
TITANImageo
第一章电磁波及电磁波谱
1）电磁波：
交互变化的电场和磁场在空间的传播。
2）电磁波的特性：
（1）波动性：
①是横波，具有波长、频率（周期）、振幅、相位、角频率等参数。
②电磁波的波动性形成光的干涉、衍射、偏振等现象。
（2）粒子性：
光电效应：
光子作为一种棊本粒子，具有能量和动量。
电磁波谱序列：
按波长递增的序列依次为：
丫射线_X射线一紫外线一可见光一红外线一微波一无线电波。
近红外：
0.76・3um,中红外:
3-6um,远红外：
6-15um,超远红外：
15-1000umo
任何温度高于绝对零度（即・273.15°C）的物体都能产生红外辐射，例如太阳、人地、云雾、冰块、建筑物、车辆等，由于其内部分子热运动的结果，都会产生红外辐射。
人眼却无能感知红外辐射。
微波：
波长在lmm-lm的波段范围内。
该范围内nJ再分为：
毫米波、厘米波、分米波。
用特定的字母表示，如Ka,K,Ku,X,C,S,L,Po
电磁波传播的基本性质：
1）叠加2）干涉3）衍射
4）极化（偏振）
定义：
横波在垂直于波的传播方向上，电场强度振动欠量偏于某些方向的现象。
在微波技术中称为“极化”。
极化波（偏振波）：
电磁波在空间传播时，若电场矢量的方向保持固定或按一定规律旋转，这种电磁波便叫极化波。
极化方向：
极化电磁波的电场方向；极化面：
极化方向与传播方向所构成的平面。
平面极化（也称线极化）：
电磁波的极化方向保持在固定的方向上的极化。
水平极化和垂直极化都是平面极化的特例。
毛称
渡长范3
0.001—.4pm
*0.3S—0.43pm
0.38—0.76pm
M0.43—0.47pm
红
外
A
近红外
0.76—3.0pm
奔0.47―.SOjim
中红外
3—pm
绿0.50・56pm
远红外
6—15pm
it0.56.60pm
粗远红外
15—lOOOjim
橙0.60—0.63jim
波
1―10mm
红0.63―.76pm
1—10cm
10cm—Im
平面极化方式分为：
（1）垂直（V）极化：
极化面为地面垂直的极化
（2）水平（H）极化：
极化面与地面平行的极化。
极化的组合类型：
HH极化：
发射波为水平极化，接收回波为水平极化；VV极化：
发射波为垂肓•极化，接收回波为垂宜极化。
正交极化：
VH极化：
发射波为垂直极化，接收回波为水平极化。
HV极化：
发射波为水平极化，接收回波为垂直极化。
5）多普勒效应
电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播介质的运动，而使观察者接收到的频率发生变化的现象，称为多普勒效应。
物体的发射辐射
1）绝对黑体（简称黑体）：
对丁任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体。
2）黑体辐射定律：
普朗克定律、斯忒藩■玻尔兹曼定律、维恩位移定律
普朗克定律：
在给定温度、单位时间、面积、波长范围内黑体的辐射通量密度为：
+273.15）,单位是K。
（1）斯忒藩•玻尔兹曼定律
与曲线下的面积成止比的总辐射通量密度W是随温度T的增加而迅速增加。
总辐射通量密度W可在从零到无穷人的
波长范围内。
25&4
普朗克公式积分，可得到从lcn?
面积的黑体辐射到半球空间里的总辐射通量密度的表达式为：
倂=厂=冈o为斯忒藩——玻耳兹曼常数5.6697Xl（）,2w/cmK,T为绝对黑体的绝对温度（K）。
15
（2）维恩位移定律
-?
.咒he?
5朮4&-1+A5esrxf-c"
丿l心丿
=0"BT2沁
分谱辐射能量密度的峰值波氏随温度的增加向煎波方向移动。
普朗克公式微分，并求极值。
ch
氧气：
在v0.2um、0.69Pm、0.76um>0.253cm和0.5cm处吸收都很弱。
散射的方式：
主要冇米氏（Mie）散射、均匀散射、瑞利（Rayleigh）散射等。
散射类型：
介质中不均匀颗粒的直径a与入射波长X同数量级时，发生米氏散射。
介质中不均匀颗粒的直径a>>入射波长X时，发生均匀散射。
介质中不均匀颗粒的直径a小于入射波长X的十分Z—时，发生瑞利散射。
（3）大气窗口：
“大气屏障”：
在人气中电磁波透过率很小，具至完全无法透过电磁波。
“人气窗口”：
电磁辐射通过人气后衰减较小，透过率较高的电磁波段。
可以用作遥感的大气窗口：
0.32-1.15um大气窗口：
这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段，是遥感技术应用最主要的窗口之一。
1.3-2.5um大气窗口：
属于近红外波段，主要应用于地质遥感。
3.5-5.Oum人气窗口：
属于屮红外波段，火灾、火山、核爆炸探测。
8-14um大气窗口：
热红外窗口，透射率为80%左右，属于地物的发射波谱。
1.0mm-1m微波窗口。
反射波谱：
反射波谱：
某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律。
反射波谱特性曲线：
以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。
物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤英是后两个波段。
地物的反射辐射
IO»K/umrofloctoneo（*M>）
典型地物的反射波谱特性曲线（如何出题？
）
1•城市道路、建筑物的反射波谱特性曲线
城市道路、建筑物的光谱反射特性
红外波段较可见光波段反射强
石棉瓦、水泥面较其他材料反射强
沥青较其他材料反射弱
2
•水体的反射波谱特性曲线
蓝移：
营养缺乏或病虫害吋，红边向短波方向移动几个-十几个纳米。
红边结构：
红边用一定的曲线表示其结构，数学模型
植被指数：
近红外和红光波段反射率的线性或非线性纽合
植被指数主要有：
比值植被指数RVI：
RVI=NIR/RED
归一化柏被指数NDVI：
NDVI=（NIR-RED）/（NIR+RED）
差值植被指数DVI：
DVI=NIR-RED
具屮，NIR表示近红外波段反射率，RED表示红光波段反射率。
NDVI是目前应用最广泛的一种植被指数。
5•土壤的反射波谱特性曲线
土壤的光谱反射特性
自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值。
土壤的反射波谱特性曲线受：
土壤的机械组成（颗粒的粗细）、颜色、十-壤含水量、土壤类型等的影响。
反射辜、
土质越细反射率越间，有机质及含水量越局反射率越低。
在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显。
植被、水体、土壤的反射波谱特性曲线：
reflectance（%）
60-
drysoil
40-•一一-.
20-
第二章遥感平台及运行特点
轨道特征1：
太阳/地球同步轨道
遥感卫星一般有两种绕地球E行方式：
（1）地球同步卫星：
定点观测
（2）太阳同步卫星：
定期观测（圆形）
地球同步卫星：
卫星的公转介速度和地球自转介速度相等。
运动周期为23小时56分04秒，相对地球静止，可以观测地球表面三分Z—的固定区域，在地球赤道上空约36000km,又称为静止卫星，或地球静止卫星。
太阳同步卫星：
指卫星轨道血与太阳地球连线之间在黄道面内的交角，不随地球绕太阳公转而改变，使资料获得时具有相似的照明条件。
卫星绕地球南北极运行，乂称近极地太阳同步轨道卫星，简称极轨卫星。
轨道特征2：
近圆形轨道
•使在不同地区获取的图像比例尺一致。
•使得卫星的速度也近于匀速。
•便于扫描仪用固定扫描频率对地面打嵋像，避免造成扫描行Z间不衔接的现彖。
轨道特征3：
可重复轨道
•卫星每绕地面一圈，卫星进动修正后，地球赤道rfl西往东旋转了约2866km,即第二条运行轨迹相对前一条运行轨迹在地面上西移2866kmo
•一天24小时绕地13.944圈，第14圈时已进入第二天，称为第二天第一条轨道，这一条轨道与前一天第--条轨道Z间差0.056圈，在地面上赤道处为159km。
陆地卫星类Landsat（美国）
（1）传感器:
>Landsat-1〜3：
装载MSS多光谱扫描仪（MultiSpectralScanner）,返束光导管（RBV：
ReturnBeamVidicon）摄像机。
Vidicon：
光导摄像管。
>Landsat-4：
1982年：
装有MSS,RBV,TM（ThematicMapper：
专题绘图仪）。
*Landsat-7：
1999年：
装有MSS,RBV,采用ETM+（增强■加型专题绘图仪），增加了全色（pan）波段，分辨率为：
15m。
4全色（Panchromatic,简写：
Pan）：
对可见光范围内所有波长的光都敏觉的。
（2）特点
①轨道:
太阳同步近圆形近极地轨道②平均高度:
705km（Landsat4〜5,7）,915km（Landsat1〜3）。
③重访周期:
周期16天（Landsat4〜5,7）,18天（Landsat1〜3）。
④扌打描宽度：
185km。
⑤分辨率：
30m（TM、ETM+：
1〜5,
7）,120m（TM：
6）,60m（ETM+：
6）,15m（ETM+：
Pan）,80m（RBV：
1,2,3；MSS：
4,5,6,7）,40m（RBV：
Pan）,240m（MSS：
8）。
⑥轨道特点：
太阳同步近极地、近圆形、可重复
SPOT（法国）
（1）传感器
从SPOT1〜3：
HRV（HighResolutionVisible）高分辨率可见光成像仪；
£SPOT4：
HRVIR（HighResolutionVisibleandInfrared）高分辨率红外成像仪和（VEGETATION）植被成像装置。
（也有缩写：
VI,VGT）O
丄SPOT5：
高分辨率儿何装置（HRG：
HighResolutionGeometry）,（VEGETATION）植被成像装置，HRS（HighResolutionStereoscopic）高分辨率立体成像装置。
（2）特点
①轨道：
太阳同步圆形近极地轨道，②平均高度：
832km左右。
③重访周期：
26犬。
④扌订描宽度：
60km（HRV,HRVIR）,117km（HRS）,2250km（VI）。
⑤分辨率：
SPOT1〜4：
20m（MS）,10m（Pan）；SPOT5：
10m（HRG：
MS,HRS：
立体像对），5m,2.5m（HRG：
Pan）,1.15km（VI）O
高光谱类卫星
多光谱（Multispectral）：
几个到十几个光谱通道，光谱分辨率在入/10数量级范围（>10nm）。
高光谱（Hyperspectral）:
几十到几百个光谱通道，光谱分辨率在入/100数量级范围（l-10nm）。
超光谱（Ultraspectral）:
光谱分辨率在入/1000数量级范围（<0.2nm）o
静止轨道气象卫星：
乂称为高轨气象卫星，或地球同步轨道气象卫星极地轨道气象卫星：
又称为低轨气象卫星，或太阳同步轨道气彖卫星小卫星主要特点：
重量轻、体积小研制同期短，成本低（一箭多星）
发射灵活，启用速度快，抗毁性强系统本身和有效载荷性能高
第三章遥感传感器及其成像原理
瞬时视场指在扫描成像过程，一个光敏探测元件通过望远镜系统投影到地面上的直径或边长。
同义词：
空间分辨率。
0=川fP在仪器设计时已经确定。
7d探测器尺寸（宜径或宽度）；f扫描仪焦距。
3.成像光谱仪
以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息的仪器。
基本上属于多光谱扫描仪，其构造与CCD线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪相同，区别仅在于通道数多，各通道的波段宽度很窄。
3.3.1微波遥感的基础
波段代号
标称波长（cm）
频率（GHz）
波长范围（cm）
P
65
1-0.3
30-100
L
22
1-2
30-15
S
10
2-4
15-7.5
C
5
4-«
7.5-3.75
X
3
8-12
3.75-2.5
Ku
9
12-1S
2.5-1.67
K
1.25
1«-27
1.67-1.11
在微波遥感中，广泛应用L、C、X波段，有时也用P波段。
3.微波特点
（1）微波能在夜间工作，因此能全天候工作；
（2）对某些地物具冇特冇的波谱特征。
如：
微波波段冰、水的比辐射率悬殊，分别为0.4和0.99,nJ"以很好区分。
对金属有强烈反射。
（3）微波对某些地物有穿透能力。
如对冰、雪、森林、土壤等，可以探测林屮的军事目标、地下古墓等。
L和P波比K或X波段更冇穿透力。
对于森林，C波段波长较短，树冠就反射了，没冇穿透力；但其它较长波段，由于大于树叶不
影响传播。
式中：
H穿透深度；£地物介电常数；。
地物导电率
（4）微波遥感器可采用多频率、多极化、多视角方式工作，具有多普勒效应，从而获収目标的多种信息。
（5）可以记录口标的相位信息，通过相位差，确定两点间距离的方法。
（6）微波频率很高，在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，其信息容量大。
3.3.2.1真实孔径雷达
♦真实孔径雷达（RAD：
RealApertureRadar）:
以实际孔径天线进行工作的侧视雷达。
1.真实孔径雷达分辨率
分辨率：
距离分辨率和方位分辨率。
距离分辨率：
在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标的最小距离。
距离分辨率与俯角和脉冲宽度冇关。
俯角越小，脉冲宽度越小，距离分辨率越高。
但减小脉冲宽度，将使作用距离减小。
为了保持一定的作用距离，这时需加大发射功率，造成设备庞大，费用昂贵。
目前-•般采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率。
方位分辨率：
指相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离。
公式见PPT重要
合成孔径雷达（SAR：
SyntheticApertureRadar）：
利用遥感平台的匀速前进移动，将小孔径的天线以一定的时间间隔发射脉冲信号，天线在不同位置接收回波信号的幅度和相位，起到大孔径天线的作用，提高方位分辨率的雷达。
3.3.2.3侧视雷达图像的几何特点
（1）垂直于飞行方向的比例尺垂直飞行方向（y）由星下点向外的比例尺：
由小变大。
（2）变形——压缩与拉长造成山体前倾，朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长,
与中心投影相反。
还会出现不同地物点重影现象。
（3）高差产生的投影差高差产生的投影差与中心投影影像投影差位移的方向相反，位移虽也不同。
（4）雷达立体图像的构像特点从不同摄站对同-•地区获取的雷达图像也能构成立体影像。
相干雷达（INSAR：
InterferenceSyntheticApertureRadar）:
利用SAR在平彳亍轨道上对同-哋区获収两幅（或两幅以上）的单视复数彫像來形成干涉，进而得到该地区的三维地表信息。
匸作在红外和可见光波段的雷
丄
口5・3xl0f
nl=
a
第四章遥感图像数字处理的基础知识
激光雷达（LASER：
LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）:
达称为激光雷达。
4.1图像的表示形式
•遥感图像的表示形式:
遥感传感器记录地物电磁波的形式
•光学图像：
胶片或其它光学成像载体形式数字图像：
数字形式
3.光学图像与数字图像的转换
•光学图像变成数字图像
>把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数
>空间坐标离散化一样
>幅度（光密度）离散化——量化
>整个过程称为图像数字化
4.2.2存贮格式
♦BSQ（BandSeQuential）:
按照波段顺序依次记录各波段的图像
♦BIL（BandInterleavedLine）:
逐行按波段次序排列
♦BIP（BandInterleavedbyPixel）:
每个像元按波段次序交叉排序
3.1可见光与色彩
2.色彩概念
色调（H：
Hue）：
色彩相互区分的特性。
明度（L：
Lightness）：
光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉，范帼为从黑到白。
亮度（V：
Value或I：
Intensity）：
颜色的相对明喑程度，范围为灰色部分，小于明度的范围。
饱和度（S：
Saturation）：
彩色浓淡的程度，即渗白程度
4.3.2颜色视觉理论
互补色：
若两种色光以适当地比例混合产牛口色或灰色，这两种颜色成为互补色。
例如红色光和青色光，绿与品红、蓝与黄互补色。
三原色：
若三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，英中任一种都不能由其余两种颜色混合相加产生，这三种颜色称Z为三原色。
能量相同的加法三原色混合成白色。
例如：
三原色：
纟I：
（R）、绿（G）、蓝（B）；橙，绿，紫。
4.3.3.2多波段彩色变换
•真彩图像：
选择遥感影像的红、绿、蓝三个波段，对应赋予红、绿、蓝三种颜色，合成的彩色图像。
例：
TM影像真彩合成波段：
R:
3（0.66口m）
G:
2（0.56m）
B:
1（0.485um）
•假彩图像：
根据加色法彩色合成原理，选择遥感影像任意的三个波段，分别赋予红、绿、蓝三种颜色，合成的彩色图像。
山于三种颜色与遥感波段所代表的真实波段颜色不同，因此合成的颜色不是真实地物的颜色，这种合成称为假彩合成。
例：
TM影像标准假彩合成：
方案1：
R:
4,G:
3,B:
2（彩红外CIR）
方案2：
R:
4,G:
5,B:
3
总结：
遥感彩色图像包括：
真彩、假彩、伪彩（模拟真彩）。
第五章遥感图像的几何处理
5.2遥感图像的几何变形
本节主要讨论外部误差对图像变形的影响。
此外把某些传感器特殊的成像方式所引起的图像变形，如全景变形、斜距变形等也加
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