遙感圖像信息處理復(fù)習(xí)

1、第一章一、遙感的定義20世紀60年代，美國地理學(xué)家首先提出了“遙感”這個名詞.遙感系統(tǒng)主要由遙感平臺、傳感器、地面接收平臺組成。廣義：遙感指是在不直接接觸的情況下，對目標(biāo)物和自然現(xiàn)象遠距離感知的一種探測技術(shù)。狹義：是指在高空和外層空間的各種平臺上運用各種傳感器（如攝影儀、掃描儀和雷達等）獲取地表的信息，通過數(shù)據(jù)的傳輸和處理，從而實現(xiàn)研究地面物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)及其環(huán)境的相互關(guān)系的一門現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)。遙感平臺：在遙感中搭載遙感儀器的工具稱為遙感平臺（載體）。傳感器：在遙感中，收集、記錄和傳達遙感信息的裝置稱為傳感器（遙感器）。各種光學(xué)、無線電一起，如掃描儀、雷達、攝影機、攝像機、輻射計等。

2、遙感特點：宏觀性，綜合性（覆蓋范圍大）；多波段性；多時相性（重復(fù)探測，有利于進行動態(tài)分析）二、遙感的分類1按遙感工作平臺分為：地面平臺：為航空和航天遙感作校準(zhǔn)和輔助工作。航空平臺：80 km以下的平臺，包括飛機和氣球。航天平臺：80 km以上的平臺，包括高空探測火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機。類型概念優(yōu)點近地遙感距地面高度在幾十米以內(nèi)的遙感用于城市遙感、海面污染監(jiān)測、森林火災(zāi)監(jiān)測等中、高分辨率的遙感活動 航空遙感利用飛機攜帶遙感儀器的遙感機動性強，可以根據(jù)研究主題選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅?、適當(dāng)?shù)娘w行高度和飛行區(qū)域航天遙感利用衛(wèi)星、航天飛機、宇宙飛船、航天空間站等攜帶遙感儀器的遙感 覆蓋范圍大，

3、不受領(lǐng)空限制，可進行定期、重復(fù)觀測遙感衛(wèi)星一般有兩種繞地球飛行方式：靜止軌道和近極地軌道。靜止軌道可以定點觀測，而極地軌道（圓形）則可定期觀測。（第一顆發(fā)射地吉林白城子）2按探測電磁波的工作波段分：光學(xué)遙感；熱紅外遙感；微波遙感3按工作方式分：主動遙感：雷達被動遙感：被動接受地物反射、發(fā)射的電磁波：攝影機、掃描儀區(qū)別：主動傳感器自身發(fā)射并接收經(jīng)地面反射的能量，不受天氣干擾；被動傳感器主要接收經(jīng)地面反射的太陽光能量，受天氣干擾大。4按資料記錄方式分： 成像遙感：以圖象方式記錄：航空性片、衛(wèi)星圖象 非成像遙感：圖形、電子數(shù)據(jù)：數(shù)字磁帶、光盤三、遙感應(yīng)用農(nóng)業(yè)資源方面、環(huán)境監(jiān)測方面、水文方面、全球性宏

4、觀研究、其他方面。四、電磁波電磁波：是在真空或物質(zhì)中通過傳播電磁場的振動而傳輸電磁能量的波。 電磁波譜：將電磁波按照波長的長短（頻率高低）依次排列制成圖表（填空）黑體輻射定律：（5個）1普朗克定律2.玻耳茲曼定律3.維恩位移定律4.一般輻射體和發(fā)射率5.基爾霍夫定律輻射源分類1）.自然輻射源 太陽輻射：是可見光和近紅外的主要輻射源；常用5900K的黑體輻射來模擬；其輻射波長范圍極大；輻射能量集中-短波輻射。大氣層對太陽輻射的吸收、反射和散射。地球的電磁輻射：小于3 m的波長主要是太陽輻射的能量；大于6 m的波長，主要是地物本身的熱輻射；3-6 m之間，太陽和地球的熱輻射都要考慮。2）人工輻射源

5、：主動式遙感的輻射源。雷達探測。分為微波雷達和激光雷達。微波輻射源：0.8-30cm激光輻射源：激光雷達測定衛(wèi)星的位置、高度、速度、測量地形等。（黑體，灰體，選擇性輻射體）五、（重點掌握）地物的反射輻射（一）、反射類別a.鏡面反射b.漫反射（朗伯反射）c.方向反射d.混合反射（二）、地物反射率大小的影響因素（3點）波長，入射角，地表顏色與粗糙程度地物反射光譜曲線（掌握定義）：根據(jù)地物反射率與波長之間的關(guān)系而繪成的曲線。地物電磁波光譜特征的差異是遙感識別地物性質(zhì)的基本原理。1)不同地物在不同波段反射率存在差異：雪、 沙漠、濕地、小麥的光譜曲線 2)同類地物的反射光譜具有相似性，但也有差異性。不同

6、植物；植物病蟲害 3)地物的光譜特性具有時間特性和空間特性。 植被的波譜特征在可見光波段v 在0.45um附近（藍色波段）有一個吸收帶；v 在0.55um附近（綠色波段）有一個反射峰；v 在0.67um附近（紅色波段）有一個吸收帶。在近紅外波段v 從0.76um處反射率迅速增大，形成一個爬升的“陡坡”,至1.1um附近有一個峰值，反射率最大可達50，形成植被的獨有特征。v 1.51.9um光譜區(qū)反射率增大；v 以1.45um，1.95um，2.70um為中心是水的吸收帶，其附近區(qū)間受到綠色植物含水量的影響，反射率下降，形成低谷。影響植被波譜特征的主要因素v 植物類型植物生長季節(jié)病蟲害影響等植被

7、波譜特征大同小異，根據(jù)這些差異可以區(qū)分植被類型、生長狀態(tài)等。 土壤的波譜特征v 自然狀態(tài)下土壤表面的反射曲線呈比較平滑的特征，沒有明顯的反射峰和吸收谷。v 在干燥條件下，土壤的波譜特征主要與成土礦物（原生礦物和此生礦物）和土壤有機質(zhì)有關(guān)。v 土壤含水量增加，土壤的反射率就會下降，在水的各個吸收帶（1.4um、1.9um、2.7um處附近區(qū)間），反射率的下降尤為明顯。 水體的波譜特征v 純凈水體的反射主要在可見光中的藍綠光波段，在可見光其它波段的反射率很低。v 近紅外和中紅外純凈的自然水體的反射率很低，幾乎趨近于0。水中其它物質(zhì)對波譜特征的影響v 水中含有泥沙，在可見光波段的反射率會增加，峰值出

8、現(xiàn)在黃紅區(qū)。v 水中含有水生植物葉綠素時，近紅外波段反射率明顯抬高。 巖石礦物的光譜曲線v 巖石的反射波譜主要由礦物成分、礦物含量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等決定。v 影響巖石礦物波譜曲線的因素包括巖石風(fēng)化程度、巖石含水狀況、礦物顆粒大小、巖石表面光滑程度、巖石色澤等。（圖見P41）地物波譜曲線的作用v 物體波譜曲線形態(tài)，反映出該地物類型在不同波段的反射率，通過測量該地物類型在不同波段的反射率，并以此與遙感傳感器所獲得的數(shù)據(jù)相對照，可以識別遙感影像中的同類地物。應(yīng)用地物波譜特征需要注意的問題v 絕大部分地物的波譜值具有一定的變幅，它們的波譜特征不是一條曲線，而是具有一定寬度的曲帶。v 地物存在“同物異譜”和“

9、異物同譜”現(xiàn)象。 “同物異譜”是指兩個類型的個體地物，在某個波段上波譜特征不同；“異物同譜”是指不同類型的地物具有相同的波譜特征。紅外線的劃分v 近紅外：0.763.0 m，與可見光相似。v 中紅外：3.06.0 m，地面常溫下的輻射波長，有熱感，又叫熱紅外。v 遠紅外：6.015.0 m，地面常溫下的輻射波長，有熱感，又叫熱紅外。v 超遠紅外：15.01 000 m，多被大氣吸收，遙感探測器一般無法探測。思考題：1、繪出水、植被、土壤三種地物的反射光譜曲線，并根據(jù)此曲線指出TM標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像上植被將會出現(xiàn)的色彩，并對其原因進行合理解釋。2、熱紅外影像上色調(diào)深的物體表示其溫度高還是低？為什

10、么？正片：溫度高色調(diào)淺負片：（與正片相反）溫度高色調(diào)深Q：在熱紅外負片上，水體和周圍山脈，誰的色調(diào)深，誰的色調(diào)淺？ 白天：（溫度）T水T山，(灰度值)H水T山，(灰度值)H水H山灰度值中，黑為0（深），白為255（淺）負片與正片相反。最佳假彩色合稱分量的選擇：1、 熵:H=Pi log2Pi2、 灰度組成：frange=fmax-fmin第二章一、傳感器分類1.按工作方式：主動式：測試雷達，激光LD，微波散射計等被動式：攝影機，多波段掃描儀，微波輻射計，紅外輻射計2按記錄方式：成像：攝影機，掃描儀非成像：輻射計，雷達高度計，散射計，激光高度計3按傳感器：攝影類型：各種攝影機掃描成像類型：多光譜

11、掃描儀，電視攝像機，紅外掃描儀微波成像類型：測試LD，微波輻射儀二、傳感器組成地物電磁波輻射收集器探測器處理器輸出器遙感圖像的特征表現(xiàn)參數(shù)為空間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率、時間分辨率。1、遙感圖像的空間分辨率（Spatial resolution） 掃描成像的圖像空間分辨率指像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時視場，或地面物體能分辨的最小單元。2、圖像的光譜分辨率（Spectral Resolution）波譜分辨率是指傳感器在接受目標(biāo)輻射的波譜時能分辨的最小波長間隔。間隔愈小，分辨率愈高。傳感器的波段選擇必須考慮目標(biāo)的光譜特征值。3、輻射分辨率（ Radiometric Resolu

12、tion ）1. 輻射分辨率是指傳感器接受波譜信號時，能分辨的最小輻射度差。在遙感圖像上表現(xiàn)為每一像元的輻射量化級。2. 某個波段遙感圖像的總信息量與空間分辨率（以像元數(shù)n表示）、輻射分辨率（以灰度量化級D表示）有關(guān)。3. 在多波段遙感中，遙感圖像總信息量還取決于波段數(shù)k。26 = (0-63) 64 28 = (0-255) 256 210 = (0-1023) 1024Examples: GOES Imager 10bit Landsat 7 ETM+ - 8bit4、圖像的時間分辨率（Temporal Resolution）1. 時間分辨率指對同一地點進行采樣的時間間隔，即采樣的時間頻率

13、，也稱重訪周期。2. 時間分辨率對動態(tài)監(jiān)測很重要。三、Landsat衛(wèi)星 陸地衛(wèi)星Landsat，1972年發(fā)射第一顆，已連續(xù)36年為人類提供陸地衛(wèi)星圖像，共發(fā)射了7顆，產(chǎn)品主要有MSS,TM,ETM，屬于中高度、長壽命的衛(wèi)星。 Landsat上搭載的傳感器有5個：1 多光譜掃描儀（Multispectral Scanner,MSS）2 專題制圖儀（Thematic Mapper,TM）3 增強型專題制圖儀(ETM)4 再增強型專題制圖儀(ETM+)5 反束光導(dǎo)攝像機（RBV） Landsat系列衛(wèi)星的運行特點：中等高度，近圓形，近極地，太陽同步，可重復(fù)軌道光譜段波長功能10.450.52藍綠

14、譜段 繪制水系圖和森林圖，識別土壤和常綠、落葉植被 20.520.60綠譜段 探測健康植物綠色反射率和反映水下特征 30.630.69紅譜段 測量植物葉綠素吸收率，進行植被分類 40.760.90近紅外譜段 用于生物量和作物長勢的測定 51.551.75近紅外譜段 土壤水分和地質(zhì)研究，以及從云中間區(qū)分出雪 62.082.35近紅外譜段 用于城市土地利用，巖石光譜反射及地質(zhì)探礦 710.412.5熱紅外譜段 植物受熱強度和其它熱圖測量 表格 1 TM數(shù)據(jù)的波譜段四、Spot系列Spot-5上搭載有3種成像裝置，高分辨率幾何裝置（HRG）和植被探深器（VEGETATION）外，高分辨率立體成像（H

15、GS）裝，目前國際上最優(yōu)秀的對地觀測衛(wèi)星之一。MODIS衛(wèi)星：中分辨率成像光譜儀，有36個光譜通道，（空間）地面分辨率為250m、500m、1000m.掃描寬2330km，是當(dāng)前世界上新一代“圖譜”。時間分辨率1/4。CBERS上搭載的傳感器傳感器CCD相機IR-MSSWFI地面分辨率19.580（MSS）160(熱紅外)256標(biāo)稱軌道高度832 km軌道傾角98.7運行一圈的周期101.46 min日繞總?cè)?shù)14.19圈重復(fù)周期26 d降交點地方太陽時10:30(15min)HRV地面掃描寬度60 km舷向每行像元數(shù)3 000/6 000 個表格 2 SPOT衛(wèi)星的軌道參數(shù)思考題：1 遙感平

16、臺按高度分幾類？遙感車屬于哪一類？2 Landsat衛(wèi)星上搭載的傳感器有哪些？3 為何軌道傾角大多數(shù)都在90附近，而不是正好等于90？4 與地球同步軌道和與太陽同步軌道各自優(yōu)缺點是什么？第三章像元基本屬性：灰度和位置。f(x,y)=y灰度灰度變化輻射校正位置校正幾何校正一、 圖像表示形式兩個步驟：采樣和量化空間坐標(biāo)（x,y）的數(shù)字化稱為采樣。圖像的形式化定義f(x,y) 二維f(x,y,z) 三維f(x,y,z,) 彩色立體f(x,y,z,t) 電視I= f(x,y,z,t)X,y,z為空間坐標(biāo),為波長,t為時間靜止圖像：I= f(x,y,z,)平面圖像：I= f(x,y,t)單色圖像：I=

17、f(x,y)二、圖像表示方法1、數(shù)學(xué)表示：矩陣和數(shù)組2計算機表示：圖像描述信息一般以結(jié)構(gòu)或者類來描述。（包括高、寬） 圖像數(shù)據(jù)三、存儲1、存儲介質(zhì)：磁帶、磁盤、光盤2、存儲格式：BSQ方式/BIL方式/BIP方式（遙感圖像與普通圖像最大區(qū)別：多波段）BSQ方式：（像元號順序），行號順序，波段順序BIL方式：（像元號順序），波段順序，行號順序BIP方式：（波段順序），像元號順序，行號順序考題方式：看圖判斷屬于哪種存儲方式？四、地圖數(shù)據(jù)4D產(chǎn)品DEM:數(shù)字高程模型 digital elevation modelDOM:數(shù)字正射影像圖 digital orthophoto mapDLG:數(shù)字線規(guī)圖

18、digital line graphicDRG:數(shù)字柵格地圖 digital raster graphic（高程：地面點到大地水準(zhǔn)面的距離）DTM包括DEM五、數(shù)字影像處理系統(tǒng)包括4個部分：輸入處理和分析圖像存儲輸出分辨率DPI（1000DPI高于600DPI）思考題：14D產(chǎn)品有哪些：請寫出其英文全稱及中文含義。2數(shù)字化影響的最小單元是什么？它具有哪兩個基本屬性？像元：灰度和位置。第四章傳感器輻射定標(biāo)：將記錄的原始DN值轉(zhuǎn)換為大氣外層表面反射率，目的是消除傳感器本身產(chǎn)生的誤差。（查百度的）一、輻射誤差1. 輻射誤差（輻射失真、輻射畸變）：指遙感器在接收來自地物的波譜輻射能時，由于電磁波在大氣

19、層中傳輸和遙感器作用等的影響，而導(dǎo)致的遙感器測量值與地物實際的光譜輻射率的不一致。2類型（考填空）1）傳感器本身的性能引起分輻射誤差。2）地形影響和光照條件的變化引起的輻射誤差。3）大氣的散射和吸收引起的輻射誤差。3大氣校正方法：1）利用輻射傳遞方程來進行大氣校正2）利用地面實況數(shù)據(jù)進行大氣校正3）多波段遙感影像的對比分析法回歸分析法步驟：二、 圖像增強圖像反差調(diào)整：線性變換、非線性變換、直方圖修正（均衡化和規(guī)定化）1直方圖均衡化：又稱直方圖平坦化，是將一已知灰度概率密度分布的影像，經(jīng)過某種變換，變成一幅具有均勻灰度概率密度分布的新影像，其結(jié)果是擴大了像元取值的動態(tài)范圍。2直方圖規(guī)定化（即匹配

20、）：是將原始影像的直方圖調(diào)整到一事先規(guī)定的形狀，并以此來對原始影像的特定灰度范圍進行增強處理。有一個考題（簡答）計算步驟：1、 計算歸化灰度，rK2、 利用sk的計算公式求sk計算3、 求sk計算計算sk并（舍入），要求輸出sk=i/7,對sk計算進行修正。4、 Sk的確定5、 計算sk對應(yīng)的nsk6、 計算Ps（S）=nsk/n三、彩色增強1真彩色合成：從多波段圖像中選擇其中三幅影響在顯示屏上合成一幅圖像（三合一），該三幅影像的波段范圍與自然界中的紅綠藍光的波長范圍大致相同。2假彩色合成：將一幅自然彩色圖像或者是同一景物的多光譜圖像通過映射函數(shù)變換成新的三基色分量進行彩色合成，使增強圖像中各

21、目標(biāo)呈現(xiàn)出與原圖像中不同的彩色。3偽彩色增強：單波段黑白遙感圖像可按亮度分層，對每層賦予不同的色彩，使之成為一幅彩色圖像，又叫密度分割1）密度分割2）偽彩色變換3）濾波法偽彩色增強四、圖像的空間域平滑和銳化1、平滑（去噪）：為了抑制噪聲改善圖像質(zhì)量所進行的處理，就稱為平滑。平滑可在空間域和頻率域中進行。1）鄰域平均值法2）中值濾波都屬于空間域平滑3）低通濾波屬于頻率域平滑1）領(lǐng)域平均值法（4鄰域/8鄰域）（是否考慮中心像元）2）中值濾波：一種非線性的平滑方法。對一個滑動窗口內(nèi)的像元灰度值排序，用其居于中間位置的值代替窗口中心像元的位置。中間值的取法：當(dāng)排序總數(shù)為偶數(shù)，去中間兩個值求平均值1）可

22、除去孤立噪聲2）對脈沖很有效（一幅影像中間的灰度遠高于兩邊灰度，就會形成脈沖。）3）對下圖分別作33的中值濾波和33鄰域平均值，并比較二者的差異。1 7 1 8 1 7 1 11 1 1 5 1 1 1 11 1 5 5 5 1 1 71 1 5 5 5 1 8 18 1 1 5 1 1 8 18 1 1 5 1 1 1 11 1 1 5 1 1 1 14）思考題：何謂圖像平滑？何謂中值濾波？鄰域平均的基本原理？中值濾波和鄰域平均各自優(yōu)缺點？2、圖像銳化：就是增強圖像的邊緣，使圖像輪廓分明，從而改善圖像的質(zhì)量。圖像的銳化可在空間域和頻率域中進行。銳化使得邊緣棱角分明，但會帶入部分噪聲。3、圖像

23、的空間域銳化1）梯度銳化法梯度的定義常用的梯度算子：Roberts算子Sobel算子生成梯度增強圖像2）Laplace算子增強五、圖像運算1加法。主要應(yīng)用：去除“疊加性”噪音；生成圖像疊加效果2減法：相同的減后，呈黑色3乘法4除法邏輯運算：與，補，異或考題：5多光譜圖像混合運算1）歸一化差分植被指數(shù)（NDVI）2）變換NDVI（TNDVI）思考題：1 請闡述假彩色增強，真彩色合成，偽彩色密度分割的區(qū)別與聯(lián)系。2 植被指數(shù)的作用是什么？（簡答題）（3個指數(shù)）NIR/R第五章一、幾何校正1幾何畸變：由于傳感器方面的原因、遙感平臺方面的原因以及地球本身的原因等而造成的影像在幾何位置上的失真。消除這種

24、差異的過程稱為幾何校正。 幾何粗校正2幾何校正分類 幾何精校正：多用控制點進行校正3 幾何精糾正的原理及處理過程1） 處理過程框圖準(zhǔn)備工作輸入原始數(shù)字圖像建立糾正變換函數(shù)確定圖像輸出范圍逐個像素的幾何位置變換像素亮度值重采樣輸出校正后圖像準(zhǔn)備工作：數(shù)據(jù)；控制點糾正函數(shù)：多項式控制點數(shù)目選取：1）最小數(shù)目；2）6倍于最小數(shù)目。一般16-20個控制點選取原則：1）易分辨、易定位的特征點：道路交叉口，水庫壩址，河流彎曲點等2)特征變化大的地區(qū)應(yīng)多選3）盡可能滿幅均勻選取輸出圖像邊界范圍的確定原則：是既包括了糾正后圖像的全部又使得空白圖像空間盡可能地少。3種方法： XN=Xp+0.5 取整1）最近鄰內(nèi)

25、插法（像元法） YN=Yp+0.5 取整2）雙線性內(nèi)插法：W權(quán)重=1距離3）雙三次卷積法思考題：一個例題4三種重采樣方法比較最鄰近像元法：最簡單，計算速度快，且能不破壞原始影像的灰度信息，但其幾何精度較差。雙線性內(nèi)插法：破壞了原來的數(shù)據(jù)，計算時間較長，但是具有平均化的濾波效果，幾何精度較好。雙三次卷積法：破壞了原來的數(shù)據(jù)，計算時間更長，但是具有影像均衡化和清晰化效果，幾何精度較好。在一般情況下，用雙線性內(nèi)插法較宜。二、數(shù)字鑲嵌1數(shù)字鑲嵌：就是對若干幅互為鄰接（時間往往可能不同）的遙感數(shù)字影像通過彼此間的幾何鑲嵌、色調(diào)調(diào)整、去重疊等數(shù)字處理，鑲嵌拼接成一幅統(tǒng)一的新（數(shù)字）影像。2數(shù)字鑲嵌的工作流程3數(shù)字鑲嵌的方法：基于像素的鑲嵌；基于地理坐標(biāo)的鑲嵌。思考題：1 幾何精校正與幾何粗校正的區(qū)別是什么？2 請闡述像素亮度重采樣的三種方法。第六章一、模式識別的分類1、按用到的信息分：（光譜模式、2、按數(shù)學(xué)技巧進行分類：語言結(jié)構(gòu)法模式識別，模糊模式識別，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別，統(tǒng)計法模式識別。語言結(jié)構(gòu)法模式識別：句法（描述語言的一種規(guī)則）模糊模式識別：針對不確定事物的分析方法。統(tǒng)計法模式識別（最基本的）：從被識別的對象（模式）中提取一些反應(yīng)對象屬性的量度特征（變量）；所有特點在特征空間中將形成一系列的分布集群，每個分布集群中的特征點認為具有相似特征而被劃分為同一類。找到各個分布群體的邊界