遥感概论复习思考题参考答案Word文档格式.docx
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黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与黑体绝对温度T成反比:
λmax・T=b,b为常数,b=2.898*10‾3m・K。
随着温度的升高,辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。
四.可见光的波长范围?
0.38-0.76μm,鉴别物质特征的主要波段;
是遥感最常用的波段。
五.试述大气对太阳辐射的衰减作用。
大气对辐射的吸收作用:
太阳辐射穿过大气层时,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变为分子的内能,从而引起这些波段太阳辐射强度的衰减,甚至某些波段的电磁波完全不能通过大气。
因此在太阳辐射到达地面时,形成了电磁波的某些缺失带。
出每种分子形成吸收带的位置,分别讨论水的吸收带、二氧化碳的吸收峰、臭氧吸收带和氧气主要吸收带。
此外大气中的其他微粒虽然也有吸收作用,但不起主导作用。
大气散射:
辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变,并向各个方向散开,称散射。
散射使原传播方向的辐射强度减弱,而增加向其他各方向的辐射。
尽管强度不大,但从遥感数据角度分析,太阳辐射在照到地面又反射到传感器的过程中,二次通过大气,在照射地面时,由于散射增加了漫入射的成分,使反射的辐射成分有所改变。
返回传感器时,除反射光外还增加了散射光进入传感器。
通过二次影响增加了信号中的噪声成分,造成遥感图像的质量下降。
散射现象的实质是电磁波在传输中遇到大气微粒而产生的一种衍射现象。
因此,这种现象只有当大气中的分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
大气散射有三种情况:
瑞利散射:
大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射。
这种散射主要由大气中的原子和分子,如氮、二氧化碳,臭氧和氧分子等引起。
特别是对可见光而言,瑞利散射现象非常明显,因为这种散射的特点是散射强度与波长的四次方成反比,即波长越长,散射越弱。
米氏散射:
当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。
这种散射主要由大气中的微粒,如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。
米氏散射的散射强度与波长的二次方成反比,云雾的粒子大小与红外线的波长接近,所以云雾对红外线的散射主要是米氏散。
潮湿天气米氏散射影响较大。
无选择性散射:
当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射。
这种散射的特点是散射强度与波长无关,也就是说,在符合无选择性散射的条件的波段中,任何波长的散射强度相同。
如云、雾粒子直径虽然与红外线波长接近,但相比可见光波段,云雾中水滴的粒子直径就比波长大很多,因而对可见光中各个波长的光散射强度相同,所以人们看到云雾呈白色,并且无论从云下还是乘飞机从云层上面看,都是白色。
散射造成太阳辐射的衰减,但是散射强度遵循的规律与波长密切相关。
而太阳的电磁波辐射几乎包括电磁辐射的各个波段。
因此,在大气状况相同时,同时会出现各种类型的散射。
对于大气分子、原子引起的瑞利散射主要发生在可见光和近红外波段。
对于大气微粒引起的米氏散射从近紫外到红外波段都有影响,当波长进入红外波段后,米氏散射的影响超过瑞利散射。
大气云层中,小雨滴的直径相对其他微粒最大,对可见光只有无选择性散射发生,云层越厚,散射越强,而对微波来说,微波波长比粒子的直径大得多,则又属于瑞利散射的类型,散射强度与波长四次方成反比,波长越长散射强度越小,所以微波才可能有最小散射,最大透射,而被称为具有穿云透雾的能力。
六.阐述辐照度辐射出射度和辐射亮度的物理意义,其共同点和区别是什么?
辐射亮度(L):
假定有一辐射源呈面状,向外辐射的强度随辐射方向而不同,则L定义为辐射源在某一方向,单位投影表面,单位立体角内的辐射通量,即L=Ф/Ω(Acosθ),L的单位:
W/(sr・m²
)。
辐射源向外辐射电磁波时,L往往随θ角而改变。
也就是说,接受辐射的观察者以不同θ角观察辐射源时,L值不同。
共同点:
辐照度(I)与辐射出射度(M)辐射亮度(L)都是描述辐射测量的概念。
区别:
辐照度(I)与辐射出射度(M)都是辐射通量密度的概念,描述的是辐射量的大小,不过I为物体接收的辐射,M为物体发出的辐射。
辐射亮度(L)描述的是辐射量的强弱。
为单位立体角内的辐射通量,L随θ角的改变而改变。
七.大气的散射现象有几种类型?
根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别,说明为什么微波具有穿云透雾能力而可见光不能?
当微粒的直径比辐射波长小得多时,此时的散射称为瑞利散射。
散射率与波长的四次方成反比,因此,瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。
紫外线是红光散射的30倍,0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。
瑞利散射对可见光的影响较大,对红外辐射的影响很小,对微波的影响可以不计。
当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。
云、雾的粒子大小与红外线的波长接近,所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。
潮湿天空米氏散射影响较大。
当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。
符合无选择性散射条件的波段中,任何波段的散射强度相同。
水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。
对于大气分子、原子引起的瑞利散射主要发生在可见光和近红外波段。
对于大气微粒引起的米氏散射从近紫外到红外波段都有影响。
大气云层中,小雨滴的直径相对其它微粒最大,对可见光只有无选择性散射发生,云层越厚,散射越强,而对微波来说微波波长比粒子直径大得多,则又属于瑞利散射的类型,散射强度与波长的四次方成反比,波长越长散射强度越小,所以微波才可能有最小散射,最大透射,而被称为具有穿云透雾的能力。
八.对照书内卫星传感器表中所列波段区间和大气窗口的波段区间,理解大气窗口对于遥感探测的重要意义。
九.综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回到遥感传感器这一整个过程中所发生的物理现象。
物理过程:
能源:
太阳辐射能
↓
大气传输:
部分被大气中微粒散射和吸收而衰减。
波长位于大气窗口的能量才能通过大气层,并经大气衰减后到达地表
与地表相互作用:
不同波长的能量到达地表后,被选择性反射,吸收,透射,折射。
再次通过大气层:
包含不同地表特征波谱响应的能量,再次经大气吸收,散射衰减。
不仅使传感器接收的地面辐射强度减弱,而且由于散射产生天空散射光使遥感影像反差降低并引起遥感数据的辐射,几何畸变,图像模糊,直接影像到图像的清晰度,质量和解译精度。
遥感系统:
通过遥感系统记录辐射值。
第三章
一.像点位移与投影误差
在中心投影的像片上,地形的起伏除引起像片比例尺变化外,还会引起平面上的点位在像片上的位置移动,这种现象称为像点位移。
其位移量就是中心投影与垂直投影在同一水平面上的“投影误差”
(1)位移量与地形高差成正比,即高差越大引起的像点位移量也越大。
当高差为正时,像点位移为正,是背离像主点方移动;
高差为负时,像点位移为负,是朝向像主点方向移动。
(2)位移量与像点距像主点的距离成正比,即距像主点越远的像点位移量越大,像片中心部分位移量较小。
像主点无位移。
(3)位移量与摄影高度(航高)成反比。
即摄影高度越大,因地表起伏的位移量越小。
二.中心投影与垂直投影的区别是什么?
a.投影距离的影响
正射投影:
比例尺和投影距离无关
中心投影:
焦距固定,航高改变,其比例尺也随之改变
b.投影面倾斜的影响
表现为比例尺的放大
若投影面倾斜,航片各部分的比例尺不同
c.地形起伏的影响
地形起伏对正射投影无影响
对中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同
三.微波传感器的空间分辨率与可见光至红外遥感的空间分辨率有何区别?
答:
可见光至红外遥感的的传感器主要是摄影机、光机扫描仪和CCD,其空间分辨率在平行于飞行方向和垂直于飞行的方向是相同的
而微波传感器的空间分辨率在平行于飞行方向和垂直于飞行的方向是不同的,分别表示为方位分辨率和距离分辨率
方位分辨率(平行于飞行方向):
相邻两束脉冲之间,能够分辨两个目标的最小距离。
与波瓣角(β)有关.
D是天线孔径。
Pa=(入/D)/R,发射波长越短、天线孔径越大、距离目标地物越近,则方位分辨力越高。
但是,发射波长越短,穿透大气的能力越差。
要提高方位分辨力,只有加大天线孔径、缩短探测距离和工作波长。
距离分辨力(垂直于飞行的方向):
脉冲发射方向上。
能够分辨两个目标的最小距离。
俯角越大,距离分辨力越低;
俯角越小,距离分辨力越大。
要提高距离分辨力,必须降低脉冲宽度。
但脉冲宽度过低则反射功率下降,实际应用采用脉冲压缩的方法。
四.主要遥感平台是什么,各有何特点?
地面平台(0~50m):
三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等与地面接触的平台称为地面平台或近地面平台。
它通过地物光谱仪或传感器来对地面进行近距离遥感,测定各种地物的波谱特性及影像的实验研究。
1)三角架:
0.75-2.0米;
对测定各种地物的波谱特性和进行地面摄影。
2)遥感塔:
固定地面平台;
用于测定固定目标和进行动态监测;
高度在6米左右。
3)遥感车、船:
高度的变化;
测定地物波谱特性、取得地面图像;
遥感船除了从空中对水面进行遥感外,可以对海底进行遥感。
航空平台:
包括飞机和气球。
飞机按高度可以分为低空平台、中空平台和高空平台。
1)低空平台:
2000米以内,对流层下层中。
2)中空平台:
2000-6000米,对流层中层。
3)高空平台:
12000米左右的对流层以上。
4)气球:
低空气球:
凡是发放到对流层中去的气球称为低空气球;
高空气球:
凡是发放到平流层中去的气球称为高空气球。
可上升到12-40公里的高空。
填补了高空飞机升不到,低轨卫星降不到的空中平台的空白。
航天平台>
150km:
包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。
静止卫星赤道上空36000km,Landsat、SPOT、MOS等700~900km,航天飞机300km。
发展快、应用广。
由服务内容分为:
气象卫星系列、陆地卫星系列和海洋卫星系列。
五.摄影成像的基本原理是什么?
(中心成像原理)其图像有什么特征?
P53、57
传统摄影依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像;
数字摄影则通过放置在焦平面的光敏元件,经过光/电转换,以数字信号来记录物体影像。
图象特点:
投影:
航片是中心投影,即摄影光线交于同一点。
比例尺:
航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比,称为像片比例尺。
⑴平均比例尺:
以各点的平均高程为起始面,并根据这个起始面计算出来的比例尺。
⑵主比例尺:
由像主点航高计算出来的比例尺,它可以概略地代表该张航片的比例尺。
像点位移:
⑴位移量与地形高差成正比,即高差越大引起的像点位移量也越大。
⑵位移量与像点距离像主点的距离成正比,即距像主点越远的像点位移量越大,像片中心部分位移量较小。
⑶位移量与摄影高度(航高)成反比。
六.微波成像与摄影、扫描成像有何本质的区别?
P72、53
从成像原理上分析微波——距离成像短距离先成像长距离后成像
七.如何评价遥感图像的质量?
P80
一、遥感图像的空间分辨率:
指像素所代表的地面范围的大小。
地面分辨率取决于胶片的分辨率和摄影镜头的分辨率所构成的系统分辨率,以及摄影机焦距和航高。
二、图象的光谱分辨率:
波谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。
间隔愈小,分辨率愈高。
传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值。
三、辐射分辨率:
辐射分辨率是指传感器接受波谱信号时,能分辨的最小辐射度差。
在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。
某个波段遥感图像的总信息量与空间分辨率、辐射分辨率有关。
四、图象的时间分辨率:
时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔,即采样的时间频率,也称重访周期。
时间分辨率对动态监测很重要。
第四章
一.数字图像和模拟图像有什么区别?
P95~96
遥感数字图像是以数字表示的遥感图像,其最基本的单元是像素.像素是成像过程的采样点,也是计算机处理图像的最小单元.像素具有空间特征和属性特征.
数字图像是不可见图像,空间坐标和明暗程度都不连续,经计算机处理而成的。
而模拟图像是可见图像,空间坐标和敏感程度是连续的,并且不能用计算机处理。
二.大气影响的粗略校正方法有哪些?
P100
大气影响的粗略校正:
通过简单的方法去掉程辐射度(散射光直接进入传感器的那部分),从而改善图像质量。
1、直方图最小值去除法
基本思路:
每幅图像上都有辐射亮度或反射亮度应为0的地区,而事实上并
不等于0,说明亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。
校正方法:
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,从而提高了图像质量。
2、回归分析法:
校正的方法是将波段b中每个像元的亮度值减去a,来改善图像,去掉程辐射。
原理:
蓝光波段散射最强,红外波段散射最小。
深大水体和阴影如果没有受到散射影响,各波段都是黑色的。
选择最黑的目标做回归分析。
选择可见光和红外波段进行2维散点图,建立线性回归方程。
三.什么是程辐射度?
P99
相当部分的散射光向上通过大气直接进入传感器,这部分辐射称为程辐射度。
四.颜色的三个属性。
明度、色调、饱和度。
(1)明度:
是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。
物体反射率越高,明度就越高。
(2)色调:
是色彩彼此相互区分的特性。
(3)饱和度:
是色彩纯洁的程度,即光谱中波长段是否窄,频率是否单一的表示。
五.加色法与减色法的原理和适用条件。
1、颜色相加原理:
P87
①三原色:
若三种颜色,其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生,这三种颜色按一定比例混合,可以形成各种色调的颜色,则称之为三原色。
红(R)、绿(G)、蓝(B)。
2互补色:
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。
黄和蓝、红和青、绿和品红。
油墨或颜料的三基色是黄、品红和青。
简称为CMY。
3色度图:
可以直观地表现颜色相加的原理,更准确地表现颜色混合的规律。
2、颜色相减原理:
P90
实际生活中,如美术颜料的混合、彩色印刷、彩色相片的生成过程等,不遵循加色法原理,而是相反的减色法原理。
减色过程:
白色光线先后通过两块滤光片的过程。
颜色相减原理:
当两块滤光片组合产生颜色混合时,入射光通过每一滤光片时都减掉一部分辐射,最后通过的光是经过多次减法的结果.
减法三原色:
黄、品红、青
加色法与减色法的区别:
颜色相减和颜色相加的区别主要是相减混合还是相加混合。
如果用一束白光依次透过蓝、绿、红三个滤光片,当滤光片的透过率很低时,会发现几乎没有光线穿过三个滤光片,也就是呈现黑色,因为所有的光辐射依次被减光了。
适用条件:
从显示上:
彩色合成——加色法,适用于图像显示上。
减色法—
—黄品青,适用于印刷。
六.利用标准假彩色影像并结合地物光谱特性,说明为什么在影像中植被呈现红色,湖泊、水库呈蓝偏黑色,重盐碱地呈偏白色。
标准假彩色即当4、3、2波段分别赋予红、绿、蓝色时,即绿波段0.52~0.6μm赋予蓝,红色波段赋予绿,红外波段赋予红色时,这一合成方案称为标准假彩色合成。
植被:
对于2、3波段为吸收,对4波段表现为高反射,因此植被呈现4波段所赋予的颜色红色。
水体:
水体在2波段有弱的反射,3、4波段表现为强烈吸收,因此在影像上表现为2波段赋予的蓝色同时还偏黑。
重盐碱地:
盐碱地在这个波段具为较好的反射,因此在图像上表现为三者的合成颜色,为白色。
七.引起遥感影像位置畸变的原因是什么?
如果不作几何校正,遥感影像有什么问题?
如果作了几何校正,又会产生什么新的问题?
1、辐射畸变:
地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时,受到传感器本身、大气辐射等其他因素的影响而发生改变。
这种改变称为辐射畸变。
2、影响辐射畸变的因素:
传感器本身的影响:
导致图像不均匀,产生条纹和噪音。
大气对辐射的影响
3.大气影响的定量分析:
大气的主要影响是减少了图像的对比度,使原始信号和背景信号都增加了因子,图像质量下降。
几何校正:
遥感图像的几何位置上发生变化,产生诸如行列不均匀,像元大小与地面大小对应不准确,地物形状不规则变化等变形。
几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等作用的结果。
若不做几何校正,引起遥感影像变形:
1遥感平台位置和运动状态变化的影响:
航高、航速、俯仰、翻滚、偏航。
2地形起伏的影响:
产生像点位移。
3地球表面曲率的影响:
一是像点位置的移动;
二是像元对应于地面宽度不等,距星下点愈远畸变愈大,对应地面长度越长。
4大气折射的影响:
5地球自转的影响:
产生影像偏离。
几何畸变校正基本思路:
把存在几何畸变的图像,纠正成符合某种地图投影的图像,且要找到新图像中每一像元的亮度值。
几种采样方法的优缺点:
1)最近邻法:
算法简单且保持原光谱信息不变;
缺点是几何精度较差,图像灰度具有不连续性,边界出现锯齿状。
2)双线性插值:
计算较简单,图像灰度具有连续性且采样精度比较精确;
缺点是细节丧失
3)三次卷积法:
计算量大,图像灰度具有连续性且采样精度比较精确
任何一种都会产生信息丢失产生新问题——信息的损失。
第五章
一.Landsat7波段如何划分,每个波段的空间分辨率?
波段序号
波长范围/μm
波段名称
地面分辨率/m
1
0.45~0.52
蓝色
30
2
0.52~0.6
绿色
3
0.63~0.69
红色
4
0.76~0.90
近红色
5
1.55~1.75
短波红外
6
10.4~12.5
热红外
60
7
2.08~2.35
PAN
0.50~0.90
全色波段
15
二.遥感影像解译的主要标志是什么?
(色形位)
色调与颜色:
是地物波谱在像片上的表现。
在黑白像片上,据地物间色调的相对差异区分地物。
在彩色像片上据地物不同颜色的差异或色彩深浅的差异来识别地物。
阴影:
本影:
是地物未被太阳照射到的部分在像片上的构像。
有助于获得地物的立体感。
落影:
是阳光直接照射物体时,物体投在地面上的影子在像片上的构像。
形状:
人造地物具有规则的几何外形和清晰的边界,自然地物具有不规则的外形和规则的边界。
大小:
不知道比例尺时,可以比较两个物体的相对大小;
已知比例尺,可直接算出地物的实际大小和分布规模。
图型:
是目标地物以一定规律排列而成的图型结构。
揭示了不同地物间的内在联系。
纹理:
通过色调或颜色变化表现的细纹或细小的图案。
这种细纹或细小的图案在某一确定的图像区域中以一定的规律重复出现。
可揭示地物的细部结构或内部细小的物体。
位置:
指目标地物在空间分布的地点。
三.对照一幅实际图像,指出目标地物识别特征在该图像中的表现,并说明你指出的特征是什么地物特征?
目标地物识别特征
色调:
全色遥感图像中从白到黑的密度比例叫色调(也叫灰度)
颜色:
是彩色图像中目标地物识别的基本标志。
是图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子。
据此可判读物体性质或高度。
目标地物在遥感图像上呈现的外部轮廓。
也叫内部结构,指遥感图像中目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构。
指遥感图像上目标物的形状、面积与体积的度量。
目标地物有规律的排列而成的图形结构。
指目标地物分布的地点。
相关布局:
多个目标地物之间的空间配置关系。
四.微波影像的解译标志和判读方法。
影像解译标志
(1)色调:
雷达回波强度在微波影像上的表现。
(2)阴影:
微波影像上出现的无回波区。
(3)形状:
目标地物轮廓或外形的雷达回波在微波影像上的构像。
自然地物外形不规则,人造地物外形规则。
(4)纹理:
微波影像上的周期性或随机性的色调变化。
(5)图型:
是某一群体各个要素在空间排列组合的形状。
微波影像的判读
(1)微波与目标地物相互作用规律。
随着地面由平滑表面向粗糙表面过渡,波影像上的色调则逐渐由深变浅。
目标地物几何特征对微波影像的构像具有重要影响。
阴影给微波带来很强的反差和立体感。
复介电常数是描述物体表面电性能的。
(2)微波影像的判读方法
采用由已知到未知的方法;
对微波影像进行投影纠正;
与TM复合
对微波影响进行立体观察。
五.选择一幅遥感影像,按照书中介绍的基本步骤,试做遥感影像解译并作图,体会整个解译过程中的关键点。
1.目视解译准备工作阶段
明确解译任务与要求;
收集与分析有关资料;
选择合适波段与恰当时相的遥感影像。
2.初步解译与判读区的野外考察
初步解译的主要任务
掌握解译区域特点,确立典型解译样区,建立目视解译标志,探索解译方法,为全面解译
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