遥感地质学

遥感地质学基础某大学精品课程1目录第一章概述..............................................................................................................................21.1学习本门课程的基本原则...........................................21.2本门课程的教学目标...............................................21.3遥感机理及系统介绍...............................................21.4遥感图像处理流程简介.............................................31.5遥感应用.........................................................6第二章电磁波谱及地物波谱特征..........................................................................................82.1电磁波谱与电磁辐射...............................................82.2太阳辐射及大气对辐射的影响......................................102.3地球的辐射与地物波谱............................................12第三章遥感图像的恢复........................................................................................................173.1遥感图像畸变....................................................173.2遥感图像的辐射校正..............................................183.3遥感图像的几何校正..............................................19第四章遥感图象的数字镶嵌与融合................................................................................224.1遥感图象数字镶嵌...............................................224.2遥感图象数字融合...............................................29第五章图像变换....................................................................................................................335.1傅立叶变换......................................................335.2K-L变换......................................................395.3定向变换........................................................415.4典型成分变换....................................................415.5缨帽变换........................................................415.6其它离散图像变换................................................42第六章图像增强....................................................................................................................506.1点处理..........................................................506.2空间域滤波......................................................536.3频域滤波........................................................566.4彩色增强........................................................616.5图像的代数运算..................................................64第七章遥感图像分类............................................................................................................697.1遥感图像分类概述................................................697.2遥感图像的非监督分类............................................727.3监督分类........................................................767.4遥感图像分类中的若干问题........................................872第一章概述1.1学习本门课程的基本原则由于遥感技术发展很快，就目前我们的学习而言，我们应着眼于基础理论和基本实践。如果在以后的工作或学习中需要应用，则根据课程中所讲基本原理加上相应的技术资料进行解决。1.2本门课程的教学目标（1）电磁波与地物的波谱特性；（2）遥感传感器及其成像原理；（3）遥感图像及其特征；（4）离散图像变换；（5）数字遥感图像的辐射度校正；（6）遥感图像的几何变换；（7）遥感图像的几何纠正与配准；（8）数字图像增强；（9）数字图像的计算机分数；（10）数字图像的计算机分类；（11）遥感数字图像处理系统。1.3遥感机理及系统介绍1.3.1遥感系统简介遥感的概念遥感（RemoteSensing）是通过某种传感器装置，在不直接接触研究对象的情况下来测量、分析并判断目标性质的一门科学和技术。遥感的物理基础遥感的物理基础：（《遥感图像处理原理和方法》，杨凯，P9）广义的辐射源包括所有绝对温度大于0°K的物体，这些物体在发射电磁辐射的同时也被其它物体所发射的电磁辐射所辐照。地球上一切物体向空间辐射的电磁波中，一部分是反射太阳辐射，一部分是物体自身的发射辐射（热辐射）。短波范围（0.3μm~2.5μm）主要是反射辐射，热辐射在大多数情况下可忽略不计；长波范围（6μm以上）则以热辐射为主，反射可以忽略不计；波长在2.5μm~6μm之间时，二者兼有。目前，遥感的主要能源是太阳电磁辐射和地球的热辐射。图1-1中的景物，也就是这里我们讨论的辐射图。遥感平台携带遥感传感器的运输工具称之为遥感平台，按高度可分为地面、航空和航天平台。“地面平台”包括三角架，遥感塔、遥感车（或船）、建筑物的顶部等，主要用于在近距离上测量地物波谱和摄取供试验研究部等，主要用于在近距离上测量地物波谱和摄取试验研究用的地物细节影像。“航空平台”包括在大气层以内飞行的各类3飞行器，如气球，飞艇、飞机等。“航天平台”包括超出大气层的飞行器，如各种太空飞行器和探空火箭。遥感器遥感器就是远距离感测地物环境辐射或反射电磁波的仪器。（1）主动、被动式；（2）成像、非成像；（3）扫描、非扫描式。常用的传感器：landsat上的RBV（反束光导管摄像仪）；landsat上的MSS（多光谱扫描仪），4个波段；landsat上的TM（专题制图仪），7个波段；SPOT上的HRV（高分辨率可见光扫描仪），3个波段。地面站地面站就是设置在地球上的进行太空通信的地面设备。Landsat地面站由五部分组成：（1）地面测控中主；（2）地面接收中心；（3）地面数据处理中心；（4）图像分析中心；（5）综合数据库。从中可以看出，遥感地面接收站的主要任务是监控卫星运转情况，接收遥感和遥测数据，以及对信息进行数据处理和贮存等。遥感图象处理过程1.3.2遥感新技术的应用高光谱分辨率遥感：高光谱分辨率遥感技术的发展是上世纪未的最后二十年中人类在对地观测方面所取得的重大技术突破之一，也是当前的遥感前沿技术。光谱分辨率在10-2入（单位大约为10nm）的遥感信息称之为高光谱（HyperSpectral）遥感。由于其光谱分辨率高达纳米（nm）数量级，往往具有波段多的特点，即在可见光到近12外光谱区其充谱通道多达数十甚至超过100以上。已发射的高兴谱遥感卫星有美国EOS计划中的中分辨率成像光谱仪（MODIS）和欧空局的中分辨率成像光谱仪（MERIS）等。雷达微波遥感：雷达（Radar）意即无线电探测与测距（RadioDetectionandRanging）。雷达系统最早由军方研制使用，用来探测硬目标（一般为金属点目标）及测距，但并不产生图像。真实孔经雷达（RAR）是最早的成像雷达系统，但其分辨率受无线尺寸限制。SAR逐渐取代了RAR，SAR可装载在飞机上，也可装载在航天飞机或卫星上。雷达工作在电磁波谱中可见光与热红外谱段之外的微波波段，通常1cm至100cm。由于雷达是主动微波传感器，所以其具有不依赖光照和天气条件成像，可以全天时、全天候地获取数据的优点，且长波和的微波还具有对地物的穿透性。1.4遥感图像处理流程简介图像处理imageprocessing图像处理的数学基础1.4.1图像处理imageprocessing指对于图像加工的各种技术方法的统称。处理手段包括光学处理、电子模拟处理（电子光学处理）和数字处理等。遥感图像处理的内容主要有图像数字化、复原、几何校正、增强、统计分析和信息提取、分类和识别等。1.4.2图像处理的数学基础（见遥感大辞典之数学基础）4（1）线性代数：线性相关，线性空间，线性组合，线性变换，矩阵，酉空间，特别征向量。（2）图像变换：（离散）傅立叶变换，拉普拉斯算子，K-L变换。（3）概率统计与误差：概率分布、分布密度、数学期望、方差、标准差、相关系数、协方差矩阵、样本、直方图、权、回归分析、系统误差、随机误差。（4）信息论：马尔可夫过程、熵、信息量等。1.4.3图像处理的地学基础（1）天体与地球：太阳、地球、经纬度、时差。（2）大气圈：对流层、平流层、中间层、电离层、逃逸区、热带、温带、寒带等。（3）水圈：海、湖泊、水系、洪水、泛滥区。（4）岩石圈：地质学、地层学、岩石学、地貌学、冰川、山系。（5）生物圈：生态学、植被、土壤学、荒漠。（6）地理圈：自然地理学，区划，地面控制点，地面实况调查。1.4.4图像处理中的关键环节遥感图像模型及函数表达遥感图像是指通过检测和度量地物的电磁波辐射能所得到的图像，虽然它是多种多样的，而且其所用的电磁波段可以不同，进而记录的辐射能、成像的方式以及摄像系统等也会随之有差异或做不同的选择，但是还是可以从理论的角度归纳出一个具有普遍意义的模型，即遥感图像的模型可以表示为某一时刻大，对于位于（x,y）坐标上的目标物所收集到的在不同波长入和不同极化（偏振）方向φ上的电磁波辐射能。一般，遥感图像可用下式描述：L（x,y;t