林业遥感总复习

林业遥感总复习 第一章概论 1.遥感的概念 遥感广义概念:泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波等的探测 科学定义:不直接接触物体本身，从远处通过仪器(传感器)探测和接收来自目标物体的信息(如电场、磁场、电磁波、地震波等信息)，经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。目前，主要有两个研究领域:遥感技术研究和遥感应用研究 2.遥感的特点 , 宏观性、综合性:覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185×185平方公里;影像包含各种地表景 观信息，有可见的，也有潜在的。 , 多波段性:波段的延长使对地球的观测走向了全天候。 , 多时相性:重复探测，有利于进行动态分析。 6.遥感的分类 按遥感对象分:(1)宇宙遥感，以外太空其它星体为感测对象(2)对地遥感地球表层环境——环境遥感;在环境遥感中若地球表层资源为对象称为资源遥感 按遥感平台分:(1)航天遥感平台H>80km 火箭、人造卫星、飞船、航天飞机等(2)航空遥感平台H<80km 普通飞机、气球、飞艇等(3)地面遥感遥感车、遥感塔、“远洋测量船” 按遥感媒介分:(1)电磁波遥感常用的电磁波波段是紫外、可见光、红外和微波等(2)声波遥感潜水艇的声纳技术、探测珍贵鱼群的回游路线和迁徙规律(3)重力场遥感地质探矿，通过”g”值的变化来推断地层中是否有某种元素富积(4)地震波遥感 )被动遥感:遥感本身并不发射任何人工探测信号，只是被动接收来自于目标按遥感器的工作方式分:(1 的信号，从而实现对目标性质、数量、空间位置等特征进行识别的遥感方式。 “无源遥感”，如中午拍照。(2)主动遥感:遥感器发射人工探测信号，到达目标后信号反射回来被传感器接收从而对目标性质、数量、空间位置进行识别的遥感方式。如，夜晚拍照通常要在相机上装闪光灯。主要是“微波遥感” 按遥感所获资料的形式分:(1)成像方式遥感(能获得目标的图像Image,图形Graphics)a 摄影方式b 扫描方式(2)非成像方式(不能获得目标物的图像，常是一些曲线，如气象中温度辐射计) 按应用领域分:地质、农业、林业、草原、水文、测绘、环境、灾害、城市、海洋、大气、军事等 按遥感所利用的电磁波谱段形式分:(1)光学遥感:电磁波的辐射源:太阳和人工光源观测采用的电磁波波长范围:可见光,近红外,短波红外区域，探测目标物的反射与散射特征(2)热红外遥感:电磁波的辐射源:目标物观测采用的电磁波波长范围:热红外，探测目标物的发射特征(温度与发射率)(3)微波遥感:电磁波的辐射源:目标物;观测采用的电磁波波长范围:微波，探测目标物的后向散射特征(主动微波);发射率和温度(被动) 第二章遥感的物理基础 第一节电磁波与电磁波谱 一、电磁波及其特性 3.电磁波(ElectroMagneticSpectrum ):交变的电场和交变的磁场交替激发，相互套环向远方传播的运动形式，就称为电磁波 电磁辐射:电磁能量的传递过程(包括辐射、吸收、反射和透射)称为电磁辐射。 5.电磁波的特性 1)电磁波是横波 2)在真空中以光速传播 3)电磁波具有波粒二象性:电磁波在传播过程中，主要表现为波动性;在与物质相互作用时，主要表现为 粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。 波粒二象性的程度与电磁波的波长有关:波长愈短，辐射的粒子性愈明显;波长愈长，辐射的波动特性愈明显。 二、电磁波谱 1.电磁波谱:将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。 从左到右按波长增加排列为:宇宙射线—r射线—X射线—紫外线—可见光—红外—微 波—无线电波和工业用波 2、遥感常用的电磁波波段的特性 1)紫外线(Ultraviolet):波长范围为0.01—0.38μm(远紫外0.01-0.2;中紫外0.2-0.3;近紫外0.3-0.38) 2)可见光(Visible):波长0.38—0.76μm 3)红外线(Infrared):波长范围为0.76—1000μm 为了实际应用方便，又将其划分为:近红外(0.76—3.0μm)，中红外(3.0—6.0μm)，远红外(6.0—15.0μm)和超远红外(15—1000μm)。 4)微波:波长范围1mm——1m，微波又可分为:毫米波、厘米波和分米波。 2)不同地物在不同波段反射率存在差异:雪、沙漠、湿地、小麦的光谱曲线 , 雪:雪的反射光谱和太阳光谱很相似，在0.4—0.6μm波段有一个很强的反射峰，反射率几乎接近100%， 因而看上去是白色，随着波长的增加，反射率逐渐降低，进入近红外波段吸收逐渐增强，而变成了吸 收体。雪的这种反射特性在这些地物中是独一无二的。 , 沙漠:在橙光波段0.6μm附近有一个强反射峰，因而呈现出橙黄色，在波长达到0.8μm以上的长波 范围，其反射率比雪还强。 , 湿地:潮湿地在整个波长范围内的反射率均较低，当含水量增加时，其反射率就会下降，尤其在水的 各个吸收带处，反射率下降更为明显。因而，在黑白像片上，其色调常呈深暗色调。 , 绿色植物:其反射光谱曲线主要反映了植物叶子的反射率，在蓝光波段(中心波长为0.45μm)和红光 波段(中心波段为0.65μm)上有两个吸收带，其反射率较低，在两个吸收带之间，即在0.55μm附 近有一个反射峰，这个反射峰的位置正好处于可见光的绿光波段，故而叶子的天然色调呈现绿色。大 约在0.7μm附近，由于绿色叶子很少吸收该波段的辐射能，其反射率骤然上升，至1.1μm近红外波 段范围内反射率达到高峰。小麦反射率的这一特性主要受到叶子内部构造的控制。这种反射光谱曲线 是含有叶绿素植物的共同特点(即叶绿素陡坡反射特征)。 二、地物的发射光谱特性 地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准;地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。 1.黑体:在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1(100%)的物体。 2.黑体辐射(Black Body Radiation ):黑体的热辐射称为黑体辐射。 3、黑体辐射定律 (1)普朗克热辐射定律:表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。 (2)玻耳兹曼定律:即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。 (3)维恩位移定律: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。 4、地物的发射率和基尔霍夫定律 1)发射率(Emissivity):地物的辐射出射度(单位面积上发出的辐射总通量)W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。 影响地物发射率的因素:地物的性质、表面状况、温度(比热、热惯量):比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。 , 按照发射率与波长的关系，把地物分为: , 黑体或绝对黑体:发射率为1，常数。 , 灰体(grey body):发射率小于1，常数 , 选择性辐射体:发射率小于1，且随波长而变化。 2)基尔霍夫定律:在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W 黑。 第三节大气和环境对遥感的影响 三种散射作用 1.瑞利散射: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。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。无云的晴天，天空为什么呈现蓝色,朝霞和夕阳为什么都偏橘红色, 2.米氏散射: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。 3.无选择性散射: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。云雾为什么通常呈现白色, 四、大气窗口 1、大气窗口:通过大气而较少被反射、吸收或散射的投射率较高的电磁辐射波段。大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。 第三章航空摄影 第一节航空摄影 一、概念 利用安装在飞机上的航摄仪器，按照预定的计划从空中向地面摄影取得航空像片(Aerial Photos)的全部作业过程(包括飞行摄影、暗室冲洗、质量评定等环节)就称为航空摄影。 4.感光材料的主要性能 1)曝光量(H，Exposure Amount):感光片所受到的光照度和曝光时间的乘积，光照度由相机(Camera、Lens、Focus)的光圈(Aperture)控制暴光时间由快门(Shutter)调节 2)阻光率(Q):感光片上某点的入射光通量与透射光通量的比值 3)透光率:阻光率的倒数 4)光学密度(D，Optical Density):感光片上某一点的阻光率的常用对数值，指感光片经过感光显影后，影像表现出的深浅程度。光学密度越大，点越黑，越不透明 5)感光特征曲线(Feature Curve)是表征感光材料感光后变黑的程度与暴光量关系的曲线。对于同一种感光材料，在同一种标准光源下，同一距离作不同时间的曝光，经过相同条件的摄影处理，用仪器测定感光片的光学密度值，感光片的光学密度D与其所受到的曝光量对数的函数关系可表示为一根曲线，即为感光特征曲线。 黑白感光材料的特性曲线 对特性曲线的理解 1 A0至A“灰雾密度“(密度不受曝光量的影响)生产或存贮过程有轻微暴光所致，对摄影的影响不大; 2 A 初感点 3 A至B“趾部”暴光不足部分，密度增加与lgH的增加不成正比，即 影像的黑白比例与景物的明暗差别不相一致 4 B至C“直线部分”感光材料唯一能正确 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 景物明暗差异部分越长，表明该感光材料对景物明暗差异的记录能力越强 5 C至D“肩部”暴光过度部分，表达地物较亮部分间的差异能力强 6 超过D“反转部分”,暴光量继续增加而光学密度反而降低 6)感光度(片速):感光材料对光的灵敏程度的定量表达，表明感光材料感光的快慢程度，是确定摄影曝光时间的主要参数。在摄影环境相同条件下，感光材料感光度愈大，曝光时间则愈短。 7)反差性:感光片上记录的景物影像的明暗差异与被摄景物实际明暗差异之比，即:表达的是特性曲线的直线部分的斜率，称为反差系数。 8)宽容度(Exposure Latitude):是指感光材料按比例记录被摄景物明暗范围的大小。范围越大，能正确记录景物明暗层次越丰富。就是特性曲线中ΔlgH的宽度。 9)颗粒度(Grain Size ):是指感光乳剂层中AgBr微粒直径的大小，越小生成影像越细腻。 10)分辨率(Resolution)与清晰度(Definition):分辨率反映感光材料对景物细微结构清晰记录的能力影响航空像片分辨率的因素有:A 相机镜头分辨率B 感光材料中银盐颗粒D的大小C 冲洗水平。三者综合作用后的分辨率即为航片分辨率。 感光材料分辨率的大小通常用一毫米宽度内能够清楚地识别出黑、白相间的平行线对数来表示。 11)感色性感光材料对色光的敏感范围和敏感程度 12)保存性(Quality of Preservation)是指感光材料的主要性能不发生明显变化所经历的一定时间和所需要的一定条件。时间越短，条件越苛刻，则这种感光材料的保存性越差。 航空摄影时需要选择感光度高、反差适中、有较高分辨率的感光材料。以获得影像清晰、层次丰富的高质量航空像片。 彩色红外片成色原理 从上述成色原理看出:彩红外片上成像色彩与景物的颜色不一致，因此称为“假彩色” 分析:1 健康的绿色植被在彩红外片上呈什么色调, 2 感病初期的绿色植被在此片种上呈什么色调, 3 濒临死亡的植被在此片种上呈什么色调, 1 健康植被反射绿光在负片上形成黄色染料，到正片后为蓝色(黄色的补色);同时健康植被强烈反射红外，在负片上形成青色染料，在正片上为红色(青的补色)。因此，正片上就是红+蓝=品红，但由于健康植被反射红外的能力是反射绿光能力的3—5倍，因此正片上应是红占优势，所以，健康的绿色植被在彩红外片上应是红品红 2 感病初期绿色植被从肉眼看还呈现绿色，但此时其光谱特性已经有了明显的变化，其反射绿光和红外的 能力迅速下降，并且由于细胞结构的病变其反射红外的能力与绿光的能力基本一致，所以理论上正片应该是品红色调，但品红变淡，就是俗称“暗红”色调。 3 濒临死亡的植被，肉眼 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 呈现黄色并不再反射红外，因此在负片上为红色，到正片后“青”色。 6. 彩色原理 色彩分为消色和彩色两种:消色指黑、白以及界于两者间灰色;彩色根据人眼视觉特征区分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，时粗分为红、绿、蓝三色。 色彩三要素: 1 色调(Hue,色相或色别)决定于彩色光的光谱成分，反映色光在“质”方面的差异 2 饱和度(Saturation)决定于色光中混入白光的数量，“类似与溶液的稀释效应”，混入白光越多则饱和度越低，它是色光“纯度”的表达 3 亮度(Intensity)决定于色光的能量，反映色光在“量”方面的特征 注意:光谱成分决定了光的颜色，但某种颜色的光与光谱成分不是一对一的关系。 四、航空摄影的种类 第二节航片的几何特性 二、航空像片的投影性质 1投影种类 中心投影(Focus Projection):所有的投影光线都交于一点所形成的投影 垂直投影(Perpendicular Projection):所有投影光线相互平行且垂直于投影面 航空像片属于中心投影, 航空摄影时地面上每一物点所反射的光线，通过镜头中心后，都会聚在焦平面上，同时，每一物点所反射的许多光线中，有一条通过镜头中心而不改变方向，这条光线称为中心光线，所以每一物点在像面上的像，可以视为中心光线与底片的交点，这样在底片上就构成负像，经过接触晒印所获得的航空像片称为正像。 2 中心投影特征 (1)空间点在投影面上的中心投影仍为一个点 (2)空间直线在投影面上的中心投影一般为直线，但通过投影中心的空间直线其中心投影为一个点 (3)空间曲线在投影面上的投影一般仍为曲线，但若空间曲线在一个平面上，而该平面又通过投影中心，其投影仍为直线 航空像片是地面物体在摄影胶片(或相纸)上中心投影后的构像，航片中心投影带来三大误差，分别是比例尺误差、倾斜误差和投影误差，因此使用前往往需要正射校正(Orthogonal Rectification) 3.两种投影的比较 条件 垂直投影 中心投影 当投影距离发生改变时 比例尺保持不变 比例尺发生改变 当投影面倾斜时 同一张照片内比例 同一张照片内比例尺发生 尺保持不变;相对 改变，且发生像点位移 于未倾斜的投影面， 此时比例尺变大了 当地形起伏不平时 同一张照片内比例 同一张照片内比例尺发生 尺保持不变且不发 改变，且发生像点位移 生像点位移 1) 投影距离的影响 2) 投影面倾斜的影响 3) 地形起伏的影响 四、像点位移—地面点在航片上的像点与其在理想状态下应有像点的差异 (一)因地形起伏引起的像点位移——投影差 (推导公式无法复制) 结论: (1)投影差的大小与像点到像主点的距离成正比，即距像主点越远，投影差越大，像片中心部分投影差小， 像底点无投影差。 (2)投影差的大小与高差成正比，高差为正时投影差为正，影像离开中心点向外移动;高差为负时，投影 差为负，影像向着中心点移动。 (3)投影差位于以像主点为中心的辐射线上 (4)投影差与航高成反比，即航高越高则投影差越小 讨论:根据该投影规律，单株林木的投影具有以下规律: (1)所有树木的影像树根朝向中心，树顶朝向四周，呈辐射状 (2)林木影像的投影差与树高和辐射距离成正比 (3)计算树高(或有一定高度的地物)公式: 要注意公式中各符号的含义及其量测 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 第四章 航天遥感及其遥感资料 第一节航天遥感概述 6、资源卫星勘测和研究地球自然资源的卫星 第二节美国Landsat 二、Lansat轨道特征 “中等高度，近圆形，近极地，与太阳同步”轨道高度在700-900km，卫星经过极地时轨道高度略低，轨 道面与地心-日心连线的夹角保持恒定，因此称为同步轨道。 三、Landsat传感器 .RBV——Return Beam Vidicon(反束光导管摄像机) .MSS——Multi-Spectral Scanner(多光谱扫描仪) .TM——Thematic Mapper(主题成图仪) .ETM+——Enhanced Thematic MapperPlus(增强型主题成图仪+) 第三节 法国SPOT卫星 一、概述 .轨道特征 , 轨道高度:822km , 轨道倾角:98.7度 , 旋转周期:101.46分 , 回归周期:26天 二、Spot上的传感器 1 HRV:高分辨率可见光扫描仪——High Resolution Visible 2 HRVIR:高分辨率可见光中红外扫描仪——High Resolution Visible and Middle Infrared 3 Vegetation:植被成像仪 4 HRG:高分辨率几何成像仪——High Resolution Geometry 5 HRS:高分辨率立体成像装置——High Resolution Stereo 第五节气象卫星 第六节高分辨率商业卫星 1. GeoEye-1 2. IKONOS 3. QyickBird 第十三节 遥感影像的质量 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 与选择 一、空间分辨率(Spatial Resolution) 是指遥感影像上一个像元所对应的地面实际面积的大小，通常有3 种表示方法: 1像元(Pixel):指单个像元所对应的地面面积的大小，以m或Km为单位。如Quickbir的0.61米，Landsat-TM的30米，NOAA-AVHRR的1.1Km等，像元是扫描影像的基本单位，由行、列号及对应的亮度值描述。 2线对数(Line Pairs)3瞬时视场(IFOV, Instantaneous Field of View) 第 五 章 遥感图像处理 第一节基本概念 二、模拟图像Analog Image与数字图像Digital Image 1 模拟图像:是人眼或光学相机(Optical Camera)所探测到的灰度或色彩连续变化的景象，因此连续(continuity)是其基本特点，计算机无法直接读取和处理。 2 数字图像:是将连续的模拟图像沿x、y方向分别以Δx、Δy的间隔进行分割(离散化采样，Discrete Sampling)得到同样大小的栅格(称为像元-Pixel)，然后对每一像元点进行亮度赋值(量化，Quantification)，这样就得到了一幅离散的数字图像，计算机就能方便的读取并进行处理。 完成上述模数转换(A/D)的硬件常用的是扫描仪(Scanner)、数码相机(Digital Camera)等，其核心部件就是物理元件CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)。 从本质上看，数字图像就是一个二维的数字矩阵，记录每个像元的行号、列号和属性值。 遥感图像处理主要的内容包括: 1 图像变换 FFT、Harr、Discrete Cosine、Wavelet 等 2 图像校正 辐射校正、几何校正 3 图像增强 4 多源信息融合 Fusion 多平台、多时相遥感数据融合，遥感数据与非 遥感数据融合 技术要点:数据之间的精确配准;融合模型和方法的选择;融合后效果评价。 5 遥感图像的计算机分类 分类后各类型地物的提取。 五、遥感图像处理种类 目前的遥感图像处理主要是指—计算机图像处理(数字图像处理) 第二节遥感图像预处理(Preprocessing) 遥感图像从其成像机理和成像过程来看，其在几何位置上存在畸变(Distortion)，在辐射亮度值上也存在失真(Fuzzy)现象，因此不能直接使用购买来的遥感影像，需要对其进行几何校正(Geometric Correction)和辐射校正(Radiometric Correction)。 一、遥感图像的几何校正 3、有关几何校正的几个基本术语: (1)图像配准(Registration) 同一区域里一幅图像(基准图像)对另一幅图像的校准，以使两幅图像中的同名像元配准。 如GIS中扫描地形图的配准、用配准后的地形图配遥感影像等。 (2)图像纠正(Rectification) 借助于一组地面控制点，对一幅图像进行地理坐标的校正。这一过程又被称为地理参照(Geo-referencing) 4、几何校正的概念 是指采用特定的数学变换方程消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像的技术过程，就称为图像的几何校正。 5、几何校正的两个重要环节 一是实现像元的坐标变换(Transform of Coordinates)，即将畸变图像坐标转换成标准图像空间(主要是地图空间)坐标，难点在于“转换模型”如何确定与求解。 二是坐标变换后实现像元值的重采样(Resampling)，主要讨论重采样的算法:最邻近点法(Nearest Neighbor);双向线性插值(Bilinear interpolation);三次卷积法(Cubic convolution) 二、遥感图像的辐射校正 1、辐射校正的原因 由遥感成像过程的复杂性可知，传感器接收到的电磁波能量包含3部分: a 太阳辐射经大气衰减后照射到地表，经地面反射后又经大气第二衰减进入传感器的能量 b 地面本身辐射的能量经大气后进入传感器的能量 c 大气散射、反射和辐射的能量 传感器输出的能量还与传感器的光谱响应系数有关，因此遥感图像的辐射误差主要包括: a 传感器本身的性能引起的辐射误差 b 地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差 c 大气的散射和吸收引起的辐射误差 3、遥感图像辐射校正的方法 (1)光学镜头的非均匀性引起的边缘减光现象的改正 在使用透镜的光学系统中，由于镜头光学特性的非均匀性，使其成像平面上存在着边缘部分比中间部分暗的现象，称为“边缘减光”，原理如下图所示: 如果光线以平行于主光轴的方向通过透镜到达像平面O点的光强是E0，以与主光轴夹α角的方向通过镜头到达像平面P点的光强度为Ep，则 利用这一性质进行边缘减光现象造成的辐射畸变校正。 (2)光电变换系统的特性引起的辐射误差校正 传感器的光谱响应特性和传感器的输出有直接的关系。 在扫描方式的传感器中，传感器接收系统收集到的电磁波信号需经光电转换系统变成电信号记录下来，这个过程也会引起辐射量的误差。由于这种光电变换系统的灵敏度特性通常有很高的重复性，所以定期地在地面测量其特性，根据测量值可以对其进行辐射畸变校正。 (3)太阳高度引起的辐射误差校正 太阳方位角(Azimuth):是指太阳入射地表某点的光线在正切平面上的投影与正北方向的夹角φS 传感器方位角(Azimuth):是指传感器接受地表某点的光线在正切平面上的投影与正北方向的夹角φv 太阳高度角引起的畸变正是将太阳光线倾斜照射时获取图像校正为太阳光线垂直照射时获取的图像。太阳高度角θ可根据成像时间、季节和地理位置来确定: (194页) 式中:φ是图像对应区域的地理纬度，δ是太阳赤纬(成像时太阳直射点的地理纬度)t为时角(图像对应地区纬度与成像时太阳直射点纬度的经差) 太阳以高度角θ斜射时获得的图像g(x，y)与直射时获得的图像f(x，y)有如下关系: (194页) 太阳方位角引起的图像辐射值误差通常只对图像细节特征产生影响，采用与高度角类似的方法进行校正处理 (4)地形坡度引起的辐射误差校正 太阳光线和地表作用后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和地面的倾斜程度有关。 假定垂直入射水平地表的光照强度为I0，则光线垂直入射时倾斜角为α的坡面上入射点的光强度I为:(195页) 因此若处在坡度为α的倾斜面上的地物影像为g(x，y)，则校正后的图像f(x， y)为:(195页) 从校正的公式看出:做地形校正需要有研究区域的DEM数据才能进行 当然此项校正也可采用图像比值的方法来消除地形坡度所产生的辐射量误差 第三节遥感图像增强 一、图像增强的概念 图像增强(Enhancement)，是指对一幅图像进行试探性的加工、改造，使人们感兴趣的目标(地物、现象)信息突出，易于识别的技术过程 图像复原(Restoration)，是指对已知降质(Degradation)原因的图像采用确定的模型和方法，恢复图像本来面目的技术过程 二、反差增强(Contrast Enhancement)——点操作(Point Operation) 只有当图像中的目标和背景之间的亮度差异达到一定的界限后人眼才能区分他们，因此加大像元间的差异对于正确识别图像中的目标非常必要 1、灰度直方图(Histogram) 概念:以图像中像元灰度值为x轴，以各灰度值像元出现的频率为y轴而制成的图表 性质:a 直方图可以反映一幅图像或亮或暗的整体概貌 b 直方图可以相加运算 c 直方图并不反映像元的空间分布，因此从图像到直方图是一对一的关系，而从直方图到图像则存在一对多的关系(由一直方图可以生成多幅图像) 2、线性拉伸变换(Scale、Linear Stretching) 是将原始图像像元亮度值的变动范围按线性关系扩展到指定范围的技术过程 设原始图像的像元亮度值为Z，其变动范围为[a，b]，而扩展后的像元亮度为Z’，其 变动范围为[Z1，Z2]，若Z1b，则有: (202页) 该公式可以实现像元间亮度值间差异的扩展，同时也可以实现亮度值差异的压缩 分段线性拉伸(Piecewise Linear Stretching) 3、对数变换(Logarithm Transform) (203页) 式中:A、B、C为3个试探参数 (203页 图) 4、指数变换(Exponent Transform) (204页) 式中:A、B、C为3个试探参数 5、高斯变换(Gaussian Transform) (205页) 式中:—是图像像元亮度值的平均值 —是图像像元亮度值的标准差 三、空间滤波(Spatial Filtering)—邻域操作(Adjacent Operation) 强调像元与其周围相邻像元的关系 邻域:4-邻域，8-邻域 邻域操作:对图像进行处理的过程中，某一像元处理后的值由处理前像元的小邻域中的像元值确定，这种处理称为邻域操作 1、图像卷积运算(Convolution Algorithm)在空间域上对图像进行邻域检测的运算 卷积函数(卷积核-Kernel):其实质是一模板(Mask)，奇数大小，如3×3 、5×5窗口，窗口内每一元素就是类似于“权重”的数字; 将该模板“套叠”到一待处理的图像上，从图像的左上角开始，被套住的像元与模板内数字进行乘积运算后求和，计算结果作为新窗口中心像元的新的灰度值。 最后移动该模板，重复上述操作，直到将整幅图像遍历完毕为止。 四、彩色增强 人眼能够区分的灰度等级大致20多级，但人眼能分辨的不同的彩色可以上千种，因此对遥感图像进行彩色变换对于提高人眼的分辨能力非常重要 1、伪彩色变换(Pseudo-Color) 原始一幅单波段灰度图像，可以用密度分割法和彩色变换法实现伪彩色变换 A 密度分割(Density Slicing):将原始单波段灰度图像中一定亮度值范围的像元赋予某种色彩，从而将一灰度图像变成一彩色图像 B 从灰度到彩色的变换将原始灰度图像中每一像元灰度值通过3个独立色彩变换函数处理后分别输入彩色显示器的电子枪，这样就得到由3个变换函数调制的混合彩色图像 2、真彩色(True Color or Natural Color) 用红光波段图像、绿光波段图像及蓝光波段图像3 幅图像分别去激励显示器相对应的电子枪，从而获得与人眼检测到的色彩一致的图像 2、真彩色:分别用红、绿、蓝波段的3幅图像去激励显示器相应的电子枪。 3、假彩色(False Color ) 用多光谱的图像3 幅分别去激励显示器的电子枪，只要不严格满足真彩色的一一对应关系，从而获得与人眼检测到的色彩不一致的图像。所以，假彩色的合成波段组合 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 很多，通常以“最优指数公式-OIF(Optimal Index Formula)”来选取最佳的波段组合: Si越大，该波段图像的信息量越大，Rij越小则说明波段之间独立性越高，因此OIF值最大的组合即为最优的波段组合 五、图像运算 1多光谱图像的加法运算(Additive Operation) 设获得了同一研究区的m个波段的多光谱图像fi(x,y)(i=1,2,„,m) , 则加法运算写为: (219页) 这实际上是图像间的“平滑”操作 2 多光谱图像的减法运算(Subtractive Operation) (220页) 效应:(1)有利于提取在不同波段辐射特性差异较大的地物类型 (2)有利于同一地区不同时期的动态监测如森林过火面积的动态变化 3 植被指数(Vegetation Index) A 比值植被指数(Ratio VI) (221页) 式中:DN表示像元点的数字化值，ρ为地表反射率，NIR代表近红外，R代表红光 效应:(1)消除地形起伏产生的阴影的影响 效应:(2)提高与地面实测生物物理参数的相关性——生物物理建模(参数反演) 效应:(3)绿色植物RVI值较高，通常大于1，是因为叶肉组织引起近红外强反射同时光合作用(Photosynthesis)时叶绿素对红光的强吸收;而裸土、人工特征物、水体以及枯死或受胁迫(Stress)的植被，RVI值较低，通常接近1 效应:(4)RVI对大气状况很敏感，因此使用前最好要进行大气校正 B 归一化差值植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index) 效应:(1)NDVI是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子。许多研究表明，NDVI与LAI、绿色生物 NPP、植被覆盖度、光合作用等植被参数有关，因此NDVI被认为是监测地区或全球植被和量(Biomass) 生态环境变化的有效指标 (2)NDVI经比值处理，可以部分消除与太阳高度角、卫星观测角、地形、云/阴影和大气条件有关的辐照度条件变化(大气程辐射)的影响 (3)对于陆地表面的主要覆盖而言，云、水、雪在可见光波段比近红外波段有较高的反射作用，其NDVI<0;岩石、裸土在两波段上有相似的反射作用，其NDVI接近于0;有植被覆盖的地表其NDVI>0且随覆盖度的增加而增大 (4)NDVI的局限性:NDVI增强了近红外与红色通道反射率的对比度，它是近红外与红光比值的非线性拉伸，其结果是增强了低值部分，抑制了高值部分，结果导致了对高植被区较低的敏感性 第六章遥感专题信息提取 三、遥感图像计算机分类的方式 按照在分类过程中分类者的参与程度，将分类分为两种方式: 1监督分类(Supervised Classification) 2非监督分类(Unsupervised Classification) 第六节遥感图像计算机无监分类 一、无监分类的概念 在对研究区不了解的情况下，只是依据每一类型地物所具有的相似性(Similarity，类似度)，把反映各类型地物特征值的分布按相似分割和概率统计理论将各像元归并成不同的空间集群，然后结合地面实地调查来确定各集群的地物类型从而达到识别分类目的的分类方法。 其数学基础是:多元统计的聚类分析(Clustering Analysis) 二、非监督分类的特点 1分类者不需要对研究区有广泛的了解和熟悉，但分类结束后仍需要一定的知识或地面调查来确定各集群的地物覆盖类型 2人为误差的机会减少，因为分类者参与的程度低，只需要事先设定几个参数即可 3非监督分类产生的光谱集群组并不一定对应于分析者想要的类别 4分析者较难对产生的类别进行控制 三、非监督分类的算法 1K-Mean算法:其基本思想是通过迭代，逐次移动各类别的中心，直到后一次获得的各类的中心与前一次聚类获得的中心不再发生移动为止。 (258页 图(重要)) 说明:这种方法的聚类结果受所选聚类中心的数目及其初始位置以及模式分布的几何性质 和读入次序等因素影响，并且在迭代过程中没有调整类别数的措施 2 ISODATA算法 ISODATA(Iterative Self-Organizing Data Analysis Techniques Algorithm，迭代自组织数据分析技术算法)，它与K-Mean算法有两点不同: 第一，它不是每调整一个样本的类别就重新计算一次各类样本的均值，而是在每次把所有样本都调整完后才重新计算一次各类样本均值，前者被成为“逐个样本修正法”，后者被成为“成批样本修正法” 第二，ISODATA算法可以自动进行类别的“合并”与“分裂”，从而得到类别数比较合理的聚类结果，所以类别数是动态的 第七节遥感图像的计算机有监分类 一、有监分类的概念 利用对研究区已有类别的先验知识从遥感图像上选取若干有代表性的训练区作为样本据此估计出各类别的统计特征参数(均值向量和协方差矩阵)进而建立判别函数，然后利用判别函数实现对待分类像元进行分类的方法。 三、有监分类的算法 1 最小距离法(Minimum Distance):利用所选训练样本估计出每一类型的均值向量和协方差矩阵;然后以均值向量作为该类在特征空间中的中心位置，计算每个待分类像元到各类中心的距离，然后将此像元归并到距离最小的一类中去。此方法的判别准则是——距离 马氏距离由于乘上了协方差矩阵的逆，因此它具有“统一量纲”的效应;当协方差矩阵退化为单位阵(Identity Matrix)时，马氏距离就变成了欧氏距离 3 Bayes判别准则 前面介绍的距离判别方法计算简单，结论明确，简单实用。但其缺点是:判别方法与各类出现的概率大小无关，同时与误判之后造成的损失无关。而Bayes判别可以很好的克服上述缺点 四、有监分类的特点 优点: 1 可根据应用的目的和区域，有选择的决定分类类别，避免出现一些不必要的类别 2 可控制训练样本的选择 3 可通过检查训练样本来决定训练样本是否被精确分类，避免分类中的严重错误 4 避免了非监督分类中对光谱集群的重新归类 缺点: 1分类系统的确定、训练样本的选择都有较强的主观性 2由于图像中同一类别的光谱差异较大，造成训练样本的代表性下降 3训练样本的选择和评估需花费较多的人力、时间 4只能识别训练样本中定义的类别，若某类别由于训练者不知道或者其数量太少未被定义，则监督分类不能识别 名词解释: 1、遥感的定义:不直接接触物体本身，从远处通过仪器探测和接受来自目标物体的信息，通过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。 2、波粒二象性:电磁辐射在传播过程中，主要表现为波动性;当与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这即为电磁波的波粒二象性。 3、地物的光谱特性:自然界中任何地物都具有自身的电磁辐射规律，如具有反射、吸收、透射电磁波的特性，称为地物的光谱特性。 4、叶绿素陡坡反射特征:绿色叶子反射率在0.55 µm附件有一个反射峰，它恰好位于绿光波段，故叶子天然色调呈绿色。大约在0.7 µm附件，其反射率骤然上升，至1.1 µm近红外波段达到高峰，这是含有叶绿素植物的共同特点，称为叶绿素陡坡反射特征。 5、大气窗口:把通过大气而较少被发射、吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段称为大气窗口。 6、景物的反差:景物中最亮部分的亮度与最暗部分的亮度之比或其对数之差成为景物的反差。 7、反差系数:影像反差与景物反差之比成为反差系数。 8、航向重叠:航测成图中，为保证立体模型间的连接，要求相邻两张像片间沿航线方向对所摄地面有一定的重叠，称为航向重叠。 9、判读标志:在航空像片上，不同地物有其不同的影像特征，这些影像特征是判读各种地物的依据，称为判读标志(解译标志)。 10、光谱效应:同一地物在不同光谱波段的图象上，其色调是不相同的，因此在采用不同波段图象判读时，识别地物的能力和判读效果是不一样的，称为光谱效应。 考试要点 一、遥感的分类: 按遥感平台分类:地面遥感、航空遥感、航天遥感等。 按遥感电磁波的工作波段分类:可见光遥感、红外遥感、微波遥感等。 二、遥感的技术组成:遥感平台、传感器、地面控制系统。 三、遥感过程:遥感实验、遥感信息获取、遥感信息处理、遥感信息应用。 四、电磁波谱:将各种电磁波按波长的大小(或频率高低)一次排列成图表即为电磁波普。 紫外线:只有0.3~0.4 µm的紫外线部分到达地面，且能量很少，但可使AgBr底片感光，其余被大气吸收;主要用于探测碳酸岩分布，也可用于油污染的监测，不适于高空遥感。 可见光:波段很窄，由七色组成，可分可合，均能为人眼所直接感觉;是鉴别物质特征的主要波段，可采用摄影和扫描方式记录地物对可见光的反射特征;是遥感中最常用的波段。 红外线:近红外性质与可见光相似，受感光材料灵敏度限制。中红外、远红外和超远红外是产生热感的原因，又叫热红外。红外遥感采用热感应方式探测地物本身的辐射(如热污染、火山、森林火灾等)，所以工作时不仅白天可以进行，夜间也可以进行，能进行全天时遥感。 微波:微波具有热辐射性质;因波长长，能穿透云、雾而不受天气影响，故能进行全天候、全天时的遥感探测;微波对某些物质具有一定的穿透能力，能直接透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物。 五、当电磁辐射能量入射到地物表面时，出现三种过程:反射、吸收、透射。根据能量守恒: P,P，P，P0,,, 式中: P0 :入射总能量; Pρ:地物反射能量; Pα:地物吸 收能量;Pτ:地物透射能量。 1,Pα/P0 ， Pρ/P0 ， Pτ/ P0 令: Pρ/P0 ×100,,ρ(反射率)即地物反射能量与入射总能量的百分率; Pα/P0 ×100,,α(吸收率)即地物吸收能量与入射总能量的百分率; Pτ/ P0×100,,τ(透射率)即地物透射能量与入射总能量的百分率; 则: α， ρ ， τ ,1 对于不透明物体，τ,0，则有: α， ρ ,1 有 α ,1, ρ 表明:反射率高的地物，吸收率就低;同时，有地物的反射率测定就可测定吸收率。 六、不同地物由于物质组成和结构不同具有不同的反射光谱特性，因而可以根据传感器接收到的电磁波光 谱特征的差异来识别不同的地物，这是遥感的基本出发点。 七、基尔霍夫定律:在任一给定温度下，地物单位面积上的辐射通量密度和吸收率之比，对于任何地物都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量密度W黑。即: W/,,WW/,,W,,黑黑, 对 也成立 ,,W/W,,,1,,黑由此可见， 4W,,W,,,T黑则一般地物辐射强度可写成: 可见地物微小的温度差异引起红外辐射较明显变化，这种特征构成红外遥感的理论依据。 八、大气对遥感的影响: 太阳辐射在到达传感器时，由于大气的吸收和散射，经过了两次衰减，造成遥感图象清晰度下降，因此在选择传感工作波段时，需考虑大气层的吸收和散射的影响。 九、环境对地物光谱特性的影响: 1、与地物的物理性状有关:如含水率等。 2、与光源的辐射强度有关。 3、与季节有关。 4、与探测时间有关。 5、与气象条件有关。 f1,mH十、摄影比例尺: H0十一、绝对航高():基准面为大地水准面。 相对航高(H):基准面为指定的一个高度(h)。 H,H，h0相对航高与绝对航高的关系: 十二、航空像片的主要点和线 1、像主点(o) :航空摄像机主光轴SoO与像面交点，地面上相应点O为底主点。 2、像底点(n) :通过镜头中心S的地面铅垂线(主垂线SnN)与像面的交点，地面上的相应点N为地底点。 3、等角点(c):主光轴SoO与主垂线SnN的夹角a，也即像片倾斜角。其角的等分线ScC与像面的交点，像面上和地平面上同以等角点为顶点的角相等。 4、主纵线(VV):包括主光轴与主垂线的平面与像平面的交线。 hhoo5、主横线():通过像主点与主纵线垂直的线。 hhcc6、等比线():通过等角点c与主纵线垂直的线。 十三、像点位移:因地形起伏引起的像点位移(投影差):这是航空像片中心投影造成的。 十四、航片比例尺: 1、在平坦地区，所拍摄的像片比例尺在各点都一样，都是焦距f与航高H的比值。 2。多数情况下，地形起伏不定，因此各点比例尺不一样。 ffab1cd1,,,,ABMH，hCDMH20200 (1) (2) 十五、立体观察原理:人眼的生理视差(生理视差:地物点空间位置不同，它们在两眼视网膜上像点分布就不同)。 十六、像对的立体观察条件: 、必须是由不同的摄像站对同一地区所摄影的两张像片，前面说过，在航片方向上相邻的两张像片必须有1 60%~53%的重叠，因此相邻像片满足此条件，通常称之为想对; 2、两张像片的比例尺不得超过16%; 3、两眼必须分别看两张像片上的相应影像，即左眼看左像，右眼扛右像;通常情况下，肉眼观察难以做到，但用立体镜就很容易做到; 4、像片所安放的位置，必须能使相应视线成对相交，相应点的连线与眼基线平行。 十七、左右视差(P): 像对上同名地物点的横坐标差。 P,X,XP,X,Xaa1a2cc1c2 视差较(ΔP):两像点左右视差的差。ΔP , Pa , Pc (树梢减去树基) ,P,HAh,b，,P高差与左右视差的关系: 式中:h为两点的高差; ΔP为视差较;HA为平均航高;b为像片上摄影基线长(o1o2或o2o1的长度) 十八、判读标志:在航空像片上，不同地物有其不同的影像特征，这些影像特征是判读各种地物的依据，称为判读标志(解译标志)。 包括:1、直接判读标志(形状、大小、色调、阴影、组合图案、纹理) 2、间接判读标志:地物与周围环境的关系 十九、像片判读的方法: 判读原则:先整体后局部、从已知到未知、先易后难、由宏观到微观的原则。 1、直接判定法:对像片上影像特征比较明显的地物，通过直接判读标志可判定地物的性质。 2、对比分析法:将像片上待判的影像，与已知地物影像或标准航片上的影像进行比较，以判定地物的性质。 3、逻辑推理法:用直接判读标志无法确认时，须充分利用反映事物之间相互关系的间接判读标志，运用逻辑推理的方法来间接判读出地物。 二十、航空像片目视判读步骤 (一)准备工作: 1、资料准备:各种航片，航片的相关说明资料，判读地区的地形图等相关文献、专题图等。 2、工具材料准备:像片判读所用的工具，如立体镜、放大镜等。 3、熟悉地理概况:掌握该地区的基本地理特点。 4、圈定像片使用面积: 5、像片图的制作: (1)像片镶辑图:按照相邻像片的重叠部分拼成的。误差未经纠正。 (2)镶辑复照图:将镶辑图按一定比例尺照相缩小。 (3)像片略图:用航片的使用面积镶嵌而成。误差未经纠正。 (4)像片平面图:将误差纠正过的像片按控制点拼接，精度较高，可像地形图一样使用。 (二)室内判读: 1、先制定统一的分类系统; 2、建立判读标志，逐张判读; 3、依据判读原则判读，并用统一的符号和线条标示地物的属性及分辨，绘制出判读草图; 4、借助工具，利用现有资料; 5、对重要及有疑问的地方加以特别标记，以便核实。 (三)野外校核:重要环节。按拟定的路线进行，将室内判读结果与实地进行对照，以修改和补充室内判读的不足。 (四)成图与总结:判读结果经野外校核以后，即可将其转绘到准备好的底图上，以制成专题图件，并根据任务要求，编写总结报告。 二十一、森林判读 1、在黑白航片上:一般表现为轮廓比较明显的颗粒状图形，在高倍立体镜下观察，其高度感强，幼林树冠颗粒小，比较均匀紧密，色调较浅。 (1)有林地:影像颗粒密而均匀，看不到阴影，色调为灰色。 (2)疏林地:影像稀疏，林中空地明显可见，由灰色的影像与黑色的阴影组成，阴影很完整。 (3)阔叶林:较浅的色调，颗粒感强，并呈不规则的绒球状图形，其影像形状因树种而异。 (4)针叶林:色调较深，树冠形状常呈锥形和边缘不整齐的锯齿形。 (5)针阔混交林:锥状与球状林冠镶嵌，颗粒大小不均。 (6)竹林:色调比阔叶林浅，呈浅灰色，影像为密集的海绵状，表面较为均匀整齐。 注:黑白红外片上的色调比全色黑白片上的色调要浅，因为绿色植物对红外线反射强，影像色调浅，而在全色片上，绿色植物反射率高的绿光恰是其感光最弱的波段，故其影像色调较深。 2、在假彩色红外片上:(色调与黑白片的比较，其他相似)林地的覆盖度高，水分条件好，长势好，其红 色的饱和度高。 (1)针叶林:紫红色。 (2)阔叶林:鲜红色，幼林为鲜艳的红色。 (3)针阔混交林:暗红色与鲜红色球状镶嵌。 (4)竹林:受长势的影响，呈浅红,,鲜红。 3、在真彩色航片上:色调与实地一致，易于判读。 注:要注意不同季相对判读的影响。 二十二、陆地卫星图象的符号及注记 1、陆地卫星图象的编号:轨径，行; 2、2、叠合符号，:在彩色合成时，利用之进行准确的重叠套合，其图幅对角连线交点为图象的中心点C; 3、纵向重叠符号,、T:相邻的上下两幅图象的纵向重叠线; 4、经纬度注记; 5、成象时间等文字的注记。 二十三、陆地卫星图象的物理特性 1、灰阶:地物的辐射强度不同表现在卫星图象上是色调的深浅不同，色调深浅的分级称为灰阶。因此灰阶是区分地物辐射强度和影像色调深浅的标准。 传感器不同波段图象上的灰阶只反映该波段的辐射强度。 灰标是灰阶的视觉标志，在卫片的下边框有。 2、光谱效应:同一地物在不同光谱波段的图象上，其色调是不相同的，因此在采用不同波段图象判读时，识别地物的能力和判读效果是不一样的，称为光谱效应。 3、空间分辨率:指地面分辨率。指在图象上能显示出地面上最小地物的尺寸(也就是像元)的大小。凡是大于分辨率的地物可较为容易辨认，小于分辨率的地物辨认就比较困难。 4、不同季节对图象的影响。 二十四、遥感数字图象计算机的自动分类:监督分类法、非监督分类法 二十五、图像处理:几何纠正、增强处理 二十六、遥感图像的光学增强处理: 1、彩色合成处理:光学法、彩色相纸分层曝光法、彩色印刷法 2、图像相关掩膜增强处理(采用相关膜片间相互组合叠加，达到图像增强效果处理技术，就是掩膜增强，又称蒙片技术):反差边缘增强、相关掩膜反差增强 二十七、结合自己的专业谈谈对遥感的认识。