| 一. 遙感的基本概念 |
| 1. 遙感的基本知識 |
| “遙感”一詞來自英語Remote Sensing，從字面上理解就是“遙遠(yuǎn)的感知”之意。顧名思義，遙感就是不直接接觸物體，從遠(yuǎn)處通過探測儀器接受來自目標(biāo)物體的電磁波信息，經(jīng)過對信息的處理，判別出目標(biāo)物體的屬性。 |
| 實(shí)際工作中，重力、磁力、聲波、機(jī)械波等的探測被劃為物理探測（物探）的范疇，因此，只有電磁波探測屬于遙感的范疇。 |
| 根據(jù)遙感的定義，遙感系統(tǒng)包括：被測目標(biāo)的信息特征、信息的獲取、信息的傳輸與記錄、信息的處理和信息的應(yīng)用這五大部分。 |
| 1. 目標(biāo)物的電磁波特性 |
| 任何目標(biāo)物體都具有發(fā)射、反射和吸收電磁波的性質(zhì)，這是遙感探測的依據(jù)。 |
| 2. 信息的獲取 |
| 接受、記錄目標(biāo)物體電磁波特征的儀器，稱為“傳感器”或者“遙感器”。如：雷達(dá)、掃描儀、攝影機(jī)、輻射計(jì)等。 |
| 3. 信息的接收 |
| 傳感器接受目標(biāo)地物的電磁波信息，記錄在數(shù)字磁介質(zhì)或者膠片上。膠片由人或回收艙送至地面回收，而數(shù)字介質(zhì)上記錄的信息則可通過衛(wèi)星上的微波天線輸送到地面的衛(wèi)星接收站。 |
| 4. 信息的處理 |
| 地面站接收到遙感衛(wèi)星發(fā)送來的數(shù)字信息，記錄在高密度的磁介質(zhì)上，并進(jìn)行一系列的處理，如信息恢復(fù)、輻射校正、衛(wèi)星姿態(tài)校正、投影變換等，再轉(zhuǎn)換為用戶可以使用的通用數(shù)據(jù)格式，或者轉(zhuǎn)換為模擬信號記錄在膠片上，才能被用戶使用。 |
| 5. 信息的應(yīng)用 |
| 遙感技術(shù)是一個綜合性的系統(tǒng)，它涉及到航空、航天、光電、物理、計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)以及諸多應(yīng)用領(lǐng)域，它的發(fā)展與這些科學(xué)緊密相關(guān)。 |
| 2. 遙感的分類 |
| 1） 按遙感平臺分 |
| 地面遙感：傳感器設(shè)置在地面上，如：車載、手提、固定或活動高架平臺。 |
| 航空遙感：傳感器設(shè)置在航空器上，如：飛機(jī)、氣球等。 |
| 航天遙感：傳感器設(shè)置在航天器上，如：人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)等。 |
| 2） 按傳感器的探測波段分 |
| 紫外遙感：探測波段在0.05~0.38μm之間。 |
| 可見光遙感：探測波段在0.38~0.76μm之間。 |
| 紅外遙感：探測波段在0.76~1000μm之間。 |
| 微波遙感：探測波段在1mm~10m之間。 |
| 3） 按工作方式分 |
| 主動遙感：有探測器主動發(fā)射一定電磁波能量并接受目標(biāo)的后向散射信號。 |
| 被動遙感：傳感器僅接收目標(biāo)物體的自身發(fā)射和對自然輻射源的反射能量。 |
| 4） 按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域分 |
| 外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等。 |
| 3. 遙感發(fā)展簡史 |
| 最早使用“遙感”一詞的是美國海軍研究所的艾弗林*普魯伊特。1961年，在美國國家科學(xué)院和國家研究理事會的支持下，在密歇根大學(xué)的威羅*蘭實(shí)驗(yàn)室召開了“環(huán)境遙感國際討論會”，此后，在世界范圍內(nèi)，遙感作為一門新興學(xué)科飛速發(fā)展起來。 |
| 1）無記錄的地面遙感階段（1608---1838年） |
| 1608年，漢斯*李波爾賽制造了世界第一架望遠(yuǎn)鏡，1609年伽利略制作了放大倍數(shù)3倍的科學(xué)望遠(yuǎn)鏡，從而為觀測遠(yuǎn)距離目標(biāo)開辟了先河。但望遠(yuǎn)鏡觀測不能吧觀測到的事物用圖像記錄下來。 |
| 2）有記錄的地面遙感階段（1839---1857年） |
| 對探測目標(biāo)的記錄與成像始于攝影技術(shù)的發(fā)展，并與望遠(yuǎn)鏡相結(jié)合發(fā)展為遠(yuǎn)距離攝影。 |
| 3）空中攝影遙感階段（1858---1956年） |
| 1858年，G..F.陶納喬用系留氣球拍攝了法國巴黎的“鳥瞰”像片。 |
| 1860年，J.布萊克乘氣球升空至630m，成功的拍攝了美國波士頓的照片。 |
| 1903年，J.鈕布郎特設(shè)計(jì)了一種捆綁在飛鴿身上的微型相機(jī)。這些試驗(yàn)性的空間攝影，為后來的實(shí)用化航空攝影打下了基礎(chǔ)。 |
| 在第一次世界大戰(zhàn)期間，航空攝影成了軍事偵探的重要手段，并形成了一定規(guī)模。與此同時，像片的判讀水平也大大提高。一戰(zhàn)以后，航空攝影人員從軍事轉(zhuǎn)向商務(wù)和科學(xué)研究。美國和加拿大成立了航測公司，并分別出版了《攝影測量工程》及類似性質(zhì)的刊物，專門介紹有關(guān)技術(shù)方法。 |
| 1924年，彩色膠片出現(xiàn)，使得航空攝影記錄的地面目標(biāo)信息更為豐富。 |
| 二戰(zhàn)中，微波雷達(dá)的出現(xiàn)及紅外技術(shù)應(yīng)用于軍事偵查，使遙感探測的電磁波譜段得到了擴(kuò)展。 |
| 4）航空遙感階段（1957---） |
| 1957年10月4日，蘇聯(lián)第一顆人造地球衛(wèi)星的發(fā)射成功，標(biāo)志著人的空間觀測進(jìn)入了新紀(jì)元。此后，美國發(fā)射了“先驅(qū)者2號”探測器拍攝了地球云圖。真正從航天器上對地球進(jìn)行長期探測是從1960年美國發(fā)射TIROS-1和NOAA-1太陽同步衛(wèi)星開始。 |
| 此外，多宗探測技術(shù)的集成日趨成熟，如雷達(dá)、多光譜成像與激光測高、GPS的集成可以同時取得經(jīng)緯度坐標(biāo)和地面高程數(shù)據(jù)，由于實(shí)時測圖。 |
| 總之，隨著遙感應(yīng)用向廣度和深度發(fā)展，遙感探測更趨于實(shí)用化、商業(yè)化和國際化。 |
| 4. 遙感應(yīng)用的一個簡單例子 |
| 大興安嶺森林火災(zāi)發(fā)生的時候，由于著火的樹木溫度比沒有著火的樹木溫度高，它們在電磁波的熱紅外波段會輻射出比沒有著火的樹木更多的能量，這樣，當(dāng)消防指揮官面對著熊熊烈火擔(dān)心不已的時候，如果這時候正好有一個載著熱紅外波段傳感器的衛(wèi)星經(jīng)過大興安嶺上空，傳感器拍攝到大興安嶺周圍方圓上萬平方公里的影像，因?yàn)橹鸬纳衷跓峒t外波段比沒著火的森林輻射更多的電磁能量，在影像著火的森林就會顯示出比沒有著火的森林更亮的淺色調(diào)。當(dāng)影像經(jīng)過處理，交到消防指揮官手里時，指揮官一看，圖像上發(fā)亮的范圍這么大，而消防隊(duì)員只是集中在一個很小的地點(diǎn)上，說明火情逼人，必須馬上調(diào)遣更多的消防員到不同的地點(diǎn)參加滅火戰(zhàn)斗。 |
| 5. 中國遙感技術(shù)的發(fā)展 |
| 我國自1970年4月24日發(fā)射“東方紅1號”人造衛(wèi)星后，相繼發(fā)射了數(shù)十顆不同類型的人造地球衛(wèi)星，使得我國開展宇宙探測、通訊、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、氣象觀測等研究有了自己的信息源。1999年10月14日中國---巴西地球資源衛(wèi)星CBERS---1的成功發(fā)射，使我國擁有了自己的資源衛(wèi)星。 |
| 在遙感圖形處理方面，已開始從普遍采用國際先進(jìn)的商品化軟件向國產(chǎn)化邁進(jìn)。在科技部、信息產(chǎn)業(yè)部的倡導(dǎo)下，國產(chǎn)圖像處理軟件從研制走向了商品化，并占有一定的市場份額，如photomapper等。 |
| 在遙感應(yīng)用方面，國家將遙感列入重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目和“863”工程。 |
| 二. 電磁輻射與地球的光譜特征 |
| 1. 電磁波譜與電磁輻射 |
| （1）基本概念 |
| 1）波：振動的傳播。如：水波、聲波、地震波等。 |
| 2）機(jī)械波：振動的是彈性介質(zhì)中的位移矢量。 |
| 3）電磁波：電磁振源產(chǎn)生的電磁振蕩在空間中的傳播。 |
| 4）電磁波的特點(diǎn) |
| ①不需要傳播介質(zhì) |
| ②電磁波是橫波，在真空中以光速傳播 |
| ③滿足波粒二象性 |
| ④波長與頻率成反比，且兩者之積為光速：f×λ=c。 |
| ⑤傳播遇到氣體、固體、液體介質(zhì)時，會發(fā)生反射、投射、折射、吸收等現(xiàn)象。 |
| 5）電磁波譜：按照電磁波波長的長短，依次排列成的圖表稱為電磁波譜。 |
| （2）電磁輻射的量度 |
| 1）輻射源：任何物體都是輻射源，既能吸收其它物體的輻射，也能向外輻射電磁波。 |
| 2）輻射能量：電磁輻射的能量，單位：J（焦耳）。 |
| 3）輻射通量：單位時間內(nèi)通過某一面積的輻射能量，單位：W。 |
| 4）輻射通量密度：單位時間內(nèi)通過表面單位面積上的輻射通量。 |
| 5）輻照度：被輻射的物體表面單位面積上的輻射通量。 |
| 6）輻射出射度：輻射源物體表面單位面積上的輻射通量。 |
| 7）輻射亮度：輻射源在某一方向，單位投影表面，單位立體角內(nèi)的輻射通量。 |
| 8）黑體輻射定律 |
| ①普朗克公式：描述黑體輻射出射度與溫度、波長等的關(guān)系 |
| ②斯蒂芬－玻爾茲曼定 |
| ③維恩位移定律 |
| 9）實(shí)際物體的輻射 |
| 物體的發(fā)射率是溫度和波長的函數(shù)，且與種類、物理狀況（如粗糙度、顏色等）等有關(guān)。 |
| 按照發(fā)射率和波長的關(guān)系，輻射源可分為： |
| ①黑體：ελ = ε=1 |
| ②灰體：ελ =ε=常數(shù)<1 |
| ③選擇性輻射體：ελ <1,且隨波長而變 |
| 2. 太陽輻射及大氣對輻射的影響 |
| 1）太陽輻射源：太陽是太陽系唯一的恒星，它集中了太陽系99.865%的質(zhì)量。太陽是一個熾熱的氣體星球，沒有固體的星體或核心。太陽能量的99%是由中心的核反應(yīng)區(qū)的熱核反應(yīng)產(chǎn)生的。太陽中心的密度和溫度極高。太陽大氣的主要成分是氫（質(zhì)量約占71%）與氦（質(zhì)量約占27%）。 |
2）大氣成分組成： ①永久氣體：氮?dú)?、氧氣、CO2、惰性氣體、氫氣、甲烷等。 |
| ②濃度可變的氣體：水蒸氣、臭氧、SO2、氨氣等。 |
| ③固體和液體微粒。 |
| 3）大氣垂直分層(大氣結(jié)構(gòu))：電離層：距地面85km直到幾百千米的范圍均為熱電離層，溫度范圍為500K到2000K |
| 平流層：在平流層最下面直到20km的高度之內(nèi)，溫度幾乎為常數(shù) |
| 對流層：厚約為10km，溫度隨高度的增加而降低 |
| 4）大氣輻射衰弱的原因：反射、吸收、散射。 |
| 大氣吸收17％， 散射22％，反射30％，其余31％太陽輻射到達(dá)地面。 |
| 5）散射：①瑞利（Rayleigh） 散射：當(dāng)大氣中粒子的直徑比輻射波長小得多時發(fā)生的散射；散射強(qiáng)度與波長的四次方成反比。 |
| ②米氏散射：當(dāng)大氣中粒子的直徑與波長相當(dāng)時發(fā)生的散射；散射強(qiáng)度與波長的二次方成反比。 |
| ③非選擇性散射：當(dāng)大氣中粒子的直徑比波長大得多時發(fā)生的散射；散射強(qiáng)度與波長無關(guān) |
| 6）吸收作用：大氣吸收電磁輻射的主要物質(zhì)是：水、二氧化碳和臭氧 |
| 7）反射作用：云量越多、云層越厚， 反射越強(qiáng) |
| 8）折射作用：折射率與大氣密度有關(guān)，密度越大折射率越大。 |
| 3. 地球的輻射與地物波譜特征 |
| 1）太陽輻射與地表的相互作用 |
| ①溫度為300K的黑體，其電磁輻射的波長范圍是：2.5~50μｍ(0.3-2.5um)。 |
| ②地球表面的發(fā)射輻射能量集中于近紅外波段和熱紅外波段；在熱紅外波段，地球的發(fā)射輻 |
| 射能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太陽的電磁輻射能量，通常稱地球的發(fā)射輻射為熱輻射 |
| ③地球表面的熱輻射（能量）與自身的發(fā)射率、波長、溫度有關(guān) |
| 2）地物波譜特征 |
| 在可見光與近紅外波段，地表物體自身的熱輻射幾乎等于零。所以地物發(fā)出的波譜主要以反射太陽輻射為主。 |
| 到達(dá)地面的太陽輻射能量=反射能量 吸收能量 透射能量 |
| ①反射率：物體反射的輻射能量占總?cè)肷淠芰康陌俜直?/span> |
| ②物體的反射：鏡面反射、漫反射和實(shí)際物體的反射。 |
| 三. 遙感成像原理與遙感圖像特征 |
| 遙感平臺是搭載傳感器的工具。在遙感平臺中，航天遙感平臺目前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣。根據(jù)航天遙感平臺的服務(wù)內(nèi)容，可以將其分為氣象衛(wèi)星系列、陸地衛(wèi)星系列和海洋衛(wèi)星系列。 |
| 1. 氣象衛(wèi)星概述 |
| 第一代：20世紀(jì)60年代 TIROS、ESSA、Nimbus、ATS |
| 第二代：1970-1977年 ITOS-1、SMS、GOES、GMS、Meteosat |
| 第三代：1978年以后 NOAA系列 |
| 我國的氣象衛(wèi)星發(fā)展較晚。“風(fēng)云一號”氣象衛(wèi)星（FY-1）是中國發(fā)射的第一顆環(huán)境遙感衛(wèi)星。其主要任務(wù)是獲取全球的晝夜云圖資料及進(jìn)行空間海洋水色遙感實(shí)驗(yàn)。 |
| 2. 氣象衛(wèi)星特點(diǎn) |
| 1）軌道 |
| 氣象衛(wèi)星的軌道分為兩種：低軌和高軌。 |
| 高軌氣象衛(wèi)星：軌道高度：36000公里 |
| 信息采集時間周期：約20分鐘 |
| 分辨率：1.25 ~ 5公里 |
| 主要應(yīng)用領(lǐng)域：全球性大氣環(huán)流；全球性天氣過程 |
| 低軌氣象衛(wèi)星：軌道高度：36000公里 |
| 信息采集時間周期：約20分鐘 |
| 分辨率：1.25 ~ 5公里 |
| 主要應(yīng)用領(lǐng)域：全球性大氣環(huán)流；全球性天氣過程 |
| 2）短周期重復(fù)觀測 |
| 3）成像面積大，有利于獲得宏觀同步信息，減少數(shù)據(jù)處理容量 |
| 4）資料來源連續(xù)、實(shí)時性強(qiáng)、成本低 |
| 3. 陸地衛(wèi)星系列 |
| 1）陸地衛(wèi)星（Landsat） |
| 軌道:太陽同步的近極地圓形軌道 |
| 重復(fù)覆蓋周期:16 18天 |
| 圖象覆蓋范圍：185 * 185 km（Landsat 7 185*170 km）。 |
| Landsat上攜帶傳感器空間分辨率不斷提高，從80 m到 30 m到 15 m |
| 2）法國SPOT衛(wèi)星系列 |
| 地球觀察衛(wèi)星系統(tǒng)。由瑞典、比利時等國家參加，由法國國家空間研究中心（CNES）設(shè)計(jì)制造。1986年發(fā)射第一顆，到2002年已發(fā)射5顆。 |
| 特點(diǎn)：太陽同步圓形近極地軌道高度830 km |
| 覆蓋周期26天掃描寬度: 60 (×60 ) 公里 |
| 主要傳感器:2臺HRV |
| 空間分辨率: 全色10m; 多光譜20m |
| 能滿足資源調(diào)查、環(huán)境管理與監(jiān)測、農(nóng)作物估產(chǎn)、地質(zhì)與礦產(chǎn)勘探、土地利用、測制地圖及地圖更新等多方面需求 |
| SPOT 衛(wèi)星系列優(yōu)勢特征：衛(wèi)星搭載的傳感器具有傾斜（側(cè)視）能力 |
| 信息獲取的重復(fù)周期：一般地區(qū)3~5天；部分地區(qū)達(dá)到1天 |
| 3）中巴地球資源衛(wèi)星CBERS： 1999.10.14，我國第一顆地球資源遙感衛(wèi)星（又稱資源一號衛(wèi)星）在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射 |
| CBERS衛(wèi)星特點(diǎn)：太陽同步近極地軌道，軌道高度778 km，衛(wèi)星重訪周期26天攜帶的傳感器的最高空，間分辨率是19.5 m |
| 4）高空間分辨率陸地衛(wèi)星(IKONOS、QUICKBIRD等) |
| 4. 攝影成像 |
| 數(shù)字?jǐn)z影是通過放置在焦平面的光敏元件，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，以數(shù)字信號來記錄物體的影像。依據(jù)探測波長的不同，可分為近紫外攝影、可見光攝影、紅外攝影、多光譜攝影等。 |
| 1）攝影機(jī)分類 |
| ①分幅式：一次曝光得到目標(biāo)物一幅像片；鏡頭:常角、寬角和特寬角 |
| ②全景式: 分為縫隙式和鏡頭轉(zhuǎn)動式 |
| 對可見光遙感，攝影機(jī)外殼只需是不透光材料，對紅外攝影，只能用金屬材料。鏡頭則需根據(jù)攝取的波段選擇材料。 |
| ③多光譜攝影機(jī)：多相機(jī)組合、多鏡頭組合、光束分離型 |
| 可同時直接獲取可見光和近紅外范圍內(nèi)若干個分波段影像 |
| 2）攝影像片的幾何特征 |
| 根據(jù)攝影機(jī)主光軸與地面的關(guān)系，可分為垂直攝影和傾斜攝影。 |
| ①垂直攝影像片的幾何特征: |
| 1.像片的投影：中心投影 |
| 中心投影與垂直投影的區(qū)別 |
| （1）投影距離的影響 |
| （2）投影面傾斜的影響 |
| （3）地形起伏的影響 |
| ②攝影膠片的物理特性 |
| 感光度：指膠片的感光速度。膠片感光度高，在光線較弱時也能方便攝影。 |
| 反差：指膠片的明亮部分與陰暗部分的密度差。 |
| 灰霧度：未經(jīng)感光的膠片，顯影后仍產(chǎn)生輕微的密度，呈淺灰色，故稱灰霧。 |
| 寬容度：指膠片表達(dá)被攝物體亮度間距的能力。 |
| 解像力：通常稱為感光膠片的分辨力。 |
| ③常用的遙感攝影膠片： |
| 1. 黑白攝影膠片： —色盲片，— 正色片，— 分色片，— 全色片，— 紅外黑白片 |
| 2. 天然彩色膠片 |
| 3. 紅外彩色片 |
| 5. 掃描成像 |
| 掃描成像是依靠探測元件和掃描鏡對目標(biāo)物體以瞬時視場為單位進(jìn)行的逐點(diǎn)、逐行取樣，以得到目標(biāo)地物電磁輻射特征信息，形成一定譜段的圖像。其探測波段可包括紫外、紅外、可見光和微波波段。 |
| 1）光/機(jī)掃描成像 |
| 光機(jī)掃描的幾何特征:取決于瞬時視場角、總視場角 |
| 進(jìn)行掃描成像時，總視場角不宜過大，否則圖像邊緣的畸變太大。通常在航空遙感中，總視場角取70～120 |
| 光機(jī)掃描儀可分為單波段和多波段兩種。多波段掃描儀的工作波段范圍很寬，從近紫外、可見光至遠(yuǎn)紅外都有。 |
| 多波段掃描儀：地面物體的輻射波束----掃描---反射-----聚焦---分光---再聚焦到感受不同波長的探測元件上。 |
| 2）固體自掃描成像 |
| 固體掃描是用固定的探測元件，通過遙感平臺的運(yùn)動對目標(biāo)進(jìn)行掃描的一種成像方式。 |
| ——用固定的探測元件，通過遙感平臺的運(yùn)動對目標(biāo)地物進(jìn)行掃描的成像方式。 |
| ——目前常用的探測元件是電荷耦合器件CCD |
| 3）高光譜成像掃描 |
| 對遙感而言，在一定波長范圍內(nèi)，被分割的波段數(shù)愈多，即波譜取樣點(diǎn)愈多，愈接近于連續(xù)波譜曲線，因此可以使得掃描儀在取得目標(biāo)地物圖像的同時也能獲取該地物的光譜組成。這種既能成像又能獲取目標(biāo)光譜曲線的“譜像合一”的技術(shù)稱為成像光譜技術(shù)。按該原理制成的掃描儀稱為成像光譜儀。 |
高光譜成像光譜儀： ——圖像由多達(dá)數(shù)百個波段的非常窄的連續(xù)的光譜波段組成 |
| ——光譜波段覆蓋了可見光，近紅外，中紅外和熱紅外區(qū)域全部光譜帶 |
| —— 多采用掃描式或推帚式，可以收集200或200以上波段的數(shù)據(jù)。圖像中的每一像元均 |
| 得到連續(xù)的反射率曲線 |
| 6. 微波遙感與成像 |
| 在電磁波譜中，波長在1mm～1m的波段范圍稱微波。 |
| 微波遙感是指通過微波傳感器獲取從目標(biāo)地物發(fā)射或反射的微波輻射，經(jīng)過判讀處理來識別地物的技術(shù)。 |
| 1）微波遙感的特點(diǎn) |
| ①全天候、全天時的信息獲取能力 |
| ②對某些地物的特殊識別能力,如水和冰(微波波段發(fā)射率的差異) |
| ③對冰、雪、森林、土壤（尤其對干燥、松散物質(zhì)）有一定的穿透能力 |
| ④適宜對海面動態(tài)情況(海面風(fēng)、海浪）進(jìn)行監(jiān)測 |
| 2）微波遙感方式和傳感器 |
| ①主動微波遙感 |
| 是指通過向目標(biāo)地物發(fā)射微波并接受其后向散射信號來實(shí)現(xiàn)對地觀測遙感方式。主要傳感器是雷達(dá)。 |
| 雷達(dá)意為無線電測距和定位。其工作波段大都唉微波范圍。雷達(dá)是有發(fā)射機(jī)通過天線在很短時間內(nèi)，向目標(biāo)地物發(fā)射一簇很窄的大功率電磁波脈沖，然后用同一天線接受目標(biāo)地物反射的回波信號而進(jìn)行顯示的一種傳感器。不同物體，回波信號的振幅、相位不同，故接收處理后，可測出目標(biāo)地物的方向、距離等數(shù)據(jù)。 |
| ②被動微波遙感 |
| 是指通過傳感器，接收來自目標(biāo)地物發(fā)射的微波，而達(dá)到探測目地的遙感方式。 |
| 3）遙感圖像的特征 |
| 目標(biāo)地物——傳感器——遙感圖像——遙感圖像處理 |
| 空間分辨率——幾何特征——目標(biāo)地物的大小、形狀及空間分布 |
| 光譜分辨率（輻射分辨率）——物理特征——目標(biāo)地物的屬性特點(diǎn) |
| 時間分辨率——時間特征——目標(biāo)地物的變化動態(tài)特點(diǎn) |
| ①空間分辨率/地面分辨率 |
| — 圖像的空間分辨率指像素所代表的地面范圍的大小 |
| — 掃描成像----像元：掃描儀瞬時視場所對應(yīng)的地面實(shí)際大小 |
| — 攝影成像----線對/米。( 線對:能分辨的地物的最小距離) |
| ②波譜分辨率 |
| — 指傳感器在接收目標(biāo)輻射的波譜時能分辨的最小波長間隔。 |
| —傳感器的波段選擇須考慮目標(biāo)的光譜特征值，才能取得好效果。 |
| ③輻射分辨率 |
| — 指傳感器接收波譜信號時，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。 |
| ④時間分辨率 |
| 衛(wèi)星的覆蓋周期、重訪周期。 |
| 重復(fù)獲得同一地區(qū)的最短時間間隔。（注意和衛(wèi)星運(yùn)行周期的區(qū)別） |
| 四. 遙感圖像處理 |
| 1. 光學(xué)原理與光學(xué)處理 |
| 電磁波譜中0.38~0.76μm波段能夠引起人的視覺。 |
| 1）顏色視覺 |
| ①視覺特征： |
| 亮度對比（反差）：視場中對象與背景的亮度差與背景亮度之比。 |
| 顏色對比（色差）：視場中相鄰區(qū)域的顏色差異。 |
| ②顏色性質(zhì)的描述 |
| 明度(lightness)：人眼對光源或物體明亮程度的感覺。（與物體的反射率有關(guān)） |
| 色調(diào)(hue)：指色彩的差異。（與視覺接收到的波長有關(guān)） |
| 飽和度(saturation)：指色彩純潔的程度。（與色光中是否混有白光以及白光占有的比例） |
| ③顏色立體 |
| 為了形象的描述顏色特性之間的關(guān)系，通常用顏色立體來表現(xiàn)一種理想化的示意關(guān)系。中間軸代表明度，從底端到頂端，由黑到灰再到白明度逐漸遞增。 |
| 2）加色法與減色法 |
| 互補(bǔ)色：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或者黑色，這兩種顏色就稱為互補(bǔ)色。 |
| 三原色：若三種顏色，其中任一種都不能由其余兩種混合相加產(chǎn)生，這三種顏色按一定比例混合，可以形成各種色調(diào)的顏色，稱之為三原色。紅、綠、藍(lán)為最優(yōu)的三原色。 |
| 2. 數(shù)字圖像 |
| 數(shù)字圖像是指能夠被計(jì)算機(jī)存儲、處理和使用的圖像。遙感數(shù)據(jù)的表示既有光學(xué)圖像也有數(shù)字圖像。光學(xué)圖像又稱為模擬量，數(shù)字圖像又稱為數(shù)字量，它們之間的轉(zhuǎn)換稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換，記做A/D轉(zhuǎn)換。 |
| 1）數(shù)字圖像的來源 |
| ①遙感衛(wèi)星地面站（氣象衛(wèi)星接收站）提供計(jì)算機(jī)兼容的數(shù)字磁帶，輸入計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)，形成數(shù)字圖像。 |
| ②記錄在膠片上的影像（模擬圖象）在專用設(shè)備上進(jìn)行數(shù)字化 |
| 2）圖像的數(shù)字化 |
| ? 把模擬圖像分割成同樣形狀的小單元，進(jìn)行空間離散化處理叫采樣（sampling）。 |
| ? 以各個小單元的平均亮度值或中心部分的亮度值作為該單元的亮度值，為亮度值的離散化處理，即量化（quantization）。 |
| 3）遙感數(shù)字圖像表示方式 |
| 數(shù)字圖像（數(shù)字化）圖像，是一種以二維數(shù)組（矩陣）形式表示的圖像?；蛘叻Q為相應(yīng)區(qū)域內(nèi)陸物電磁輻射強(qiáng)度的二維分布。將地球表面一定區(qū)域范圍內(nèi)的目標(biāo)地物記錄在一個二維數(shù)組（或二維矩陣）中。 |
| ①像素（像元）是遙感數(shù)字圖像最基本的單位，成像過程的采樣點(diǎn)，計(jì)算機(jī)圖像處理的最小單元。 |
| ②像素具有空間特征和屬性特征。 |
| 空間特征：地理位置的信息 |
| 屬性特征：采用亮度值來表達(dá) |
| 4）數(shù)字圖像的優(yōu)點(diǎn) |
| 便于計(jì)算機(jī)處理與分析： |
| 圖像信息損失低： |
| 抽象性強(qiáng)： |
| 5）按照波段數(shù)量，遙感數(shù)字圖象分類： |
| 1. 二值數(shù)字圖象 |
| 2. 單波段數(shù)字圖象 |
| 3. 彩色數(shù)字圖象 |
| 4. 多波段數(shù)字圖象 |
| 3. 數(shù)字圖像校正——輻射校正 |
| 進(jìn)入傳感器的輻射強(qiáng)度反映在圖像上就是亮度值（灰度值）。輻射強(qiáng)度越大，亮度值越大。該值主要受兩個物理量影響：一是太陽輻射照射到地面的輻射強(qiáng)度，二是地球的光譜反射率。當(dāng)太陽輻射相同時，圖像上像元亮度值的差異直接反映了地物目標(biāo)光譜反射率的差異。但實(shí)際測量時，輻射強(qiáng)度值還受到其它因素的影響而發(fā)生改變。這一改變的部分就是需要校正的部分，故稱為輻射畸變。 |
| 1）引起輻射畸變有兩個原因： |
| 傳感器儀器本身產(chǎn)生的誤差 |
| 大氣對輻射的影響 |
| 2）傳感器儀器本身產(chǎn)生的誤差 |
| 儀器引起的誤差是由于多個檢測器之間存在差異，以及儀器系統(tǒng)工作產(chǎn)生的誤差，這導(dǎo)致了接收的圖像不均勻，產(chǎn)生條紋和“噪聲”。一般來說，這種畸變應(yīng)該在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中，有生產(chǎn)單位根據(jù)傳感器參數(shù)進(jìn)行校正，而不需要用戶自己校正，所以用戶應(yīng)該考慮的是大氣影響造成的畸變。 |
| 3）大氣對輻射的影響 |
| ①大氣影響的定量分析 |
| 進(jìn)入大氣的太陽輻射會發(fā)生反射、折射、吸收、散射和透射。其中對傳感器接收影響較大的是吸收和散射。 |
| 傳感器接收信號時，受儀器影響還有一個系統(tǒng)增益系數(shù)因子Sλ，這時進(jìn)入傳感器的亮度 |
| l 校正方法 |
| A. 直方圖最小值去除法 |
| 直方圖以統(tǒng)計(jì)圖的形式表示圖像亮度值與像元數(shù)之間的關(guān)系。最小值去除法的基本思想在于一幅圖像中總可以找到某種或某幾種地物，其輻射亮度或發(fā)射率接近0。這時在圖像中對應(yīng)位置的像元亮度值應(yīng)為0。實(shí)測表明,這些位置上的像元亮度不為0。這個值就應(yīng)該是大氣散射導(dǎo)致的程輻射度值。 |
| 校正方法很簡單，首先確定條件滿足，即該圖像上確有輻射亮度或反射亮度應(yīng)為0的地區(qū)，則亮度最小值必定是這一地區(qū)受大氣影響的呈輻射度增值。校正時，將每一波段中每個像元的亮度值都減去本波段的最小值，使圖像亮度動態(tài)范圍得到改善，對比度增強(qiáng)，從而提高圖像質(zhì)量。 |
| B. 回歸分析法 |
| 假定某紅外波段，存在程輻射為主的大氣影響，且亮度增值最小，接近于0，設(shè)為波段a。現(xiàn)需要找到其他波段相應(yīng)的最小值，這個值一定比a波段的最小值大一些，設(shè)為波段b，分別以a，b波段的像元亮度值為坐標(biāo)，作二維光譜空間，兩個波段中對應(yīng)像元在坐標(biāo)系內(nèi)用一個點(diǎn)表示。由于波段之間的相關(guān)性，通過回歸分析在眾多點(diǎn)中一定能找到一條直線與波段b的亮度Lb相交，且：Lb=βLα α， β為斜率 |
|
|
|
| 式中： |
| ， |
| 分別為a，b波段亮度的平均值。 |
|
| a=Lb-βLa ；式中a為波段a中的亮度為零處在波段b中所具有的亮度?？梢哉J(rèn)為 |
| a就是波段b的程輻射度。 |
| 校正方法是將波段b中每個像元的亮度值減去a，來改善圖像，去掉程輻射。 |
| 4. 幾何校正 |
| 幾何畸變: 當(dāng)遙感圖像在幾何位置上發(fā)生了變化，產(chǎn)生諸如行列不均勻，像元大小與地面大小對應(yīng)不準(zhǔn)確，地物形狀不規(guī)則變化等.遙感影像的總體變形（相對于地面真實(shí)形態(tài)而言）是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭、彎曲及其他變形綜合作用的結(jié)果。產(chǎn)生畸變的圖像給定量分析及位置配準(zhǔn)造成困難。 |
| 遙感影像變形的原因： |
| · 遙感器的內(nèi)部畸變：由遙感器結(jié)構(gòu)引起的畸變。 |
| · 遙感平臺位置和運(yùn)動狀態(tài)變化的影響 |
| · 地形起伏的影響 |
| · 地球表面曲率的影響 |
| · 大氣折射的影響 |
| · 地球自轉(zhuǎn)的影響 |
| 1）遙感平臺位置和運(yùn)動狀態(tài)變化的影響 |
| 航高：衛(wèi)星運(yùn)行的軌道本身就是橢圓的。航高始終發(fā)生變化，而傳感器的掃描視場角不變，從而導(dǎo)致圖像掃描行對應(yīng)的地面長度發(fā)生變化。航高越向高處偏離，圖像對應(yīng)的地面越寬。 |
| 航速：衛(wèi)星的橢圓軌道本身就導(dǎo)致了衛(wèi)星飛行速度的不均勻，其他因素也可導(dǎo)致遙感平臺航速的變化。航速快時，掃描帶超前，航速慢時，掃描帶滯后，由此可導(dǎo)致圖像在衛(wèi)星前進(jìn)方向上（圖像上下方向）的位置錯動。 |
| 俯仰：遙感平臺的俯仰變化能引起圖像上下方向的變化，即星下點(diǎn)俯時后移，仰時前移，發(fā)生行間位置錯動。 |
| 翻滾：遙感平臺姿態(tài)翻滾是指以前進(jìn)方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)了一個角度。可導(dǎo)致星下點(diǎn)在掃描線方向偏移，使整個圖像的行翻滾角引起偏離的方向錯動。 |
| 偏航：指遙感平臺在前進(jìn)過程中，相對于原前進(jìn)航向偏轉(zhuǎn)了一個小角度，從而引起掃描行方向的變化，導(dǎo)致圖像的傾斜畸變。 |
| 地形起伏的影響當(dāng)?shù)匦未嬖谄鸱鼤r，會產(chǎn)生局部像點(diǎn)的位移，由于高差的原因，實(shí)際像點(diǎn)P距像幅中心的距離相對于理想像點(diǎn)P0距像幅中心的距離移動了△r。 |
| 地表曲率的影響地球是橢球體，地球表面是曲面。這一曲面的影響主要表現(xiàn)在兩個方面，一是像點(diǎn)位置的移動，當(dāng)選擇的地圖投影平面是地球的切平面時，使地面點(diǎn)P0相對于投影平面點(diǎn)P有一高差△h。 |
| 地表曲率的影響：全景畸變：當(dāng)傳感器掃描角度較大時，影響更加突出，造成邊緣景物在圖像顯示時被壓縮。 |
| 大氣折射的影響，折射后的輻射傳播不再是直線而是一條曲線，從而導(dǎo)致傳感器接收的像點(diǎn)發(fā)生位移。 |
| 地球自轉(zhuǎn)的影響，例如：衛(wèi)星自北向南接收圖像運(yùn)動，這時地球自西向東自轉(zhuǎn)。相對運(yùn)動的結(jié)果，使衛(wèi)星的星下位置逐漸產(chǎn)生偏離。 |
| 2）遙感數(shù)字圖像的幾何校正 |
| ①幾何校正方法：控制點(diǎn)校正法 |
| 校正步驟： |
| Ａ、原始圖像與校正圖像統(tǒng)一坐標(biāo)系、投影 |
| Ｂ、確定GCP（Ground Control Point），即在原始畸變圖像空間與標(biāo)準(zhǔn)空間尋找對應(yīng)的控制點(diǎn)對 |
| C、選擇畸變數(shù)學(xué)模型，并利用GCP數(shù)據(jù)求出畸變模型的未知參數(shù)，然后利用此畸變模型對原始畸變圖像進(jìn)行幾何精校正 |
| D、再采樣計(jì)算，得到校正后的新圖像 |
| 基本思路：校正的最終目的是確定校正后圖像的行列數(shù)，然后找到新圖像中每一像元的亮 |
| 度值。 |
| ②具體步驟——1）象素坐標(biāo)變換（空間上的重采樣） |
| 找到一種數(shù)學(xué)關(guān)系，建立變換前圖像坐標(biāo)（x，y）與變換后圖像坐標(biāo)（u，v）的關(guān)系 |
| 計(jì)算校正后圖像中的每一點(diǎn)所對應(yīng)原圖中的位置（x，y）。計(jì)算時按行逐點(diǎn)計(jì)算，每行結(jié) |
| 束后進(jìn)入下一行計(jì)算，直到全圖結(jié)束。 |
| 多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)（即系數(shù)個數(shù)）N與其階數(shù)n有著固定關(guān)系：N=(n 1)(n 2)/2 |
| 多項(xiàng)式系數(shù)ai，bj（i,j＝０，１，２，…N-1）一般利用已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)值按最小二乘法求解。 |
| ③計(jì)算方法：內(nèi)插計(jì)算（灰度值重采樣） |
| 計(jì)算每一點(diǎn)的亮度值。糾正后的新圖像的每一個像元，根據(jù)變換函數(shù)，可得到它在原始圖像上的位置。如果求得的位置為整數(shù)，則該位置處的像元灰度就是新圖像的灰度值。 |
| 計(jì)算方法：如果位置不為整數(shù)，新點(diǎn)的亮度值介于鄰點(diǎn)亮度值之間，常用內(nèi)插法計(jì)算。 |
| 有幾種方法： |
| l 最近鄰法 |
| l 雙線性內(nèi)插法 |
| l 三次卷積內(nèi)插法。 |
| 最近鄰法：距離實(shí)際位置最近的像元的灰度值作為輸出圖像像元的灰度值。 |
| 雙線性內(nèi)插法：?。▁，y）點(diǎn)周圍4鄰點(diǎn)，在y方向（或x方向）內(nèi)插二次，再在x方向（或y方向）內(nèi)插一次，得到（x，y）點(diǎn)的亮度值f(x，y），該方法稱雙線性內(nèi)插法。 |
| 三次卷積內(nèi)插法：取與計(jì)算點(diǎn)（x，y）周圍相鄰的16個點(diǎn)，先在某一方向上內(nèi)插，每4個值依次內(nèi)插4次，求出f （ x ， j-1 ） ，f(x,j) ，f(x,j 1),f(x,j 2)，再根據(jù)這四個計(jì)算結(jié)果在另一方向上內(nèi)插，得到f(x，y）。 |
| ④控制點(diǎn)的選取 |
| 幾何校正的第一步便是位置計(jì)算，對所選取的二元多項(xiàng)式求系數(shù)。 |
| 控制點(diǎn)選取原則:1)特征變化大的地區(qū)應(yīng)多選些。2)圖像邊緣部分要選取控制點(diǎn)，以避免外推。3) 表征空間位置的可靠性，道路交叉點(diǎn)，標(biāo)志物，水域的邊界，山頂，小島中心，機(jī)場等。 |
| 4）同名控制點(diǎn)要在圖像上均勻分布；5）清楚辨認(rèn)； |
| 6）數(shù)量應(yīng)當(dāng)超過多項(xiàng)式系數(shù)的個數(shù)（(n 1)*(n 2)/2）。 |
| 5. 數(shù)字圖像增強(qiáng) |
| 當(dāng)一副圖像的目視效果不太好，或者有用的信息突出不夠時，就需要作圖像增強(qiáng)處理。例如，圖像對比度不夠，或者希望突出的某些邊緣看不清，就可以用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)改善圖像質(zhì)量。這樣可以提高圖像質(zhì)量和突出所需信息，有利于分析判讀或作進(jìn)一步的處理。 |
| 1）對比度變換 |
| 通過改變圖像像元的亮度值來改變圖像像元的對比度，從而改善圖像質(zhì)量的處理方法。因?yàn)榱炼戎凳禽椛鋸?qiáng)度的反映，所以也稱之為輻射增強(qiáng)。 |
| 常用的方法是：對比度線性變換和非線性變換。 |
| 假定像元亮度隨機(jī)分布時，直方圖應(yīng)是正態(tài)分布的。 |
| l 峰值偏向亮度坐標(biāo)軸左側(cè)，圖像偏暗。 |
| l 峰值偏向坐標(biāo)軸右側(cè)，圖像偏亮， |
| l 峰值提升過陡、過窄，圖像的高密度值過于集中 |
| 以上情況均是圖像對比度較小，圖像質(zhì)量較差的反映。 |
| ①線性變換 |
| A. 線性變換變換函數(shù)是線性的或分段線性的，這種變換就是線性變換。線性變換是圖像增強(qiáng)處理最常用的方法。 |
| B. 亮度值0～15圖像拉伸為0～30，要設(shè)計(jì)一個線性變換函數(shù)，橫坐標(biāo)xa為變換前的亮度值，縱坐標(biāo)xb為變換后的亮度值。當(dāng)亮度值xa從0～15變換成xb從0～30，變換函數(shù)在圖中是一條直線。： |
| 有時為了更好的調(diào)節(jié)圖像的對比度，需要在一些亮度段拉伸，而在另一些亮度段壓縮，這種變換稱為分段線性變換。 |
| ②非線性變換 |
| 當(dāng)變換函數(shù)是非線性時，即為非線性變換。非線性變換的函數(shù)很多，常用的是指數(shù)變換和對數(shù)變換。 |
| 指數(shù)變換：其意義是在亮度值較高的部分?jǐn)U大亮度間隔--屬于拉伸，在亮度值較低的部分縮小亮度間隔--屬于壓縮 |
| 對數(shù)變換：與指數(shù)變換相反，意義是在亮度值較低的部分拉伸，而在亮度值較高的部分壓縮 |
| 2） 空間濾波 |
| 對比度擴(kuò)展的輻射增強(qiáng)：通過單個像元的運(yùn)算從整體上改善圖像的質(zhì)量。 |
| 空間濾波：以重點(diǎn)突出圖像上的某些特征為目地的采用空間域中的鄰域處理方法。屬于幾何增強(qiáng)處理，主要包括平滑和銳化。 |
| ①圖像卷積運(yùn)算 |
| 空間濾波是圖象卷乘積運(yùn)算的一種特殊應(yīng)用。在空間域上對圖像作局部檢測的運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)平滑和銳化。 |
| 具體作法：選定一卷積函數(shù)（又稱“模板”，實(shí)際上是一個M×N圖像），二維的卷積運(yùn)算是在圖像中使用模板來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算的。 |
| ②平滑 |
| 圖像中某些亮度變化過大的區(qū)域，或出現(xiàn)不該有的亮點(diǎn)（“噪聲”），采用平滑的方法減小變化，使亮度平緩或去掉不必要的“噪聲”點(diǎn)。具體方法有： |
| 均值平滑 |
| 是將每個像元在以其為中心的區(qū)域內(nèi)取平均值來代替該像元值，以達(dá)到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目地。 |
| 中值濾波 |
| 是將每個像元在以其為中心的鄰域內(nèi)取中間亮度值來代替該像元值，以達(dá)到去尖銳“噪聲”和平滑圖像目的的。 |
| 銳化（邊界增強(qiáng)） |
| 為了突出圖像的邊緣、線狀目標(biāo)或某些亮度變化率大的部分，可采用銳化方法。銳化后的圖像已不再具有原遙感圖像的特征而成為邊緣圖像。常用幾種： |
| l 羅伯特梯度 |
| l 索伯爾梯度 |
| l 拉普拉斯算法 |
| l 定向檢測 |
| 3） 彩色變換 |
| 不同的彩色變換可大大增強(qiáng)圖像的可讀性，常用的三種彩色變換方法。 |
| 單波段彩色變換 |
| 多波段彩色變換 |
| HSI變換 |
| ①單波段彩色變換（密度分割） |
| 單波段黑白遙感圖像按亮度分層，對每層賦予不同的色彩，使之成為一幅彩色圖像。即按圖像的密度進(jìn)行分層，每一層所包含的亮度值范圍可以不同。 |
| ②多波段彩色變換 |
| 加色法彩色合成原理---選擇遙感影像的某三個波段---分別賦予紅、綠、藍(lán)三種原色---合成彩色影像。 |
| 真彩色合成 |
| 假彩色合成 |
| 多波段影像合成時，方案的選擇決定彩色影像能否顯示較豐富的地物信息,或突出某一方面的信息。 |
| ③HSI變換 |
| HSI代表色調(diào)、飽和度和明度（hue，saturation,intensity）。色彩模式可以用近似的顏色立體來定量化。顏色立體曲線錐形改成上下兩個六面金字塔狀。 |
| 4） 圖象運(yùn)算 |
| 兩幅或多幅單波段影像，完成空間配準(zhǔn)后，通過一系列運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)，提取某些信息或去掉某些不必要信息。 |
| l 差值運(yùn)算 |
| l 比值運(yùn)算 |
| ①差值運(yùn)算 |
| 即兩幅同樣行、列數(shù)的圖像，對應(yīng)像元的亮度值相減。兩個波段相減,反射率差值大的被突出來。圖像的差值運(yùn)算有利于目標(biāo)與背景反差較小的信息提取，如冰雪覆蓋區(qū)，海岸帶的潮汐線等。 |
| 差值運(yùn)算還常用于研究同一地區(qū)不同時相的動態(tài)變化。如監(jiān)測森林火災(zāi)發(fā)生前后變化和計(jì)算過火面積；監(jiān)測水災(zāi)發(fā)生前后的水域變化和計(jì)算受災(zāi)面積及損失；監(jiān)測城市在不同年份的擴(kuò)展情況及計(jì)算侵占農(nóng)田的比例等。 |
| ②比值運(yùn)算 |
| 兩幅同樣行、列數(shù)的圖像，對應(yīng)像元的亮度值相除（除數(shù)不為0） |
| 植被指數(shù)，常用算法：近紅外波段／紅波段或（近紅外-紅）/(近紅外 紅） |
| 5） 多光譜變換 |
| 多光譜變換通過函數(shù)變換，達(dá)到保留主要信息，降低數(shù)據(jù)量；增強(qiáng)或提取有用信息的目的。其變換的本質(zhì)：對遙感圖像實(shí)行線性變換，使多光譜空間的坐標(biāo)系按一定規(guī)律進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。 |
| 6. 多源信息復(fù)合 |
| 1）信息復(fù)合的概念： |
| l 定義：信息復(fù)合指同一區(qū)域內(nèi)遙感信息之間或遙感信息與非遙感信息之間的匹配復(fù)合。 |
| l 內(nèi)容：包括空間配準(zhǔn)和內(nèi)容復(fù)合 |
| l 目的：突出有用的專題信息，消除或抑制無關(guān)的信息，改善目標(biāo)識別的圖像環(huán)境。 |
| l 多種遙感信息各具有一定的空間分辨率、波譜分辨率與時間分辨率 |
| l 信息復(fù)合:非多種信息源簡單疊加，而是可得到原來幾種單個信息所不能提供的新信息 |
| 2）信息復(fù)合的發(fā)展 |
| l 同種遙感信息多波段、多時相的信息復(fù)合 |
| l 不同類型遙感數(shù)據(jù)的復(fù)合 |
| l 遙感與非遙感信息的復(fù)合 |
| 3）遙感信息的復(fù)合 |
| 遙感信息復(fù)合包括:不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)和不同時相的遙感數(shù)據(jù) |
| l 復(fù)合方式的確定：根據(jù)目標(biāo)空間分布、光譜反射特性及時相規(guī)律方面的特征選擇不同的遙感圖像；在空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率方面相互補(bǔ)充 |
| ①不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合 |
| 復(fù)合步驟： |
| 配準(zhǔn) |
| 先完成配準(zhǔn),使兩幅圖像所對應(yīng)的地物吻合，分辨率一致。 |
| 復(fù)合 |
| 彩色合成方法的效果比較明顯應(yīng)盡可能生成三幅新圖像，分別賦予紅、綠、藍(lán)色，進(jìn)行彩色合成 |
| ②不同時相的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合 |
| 步驟： |
| 配準(zhǔn)： |
| 直方圖調(diào)整：圖像亮度值趨于協(xié)調(diào)，便于比較。 |
| 復(fù)合：用來研究時間變化所引起的各種動態(tài)變化。采用的復(fù)合方法主要有： |
| l 彩色合成方法 |
| l 差值方法 |
| l 比值方法 |
| 五. 遙感圖像目視解譯原理 |
| 1. 遙感圖像目視解譯原理 |
| 遙感圖像解譯（Imagery Interpretation）:是從遙感圖像上獲取目標(biāo)地物信息的過程： |
| 目視解譯： |
| 計(jì)算機(jī)解譯：即遙感圖像理解（Remote Sensing Imagery Understanding） |
| 1）遙感圖像目標(biāo)地物的識別特征 |
| 目標(biāo)地物特征： |
| l 色：顏色，色調(diào)、顏色和陰影等； |
| l 形：形狀，形狀、紋理、大小、圖型； |
| l 位：空間位置，目標(biāo)地物分布的空間位置、相關(guān)布局等； |
| 目標(biāo)地物識別特征 |
| 色調(diào)（tone）：全色遙感圖像中從白到黑的密度比例叫色調(diào)（也叫灰度）。如海灘的砂礫色調(diào)標(biāo)志是識別目標(biāo)地物的基本依據(jù)，依據(jù)色調(diào)標(biāo)志，可以區(qū)分出目標(biāo)地物。 |
| 顏色（colour）：是彩色遙感圖像中目標(biāo)地物識別的基本標(biāo)志。日常生活中目標(biāo)地物的顏色:遙感圖像中目標(biāo)地物的顏色:地物在不同波段中反射或發(fā)射電磁輻射能量差異的綜合反映。彩色遙感圖像上的顏色:真\假彩色 |
| 真彩色圖像上地物顏色能真實(shí)反映實(shí)際地物顏色特征，符合人的認(rèn)知習(xí)慣。 |
| 目視判讀前, 需了解圖像采用哪些波段合成，每個波段分別被賦予何種顏色。 |
| 陰影（shadow）：遙感圖像上光束被地物遮擋而產(chǎn)生的地物的影子 |
| 根據(jù)陰影形狀、大小可判讀物體的性質(zhì)或高度。不同遙感影像中陰影的解譯是不同的 |
| 形狀（shape）：目標(biāo)地物在遙感圖像上呈現(xiàn)的外部輪廓。 |
| 遙感圖像上目標(biāo)地物形狀:頂視平面圖 |
| 解譯時須考慮遙感圖像的成像方式。 |
| 紋理（texture）：內(nèi)部結(jié)構(gòu)，指遙感圖像中目標(biāo)地物內(nèi)部色調(diào)有規(guī)則變化造成的影像結(jié)構(gòu)。如航空像片上農(nóng)田呈現(xiàn)的條帶狀紋理。紋理可以作為區(qū)別地物屬性的重要依據(jù)。 |
| 2）目視解譯的認(rèn)知過程 |
| 遙感圖像的認(rèn)知過程包括： |
| l 自下向上的信息獲取、特征提取與識別證據(jù)積累過程 |
| l 自上向下的特征匹配、提出假設(shè)與目標(biāo)辨識過程。 |
| ①自下而上過程： |
| 圖像信息獲取 → 特征提取 →識別證據(jù)選取 |
| ②自上而下過程： |
| 特征匹配：指人腦利用記憶存儲中的地物類型模式與地物特征匹配的過程。 |
| 地物類型模式與目標(biāo)地物全局特征進(jìn)行相似性測量，判別其相容性或不相容性。 |
| 2. 遙感圖像目視解譯基礎(chǔ) |
| 1）遙感攝影像片的判讀 |
| ①常見的遙感掃描影像類型： |
| l MSS影像：多光譜掃描儀； |
| l TM圖像：為專題繪圖儀獲取的圖像； |
| l SPOT圖像：具有較高的地面分辨率； |
| l 資源一號衛(wèi)星CBERS影像 |
| ②攝影像片的特點(diǎn) |
| 遙感攝影像片絕大部分為大中比例尺像片 |
| 遙感攝影像片絕大部分采用中心投影方式成像 |
| 從航空像片上看到的是地物的頂部輪廓 |
| ③攝影像片的解譯標(biāo)志 |
| 解譯標(biāo)志（又稱判讀標(biāo)志）: |
| 解譯標(biāo)志分為直接判讀標(biāo)志和間接解譯標(biāo)志。 |
| l 直接判讀標(biāo)志 |
| 指能夠直接反映和表現(xiàn)目標(biāo)地物信息的遙感圖像的各種特征包括遙感攝影像片的色調(diào)、色彩、大小、形狀、陰影、紋理、圖型。 |
| l 間接解譯標(biāo)志 |
| 指能夠間接反映和表現(xiàn)目標(biāo)地物信息的遙感圖像的各種特征，借助它可以推斷與某地物屬性相關(guān)的其他現(xiàn)象。 |
| 遙感攝影像片上常用到的間接解譯標(biāo)志： |
| 目標(biāo)地物與其相關(guān)指示特征： |
| 地物與環(huán)境的關(guān)系： |
| 目標(biāo)地物與成像時間的關(guān)系： |
| 2） 遙感掃描影像的判讀 |
| ①遙感掃描影像特征 |
| l 宏觀綜合概括性強(qiáng)： |
| l 信息量豐富： |
| l 動態(tài)觀測： |
| 掃描影像的判讀遵循原則： |
| l “先圖外、后圖內(nèi)” |
| l “先整體，后局部” |
| l “勤對比，多分析” |
| ②遙感掃描影像的主要解譯方法 |
| 1. 目視解譯方法: |
| 指根據(jù)遙感影像目視解譯標(biāo)志和解譯經(jīng)驗(yàn)，識別目標(biāo)地物的辦法與技巧。 |
| (1)直接判讀法 |
| 根據(jù)遙感影像目視判讀直接標(biāo)志，直接確定目標(biāo)地物屬性與范圍的一種方法。 |
| (2)對比分析法 |
| 包括同類地物對比分析法、空間對比分析法和時相動態(tài)對比法。 |
| l 同類地物對比分析法:在同一景遙感影像上，由已知地物推出未知目標(biāo)地物的方法。 |
| l 空間對比分析法:由已知熟悉影像區(qū)域?yàn)橐罁?jù)判讀未知區(qū)域影像的一種方法。 |
| l 時相動態(tài)對比法:利用同一地區(qū)不同時間成像的遙感影像加以對比分析，了解同一目 |
| 標(biāo)地物動態(tài)變化。 |
| (3)信息復(fù)合法 |
| 利用透明專題圖或地形圖與遙感圖像重合，根據(jù)專題圖或地形圖提供的多種輔助信息，識別遙感圖像上目標(biāo)地物的方法。 |
| (4)綜合推理法 |
| 綜合考慮遙感圖像多種解譯特征，結(jié)合生活常識，分析、推斷某種目標(biāo)地物的方法。 |
| (5)地理相關(guān)分析法 |
| 根據(jù)地理環(huán)境中各種地理要素之間的相互依存，相互制約的關(guān)系，借助專業(yè)知識，分析推斷某種地理要素性質(zhì)、類型、狀況與分布的方法。 |
| 3）目視解譯步驟 |
| l 目視解譯準(zhǔn)備工作階段 |
| 明確解譯任務(wù)與要求； |
| 收集與分析有關(guān)資料； |
| 選擇合適波段與恰當(dāng)時相的遙感影像。 |
| l 初步解譯與判讀區(qū)的野外考察 |
| l 室內(nèi)詳細(xì)判讀 |
| l 野外驗(yàn)證與補(bǔ)判 |
| l 目視解譯成果的轉(zhuǎn)繪與制圖 |
| 六. 遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)解譯 |
| 1. 遙感數(shù)字圖像的計(jì)算機(jī)（自動識別）分類 |
| 遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯的主要目地是將遙感圖像的地學(xué)信息獲取發(fā)展為計(jì)算機(jī)支持下的遙感圖像智能化識別，其最終目地是實(shí)現(xiàn)遙感圖像理解。其基礎(chǔ)工作就是遙感數(shù)字圖像的分類。 |
| 遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類方法包括監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類。 |
| l 監(jiān)督分類：事先有類別的先驗(yàn)知識，根據(jù)先驗(yàn)知識選擇訓(xùn)練樣本，由訓(xùn)練樣本得到分類準(zhǔn)則。 |
| 監(jiān)督分類中常用的具體分類方法包括： |
| ①最小距離分類法：classifier）：用特征空間中的距離表示像元數(shù)據(jù)和分類類別特征的相似程度，在距離最小時（相似度最大）的類別上對像元數(shù)據(jù)進(jìn)行分類的方法。 |
| ②多級切割分類法：根據(jù)設(shè)定在各軸上的值域,分割多維特征空間的分類方法。 |
| ③特征曲線窗口法：特征曲線：地物光譜特征參數(shù)構(gòu)成的曲線。以特征曲線為中心取一個條帶，構(gòu)造一個窗口，凡是落在此窗口范圍內(nèi)的地物即被認(rèn)為是一類，反之則不屬于該類。 |
| ④最大似然比分類法：求出像元數(shù)據(jù)對于各類別的似然度（likelihood），把該像元分到似然度最大的類別中去的方法。 |
| l 非監(jiān)督分類：事先沒有類別的先驗(yàn)知識，純粹根據(jù)圖像數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征和點(diǎn)群分布情況，根據(jù)相似性程度自動進(jìn)行歸類，最后再確定每一類的地理屬性。 |
| 非監(jiān)督分類的常用方法： |
| ①分級集群法：分級集群法采用“距離”評價每個像元在空間分布的相似程度，把它們的分布分割或者合并成不同的集群。每個集群的地理意義需要根據(jù)地面調(diào)查或者與已知類型的數(shù)據(jù)比較后方可確定。 |
| ②動態(tài)聚類法：在初始狀態(tài)給出圖像粗糙的分類，然后基于一定原則在類別間重新組合樣本，直到分類比較合理為止，這種聚類方法就是動態(tài)聚類。 |
| 2. 智能化識別分類的發(fā)展趨勢 |
| 1)提取遙感圖像多種特征并綜合利用這些特征進(jìn)行識別。提取穩(wěn)定、有效的特征是提高遙感圖像自動解譯精度的關(guān)鍵。遙感圖像特征:圖像色調(diào)、顏色、形狀、大小、紋理、圖型、陰影、位置和相關(guān)布局。 |
| 2）利用GIS數(shù)據(jù)減少自動解譯中的不確定性 |
| GIS專題數(shù)據(jù)庫可以在計(jì)算機(jī)自動解譯中發(fā)揮以下重要作用： |
| l 對遙感圖像進(jìn)行輻射改正，消除或降低地形差異的影響 |
| l 作為解譯的直接證據(jù)，增加遙感圖像的信息量 |
| l 作為解譯的輔助證據(jù)，減少自動解譯中的不確定性 |
| l 作為解譯結(jié)果的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，降低誤判率 |
| 3）建立適用于遙感圖像自動解譯的專家系統(tǒng)，提高自動解譯的靈活性 |
| 從目前狀況看，建立適用于遙感圖像自動解譯的專家系統(tǒng)，需要從以下方面開展工作： |
| l 建立解譯知識庫和背景知識庫。 |
| l 根據(jù)遙感圖像解譯的特點(diǎn)來構(gòu)造專家系統(tǒng)。 |
| 4）模式識別與專家系統(tǒng)相結(jié)合 |
| 專家系統(tǒng)和模式識別方法相結(jié)合，可以發(fā)揮圖像解譯專家知識的指導(dǎo)作用，在一定程度上為模式識別提供經(jīng)驗(yàn)性的知識，又可以利用數(shù)字遙感圖像本身提供的特征，有助于提高計(jì)算機(jī)解譯的靈活性。 |
| 概括說來，遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯具有探索性強(qiáng)，涉及的技術(shù)領(lǐng)域廣，技術(shù)難度大等特點(diǎn)，需要采用模式識別、遙感圖像處理、地理信息系統(tǒng)與人工智能（包括專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）等多種技術(shù)綜合研究。 |
| 七. 遙感技術(shù)應(yīng)用 |
| 1. 資源調(diào)查與管理 |
| 1）水體遙感 |
| 水體遙感主要任務(wù):通過遙感影像分析,獲得水體的分布、泥沙、有機(jī)質(zhì)等狀況和水深、水溫等要素的信息，對一個地區(qū)的水資源和水環(huán)境等作出評價，為水利、交通、航運(yùn)及資源環(huán)境等部門提供決策服務(wù)。 |
| ①水體光譜特性 |
| 遙感器所接收到的輻射:水面反射光、懸浮物反射光、水底反射光和天空散射光。 |
| ②水體界限確定 |
| 水體反射率總體較低（4%～5%），并隨波長的增大逐漸降低，0.6um處約2%～3%，過了0.75um，水體幾乎成為全吸收體。在近紅外的遙感影像:清澈的水體呈黑色。區(qū)分水陸界線，應(yīng)選擇近紅外波段的影像。 |
| ③水體懸浮物的確定--泥沙 |
| l 渾濁水體的反射波譜曲線整體高于清水隨著懸浮泥沙濃度的增加，差別加大； |
| l 波譜反射峰值向長波方向移動（“紅移”）。清水0.75um反射率接近零，而含有泥沙的 |
| 渾濁水0.93um反射率才接近于零； |
| ④水體懸浮物的確定—葉綠素 |
| 水體葉綠素濃度增加，藍(lán)光波段的反射率下降，綠光波段的反射率增高； |
| 水面葉綠素和浮游生物濃度高時，近紅外波段仍存在一定的反射率，該波段影像 |
| 中水體不呈黑色，而呈灰色甚至淺灰色 |
| 2）植被遙感 |
| 在高分辨率遙感影像上，不僅可以利用植物的光譜來區(qū)分植被類型，而且可以直接看到植物頂部和部分側(cè)面的形狀、陰影、群落結(jié)構(gòu)等，可比較直接地確定喬木、灌木、草地等類型，還可以分出次一級的類型。 |
| 健康的綠色植物具有典型的光譜特征。植物生長狀況發(fā)生變化，波譜曲線形態(tài)也會改變。 |
| 3）土壤遙感 |
| 通過遙感影像的解譯，識別和劃分出土壤類型，制作土壤圖，分析土壤的分布規(guī)律，為改良土壤、合理利用土壤服務(wù)。 |
| 在地面植被稀少情況下，土壤的反射曲線與其機(jī)械組成和顏色密切相關(guān)。顏色淺的土壤具有較高的反射率，顏色較深的土壤反射率較低。在干燥條件下同樣物質(zhì)組成的細(xì)顆粒的土 |
| 壤，表面平滑且具有較高反射率，而較粗的顆粒具有相對較低的反射率。 |
| 土壤水的含量增加，會使反射率曲線平移下降，并有兩個明顯的水分吸收谷。當(dāng)土壤水超過最大毛管持水量時，土壤的反射光譜不再降低。 |
