遥感基础知识

遥感 在地面、空中和外层空间的各种平台上，用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输、变换和处理等，提取有用的信息，实现研究地物的空间形状、位置、性质、变化及其与周围环境的相互关系的一门现代应用技术。

电磁波谱:电磁波在真空中传播的波长或频率，按递增或递减排列就构成了电磁波谱。

绝对黑体 :如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。

绝对白体：是一种只向外辐射而不吸收任何电磁辐射的理想物体

大气窗口：有些波段的电磁辐射通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利，这些波段通常称为大气窗口

光谱反射特性曲线：反射光谱是某种物体的反射率对波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线称为该物体的反射波谱特性曲线

太阳同步轨道：是指卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的夹角，不随地球绕太阳公转而改变。

MODIS：Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer 是EOS-AM1系列卫星的主要探测仪器。MODIS光谱区间：0.4 --14.4 μm覆盖范围 ±55°，2330 km 扫描宽度，空间分辨率250 m (2bands)，500 m (5 bands)，1000 m (29 bands)

全景畸变：由于地面分辨率随扫描角发生变化，使红外扫描影像产生畸变，这种畸变通常称之为全景畸变

共线方程：

(5－5)

公式5－5即为描述像点、传感器投影中心和地物点之间关系的共线方程

几何校正：是解决遥感图像的几何变形问题，消除遥感图像的几何误差的过程。

灰度重采样 ：若输出图像阵列中的像素在原始图像中的投影点位坐标计算值不为整数，原始图像阵列中该非整数点位上并无现成的亮度存在，于是就必须采用适当的方法把该点位周围领进整数点位上亮度值对该点的亮度贡献累积起来，构成该点位的新亮度值，这个过程为数字图像灰度值的重采样。

大气校正：消除因为大气散射引起的辐射误差的处理称为大气校正。

图像增强：遥感图像增强是为了特定目的，突出遥感图像中的某些信息，消弱或除去某些不需要的信息，使图像更易判读。实质是增强感兴趣目标和周围背景图像间的反差。

图像平滑: 图像平滑是指用于突出图像的宽大区域、低频成分、主干部分或抑制图像噪声和干扰高频成分，使图像亮度平缓渐变，减小突变梯度，改善图像质量的图像处理方法

图像锐化 ：指使用空间域滤波的方法增强图象边缘的处理过程。

光谱特征向量：同名地物点在不同波段图像中亮度的观测量将构成一个的随机向

量x称为光谱特征向量。

特征变换：将原始图像通过一定的数字变换生成一组新的特征图像，这一组新图像信息集中在少数几个特征图像上，这样，数据量有所减少。

主分量变换：也称K-L变换，是一种线性变换，是把原来多个波段中的有用信息尽量集中到数目尽可能少的特征图像组中去，达到数据压缩的目的，并使新的特征图像之间互不相关。

监督法分类：有类别的先验知识，根据先验知识选择训练样本，由训练样本得到分类准则。

最大似然法分类：计算每个像元属于各个类别的似然度（likelihood）,该像元分到似然度最大的类别中

波谱响应曲线 ：通过测量某地物的多光谱图像的亮度值，以波长为横坐标，亮度值为纵坐标所得的曲线即为地物的波谱响应曲线

图像融合是指将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，生成新的图像的过程。

填空

1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由 ץ 射线 、 X 射线、 紫外线、可见光、红外线、微波、 无线波 等组成。

2、绝对黑体辐射通量密度是 __绝对温度__ 和 __单位面积发出的总辐射能__ 的函数。

4、维恩位移定律表明绝对黑体的 _绝对温度___ 乘 _辐射峰值波长___ 是常数27.8。当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向 __短波__ 方向移动。

5、遥感卫星轨道的四大特点 ___近圆形轨道___ ____近极地轨道____ __与太阳同步轨道__ ________ ______可重复轨道____ 。

6、卫星轨道参数有 ____升交点赤经Ω__ __近地点角距w_ __轨道倾角i__ _卫星轨道的长半轴a_ _卫星轨道的偏心率e__ _卫星过近地点时刻T__ 。

7、卫星姿态角是 _绕x轴旋转的姿态角，滚动___ __绕y轴旋转的姿态角，俯仰__ _绕z轴旋转的姿态角，航偏_ 。

8、与太阳同步轨道有利于 __卫星在相近的光照条件下对地面进行观测_还有利于卫星在固定的时间飞临地面接收站上空并使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度。

9、LANDSAT系列卫星带有TM探测器的是 _LANDSAT-4和LANDSAT-5_ ；带有ETM探测器的是 LANDSAT-7_ 。

10、MODIS影像含有 _36_ 个波段,其中250米分辨率的包括 _Bands1~2_ 波段。

11、LANDSAT系列卫星具有全色波段的是 _ LANDSAT-7__ ,其空间分辨率为 __15m__ 。

12、扫描仪产生的全景畸变，使影像分辨率发生变化，x方向以无变化，y方向以f(θ

/ρ-tanθ)（f为焦距，θ为扫描角，ρ为常数）变化。

13、实现扫描线衔接应满足 _速度w与航高H之比为一常数_ 。

14、遥感图像几何纠正的常用方法有 _多项式法_ ， _共线方程方法_ ， _有理函数模型法_ 。

(n1)(n2)2_ 。

15、多项式拟合法纠正中，项数N与其阶数n的关系 _

N16、多项式拟合法纠正中控制点的数量要求，一次项最少需要6个控制点，二次项最少项需要 12 个控制点，三次项最少需要 20 个控制点。

17、常用的灰度采样方法有 __最邻近像元采样法__ ， _双线性内插法_ ， _双三次卷积采样法_ 。

18、灰度采样中，双线性内插的权矩阵采用 __三角形线性__ 函数求取，

双三卷积的权矩阵采用 _三次重采样_ 函数求取。

19、辐射传输方程可以知道，辐射误差主要有 _传感器本身性能引起的辐射误差_ ， _大气散射和吸收引起的误差_ ， __地形影响和光照条件的变化引起的误差_ 。

22、NDVI= _(b7-b5)/(b7+b5)__ 。NDVI: 归一化植被指数, 被定义为近红外波与可见光红波段图像灰度值之差和这两个波段图像灰度值之和的比值，用于检测植被生长状态、植被覆盖度和消除部分辐射误差等

23、HIS中的H指 _色调_ ，I指 _亮度_ ， S指 _饱和度_ 。

24、遥感图像特征变换的主要方法有 __主分量变换、哈达玛变换、生物量指标变换、比值变换、穗帽变换_等。

一、叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。P19-20

植物：在可见光波段绿光附近有一个波峰，两侧蓝、红光部分各有一个吸收带，近红外波段有一个反射陡坡，至1.1um附近有一峰值。红外波段吸收率增大。

沙土：自然状态下，土壤表面反射曲线呈比较平滑的特征，没有明显的峰值和谷值。干燥条件下，土壤的波谱特性主要与成土矿物和土壤有机质有关。土壤含水量增加，土壤的反射率就会下降

水：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，中红外波段反射率几乎为零。

二、何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因

大气窗口:通过大气后衰减较小透过率较高对遥感十分有利的电磁辐射波段

形成原因：由于大气反射、吸收、散射的共同影响，使有些波段在穿透大气时，电磁波透过率很少，甚至完全无法透过大气层，只有部分波段的电磁波才能透过，形成了大气窗口。

三、简述遥感平台的发展趋势。（根据你所学本课程的知识，你认为影响遥感技术发展的主要因素是什么，你有何见解？）

遥感的发展趋势 1传感器分辨率的大幅提高2遥感平台有遥感卫星、宇宙

飞船、航天飞机有一定时间间隔的短中期观测发展为以国际空间站为主的、多平台、多层面、长期的动态观测4

3

光谱探测能力急剧提高成像谱段范围拉大光谱分辨率提高

遥感图像处理硬件系统从光学处理设备全面转向数字处理系统。处理软件不断翻新

向自动化、智能化、与GIS集成一体化和可视化方向发展。

遥感技术发展目前的存在问题有以下几个 1力不足 2条 1

遥感的时效性实时检测与处理能

遥感的定量反演精度不能达到实用要求。 产生以上问题的原因有如下两

2

人们认识上的局限性。

遥感技术本身的局限性

四、描述遥感传感器的三种主要的成像方式（可以画图说明）

五、写出共线方程的一般形式，以及每个参数的意义

共线方程的几何意义：当地物点P、对应像点p和投影中心S位于同一条直线上

六、叙述最邻近法、双线性内插、双三次卷积重采样原理（可作图说明）和优缺点。

1) 最近邻法 用距离采样点最近像元亮度值代替输出像元亮度值。

优点：简单，辐射保真度较好 缺点：造成像点在一个像素范围内的位移，几何精度较其他 两种方法差。

2) 双线性内插法 取周围4个相邻像元亮度值，内插计算输出像元亮度值。

优点：计算简单，具有一定的亮度采样精度 缺点：图像模糊

3) 双三次卷积法 获取与采样点邻近的16个像元亮度值计算输出像元灰度值。

优点：精度高 缺点：计算量大

（可以去书上P129自己再看看图形，用图形和公式解释比较好）

七、叙述多项式拟合法纠正卫星图像的原理和步骤。

答：利用地面控制点的图像坐标和其同名点的地面坐标通过平差原理计算多项式中的系数，然后用该多项式对图像进行纠正。

步骤：1、利用已知地面控制点求解多项式系数；2、遥感图像的纠正变换；3、数字图像亮度（或灰度）值的重采样；4、纠正结果评价

八、根据辐射传输方程，指出传感器接收的能量包含哪几方面？

1）太阳经大气衰减后照射到地面，经地面反射后，又经大气第二次衰减进入传感器的能量；

3） 地面本身辐射的能量经大气后进入传感器的能量；

3）大气散射、反射和辐射的能量。

九、何为传感器的空间分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率？

空间分辨率是指瞬时视场内所观察到的地面的大小，即每个像元在地面的大小。辐射分辨率是指传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力。

光谱分辨率是指探测光谱辐射能量的最小波长间隔，即光谱探测能力。

十、P204叙述遥感图像监督法分类的基本原理，请你设计一个完整的框架以实现遥感图像的监督法分类，指出每一步的功能。

基本原理：根据已知样本类别和类别的先验知识，确定判别函数和相应的判别规则，其中利用一定的已知类别的样本的观测值求解待定参数的过程称为样本训练或学习，然后将未知像元代入判别函数，再依据判别规则对该样本类别进行判定。

流程图如下 确定感兴趣的类别数→特征变换和特征选择→选择训练样区→确定判

分类后

别函数和判别规则→依据判别函数和判别规则对非训练样区进行分类→人工干预处理→精度评价

如上图所示,监督法分类可分为七个主要步骤具体功能如下 1别数——用于确定要分类的地物以建立这些地物的先验知识。 2择——通过该项处理提高分类精度。 3

确定感兴趣的类 特征变换和特征选

即能减少参加分类的影像数加快分类速度又能满足分类需要 选择训练样区——选择合适的训练样区是获取正确的分类结果的必

要条件因为监督分类关于类别的数字特性都是从训练样区中获得的。 训练样区选择时必须注意准确性、代表性和统计性三个问题。 4样本的数据统计计算出判别函数的参数

确定判别函数和判别规则——利用训练

以利用判别函数和攀比规则对其他非样本取得数

据进行分类。5 依据判别函数和判别规则对非训练样区进行分类。 6

对结果利用现有资料进行精度评价。

对可能存在的

误分目标进行人工干预改正。 7

（ppt上的比较完整）

十一、Tm，mss、SPOT5系列卫星、Quick bird Ikonos 卫星影像,各有多少个波段，每个波段的的空间分辨率，每个波段的波长范围（如 红、绿，，，）

TM影像包含7个波段； 分辨率 MSS影像包含5个波段

TM1 0.45-0.52 蓝 30 0.5-0.6 绿

TM2 0.52-0.60 绿 30 0.6-0.7 红

TM3 0.63-0.69 红 30 0.7-0.8 近红外

TM4 0.76-0.90 红外 30 0.8-1.1 近红外

TM5 1.55-1.75红外 30 10.4-12.6 热红外

TM6 10.4-12.6热红外 120

TM7 2.08-2.35红外 30

Spot-5包含5个波段 分辨率 IKONOS包含4个波段

0.43-0.47 蓝 0.45-0.52 蓝

0.50-0.59 绿 10m 0.52-0.6 绿

0.61-0.68 红 10m 0.60-0.69 红

0.79-0. 红外 10m 1.58-1.75 红外 20m Quick Bird包含4个波段

0.45-0.52 蓝

0.52-0.6 绿

0.60-0.69 红

0.76-0.90 红外

分辨率：0.61 (PAN)

0.76-0.90 红外

分辨率：0.82 (PAN)