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一、遥感(RemoteSensing)概念（重点）广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。遥感定义：从不同高度的平台上通过传感器，对地球表面目标的电磁波反射或辐射信息进行探测，并经信息的记录、传输、处理和解译分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。遥感的特点1视域范围大，具有宏观特性(…)。2不受地面条件限制3周期性：周期成像，有利于进行动态研究和环境监测(…)。4多源性：多平台、多时相、多波段(多尺度)电磁波在真空或介质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。描述电磁波特性的指标波长、频率、振幅、相位等。电磁波的特性电磁波是横波，传播速度为3×108m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一规律。电磁波谱按电磁波按波长（频率）递增或递减顺序排列，即为电磁波谱。电磁波谱图（课本p5表格1-1）黑体：能全部吸收外来电磁波辐射而毫无反射和透射能力的理想物体。它也是完全的辐射体。吸收率α=1。白体、反射率ρ=1。常用电磁辐射度量1、辐射能量（Q）：以电磁波形式向外传送能量，单位为焦。2、辐射通量()：单位时间内，通过某一表面的辐射能量。3、辐射通量密度（W）:单位时间，单位面积辐射处的能量。4、辐射照度（E）:单位时间，单位面积接收的辐射能量。特性1：总辐射通量密度与温度T的4次方成正比特性2：峰值波长随温度的增加向短波方向移动特性3：每根曲线彼此不相交，故温度越高所有波长上的辐射通量密度也越大太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。太阳光谱是连续的，和绝对黑体的辐射特性基本一致。大气层外相当于5800K的黑体辐射；太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38～0.76µm的可见光能量占太阳辐射总能量的38%，最大辐射强度位于波长0.47µm左右；到达地面的太阳辐射主要集中在0.3～3.0µm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外（稳定）；其他波段能量小，变化大。经过大气层的太阳辐射有很大的衰减（64.5%）；各波段的衰减是不均衡的。大气的吸收作用：(重点）大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带，造成影像黯淡。大气的散射作用：对遥感图像来说，增加了噪声，降低了图像的反差和传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。大气窗口：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得一部分波段的太阳辐射在大气中的透过率很小或根本无法通过。我们就把电磁波辐射在大气传输中透过率较高的波段叫大气窗口常用窗口1、紫外可见光部分近红外0.30-1.15μm。主要是反映地物对太阳光的反射。通常采用摄影或扫描的方式在白天感测、收集目标信息成像。2、近红外1.4-2.5μm近红外大气窗口白天夜间都可应用，是以扫描的成像方式感测、收集目标信息，主要应用于地质遥感。3、近红外3.5~5.0μm中红外大气窗口，包含地物反射及发射光谱，用来探测高温目标。4、远红外8-14μm热（远）红外窗口，属于地物的发射波谱，是常温下地物热辐射能量最集中的波段，所探测的信息主要反映地物的发射率及温度。5、微波1.0mm-1m微波窗口，分为毫米波、厘米波、分米波。1-1.8透过率35-40%。2-5mm（50-70%）；8-1000mm（100%）。能透过云层、植被、一定厚度的冰和土壤反射波谱反射率（ρ）：地物的反射通量与入射通量之比，即ρ=(Eρ/E0)×100%。地物在不同波段的反射率是不同的。由于物体固有的结构特点，对于不同波长的电磁波有选择的反射。如：绿色植物呈现绿色。地物有反射光谱曲线。反射率是可以测定的。反射光谱特性曲线是某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。特点各种物体由于其结构和组成成分不同，反射光谱特性是不同的。作用1不同地物在不同波段有不同的反射率，使其成为判读或分类的影像的物理基础。2研究遥感成像机理3选择遥感仪器最佳探测波段4专题信息提取在可见光波段0.55μm（绿光）附近有一个反射峰，两侧0.45μm（蓝光）和0.67μm（红光）有两个吸收带，这是由于叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，对绿光反射作用强而造成的。土壤光谱曲线（重点）水体光谱曲线（重点）水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收率很强，特别在近红外、中红外波段有很强的吸收带，反射率几乎为零，因此在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓。地物波谱测定意义为选择遥感器的最佳波段（通道）提供依据为遥感数据大气校正提供参考标准为计算机图像自动分类和识别提供光谱数据，为遥感影像的解译提供依据。遥感平台种类轨道参数卫星姿态角Landast卫星参数传感器的四个组成部分：1.收集器：收集地物辐射来的能量。具体的元件如透镜组、反射镜组、天线等。2.探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。具体的无器件如感光胶片、光电管、光敏和热敏探测元件、共振腔谐振器等。3.处理器：对收集的信号进行处理。如显影、定影、信号放大、变换、校正和编码等。具体的处理器类型有摄影处理装置和电子处理装置。4.输出器：输出获取的数据。输出器类型有扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁带记录仪、彩色喷墨仪等等。Landsat-4/5上的TM（ThematicMapper）是一个高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器，与多波段扫描仪MSS性能相比，它具有更高的空间分辨力，更好的频谱选择性，更好的几何保真度，更高的辐射准确度和分辨力。特点：1、TM中增加一个扫描改正器。2个作用2、TM的探测器共有100个，分七个波段。3、探测器每组16个，呈错开排列。p73表3-3微波遥感特点1mm~1m的电磁波微波遥感使人们从一个完全不同于光和热的视角去观察世界，使用的是无线电技术。方位分辨率为：RDRRβ－波瓣角；R－斜距；D－天线孔径；λ－波长要提高方位分辨率，需采用波长较短的电磁波，加大天线孔径和缩短观测距离。这几项措施无论在飞机上或卫星上使用时都受到限制。目前是利用合成孔径侧视雷达来提高侧视雷达的方位分辨率合成孔径雷达概念：用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动，在移动中的每一个位置上发射一个信号，接收相应发射位置的回波信号合成孔径雷达的方位分辨率为雷达天线实际孔径长度的一半，孔径越小，分辨能力越强，这与真实孔径雷达情况正好相反，而且与距离无关。侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像在垂直飞行方向的像点位置是以目标的斜距来确定的，称为斜距投影。（1）垂直飞行方向的比例尺由小变大（2）朝向传感器的山坡影像被压缩，背向传感器的山坡被拉长数字化概念数学解释分为两个过程：采样、量化采样：空间坐标的离散化（x,y）矩阵（空间坐标数字化）量化：灰度值离散化过程（f）（图像灰度的数字化过程）图像:对客观对象一种相似性的描述或写真；地物对电磁波反射强度被传感器以胶片或数字形式记录图像变换：空间域变为属性域原理、方法、作用p89构像方程：地物点在图像上的坐标（x,y）和地面对应点大地坐标（X,Y,Z）之间的数学关系。本质：坐标变换意义：对任何类型传感器成像进行几何纠正和对某些参量进行误差分析的基础。PSPWVUAZYXZYX式中A为传感器坐标系相对地面坐标系的旋转矩阵先后为绕v,u,w三轴的旋转角共线方程简写为)()()()(ZYfyZXfxp115基于多项式的传感器模型P116基于有理函数的传感器模型P118变形来源图像纠正：借助一组地面控制点，对一幅图像进行地理坐标的校正，又称为地理参照图像纠正的两种方法粗纠正：利用卫星位置、姿态、轨道、及扫描特征作为参数构建数学模型加以处理。（缺点）精纠正：利用地面控制点和多项式建立纠正模型。同名点选取：1在地物上为明显的第五点，易于判读；2在图像上均匀分布3数量要足够p148图像配准：同一区域里一幅图像（基准图像）对另一幅图像的校准，以使两幅图像中的同名像元配准图像配准目的：可方便对这些多源数据进行比较和分析，比如图像融合、变化检测、模式识别、地图修正等。图像镶嵌：当研究区超出遥感图像覆盖范围时，将多幅图像拼接起来形成一幅覆盖全区的较大图像。镶嵌后处理：不同图像的对比度及亮度值会有差异，一般用直方图匹配和彩色亮度匹配法进行处理摄影测量是在两个已知点上摄取两张影像，通过识别左右像片上的同名点，建立立体像对，实现三维坐标测量。辐射校正概念：利用传感器观测目标辐射或反射电磁能量时，从传感器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是不一致的，称为光谱亮度失真。这种消除图像数据中依附在辐射亮度里的各种失真的过程称为辐射校正。完整的辐射校正包括传感器校正、大气校正、太阳高度及地形校正。图像增强目的：增强感兴趣目标与周围目标的反差，突出目标，消弱某些不需要的信息。图像增强手段：空间域频率域中值滤波的优点和缺点：优点是去噪（特别是脉冲或椒盐噪声）同时较好地保持了边缘，缺点是对点、细线等细节较多的图像不大适合。图像融合概况1、概念:多源遥感数据间融合遥感数据与非遥感数据融合又称为“信息融合”、”数据整合“结合”“叠合”图像融合是对多传感器的图像数据和其它信息处理过程，生成一幅具有新的空间、波谱、时间特征的合成图像。归一化图像融合作用（1）提高图像空间分辨率（图像锐化）（2）改善图像几何精度（3）增强特征显示能力（4）改善分类精度（5）提供变换检测能力（什么样的数据？）（6）修补图像数据的缺陷遥感图像自动分类是模式识别在遥感中的具体应用一、模式、模式识别模式：现实中一切可被观察的事物（人）具有空间或时间分布的信息（机）计算机处理下的模式模式识别：按事物相似程度分类（人）模式类向符号所做的映射（机）样本、类、分类图像理解：基于图像的模式识别模式识别的前提：相似性（人）空间上的集群性（机）分类方法：监督分类、非监督分类,有何区别？监督分类精度一般高于后者，是最常用的方法监督分类的思想根据已知的样本类别和类别的先验知识，确定判别函数和相应的判别准则，其中利用一定数量的已知类别函数中求解待定参数的过程称之为学习或训练，然后将未知类别的样本的观测值代入判别函数，再依据判别准则对该样本的所属类别作出判定监督分类步骤1）选择样区：根据已知的样本类别和先验知识2）学习或训练：利用一定数量的已知类别函数中求解待定参数；3）确定每一类的判别函数和相应的判别准则；4）计算未知类别的样本观测值在每一类函数值5）判别：按一定准则对该样本作出判。监督分类的优缺点优点：1）根据应用目的和区域，有选择的决定分类类别，避免出现一些不必要的类别；2）可以控制训练样本的选择；3）避免了非监督分类中对光谱集群的重新归类。缺点：1）由于图像中间类别的光谱差异，使得训练样本没有很好的代表性；2）训练样本的获取和评估花费较多人力时间；3）只能识别训练中定义的类别。非监督分类非监督分类是指人们事先对分类过程不施加任何的先验知识，而仅凭数据遥感影像地物的光谱特征的分布规律，即自然聚类的特性进行盲目的分类。其分类的结果只是对不同类别达到了区分，但并不能确定类别的属性。其类别的属性是通过分类结束后目视判读或实地调查确定的。非监督分类也称聚类分析。非监督分类优缺点优点：1）不需要对所分类别的区域有广泛的了解；2）人为误差的机会减少；3）量小的类别能被区分。缺点：1）分类结果不一定是分析者想要的类别；2）难对产生的类别进行控制；3）需要用一定的知识来解释得到的集群组。p211贝叶斯分类器原理p212最小距离原理p220评定精度指标