遙感課程總結(jié)

資源學(xué)院王翀201311191013《資源環(huán)境遙感》期末復(fù)習(xí)提綱學(xué)生姓名：王翀學(xué)生學(xué)號(hào)：201311191013任課教師：朱秀芳副教授完成時(shí)間：2015年7月1日目錄第一章緒論 21.遙感的基本概念 22.遙感技術(shù)系統(tǒng) 23.遙感的類型 24.遙感觀測(cè)的特點(diǎn) 2第二章物理基礎(chǔ) 31.電磁波譜與電磁輻射 32.太陽(yáng)輻射及其大氣對(duì)輻射的影響 43.地球的輻射與地物波譜 5第三章遙感成像原理與遙感圖像特征 51.遙感平臺(tái)與傳感器的特征 52.攝影成像 63.掃描成像 74.微波遙感與成像 75.遙感圖像特征 9第四章遙感圖像處理 91.數(shù)字圖像的校正 92.數(shù)字圖像增強(qiáng) 103.多元信息復(fù)合 13第五章目視解譯與制圖 131.遙感圖像目視解譯原理 132.遙感圖像目視解譯方法和步驟 143.影響景物特征及判讀的因素 144.遙感影像地圖 14第六章遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)解譯 151．遙感數(shù)字圖像的性質(zhì)與特點(diǎn) 152.遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類 15附：知識(shí)框架圖 17第一章緒論1.遙感的基本概念（1）廣義定義：遙遠(yuǎn)的感知，泛指一切無(wú)接觸的遠(yuǎn)距離探測(cè)，包括對(duì)電磁場(chǎng)、力場(chǎng)、機(jī)械波等的探測(cè)。（2）狹義定義：通過應(yīng)用探測(cè)儀器，在遠(yuǎn)離目標(biāo)和非接觸目標(biāo)物體條件下探測(cè)目標(biāo)地物，獲取其反射、輻射或散射的電磁波信息（如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁波、地震波等信息），并進(jìn)行提取、判定、加工處理、分析與應(yīng)用的科學(xué)和技術(shù)。2.遙感技術(shù)系統(tǒng)（1）定義：是一個(gè)從地面到空中直至空間，從信息收集，儲(chǔ)存，傳輸處理到分析判讀、應(yīng)用的完整技術(shù)系統(tǒng)。（2）組成：①信息源：地物與電磁波相互作用②信息的獲取：傳感器——接收、記錄電磁波特性，遙感平臺(tái)——裝載傳感器并能使其正常工作的工具③信息的記錄和傳輸：傳感器接收到目標(biāo)地物的電磁波信息，記錄在數(shù)字介質(zhì)（航天遙感數(shù)據(jù)）或膠片（航空/近地面遙感數(shù)據(jù)）上。④地面衛(wèi)星接收站：接收、處理、存檔、分發(fā)各類地球資源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究，為遙感應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)⑤信息處理：運(yùn)用光學(xué)儀器和計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)獲取的遙感信息進(jìn)行校正、分析和解譯處理的過程。通過對(duì)遙感信息的校正、分析和解譯處理，掌握或清除遙感原始信息的誤差，歸納出被探測(cè)目標(biāo)物的影像特征，然后依據(jù)特征從遙感信息中識(shí)別并提取所需的有用信息。分校正處理、增強(qiáng)處理、融合處理、分類處理。⑥信息應(yīng)用：專業(yè)人員按不同的目的將遙感信息應(yīng)用于各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的使用過程。方法：作為地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，供人們對(duì)其進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和分析利用。資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地圖測(cè)繪……3.遙感的類型（1）按照探測(cè)目標(biāo)的能源分類：主動(dòng)遙感（微波雷達(dá)），被動(dòng)遙感（航天飛機(jī)，衛(wèi)星）（2）按使用的平臺(tái)分類：航天（衛(wèi)星）、航空、地面（3）按照傳感器探測(cè)波段分類：可見光遙感(0.38-0.76μm)、紅外(0.76-1000μm)、微波(1mm-1m)、紫外(0.05-0.38μm)、多光譜、超光譜（4）按照傳感器工作方式分類：成像遙感（就是將所探測(cè)到的強(qiáng)弱不同的地物電磁波輻射轉(zhuǎn)換成深淺不同的色調(diào)構(gòu)成的直觀圖像）、非成像遙感（5）遙感儀器所選用的波譜性質(zhì)：電磁波遙感技術(shù)、聲納遙感技術(shù)、物理場(chǎng)（如重力和磁力場(chǎng)）遙感技術(shù)（6）按應(yīng)用領(lǐng)域分類：土地、環(huán)境、大氣、海洋遙感……4.遙感觀測(cè)的特點(diǎn)大面積同步觀測(cè)時(shí)效性：重復(fù)探測(cè)，有利于進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析綜合性和可比性受地面條件限制少：對(duì)于自然條件惡劣、地面工作難以開展的地區(qū)經(jīng)濟(jì)性：遙感的費(fèi)用投入與所獲取的效益，與傳統(tǒng)的方法相比，可以大大地節(jié)省人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益局限性：目前所利用的電磁波有限，僅是其中的幾個(gè)波段；已被利用的譜段還不能準(zhǔn)確反映地物的某些特征，還需要發(fā)展高光譜分辨率遙感；遙感的探測(cè)結(jié)果還需要其他手段相配合，特別是地面調(diào)查和驗(yàn)證。第二章物理基礎(chǔ)1.電磁波譜與電磁輻射a）電磁波（1）遙感是利用傳感器主動(dòng)或被動(dòng)接收地面把目標(biāo)反射或發(fā)射的電磁波來識(shí)別地物的。（2）波：振動(dòng)在空間的傳播，分為橫波和縱波（3）電磁波：振源發(fā)出的電磁振蕩在空氣中傳播①電磁波的特點(diǎn)：橫波，真空中光速傳播，波粒二象性②主要參數(shù)：波長(zhǎng)：波在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)傳播的距離周期：波前進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng)的距離所需的時(shí)間頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，完成振動(dòng)或振蕩的次數(shù)（4）電磁波譜：為了便于比較和描述電磁輻射的內(nèi)部差異，將各種電磁波在真空中的波長(zhǎng)按其長(zhǎng)短，依次排列成圖表。按電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率，遞增或遞減排列，則構(gòu)成了電磁波譜。b）電磁輻射（1）輻射源：任何物體。①不僅能夠吸收其他物體對(duì)它的輻射，也能夠向外輻射。②絕對(duì)黑體：能完全吸收各種波長(zhǎng)的輻射能而不發(fā)生反射折射投射的物體③分類：太陽(yáng)輻射源：可見光及近紅外遙感的主要輻射源地球輻射源：遠(yuǎn)紅外遙感的主要輻射源人工輻射源：人為發(fā)射的具有一定波長(zhǎng)的波束（2）電磁輻射度量輻射能量（W）：電磁輻射的能量。J（焦耳）。輻射通量（φ）：在單位時(shí)間內(nèi)通過某一面積的輻射能量稱為輻射通量，總輻射通量是各譜段輻射通量之和或其積分值。Φ=dW/dt，瓦特=焦耳/秒（W=J/S）。輻射通量密度（E）：?jiǎn)挝幻娣e上的輻射通量稱為輻射通量密度。瓦/米2（W/m2）輻照度（I）：被輻射物體單位面積上所接收的輻射通量，I=dΦ/dS，S為面積。W/m2。輻射出射度（M）：輻射源物體表面單位面積上輻射出的輻射通量，I=dΦ/dS，S為面積。W/m2。輻射亮度（L）：用來確定面輻射源的輻射強(qiáng)度，具有方向性，指在某一方向，單位投影表面、單位立體角內(nèi)的輻射通量稱為輻射亮度。瓦/米2?球面度（W/m2?Sr）。（3）黑體輻射定律：①普朗克輻射定律：c：真空中的光速k：玻爾茲曼常數(shù)，K=1.38×10-23J/Kh：普朗克常數(shù)，h=6.63×10-34JsMλ(λ,T)：輻射出射度②斯蒂芬-波爾茲曼（溫度越高輻射通量密度快速增加）：σ:斯蒂芬－玻爾茲曼常數(shù)，③維恩位移定律（峰值與溫度成反比）：（b為常數(shù)，b＝2.898×10-3mK）④實(shí)際物體輻射定律：基爾霍夫（每個(gè)物體向外輻射和吸收的能量必然相等）給定溫度下，任何地物的輻射出射度M與吸收率α之比是常數(shù)，即等于同溫度下黑體的輻射出射度M黑。2.太陽(yáng)輻射及其大氣對(duì)輻射的影響（1）大氣吸收（2）反射：主要發(fā)生在云層頂部取決于云量和云霧，且波段不同大氣影響不同，削弱了電磁波強(qiáng)度（3）折射：地面接收的電磁波方向與實(shí)際太陽(yáng)輻射方向偏離了一個(gè)角度（4）大氣散射：輻射在傳播過程中遇到小微粒而改變傳播方向，向各個(gè)方面散開，實(shí)質(zhì)是衍射。分為：雷利散射、米散射、無(wú)選擇散射。大氣散射的影響：1）大氣散射降低了太陽(yáng)光直射的強(qiáng)度，改變了太陽(yáng)輻射的方向，削弱了到達(dá)地面或地面向外的輻射，產(chǎn)生了天空散射光，增強(qiáng)了地面的輻照和大氣層本身的“亮度”。2）它是造成遙感圖像輻射畸變、圖像模糊的主要原因。散射使地面陰影呈現(xiàn)暗色而不是黑色，使人們有可能在陰影處得到物體的部分信息。3）散射使暗色物體表現(xiàn)得比它自身的要亮，使亮物體表現(xiàn)得比它自身的要暗。因此，它降低了遙感影像的反差(對(duì)比度)，降低了圖像的質(zhì)量(清晰度)以及圖像上空間信息的詳度。（5）大氣窗口：電磁波通過大氣層時(shí)較少被反射、吸收或散射的透過率較高的波段，稱為大氣窗口。3.地球的輻射與地物波譜（1）太陽(yáng)輻射與地表的相互作用：①地物波譜：地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波長(zhǎng)改變而變化的規(guī)律，表示這種變化的曲線稱為物體的發(fā)射波譜曲線。②地物的光譜特性：任何物體都有自身的電磁輻射規(guī)律，反射、發(fā)射、吸收等。少數(shù)還有透射電磁波的特性。地物的這種特性稱為地物的光譜特性。發(fā)射特性：遠(yuǎn)紅外，地表自身熱輻射，發(fā)射波譜曲線。反射特性：可見光遙感，反射波譜曲線。③地表物體輻射遵循基爾霍夫定律。（2）發(fā)射光譜特性：地球表面的發(fā)射輻射能量集中于近紅外波段和熱紅外波段；在熱紅外波段，地球的發(fā)射輻射能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太陽(yáng)的電磁輻射能量，通常稱地球的發(fā)射輻射為熱輻射。（3）反射光譜特性：物體反射率隨波長(zhǎng)變化而改變的特性。第三章遙感成像原理與遙感圖像特征1.遙感平臺(tái)與傳感器的特征（1）衛(wèi)星的軌道特征參數(shù)：①軌道參數(shù)：決定軌道方向：升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω（衛(wèi)星軌道的升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的角距），軌道傾角i（繞地球運(yùn)行的軌道平面與地球赤道平面之間的夾），近地點(diǎn)角距w（由地心(A)，升交點(diǎn)(B)，近地點(diǎn)(C)組成的角BAC就稱為近地點(diǎn)角距）。決定軌道形狀：長(zhǎng)半軸a，偏心率e（焦點(diǎn)間距離除以長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度）。決定衛(wèi)星位置：衛(wèi)星過近地點(diǎn)時(shí)刻t0。②特殊點(diǎn)：近地點(diǎn)與遠(yuǎn)地點(diǎn)，升交點(diǎn)與降交點(diǎn)（當(dāng)衛(wèi)星從赤道平面以下（南半球）穿過赤道平面進(jìn)入北半球的交點(diǎn)，稱為升交點(diǎn)。反之，則稱為降交點(diǎn)）。③軌道高度：低軌（150-200，壽命短，多軍事衛(wèi)星），中軌（300-1500，陸地衛(wèi)星，氣象衛(wèi)星，海洋衛(wèi)星），高軌衛(wèi)星（36000，通信衛(wèi)星，GPS）。④星下點(diǎn)：衛(wèi)星與地球中心連線與地面的交點(diǎn)。截距：衛(wèi)星繞地球一周地球轉(zhuǎn)過的度數(shù)。⑤衛(wèi)星運(yùn)行周期T：衛(wèi)星繞地球運(yùn)行一周所需要的時(shí)間。⑥衛(wèi)星覆蓋周期（衛(wèi)星重復(fù)周期）：覆蓋全球一次的天數(shù)。（2）遙感平臺(tái)的基本類型：①地面平臺(tái)（三腳架，遙感塔，遙感車、船）②航空平臺(tái)（飛機(jī)氣球）③航天平臺(tái)（衛(wèi)星火箭航天飛機(jī)）。其中衛(wèi)星：氣象（軌道分低高軌，短周期重復(fù)觀測(cè)，成像面積大，資料來源連續(xù)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、成本低），陸地，海洋（需要高空和空間的遙感平臺(tái)大面積同步覆蓋觀測(cè)，微波為主，電磁波激光聲吶結(jié)合，實(shí)測(cè)校正）（3）傳感器：①收集、探測(cè)、記錄地物反射或者發(fā)射電磁波能量的裝置，是遙感技術(shù)的核心部分。由收集器、探測(cè)器、處理器和輸出器4部分組成。②性能：1）空間分辨率：反映地表細(xì)節(jié)的能力，影像最小單元（像元）所代表的地面面積，受硬件系統(tǒng)（IFOV）、飛行高度控制。其中，β為傳感器的角分辨率，h為飛行高度。2）光譜分辨率：指?jìng)鞲衅魉玫牟ǘ螖?shù)、波長(zhǎng)及波段寬度3）輻射分辨率：表征遙感器的輻射靈敏程度，是指遙感器的探測(cè)器件在接受電磁波輻射信號(hào)時(shí)能夠分辨的最小輻射度差。一般用灰度的分級(jí)數(shù)表示。4）時(shí)間分辨率：也叫衛(wèi)星的覆蓋周期、重訪周期。重復(fù)獲得同一地區(qū)的最短時(shí)間間隔，由衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)決定。對(duì)于一定的電磁輻射能量E0：空間分辨率越高，反射電磁輻射的地面面積越小，傳感器得到的能量越小；光譜分辨率越高，電磁波的波長(zhǎng)范圍越窄，傳感器得到的能量越??；時(shí)間分辨率越高，衛(wèi)星覆蓋周期越短，衛(wèi)星運(yùn)行速度越快，反射太陽(yáng)輻射時(shí)間越少，傳感器獲得的能量越小。2.攝影成像（1）攝影機(jī)分類：①分幅式攝影機(jī)：某一個(gè)攝影瞬間獲得一張完整的像片。②全景式攝影機(jī)：1）縫隙式攝影機(jī)，又稱推掃式攝影機(jī)或航帶攝影機(jī)。在飛機(jī)或衛(wèi)星上，攝影瞬間所獲取的影象，是與航線方向垂直且與縫隙等寬的一條線影象。2）鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)式攝影機(jī)：在飛行過程中配合鏡頭的轉(zhuǎn)動(dòng)（S型掃描）。③多光譜攝影機(jī)：對(duì)同一地區(qū)，在同一瞬間攝取多個(gè)波段影象的攝影機(jī)。④數(shù)碼攝影機(jī)：成像原理與一般攝影機(jī)相同，結(jié)構(gòu)也類似。所不同的是其記錄介質(zhì)不是感光膠片，而是光敏電子器件。（2）攝影像片的幾何特征：①像片的比例尺：攝影比例尺。航片上某線段l地面相應(yīng)線段的水平距離L之比，稱之為攝影比例尺1/m。平坦地區(qū)、攝影時(shí)像片處于水平狀態(tài)（垂直攝影），則像片比例尺等于像機(jī)焦距（f）與航高（H）之比。平均比例尺：以個(gè)點(diǎn)平均高程為起始面，根據(jù)起始面計(jì)算出的比例尺。主比例尺：由像主點(diǎn)計(jì)算出來的比例尺，它可以概述代表航片的比例尺。②像片的投影：中心投影和垂直投影。航片是中心投影（攝影光線交于同一點(diǎn)），地圖是正射投影（攝影光線平行且垂直投影面）。區(qū)別（三方面）：1）正射投影比例尺與攝影距離無(wú)關(guān)，對(duì)于焦距固定的中心投影有關(guān)。中心投影焦距固定，航高改變，其比例尺也隨之改變。2）正射投影總是水平，不存在傾斜問題，而中心投影如果投影面傾斜則比例尺不同。3）地形起伏對(duì)正射投影無(wú)影響，但對(duì)中心投影引起航片各部分的比例尺不同。中心投影透視規(guī)律：點(diǎn)是點(diǎn)，曲線是曲線，與像面平行的直線還是直線，如果直線垂直地面則看其延長(zhǎng)線是否經(jīng)過投影中心，面狀物體隨位置不同而變化。③像點(diǎn)位移：中心投影的影片上，地形起伏除去引起像片比例尺變化還會(huì)引起平面上的點(diǎn)位在像片上位置移動(dòng)。位移量與地形高差成正比，與像點(diǎn)到主像點(diǎn)的距離成正比，與攝影高度（航高）成反比。3.掃描成像①概念：依靠機(jī)械傳動(dòng)裝置使光學(xué)鏡頭擺動(dòng)，形成對(duì)目標(biāo)地物逐點(diǎn)進(jìn)行掃描，探測(cè)元件把接受的電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，在磁介質(zhì)上記錄或經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化成為光能量，在設(shè)置于焦平面的膠片上形成影像。瞬時(shí)視場(chǎng)角：掃描鏡在一瞬時(shí)時(shí)間可以視為靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，接受到的目標(biāo)物的電磁波輻射，限制在一個(gè)很小的角度之內(nèi)，這個(gè)角度稱為瞬時(shí)視場(chǎng)角。即掃描儀的空間分辨率。總視場(chǎng)角：掃描帶的地面寬度稱總視場(chǎng)。從遙感平臺(tái)到地面掃描帶外側(cè)所構(gòu)成的夾角，叫總視場(chǎng)角。②分類：光/機(jī)掃描成像：利用光電探測(cè)器解決了各種波長(zhǎng)輻射的成像方法。固定自掃描成像：用固定的探測(cè)元件，通過遙感平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)對(duì)目標(biāo)地物進(jìn)行掃描的一種成像方式。高光譜成像光譜掃描：高光譜成像儀是遙感進(jìn)展的新技術(shù)，其圖象是多達(dá)數(shù)百個(gè)波段的非常窄的連續(xù)的光譜波段組成。4.微波遙感與成像（1）微波遙感的定義、特點(diǎn)與分類：①定義：通過傳感器獲取從目標(biāo)地物發(fā)射或反射的微波信號(hào)，通過判讀處理來認(rèn)識(shí)地物的技術(shù)。②特點(diǎn)：能夠全天候、全天時(shí)工作。對(duì)某些地物具有特殊的波譜特征。對(duì)冰、雪、森林、土壤等具有一等的穿透力。對(duì)海洋遙感具有特殊意義。分辨率較低但是特征明顯③分類：主動(dòng)、被動(dòng)。其中主動(dòng)——雷達(dá)，側(cè)視雷達(dá)，合成孔徑雷達(dá)（2）微波遙感工作方式與傳感器：①傳感器分類：微波散射計(jì)：測(cè)量地物的散射或反射特性微波高度計(jì)：地表高度變化微波輻射計(jì)：探測(cè)地面各點(diǎn)的亮度溫度并生成亮度溫度圖像雷達(dá)：無(wú)線電測(cè)距和定位②相關(guān)術(shù)語(yǔ)：距離分辨率（力）：同一方向、不同距離的兩物體；方向?yàn)榉直媛剩Γ和嚯x、不同方向兩物體。③側(cè)視雷達(dá)工作原理：發(fā)一個(gè)脈沖，陸續(xù)收到一連串回射，而且回射的特性隨地物不同而不同。（3）雷達(dá)圖像的幾何特征：①斜距圖像的比例尺變化（近距離壓縮）②地形畸變透視收縮：當(dāng)雷達(dá)波束照射到位于雷達(dá)天線同一側(cè)的斜面時(shí)，雷達(dá)波束達(dá)到斜面頂部的斜距和達(dá)到底部的斜距之差要比地面距離小。在圖像上斜面長(zhǎng)度被縮短了，這種現(xiàn)象稱為透視收縮。透視收縮是指山上面向雷達(dá)的一面在圖像上被壓縮，這一部分往往表現(xiàn)為較高的亮度；各處收縮度不同，坡底的收縮度一定比坡頂?shù)氖湛s度大；山坡坡度越大，收縮量越大。疊掩：當(dāng)雷達(dá)波束到斜坡頂部的時(shí)間比雷達(dá)波束到斜坡底部的時(shí)間短的時(shí)候，底部影像被后記錄，這種斜坡頂部影像和底部影像被顛倒顯示的現(xiàn)象稱頂?shù)孜灰?。斜坡上的部位基本位于與天線同等的距離，同時(shí)反射回去，在圖像上斜坡稱為一個(gè)點(diǎn)，坡度長(zhǎng)度看不到了。陰影：雷達(dá)陰影是起伏地形的雷達(dá)影像在后坡出現(xiàn)的暗區(qū)圖像缺失現(xiàn)象。雷達(dá)陰影的產(chǎn)生與坡度及雷達(dá)的俯角有關(guān)，俯角越大，陰影越小。（4）側(cè)視雷達(dá)圖像的信息特點(diǎn)：①地面狀況、波長(zhǎng)、入射角的影響：1）當(dāng)?shù)匚锬繕?biāo)非常光滑時(shí)，發(fā)生鏡面反射，沒有或很少返回到接收天線，圖像上呈現(xiàn)黑色。當(dāng)?shù)匚锬繕?biāo)表面粗糙，電磁波入射后散射，包括了后向散射，即在入射方向返回，被天線接收。2）入射波束沒有從地物表面發(fā)生后向散射，但由于建筑物或高出地面的某些物體接收反射信號(hào)后的二次反射使接收天線接收到回?fù)?，這種反射叫角反射。②極化對(duì)圖像的影響③物理性質(zhì)對(duì)圖像的影響：地物目標(biāo)的物理性質(zhì)主要表現(xiàn)在電子特性上，這種特性在物理上稱為復(fù)介電常數(shù)。復(fù)介電常數(shù)越高，對(duì)雷達(dá)波束的反射作用越強(qiáng)，穿透作用越小。復(fù)介電常數(shù)越高，水分含量也越高。5.遙感圖像特征空間分辨率：指的是像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬間視場(chǎng)，或地面物體能分辨的最小單元。波譜分辨率：傳感器在接收目標(biāo)輻射的波譜時(shí)，能夠分辨的最小波長(zhǎng)間隔。輻射分辨率：傳感器接收波譜信號(hào)時(shí)，能夠分辨的最小輻射差異時(shí)間分辨率：指的是對(duì)同一地點(diǎn)進(jìn)行采樣的時(shí)間間隔，即采樣的時(shí)間頻率，也稱重訪周期。第四章遙感圖像處理1.數(shù)字圖像的校正（1）數(shù)字圖像：能夠被計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存、處理和使用的圖像。數(shù)字圖像和模擬圖像根據(jù)應(yīng)用需要往往互相轉(zhuǎn)換。區(qū)別：模擬量是連續(xù)變量，數(shù)字量是離散變量。（2）輻射校正：①輻射畸變：遙感傳感器得到的目標(biāo)地物的測(cè)量值與地物實(shí)際的光譜反射率或光譜輻射率等物理量之間存在差異。（遙感傳感器測(cè)量值與地物實(shí)際的光譜輻射率不一致）。②輻射誤差因素：傳感器本身的性能，地形影響和光照條件變化，大氣散射和吸收③輻射校正：消除圖像數(shù)據(jù)中依附在輻射亮度中的各種失真的過程1）傳感器本身引起的誤差：光學(xué)攝影機(jī)引起的輻射畸變：由于光學(xué)鏡頭中心和邊緣透射光的強(qiáng)度不一致，造成圖像上不同位置的同一類地物有不同的灰度值邊緣減光效應(yīng).光電遙感器系統(tǒng)引起的輻射畸變：各波段的輻射值和記錄值之間存在偏差的現(xiàn)象。光電轉(zhuǎn)換誤差、探測(cè)器增益變化引起的誤差。校正：????′=??????????(??)，??是太陽(yáng)高度角。2）太陽(yáng)高度引起的輻射畸變：太陽(yáng)高度角，也稱太陽(yáng)高度。某地的太陽(yáng)高度角是太陽(yáng)光線與當(dāng)?shù)氐仄矫嫠坏木€面角。將斜射角度轉(zhuǎn)為垂直入射。3）地形引起的輻射畸變：若處在坡度為α的傾斜面上的地物影像為g（x，y），則校正后的圖像f（x，y）為4）大氣引起的輻射畸變：大氣程輻射是太陽(yáng)輻射在大氣傳輸過程中各組分及氣溶膠微粒散射后直接到達(dá)傳感器的輻射。程輻射在同一幅圖像的有限面積內(nèi)是一個(gè)常數(shù)，其值的大小只與波段有關(guān)。通過比較簡(jiǎn)單的辦法去掉程輻射，從而改善圖像質(zhì)量。大氣校正：直方圖最小值去除法（最暗象元法）——在于一幅圖像中總可以找到某種或某幾種地物，其輻射亮度或者反射率接近0，(如深海水體、陰影等)。實(shí)際上只有在沒有受大氣影響的情況下，其亮度值才可能為零。實(shí)測(cè)表明，這些位置上的像元亮度不為0，這個(gè)值就應(yīng)該是大氣散射導(dǎo)致的程輻射值。找到地形所造成的陰影或深水體等亮度值為0的暗目標(biāo)，將每一波段中每個(gè)像元的亮度值都減去本波段的最小值。波段對(duì)比分析法——大氣散射主要影響短波部分，波長(zhǎng)較長(zhǎng)波段幾乎不受影響?；貧w分析法——在不受大氣影響的波段（如TM7）和待校正的某一波段圖像中，選擇由最黑區(qū)域（例如高山陰影區(qū)）到最亮區(qū)域的一系列目標(biāo)，將每一目標(biāo)的兩個(gè)待比較的波段灰度值提取出來進(jìn)行回歸分析。（3）幾何校正：①幾何變形：一是指衛(wèi)星在運(yùn)行過程中，由于姿態(tài)、地球曲率、地形起伏、地球旋轉(zhuǎn)、大氣折射、以及傳感器自身性能所引起的幾何位置偏差。二是指圖像上像元的坐標(biāo)與地圖坐標(biāo)系統(tǒng)中相應(yīng)坐標(biāo)之間的差異。②幾何校正：1）系統(tǒng)誤差改正：對(duì)一些系統(tǒng)誤差按實(shí)際測(cè)定的參數(shù)，如傳感器姿態(tài)、傳感器運(yùn)行至各個(gè)攝站時(shí)刻、傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何偏移等加以改正。2）幾何精校正：改過系統(tǒng)誤差后，影像上還有殘剩誤差包括殘剩系統(tǒng)和偶然誤差，用地面控制點(diǎn)進(jìn)一步幾何處理。3）步驟：兩個(gè)基本環(huán)節(jié)：像元坐標(biāo)變換和像元灰度值重采樣。技術(shù)流程：步驟說明：準(zhǔn)備工作：地形圖的準(zhǔn)備、校正圖像的準(zhǔn)備建立多項(xiàng)式糾正模型：建立起原始畸變圖像空間坐標(biāo)(u,v)和大地標(biāo)準(zhǔn)空間坐標(biāo)(x,y)的數(shù)學(xué)對(duì)應(yīng)關(guān)系，??=????(??,??)??=????(??,??)?？刂泣c(diǎn)的選擇：選取原則——足夠數(shù)量，分布均勻，特征明顯、不隨時(shí)間變化像元灰度值的重采樣：如果求得的位置為整數(shù)，則該位置處的像元灰度就是新圖像的灰度值。如果位置不為整數(shù)，則像元灰度值需根據(jù)周圍陣列像元的灰度確定，這種方法稱為灰度重采樣。常用方法有：最近鄰法、雙線性內(nèi)插法、三次卷積法。糾正精度檢查：在校正后的圖像上均勻選擇4-5個(gè)特征點(diǎn)，讀出其坐標(biāo)值，然后與地形圖上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較，判斷是否滿足要求④幾何校正和圖像配準(zhǔn)的區(qū)別：校正和影像配準(zhǔn)原理是一樣的。幾何校正是指消除或改正遙感影像幾何誤差的過程。配準(zhǔn)是指同一區(qū)域內(nèi)以不同成像手段所獲得的不同圖像圖形的地理坐標(biāo)的匹配。包括幾何糾正、投影變換與統(tǒng)一比例尺三方面的處理。2.數(shù)字圖像增強(qiáng)（1）目的：改變圖像的灰度等級(jí)，提高圖像對(duì)比度；消除邊緣和噪聲，平滑圖像；邊緣或線狀地物，銳化圖像；合成彩色圖像；壓縮圖像數(shù)據(jù)量，突出主要信息a)對(duì)比度變換①定義：通過改變圖像象元的亮度值來改變圖像象元的對(duì)比度，從而改善圖像質(zhì)量的圖像處理方法。②圖像的直方圖：灰度直方圖反映一幅圖中各灰度級(jí)像素出現(xiàn)的頻率。以灰度級(jí)為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為灰度級(jí)的頻率，繪制頻率同灰度級(jí)的關(guān)系圖就是灰度直方圖。它是圖像的一個(gè)重要特征，反映了圖像灰度分布的情況。單波段直方圖、彩色圖像的分波段直方圖③直方圖的性質(zhì)：灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置，即丟失了像素的位置信息；一幅圖像對(duì)應(yīng)唯一的灰度直方圖，不同的圖像可對(duì)應(yīng)相同的直方圖；一幅圖像分成多個(gè)區(qū)域，多個(gè)區(qū)域的直方圖之和即為原圖像的直方圖。④方法：1）直方圖拉伸：線性——增強(qiáng)前后灰度函數(shù)關(guān)系符合線性關(guān)系式，有普通線性變換和分段線性變換；非線性符合線性關(guān)系式以外的其他關(guān)系。2）直方圖均衡（使一定灰度范圍內(nèi)的象元數(shù)量大致相等）：將隨機(jī)分布的圖像直方圖改成均勻分布的直方圖。本質(zhì)是對(duì)圖像進(jìn)行非線性拉伸，重新分配圖像像元值，是一定灰度范圍內(nèi)的像元的數(shù)量大致相等。效果：使原始圖像的灰度等級(jí)減少，且各灰度級(jí)出現(xiàn)的頻率近似相等；頻率小的灰度級(jí)被合并，實(shí)現(xiàn)壓縮，頻率高的灰度級(jí)被拉伸，因此可以使亮度集中于中部的圖像得到改善，增強(qiáng)圖像上大面積地物與周圍地物的反差；均衡化后實(shí)際直方圖呈現(xiàn)參差不齊，這是由于圖像是離散函數(shù)，各灰度級(jí)可能的像元個(gè)數(shù)有限造成的。3）直方圖匹配：把原圖象的直方圖變換為某種指定形狀的直方圖或某一參考圖象的直方圖，然后按照已知的指定形態(tài)的直方圖調(diào)整原圖象各象元的灰級(jí)，最后得到一個(gè)直方圖匹配的圖象。條件（運(yùn)用兩幅圖象）：原始圖象和參考圖象；直方圖的總體形態(tài)相似；相對(duì)亮和暗的特征相同；對(duì)某些應(yīng)用，圖象的分辨率應(yīng)相同（但可不同）；圖象中的地物類型的相對(duì)分布相同。作用：有一幅很好的圖象作為標(biāo)準(zhǔn)的情況下，對(duì)另一圖象進(jìn)行匹配，以改善被處理圖象的質(zhì)量；數(shù)字鑲嵌；使用的模板有正態(tài)拉伸匹配（兩側(cè)灰級(jí)拉伸展開，而將直方圖中部峰值附件區(qū)域壓縮）、暗區(qū)拉伸匹配（低灰級(jí)值的像元展開）、亮區(qū)拉伸匹配。b)空間濾波（鄰域增強(qiáng)）：①定義：中心象元與周圍相鄰象元間的運(yùn)算，用于去噪聲、圖像平滑、銳化和相關(guān)運(yùn)算。（對(duì)比度變換：點(diǎn)增強(qiáng)，是單個(gè)像元的運(yùn)算，從整體上改善圖像質(zhì)量）②方法：1）卷積運(yùn)算：抑制噪聲，增強(qiáng)地物特征。2）平滑：圖像中某些亮度變化過大的區(qū)域，或出現(xiàn)不該有的亮點(diǎn)（噪聲）時(shí)，采用平滑的方法可以減小變化，使亮度平緩或去掉“噪聲”點(diǎn)。均值濾波（每個(gè)像元在以其為中心的鄰域內(nèi)取平均值來代替該像元值）、中值濾波（每個(gè)像元在以其為中心的鄰域內(nèi)取中間亮度值來代替該像元值。在消除噪聲的同時(shí)，還能保持圖像中的細(xì)節(jié)部分，防止邊緣模糊，但對(duì)點(diǎn)、線等細(xì)節(jié)較多的圖像卻不太合適。）。3）銳化：目的是加強(qiáng)圖像中景物的細(xì)節(jié)邊緣和輪廓，作用是使灰度反差增強(qiáng)，銳化算法的實(shí)現(xiàn)是基于微分作用。羅伯特梯度：用交叉的方法檢測(cè)出像元與其鄰域在上下之間或左右之間或斜方向之間的差異。索伯爾梯度：為在銳化邊緣的同時(shí)減少噪聲的影響，Sobel從加大邊緣增強(qiáng)算子的模板大小出發(fā)，由2x2擴(kuò)大到3x3來計(jì)算差分。較多的考慮了鄰域點(diǎn)的關(guān)系，并對(duì)4-鄰域采用帶權(quán)的方法計(jì)算差，檢測(cè)邊界更加精確。拉普拉斯：算法意義是檢測(cè)亮度變化率的變化率，相當(dāng)于二階微分。方向?yàn)V波：有目的的提取某一特定方向的邊緣、線性目標(biāo)或紋理特征，選擇特定的方向模板，做卷積運(yùn)算。c)彩色變換①單波段彩色變換（偽彩色）：偽彩色——單波段灰度圖像的彩色表示或顯示；密度分割——將連續(xù)的灰度值轉(zhuǎn)換為少量的灰度區(qū)間，并用不同的顏色表示；增強(qiáng)了圖像的目視解譯效果。②多波段彩色變換（真假彩色合成）：加色法彩色合成原理，選擇遙感影像的某三個(gè)波段分別賦予紅、綠、藍(lán)三種原色，合成彩色影像。真假彩色：與地物顏色是否一致。③HIS變換（H色調(diào)，L明度，S飽和度）d)圖像運(yùn)算①方法：1）差值運(yùn)算：兩幅同樣行、列的圖像，對(duì)應(yīng)象元的亮度（灰度）相減。差值圖像提供了不同波段或不同時(shí)相圖像的差異信息。應(yīng)用于兩個(gè)波段時(shí)，相減后的值反映了同一地物光譜反射率之間的差異，有利于目標(biāo)與背景反差較小的信息提取。當(dāng)用于兩個(gè)不同時(shí)相同一波段圖像相減時(shí)，可以提取同一地區(qū)不同時(shí)相圖像中隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信息。2）比值運(yùn)算：兩幅相同行列的圖像，對(duì)應(yīng)象元的亮度（灰度）相除（除數(shù)不為0）。比值圖像亮度反映了兩個(gè)波段光譜差異，常用來檢測(cè)植被，消除“同物異譜”現(xiàn)象。可以監(jiān)測(cè)波段的斜率信息并加以擴(kuò)展，以突出不同地物間地物光譜的差異，消除地形起伏引起的同物異譜現(xiàn)象。e)多光譜變換①本質(zhì)：對(duì)遙感圖像實(shí)行線性變換，使多光譜空間的坐標(biāo)系按一定規(guī)律進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。②目的：通過函數(shù)變換，保留主要信息量，降低數(shù)據(jù)量；增強(qiáng)或提取有用信息。③方式：K-L變換（主成分變換）：求出一個(gè)變換矩陣，經(jīng)變換形成一組新的主分量波段。計(jì)算原始圖象的協(xié)方差矩陣→計(jì)算的特征值和特征向量→生成主成分。事先進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮和圖像增強(qiáng)。K-T變換：是一種線性變換，使坐標(biāo)軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)之后坐標(biāo)軸的方向與地物，特別是和植被生長(zhǎng)及土壤有密切的關(guān)系。3.多元信息復(fù)合（1）定義：信息復(fù)合式同一區(qū)域內(nèi)遙感信息之間或遙感信息和非遙感信息之間的組合匹配技術(shù)。（2）內(nèi)容：空間配準(zhǔn)和內(nèi)容符合。在統(tǒng)一地理坐標(biāo)系統(tǒng)下，構(gòu)成一組新的空間信息、一種新的合成圖象。（3）目的：突出有用的專題信息，消除無(wú)關(guān)信息，以改善目標(biāo)識(shí)別的圖像環(huán)境。（4）不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合：來自于不同傳感器的信息源有不同的特點(diǎn)，針對(duì)具體問題常常有不同復(fù)合方案。步驟：配準(zhǔn)（目的——對(duì)應(yīng)的地物吻合，分辨率一致；方法——幾何校正）→復(fù)合（彩色合成）。（5）不同時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合：觀測(cè)地物的類型、位置、輪廓及動(dòng)態(tài)變化。配準(zhǔn)→直方圖調(diào)整(將配準(zhǔn)后的圖像盡可能地調(diào)整成一致的直方圖，使圖像亮度值趨于協(xié)調(diào)，以便比較)→復(fù)合(彩色合成法：通過顏色對(duì)比表現(xiàn)變化；差值法：差值后可適當(dāng)設(shè)定閾值，或得只有0與1的二值圖像，以突出變化（變化部分為1，非變化部分為0）；比值法：也可適當(dāng)設(shè)定閾值，類別不變的地物一定接近于1。)（6）遙感與非遙感信息復(fù)合:①為什么：遙感手段獲取信息仍感不夠，不能解決遇到的全部問題，因此將人文與經(jīng)濟(jì)信息作為遙感數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，可有助于綜合分析問題，發(fā)現(xiàn)客觀規(guī)律，提高解譯效果。②特點(diǎn)：遙感數(shù)據(jù)是以柵格記錄的；地面采集的地理數(shù)據(jù)常常呈現(xiàn)出多等級(jí)、多量綱的特點(diǎn)，格式多樣；為使各種地理數(shù)據(jù)能與遙感數(shù)據(jù)兼容，首先需將獲取的非遙感數(shù)據(jù)按照一定的地理網(wǎng)格系統(tǒng)重新量化和編碼，以完成各種地理數(shù)據(jù)的定量和定位，產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)格式。③方法與過程:為了使非遙感的地理數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)復(fù)合，前提條件是必須使地理數(shù)據(jù)可作為遙感數(shù)據(jù)的一個(gè)“波段”，這就是說通過一系列預(yù)處理，使地理數(shù)據(jù)①成為網(wǎng)格化的數(shù)據(jù)；②地面分辨率與遙感數(shù)據(jù)一致；③對(duì)應(yīng)地面位置與遙感影像配準(zhǔn)。網(wǎng)格數(shù)據(jù)生成（地理數(shù)據(jù)生成網(wǎng)格時(shí)，網(wǎng)格所對(duì)應(yīng)的地面分辨率應(yīng)與遙感數(shù)據(jù)的地面分辨率一致。如果無(wú)法得到一致的分辨率，用配準(zhǔn)的方法調(diào)整分辨率與位置）→最優(yōu)遙感數(shù)據(jù)的選?。ㄟx取適合需要的遙感波段）→配準(zhǔn)復(fù)合第五章目視解譯與制圖1.遙感圖像目視解譯原理（1）解譯：根據(jù)遙感圖像所提供的影像特征及其對(duì)應(yīng)目標(biāo)的特點(diǎn)進(jìn)行推理和判斷將目標(biāo)識(shí)別出來，并進(jìn)行定性、定量分析的工作就稱為遙感圖像解譯（判讀）。（從遙感圖像上獲取目標(biāo)地物信息的過程。）分為目視解譯和計(jì)算機(jī)解譯。①目視解譯：借助人眼的觀察和人的智能，結(jié)合一些量測(cè)工具（測(cè)微尺、放大鏡、立體鏡等）來識(shí)別圖像中的目標(biāo)。特點(diǎn)：解譯者的學(xué)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在判讀中起主要作用，精度高，但難以對(duì)空間信息定量化分析。②計(jì)算機(jī)圖像理解：以計(jì)算機(jī)軟硬件為支撐，利用模式識(shí)別技術(shù)和人工智能技術(shù)，建立圖像解譯專家系統(tǒng)從而讓計(jì)算機(jī)模擬人工解譯過程，“讀取遙感圖像上的特征”，進(jìn)而確定圖像上的目標(biāo)。特點(diǎn)：速度快，處理方式靈活多樣，整個(gè)處理過程通常是以人機(jī)交互方式進(jìn)行，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)和算法要求較高，識(shí)別的精度通常不及目視解譯。（2）目視解譯原理：目標(biāo)地物識(shí)別特征：目標(biāo)地物特征——色、形、位。解譯標(biāo)志——色調(diào)、陰影、形狀、紋理、大小、圖形、位置、相關(guān)布局2.遙感圖像目視解譯方法和步驟①原則：從應(yīng)用目的出發(fā)，整體觀察，全面分析圖像特征。堅(jiān)持先難后易，先整體后局部的原則。充分利用各種解譯標(biāo)志，包括直接標(biāo)志和間接標(biāo)志，相互補(bǔ)充，彼此驗(yàn)證。開展多波段、多時(shí)相、多類型遙感圖像的對(duì)比分析。②標(biāo)志直接解譯標(biāo)志：使用的直接判讀標(biāo)志有顏色、陰影、形狀、紋理、大小、位置、圖形間接解譯標(biāo)志：目標(biāo)地物與相關(guān)指示特征、地物與環(huán)境的關(guān)系、地物與成像時(shí)間的關(guān)系等③目視解譯方法1）直接判讀法：使用的直接判讀標(biāo)志有色調(diào)、色彩、大小等。2）對(duì)比分析法：同類地物對(duì)比分析、空間對(duì)比分析、時(shí)相動(dòng)態(tài)對(duì)比3）信息復(fù)合法：利用多種輔助信息，識(shí)別遙感圖像上目標(biāo)地物的方法。4）綜合推理法：綜合考慮圖像多種特征，結(jié)合生活常識(shí)，分析、推斷某種目標(biāo)地物的方法。5）地理相關(guān)分析法：根據(jù)地理環(huán)境中各種地理要素之間的相互依存、限制的關(guān)系，借助專業(yè)知識(shí)，分析某種地理要素性質(zhì)類型狀況分布。④步驟：1）準(zhǔn)備階段：明確任務(wù)、收集資料、確定影像2）初步解譯與判讀區(qū)的野外考察：分析研究區(qū)特點(diǎn)、確立典型解譯樣區(qū)、建立目視解譯標(biāo)志、探索解譯方法。3）室內(nèi)詳細(xì)判讀：目視解譯數(shù)字化和屬性添加。4）野外驗(yàn)證與補(bǔ)判5）成果整理和制圖3.影響景物特征及判讀的因素（1）地物本身的復(fù)雜性：土壤含水量、有機(jī)質(zhì)、特性。水泥沙量、葉綠素、工業(yè)污染。（2）傳感器特性的影響：幾何分辨率（影像最小單元（像元）所代表的地面面積）、輻射分辨率（接受電磁波輻射信號(hào)時(shí)能夠分辨的最小輻射度差）、波譜分辨率（指?jìng)鞲衅魉玫牟ǘ螖?shù)、波長(zhǎng)及波段寬度）、時(shí)間分辨率（重復(fù)獲得同一地區(qū)的最短時(shí)間間隔，衛(wèi)星的覆蓋周期、重訪周期）（3）目視能力的影響：空間分辨能力，灰階分辨能力、色別和色階分辨能力4.遙感影像地圖一種以遙感影像和一定地圖符號(hào)來表現(xiàn)制圖對(duì)象地理空間分布和環(huán)境狀況的地圖——分為（其表現(xiàn)內(nèi)容）普通影像地圖和專題影像地圖，（獲取遙感信息傳感器）航空攝影影像地圖與掃描影像地圖。第六章遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)解譯1．遙感數(shù)字圖像的性質(zhì)與特點(diǎn)（1）遙感數(shù)字圖像：是以數(shù)字表示的遙感影像，其最基本的單元是像素。像素是成像過程的采樣點(diǎn)，也是計(jì)算機(jī)處理圖像的最小單元。像素具有空間特征和屬性特征。像素的屬性特征采用亮度值來表達(dá)。（2）特點(diǎn)：便于計(jì)算機(jī)處理與分析，圖像信息損失少，抽象性強(qiáng)（3）遙感數(shù)字圖像的表示方法：遙感數(shù)字圖像是以二維數(shù)組來表示的，遙感圖像按照波段數(shù)量分為單波段與多波段數(shù)字圖像，多波段數(shù)字圖像的三種數(shù)據(jù)格式（BSQ、BIP、BIL）（4）航空像片數(shù)字化：空間采樣（將航空像片具有的連續(xù)灰度信息轉(zhuǎn)化為每行有m個(gè)單元，每列有n個(gè)單元的像素組合）→屬性量化（可得到每個(gè)像元的數(shù)字模擬量，與航空像片中對(duì)應(yīng)位置上的灰度相對(duì)應(yīng)）。2.遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類（1）原理：統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別技術(shù)在遙感領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，而統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的關(guān)鍵是選擇和提取待識(shí)別目標(biāo)的特征，然后按照一定的準(zhǔn)則做出判別，從而完成圖像識(shí)別。在遙感圖像分類過程中,常使用距離（像元數(shù)據(jù)和分類類別特征的相似程度）和相關(guān)系