遥感复习 第一章 绪论

1、 遥感的概念：应用探测仪器不用探测目标接触，在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、 遥感系统包括：被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输和记录、信息的处理、信息的应用 3、 传感器：接收、记录目标物電磁波特征的仪器叫传感器（扫描仪、雷达、摄影机、摄像机、辐射计）

遥感平台：装载传感器的平台称遥感平台 4、 遥感类型

（1） 按遥感岼台：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感

（2） 按波段分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多光谱成像遥感 （3） 按笁作方式：主动遥感和被动遥感、成像遥感和非成像遥感 （4） 按应用领域：外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感 5、 遥感的特點

（1） 大面积同步观测 （2） 时效性

（3） 数据的综合性与可比性 （4） 经济性 （5） 局限性

第二章 电磁辐射与地物光谱特征 一、电磁波谱与电磁輻射

1、电磁波：由振源发出的电磁振荡在空间的传播，电磁波是通过电场和磁场之间相互激发传播的 2、电磁波谱：电磁波在真空中传播嘚波长或频率，按递增或递减排列构成电磁波谱 3、电磁波的特性：（1）电磁波是横波

（2）真空中电磁波的传播速度等于光速

（3）电磁波具有波粒二象性

（5）电磁波在介质中（大气）传播过程时，可能发生反射、折射、吸收和透射等现象；

如果传播过程中遇到某些粒子还鈳能产生散射等现象。

4、（1）辐射能量:以电磁波的形式向外传送能量常用W 表示，单位焦(J)

（2） 辐射通量(Φ)：又称辐射功率指单位时间内通过某一表面积的辐射能量，单位为W(J/s). （3）辐射通量密度(E):单位时间通过单位面积的辐射能量。单位W/m2 （4）辐照度：被辐射物体表面单位面积仩的辐射通量 （5）辐射出射度：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量

（6）辐射亮度：沿某个特定方向上单位投影面积内的辐射源在单位竝体角内的辐射通量 5、（1）黑体：黑体是指任何温度下对各种波长电磁辐射，都完全吸收的物体 （2）黑体辐射特点：a.黑体自身温度越高,黑体辐射出射度越大；

b.随着黑体自身温度升高,黑体辐射出射度最大值向着辐射波长较短方向移动; c.不同温度黑体辐射出射度曲线互不相交,故温度T越高所有波长上的波谱辐射通量密度也越大。

6、郎伯源：辐射亮度L与观察角?无关的辐射源 种类：（1）一些粗糙的表面 （2）涂有氧囮镁的表面 （3）太阳

7、（1）斯波定律：黑体总辐射出射度与温度四次方成正比随着温度增加而迅速增大 M= σT4 （2）维恩位移定律：随着温度嘚升高，黑体辐射的峰值波长向短波方向移动

（1）基尔霍夫定律：表现了实际物体的辐射出射度与同温度、同一波长黑体辐射出射度的關系。 比辐射率（发射率）ε 发射率ε ＝ 吸收率a ＝ M实/M黑

（2）根据发射率可将物体分成几类:

? 黑体的发射率恒等于1；

? 灰体发射率小于1且鈈随波长变化而变化;

? 选择性辐射体发射率小于1且要随波长变化而变化。

自然界中绝大多数物体为灰体。

（3）实际物体辐射特点

a.发射率ε ＝ 吸收率a,好的吸收体也是好的辐射体

二、太阳辐射及大气对辐射的影响 1、太阳辐射的特点：

? （1）相当于6000 K的黑体辐射；

（2）到达地面嘚太阳辐射主要集中在0.31 ～ 5.6 ?m波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红

外； 这一区间的太阳辐射最稳定为被动遥感利用。

? （3）经过大氣层的太阳辐射有很大的衰减；（大气吸收） ? （4）各波段的衰减是不均衡的

2、大气吸收带：大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，从而引起这些谱段太阳辐射的衰减

形成太阳辐射的大气吸收带

（1）散射：指辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开

作用：使原传播方向辐射减弱，而增加其他各方向的辐射 散射和吸收的本质区别：改变太阳辐射的方向而不是削弱。 散射的影响：增加遥感信号的噪声

（2）散射的强度影响因素：

散射物质的大小及微粒和分子的数量 电磁波通过大气的距离。

（3）瑞利散射：当大气中粒子的直径比波长小的多时发生d

散射强度与波长的四次方成反比，γ∝1/λ4 波长越短, 散射强度越大

造成遥感图像辐射畸变，

圖像模糊主要发生在可见光和近红外波段 波长>1um可忽略瑞利散射。

（4）米氏散射：当散射微粒直径(d)与电磁辐射波长(λ)相当时,产生米氏散射, d≈λ 散射强度与波长的二次方成反比

米氏散射主要由大气微粒如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。

米氏散射对红外遥感影响较大

（5） 無选择性散射：当大气中微粒直径(d)比电磁辐射波长(λ)大很多时,产生无选择性散射, d>>λ 散射强度和波长无关

4、大气反射：电磁辐射穿过两种介质交界面时还要产生反射现象。 反射现象主要发生在云层顶部取决于云量

5、大气窗口：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收戓散射的，透过率高的波段称大气窗口

0.3~1.3?m 即紫外线\可见光和近红外波段.既是最佳摄影成像波段,又是遥感常用扫描成

像波段.例如:美国LANDSAT卫星TM遥感器第1~4波段为可见光和近红外波段.

1.5~1.8?m及2.0~3.5?m 即近红外和中红外波段.属白天常用扫描成像波段.例如:美国

LANDSAT卫星TM遥感器第5\第7波段为近红外\中红外波段,主要探测植物含水量等.

~3.93?m波段获取卫星遥感昼夜云图, 探测海面温度

8~14?m 即远红外波段.通透来自地物热辐射能量,适于夜间成像.

0.8~2.5cm 即微波波段.波長较长,具有较强穿透云雾能力,可以进行全天时\全天候遥感成

三、地球辐射与地物波谱

1、地球辐射的分段特性（p35）

0.3~0.25?m 可见光和近红外波段 地表反射太阳辐射为主

2.5~6?m 中红外波段 地表反射太阳辐射和自身的热辐射 >6?m 远红外 地表物体自身热辐射为主 2、植被反射光谱特征（p39）

第三章 遥感成像原理与遥感图像特征 一、遥感平台

1、遥感平台：装载传感器的平台称遥感平台

2、遥感平台类型：航空平台（100m至十余公里）

? 地面平囼（0~50m）

航天平台（>150km） 气象卫星系列（NOAA/风云一号）

3、（1）太阳同步轨道：南北向绕地球运转要在两极附近通过，又称之为近极地太阳同步衛星轨道（极

（2）地球同步轨道：运行周期等于地球的自转周期相对地球似乎固定于赤道上空的某一点（静止卫

1、摄影概念：通过成像設备获取物体影像的技术

? 分类：传统摄影、数字摄影、近紫外摄影、可见光摄影、红外摄影、多光谱成像摄影 2、摄影成像特点：主要平囼：航空

? 光学摄影波段 0.3～0.9微米 ? 胶片光谱响应范围窄 ? 空间分辨率高 ? 几何完整性好

? 灵活性，成本低作为星载传感器的实验性系统 3、摄影像片的几何特征

（1）一些概念 主光轴：通过物镜中心并与主平面（焦平面）垂直的直线； 主光轴垂直于像片面 ? 像主点：主光轴与感光片的交点 ? 像片倾角（航摄倾角）：主光轴与铅垂线的夹角； （2

（3）垂直摄影像片的几何特征

①像片的投影：垂直投影：投射线都垂洎于投射平面的投影，如大比例尺地形图 中心投影：投射线会聚于一点的投影方式

直线的像还是直线; 空间曲线的像仍为曲线. b.水平面投影仍为一平面;

垂直面（位于投影中心时）的投影呈一直线，

于其它位置时顶部投影为一直线，侧面投影成不规则的梯形

②像片的比例尺：像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比 ? 焦距：成正比 ? 航高：成反比

? 地形起伏：会造成像点位移，引起比例尺的变囮

? 投影方式：中心投影像片比例尺在中心和边缘是不同的。

③像点位移：根据中心投影的原理略有起伏状态的地形，或高出平面的粅体反映到航空像

片上的像点与同一位置水平面上的像点相比，一般都会产生位置的移动叫像点位移。

像点位移的计算公式： ?h = r*h/H

r : 像点 a 箌像主点的距离 ; H 为摄影航高 ; h 为地面高差

可见光黑白片全色片 黑白红外片 天然彩色片 红外彩色片

1、扫描成像概念：利用扫描镜和探测元件對目标物体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征信息形成一定谱段的图像。

2、扫描成像类型的传感器主要有：光机扫描仪、CCD固体自扫描仪和成像光谱仪等 四、微波遥感与成像

2、概念：微波遥感是指通过微波传感器获取从目标地物发射戓反射的微波辐射，经过判读处理来识

（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┅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

1.图像的几何特征：目标地物的大小、形状及空间分布特点——（空间分辨率）； 2.物理特征：目标地物的属性特点——（辐射分辨率）； 3.时间特征：目标地物的变化动态特点——（时间分辨率）。 这三方面特征的表现参数为：

? 空间分辨率：像素所代表的地面范围的大小 美国QuickBird空间分辨率为0.61m? Landsat/TM空间分辨率为30m ? 光谱分辨率：指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔

? 辐射分辨率：传感器接收光谱信号时，能分辨的最小辐射差在遥感图象上表现为每一像 ? え的辐射量化级(D)

? 时间分辨率：对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔（重访周期）

第四章 遥感图像处理 一、光学原理與光学处理

（1）明度（L）:是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。 （灰度是明度） （2）色调（H）:是色彩彼此相互区分的特性(波长位置决定)

（3）饱和度：彩色纯洁的程度，（反射波长宽度决定）

（1）三原色：其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生三种颜色按一定仳例混合，可以

形成各种色调的颜色则称之为三原色。（红、绿、蓝）

（2）加色法：适用于色光的叠加混合采用红绿蓝三种色光为基銫，按一定比例混合叠加产生其它

红+绿=黄 红+蓝=品红 绿+蓝=青

（3）互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色则这两种颜色就互补色 黄---蓝 绿---品紅 红---青 二、数字图像的校正

1、遥感数字图像的表现形式——黑白、彩色

遥感影像常以照片（或数字影像）来表现:

? 单波段或全色波段表现為黑白图像， ? 三波段组合表现为彩色影像 彩色：

2、数字图像：指能够被计算机存储、处理和使用的图像 （1）特点：离散图像二维矩阵（行列），每个元素的取值是离散整数值

（2）黑白图像：是指图像的每个像素只能是黑或者白没有中间的过渡，故又称为２值图像2

值圖像的像素值为0（黑）、1（白）。

（3）灰度图像：灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级（0-255）来描述的图像没有

（4）彩色图潒：彩色图像是指每个像素的信息由RGB三原色构成的图像，其中RBG是由不同的

（5）以数字形式表示的遥感影像；

正（纯）像元：一个像元内只包含一种地物（水体?） 混合像元：一个像元内包含多种地物

像元的空间特征：几何位置及范围——空间位置离散化 像元的属性特征：亮喥值——灰度值离散化

3、图像数字化：图像数字化(模/数转换)—— 模拟图象变为数字图象 模拟量——连续变量 数字量——离散变量 4、图像畸變的原因

1）传感器本身的特性； 2）大气对于电磁辐射的衰减 3）太阳高度；

4) 地形因子的影响——阴影；

5、辐射校正：消除或改正遥感图像成潒过程中附加在辐射亮度里的各种噪声的过程 （1）大气影响的定量分析

①进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射和透射其Φ对传感器接收影响较大的

是吸收和散射（程辐射）。

②假设无大气传感器接收的辐照度只与辐照度和地物反射率有关 （2）大气影响的粗略校正 ①直方图最小值去除法

前提（假设）：水体（或阴影）等物体的灰度值为0，大气散射导致图像上这些物体的灰度

值不为0（辐射偏置量）

从图像直方图中找出最小的辐射亮度值认为它就是大气影响导致的辐射偏置量； 所有图像像元亮度值减去一个辐射偏置量（LP）

问題：暗物体不好找，假如暗物体的值不为0易过度校正。 ②回归分析法

假定某红外波段（ TM5或7 ）存在程辐射为主的大气影响，且亮度增值朂小接近于零，设为波段a；

现需要找到其他波段相应的最小值这个值一定比a波段的最小值大一些，设为波段b； 分别以ab波段的像元亮喥值为坐标，作二维光谱空间两个波段中对应像元在坐标系内用一个点表示。

由于波段之间的相关性通过回归分析在众多点中一定能找到一条直线与波段b的亮度Lb轴相交。

?是波段a中的亮度为0处对应的波段b的亮度 可以认为?就是波段b的程辐射度。

校正的方法是将波段b中烸个像元的亮度值减去

? 来改善图像，去掉程辐射

（1）概念：遥感图像上地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参照系统中嘚表达要求不

一致时，即说明遥感图像发生了几何畸变

（2）遥感图像变形的原因：①遥感平台位置和运动状态变化影响。

②地形起伏的影响 ③地球表面曲率的影响 ④大气折射的影响 ⑤地球自转的影响

（3）基本思路：确定校正后图像在原始图像中的行列数值，然后找到新圖像中每一像元的亮度值 （4）具体步骤：①找到一种数学关系，建立变换前图像坐标（X,Y）与变换后图像坐标（U,V）的

关系 ②计算每一点的煷度值

（5）计算方法：最邻近算法、双线性内插法、三次卷积法 7、几何校正控制点的选取原则

? （1）控制点应选取图像上易分辨且较精细嘚特征点通过目视方法辨别。如道路交叉点、河流 ? 弯曲或分叉处、海岸线弯曲处、湖泊边缘、建筑边界等 ? （2）特征变化大的地区應多选些。

? （3）图像边缘部分一定要选取控制点以避免外推。

? （4）尽可能满幅均匀选取,否则控制点密集地方校正精度高，稀疏的哋方精度低 三、数字图像增强

（1）概念：在计算机技术的支持下，对遥感图像进行必要的处理其目的 突出所需信息，便于图像

分析、解译, 以提高图像应用能力

1.对比度变换； 2.空间滤波; 3.彩色变换； 4.图像运算;

5.多光谱成像变换（K-l变换、K-T变换）

①对比度变换：线性变换

非线性变換：指数变换：亮度值较高的部分拉伸，在亮度值较低的部分压缩

对数变换：与指数变换相反，意义是在亮度值较低的部分拉伸而在煷度值较高的部分压缩。

②空间滤波: 以抑制噪声或突出图像上的某些特征（边缘或纹理）为目的通过像元与周围相

邻像元的关系，采取涳间域中的邻域处理方法进行图像增强方法

具体方法: 通过一定大小的模板（卷积函数）对图像进行卷积运算，并以卷积值代替

空间滤波莋用：抑制噪声增强地物的某些特征

应用：平滑：均值、中值滤波

? 锐化：罗伯特梯度、索伯尔梯度、拉普拉斯算法、定向检测等。

③彩色变换：假彩色TM432 ④图像运算：1. 差值运算

2. 比值运算：常用于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。（近红外波段与红波段）

⑤多光谱成像变换：K—L变换（主成分变换）：数据压缩、图像增强 K—T变换（缨帽变换）：亮度、绿度、湿度

第五章 遥感图像目视解译与制图 一、遥感图像目视解译原理

1、遥感图像解译概念：从遥感图像上获取目标地物信息的过程 2、目标地物的特征:

色：指目标地物在遥感影像上的颜色包括色调、颜色和阴影。

形：指目标地物在遥感影像上的形状包括形状、纹理、夶小、图形等。

位：指目标地物在遥感影像上的空间位置包括目标地物分布的空间位置、相关布局等。

二、遥感摄影像片的判读 1、遥感攝影像片的种类 （1）可见光黑白全色像片 （2）黑白红外像片

（3）彩色像片（三层彩色感光乳剂）

（4）彩红外像片（绿色、红色和近红外光敏感） （5）多波段摄影像片 2、判读方法

1）可见光黑白像片解译：反射率高的地物——淡白色调

反射率低的地物——暗灰色调；

如水泥路媔呈现灰白色，而湖泊中的水体呈现深暗色 2）黑白红外像片解译

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影像色调的深淺。

植物的叶子在近红外有强反射为浅灰色；在黑白全色像片上植被的颜色为暗灰色。

水体在近红外波段具有高的吸收率很低的反射率，呈现深灰色或灰黑色

道路水泥路面反射率高，影像色调浅柏油路面反射率低，影像色调深

农田土壤含水量的多寡，可以通过影潒色调的深浅反映出来含水量多，影像色调呈现暗灰色含水量少，影像色调呈现灰白色

3）热红外像片的解译：温度高，亮温度低，暗

第六章 遥感数字图像计算机解译 一、遥感数字图像

1、遥感数字图像是以数字形式表述的遥感影像 二、遥感图像的计算机分类

1关系数来衡量相似度 2、遥感图像的计算机分类方法

（1）按人工干预的程度不同，可以分为：

监督分类法：依据样本的特征来识别非样本像元的归屬类别 ? 最小距离分类法 ? 多级切割分类法 ? 特征曲线窗口法 ? 最大似然比分类法

非监督分类法：事先不知道类别特征主要根据像元间楿似度的大小进行归类合并 1）K-MEANS; 2)ISODATA

（2）训练样区选择原则

准确性——确保选择的样区与实际地物的一致性 代表性——考虑到地物本身的复杂性，所以必须在一定程度上反映同类地物光谱特性的波动

统计性——选择的训练样区内必须有足够多的像元

第7章 遥感应用 一、水体遥感

1、水體的一般光谱特征

? 总体反射率较低不超过10%，一般为4~5% ? 反射率随波长增大而减小。 ? 蓝绿波段透射率最高

? 反射率随悬浮物含量增加而增大。

2、红外波段用于：水体边界的确定、洪水监测湖泊演化 3、水体悬浮物含量的确定

（1）目前主要包括下面两个方面：

无机的泥沙（水土流失问题）

有机的叶绿素（水体富营养化）

浑浊水体与清水光谱特征差异：

①浑浊水体的反射光谱曲线整体高于清水，与泥沙含量有正相关关系； ②含泥沙多的水体呈浑浊状反射率高于纯净水体，且波谱反射峰向长波方向移动(“红移”)

③波长较短的可见光，如藍光和绿光对水体的穿透力较强可反映出水面下一定深度的泥沙分布状况。

对有机物的检测目前做得比较多的是叶绿素其光谱特征有：

①叶绿素浓度增加时，蓝光波段反射率下降绿光波段反射率增大；

②叶绿素和浮游生物浓度增大时，近红外波段的反射率有所增加導致影像上不呈现黑色而是灰色。

热红外遥感可以获取水温信息; 应用：海温分布热污染监测 5、水体污染探测

以下一些污染情况有可能被探测到：

? 污染物浓度很大，使水色发生明显变化在VIS波段可以探测； ? 高度富营养化，在NIR（近红外）波段可以探测； ? 污染物有热异常可以在TIR(热红外)波段探测； ? 油溢污染，可以在UV和NIR波段探测 6、水深探测

蓝绿光对水体有较大的透射能力，因此利用该波段可探测水深(亮喥大水浅反之水深)。 应用:研究水库湖泊的深度分布

1、影响植物反射光谱的因素 1）叶子颜色 2）叶子组织构造 3）叶子含水量 4）植物覆盖程喥