遥感原理与应用期末总结
名词解释(20分,每个4分)
遥感:广义:遥远的感知,泛指一切无接触的远距离(相对的概念)探测。
狭义:指借助于专门的探测仪器(传感器),把遥远的物体所辐射(或反射)的电磁波信号接受记录下来,再经过加工处理,变成人眼可以直接识别的图像,从而揭示出所探测物体的性质及其变化规律。
绝对黑体:在任何温度下,对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1(100%)的物体。
大气窗口:通过大气而较少被反射、吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段。
空间分辨率:传感器瞬时视场内所观察到的地面的大小
大气校正:消除由大气散射引起的辐射误差的处理过程
辐射校正: 消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。
高光谱图像:光谱分辨率在10l数量级范围内的光谱图像
遥感影像地图:一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况的地图。
空间域滤波(filtering):以突出图像上的某些特征为目的,通过像元与周围相邻像元的关系,采取空间域中的邻域处理方法进行图像增强方法。
几何畸变:遥感图像的几何位置上发生变化
目视解译(目视判读):指专业人员通过直接观察或借助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。
电磁波:交互变化的电磁场在空间的传播。
电磁波谱:将各种电磁波在真空中的波长按其长短,依次排列制成的图表。
时间分辨率:对同一地区重复获取影像所需的最短时间间隔
微波遥感:指通过传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射,经过判读处理来认识地物的技术
黑体辐射:黑体发出的电磁辐射称为黑体辐射。
遥感平台:遥感平台用来搭载传感器,实现从宇宙空间来观测地球表面
K-L变换:是一种建立在影像统计特征基础上的正交线性变换
K-T变换:也称缨帽变换.是一种坐标空间发生旋转的线性变换
灰度重采样:指采用适当的方法把该点位周围整数点位上灰度值对该点的贡献积累起来,构
成该点位新灰度值的过程
辐射能量 :以电磁波形式向外传送能量;
辐射通量:又称辐射功率,指单位时间内通过某一表面的辐射能量;
辐射出射度 :物体单位面积上发出的辐射通量;
辐射照度:照射到物体单位面积上的辐射通量;
辐射强度:点辐射源在单位立体角内发出的辐射通量;
辐射亮度:辐射源在单位投影面积上、单位立体角内的辐射通量。
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。
大气的散射作用:太阳辐射在传波过程中遇到小微粒而使传播方向改变,并向各个方向散开。
大气的反射作用:电磁波传播过程中,若通过两种介质的交界面,还会出现反射现象
辐射分辨率:传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力
光谱分辨率:传感器探测光谱辐射能量的最小波长间隔
像片比例尺:航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比
辐射误差:利用传感器观测目标的反射或辐射能量时,所得到的测量值与目标的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量之间的差值
辐射定标:对传感器本身性能引起的辐射误差进行校正
多种信息源的复合:是将多种遥感平台,多时相遥感数据之间以及遥感数据与非遥感数据之间的信息组合匹配的技术。
间接解译标志:指能够间接反映和表现地物信息的遥感图像的各种特征
遥感数字图像:是以数字表示的遥感图像
直方图匹配:使一幅图像的直方图变成规定形状的直方图从而对图像进行变换的增强方法。
填空题(20分,每空1分)
常用电磁波谱有:可见光,红外线,无线电波(微波),紫外线
辐射源有自然辐射源(太阳辐射,地球的电磁辐射)和人工辐射源(微波辐射源,激光辐射源)
黑体辐射两个定律:1.玻耳兹曼定律2.维恩位移定律
物体对电磁波的反射有三种形式:镜面反射,漫反射,方向反射
地物的光谱特性具有的特性:时间特性,空间特性。
地球大气从垂直方向可划分为四层:对流层,平流层,电离层,外大气层
大气的散射作用(3种):1.瑞利散射2.米氏散射3.无选择性散射
真实孔径侧视雷达影像的分辨率包括:距离分辨率,方位分辨率
典型遥感平台:陆地资源卫星,高光谱卫星,雷达卫星,环境卫星,海洋卫星,气象卫星,小卫星,以及针对外星的平台
主要的陆地卫星系列: 陆地卫星(Landsat ); SPOT卫星;中国资源一号卫星——中巴地球资源卫星(CBERS);其他陆地卫星
表示空间分辨率的方法:线对数;瞬时视场;像元
遥感图像校正:几何校正,辐射校正
几何校正的方法:几何粗校正,几何精校正
辐射校正的方法:传感器校正;大气校正;太阳高度和地形校正
辐射误差的来源:传感器本身性能,大气影响,地形影响,光照条件的变化
遥感影像的数据融合方法分为三类:1、像素级2、特征级 3、决策级
常见遥感影像融合的方法:代数法; Brovey 变换; IHS变换;主成分变换;小波变换;高通滤波法; Gram-Schm idt光谱锐化方法
遥感图像增强方法:波谱信息增强(彩色合成;直方图调整;波段运算;多光谱变换);
空间信息增强(空间域滤波(filtering))
数字影像增强方法:辐射增强,影像平滑与锐化,多光谱影像增强
彩色合成图像分为:真彩色图像,假彩色图像(标准假彩色图像)
多光谱变换: K-L变换;K-T变换
直方图变换:线性变换,非线性变换(直方图均衡化,直方图匹配)
空间域滤波有:图像卷积,运算平滑,锐化
遥感图像解译分为两种:目视解译;计算机解译
常见遥感扫描影像:MSS影象;TM影象;SPOT影象;
目视解译(目视判读)方法:直接判读法;对比分析法;信息复合法;综合推理法;地理相关分析法
遥感影像地图按照内容分为:普通遥感影像地图,专题遥感影像地图。
遥感影像地图按照传感器的不同分为:航空摄影影象地图,扫描影象地图,雷达影象地图.
遥感影像地图的发展趋势:电子影像地图;多媒体影像地图;立体全息影像地图
计算机分类方法:监督分类;非监督分类;面向对象分类;决策树分类
监督分类常用方法:最小距离分类法;平行六面体分类法;马氏距离分类法;最大似然分类法;神经网络分类法;波谱角分类; 支持向量机分类
非监督分类的方法:分级集群法,动态聚类法
灰度重采样方法:双三次卷积重采样法 ,双线性内插法,最邻近像元采样法
遥感分类:
遥感特点:探测范围广,时效性,周期性,综合性,约束少,手段多,信息量大,经济性
遥感技术系统的组成:信息源,信息获取,信息记录和传输,信息处理,信息应用
电磁波特性:横波;在真空中以光速传播;波粒二象性;波动性:粒子性
黑体辐射规律:
普朗克热辐射公式: 表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律
影响地物发射率的因素:地物的性质、表面状况、温度
按照发射率与波长的关系,把实际地物分为:灰体,选择性辐射体
太阳辐射衰减的重要原因:大气物质与太阳辐射相互作用
太阳辐射的衰减过程:反射+大气吸收+大气散射
在可见光波段,引起电磁波衰减的主要原因:分子散射
大气的吸收作用:氧气,臭氧,水,二氧化碳
对图像影响最大的散射:大气散射
选择遥感工作波段的重要依据:大气窗口
热红外图像上的阴影是目标地物与背景之间辐射差异造成的,可分成冷阴影和热阴影两种。
到达地面的太阳辐射能量=反射能量+吸收能量+透射能量
遥感平台可分为:
陆地卫星Landsat产品主要有:MSS、TM、ETM、OLI
我国首颗长寿命低轨遥感卫星:高分三号卫星
摄影机:分幅式摄影机;全景式摄影机;多光谱摄影机;数码摄影机
摄影像片的几何特征:垂直摄影,倾斜摄影
遥感影像融合过程: 影像预处理-空间配准-内容融合-融合质量评价
遥感信息的复合分为:不同传感器的遥感数据复合;不同时相的遥感数据复合
在遥感图像处理时常常运用K-L变化作数据前的预处理,以实现:1.数据压缩,2.图像增强
K-T变换应用:主要针对TM图像数据和MSS数据
目标地物的特征:颜色;形状;空间位置
遥感影像主要解译方法:先图外后图内;先整体后局部;勤对比,多分析
无论是监督分类还是非监督分类,其结果都会产生一些面积很小的图斑。无论从专题制图的角度还是实际应用的角度,都有必要对这些小图斑进行剔除。处理方法:聚类统计;过滤分析;去除分析;分类重编码
简答题(30分,4-5个)
遥感数字图像的特点:便于计算机处理与分析;图像信息损失少;抽象性强
遥感影像地图的特点:丰富的信息量;直观形象性;具有一定的数学基础;现势性强
高光谱影像特点:在获得地表图像信息的同时,也获得其光谱信息
卫星携带的传感器空间分辨率 全色/多光谱:
SPOT-5:2.5/10
QUICK BIRD:0.6/2.4
雷达的用途:用于测定目标的位置、方向、距离和运动目标的速度
雷达的工作方式:由发射机通过天线在很短时间内,向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲,然后用同一天线接收目标地 物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。
论述题(30分,3道)
几何校正的原理:利用输入图像和输出图像间的坐标转换关系来实现。
几何校正的过程:准备工作-输入校正文件-输入参考文件-选取控制点-选择校正模型-进行几何纠正-输出纠正后的图像
引起遥感影像几何畸变的原因:
(1)系统性:一般由传感器本身所引起
(2)非系统性:遥感平台位置和运动状态变化;地形起伏;地球表面曲率;大气折射;地球自转
图像分类中的有关问题: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
实际物体的辐射:
发射率:物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比
基尔霍夫定律:在一定温度下,地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比,对于任何物体都是一个常数,并等于该温度下同面积黑体辐射通量W黑。
在给定的温度下,物体的发射率=吸收率(同一波段);吸收率越大,发射率也越大。
地物的热辐射强度与温度的四次方成正比,所以,地物微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这种特征构成了红外遥感的理论基础。
黑体辐射两个定律:
1.玻耳兹曼定律:即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加,它与温度的四次方成正比。因此,温度的微小变化,就会引起辐射通量密度很大的变化。这是红外装置测定温度的理论基础。
2.维恩位移定律:随着温度的升高,辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。
难记的如下:
监督分类法:选择具有代表性的典型实验区或训练区,用训练区中已知地面各类地物样本的光谱特性来“训练”计算机,获得识别各类地物的判别函数或模式,并以此对未知地区的像元进行分类处理,分别归入到已知的类别中。
非监督分类:是在没有先验类别(训练场地)作为样本的条件下,即事先不知道类别特征,主要根据像元间相似度的大小进行归类合并(即相似度的像元归为一类)的方法。
地球辐射的分段特性:
0.3-2.5微米波段(主要在可见光与近红外波段),地表以反射太阳辐射为主,地表自身的辐射可以忽略;
2.5-6.0微米波段(主要在中红外波段),地表反射太阳辐射和地表自身的热辐射均为被动遥感的辐射源;
6.0微米以上的热红外波段,地表自身的热辐射为主,地表反射太阳辐射可以忽略不计;
陆地卫星的运行特点:
(1)近极地、近圆形的轨道;
(2)轨道高度为700~900 km;
(3)运行周期为99~103 min/圈
(4)轨道与太阳同步。
时间分辨率用途:提供地物动态变化信息;对地物的变化进行监测,为专题精确分类提供附加信息。时间分辨率对动态监测很重要。
海洋遥感的特点:
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;
以微波遥感为主;
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。
海面实测资料的校正。
多源信息复合的意义:发挥不同遥感数据源的优势,弥补某种遥感数据的不足,提高遥感数据的应用性;还有利于综合分析和深入理解遥感数据.
遥感影像融合:是将在空间、时间、波谱上冗余或互补的多源遥感数据按照一定的规则(或算法)进行运算处理,获得比任何单一数据更精确、更丰富的信息,生成具有新的空间、波谱、时间特征的合成图像数据。
多光谱变换原理:遥感数据的多光谱数据之间都有不同程度的相关性,为消除其冗余,采用线性变换,保留主要信息,降低数据量。
监督分类方法优缺点:
优点:
1.分析人员可以控制适用于研究需要和区域地理特征的信息类别。
2.可控制训练样区和训练样本的选择。
3.通过检验训练样本数据可确定分类是否正确,估算监督分类中的误差。避免了非监督分类中对光谱集群类别的重新归类。
缺点:
①分类系统的确定、训练样本的选择,均人为主观因素较分析者定义的类别也许并不是图像中存在的自然类导致多维数据空间中各类别间并非独一无二,而是有重叠;分析者所选择的训练样本也可能并不代表图像中的真实情形
②由于图像中同一类别的光谱差异,造成训练样本并没有很好的代表性
③训练样本的选取和评估需花费较多的人力、时间
④只能识别训练样本中所定义的类别,若某类别由于训练者不知道或者其数量太少未被定义,则不能识别。
主成分变换的主要特点:
1.变换前后的方差总和保持不变,而且把原来的方差不等量的分配到新的组分图像中;
2.第一组分取得方差的绝大部分,即信息量最大,且图像对比度大,其余个组分所得很少且依次减少;
3.组分之间互相“垂直”,通过假彩色合成可以充分显示不同地物之间的差别;
直方图均衡化优缺点:
优点:1.对于背景和前景都太亮或者太暗的图像非常有用;
2.主要优势是它是一个相当直观的技术并且是可逆操作,如果已知均衡化函数,那么就可以恢复原始的直方图,且计算量也不大。
缺点: 1.对处理的数据不加选择,可能会增加背景噪音对比度并降低有用信号对比度;
2.变换后图像的灰度级减少,某些细节消失;
3.某些图像,如直方图有高峰,经处理后对比度不自然。
遥感影像融合的目的:
1.消除冗余数据,突出有用的专题数据。
2.利用多源数据间的信息互补性,对各种遥感影像数据进行融合,以弥补单一数据的不足,提高分析的精度,并扩大数据的使用范围。
3.提高信息的协调能力,融合并非是几种数据的简单叠加,它可以得到原来几种单个数据不能提供的新数据,满足地学分析及各种专题研究的需求。
黑体辐射的三个特性:
1.辐射通量密度随波长连续变化,每条曲线只有一个最大值。
2.温度越高,辐射通量密度越大,不同温度的曲线不同。
3.随着温度的升高,辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。
K-L变换目的:把原来多波段图像中的有用信息集中到数目尽可能少的新的图像中,使这些图像之间互不相关,包含的信息内容不重叠,大大减少数据量