林業(yè)遙感期末復(fù)習(xí)南林

1、，遙感簡介1，遙感數(shù)據(jù)獲取方式廣義:泛指各種非接觸的、遠距禽探測技術(shù)匚（遙感大詞典在不直接接觸的情況下，對日標物或白然現(xiàn)象遠距譌惑知的一種探測摂術(shù)口狹義：是一門新興的科學(xué)技術(shù)，主要指從遠距離、高空以至外層空間的平臺上.利用可見光、紅外、微波等探測器通過攝影盛掃描、信息感應(yīng)、傳輸和處理,從而識別地面物質(zhì)的件質(zhì)和運動狀態(tài)的現(xiàn)代化技術(shù)系統(tǒng)口電磁波信號是遙感研究的重點，區(qū)分電磁液特性的主要因子之一是波長（頻率,電磁波依據(jù)波長軸線的分布稱為電磁波譜:空間分辨率（計算）；空間分辨率反映了對兩個非常接近的目標物的識別、區(qū)分能力。通常采用像元、瞬時視場角（IFOV,InstantaneousFieldOfVi

2、ew）表達。光譜分辨率指遙感器所選用的波段數(shù)量多少、各波段的波長位置及波段間隔的大小,即選擇的通道數(shù)、每個通道的中心波長、帶寬三個要素共同決定光譜分辨率。時間分辨率；時間分辨率反映了遙感器重復(fù)采集數(shù)據(jù)的周期（有3中分類）前3個的關(guān)系,作業(yè)有輻射分辨率：輻射分辨率指遙感器對光譜信號強弱的敏感程度、區(qū)分能力,即探測器的靈敏度,反映了遙感器探測元件在接收光譜信號時能分辨的最小輻射差,或指對兩個不同輻射源的輻射量的分辨能力。一般用灰度的分級數(shù)來表示遙感4特征：空間特性：探測范圍廣、采集數(shù)據(jù)快,具有宏觀性和直觀性光譜特性：譜段豐富,可多光譜、高光譜乃至超光譜成像。時間特性：遙感傳感器按照一定的時間間隔采

3、集數(shù)據(jù)，具有多時相性，可提供目標的動態(tài)變化信息，用于資源、環(huán)境、災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)報,還可以根據(jù)目標不同時期的變化特征，提高目標識另U能力。角度特性：多角度遙感數(shù)據(jù)包含豐富的地物信息，對地物形態(tài)、三維結(jié)構(gòu)等的刻畫具有重要意義。遙感分類（成像方式,波普平臺+）按謠感所利用的電磁波譜段分：光學(xué)遙感：涵蓋可見光、近紅外、短波紅外區(qū)域；熱紅外遙感：觀測熱紅外區(qū)域，探測目標熱發(fā)射特性；微波遙感：采用微波波段，探測目標的后向散射特性、目標位置（主動）、探測微波發(fā)射和溫度（被動）。按遙感工作方式分：被動遙感和主動遙感按遙感對象分：宇宙遙感和對地遙感按遙感平臺分：航天遙感：平臺高于80km,分低軌（500km）、

4、極軌（太陽同步，隨重復(fù)周期軌道高度可變，一般在700-900km）、靜止軌道（地球同步，高度約3.6萬km）、L-1軌道（太陽與地球?qū)πl(wèi)星引力平衡，約150萬km）；航空遙感：平臺低于80km，包括普通飛機、氣球、飛艇等；3.地面遙感：包含手持（約1m）、觀測架（1.5-2m）、遙感車（10-20m）、觀測塔（300-350m）等。二，遙感平臺及遙感器1，遙感平臺：航空平臺（大氣層內(nèi)）氣球、飛艇、飛機航天平臺（大氣層外）航天飛機、載人飛船、人造衛(wèi)星2,航空攝影遙感特點“憂勢；L高空間分辨率成像【空間分辨率可達或更高；可根據(jù)應(yīng)用需要靈活設(shè)總觀測空間范圍、觀測時間歴觀測譜段T具備高度靈活性，實用性

5、;應(yīng)用成本相對航夭平臺更低3、航空遙感平臺與航天平臺相比、平臺高度更低、受大吒層的干擾更小，咸像精度更高.“劣勢：L成像區(qū)域相對有限：M受平臺穩(wěn)定性（飛擰過程巾飛機器本身的姿態(tài)及大氣狀態(tài)癒響）的影響，造成蠢像可能出現(xiàn)傾斜，同時，也面臨務(wù)期影像難以拼接的因難；3-大視場角昌致像點位格、影橡變冊-3,航空遙感影像的分類按主光軸與地面法線間的關(guān)系分：尸垂直攝影L.攝影機主光軸垂直于地直或者閔離地面法2.感光腔片與地面平行；S.垂直攝影的像八溝水平倔片，應(yīng)像的地徇般與地物頂部形狀基本相愎。尸蟻斜攝影.攝影機主光抽憾離地面法娃薩以外；2.攝影晡變較大。“按扭影實施方式分：單片攝影：為拍揚單獨固定目標而進

6、行的攝影，只攝取一張（或一對壕片,航線攝影：沿一條航線，對地面塊長區(qū)域或沿純狀地物如道路、鐵路等進行睦讎攝影！航向重疊（forwardoverlap）般為60-70%左右，不得小于56%；事btfwetnptiOEos面積攝影，沿數(shù)條航線對較丈區(qū)域進行連藝拍損，要求各航線互相平行，航向重轡60%旁向童疊（lately】overlap）254%/按感光材料分：黑白全色攝影：感光劑中抑有全色增感劑，對網(wǎng)個可見光誡段的備感光乳肢層均有響應(yīng)；黑白紅外攝影：感光刑中加入紅外增感劑加濾光片后僅對近紅外波段的感光乳狡層有響應(yīng)；天黨彩魚攝影：天然影色膠片的感光膜由感紅艮_感堤層感藍層構(gòu)成對聲個可見光譜段的光線

7、敏感，所得彩色圏象近于人的視覺效果；彩色紅外攝彫：以感紅外光層替代天然務(wù)色攝影中的碼就光隕霧色紅外慷片上重現(xiàn)的物休頻色均向短波段方向移動一個色位；務(wù)光諾攝影：采用冬層感光劑實現(xiàn)光譜井離.或采用不同感光片濾光片組合的冬臺攝影相機同時睨像來實現(xiàn)光誥分離-4航空相片的幾何特征/中心投影:地物的證個是光線通過固定點投影中心）投射到投影面上，形應(yīng)羯愜地面匾常存在起伏.地物葫有高度且像片往往存在傾斜（近似垂宜、傾角小于時）.引起像點位蔣圖像變形./垂直投影乂中心投彭垂亙投影tiHfB臉Birtrihvtfrfocaltengdi.的fAd詳審/傕二*lH*存0+*01mutK-iCpiaw航空像片屬于中心

8、投影！地物的反射光線通過謊頭中心面上，在底片上構(gòu)成的是命像（地物與投場面位于投影中心的兩側(cè)）i負像經(jīng)顯島，定影技術(shù)赴理得到像片底片.在經(jīng)過底片接觸曬卬反顯影*定影處理，獲得正燥中心投影上點的喙星點，線的像是點或線，曲線的像是曲線或直線，面的像是線或面大比例尺地圖可以近似看作垂直投影投影光線平行且垂宜于投影面；垂直投影上，點的煤星點，垛的像是線面的像面D地物的影像通過相互平計的光線投射到與光線垂直的平面上電成鴕像，垂直投影無變枚5，中心投影像元位移量計算公式/中心投影：影像與實物的大小比例在影像各個點上存在建異;以像主點相機主光軸所對應(yīng)的地面點的構(gòu)像)為中心呈輻射狀，越往邊緣變形趙大，地羽起伏越

9、大變形趣大，正地形向外移，負地形向內(nèi)移；1像點位移呈(d)與地物高度Ch.地物距像主點的距離成正比，與飛行高度(II)成反比,Wd=hr/Hi航天遙感特點嚎航天遙感的特點優(yōu)勢觀察范圍廣；效率高在相同的時間內(nèi)探測的地域面積更廣i3咸本低*取得同樣面積的地面資料的戰(zhàn)本相對航空平臺更低；周期性，可竜復(fù)觀察劣勢：空間分辨舉往往不區(qū)航空遙感，對地物細部的特征表現(xiàn)力較蕎，怛?qū)θ后w、宏觀的輪廓表現(xiàn)力較好，但也有對地物細節(jié)表達能力強的傳感器:成像原理推掃式時航天遙感的成像原理推掃式掃描(push-broom眩fimiin窖)系統(tǒng)推掃式掃描系統(tǒng),又稱為像面(alcng-trk)掃描系統(tǒng)，用廣角光學(xué)系統(tǒng)在整個視場

10、內(nèi)成像，其記錄的務(wù)光譜圖像數(shù)據(jù)是沿著飛行方冏的條幅。推掃式掃描系統(tǒng)利用飛行器的前向運動，借助于與飛行方向垂直的掃描線記錄而構(gòu)成二維圖像，即通過飛行器與探測器呈正窘方向的移動獲得二維信息d線性陣列由許多CTD電荷耦合霜件組成每個探測器原件感應(yīng)相應(yīng)掃描行上一個唯一的地面分藕單元的能量探測器的大小決定了每個地面分辨單元的大小。三,電磁輻射原理及地物光譜特征1,電磁輻射原理假設(shè)在空間某處有一個電磁振蕩(電磁輻射源)r那么在它周圍便有交變的電流或電場,它是由變速運動的帯電粒子引起的這一交變電場周圍將激發(fā)交變的磁場，而交變的磁場周圍又激發(fā)交變電場，這種變化的電場和磁場，相互激發(fā)交替產(chǎn)生，形成電硝場。電磁場

11、是物質(zhì)存在的一種形式，交變電磁場在空問的傳播冊成電磁波3電磁波能露傳遞的過程輻射、吸收、反射和投射)稱為電磁輻射。電磁波特性電晞渡是根渡；在真空中以光速mS.電磁波具有邂粒二盈性！電晞液在傳播過程中主要表現(xiàn)為波動性；往與物質(zhì)相互作用時，主要表現(xiàn)為粒子性*這就是電碣波的波粒二象性輻射能量Q電磁輻射是具有能量的，它表現(xiàn)在：，使被輻照的物體溫度升高改變物體的內(nèi)部狀態(tài)使帶電物體受力而運動輻射能量Q指物體以電磁波形式向外傳送的能量，單位為焦耳(J)輻射通量(radiantflux)在單位時間內(nèi)通過的輻射能量稱為輻射通量=輻射殼度L輻射量符號定義單位輻射能量Q焦耳輻射通量d.Q/dr(d)瓦輻照度EdD/

12、dA畑瓦/米z(W/m2)輻射岀射度M瓦/米z(W/m2)輻射強度1曲/dfi(血瓦/球面度（W0輻射亮度L于/dAdQ(dX)瓦咪“球面度（W/.r呦2，電磁輻射定律gMiScaHarrngDDredloncdinddfintlight來氏(1狂)散射：當誡拉的直徑約尊于輻射液氏時出現(xiàn)米氏散射a大氣中的懸浮微粒霾、水滴塵埃期塵、花粉等煢溶膠屬于此類散射，影響比瑞利散射更悵的譜段無選擇性散射：引起散射的大豈粒子直徒遠大于入射邂快時出現(xiàn)無選擇性散射，散射強度與波長無關(guān)，大競中的云I富散射屬于此類*InlTwedlijR外胡網(wǎng)r*iThimalv?frHidRWKltdinfimK(VIS)JTi

13、*5i1-H補R平舟區(qū)4.4a.t點*gU14I4工*332il長/jlm*wpm可見光近紅外運波紅外2JB-2*大氣效應(yīng)大氣吸收與大氣窗口大氣中臭氧5、二氧化磚GO-水汽|血0等吒體對太陽輻射能的服收使得太iI陽入射能呈衰減、氣溫升高，同時也導(dǎo)I:錢玄陽岌射的連疥光譜中某些波段不能i貧輸?shù)竭_地表。i能量較易透過的液段叫大吒窗口.可見|j光-紅外區(qū)域.通常采用的大氣窗有：|(0.3-13,1.5-1.8,2.0-2.6,3.0-4.2,4.3-；!_5.0,8-14uiio|4,地物植被光譜特征，記!網(wǎng)上查吟地物波譜反射特征植物的光譜特征郴收.6田2.J1.4“-JUW-hM*l2ft/Kil

14、linsinlrill46-含水尿ltrirecKitrnr-Wll.T-rtriTilrnf|tl.29r，筲水ht-ilMBrK9iTilpnl:22-Ie1itJJI咼HMWI2W)|5W)I2ItK)24CXJftR%nvrlii-nlih/vink土壞的光譜特征土壇反射率是隨若土壌水甘的増抑而減爪；l.42uni；l-96vmn2,21uni存在三個水分吸收帶.反射率呈現(xiàn)降低；土壤水分含屋與土壌結(jié)構(gòu)相關(guān)粗砂質(zhì)土壤易于排水，水分含量較低.反射率相對較高細結(jié)構(gòu)土壤排水能力豈反射率較低；在水分讎乏的狀態(tài)下.粗結(jié)構(gòu)土壤比細結(jié)構(gòu)土壤色調(diào)更暗；土壞的反射率特性僅反映某種特定狀態(tài)卞的特性70水休的

15、光諸特征清水在藍、嫌光波段反射率為4-5%;波ifc0.6um以下的紅光部分反射率降低到牛3%;在近紅外-短波紅外部分水悴幾乎呱收全部的入射能量：因此水體在這兩個波段的反射能力很小。04Oijft.4.7ato.uaI制水K匕檜江水（配涉魯博牡陰胡I.3,四，遙感數(shù)據(jù)處理1，輻射校正利用遙感器觀測目標握射或反射的電磁能量時從遙感器得到的測量信與目標物的光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量時不一致的，遙感器本身的光電系統(tǒng)特征、衣陽高度、地形及大氣條件等都會引起光譜亮度的失真樣校準光學(xué)系統(tǒng)特性光電孌換系統(tǒng)靈敏度偏差伍庸器系統(tǒng)曙益劑雇丼系數(shù)地面實出瀝雖大吒模型大氣光路透過率大氣光路輻射率太陽犬氣光諛輻鼎

16、度衣陽路徑大氣透過率木陽傳播散射率DEM完整的輻射校正包括遙感器校準、為氣校正以及太陽高度和地形校正DN輻射定標是裁傳感器記錄的電壓或者數(shù)字量化值轉(zhuǎn)換為絕對輻射亮度值（輻射率）的過Fb校準畐射iiJ一一J梭1EFF-FniiL地表畐射僅JkJ太:陽及地廉校正FLFLi地表豆射iiJ6程*或者轉(zhuǎn)換為與地表表觀反射率、表面（表觀溫度等物理量有關(guān)的相對值的過程.絕對定標：通過各種標準輻射源，建立輻射亮度值與數(shù)字量化值之間的定量關(guān)系，對于一般的線性傳感器，絕對走標通過一個線性關(guān)系式完成數(shù)字呈化值于輻射亮度值之間的轉(zhuǎn)換：SlfiXDN十Offset相對定標：確定場景中各個彩像像元之間、各個傳感器之間、各

17、個譜段之間以及不同時間測得的輻射亮度的相對值。Kip&wZSEgiavs1-inM胃2COLDI5ZH-WCiLIHlEkilLLiQNEDLQRSliuel-BircilhiZSEmiOFi卿【幾何校正哥遙感影像變形的原因系統(tǒng)性幾何變形：霆感平臺及謹感器自身結(jié)掏性能引起非系統(tǒng)性幾何變形，遙感器乎臺的離度、經(jīng)緯度，速度和英態(tài)等的不穩(wěn)定地球曲率及空氣折射的孌化沉蕊詼蒔蔬飯ifI系統(tǒng)性因素引起的圖傑變形，從而實I現(xiàn)與標進蠻輕圏邑里珂配準.!ErrLzKMIbdr|iEJICiiia!4fehTEriciindki-uiihj眶ITtXMhitKUIHE甲M狀V令基本概念圖像配準(tvgislrat

18、ion):同一區(qū)域內(nèi)一幅圖像基準圖像)對另幅圖像的校進.以使得兩幅圖像中的同名像元配準圖像糾正(rectilimtion)：借助于一組地面控制點，對一幅圖像進行地理坐標的校正，又稱為地理罷考(駒-referencing).圖像正射投影校正(ortho-rectificaIion):惜助于散字高程鎮(zhèn)型，對圖像中每個像記進行地形變黑的校正，使圖像符合正射投影的要求?；静襟E地面控制點的選取地面控制點在圖像上有明顯的、清晰的定位識別標志；2-地面控制點上的地物不隨時間而變化，以保證當對兩幅不同時段圖像或地圖進疔幾何校正時可決冋時識別；在沒有進行地理校正的圖像上選擇控制點時，應(yīng)盡圣在同一地形高度上進行

19、；地面控制點要均勻分布且有一迄的數(shù)量棵證i像元坐標變換地面控制點確走后，需要建立待校正圖像像元坐標（&刃與步考圖像或地圖上坐標（瓦Y）之間的數(shù)學(xué)換算關(guān)系；k二召+殳1乂+玄了學(xué)+玄+釦只+包5Y+嚴b+b1X+b2Y+b3X2+bLlXY+b5Y3+.RMSE-J（疋一工嚴+n務(wù)項式次數(shù)確定肓T用所選用的地面控制點坐標，按照最小二乘法回歸求出多項式系數(shù)換算系數(shù)），采用RMSE驗證校正方法和糾正模型的有效性像元亮度的重采樣最近鄰法是將最鄰近的像元值賦給新像元，憂點在于輸出圖像仍然保持原來的像元值，且簡單，處理速度快但最大可產(chǎn)主半個像元的位昔偏移，可能造成圏像中某些地物的不連貫，影響視覺效果雙線性

20、內(nèi)播法是使用臨近四于點的像元值，按照其距離內(nèi)差點.的距嘉賦不同的權(quán)重，進行線性內(nèi)插該方法具有邊緣平滑的作用，產(chǎn)生相對連貫的輸出圖像但原始像元值倍破壞三次卷積內(nèi)插法他用內(nèi)插點周團的住個像元值，用三況卷積函數(shù)進行內(nèi)插該方法對邊緣有所增強，視覺效果好但砸壞原始像元值且計算瑩較大uDTM用于遙睛數(shù)據(jù)的幾何精校正像元亮度的車采樣通過地面控制點的幾何校正*并不包括對地形起優(yōu)造成的位移的改正，對于務(wù)光譜掃描數(shù)捱的準確校正，在地羽起伏地區(qū)必須考慮因地冊起伏造成的像點位移3.遙感影響增強竊基本步驟圖像增強的目的在于突出相關(guān)專題信息，提高圖像的視覺效果，從而使分桁者能更容易的識別圍像內(nèi)容+從圖像中提取更有用的定冒

21、化信息。圖像增強按算作用的空間般分為光譜增強和空間增弼兩種：光譜増強應(yīng)用于每個像元，與像元的空間排列和結(jié)構(gòu)無關(guān).是對目標物的光譜特性像元對比度進行增強；空間增強主要集中于圖懾的空間特征考慮每個像元及貝周圍像元亮度之間的關(guān)系.從而使圖像的空間幾何特征如邊緣，形狀、大小、線性特征等突出或降低“1線性拉伸（公式）寺對比度增強線性拉伸如果用min和mak分別代表f幅圖擦中最小和最大亮度值.可以通過線性拉忡算法將其亮度值范因KnR，擴展到轎個輸出顯示范圉（0-255）DN=f-7nn*255MnNw2空間增強奮空間增強空間増強的目的在于突出圖像空間特征C空間頻率指圖像的平滑或粗槌程度，一般而言，高空間頻

22、率區(qū)域被稱為“粗糙”T即圖像的亮度值在小范圍內(nèi)變化很大；而在低頻（“平滑”）區(qū)域，圖像的亮度值變化相對較小低通濾漩主要用于加強圖像中的低頻成分，減弱圖像中的高頻成分I高通濾波則相反，用于加強高頻細節(jié)，減弱低頻信息。3濾波，拉普拉斯算子均值濾波窗口中心的像元被窗口內(nèi)所有像兀的均值代替減少噪靑，怛同時也損失了某些高頻信息寺中值濾波窗口中心的像元被窗口內(nèi)所有像元的中值代替；在保留邊緣的同時，平滑圖橡，對干消除椒鹽狀噪聲或斑點非常有用口尋拉普拉斯算子-12-12-42-12-1邊緒增強：運彳時不考慮邊編肯向，通過運用一個具有高中心值的變換核來完成。0101-410104影像分類，圖像分類的目的在于將圖

23、像中毎個像元根據(jù)其在不同波段的光譜亮度、空間結(jié)構(gòu)特征或者其他信息，按照某種規(guī)則或算法劃分為不同的類別口根據(jù)分類過程中人工參與程度，圖像分類可分為監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類以及兩者結(jié)合的混合分類等a令監(jiān)督分類監(jiān)督分類又稱為訓(xùn)練分類法，即用被確認類別的樣本傢元去識別其他未知類別像元的過程a監(jiān)督分類可分為兩個基本步驟：選擇訓(xùn)練樣本和提取統(tǒng)計信息，選擇分類算法。選擇訓(xùn)練樣本和提取統(tǒng)計信息確定訓(xùn)練樣本：實地采集，通過GPS定位實地遲錄的樣.本；*屏幕選擇，利用先驗知識直接從圖像中提取訓(xùn)練數(shù)毘;評價訓(xùn)練樣本的好壞，圖表顯示統(tǒng)計測量選擇分類算法平行算法；根據(jù)訓(xùn)練樣木的亮度值范國形成一卡務(wù)維數(shù)摳空間.其他像元的光謐

24、值如果落在訓(xùn)練樣本的亮度值所對應(yīng)的匡兩.就被劃分到其對應(yīng)的婪別中；鍛小距離法：利用訓(xùn)眛樣本中各類別在各玻段的均值.根據(jù)各像元離訓(xùn)練樣本平均值的距離大小來決定其類別i沒有考慮類別內(nèi)部方差的不同，從而造咸一些類別左其邊界上的重琶因此分類誤差.類別B類別B術(shù)平均偵類別數(shù)呈較參時，各類別定義的區(qū)間容易重疊；E時，由于存在選擇溟差，訓(xùn)練樣本的兗度范圉可能犬大低于其實際亮度范禺造成很岳像元不屬于任一類別未知像元X因?qū)澗嘞葦DB的胎離dE):類別B與未知像元囲的距離竝小，所U1分到B類可根據(jù)應(yīng)用目的和區(qū)域充分利用對研究區(qū)的先驗知識，有選擇餌決定分類類別，避免出現(xiàn)不必要的類別；可以控制訓(xùn)練樣本的選擇；可通過反毘

25、檢驗訓(xùn)練樣本，來提高分類精度，避免分類中的嚴重誤差；分類系統(tǒng)*訓(xùn)練樣本的確定中人為主觀因素較強；同物異譜現(xiàn)象客易導(dǎo)致類別內(nèi)部方差較大；訓(xùn)練樣本的選樣和評估需要花費較參人力，時間：只能識別訓(xùn)練樣本中定義的類別，若某種類別由于訓(xùn)練者不知道或者其數(shù)呈丈少未被定義，則監(jiān)督分類不能識別匚斗非監(jiān)督分類非監(jiān)督分類也稱為聚類分桁或點群分析，即在多光譜圖像中捜索、定義其自然相似光譜群組的過程其不需要人工選擇訓(xùn)練樣本，僅需要極少的人工初始輸入，計算機按照一定的規(guī)則自動根據(jù)像元光譜或空間特征組成集群組，最后由分析者將每個組與參考數(shù)據(jù)比較將其劃分到某一類別中。非監(jiān)督分類不需要預(yù)先對所要分類的區(qū)域有廣泛的解和熟悉，僅需一定的知識來解釋分類出來的集群組；人為誤差的機會大大減??；獨特的、小范圍的類別均能被識另山非監(jiān)督分類的主要旅點來自干對其自然”的依頼性非曲督分類產(chǎn)主的光譜集群組需要進行大量分析和后處理需其結(jié)果與研究區(qū)的類別相匹配，才能潯到最線的結(jié)杲；*分析者較難對產(chǎn)生的類別進行控制;；多時相數(shù)據(jù)間難以保持光譜集群組類別的連續(xù)性.五，植被遙感植被指數(shù)對于植被遙感而言，僅用個別波段