3、 电磁波:电磁振动在空间的传播。 4、 电磁辐射:物体向外发射电磁波的过程。 8、 分辨率:在图像上显示出有差别并能加以区分的两物体间的最小间距。 10、 亮度系数:在相同的照度条件下,物体表面的亮度与绝对白体理想表面的亮度之比。 。 2、大气闪烁:电磁波穿过大气层时发生的抖动现象。 7、频率:单位时间中通过某一给定点的波峰数目。 8、亮度温度:指红外辐射计把所接收到的来自地物热辐射能量转换而来的,与该地物有着 同样辐射量的相应黑体的温度。 9、亮温:指红外辐射计把所接收到的来自地物热辐射能量转换而来的,与该地物有着同样 辐射量的相应黑体的温度。 遥感导论复习总结 1,2 章 第一章 1. 遥感概念: 广义遥感: 利用仪器设备从远处获得被测物体的电磁波辐射特征、 力场特征、 和机械波特征据此识别物体的技术。狭义遥感:应用探测仪器,不与探测目 标相接触,从远处把目标的电磁波记录下来,通过分析,揭示出物体的特征 性质及其变化的探测技术。 2. 遥感技术系统的组成:被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与 记录、信息的处理和信息的应用 3. 遥感的类型 1) 按遥感平台分为地面遥感、航空遥感、航天遥感 2) 按工作方式分为主动遥感和被动遥感。又可分为成像遥感(接受到的电磁 辐射信号可转换成数字或模拟图像)与非成像遥感(接受到的信号不能形成 图像)。 3) 按探测波段分为紫外遥感 (0.3-0.4) 可见光 (0.4-0.7) 红外(0.7-14mm) 微波(0.1-100cm) 4. 遥感技术的特点:大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性、 经济性、局限性 第二章 5. 电磁波的主要参数 波长、周期、频率(指单位时间内,完成振动或振荡的次数或周期)、振幅(表 示电场振动的强度。它被定义为振动物理量偏离平衡位置的最大位移) 注: 一般可用波长或频率来描述或定义电磁波谱的范围。在可见光——红外遥感 中多用波长,在微波遥感中多用频率。 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。 地物波谱:地物的反射、发射、透射电磁波的特征是随波长而变化的,即是波长 的函数。因此人们往往以波谱曲线的形式表示,简称地物波谱 满足关系式:E=h*f f*a=c (a 指波长) 6.常用电磁波波段特性 1) 紫外线(UV):0.01-0.4μ m,碳酸盐岩分布、水面油污染。 2) 可见光:0.4-0.76 μ m,鉴别物质特征的主要波段;是遥感最常用的波段。 3) 红外线(IR) :0.76-1000 μ m。近红外 0.76-3.0 μ m’中红外 3.0-6.0 μ m;远红外 6.0-15.0 μ m;超远红外 15-1000 μ m。(近红外又称光红外或反 射红外;中红外和远红外又称热红外。) 4) 微波:1mm-1m。全天候遥感;有主动与被动之分;具有穿透能力。 7. 电磁波的特性 (1)电磁波是横波(2)在真空中以光速传播(3)电磁波具有波粒二象性 8.电磁辐射度量 1)电磁辐射源: (1)自然辐射源:太阳辐射(是可见光和近红外的主要辐射源) 地球电磁辐射(小于 3 μ m 的波长主要是太阳辐射的能量;大于 6 μ m 的波长, 主要是地物本身的热辐射;3-6 μ m 之间,太阳和地球的热辐射都要考虑)(2) 人工辐射源:主动式遥感的辐射源。 注:遥感探测实质上是辐射能量的测定。 2)辐射度量: (1)辐射通量Φ :单位时间内通过某一面的辐射能量。 (2)辐射通量密度 E:单位时间内通过单位面积的辐射能量。 (3)辐照度 I:单位面积上所接收的辐射通量 (4)辐射出射度 M:单位面积上辐射出的辐射通量 (5)立体角 W:为锥体所拦截的球面积σ 与半径 r 的平方之比 (6)辐射亮度 L:辐射源在某一方向的单位投影表面在单位立体角内的辐射通 量注:辐射源向外辐射电磁波时,L 往往随方向的变化而变化,也就是说,从 不同的角度观察辐射源时, 亮度值是不一样的。我们把 L 与方向无关的辐射源称 为朗伯源,严格讲,只有黑体才是朗伯源。 9.电磁辐射相关定理 1)黑体概念:对任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体。(黑体的热辐射称为 黑体辐射) 2)黑体辐射规律:(1)(波尔兹曼定律)黑体总辐射出射度与黑体温度的四次 方成正比(2)(维恩位移定律)随着温度的升高,辐射最大值往波长短的方向 移动 3)实际物体辐射:(1)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(2)发射率(比辐射率):地物的辐射出射度(单位面积上发出的辐 射总通量)W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。 注: (1) 由上面两个定义可以发现, 在给定的温度下, 物体的发射率=吸收率 (同 一波段) (2)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 10.大气的相关概念 1)大气成分:多种气体、固态和液态悬浮的微粒 2)大气结构(大气的垂直分层)对流层、平流层、中气层、热层和大气外层 11.大气对太阳辐射的影响 1)大气的吸收:(1)氧气,高空遥感很少使用紫外波段的原因(2)水,吸收 太阳辐射能量最强的介质。 到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的 红光部分。因此,水对红外遥感有极大的影响 2)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。改变了电磁波的传播方向;干扰传感器的接收;大气散射集中在太阳 辐射能量最强的可见光区。因此,散射是太阳辐射衰减的主要原因。 (1)瑞利散射:当微粒的直径比辐射波长小得多时,此时的散射称为瑞利散射。 散射率与波长的四次方成反比, 因此, 瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。 无云的天空呈蓝色是因为蓝光波长短,散射强度大,因此蓝光向四面八方散射, 使整个空中蔚蓝。日出日落时,太阳高度较低,在过长的传播中蓝光几乎被散射 殆尽,绿光次之,最后剩了红光和少量的绿光,构成橘红色。 注:瑞利散射对可见光的影响较大,对红外辐射的影响很小,对微波的影响可以 不计。 多波段中不使用蓝紫光的原因: (2)米氏散射:当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。云、雾的粒子 大小与红外线的波长接近,所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。 (3)无选择性散射:当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无 选择性散射条件的波段中,任何波段的散射强度相同。水滴、雾、尘埃、烟等气 溶胶常常产生非选择性散射。 云雾中水滴粒子直径比波长大的多,因而对可见光 中各个波长的光散射强度相同,所以云雾呈白色。 注:微波具有极强的穿透云层本领的原因:微波波长比粒子的直径大得多,属 于瑞利散射的类型,散射强度与波长四次方成反比,波长越长散射强度越小,所 以微波散射较小。 综上可看出,在可见光和近红外波段,大气最主要的散射作用是瑞利散射。 12.大气窗口 1)含义: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 2)意义:大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据 3)特性: 大气窗口 紫外可见光 近红外 近红外 近-中红外 波段 0.3~1.3 μ m 1.5~1.8 μ m 2.0~3.5 μ m 透射率/% >90 80 80 应用举例 TM1-4、SPOT 的HRV TM5 TM7 中红外 远红外 微波 3.5~5.5 μ m 8~14 μ m 0.8~2.5cm 60~70 100 NOAA 的AVHRR TM6 Radarsat 13.地球辐射 在可见光和近红外波段地球辐射以地表反射太阳辐射为主, 在中红外波段两者共 同作用,在远红外波段以地球自身热辐射为主。 14。地物反射波谱特征 1)地物的反射率(反射系数或亮度系数):地物对某一波段的反射能量与入射 能量之比。反照率(albedo):以太阳光作为入射光的反射率,即自然物体的反射 率。 (物体的光谱反射率随波长变化的曲线称为光谱反射率曲线,它的形状反映 了地物的波谱特征) 2)物体的反射可分为镜面反射、漫反射和实际物体反射。 影响地物反射率大小的因素:入射电磁波的波长、入射角的大小、地物表面颜色 与粗糙度 3)几种典型地物的光谱特性 (1)植被:可见光波段有一个小反射峰,位于绿光处(0.55),两侧 0.45(蓝) 和0.67(红)则有两个吸收带。这一特征是由于叶绿素的影响(叶绿素对蓝光 和红光吸收作用很强,对绿光反射作用很强)在近红外(0.7-0.8)有一反射“陡坡”,至1.1 有一峰值,形成植被独有的特征。在中红外(1.3-2.5)受到绿色 植物含水量的影响,吸收率大增,形成低谷。 (2)土壤:自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值,呈比较平滑 的特征,一般土质越细反射率越高、有机质含量越高和含水量越高反射率越低。 影响土壤光谱的主要因素:: §1 土壤中的原生矿物和次生矿物 §2 土壤水分,当土壤的含水量增加时,土壤的反射率就会下降,在水的各 个吸收带处(1.4,1.9 和2.7um),反射率的下降尤为明显。对于植物和土壤, 造成这种现象显然是同一种原因, 即入射辐射在水的特定吸收带处被水强烈吸收 所致 §3 土壤有机质:土壤有机质是指土壤中那些生物来源(主要是植物和微生 物)的物质,其中腐殖质是土壤有机质的主体,有机质的影响主要是在可见光和 近红外波段,而影响最大的是在 0.6~0.8um 之间,不仅有机质的含量影响土壤 光谱反射特性,而且其不同的组成也同样有显著的影响。 §4 铁:铁的影响主要也在可见光和近红外波段。 §5 土壤质地:一是影响土壤持水能力,进而影响土壤光谱反射率;二是土 壤颗粒大小本身也对土壤的反射率有很大影响 (3)水体:反射主要在蓝、绿光波段,其它波段吸收都很强,所以在近红外影 像上,水体呈黑色,但当水浑浊时,反射率会增加,峰值出现在黄光区,水中含 叶绿素时,近红外波段明显抬升。(在光谱的近红外和中红外波段,水几乎吸收 了其全部的能量, 即纯净的自然水体在近红外波段更近似于一个“黑体”, 因此, 在1.1~2.5 波段,较纯净的自然水体的反射率很低,几乎趋近于零) (4)城市人工目标: # 绿色塑料棚顶的波谱曲线在绿波段处有一个反射峰值,与植被相似,但它 没有 0.68 m ? 处的吸收谷和近红外波段的“高反射坪”。 # 沥青粘砂屋顶由于其表面铺着反射率较高的沙石而决定了其发射率高于 灰色的水泥平顶 # 铁皮屋顶表面呈灰黑色,反射率低且起伏小,曲线平坦 第三章 15.摄影相片的几何特性 1)相片投影:航片是中心投影,即摄影光线交于同一点;地图是正射投影,即 摄影光线平行且垂直投影面。 中心投影与正摄投影间的关系:1)投影距离的影响:正射投影有统一的比例 尺, 图像缩小河放大与投影距离无关, 而中心投影比例尺与其焦距和航高有关 2) 投影倾斜面的影响:投影面倾斜时,正射投影影像仅表现为比例尺有所放大,而 对中心投影,若其投影面倾斜,航片各部分的比例尺就不同了 3)地形起伏的影 响,对正射投影投影点之间的相对位置不变,对中心投影会产生投影误差。。 中心投影的透视规律:点的像仍然是点;与像面平行的直线的像还是直线;如 果直线垂直于地面,有两种情况: 第一:当直线与像片垂直并通过投影中心时, 该直线在像片上的像为一个点; 第二:直线的延长线不通过投影中心,这时直线 的投影仍为直线, 但该垂直线状目标的长度和变形情况则取决于目标在像片中的 位置;平面上的曲线,在中心投影的像片上一般仍为曲线。 2)相片比例尺:航片上两点之间的确距离与地面上相应两点实际水平距离之比 1/m=f/H=ab/AB (具体见书上 60 页) 3)像点位移:在中心投影的像片上,地形的起伏除引起像片比例尺变化外,还 会引起平面上的点位在像片上的位置移动,这种现象称为像点位移。规律:(1) 位移量与地形高差成正比, 即高差越大引起的像点位移量也越大。 当高差为正时, 像点位移为正,是背离像主点方移动;高差为负时,像点位移为负,是朝向像主 点方向移动。(2)位移量与像点距离像主点的距离成正比,即距像主点越远的 像点位移量越大,像片中心部分位移量较小。像主点无位移。(3)位移量与摄 影高度(航高)成反比。即摄影高度越大,因地表起伏的位移量越小。 16.扫描成像: 一、光/机扫描成像 1)概念:依靠机械传动装置使光学镜头摆动,形成对目标 地物逐点逐行扫描。 探测元件把接收到的电磁波能量能转换成电信号,在磁介质 上记录或再经电/光转换成为光能量,在设置于焦平面的胶片上形成影像 2)瞬 时视场角:扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态,此时,接受到的目标物的电 磁波辐射,限制在一个很小的角度之内,这个角度称为瞬时视场角。即扫描仪的 空间分辨率。3)总视场角:扫描带的地面宽度称总视场。从遥感平台到地面扫 描带外侧所构成的夹角,叫总视场角 4)工作原理:扫描镜在机械驱动下,随遥 感平台的前进运动而摆动, 依次对地面进行扫描,地面物体的辐射波束经扫描镜 反射, 并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开,再聚焦到感受不同波长 的探测元件上。 注:红外扫描仪、多光谱扫描仪(MSS)、专题制图仪 TM 都是光机扫描仪 二、固体自扫描成像 1)固体自扫描是用固定的探测元件,通过遥感平台的运动 对目标地物进行扫描的一种成像方式。2)电子藕合器件 CCD:是一种用电荷量 表示信号大小, 用耦合方式传输信号的探测元件。 具有感受波谱范围宽、 畸变小、 体积小、重量轻、系统噪声低、灵敏度高、动耗小、寿命长、可靠性高等一系列 优点。3)扫描方式上具有刷式扫描成像特点。探测元件数目越多,体积越小, 分辨率就越高。电子藕合器件 CCD 逐步替代光学机械扫描系统。 三、 高光谱成像光谱扫描 1) 成像光谱仪: 既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱 像合一”的技术,称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。 2)特点:其图象是多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成,波段覆盖 了可见光、近红外、中红外和热红外区域全部光谱带,使图象中的每一像元均得 到连续的反射率曲线,而不像其他一般传统的成像谱光仪在波段之间存在间隔。 17.微波遥感与成像 1)概念: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 2)微波遥感的特点:1.能全天时、全天候工作2.具有一定穿透能力3.对 海洋遥感具有特殊意 4。对某些地物有特殊的波谱特性 5。分辨率较低,但特性 明显 3)雷达回波强度受以下特性的影响:1.复介电常数2.地形坡度3.表面粗 糙度 4)微波遥感方式: (1)雷达: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。 注:雷达主要是根据“多普勒”效应来测定运动的目标物体。 (2)侧视成像雷达:天线与遥感平台的运动方向形成角度。 1 优点:侧向发射范围可以设计的宽一些,同时使雷达图像更具立体感。 2 距离分辨率:能分辨出的两目标物间的最小斜距,理论上等于脉冲长度 的一半。Rr= JC/2*cosa 式中,J 为脉冲宽度(微秒);C 为光速;a 为雷 达天线俯角 3 方位分辨率:指沿一条航向线(方位线)可以分辨的两点间的最小距离。 Ra=Rs λ /D λ :微波波长;D:雷达天线孔径;Rs 距目标地物的距离 (3)合成孔径侧视雷达:采用若干个小孔径组成的阵列,利用它们接受窄脉冲 信号,以获得高的方位分辨率。 18.遥感图像特征 1)空间分辨率:指像素所代表的地面范围的大小,即扫描仪的瞬时视场,或地 面物体能分辨的最小单元。 2)光谱分辨率:指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间 隔愈小,分辨率愈高。传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值。 3)时间分辨率:指对同一地点进行采样的时间间隔,即采样的时间频率,也称 重访周期。 4)辐射分辨率:即探测器的灵敏度,传感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分 能力,一般用灰度的分级数来表示。 第四章 19.光学原理 1)颜色性质描述参数 (1)亮度对比:对象相对于背景的明亮程度 (2)颜色对比:在视场中,相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比 (3)明度:是人眼对光源或物体明亮程度的感觉,物体反射率越高,明度就越 高(4)色调:是色彩彼此相互区分的特性 (5)饱和度:是色彩纯洁的程度,即光谱中波长段是否窄,频率是否单一的表 示。 2)颜色立体(颜色的表示)(描述颜色特性之间的关系),颜色立体、孟赛尔 颜色立体 3)颜色相加原理(1)三原色:红、绿、蓝,若三种颜色,其中的任一种都不能 由其余二种颜色混合相加产生, 这三种颜色按一定比例混合,可以形成各种色调 的颜色,则称之为三原色。(2)互补色:若两种颜色混合产生白色或灰色,这 两种颜色就称为互补色。 (3)色度图:可以直观地表现颜色相加的原理,更准确 地表现颜色混合的规律. 4) 颜色相减原理: 当两块滤光片组合产生颜色混合时,入射光通过每一滤光片时 都减掉一部分辐射,最后通过的光是经过多次减法的结果.,减法三原色:黄、品红、青。 20.数字图像概念 数字图像是能被计算机存储、处理和使用的用数字表示的图像 数字化:将连续的图像变化,作等间距的抽样和量化 21.遥感数字图像的特点 便于计算机处理与分析、图像信息损失低、抽象性强 22.遥感数字图像可分几种类型: 二值数字图像、单波段数字图像、彩色数字图像、多波段数字图像 23.数字图像的表示方法(三种数据格式):BSQ(按波段顺序依次排列的数据 格式)BIP(每个像元按波段次序交叉排列 ) BIL(是逐行按波段次序排列的格 式)24.数字图像直方图:1)概念:以每个像元为单位,表示图像中各亮度值或亮 度值区间像元出现的频率的分布图 2)直方图的作用:直观地了解图像的亮度值 分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。直方图的曲线可以反 映图像的质量差异。 25.辐射校正 1)引起辐射畸变的原因:传感器仪器本身的误差、大气对辐射的影响 2)大气对辐射的影响:大气的主要影响是减少了图像的对比度,使原始信号和 背景信号都增加了因子,图像质量下降。大气影响的粗略校正:通过简单的方法 去掉程辐射度(散射光直接进入传感器的那部分),从而改善图像质量。包括直 方图最小值去除法和回归分析法 3)直方图最小值去除法:基本思路:每幅图像上都有辐射亮度或反射亮度应为 0 的地区,而事实上并不等于 0,说明亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐 射度增值。校正方法:将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值。 使图像亮度动态范围得到改善,对比度增强,从而提高了图像质量。 4)回归分析法:原理:根据波段间的相关性,由一已知波段的程辐射推断其余 波段程辐射. 26.几何校正 1)遥感影像变形的原因:遥感平台位置和运动状态变化的影响、地形起伏的影 响(产生像点位移)、地球表面曲率的影响(一是像点位置的移动;二是像元对 应于地面宽度不等,距星下点愈远畸变愈大,对应地面长度越长)、大气折射的 影响(产生像点位移)、地球自转的影响(产生影像偏离)、 2)基本思路:把存在几何畸变的图像,纠正成符合某种地图投影的图像,且要 找到新图像中每一像元的亮度值。 注: 此方法适合于地面平坦, 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时应用。 3)具体步骤(1)选取控制点(2)找到一种数学关系,建立变换前后的函数关系, 计算校正后每一点所对应原图中的位置(3)计算每一点的亮度值。 4)计算方法:(1)建立两图像像元点之间的对应关系(2)求出原图所对应点 的亮度(内插方法:最近邻法、双线性内插法、三次卷积内插法)。 5)控制点(GCP)的选取(1)数目的确定:最小数目;6 倍于最小数目。(2)选 择的原则 在几何校正中,GCP 点的选择是最重要,也是工作量最大的,对于一个精确的校 正必须使用精确的地面控制点, 图像中所有其它点的校正坐标均由地面控制点外 推所得。被定位的地面控制点必须散布在整幅图像上,GCP 点分布越均匀,数量 越多,校正的可靠性越高。 27.对比度变换 1)概念:是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度,从而改善 图像质量的图像处理方法。 将图像中过于集中的像元分布区域(亮度值分布范 围) 拉开扩展, 扩大图像反差的对比度, 增强图像表现的层次性。 又叫辐射增强。 2)方法:对比度线性变换和非线性变换。在改善图像对比度时,如果采用线性 或分段线性的函数关系, 那么这种变换就是线性变换。 变换函数为非线性函数时, 即为非线性变换,如指数变换,它的意义在于将亮度值较高的部分拉伸,亮度值 较低的部分压缩。 28.空间滤波 1)概念: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。 注: 对比度扩展是通过单个像元的运算从整体上改善图像的质量,空间滤波则是 以重点突出图像上某些特征为目的的。 2)平滑:图像中出现某些亮度值过大的区域,或出现不该有的亮点时,采用平 滑方法可以减小变化,使亮度平缓或去掉不必要的亮点。