遥感原理与应用知识点.docx

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遥感原理与应用知识点

第一章电磁波及遥感物理基础

一、名词解释：

1、遥感：

（1）广义的概念：

无接触远距离探测（磁场、力场、机械波）；

（2）狭义的概念：

在遥感平台的支持下，不与目标地物相接触，利用传感器从远处将目标地物的地磁波信息记录下来，通过处理和分析，揭示出地物性质及其变化的综合性探测技术。

2、电磁波：

变化的电场和磁场的交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。

3、电磁波谱：

将电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减依次排列为一个序谱，将此序谱称为电磁波谱。

4、绝对黑体：

对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体称为绝对黑体。

5、绝对白体：

反射所有波长的电磁辐射。

6、光谱辐射通量密度：

单位时间内通过单位面积的辐射能量。

8、大气窗口：

电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的电磁辐射波段。

11、光谱反射率：

ρ=Pρ/P0X100%，即物体反射的辐射能量Pρ占总入射能量P0的百分比，称为反射率ρ。

12、光谱反射特性曲线：

按照某物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。

二、填空题：

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

2、绝对黑体辐射通量密度是温度Ｔ和波长λ的函数。

（19页公式）

3、一般物体的总辐射通量密度与绝对温度和发射率成正比关系。

4、维恩位移定律表明绝对黑体的最强辐射波长λ乘绝对温度T是常数2897.8。

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、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为0.47μm。

三、选择题：

（单项或多项选择）

1、绝对黑体的（②③）

①反射率等于1②反射率等于0③发射率等于1④发射率等于0。

2、物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系（⑥）

①反射率②发射率③物体温度一次方

④物体温度二次方⑤物体温度三次方⑥物体温度四次方。

3、大气窗口是指（③）

①没有云的天空区域②电磁波能穿过大气层的局部天空区域

③电磁波能穿过大气的电磁波谱段④没有障碍物阻挡的天空区域。

4、大气瑞利散射（⑥）（29页）

①与波长的一次方成正比关系②与波长的一次方成反比关系

③与波长的二次方成正比关系④与波长的二次方成反比关系

⑤与波长的四次方成正比关系⑥与波长的四次方成反比关系⑦与波长无关。

5、大气米氏散射（②）（30页）

①与波长的一次方成正比关系②与波长的二次方成反比关系③与波长无关。

四、问答题：

1、电磁波谱由哪些不同特性的电磁波组成？

它们有哪些不同点，又有哪些共性？

（1）组成：

无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线；

（2）不同点：

频率不同（由低到高）；

（3）共性：

a、是横波；b、在真空以光速传播；c、满足f*λ=cE=h*f；d、具有波粒二象性；

（4）遥感常用的波段：

微波、红外、可见光、紫外。

2、物体辐射通量密度与哪些因素有关？

常温下黑体的辐射峰值波长是多少？

（1）有关因素：

辐射通量（辐射能量和辐射时间）、辐射面积；

（2）常温下黑体的辐射峰值波长是9.66μm。

3、叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。

（39页、40页）

（1）沙土：

自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土质越细反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低，此外土类和肥力也会绝对反射率产生影响。

土壤反射波谱曲线呈比较平滑的特征。

（2）植物：

分三段，可见光波段（0.4～0.76μm）有一个小的反射峰，位置在0.55μm（绿）处，两侧0.45μm（蓝）和0.67μm（红）处有两个吸收带；在近红外波段（0.7～0.8μm）有一反射的“陡坡”，至1.1μm附近有一峰值，形成植被的独有特征；在中红外波段（1.3～2.5μm）受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率大大下降，特别以1.45μm、1.95μm和2.7μm为中心是水的吸收带，形成低谷。

（3）水：

水体的反射主要在蓝绿波段，其他波段吸收都很强，近红外和中红外波段纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零。

水中含有泥沙，可见光波段反射率会增加，含有水生植物时，近红外波段反射增强。

4、地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？

太阳位置，传感器位置，地理位置，地形，季节气候变化，地面温度变化，地物本身的变异，大气状况。

5、何为大气窗口？

分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围。

（1）大气窗口：

通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段称为大气窗口；

（2）原因：

不同波段的反射率、吸收率、散射程度不同；

（3）波长范围：

0.3～1.3μm，即紫外、可见光、近红外波段。

1.5～1.8μm和2.0～3.5μm，即近、中红外波段。

3.5～5.5μm，即中红外波段。

8～14μm，即远红外波段。

0.8～2.5cm，即微波波段（31页）。

6、传感器从大气层外探测地面物体时，接收到哪些电磁波能量？

（1）太阳辐射透过大气并被地表反射进入传感器的能量；

（2）太阳辐射被大气散射后被地表反射进入传感器的能量；

（3）太阳辐射被大气散射后直接进入传感器的能量；

（4）太阳辐射被大气反射后进入传感器的能量；

（5）被视场以外地物反射进入视场的交叉辐射项；

（6）目标自身辐射的能量。

第二章遥感平台及运行特点

一、名词解释：

1、遥感平台：

遥感中搭载传感器的工具。

2、遥感传感器：

测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具。

3、重复周期：

指卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行后，回到该地上空时所需要的天数。

4、近圆形轨道：

实际轨道高度变化在905~918km之间，偏心率为0.0006。

5、与太阳同步轨道：

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。

6、近极地轨道：

卫星的轨道倾角为99.125°。

7、LANDSAT：

:

Landsat卫星是美国发射的地球资源卫星系列，原称地球资源技术卫星（ERTS），以探测地球资源为主要目的。

8、SPOT：

SPOT卫星卫星卫星卫星是法国空间研究中心（CNES）研制的一种地球观测卫星系统。

9、MODIS（不明确）：

modis是搭载在terra和aqua卫星上的一个重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过x波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器。

10、IKONOS：

于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供分辨率卫星影像的商业遥感卫星。

可采集1米分辨率全色和4m分辨率多光谱影像的商业卫星，同时全色和多光谱影像科融合成1m分辨率的彩色影像。

11、QuickBird：

于2001年10月18日由美国DigitalGlobe公司在美国范登堡空军基地发射，是目前世界上最先提供亚米级分辨率的商业卫星，卫星影像分辨率为0.61m。

12、Worldview：

WorldView卫星是Digitalglobe公司的下一代商业成像卫星系统。

13、Geoeye：

GeoEye-1卫星是美国的一颗商业卫星，于2008年9月6日从美国加州范登堡空军基地发射。

14、高分系列卫星：

（不明确）高分一号卫星，是中国航天科技集团公司所属空间技术研究院航天东方红卫星有限公司研制的应用卫星，是一种高分辨率对地观测卫星（简称“高分卫星”）。

15、zy-3：

资源三号测绘卫星，简称ZY3，是中国第一颗民用高分辨率光学传输型测绘卫星。

二、填空题：

1、陆地资源卫星轨道的四大特点近圆形轨道、近极地轨道、与太阳同轨道、可重复轨道。

2、卫星姿态角是滚动（绕x轴旋转）、俯仰（绕y轴旋转）、航偏（绕z轴旋转）。

3、遥感平台的种类可分为航天平台、航空平台、地面平台三类。

4、与太阳同步轨道有利于

（1）卫星在相近的光照条件下对地面进行观测，

（2）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。

5、LANDSAT系列卫星带有TM探测器的是Landsat4和Landsat5；带有ETM+探测器的是Landsat7。

6、SPOT系列卫星可产生异轨立体影像的是SPOT1~5；可产生同轨立体影像的是Spot5。

三、选择题：

（单项或多项选择）

1、卫星与太阳同步轨道指（③）

①卫星运行周期等于地球的公转周期②卫星运行周期等于地球的自转周期③卫星轨道面朝向太阳的角度保持不变。

2、卫星重复周期是卫星（②）

①取同一地区影像的时间间隔②经过地面同一地点上空的间隔时间③卫星绕地球一周的时间。

四、问答题：

1、LANDSAT系列卫星、SPOT系列卫星、高分系列卫星传感器各有何特点？

（1）Landsat系列卫星上装载的是MSS多光谱、TM专题制图仪、ETM+传感器。

通过扫描镜的摆动，获取垂直飞行方向上两边共185km范围内的来自景物的辐射能量，配合卫星的往前飞行获得地表的二维图像。

（2）SPOT系列卫星上装载的是2台相同的HRV或HRVIR扫描仪，使用CCD元件做探测器，在瞬间能同时得到垂直航向的一条图像线，不需要用摆动的扫描镜，以推扫方式获得沿轨迹的连续图像条带。

单台HRV图像幅宽为60km，两台HRV图像幅宽为117km，有3km的重叠。

HRV的平面反射镜可绕卫星前进方向滚动轴（X轴）旋转，平面向左右两侧偏离垂直方向最大可达，从天底点向轨道任意一侧可观测到450km附近的景物，可在邻近轨道间获取立体影像。

（3）高分系列卫星传感器：

第三章遥感传感器及其成像原理

一、名词解释：

1.遥感传感器：

获取遥感数据的关键设备，答题由收集器、探测器、处理器和输出器组成。

2.探测器：

将收集的辐射能转变成化学能或电能。

3.红外扫描仪：

利用红外进行扫描成像的成像仪。

4.多光谱扫描仪：

利用光线机械扫描方式测量景物辐射的遥感仪器，收集的是地物目标反射来自太阳光的能量或地物本身辐射的电磁波能量。

5.推扫式成像仪（多中心投影）：

瞬间获取一条影像线，随着平台向前移动，像缝隙摄影机一样，以“推帚”方式获取沿轨道的连续影像条带，从而获取一幅二维影像。

特点：

（1）每一个电荷耦合器件CCD探测元件对应一个地面像元；

（2）平行排列的CCD构成线阵探测器，逐行构建影像。

6.成像光谱仪：

以多路，连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息的仪器。

7.瞬时视场（IFOV）：

指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野，单位为毫弧度。

IFOV越小，最小可分辨单元（可分像元）越小，空间分辨率越高。

一个瞬时视场内的信息，表示一个像元；

瞬时视场角（FOV）：

扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目标地物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度被称为瞬时视场角。

8.全景畸变：

原因是焦距是不变的，物距在发生变化。

导致分辨率发生变化，也导致比例尺发生变化，随着扫描镜的转动，地面扫描范围的直径在发生变化，这样的变化对图像是有影响的，称为全景畸变。

9.MSS：

是一种多光谱扫描仪。

成像板上排列24+2个玻璃纤维单元，每列6个纤维单元。

每个纤维单元瞬时视场为86微弧。

每个像元地面分辨率79x79m，扫描一次每个波段获6条扫描线，地面范围474x185km，有五个波段。

10.TM：

是MSS的改进，是一个高级的多光段扫描型的地球资源敏感仪，有七个波段。

11.HRV：

是一种线阵列推扫描仪，由于使用CCD元件做探测器，在瞬间能同时得到垂直航向的一天图像线，不需要用摆动的扫描镜，以推扫方式获得沿轨迹的连续图像条带。

12.多中心投影：

用以表示具有多个投影中心的遥感图像的几何特性的一种投影方式，包括逐点式扫描、推扫式扫描。

二、填空题：

1、遥感传感器大体上包括收集器、探测器、处理器、输出器几部份。

2、LANDSAT系列卫星具有全色波段的是Landsat-7,其空间分辨率为15m。

三、选择题：

（单项或多项选择）

1、全景畸变引起的影像比例尺变化在X方向（②）

①与COSθ成正比②在X方向与COSθ成反比

③在X方向与COS2θ成正比④在X方向与COS2θ成反比。

2、全景畸变引起的影像比例尺变化在Y方向（④）

①与COSθ成正比②与COSθ成反比

③与COS2θ成正比④与COS2θ成反比。

3、TM专题制图仪有（③）①4个波段②6个波段③7个波段④9个波段。

4、HRV成像仪获得的影像（②）①有全景畸变②没有全景畸变。

5、真实孔径侧视雷达的距离分辨率与（②）

①天线孔径有关②脉冲宽度有关③发射的频率有关。

6、合成孔径侧视雷达的方位分辨率与（①）

①天线孔径有关②天线孔径无关③斜距有关④斜距无关。

四、问答题：

1.对物面扫描的成像仪为什么会产生全景畸变？

像距不变，物距随扫描角增大而增大，当观测视线倾斜时，地面分辨率随扫描角发生变化，而使扫描影像产生畸变。

2.SPOT卫星上的HRV推扫式扫描仪与TM专题制图仪有何不同？

（1）HRV推扫式扫描仪是对像面扫描成像，其上装有CCD元件，能瞬间同时得到垂直于航线的一条扫描线，以推扫方式获取沿轨道连续图像；

（2）TM是多光谱扫描仪对物面扫描成像，它是靠扫描镜来回扫描获取垂直于轨道的图像线。

第四章遥感图像数字处理的基础知识

一、名词解释：

1、光学影像：

一种以胶片或者其他的光学成像载体的形式记录的影像。

2、数字影像：

以数字形式记录的影像。

3、空间域图像：

用空间坐标x，y的函数表示的形式。

有光学影像和数字影像。

4、频率域图像：

以频率域坐标表示的影像形式。

5、图像采样：

图像空间坐标（x，y）的数字化。

6、灰度量化：

幅度（光密度）数字化。

二、填空题：

1、光学图像是一个二维的连续的光密度函数。

2、数字图像是一个二维的离散的光密度函数。

3、光学图像转换成数字影像的过程包括图像数字化、图像采样、灰度级量化等步骤。

4、控制点数目的最小值按未知系数的多少来确定。

k阶多项式控制点的最少数目为（k+1）（k+2）/2。

5、多项式拟合法纠正中控制点的数量要求，一次项最少需要3个控制点，二次项最少项需要6个控制点，三次项最少需要10个控制点。

三、选择题：

（单项或多项选择）

1、数字图像的（④）

①空间坐标是离散的，灰度是连续的②灰度是离散的，空间坐标是连续的

③两者都是连续的④两者都是离散的。

2、采样是对图像（②）①取地类的样本②空间坐标离散化③灰度离散化。

3、量化是对图像（②）①空间坐标离散化②灰度离散化③以上两者。

4、BSQ是数字图像的（①）

①连续记录格式②行、波段交叉记录格式③象元、波段交叉记录格式。

5、通过多项式进行几何校正时，需要在待校正图像与参考图像之间选择同名控制点，其选取原则包括①④

①易于识别并且不随时间变化的点，如道路交叉点、河流拐弯处、水域的边界、机场等

②特征变化大的地区应多选些

③图像边缘部分要选取控制点，以避免外推

④同名控制点要在图像上均匀分布

6、多项式纠正用一次项时必须有（③）。

①1个控制点②2个控制点③3个控制点④4个控制点

7、多项式纠正用二次项时必须有（④）。

①3个控制点②4个控制点③5个控制点④6个控制点

8、多项式纠正用一次项可以改正图像的（①）。

①线性变形误差②非线性变形误差③前两者

四、问答题：

1、叙述光学影像与数字影像的关系和不同点：

（1）联系：

他们都是以空间域为表现形式的影像。

（2）光学影像:

可以看成是一个二维的连续光密度通过率函数，相片上的密度随xy变化而变化，是一条连续的曲线，密度函数非负且有限。

而数字影像：

是一个二维的离散光密度函数，数字影像处理要比光学影像简捷快速，而且可以完成一些光学处理方法所无法完成的各种特殊处理，成本低，具有普遍性。

2、怎样才能将光学影像变成数字影像：

把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数，经过图像数字化，图像采样，灰度级量化过程处理。

3、叙述空间域图像与频率域图像的关系和不同点：

空间域图像以空间坐标（x，y）的函数，频率域是频率坐标Vx，Vy的函数，用F（Vx，Vy）表示。

4、说明遥感图像几何变形误差的主要来源：

（1）传感器成图方式引起图像变形；

（2）传感器外方位元素变化的影响；（3）地形起伏的影响；（4）地球表面曲率的影响；（5）大气折射的影响；（6）地球自转的影响

5、试述多项式纠正法纠正卫星图像的原理和步骤。

原理：

多项式回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身进行数学模拟

步骤：

（1）确定校正的多项式模型；

（2）选择若干个控制点，利用有限个地面控制点的已知坐标，解求多项式的系数；

（3）将各像元的坐标代入多项式进行计算，便可求得校正后的坐标；

（4）位置进行变换，变换的同时进行灰度重采样。

6、几何校正中常用的灰度重采样方法有哪三种？

（1）最邻近像元采样法；

（2）双线性内插法；（3）双三次卷积重采样法。

第5章遥感图像判读

一、名词解释

1、微波：

在电磁波谱中，波长在1~1000mm的波段范围称为微波。

2、微波遥感：

通过微波传感器获取从目标地物反射或反射的微波辐射，经过判断处理来识别地物的技术。

3、热红外遥感：

利用电磁波谱中8~14um热红外波段本身和在大气中传输的物理特性的遥感技术统称。

4、密度分割法：

又称单波段彩色变换，单波段黑白遥感图像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像。

即按图像的密度进行分层，每一层所包含的亮度值范围可以不同。

二、填空题

1、热红外遥感的探测波段是0.76~1000um。

2、在白天成像的热红外图像上水体呈暗色调，在夜晚成像的热红外图像上水体呈亮色调。

三、问答题：

1、热红外遥感图像上的色调深浅代表什么含义？

色调是温度的显示，浅色调代表强辐射体，表明温度高或辐射率高；深色调代表弱辐射体，表明其温度低。

2、热红外遥感图像上的阴影分为哪两种类型，是如何形成的？

冷阴影是阴影的温度较其背景低产生的

热阴影则是阴影的温度较其背景高产生的

3、TM432假彩色合成影像上，水体、植被、农田、城镇等典型地物的解译标志是什么（从颜色、形状、纹理等方面分析）？

（1）农田具有规则的几何形状，纹理平滑细腻，作物生长良好的地块为均匀平滑的红色，其边界多有路、渠、有田间防护林网等；

（2）水体具有不规则的形状或者为弯曲的条带状，纹理平滑细腻，呈蓝黑色或黑色；

（3）植被呈片状，密集且纹理粗糙，一般呈暗红色；

（4）城镇为不规则的几何形状，折线轮廓明显，内部色调不均，形状有规则且面积较大，一般为淡蓝色，较亮。

4、伪彩色增强与假彩色增强有何区别？

（1）伪彩色增强是把灰度图像的各个不同灰度级按照线性或非线性的映射函数变换成不同的彩色，得到一幅彩色图像的技术，使原图像细节更易辨认，目标更容易识别；

（2）假彩色增强是对一幅自然彩色图像或同一景物的多光谱图像，通过映射函数变换成新的三基色分量，彩色合成使感兴趣目标呈现出与原图像中不同的、奇异的彩色。

使景物呈现出与人眼色觉相匹配的颜色，以提高对目标的分辨率。

第6章遥感图像计算机分类

一、名词解释

1.监督分类：

首先需要从研究区域选取有代表性的训练场地作为样本，根据已知训练区提供的样本，建立判别函数，据此对样本像元进行分类，依据样本类别的特征来识别非样本像元的归属类别。

2.非监督分类：

在没有先验类别（训练场地）作为样本的条件下，即事先不知道类别特征，主要根据像元间相似度的大小进行归类合并（将相似度大的像元归为一类）的方法。

3.特征空间：

光谱特征空间：

为度量地物的光谱特征，建立的以各波段图像的亮度分布为子空间的多维空间。

4.训练区：

又叫样本区，是用来确定图像中已知类别像素的特征，它在遥感处理系统中被称为“感兴趣区”。

二、填空题：

1、根据是否需要分类人员事先提供已知类别及其训练样本，遥感图像的计算机分类方法包括监督分类和非监督分类。

2、非监督分类有多种方法，其中，K-均值方法和ISODATA方法是效果较好、使用最多的两种方法。

3、最大似然分类方法是基于贝叶斯准则的分类错误概率最小的一种非线性分类，是应用比较广泛、比较成熟的一种监督分类方法。

三、不定项选择题：

1、同类地物在特征空间聚在＿②＿。

①同一点上②同一个区域③不同区域

四、问答题：

1、主要的监督分类算法有哪些？

（1）最小距离分类法（最小距离判别法、最近邻域分类算法、多级分类分割法、平行六面体分类法、特征曲线窗口法）；

（2）最大似然分类法。

2、主要的非监督分类算法有哪些？

（1）简单集群分类方法；

（2）K-均值法（K-meansAlgorithm）；（3）Cluster分类法；

（4）迭代自组织数据分析技术方法（IterativeSelf-OrganizationDataAnalysisTechniques，ISODATA）。

3、ISODATA法的中文全称？

它同K-means方法的主要区别在哪里？

（1）中文全称：

迭代自组织数据分析技术方法。

（2）区别：

ISODATA基本同K-均值法，但K-均值法的类别数是从始至终固定的，而ISODATA方法则是动态调整类别数的。

4、选择训练区有哪三个原则？

（1）准确性——确保选择的样区与实际地物的一致性；

（2）代表性——考虑到地物本身的复杂性，所以必须在一定程度上反映同类地物光谱特性的波动情况；

（3）统计性——选择的训练样区内必须有足够多的像元。

5、图像分类后处理包括哪些工作？

更改类别颜色、分类统计分析、类后处理、栅矢转换

6、监督分类和非监督分类是最常用的遥感图像分类方法，比较这两种分类方法。

监督分类

非监督分类

是否需要训练区

人工选取训练样本

仅需极少的人工输入

主要步骤

1、选择特征波段2、选择训练区3、选择合适的监督分类算法4、计算机自动分类5、分类精度评价

 1.选定初始集群中心2.用一判据准则进行分类3.循环式的检查和修改4.输出分类结果 

优点

 1、可充分利用分类地区的先验知识，预先确定分类的类别；2、可控制训练样本的选择，并可通过反复检验训练样本，以提高3、避免了非监督分类中对光谱集群组的重新归类。

 1、无需对分类区有较多的了解，仅需一定的知识来解释分类出现的集群组；2、人为误差减少，需输入的初始；3、可形成范围很小但有独特光谱特征的集群，所分的类别比监督分类的类别更均质；4、独特的覆盖量小的类别均能够被识别

缺点

1、人为主观因素较强；2、训练样本的选取和评估需花费较多的人力时间；3、只能识别训练样本中所定义的类别，从而影响分类结果。

1、对其结果需进行大量分析及后处理，才能得到可靠分类结果；2、存在同物异谱及异物同谱现象，使集群组与类别的匹配难度大；3、不同图像间的光谱集群组无法保持其连续性，难以对比。

适用范围

有先验知识，已知训练场地的类别（实地抽样调查，人工目视判读） 

 没有类别先验知识 

具体分类方法

平行算法，最小距离法，马氏距离分类，Parallelpipe，神经元网络分类，模糊分类，判别分类，最大似然法，波谱角分类法 

基于最邻近规则的试探法K—means均值算法

迭代自组织的数据