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遥感原理与应用[孙家炳]遥感的定义：遥远的感知，是在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。遥感的特征：覆盖范围大、信息丰富多时相性多波段性使用遥感的好处：1.远程获取信息的能力2.进入人迹罕至的地区3.广泛的覆盖范围（空间和时间）4.每亩成本低廉5.能力“看见”超过可见6.永久性的客观记录7.不同的角度（图像格式）空间分辨率：•空间分辨率是指遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离。辐射分辨率：•是指传感器能分辨的目标反射或辐射的电磁辐射强度的最小变化量。[辐射分辨率算法是RL=（Rmax-Rmin）/D，Rmax为最大辐射量值，Rmin为最小辐射量值，D为量化级。RL越小，表明传感器越灵敏。]黑体：一个理论的结构：它可以在给定的温度下的每个波长中以单位面积内最大可能的速吸收和反射能量的结构。大气窗口：电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段称为大气窗口。[通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有:微波波段(300~1GHz/0.8~2.5cm)，热红外波段(8~14um)，中红外波段(3.5~5.5um)，近紫外、可见光和近红外波段(0.3~1.3um,1.5~1.9um)。]辐射亮度[辐亮度]：表示面辐射源上某点在一定方向上的辐射强弱的物理量。瞬时视场角（InstantaneousFieldOfView，IFOV），是指遥感系统在某一瞬间，探测单元对应的瞬时视场。IFOV以毫弧度（mrad）计量，其对应的地面大小被称为地面分辨率单元.通过黄色滤光片能够虑去蓝光，改善图像反差；线性阵列式扫描较光机扫描的优点：1.线性阵列扫描可以为每个探测器提供较长的停留时间，以便更充分测量地面分辨单元的能量。2.因探测器元件之间有固定的关系，可消除扫描过程中扫描镜变化引起的几何误差，具有更大的稳定性。线性阵列系统的完整性更好，几何精度更高。3.CCD是固态微电子装置，体积小、重量轻、能耗低。4.由于没有光机扫描仪的机械运动部件，线性系统稳定性更好，结构的可靠性高，使用寿命更长。线性阵列式扫描的缺点：1.探测器之间灵敏度的差异，会产生带装噪声，需要校准；2.总视场不如光机扫描仪3.长于近红外波段的CCD探测器的光谱灵敏度商受到限制。多光谱扫描系统较多光谱摄影系统结构复杂，但具有其固有的优势:①摄影系统的光谱仅仅局限于0.3-0.9μm;而多波段扫描系统可将感应波段扩展到0.3-14μm，可以感应很窄的波段；②摄影系统以回收胶片为主，而胶片-图像的转换，需由地面完成；扫描系统是数字记录数字形式，能根据要求迅速发送、记录、分析或处理输出的店信号，并可实时显示；③摄影系统的图像是由胶片光化学过程获得，辐射定标困难；扫描系统的数据是由电子产生、更适用于定标，可给出定量的辐射数据；④扫描系统的电子格式允许记录很宽范围的值，即探测器的动态范围，通常比摄影胶片大，且在探测过程中，探测器并不损耗。⑤多光谱摄影系统，用多个分离的光学系统独立地采集每个波段图像，这导致各个波段图像在空间和辐射方面的可比性问题；多光谱扫描系统用统一光电系统同时采集整个光谱波段的数据，再经分光系统分解成不同波长的光。近极地太阳同步卫星：指的就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道的倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接近90度，卫星要在两极附近通过。地球同步卫星：定义圆形轨道与赤道面重合，与地球同步运转，对地相对静止的卫星。也即倾角为零的圆形同步地球轨道卫星。-BandData(BIP)–Eachrowofthedatagridcontainsthedigitalnumbervalueforeachpixelandforeachbandsequentially•Bandinterleavedbyline(BIL)–Eachrowofthedatagridcontainsthedigitalnumbervalueforeachband•Bandsequential(BSQ)–Digitalnumbersforaeachbandarestoredintheirentiregridfollowedbythenextband图像的频谱表示：图像的频率是表征图像中灰度变化剧烈程度的指标，是灰度在平面空间上的梯度。遥感图像的几何变形的因素：1.传感器成像方式引起的图像变形2.传感器外方位元素变化的影响3.地形起伏引起的像点位移4.地球曲率引起的图像变形5.大气折射引起的图像变形6.地球自转的影响遥感图像多项式纠正的步骤：1.确定纠正的多项式模型2.选择若干个控制点，利用有限个地面控制点的已知坐标，解求多项式的系数3.将各像元的坐标代入多项式进行计算，便可求得纠正后的坐标4.位置进行变换，变换的同时进行灰度重采样5.对结果进行精度评定控制点的选取要求：1.控制点应选取图像上易分辨且较精细的特征点，如道路交叉点、河流弯曲或分叉处、湖泊边缘、飞机场、城廓边缘等。2.地面控制点上的地物不随时间而变化，以保证当两幅不同时段的图像或地图几何纠正时，可以同时识别出来。3.特征变化大的地区应多选一些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。1.绝对定标是要建立传感器测量的数字信号与对应的辐射能量之间的数量关系，即定标系数的过程。1.传感器实验室定标；2.遥感器星上定标；3.遥感器场地外定标。2.相对辐射定标又称传感器探测元件归一化，是为校正传感器各个探测元件响应差异而对卫星传感器测量到的亮度值进行归一化的一种处理过程。3.空间域增强在图像处理中，空间域指图像平面所在的二维空间，描述图像的灰度分布。空间域增强，就是应用某种数学模型，通过改变图像的灰度成分，实现图像质量改善的图像处理方法。方式：对比度变换增强空间滤波增强4.锐化：也叫高通滤波，主要是增强图像中的高频成分，突出图像的边缘信息，提高图像细节的反差，所以也叫边缘增强，其结果与平滑相反。5.频域增强处理的方法0.频域滤波增强1.高通滤波2.低通滤波3.带阻滤波4.带通滤波高通滤波，采用“低阻滤波器”，抑制图像频谱的低频信号而保留高频信号的一种模型。效果：突出物体的边缘，锐化图像（2）传感器特性的影响1.几何分辨率：传感器瞬时视场内所观察到的地面场元的宽度。2.地面分辨率：传感器能够识别的最小地面距离或最小目标的大小。3.空间分辨率：指图像上能够详细区分的最小单元尺寸或大小。4.像元：指单个像元所对应的地面面积大小。5.线对数：影像最小像元通常1mm间隔内包含的线对数，单位为线对/mm6.瞬时视场（IFOV）：指遥感器器内单个探测原件受光角度或观测视野，单位为毫弧度目视能力的影响：1.人眼目视能力包括对图像的空间分辨能力、灰阶分辨能力和色别与色阶分辨能力。2.人眼的空间分辨能力与人眼的张角（分辨角）、影像离人眼的距离、照明条件、图像的形状和反差等有关。实验证明，正常人眼的分辨角为1分，在明视距离处250mm处，能分辨相距75μm的两个点。解决人眼空间分辨能力的限制造成的判读困难，可通过放大图像的比例尺，使用光学仪器放大观察的方法来克服。所谓非监督分类：是一种完全按着聚类分析算法进行的计算机影像分类，它无需人为干预，只需给出分类类别数目，计算机自动进行分类。