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能量。
主要是太阳辐射能量,也有地物发射的辐射能量。
在大气中传播。
太阳辐射能量通过大气层,部分被散射和吸收,部分到达地面。
到达地面的能量与地物相互作用。
不同波长的能量到达地面后,被选择性吸收、反射、投射和折射。
再次在大气中传播。
地表发射或反射的能量通过大气传播,到达传感器。
(2)信息的获取
遥感通过不同的遥感平台采集数据。
(3)信息的传输与记录
遥感仪器所记录的地表反射、发射电磁波谱特征主要有两种形式:
一是模拟图像,二是数字图像数据,两者可以相互转换。
(4)信息处理
这一阶段对采集的遥感数据进行各种处理以获得目标信息,包括数据收集、数据管理、辐射校正、几何校正、数据压缩、数据存储与提取。
(5)信息的应用
遥感数据的最终目的在于应用,如土地遥感,植被遥感,水体和海洋遥感,环境遥感等等
第二章遥感物理基础
1、电磁波谱:
按电磁波在真空中波长或频率依次递增或递减顺序划分成波段,排列成谱,即为电磁波谱。
2、地物光谱发射特性曲线:
以光谱发射率ελ为纵轴,以波长λ为横轴,将ελ与λ的对应关系在平面直角坐标系中绘制成的曲线。
3、地物反射光谱曲线:
将地物的光谱反射率与波长的关系在平面直角坐标系中绘制成的曲线。
4、基尔霍夫定律:
在任一给定温度下,辐射通量密度与吸收率之比对任一物体都是一常数,并等于该温度下黑体的辐射通量密度。
5、大气窗口:
电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的透过率较高的波段。
6、辐射通量:
单位时间内通过某一面积的辐射能量。
7、辐射通量密度:
单位时间内通过单位面积的辐射能量。
8、辐射出射度:
辐射源物体表面单位面积上的辐射通量。
9、辐照度:
被辐射物体表面单位面积上的辐射通量。
二、填空
1、电磁波是典型的横波。
2、电磁波谱波长由短到长依次为:
γ射线、Χ射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波。
3、近红外光谱区能量主要来自太阳辐射;
所以近红外遥感只能在白天成像;
中红外能量来自太阳辐射和地物辐射;
热红外能量来自地物辐射。
4、地物反射类别:
镜面反射、漫反射、方向反射。
5、对电磁波传输过程的影响包括:
散射、吸收、扰动、折射、偏振五个方面,而对于遥感数据来说,主要因素是散射和折射。
6、见光波段,引起电磁波衰减的主要原因是分子散射,在紫外、红外、微波区,引起电磁波衰减的主要原因是大气吸收。
7、大气散射的三种情况:
瑞利散射、米氏散射、无选择性散射。
8、遥感技术主要建立在物体反射或发生电磁波的原理上。
9、入射到物体表面的电磁波与物体之间发生三种作用:
反射、吸收、和投射。
三、简答题
简述普朗克公式所蕴含的意义?
1、什么是地物反射波普曲线?
简述植被波谱曲线特征,并做出植被的反射波谱曲线。
答:
(1)将地物的光谱反射率与波长的关系在平面直角坐标系中绘制成的曲线即为地物反射波普曲线。
(2)植被波谱曲线特征
、在可见光波段0.55um(绿光)附近有反射率10%—20%的一个波峰。
两侧0.45um(蓝光)和0.67um(红光)则有两个吸收带。
(这是由于叶绿素对蓝光和红光强吸收作用,而对绿光强发射作用造成的。
)
B、在近红外波段0.8um—1.0um间有个反射的陡坡,在1.1um附近有一峰值。
形成植被独有的特征。
(这是由于植被叶片细胞结构的影响,除了吸收和投射的部分,形成高反射率.)
C、在短波红外波段1.3um—2.5um间反射率大大下降,在1.45um1.95um处形成低谷。
(这是由于绿色植物含水量的影响,吸收,率增大,在1.45um1.95um为中心是水的吸收带。
2、简述大气窗口的光谱段及其作用
大气窗口的光谱段主要有:
A、0.30um—1.15um,通常叫做短波,包括全部可见光波段、部分紫外波段、和部分近红外波段,是遥感技术应用最主要的窗口之一。
该窗口的光谱主要反映地物对太阳光的反射,通常采用摄影或扫描的方式在白天感测、收集目标信息成像。
B、1.3um—2.5um属于近红外波段。
其中1.55um—1.75um透过率较高,白天夜间都可以成像,是以扫描方式感测、收集目标信,主要用于地质遥感
C、3.5um—5.0um属于中红外波段,用来探测高温物体,如深林火灾、火上、核爆炸等。
D、8um—14um,属于热红外波段,此窗口是常温下地物热辐射能量最集中的波段,所探测的信息主要地物的发放率及温度。
E、1.0mm—1m,属于微波段,微波能穿透云层、植被及一定厚度的冰具有全天候的工作能力。
3、论述电磁波到地面并返回到传感器中发生的物理现象。
由于大气分子和大气层中气溶胶粒子的影响,太阳辐射的电磁波在大层中传输时,一部分被吸收、一部分被散射、一部分被折射、一部分被反射,还有部分发生了扰动和偏振现象,下面讨论电磁波到地面并返回到传感器中发生的主要物理现象。
(1)、大气的吸收作用
太阳辐射透过大气层时,大气分子对电磁波的某些波段有吸收作用,吸收作用使辐射能量转化为分子的内能,从而引起这段太阳辐射强度的衰减,因此在太阳辐射到达地面时,形成了电磁波的某些缺失带,大气中对太阳辐射的主要吸收体是水蒸气、二氧化碳、和臭氧。
臭氧主要吸收0.3um以下的紫外区的电磁波,对其他波段吸收较弱。
二氧化碳主要吸收带为2.60um—2.80um,15um—1m,全在红外区。
水蒸气吸收带主要在0.70um—1.95um间。
氧气对微波某些波段也有吸收作用,
(2)大气的散射作用
电磁笔在传播过程中遇到小微粒使传播方向发生改变向各个方向散开,称为散射。
大气散射有以下三种情况。
瑞利散射
当大气中微粒的半径比波长小得多时发生的散射叫瑞利散射。
这种散射主要由大气中的原子和分子(氮、二氧化碳等)引起。
对可见光而言,瑞利散射特别明显。
这种散射强度与波长的四次方成反比。
米氏散射
当大气中微粒的半径与波长相当时发生的散射叫米氏散射。
这种散射主要由大气中的微粒(烟、尘埃等)引起。
潮湿天气米氏散射影响较大。
这种散射强度与波长的二次方成反比。
无选择性散射
当大气中微粒的半径比波长大得多时发生的散射叫无选择性散射,这种散射的特点是散射强度与波长无关。
也就说在符合无选择性散射条件的波段中,任何波长的散射强度都相同。
(3)大气的折射
无线电波在大气层中传播时,由于在各层中的传播速度变化而产生的效应称为大气折射。
大气折射率与大气密度有关,密度越大折射率越大
(4)大气的反射
电磁波在传播过程中,若通过两种介质的交界面,会出现反射现象。
气体、尘埃的散射作用很小,反射现象主要发生在云层顶部,大气反射物质中云最为重要,其反射强度随云状、云厚而不同。
第三者遥感传感器与信息获取
1、像片的比例尺:
像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。
2、像点位移:
根据中心投影原理,无论是带有起伏状态的地形,或是高出地面的任何物体,反映到空中的照片上的像点与其平面位置相比,一般都会产生位置的移动,这种像点位置的移动,叫做像点位移。
3、距离分辨率:
是在脉冲发射的方向上,能分辨两个目标的最小距离。
4、方位分辨率:
是指相邻两束脉冲之间能分辨两个目标的最小距离。
5、空间分辨率:
是指象素所代表的地面范围的大小,即扫描仪的瞬时视场或地面物体能分辨的最小单元。
6、微波遥感:
是通过微波传感器获取从目标地物反射或反射的微波辐射,经过判读处理来识别地物的技术。
7、波谱分辨率:
是指传感器在接收目标辐射的波谱时所能分辨的最小波长间隔
8、辐射分辨率:
是指传感器接收波谱信号时,能分辨的最小辐射度差
9、时间分辨率:
是指对同一地点进行遥感重复采样的时间间隔,即采样的时间频率,也称重访周期。
1、传感器按电磁波辐射来源不同分为主动传感器和被动传感器。
5、传感器按传感器的成像原理和所获取图像的性质不同,分为摄影类传感器、扫描类传感器和雷达。
6、传感器按传感器是否获取图像可分为图像方式传感器和非图像方式传感器。
7、传感器的基本组成:
收集器、探测器、处理器、输出器。
8、三原色:
红色、绿色、蓝色。
9、若两种颜色混合产生白色或灰色,这两种颜色就称为互补色。
如黄色和蓝色,红色和青色,绿色和品红色均为互补色。
10、MSS由24个探测器,分4个波段;
TM有100个探测器,分7个波段。
11、雷达按发射波源分:
红外雷达,激光雷达。
12、雷达按工作方式分:
成像雷达、非成像雷达。
13、遥感图像的特征:
几何特征、物理特征、时间特征,这三方面特征的表现参数为:
空间分辨率、波谱分辨率、辐射分辨率、时间分辨率。
三、简答题
1、中心投影与垂直投影的区别
(1)投影距离的影响。
垂直投影图像的缩小和放大与投影距离无关,并有统一的比例尺。
中心投影则受投影距离的影响,像片比例尺与平台高度H和焦距f有关。
(2)投影面倾斜的影响:
垂直投影的影像仅表现为比例尺有所放大,像点相对位置保持不变;
中心投影影像比例尺关系有显著变化,各点的相对位置和形状不再保持原来的样子。
(3)地形起伏的影响:
垂直投影,随地面起伏变化,投影点之间的距离随地面实际水平距离成比例尺缩小,相对位置不变。
中心投影时,地面起伏越大,像上投影点水平位置的位移量就越大。
2、什么是像点位移,像点位移的公式是怎样推导的,其规律如何?
(1)像点位移:
根据中心投影原理,无论是带有起伏状态的地形,或是高出地面的任何物体,反映到空中的照片上的像点与其平面位置相比,一般都会产生位置的移动,这种像点位置的移动,叫像点位移。
(3)位移量(投影差)规律:
A、位移量与地形高差h成正比,即高差越大引起的像点位移量越大。
B、象主点的距离r成正比,即距主点越远像点位移量越大,像片中心部分位移量较小,象主点处无位移。
C、量与航高成反比。
即拍摄高度越大,因地表起伏引起的位移量越小。
3、CCD自身的优点有哪些?
其与扫帚式扫描相比优点体现在哪里?
(1)自扫描,感受波谱范围宽,畸变小,体积小,重量轻,系统噪声低,动耗小,寿命长,可靠性高等一系列优点,并可做成继承度非常高的组合件。
(2)
线性阵列给每个探测器提供了在测量每个地面分辨单元的能量时有更长的延迟时间的机会,这样就能够记录更强的信号,并且在信号水平上能够感测到更大范围内的信号,从而得到更好的辐射分辨率.
结构上可靠性高,因为没有光机扫描仪的机械运动部分.
4、什么是微波遥感,它有什么特点?
(1)微波遥感是通过微波传感器获取从目标地物反射或反射的微波辐射,经过判读处理来识别地物的技术。
微波遥感在大气中衰减较少,对云层、雨区穿透能力较强,基本不受烟、云、雨、雾的限制,所以能全天侯、全天时工作。
对某些地物具有特殊的波谱特征
对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力
微波遥感对海水特别敏感,其波长适于海面动态情况,对海洋遥感有特殊的意义。
分辨率较低,但特性明显
第四章遥感图像处理基础
1、目视解译:
指专业人员通过直接观察或借助辅助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。
2、遥感图像计算机处理:
又称遥感图像数字处理,它以计算机系统为支撑环境,利用模式识别技术与人工智能技术相结合,根据遥感图像中目标地物的各种影像特征,结合专家知识库中目标地物的解译经验和成像规律等知识进行分析和整理,实现对遥感图像的理解,完成对遥感图像的解译。
3、同物异谱:
同一物体或性质相同的物体在不同条件(或相同条件)下具有不同的反射率,表现出不同色调。
4、同谱异物:
不同地物可能具有相同或相似的光谱特征。
5、目视解译方法:
是指根据遥感影像目视解译标志和解译经验,识别地物的办法和技巧。
6、直方图:
以统计图的形式表示图像亮度值与像元数之间的关系。
在二维坐标系中,横坐标代表图像中像元的亮度值,纵坐标代表每一亮度或亮度间隔的像元数占总像元数的百分比。
二、填空
1、遥感图像处理主要包括光学处理和目视解译。
2、目标地物特征可以概括为色(色调、颜色、阴影)、形(形状、纹理、大小、图形)、位(空间位置、相关布局)三大类。
3、目视解译常用的方法:
直接判读法、对比分析法(同类地物对比分析法、空间对比分析法、时相动态对比法)、信息复合法、综合推理法、地理相关分析法。
4、图像的表示形式有模拟图像和数字图像两种。
5、遥感数字图像最基本的单位是像素。
6、遥感图像的存储的格式有:
BSQ、BIP、BIL。
三、简答
1、目标地物的特征
(1)色:
指目标地物在遥感影像上的颜色
色调:
色调标志是识别地物的基本依据,依据色调标志可以区分出目标地物。
颜色:
是地物在不同波段中反射或发生电磁辐射能量的综合反映。
是彩色遥感图像目标地物识别的主要标志。
阴影:
是遥感图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子,根据阴影形状、大小可判读目标地物的形状或高度。
(2)形:
指目标地物在遥感影像上的形状
形状:
是目标地物在遥感影像上的尾部轮廓。
纹理:
指遥感影像上目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构,是区别地物属性的重要依据。
大小:
指遥感影像上目标地物的形状、面积、与体积的度量,是遥感影像上测量目标地物的数据特征之一。
图形:
目标地物有规律地排列而成的图形结构。
(3)位:
指目标地物在遥感影像上的空间位置
位置:
指目标地物的分布地点。
相关布局;
指多个目标地物之间的空间配置关系,依据空间的布局可以推断目标地物的属性。
2、简述目视解译的几种方法
(1)直接判读法:
是根据遥感影像目视判读直接标志,直接确定目标地物属性与范围的一种方法
(2)对比分析法:
包括同类地物对比分析法、空间对比分析法、时相动态对比法。
(3)信息复合法:
利用透明专题图或者透明地形图与遥感图像重合,根据专题图或地形图提供的多种辅助信息,识别遥感图像上目标地物的方法
(4)综合推理法:
综合考虑遥感图像多种解译特征,结合生活常识,分析,推断某种目标地物的方法。
(5)地理相关分析法:
根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存、相互制约的关系,借助专业知识,分析推断某种地理要素性质、类型、状况和分布的方法。
3、简述目视解译步骤
(1)目视解译准备工作阶段:
包括明确解译的任务和要求;
收集与分析有关资料;
选择合适波段与恰当时的遥感影像。
(2)初步解译与判读区野外考察:
掌握解译区域的特点,确定典型解译样区,建立目视解译标志,探索解译方法,为全面目视解译奠定基础。
(3)基于遥感图像判读标志的室内详细判读
(4)野外验证
(5)疑难问题的补判
(6)目视解译成果转绘与制图
4、什么是直方图?
直方图有何性质?
(1)直方图:
(2)直方图的性质
反映了图像中灰度分布规律
任何一副特定的图像都有唯一的直方图与之对应,但不同的图像可以有相同的直方图。
如果一副图像有两个或两个以上不相连的区域组成,并且每个区域的直方图已知,则正副图像是该两个区域的直方图之和。
第五章遥感数字图像预处理
1、程辐射:
相当部分的散射光通过大气直接进入传感器,这部分散射被称为程辐射。
2、对比度变换:
是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度,从而改善图像质量的图像处理方法。
3、空间滤波:
通过像元与其周围相邻像元的关系,采用空间域中的领域处理方法,叫做空间滤波。
4、真彩色合成:
如果彩色合成中选择的波长与红绿蓝的波长相同或近似,那么得到的图像的颜色与真彩色近似,这种合成方法称为真彩色合成
5、伪彩色合成:
是把单波段灰度图像中的不同灰度级按特定的函数关系变换成彩色,然后进行彩色图像显示的方法。
6、假彩色合成:
对于多波段遥感图像,任意选择其中的3个波段,分别赋予红、绿、蓝三种原色,由于三原色波段的选择是根据增强目的确定的,与原来波段的真实颜色不同,所合成的彩色图像并不表示地物真实的颜色,因此,这种合成方法称为假彩色合成。
7、植被指数:
根据植被光谱反射率的差异作比值运算可以突出图像中植被的特征,提取植被类别或估算绿色生物量,通常把这种能够提取植被信息的算法称为植被指数。
8、多光谱特征空间:
所谓多光谱空间就是一个n维坐标系,每一个坐标轴代表一个波段,坐标值为亮度值,坐标系内的每一个点代表一个像元。
1、几何校正种类包括粗校正和精校正。
2、灰度值重采样的三种方法:
最近邻法、双线性插值法、三次卷积法。
3、引起辐射畸变的两个原因:
一是传感器仪器本身产生的误差;
二是大气对辐射的影响。
、
3、消除程辐射的两种方法:
直方图最小值去除法、回归分析法。
4、空间域滤波增强的两种方法:
平滑和锐化。
5、彩色变换一般有三种:
伪彩色密度分割、假彩色合成、IHS变换。
6、标准假彩色合成方案:
绿波段赋予蓝色,红波段赋予绿色,近红外波段赋予红色。
7、常用的三种植被指数:
比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)、差值植被指数(DVI)
1、简述几何校正的一般过程。
(1)选择控制点:
在遥感图像上选择同名控制点位置,以建立图像与地面坐标系统之间的投影关系。
(2)建立整体映射函数:
根据图像的几何畸变性质及地面控制点的多少来确定校正数学模型,建立起图像与地面坐标系统之间的空间变换关系。
(3)校正模型求解:
根据地面控制点和对应像点的坐标进行平差计算变换参数,评定精度,并对原始图像进行几何变换计算,
(4)像元亮度值重采样:
为了使校正后的输出图像像元与输入的未校正图像相对应,根据确定校正公式,对输入图像的数据重新排列。
2、简述控制点的选取的原则
(1)控制点选取涉及两个方面的原则:
一是数目确定,控制点数目的最低限是按未知系数的所少来确定的。
N次多项式控制点的最少数目为(n+1)(n+2)/2。
实际工作中,在条件允许的情况下,控制点数最好是大于最低数很多。
二是选取原则,控制点应选取在图像上易分辩且较精细的点上;
特征变化大的地区多选;
图像边缘一定要选取;
尽可能满幅选取。
3、什么叫程辐射,怎样消除程辐射。
(1)程辐射:
(2)一般有两种方法来纠正程辐射。
直方图最小值去除法
具体校正方法,首先确定条件满足,即该图像上确有辐射亮度或反射亮度应为0的地区,则亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。
校正时,将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值。
使图像亮度动态范围得到改善,对比度增强,从而提高图像质量。
回归分析法
假定某红外波段,存在程辐射为主的大气影响,且亮度增值最小,接近于零,设为波段a.现在需要找到其他波段相应的最小值,这个值一定要比a波段的最小值大一些,设为波段b,分别以a,b波段的像元值为坐标,做二维光谱空间,两个波段中对应的像元在坐标系内用一个点表示。
4、伪彩色密度分割与假彩色合成有什么区别?
怎样实现标准假彩色的合成?
(1)假彩色与伪彩色合成的不同之处:
A、合成使用的数据是多波段图像,而伪彩色合成用的数据是单波段图像;
B、色合成的彩色图像并不表示地物真实的颜色,伪彩色合成的彩色图像中的彩色是人为赋予的,与地物的真实颜色毫无关系。
(2)标准假彩色合成方案:
5、简述遥感图像各种运算的目的
(1)加法运算主要用于对同一区域不同时段的图像求平均,这样可减少图像加性随即噪声,或者获取特定的平均统计特征。
(2)图像的差值运算有利于目标与背景反差较小的信息提取;
还常用于同一地区不同时相的动态变化研究。
(3)乘法运算可用来可遮掉图像的某些部分。
(4)比值运算可以检测波段的斜率信息并加以扩展,以突出不同波段间地物光谱的差异,提高对比度。
比值运算对去除地形影响非常有效。
6、简述K-L变换的特点和作用
(1)特点:
A.从几何意义来看,变换后的主分量空间坐标系与变换前的多光谱空间坐标系相比旋转了一个角度。
而且新的坐标系的坐标轴一定指向数据信息量较大的方向。
B.从变换后的新波段主分量而言,它们所包括的信息量不同,呈逐渐减少的趋势。
(2)作用:
数据压缩:
进行K-L变换后,第一或前二或前三个主分量已包含绝大多数的地物信息,足够分析使用,同时数据量大大减少。
如果只取前三个主分量,数据量可以减少到43%
图像增强:
K-L变换后的前几个主分量,信噪比大,噪声相对小,因此突出了主要信息,达到了增强图像的目的。
分类前预处理:
多波段图像的每个波段并不都是分类最好的信息源,因而分类前的一项重要工作就是特征选择,即减少分类的波段数以便提高分类效果。
四、计算题
4
3
7
6
8
2
15
9
5
13
10
12
11
14
1、右图为数字图像,亮度普遍在10以下,只有两个像元出现15的高亮度(“噪声”)
(1)采用均值滤波,用3*3的窗口,求出新的图像
(2)采用中值滤波,用3*3的窗口,求出新的图像
注意:
计算前原图像的左右上下各加一行或一列,亮度与相邻亮度值相同,然后计算。
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