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遥感导论复习资料
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第1章绪论
一、遥感（RemoteSensing）的定义
1、广义：
泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。
2、狭义：
是应用探测仪器，不与探测目标接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，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。
二、遥感系统
1、目标物的电磁波特性2、信息的获取3、信息的接收
4、信息的处理5、信息的应用
备注：
遥感卫星地面站：
北京密云（1986年第一个建立）、新疆喀什、云南三亚。
正在建立的遥感卫星地面站：
西南站、极地站。
三、遥感的类型
1、按遥感平台分
（1）地面遥感（如车载、船载、手提、固定或活动高架平台）
（2）航空遥感（飞机、气球）
（3）航天遥感（地球卫星、航天飞机、空间站、火箭）
（4）航宇遥感
2、按传感器的探测波段分
（1）紫外遥感：
0.05-0.38μm
（2）可见光遥感：
0.38-0.76μm
（3）红外遥感：
0.76-1000μm（4）微波遥感：
1㎜-10m
（5）多波段遥感：
指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分为成若干窄波段来探测目标。
3、按工作方式
（1）主动遥感
（2）被动遥感
（1）成像遥感
（2）非成像遥感
四、遥感的特点
1、大面积的同步观测
2、时效性（地球同步轨道卫星可每半小时对地观测一次；太阳同步轨道卫星可每天两次对同一地区进行观测；地球资源卫星分别以16天、26天或4至5天对同一地区重复观察一次）
3、数据的综合性和可比性（综合性：
自然、人文综合全天时数据③广阔领域的数据）
4、经济性
5、局限性（光谱分辨率：
波段利用不充分和受限制、空间分辨率：
空间上离散化、时间分辨率：
时间上不连续）
课后习题
一、遥感的基本概念是什么？
答：
1、广义：
泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波
（声波、地震波）等的探测。
2、狭义：
是应用探测仪器，不与探测目标接触，从远处把目标的电磁波
特性记录下来，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。
2、遥感探测系统包括哪几个部分？
答：
1、目标物的电磁波特性2、信息的获取3、信息的接收
4、信息的处理5、信息的应用
第2章电磁辐射与地物光谱特征
一、电磁波的性质
1、电磁波是横波2、在真空中以光速传播3、具有波粒二象性
4、满足：
C=f*λE=h*f5、具有偏振现象
书15页表2.1电磁波谱
书20页图2.7不同温度的黑体辐射
二、绝对黑体具有最大的吸收率和发射率，却丝毫不存在反射。
书27页图2.13大气垂直分层
三、大气散射的分类
1、瑞利散射（主要发生在可见光和近红外波段）
（1）定义：
当大气中粒子的直径比辐射波长小得多时发生的散射。
（如大气中的分子和原子：
氮、二氧化碳、臭氧、氧气分子）
（2）特点：
散射强度与波长的四次方成反比，波长越长散射强度越弱。
（3）实例：
A.蓝光波长短，散射强度大，蓝色向四面八方散射，使太阳辐射传播方向的蓝光被大大削弱，所以在无云的晴空整个天空蔚蓝。
B.在日出和日落时，太阳高度角小，阳光斜射向地面，通过的大气层比阳光直射时厚的多。
在过长的传播过程中，蓝光和绿波波长较短，几乎被散射殆尽，剩下红波波长最长散射最弱，透过大气最多。
加上剩余的极少量绿光，最后合成呈现橘红色，所以朝霞和夕阳都偏橘红色。
2、米氏散射（近紫外波段和红外波段）
（1）定义：
当大气中粒子直径与辐射波长相当时发生的散射。
（如大气中的微粒：
烟、尘埃、小水滴、气溶胶）
（2）特点：
散射强度与波长的二次方成反比，且散射在光线向前方向比向后方向强）。
（3）实例：
云雾对红外线的散射是米氏散射。
潮湿天气米氏散射影响较大。
3、无选择散射
（1）定义：
当大气中粒子的直径比辐射波长大得多时发生的散射。
（2）特点：
散射的强度的波长无关。
（任何波长散射强度相同）
（3）实例：
云雾中水滴粒子直径比辐射可见波波长长得多，而对可见光中各个波长的散射强度相等，所以人们无论在云层上方还是下方看到的云雾呈白色。
四、折射现象（当太阳在地平线上时，折射角度最大，它还没有出地平线，由于折射地面上已经可以看见，所以早晨看到的太阳圆面比中午看到的大）
五、大气窗口：
通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段称为大气窗口。
书31页图2.18大气窗口
六、到达地面的太阳辐射能量=反射能量+吸收能量+投射能量
七、物体的反射分类
1、镜面反射2、漫反射3、实际物体反射（处于镜面和漫反射之间）
第3章遥感成像原理与遥感图像特征
1、遥感平台的类型
1、地面2、航天3、航空4、航宇
二、航天遥感平台的分类
1、气象卫星系列（最早发展起来的环境卫星）
（1）发展阶段
20世纪60年代第一代气象卫星。
特点：
多运用可见光摄像技术，获取白天可见光资料。
②1970-1977大二代气象卫星。
特点：
a.扫描辐射仪代替了电视摄像技术。
b.普遍两通道传感器可提供昼夜高低分辨率云图，计算海面、云顶、地面温
度和水文资料。
c.建立起全球气象卫星探测系统。
1978年以后第三代气象卫星。
特点：
a.传感器通道增加，质量提高。
b.观测精度提高。
c.资料传输以数字为准。
d.国际间的合作加强，向全球
100多个接收站提供每天资料。
（2）特点
轨道A.低轨（同一地点一日观测两次）
B.高轨（同一地点每隔20-30分钟获取一次）
②短周期重复观测。
成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。
④资料来源连续、实时性强、成本低。
2、陆地卫星系列
（1）主要类型
陆地卫星（Landsat）
②斯波特卫星（SPOT）：
最高空间分辨率达10m，其传感器带有可定向的发射器，使仪器具有偏离天底点观察的能力，可获得垂直和倾斜的图像。
③中国资源一号卫星--中巴地球资源卫星
3、海洋卫星系列
（1）类型Seaset1②“雨云”7号卫星③日本海洋观测卫星
④ERS⑤加拿大雷达卫星
（2）特点需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖的观测。
②以微波为主。
③电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段的一条新路。
④海面实测资料的校正。
三、摄影成像
1、摄像机分类：
分幅式（通常遥感探测和制图）、全景式（军事探测）。
2、摄影像片属于中心投影。
四、扫描成像：
是依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像。
五、微波遥感与成像
1、微波遥感的特点
（1）能全天候、全天时工作。
（2）对某些地物具有特殊的波谱特征。
（3）对冰、雪、森林、土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，但特性明显。
2、微波遥感的类型
（1）主动微波遥感雷达②侧视雷达③合成孔径侧视雷达
（2）被动微波遥感微波辐射计
六、遥感图像的特征
1、空间分辨率
2、波谱分辨率（意义：
提高地物分辨率②提高分析判断效果）
3、辐射分辨率
4、时间分辨率
第4章遥感图像处理
1、光学原理与光学处理
1、可见光：
电磁波谱中0.38-0.76μm波段可以引起人的视觉的光。
2、颜色的性质由明度（Lightness）、色调（Hue）、饱和度（Saturation）来描述。
3、孟塞尔颜色立体：
中央轴线代表无色彩的明度等级。
顶部白为10，底部黑为0.从0到10共分为10个明度级。
4、互补色：
若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色称为互补色。
5、红、绿、蓝三种颜色是最优的三原色。
6、减法三原色：
指加法三原色的补色，即黄、品红、青色。
2、数字图像的校正
1、数字校正的方法：
辐射校正（RadiometricCorrection）、几何校正（GeometricCorrection）
2、数字量与模拟量的本质区别在于模拟量是连续变量而数字量是离散变量。
3、数字图像中的像元量化后灰度值从0到255，共有256级灰阶。
0代表黑，255代表白，其他值居中渐变。
4、辐射校正（RadiometricCorrection）中，灰度值主要受太阳辐照射到地面的辐射强度、地物的光谱反射率影响。
5、引起辐射畸变的原因：
传感器本身产生的误差、大气对辐射的影响。
6、几何畸变：
当遥感图像在几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀、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时，即说明遥感影像发生了几何畸变。
7、几何校正
（1）定义：
指从具有几何畸变的图像中消除畸变的过程。
（2）遥感图像形变的原因
地形起伏的影响
②地球表面曲率的影响
③大气折射的影响
④地球自转的影响
⑤遥感平台位置和运动状态变化的影响
A.航高B.航速C.俯仰D.翻滚E.偏航
（3）几何畸变校正中最常用的是精校正方法。
适用于在地面平坦，不需考虑高程信息，或地面起伏较大而无高程信息，以及传感器的位置和姿态参数无法获取的情况应用。
（4）确定校正后图像亮度值的方法
最邻近法（优点：
方法简单易用，计算量小，缺点：
处理后图像的亮度值具有不连续性，从而影响了精确度）
②双线性内插法（优点：
精度较高，亮度不连续现象或线状特征的块状化现象明显改善；缺点：
计算量大，对图像有平滑作用，从而使对比度明显的分界线变得模糊）
③三次卷积内插法（优点：
很好的图像质量，细节表现更清楚；缺点计算量很大）备注：
对控制点选取的均匀性要求更高。
（5）控制点的选取（GroundControlPointCGCP）
数目确定（控制点最少数目为（n+1）（n+2）/2）。
②选取原则
A.控制点应选取图像上易分辨且较精细的特征点。
B.特征变化大的地区多选。
C.图像边缘部分一定要选取控制点，以免外推。
D.尽可能满幅均匀选取。
3、数字图像增强
1、数字图像增强方法
（1）对比度变换（通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度）
（2）空间滤波（通过强调像元与其周围相邻像元的关系）（3）彩色变换
（4）图像运算（5）多光谱变化
2、对比度变换方法的分类：
线性、非线性。
3、空间滤波的分类
（1）平滑：
可以使亮度平缓或者去掉不必要的“噪声”（均值平滑、中值滤波）
（2）锐化：
作用：
突出图像的边缘、线性目标或者某些亮度变化率大。
②方法：
罗伯特梯度、索伯尔梯度、拉普拉斯梯度、定向检测。
4、彩色变换的方法：
单波段、多波段、彩色变换、HLS变换。
5、图像运算的方法
（1）差值运算：
有利于目标与背景反差较小的信息提取，还用于研究同一地区不同时相的动态变化。
（2）比值运算：
用于突出遥感影像中的植被特征、提取植被类别或估算植被生物量，或用于去除地形影响。
6、多光谱变换：
可以达到保留主要信息，降低数据量，增强或提取有用信息。
四、多源信息复合
1、多源信息复合的类型：
遥感信息的复合、遥感与非遥感信息的复合
2、遥感信息的复合：
指不同传感器的遥感数据的复合，以及不同时相的遥感数据的复合。
3、不同传感器的遥感数据复合的步骤
（1）配准：
目的：
为了使两幅图像所对应的地物吻合，分辨率一致。
②方法：
采用几何校正，分别在不同数据源的影像上选取控制点，用双线性内插或三次卷积额内插运算等对分辨率较小的进行重采样，完成配准。
（2）复合
4、不同时相的遥感数据复合步骤
（1）配准：
利用几何校正的方法做位置匹配。
（2）直方图调整（3）复合
5、遥感与非遥感信息的复合步骤
（1）地理数据的网格化：
网格数据生成（采用局部拟合法进行逐点内插）
②与遥感数据配准
（2）最优遥感数据的选取
（3）配准复合：
栅格数据与栅格数据②栅格数据与矢量数据
第五章遥感图像目视解译与制图
一、遥感图像解译的分类：
1、目视解译（又称目视判读、目视判议）2、计算机解译（遥感图像理解）
二、遥感图像目视解译原理
1、目视解译是遥感成像的逆过程
遥感影像：
地表景物→成像过程→遥感影像
目视解译：
遥感影像→目视解译→地表景物
2、遥感图像目视解译的目的：
从遥感图像中获取需要的地学专题信息。
3、目标地物特征
（1）色：
色调、颜色、阴影。
（2）形：
形状、纹理、大小、图形。
（3）位：
地物分布、空间位置、相关布局。
4、目标地物识别标志
色调、颜色、阴影、形状、纹理、大小、位置、图型、相关布局、
5、遥感图像的认识过程
（1）自下向上过程：
图像信息获取、特征提取、识别证据选取
（2）自上向下过程：
特征匹配、提出假设、图像辨识
3、遥感图像目视解译基础
1、遥感摄影像片的分类：
可见光黑白全色像片、黑白红外像片、彩色像片、彩红外像片、多波段摄影像片、热红外摄影像片。
2、摄影像片的特点：
大中比例尺、中心投影方式、变形视角（地物顶部轮廓）
3、摄影像片的解译标志（判读标志）：
直接判读标志、间接判读标志
（1）直接判读标志：
形状、大小、色调与颜色、阴影、纹理、图型、位置。
本影：
地物未被阳光直接照射到的部分在像片上的构像。
有助于地物有立体感。
落影：
是阳光直接照射到物体时，物体投在地面上的影子在像片上的构像。
可以显出物体的侧面形状。
（2）间接解译标志
目标地物与其相关指示特征②地物与环境的关系
③目标地物与成像时间的关系
4、遥感摄影像片的判读方法
（1）可见光黑白像片和黑白红外像片解译
黑白像片识别与解译的规律：
可见光范围内反射率高的物体，在航空像片上呈现淡白色调，反射率低的物体，在像片上呈现暗灰色调。
②物体在近红外波段的反射率高低决定了在黑白红外像片上色调的深浅。
（2）彩色像片与彩色红外像片解译
彩色红外像片在识别伪装方面有突出功能。
（3）热红外像片直接解译标志：
色调、形状与大小、地物大小、阴影。
5、遥感扫描影像特征
（1）宏观综合概括性强。
（一般来说，影像空间分辨率越低，地面景观概括性越强，对景物细节的表现力越差）
（2）信息量丰富（3）动态观测
6、遥感扫描影像的判读原则
先图外、后图内，先整体、后局部，勤对比、多分析。
7、微波影像的特点
（1）成像速度快
（2）覆盖区域面积大（3）地物目标清晰可见
8、微波影像的判读方法
（1）由已知到未知
（2）对微波影像进行投影纠正
（3）利用同一航高的侧视雷达在同一侧对同一地区两次成像，或者利用不同航高的侧视雷达在同一侧对同一地区两次成像。
9、目视解译方法
（1）直接判读法
（2）对比分析法（3）信息复合法（4）综合推理法
（5）地理相关分析法
10、遥感图像目视解译步骤
（1）目视解译准备工作阶段
（2）初步解译与判读区的野外考察
（3）室内详细判读（4）野外检验与补判（5）目视解译成果的转绘与成图
4、遥感制图
1、遥感影像地图的分类
（1）按内容分：
普通影像地图、专题影像地图
（2）按获取信息传感器不同：
航空摄影影像地图、扫描影像地图、雷达影像地图。
2、遥感影像地图的特征
（1）丰富的信息量
（2）直观形象性（3）有一定数学基础（4）现势性强
3、常规制作遥感影像地图步骤
（1）根据任务要求设计影像地图
（2）地理基础底图的选取（一般选地形图为地理基础底图）
（3）影像几何纠正
（4）制作线划注记版，并在遥感影像图上套合地图基本要素。
4、计算机辅助遥感制图的基本步骤
（1）遥感影像信息选取与数字化
（2）地理基础底图的选取与数字化
（3）遥感影像几何纠正与图像处理
（4）遥感影像镶嵌与地理基础底图拼接
（5）遥感基础底图与遥感影像复合（6）符号注记图层生成
（7）影像底图图面配置（8）遥感影像地图制作与印刷
第6章遥感数字图像计算机解译
1、遥感数字图像的性质与特点
1、遥感数字图像最基本的单位是像素。
2、像素具有空间特性和属性特性。
（像素的属性特性用亮度值表达）
3、正像素：
一个像素只包含一种地物。
4、混合像素：
像素内包含两种或两种以上地物的混合像素。
5、遥感数字图像的特点
（1）便于计算机处理与分析
（2）图像信息损失低（3）抽象性强
6、航空像片数字化过程
（1）空间采样
（2）属性量化
2、遥感数字图像的计算机分类
1、遥感图像分类的主要依据：
地物的光谱特征
2、遥感图像计算机分类的依据：
遥感图像像素的相似性
3、恒量相似度的方法：
距离、相关系数。
（1）距离的算法：
绝对值距离、欧氏距离、马氏距离、像元i到第g类类均值的混合距离、相关系数
4、遥感图像的计算机分类方法：
监督分类、非监督分类。
（1）监督分类的方法
最小距离分类法：
最小距离判别法、最近邻区分类法
优点：
分类原理简单、计算速度快。
不足：
分类精度不高可以在快速浏览分类概括中使用。
②多级切割分类法：
要求训练区样本的选择必须覆盖所有的类型。
优点：
便于直观理解如何分割特征空间，以及待分类像素如何与分类类别相对应。
不足：
多级分割分类法要求分割面积总是与各特征轴正交，如果分类别在特征空间中呈现倾斜分布，就会产生分类误差。
③特征曲线窗口法④神经网络分类法
⑤最大似然比分类法：
是通过求出每个像素对于各类别的归属概率，把像素分归到归属概率最大的类别中去的方法。
当总体分布不符合正态分布时，其分类可靠性将下降，不适宜用此方法。
（2）非监督分类法：
其前提是假定遥感影像上同类物体在同样条件下具有相同的光谱特征信息。
（3）非监督分类法的方法
聚类分析法②分级集群法③动态聚类法
5、监督分类与非监督分类的比较
区别：
是否利用训练场来获取先验的类别知识。
②当不熟悉区域情况时，选用非监督分类，当两个地物类型对应光滑特征类型差异差异很小时，选用监督分类。
6、遥感数字图像计算机分类步骤
（1）明确遥感图像分类的目的及其需要解决的问题，选取特定区域的遥感数字图像。
（2）根据研究区域，收集与分析地面参考信息与有关数据。
（3）选择合适的图像分类方法和算法。
（4）找出代表这邪恶类别二的统计特征。
（5）测定总体特征。
（6）对遥感图像中各像素进行分类。
（7）分类精度检查。
（8）对判别分析的结果统计检验。
7、图像分类的有关问题
（1）未充分利用遥感图像提供的多种信息。
（2）提高遥感图像分类精度受到限制。
大气状况②下垫面③其他（云）
3、遥感图像多种特征的抽取
1、结构模式识别（句法模式识别）：
利用该方法可以提取地物的形状特征和空间关系特征，在此基础上识别遥感影像上的目标地物。
2、地物边界跟踪的方法
（1）以图像像元作为跟踪的落脚点，跟踪点的连线作为地物的界线。
适用于线状地物跟踪。
（2）边界跟踪的路径应该从两个相邻地物边界的像元中间穿过。
适用于点状地物与面状地物的跟踪。
3、不同地物之间的空间关系
（1）方位关系
（2）包含关系（3）相邻关系
（4）相交关系（5）相贯关系
4、遥感图像解译专家系统
1、遥感图像解译专家系统组成
（1）图像处理与特征提取子系统
（2）遥感图像解译知识获取系统
（3）狭义的遥感图像解译专家系统
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