《遙感原理》期末復(fù)習(xí)

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1、.................................................. 第1章遙感概述 §1.1遙感的概念 遙感即遙遠(yuǎn)感知，是在不直接接觸的情況下，對目標(biāo)或自然現(xiàn)象遠(yuǎn)距離探測和感知的一種技術(shù)。 遙感的基本內(nèi)容： （1）遙感技術(shù) 遙感技術(shù)主要解決獲取地球表層信息的手段問題，它包括傳感器的設(shè)計(jì)與制造，傳感器的掃描姿態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸以及原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理等。 （2）遙感理論 遙感理論的主要任務(wù)是將數(shù)據(jù)（傳感器所提供的可測參數(shù)值）轉(zhuǎn)化為有用的信息，即可被人類理解的關(guān)于地球表層的某種物理的、幾何的、生物學(xué)的及化學(xué)的參數(shù)。 （3）遙感應(yīng)用 遙感應(yīng)用的任務(wù)是將信息

2、轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)，所謂知識(shí)是對地球表層系統(tǒng)的物理過程及內(nèi)在變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)和表達(dá)。遙感應(yīng)用的特點(diǎn)是必須將由遙感手段獲取的信息與母學(xué)科知識(shí)緊密結(jié)合，才能對地球表層系統(tǒng)的現(xiàn)狀作出正確的描述，對它的發(fā)展作出準(zhǔn)確的判斷。 §1.2遙感技術(shù)系統(tǒng) 遙感技術(shù)系統(tǒng)：是一個(gè)從地面到空中，乃至空間，從信息收集、存儲(chǔ)、處理到判讀分析和應(yīng)用的完整技術(shù)體系。 遙感過程：指遙感信息的獲取、傳輸、處理及其判讀分析和應(yīng)用的全過程。 遙感平臺(tái)：裝載傳感器的工具或設(shè)備，主要有地面平臺(tái)(如遙感車、手提平臺(tái)、地面觀測臺(tái)等)、空中平臺(tái)(如飛機(jī)、氣球、其他航空器等)、空間平臺(tái)(如火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間實(shí)驗(yàn)室、航天飛機(jī)等)。 傳

3、感器：接收、記錄目標(biāo)物電磁波特征的儀器（各種光學(xué)、無線電儀器），如掃描儀、雷達(dá)、攝影機(jī)、攝像機(jī)、輻射計(jì)等。 遙感探測的特點(diǎn)： （1） 宏觀觀測，大范圍獲取數(shù)據(jù)資料； （2） 動(dòng)態(tài)監(jiān)測、快速更新監(jiān)控范圍數(shù)據(jù)； （3） 技術(shù)手段多樣，可獲取海量信息 （4） 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，經(jīng)濟(jì)效益高 遙感的分類 （1）按遙感平臺(tái)分 地面遙感：傳感器設(shè)置在地面平臺(tái)上，如車載、船載、手提、固定或活動(dòng)高架平臺(tái)等； 航空遙感：傳感器設(shè)置于航空器上，主要是飛機(jī)、氣球等； 航天遙感：傳感器設(shè)置于環(huán)地球的航天器上，如人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站、火箭等； 宇航遙感：傳感器設(shè)置于星際飛船上，指對地月系統(tǒng)外的

4、目標(biāo)的探測。 （2）按傳感器的探測波段分 紫外遙感：探測波段在0.05一0.38μm之間； 可見光遙感：探測波段在0.38一0.76μm之間； 紅外遙感：探測波段在0.76一1000μm之間； 微波遙感：探測波段在1mm一1m之間。 （3）按傳感器的工作原理分 主動(dòng)遙感：由探測器主動(dòng)發(fā)射一定電磁波能量并接收目標(biāo)的后向散射值量； 被動(dòng)遙感：傳感器不向目標(biāo)發(fā)射電磁波，僅被動(dòng)接收目標(biāo)物的自身發(fā)射和對自然輻射源的反射能量。 （4）按遙感資料的獲取方式分 成像遙感：將探測到的目標(biāo)電磁輻射轉(zhuǎn)換成可以顯示為圖像的遙感資料，如航空像片、衛(wèi)星影像等； 非成像遙感：將所接收的目標(biāo)電磁輻射數(shù)據(jù)

5、輸出或記錄在磁帶上而不產(chǎn)生圖像。 （5）根據(jù)波段寬度及波譜的連續(xù)性分 高光譜遙感： 常規(guī)遙感：又稱為寬波段遙感 （5）按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域分 從大的研究領(lǐng)域可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等； 從具體應(yīng)用領(lǐng)域可分為資源遙感、環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、漁業(yè)遙感、地質(zhì)遙感、氣象遙感、水文遙感、城市遙感、工程遙感及災(zāi)害遙感、軍事遙感等，還可以劃分為更細(xì)的研究對象進(jìn)行各種專題應(yīng)用。 §1.3遙感技術(shù)的簡史與發(fā)展 當(dāng)前遙感發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢： （一） 多分辨率傳感器的發(fā)展； （二） 多波段、多極化、多角度遙感并用； 小衛(wèi)星及衛(wèi)星群的發(fā)展； 第2章遙感電磁輻射基

6、礎(chǔ) §2.1電磁波譜與黑體輻射 2.1.1電磁波與電磁波譜 變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，以有限的速度由近及遠(yuǎn)在空間內(nèi)傳播的過程稱為電磁波。 按照電磁波在真空中傳播的波長或頻率遞增或遞減順序排列制成的圖表，稱為電磁波譜圖。 電磁波譜區(qū)段的界限是漸變的，一般按產(chǎn)生電磁波的方法或測量電磁波的方法來劃分。 電磁波譜表 波段 波長 長波 中波和短波 超短波 大于3000m 10~3000m 1~10m 微波 1mm~1m 紅外波段 超遠(yuǎn)紅外 遠(yuǎn)紅外 中紅外 近紅外 0.76 ~ 1000μm 15~1000μm 6~15μm 3~6μm 0.76~3μm 可見光 紅 橙

7、黃 綠 青 藍(lán) 紫 0.38 ~ 0.76μm 0.62~0.76μm 0.59~0.62μm 0.56~0.59μm 0.50~0.56μm 0.47~0.50μm 0.43~0.47μm 0.38~0.43μm 紫外線 10-3~3.8×10-1μm X射線 10-6~10-3μm γ射線 小于10-6μm 2.1.2電磁輻射的有關(guān)概念 輻射源：能夠向外輻射電磁波的物體。任何物體都能夠吸收其他物體對它的輻射，也能夠向外輻射電磁波。 自然輻射源： -太陽輻射：可見光及近紅外遙感的重要輻射源。 -地球電磁輻射：遠(yuǎn)紅外遙感的輻射源。 人工輻射源： 人為發(fā)射，如雷達(dá)

8、（微波雷達(dá)輻射源，激光雷達(dá)輻射源）。 基本物理名詞：輻射能量（Q）、輻射通量（輻射功率，φ）、輻射出射度（輻射通量密度W）、輻射照度（E）、輻射強(qiáng)度（I）、輻射亮度(L) 輻射能量Q：電磁輻射是具有能量的，它表現(xiàn)在： ?使被輻照的物體溫度升高 ?改變物體的內(nèi)部狀態(tài) ?使帶電物體受力而運(yùn)動(dòng) 輻射能量（Q）的單位是焦耳（J） 輻射通量(radiantflux)Φ：在單位時(shí)間內(nèi)通過的輻射能量稱為輻射通量。 Φ=?Q/?t 輻射通量（Φ）的單位是瓦特=焦耳/秒（W=J/S） 輻射通量密度(irradiance)E、(radiantexistence)M：單位面積上的輻射通量

9、稱為輻射通量密度。 E輻照度=?Φ/?AM輻射出射度=?Φ/?A 輻射通量密度的單位是瓦/米2（W/m2） 圖Error! No sequence specified. 輻射強(qiáng)度(radiantintensity)I：輻射強(qiáng)度是描述點(diǎn)輻射源的輻射特性的，指在某一方向上單位立體角內(nèi)的輻射通量。 I=?Φ/?Ω 輻射強(qiáng)度（I）的單位是瓦/球面度（W/Sr） 圖Error! No sequence specified. 輻射亮度(radiance)L：單位面積、單位波長、單位立體角內(nèi)的輻射通量稱為輻射亮度。 L=?3Φ/?A?λ?Ω 輻射亮度（L）的單位是瓦/米2?微米?球面度（W/

10、m2?μm?Sr） 圖Error! No sequence specified. 分譜輻射通量：輻射通量是波長λ的函數(shù)，單位波長間隔內(nèi)的輻射通量稱為分譜輻射通量： Φλ=?Φ/?λ 分譜輻射通量的單位是瓦/微米（W/μm） 圖Error! No sequence specified. 分譜輻射通量、分譜輻照度、分譜輻射出射度、分譜輻射強(qiáng)度 2.1.3黑體輻射 1860年，基爾霍夫得出了好的吸收體也是好的輻射體這一定律。它說明了凡是吸收熱輻射能力強(qiáng)的物體，它們的熱發(fā)射能力也強(qiáng)；凡是吸收熱輻射能力弱的物體，它們的熱發(fā)射能力也就弱。 如果一個(gè)物體對于任何波長的電磁輻射都全部吸收，則這個(gè)物

11、體是絕對黑體。一個(gè)不透明的物體對入射到它上面的電磁波只有吸收和反射作用，且此物體的光譜吸收率α(λ,T)與光譜反射率ρ（λ，T）之和恒等于1，實(shí)際上對于一般物體而言，上述系數(shù)都與波長和溫度有關(guān)，但絕對黑體的吸收率α(λ,T)≡1,反射率ρ（λ,T）≡0；與之相反的絕對白體則能反射所有的入射光，即：反射率ρ（λ,T）≡1，吸收率α(λ,T)≡0，與溫度和波長無關(guān)。 1900年普朗克用量子理論概念推導(dǎo)黑體輻射通量密度Wλ和其溫度的關(guān)系以及按波長λ分布的輻射定律： 式中：——分譜輻射通量密度，單位（）； λ——波長，單位μm；h——普朗克常數(shù)=6.6256′10-34J·s； c——光速3′1

12、08m/s；k——玻耳茲曼常數(shù)=1.38′10-23J/K； T——絕對溫度K。 式中：＿＿＿第一輻射常量，其值為3.7418； ＿＿＿第二輻射常量，其值為1.4388。 圖中可直觀地看出黑體輻射的三個(gè)特性： （1）與曲線下的面積成正比的總輻射通量密度W是隨溫度T的增加而迅速增加?？傒椛渫棵芏萕可在從零到無窮大的波長范圍內(nèi)對普朗克公式進(jìn)行積分得到，即： 其中稱為斯忒藩－玻爾茲曼常量。 從上式可以看出：絕對黑體表面上，單位面積發(fā)出的總輻射能與絕對溫度的四次方成正比，稱為斯忒藩－玻耳茲曼公式。對于一般物體來講，傳感器檢測到它的輻射能后就可以用此公式概略推算出物體的總輻射能量或絕對溫度（

13、T）。熱紅外遙感就是利用這一原理探測和識(shí)別目標(biāo)物的。 （2）分譜輻射能量密度的峰值波長隨溫度的增加向短波方向移動(dòng)?？晌⒎制绽士斯?，并求極值： 稱為維恩位移定律。它表明：黑體的絕對溫度增高時(shí)，它的最大輻射本領(lǐng)向短波方向位移。若知道了某物體溫度，就可以推算出它所輻射的波段。在遙感技術(shù)上，常用這種方法選擇遙感器和確定對目標(biāo)物進(jìn)行熱紅外遙感的最佳波段。 （3）每根曲線彼此不相交，故溫度T越高所有波長上的波譜輻射通量密度也越大。 2.1.4一般物體的發(fā)射輻射 黑體熱輻射由普朗克定律描述，它僅依賴于波長和溫度。然而，自然界中實(shí)際物體的發(fā)射和吸收的輻射量都比相同條件下絕對黑體的要低。而且，實(shí)際物體

14、的輻射不僅依賴于波長和溫度，還與構(gòu)成物體的材料、表面狀況等因素有關(guān)。我們用發(fā)射率ε來表示它們之間的關(guān)系：ε=W′/W 即：發(fā)射率ε就是實(shí)際物體與同溫度的黑體在相同條件下輻射功率之比。 依據(jù)光譜發(fā)射率隨波長的變化形式，將實(shí)際物體分為兩類：一類是選擇性輻射體，在各波長處的光譜發(fā)射率ελ不同，即ε=f(λ)；另一類是灰體，在各波長處的光譜發(fā)射率ελ相等，即：ε=ελ，與絕對黑體、絕對白體相比較列于下面： ①絕對黑體ελ＝ε＝1 ②灰體ελ＝ε但0＜ε＜1 ③選擇性輻射體ε＝f(λ) ④理想反射體（絕對白體）ελ＝ε＝0 發(fā)射率是一個(gè)介于0和1的數(shù)，用于比較此輻射源接近黑體的程度。各種不

15、同的材料，表面磨光的程度不一樣，發(fā)射率也不一樣，并且隨著波長和材料的溫度而變化。 §2.2太陽輻射和地球輻射 2.2.1太陽輻射 地球上的能源主要來源于太陽，太陽是被動(dòng)遙感最主要的輻射源。傳感器從空中或空間接收地物反射的電磁波，主要是來自太陽輻射的一種轉(zhuǎn)換形式。 太陽常數(shù)：指不受大氣影響，在距離太陽一個(gè)天文單位內(nèi)，垂直于太陽光輻射的方向上，單位面積單位時(shí)間黑體所接收的太陽輻射能量。 太陽光譜：太陽發(fā)射的電磁輻射在地球大氣頂層隨波長的分布稱為太陽光譜。 2.2.2地球輻射 地球輻射可分為：短波0.3-2.5μm，長波輻射6μm以上。 地球的短波輻射以地球表面對太陽的反射為主，地球

16、自身的熱輻射可以忽略。 地球的長波輻射只考慮地表物體自身的熱輻射，這個(gè)區(qū)域太陽照度的影響很小。 中紅外波段（2.5-6μm）：太陽輻射和地球熱輻射均有。 §2.3地球大氣及其對太陽輻射的影響 2.3.1地球大氣 地球大氣從垂直方向可劃分成四層，對流層、平流層、電離層和外大氣層。 大氣成分主要有氮、氧、氬、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氫（這些氣體在80km以下的相對比例保持不變，稱不變成分）、臭氧、水蒸氣、液態(tài)和固態(tài)水（雨、霧、雪、冰等）、鹽粒、塵煙（這些氣體的含量隨高度、溫度、位置而變、稱為可變成分）等。 2.3.2大氣對太陽輻射的衰減作用 在可見光波段，引起電磁波衰減的主要原

17、因是分子散射。在紫外、紅外與微波區(qū)，引起電磁波衰減的主要原因是大氣吸收。引起大氣吸收的主要成分是氧氣、臭氧、水、二氧化碳等。 在可見光波段范圍內(nèi)，大氣分子吸收的影響很小，主要是散射引起衰減。電磁波在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向發(fā)生改變，并向各個(gè)方向散開，稱散射。散射的方式隨電磁波波長與大氣分子直徑、氣溶膠微粒大小之間的相對關(guān)系而變，主要有米氏(Mie)散射、均勻散射、瑞利（Rayleigh）散射等。如果介質(zhì)中不均勻顆粒的直徑a與入射波長同數(shù)量級(jí)，發(fā)生米氏散射；當(dāng)不均勻顆粒的直徑a>>λ時(shí)，發(fā)生均勻散射；而瑞利散射的條件是介質(zhì)的不均勻程度a小于入射電磁波波長的十分之一。 2.3.3大氣窗

18、口 太陽輻射在到達(dá)地面之前穿過大氣層，大氣折射只是改變太陽輻射的方向，并不改變輻射的強(qiáng)度。但是大氣反射、吸收和散射的共同影響卻衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分才為透射部分。不同電磁波段通過大氣后衰減的程度是不一樣的，因而遙感所能夠使用的電磁波是有限的。有些大氣中電磁波透過率很小，甚至完全無法透過電磁波。這些區(qū)域就難于或不能被遙感所使用，稱為“大氣屏障”；反之，有些波段的電磁輻射通過大氣后衰減較小，透過率較高，對遙感十分有利，這些波段通常稱為“大氣窗口”。簡單來說，大氣窗口表示了電磁波在大氣傳輸過程中吸收和散射很小，透射率很高的波段。 常用大氣窗口： 2 0.30-1.3μm。主要是反映地物對太陽

19、光的反射。通常采用攝影或掃描的方式在白天感測、收集目標(biāo)信息成像。 2 1.5-3.5μm大氣窗口白天夜間都可應(yīng)用，是以掃描的成像方式感測、收集目標(biāo)信息，主要應(yīng)用于地質(zhì)遙感。 2 3.5~5.5μm大氣窗口，包含地物反射及發(fā)射光譜，用來探測高溫目標(biāo)。 2 8-14μm熱紅外窗口，屬于地物的發(fā)射波譜，是常溫下地物熱輻射能量最集中的波段，所探測的信息主要反映地物的發(fā)射率及溫度。 2 1.0cm-1m微波窗口，分為毫米波、厘米波、分米波。遙感中常采用被動(dòng)式遙感（微波輻射測量）和主動(dòng)式遙感，前者主要測量地物熱輻射，后者是用雷達(dá)發(fā)射一系列脈沖，然后記錄分析地物的回波信號(hào)。 2.3.4輻射傳輸過程

20、 傳感器從高空探測地面物體時(shí)，所接收到的電磁波能量包括：1、太陽經(jīng)大氣衰減后照射地面，經(jīng)地物反射后，又經(jīng)大氣第二次衰減進(jìn)入傳感器的能量；2、地面物體本身輻射的能量經(jīng)大氣后進(jìn)入傳感器；3、大氣散射和輻射的能量等。 §2.4地物的反射輻射 2.3.1地物的反射類別 物體對電磁波的反射有三種形式： (1) 鏡面反射 是指物體的反射滿足反射定律。當(dāng)發(fā)生鏡面反射時(shí)，對于不透明物體，其反射能量等于入射能量減去物體吸收的能量。自然界中真正的鏡面很少，非常平靜的水面可以近似認(rèn)為是鏡面。 (2) 漫反射 如果入射電磁波波長λ不變，表面粗糙度h逐漸增加，直到h與λ同數(shù)量級(jí)，這時(shí)整個(gè)表面均勻反射入射電磁

21、波，入射到此表面的電磁輻射按照朗伯余弦定律反射。 方向反射 實(shí)際地物表面由于地形起伏，在某個(gè)方向上反射最強(qiáng)烈，這種現(xiàn)象稱為方向反射。是鏡面反射和漫反射的結(jié)合。它發(fā)生在地物粗糙度繼續(xù)增大的情況下，這種反射沒有規(guī)律可尋。 .................................................37 第3章遙感平臺(tái) §3.1遙感平臺(tái)的種類 遙感中搭載遙感器的工具統(tǒng)稱為遙感平臺(tái)。按平臺(tái)距地面的高度大體上可分為三類:地面平臺(tái)、航空平臺(tái)、航天平臺(tái)。 §3.2衛(wèi)星軌道及運(yùn)行特點(diǎn) 3.2.1軌道參數(shù) 衛(wèi)星軌道在空間的具體形狀位置，可由六個(gè)軌道參數(shù)來確定。 1、升交

22、點(diǎn)赤經(jīng)Ω 升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω為衛(wèi)星軌道的升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的角距。所謂升交點(diǎn)為衛(wèi)星由南向北運(yùn)行時(shí)，與地球赤道面的交點(diǎn)。反之，軌道面與赤道面的另一個(gè)交點(diǎn)稱為降交點(diǎn)。春分點(diǎn)為黃道面與赤道面在天球上的交點(diǎn)。 2、近地點(diǎn)角距ω ω是指衛(wèi)星軌道的近地點(diǎn)與升交點(diǎn)之間的角距。 3、軌道傾角i i角是指衛(wèi)星軌道面與地球赤道面之間的兩面角。也即從升交點(diǎn)一側(cè)的軌道量至赤道面。 4、衛(wèi)星軌道的長半軸a a為衛(wèi)星軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)到橢圓軌道中心的距離。 5、衛(wèi)星軌道的偏心率（或稱扁率）e e=c/a 式中，c——衛(wèi)星橢圓軌道的焦距。 6、衛(wèi)星過近地點(diǎn)時(shí)刻T 在六個(gè)軌道參數(shù)中，Ω、ω、i和T決定了衛(wèi)星軌道面與

23、赤道面的相對位置，而a和e則決定了衛(wèi)星軌道的形狀。 3.2.2衛(wèi)星坐標(biāo)的測定和解算 3.2.3衛(wèi)星姿態(tài)角 影像幾何變形與衛(wèi)星姿態(tài)角也有直接的關(guān)系。為了進(jìn)行幾何校正，必須提供衛(wèi)星姿態(tài)角參數(shù)?，F(xiàn)定義衛(wèi)星質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿軌道前進(jìn)的切線方向?yàn)閤軸，垂直軌道面的方向?yàn)閥軸，垂直xy平面的為z軸，則衛(wèi)星的姿態(tài)有三種情況：繞x軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱之為滾動(dòng)；繞y軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱俯仰；繞z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱航偏。 3.2.4其它一些常用參數(shù) 1、衛(wèi)星速度 2、衛(wèi)星運(yùn)行周期 衛(wèi)星運(yùn)行周期是指衛(wèi)星繞地一圈所需要時(shí)間，即從升交點(diǎn)開始運(yùn)行到下次過升交點(diǎn)時(shí)的時(shí)間間隔。 3、衛(wèi)星高度 4、同一天相鄰軌道間

24、在赤道處的距離 5、每天衛(wèi)星繞地圈數(shù) 6、重復(fù)周期 衛(wèi)星重復(fù)周期是指衛(wèi)星從某地上空開始運(yùn)行，經(jīng)過若干時(shí)間的運(yùn)行后，回到該地空時(shí)所需要的天數(shù)。 第4章遙感傳感器 　　遙感傳感器是獲取遙感數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備，由于設(shè)計(jì)和獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)不同，傳感器的種類也就繁多，就其基本結(jié)構(gòu)原理來看，目前遙感中使用的傳感器大體上可分為如下一些類型： (1) 攝影類型的傳感器； (2) 掃描成像類型的傳感器； (3) 雷達(dá)成像類型的傳感器； (4) 非圖像類型的傳感器。 (1) 　　無論哪種類型遙感傳感器，它們都由如圖所示的基本部分組成： 收集器：收集地物輻射來的能量。

25、(2) 探測器：將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能或電能。 (3) 處理器：對收集的信號(hào)進(jìn)行處理。 (4) 輸出器：輸出獲取的數(shù)據(jù)。 §4.1掃描成像類傳感器 掃描成像類型的傳感器是逐點(diǎn)逐行地以時(shí)序方式獲取二維圖像，有兩種主要的形式，一是對物面掃描的成像儀，它的特點(diǎn)是對地面直接掃描成像，這類儀器如紅外掃描儀、多光譜掃描儀、成像光譜儀、自旋和步進(jìn)式成像儀及多頻段頻譜儀等；二是瞬間在像面上先形成一條線圖像，甚至是一幅二維影像，然后對影像進(jìn)行掃描成像，這類儀器有線陣列CCD推掃式成像儀，電視攝像機(jī)等。 4.1.1對物面掃描的成像儀 一、紅外掃描儀 二、MSS多光譜掃描儀 三、TM專題制圖儀

26、 四、ETM+增強(qiáng)型專題制圖儀 4.1.2對像面掃描的成像儀 一、HRV線陣列推掃式掃描儀 4.1.3成像光譜儀（ImagingSpectrometer） 成像光譜儀按其結(jié)構(gòu)的不同，可分為兩種類型。一種是面陣探測器加推掃式掃描儀的成像光譜儀。另一種是用線陣列探測器加光機(jī)掃描儀的成像光譜儀。 §4.2雷達(dá)成像類傳感器 4.2.1真實(shí)孔徑雷達(dá) 真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)的分辨力包括距離分辨力和方位分辨力兩種。距離分辨力是在脈沖發(fā)射的方向上，能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離，它與脈沖寬度有關(guān)。方位分辨力是指相鄰的兩束脈沖之間，能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離。它與波瓣角β有關(guān)。 距離分辨力（率） 斜距分辨力

27、 地距分辨力 方位分辨力（率） 4.2.2合成孔徑雷達(dá) 合成孔徑雷達(dá)的方位分辨力與距離無關(guān)，只與實(shí)際使用的天線孔徑有關(guān)，即Rs=d。此外由于雙程相移，方位分辨力還可提高一倍，即Rs=d/2。 4.2.3側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征 1、斜距圖像的比例失真（ScaleDistortion） 離雷達(dá)近的比例尺小，而遠(yuǎn)的反而大。 2、透視收縮（Foreshortening） 雷達(dá)圖像上的地面斜坡被明顯縮短的現(xiàn)象。 3、疊掩現(xiàn)象（Layover） 發(fā)射雷達(dá)脈沖的曲率使近目標(biāo)（即高目標(biāo)的頂部）回波先到達(dá)，遠(yuǎn)目標(biāo)（即高目標(biāo)的底部）后到達(dá)。因而頂部先成像，并向近射程方向位移。 4、陰影現(xiàn)象 5

28、、高差產(chǎn)生的投影差亦與中心投影影像投影差位移的方向相反，位移量也不同。 投影差：，而 由于，所以 5.2.4相干雷達(dá)（INSAR） INSAR數(shù)據(jù)處理的一般流程主要步驟包括：影像配準(zhǔn)、干涉圖生成、噪聲濾除，基線估算，平地效應(yīng)消除，相位解纏，高程計(jì)算和糾正（地理編碼處理）等。 第5章遙感圖像幾何處理 §5.1遙感圖像的幾何變形 遙感圖像成圖時(shí)，由于各種因素的影響，圖像本身的幾何形狀與其對應(yīng)的地物形狀往往是不一致的。遙感圖像的幾何變形是指圖像上像元在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)與其在地圖坐標(biāo)系等參考坐標(biāo)系統(tǒng)中的對應(yīng)坐標(biāo)之間的差異。研究遙感圖像幾何變形的前提是必須確定一個(gè)圖像投

29、影的參照系統(tǒng)，即地圖投影系統(tǒng)。 遙感圖像的變形誤差可分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差兩大類。靜態(tài)誤差是在成像過程中，傳感器相對于地球表面呈靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所具有的各種變形誤差。動(dòng)態(tài)誤差主要是在成像過程中由于地球的旋轉(zhuǎn)等因素所造成的圖像變形誤差。變形誤差又可分為內(nèi)部誤差和外部誤差兩類。內(nèi)部誤差主要是由于傳感器自身的性能技術(shù)指標(biāo)偏移標(biāo)稱數(shù)值所造成的。內(nèi)部誤差隨傳感器的結(jié)構(gòu)不同而異，其數(shù)據(jù)和規(guī)律可以在地面通過檢校的方式測定，其誤差值不大，本書不予討論。外部變形誤差是在傳感器本身處在正常工作的條件下，由傳感器以外的各種因素所造成的誤差，如傳感器的外方位元素變化，傳感器介質(zhì)不均勻，地球曲率，地形起伏以及地球旋轉(zhuǎn)等因素

30、引起的變形誤差。本節(jié)主要討論外部誤差對圖像變形的影響。此外把某些傳感器特殊的成像方式所引起的圖像變形，如全景變形、斜距變形等也加以討論。 5.1.1傳感器成像方式引起的圖像變形 傳感器的成像方式有中心投影，全景投影，斜距投影以及平行投影等幾種。 5.1.2傳感器外方位元素變化的影響 傳感器的外方位元素，是指傳感器成像時(shí)的位置（Xs,Ys,Zs）和姿態(tài)角（，，，）。 5.1.3地形起伏引起的像點(diǎn)位移 投影誤差是由地面起伏引起的像點(diǎn)位移，當(dāng)?shù)匦斡衅鸱鼤r(shí)，對于高于或低于某一基準(zhǔn)面的地面點(diǎn)，其在像片上的像點(diǎn)與其在基準(zhǔn)面上垂直投影點(diǎn)在像片上的構(gòu)像點(diǎn)之間有直線位移。 1、中心投影 投影誤差

31、的大小與底點(diǎn)至像點(diǎn)的距離，地形高差成正比，與平臺(tái)航高成反比。投影差發(fā)生在底點(diǎn)輻射線上，對于高于基準(zhǔn)面的地面點(diǎn)，其投影差離開底點(diǎn)；對于低于基準(zhǔn)面的地面點(diǎn)，其投影差朝向底點(diǎn)。 2、側(cè)視雷達(dá) 地形起伏對側(cè)視雷達(dá)圖像的影響發(fā)生在y方向上，且投影差的方向與中心投影相反。 5.1.4地球曲率引起的圖像變形 地球曲率引起的像點(diǎn)位移與地形起伏引起的像點(diǎn)位移類似。 5.1.5大氣折射引起的圖像變形 大氣層不是一個(gè)均勻的介質(zhì)，它的密度是隨離地面高度的增加而遞減，因此電磁波在大氣層中傳播時(shí)的折射率也隨高度而變化，使得電磁波的傳播路徑不是一條直線而變成了曲線，從而引起像點(diǎn)的位移，這種像點(diǎn)位移就是大氣層折射

32、的影響。 5.1.6地球自轉(zhuǎn)的影響 在常規(guī)框幅攝影機(jī)成像的情況下，地球自轉(zhuǎn)不會(huì)引起圖像變形，因?yàn)槠湔鶊D像是在瞬間一次曝光成像的。地球自轉(zhuǎn)主要是對動(dòng)態(tài)傳感器的圖像產(chǎn)生變形影響，特別是對衛(wèi)星遙感圖像。當(dāng)衛(wèi)星由北向南運(yùn)行的同時(shí)，地球表面也在由西向東自轉(zhuǎn)，由于衛(wèi)星圖像每條掃描線的成像時(shí)間不同，因而造成掃描線在地面上的投影依次向西平移，最終使得圖像發(fā)生扭曲。 §5.2遙感圖像的幾何處理 5.2.1遙感圖像的粗加工處理 遙感圖像的粗加工處理也稱為粗糾正，它僅做系統(tǒng)誤差改正。 5.2.2遙感圖像的精糾正處理 遙感圖像的精糾正是指消除圖像中的幾何變形，產(chǎn)生一幅符合某種地圖投影或圖形表達(dá)要求的新

33、圖像。它包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是像素坐標(biāo)的變換，即將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榈貓D或地面坐標(biāo)；二是對坐標(biāo)變換后的像素亮度值進(jìn)行重采樣。數(shù)字圖像糾正主要處理過程如下： (1)根據(jù)圖像的成像方式確定影像坐標(biāo)和地面坐標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型。 (2)由地面控制點(diǎn)和對應(yīng)像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行平差計(jì)算變換參數(shù)，評(píng)定精度。 (3)對原始影像進(jìn)行幾何變換計(jì)算，像素亮度值重采樣。 目前的糾正方法有多項(xiàng)式法，共線方程法、有理函數(shù)法和隨機(jī)場插值法等。 1、遙感圖像的多項(xiàng)式糾正 多項(xiàng)式糾正回避成像的空間幾何過程，直接對圖像變形的本身進(jìn)行數(shù)字模擬。多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)（即系數(shù)個(gè)數(shù)）N與其階數(shù)n有著固定的關(guān)系： N=（n+1）（n+2）/2 根據(jù)

34、糾正圖像要求的不同選用不同的階數(shù)，當(dāng)選用一次項(xiàng)糾正時(shí)，可以糾正圖像因平移、旋轉(zhuǎn)、比例尺變化和仿射變形等引起的線性變形。當(dāng)選用二次項(xiàng)糾正時(shí)，則在改正一次項(xiàng)各種變形的基礎(chǔ)上，還改正二次非線性變形。如選用三次項(xiàng)糾正則改正更高次的非線性變形。 遙感圖像多項(xiàng)式糾正的基本過程為： （一） 利用已知地面控制點(diǎn)求解多項(xiàng)式系數(shù)； （二） 遙感圖像的糾正變換 （三） 數(shù)字圖像亮度（或灰度）值的重采樣 采用適當(dāng)?shù)姆椒ò涯滁c(diǎn)位周圍鄰近整數(shù)點(diǎn)位上亮度值對該點(diǎn)的亮度貢獻(xiàn)累積起來，構(gòu)成該點(diǎn)位的新亮度值，這個(gè)過程即稱為數(shù)字圖像亮度（或圖像灰度）值的重采樣。常用的數(shù)字圖像重采樣方法包括： １） 最鄰近像元采樣法

35、 取距離被采樣點(diǎn)最近的已知像素元素的（N）亮度IN作為采樣亮度。 ２） 雙線性內(nèi)插法 三角形線性函數(shù) ３） 雙三次卷積重采樣法 2、遙感圖像的共線方程糾正 共線方程糾正是建立在圖像坐標(biāo)與地面坐標(biāo)嚴(yán)格數(shù)學(xué)變換關(guān)系的基礎(chǔ)上的，是對成像空間幾何形態(tài)的直接描述。該方法糾正過程需要有地面高程信息（DEM），可以改正因地形起伏而引起的投影差。因此當(dāng)?shù)匦纹鸱^大，且多項(xiàng)式糾正的精度不能滿足要求時(shí)，要用共線方程進(jìn)行糾正。 §5.3圖像間的自動(dòng)配準(zhǔn)和數(shù)字鑲嵌 5.3.1圖像間的自動(dòng)配準(zhǔn) 圖像配準(zhǔn)的實(shí)質(zhì)就是前述的遙感圖像的幾何糾正，根據(jù)圖像的幾何畸變特點(diǎn)，采用一種幾何變換將圖像歸化到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中

36、。圖像之間的配準(zhǔn)一般有兩種方式： ①圖像間的匹配，即以多源圖像中的一幅圖像為參考圖像，其他圖像與之配準(zhǔn)，其坐標(biāo)系是任意的； ②絕對配準(zhǔn)，即選擇某個(gè)地圖坐標(biāo)系，將多源圖像變換到這個(gè)地圖坐標(biāo)系以后來實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的統(tǒng)一。 5.3.2數(shù)字圖像鑲嵌 當(dāng)感興趣的研究區(qū)域在不同的圖像文件時(shí)，需要將不同的圖像文件合在一起形成一幅完整的包含感興趣區(qū)域的圖像，這就是圖像的鑲嵌。 數(shù)字圖像鑲嵌的過程如下： １） 圖像的幾何糾正； ２） 搜索鑲嵌邊； ３） 亮度和反差調(diào)整； ４） 平滑邊界線。 §5.4遙感圖像的輻射處理 傳感器接收的電磁波能量與目標(biāo)本身輻射的能量是不一致的。傳感器輸出的能量包含了

37、由于太陽位置和角度條件、大氣條件、地形影響和傳感器本身的性能等所引起的各種失真，這些失真不是地面目標(biāo)本身的輻射，因此對圖像的使用和理解造成影響，必須加以校正或消除。 輻射定標(biāo)和輻射校正是遙感數(shù)據(jù)定量化的最基本環(huán)節(jié)。輻射定標(biāo)：指傳感器探測值的標(biāo)定過程方法，用以確定傳感器入口處的準(zhǔn)確輻射值。輻射校正：指消除或改正遙感圖像成像過程中附加在傳感器輸出的輻射能量中的各種噪聲的過程。 5.4.1輻射誤差 從輻射傳輸方程可以看出，傳感器接收的電磁波能量包含三部分： 1）太陽經(jīng)大氣衰減后照射到地面，經(jīng)地面反射后，又經(jīng)大氣第二次衰減進(jìn)入傳感器的能量； 2）地面本身輻射的能量經(jīng)大氣后進(jìn)入傳感器的能量；

38、 3）大氣散射、反射和輻射的能量。 傳感器輸出的能量還與傳感器的光譜響應(yīng)系數(shù)有關(guān)。因此遙感圖像的輻射誤差主要包括： 1）傳感器本身的性能引起的輻射誤差； 2）地形影響和光照條件的變化引起的輻射誤差； 3）大氣的散射和吸收引起的輻射誤差。 5.4.2傳感器誤差定標(biāo) 傳感器的輻射定標(biāo)包括絕對定標(biāo)和相對定標(biāo)。絕對定標(biāo)：對目標(biāo)作定量的描述，要得到目標(biāo)的輻射絕對值。相對定標(biāo)：只得出目標(biāo)中某一點(diǎn)輻射亮度與其他點(diǎn)的相對值。絕對定標(biāo)要建立傳感器測量的數(shù)字信號(hào)與對應(yīng)的輻射能量之間的數(shù)量關(guān)系，即定標(biāo)系數(shù)，在衛(wèi)星發(fā)射前后都要進(jìn)行。 5.4.3大氣校正 大氣的影響是指大氣對陽光和來自目標(biāo)的輻射產(chǎn)生吸收

39、和散射，消除大氣影響的校正過程稱為大氣校正。 1．基于地面場地?cái)?shù)據(jù)或輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正 在遙感成像的同時(shí)，同步獲取成像目標(biāo)的反射率，或通過預(yù)先設(shè)置已知反射率的目標(biāo)，把地面實(shí)況數(shù)據(jù)與傳感器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來消除大氣的影響。 2、利用波段特性進(jìn)行的大氣校正 a.回歸分析法 在不受大氣影響的波段圖像和待校正的某一波段圖像中，選擇由最亮至最暗的一系列目標(biāo)，將每一目標(biāo)的兩個(gè)待比較的波段亮度值進(jìn)行回歸分析，得到回歸系數(shù)，然后對整個(gè)圖像進(jìn)行大氣校正。 b．直方圖法 若圖像中存在亮度為零的目標(biāo)，如深海水體、陰影等，則其對應(yīng)圖像的亮度值應(yīng)為零，實(shí)際上只有在沒有受大氣影響的情況下，其亮度值才可

40、能為零，其他目標(biāo)由于受水氣散射、輻射使得目標(biāo)的亮度值不為零。根據(jù)具體大氣條件，各波段要校正的大氣影響是不同的。為確定大氣影響，顯示有關(guān)圖像的直方圖，從圖上可以得知最黑的目標(biāo)亮度為零，即第七波段圖像的最小亮度值為零，第四波段的亮度最小值為a4，則a4就是第四波段圖像的大氣校正。其它波段同理可以得到大氣校正。 5.4.4太陽高度角、日地距離和地形起伏引起的輻射誤差校正 太陽高度角引起的輻射畸變校正是將太陽光線傾斜照射時(shí)獲取的圖像校正為太陽光垂直照射時(shí)獲取的圖像，因此在做輻射校正時(shí)，需要知道成像時(shí)刻的太陽高度角。太陽高度角可以根據(jù)成像時(shí)刻的時(shí)間、季節(jié)和地理位置確定。由于太陽高度角的影響，在圖像上

41、會(huì)產(chǎn)生陰影現(xiàn)象，陰影會(huì)覆蓋陰坡地物，對圖像的定量分析和自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)生影響。一般情況下陰影是難以消除的，但對多光譜圖像可以用兩個(gè)波段圖像的比值產(chǎn)生一個(gè)新圖像以消除地形的影響。在多光譜圖像上，產(chǎn)生陰影區(qū)的圖像亮度值是無陰影時(shí)的亮度和陰影亮度值之和，通過兩個(gè)波段的比值可以基本消除。 具有地形坡度的地面，對進(jìn)入傳感器的太陽光線的輻射亮度有影響，但是地形坡度引起的輻射亮度校正需要知道成像地區(qū)的數(shù)字地面模型，校正不方便。同樣也可以用比值圖像來消除其影響。 對于不同太陽高度角照射條件下的圖像數(shù)據(jù)的像元亮度值，被標(biāo)準(zhǔn)化到假設(shè)太陽在天頂時(shí)的像元亮度值。同理，對于地形起伏區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，也可以被標(biāo)準(zhǔn)化到假設(shè)太陽

42、在地平面法線方向時(shí)的像元亮度值。 日地距離校正用于標(biāo)準(zhǔn)化地球和太陽間的距離的季節(jié)變化。太陽輻射隨日地距離的平方減小。在忽略大氣的影響下，太陽天頂角和日地距離對于地球表面輻射的影響： §5.5遙感圖像輻射增強(qiáng) 圖像增強(qiáng)是數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容。遙感圖像增強(qiáng)是為特定目的，突出遙感圖像中的某些信息，削弱或除去某些不需要的信息，使圖像更易判讀。圖像增強(qiáng)的實(shí)質(zhì)是增強(qiáng)感興趣目標(biāo)和周圍背景圖像間的反差。它不能增加原始圖像的信息，有時(shí)反而會(huì)損失一些信息。 目前常用的圖像增強(qiáng)處理技術(shù)可以分為兩大類：空間域和頻率域的處理?？臻g域處理是指直接對圖像進(jìn)行各種運(yùn)算以得到需要的增強(qiáng)結(jié)果。頻率域處理是指先將空間域圖像

43、變換成頻率域圖像，然后在頻率域中對圖像的頻譜進(jìn)行處理，以達(dá)到增強(qiáng)圖像的目的。以下介紹的內(nèi)容都屬于空間域的增強(qiáng)處理。 5.5.1圖像灰度的直方圖 n 灰度直方圖可以看成是一個(gè)隨機(jī)分布密度函數(shù)，其分布狀態(tài)用灰度均值和標(biāo)準(zhǔn)差兩個(gè)參數(shù)來衡量。 a圖像直方圖靠近低灰度區(qū)，該圖像屬于低反射率景物圖像； n b圖像為高反射率景物圖像； n c圖像直方圖標(biāo)準(zhǔn)差偏小，為低反差景物圖像； n d圖像直方圖的標(biāo)準(zhǔn)差較大，為高反差景物的圖像； n e圖像直方圖呈現(xiàn)出多峰，圖中有多種地物出現(xiàn)的頻率較高； n f圖像直方圖呈現(xiàn)出雙峰，并且高亮度地物（如云、白背景等）出現(xiàn)頻率高。 5.5.2圖像反差調(diào)整

44、1、 線性變換 簡單線性變換是按比例拉伸原始圖像灰度等級(jí)范圍。 設(shè)增強(qiáng)前灰度最大值為159，最小值為0，則線性變換中的系數(shù)A、B表達(dá)式為： 2、 直方圖均衡 直方圖均衡是將隨機(jī)分布的圖像直方圖修改成均勻分布的直方圖。 3、 直方圖正態(tài)化 直方圖正態(tài)化是將隨機(jī)分布的原圖像直方圖修改成高斯分布。 4、 直方圖匹配 直方圖匹配是通過非線性變換使得一個(gè)圖像的直方圖與另一個(gè)圖像直方圖類似。 5、 密度分割 密度分割將原始圖像的灰度值分成等間隔的離散的灰度級(jí)。 6、 其它非線性變換 對數(shù)變換、指數(shù)變換、平方根變換、標(biāo)準(zhǔn)偏差變換、直方圖周期性變換等。 7、 圖像灰度反轉(zhuǎn) 灰度

45、反轉(zhuǎn)是指圖像灰度范圍進(jìn)行線性或非線性取反，產(chǎn)生一幅與輸入圖像灰度相反的圖像。 第6章遙感圖像判讀 “判讀”（Interpretation）是對遙感圖像上的各種特征進(jìn)行綜合分析、比較、推理和判斷，最后提取出你所感興趣的信息。 §6.1景物特征和判讀標(biāo)志 景物特征主要有光譜特征、空間特征和時(shí)間特征。此外，在微波區(qū)還有偏振特性。各種地物在圖像上的各種特有的表現(xiàn)形式稱為判讀標(biāo)志。 6.1.1光譜特征及其判讀標(biāo)志 光譜特性曲線用反射率與波長的關(guān)系表示；波譜響應(yīng)曲線用密度或亮度值與波段的關(guān)系表示。不同地物波譜響應(yīng)曲線是不同的，因此它們的光譜判讀標(biāo)志就不一樣。 6.1

46、.2空間特征及其判讀標(biāo)志 景物的各種幾何形態(tài)為其空間特征。判讀標(biāo)志：形狀、大小、圖形、陰影、位置、紋理、類型等。 6.1.3時(shí)間特征及其判讀標(biāo)志 對于同一地區(qū)景物的時(shí)間特征表現(xiàn)在不同時(shí)間地面覆蓋類型不同，地面景觀發(fā)生很大變化。景物的時(shí)間特征在圖像上以光譜特征及空間特征的變化表現(xiàn)出來。 6.1.4影響景物特征及其判讀的因素 1、地物本身的復(fù)雜性 由于地物種類的繁多造成景物特性復(fù)雜變化和判讀上的困難。 2、傳感器特性的影響 傳感器特性對判讀標(biāo)志影響最大的是分辨力。分辨力的影響可從幾何、輻射、光譜及時(shí)間幾個(gè)方面來分析。 (1) 空間分辨率 傳感器瞬時(shí)視場內(nèi)所觀察到的地面的大小稱空

47、間分辨率。 (2) 輻射分辨率（傳感器的探測能力） 所謂輻射分辨率是指傳感器能區(qū)分兩種輻射強(qiáng)度最小差別的能力。 (3) 光譜分辨率 光譜分辨率包括傳感器總的探測波段的寬度、波段數(shù)、各波段的波長范圍和間隔。 (4) 時(shí)間分辨率 時(shí)間分辨率是指對同一地區(qū)重復(fù)獲取圖像所需的時(shí)間間隔。 3、目視能力的影響 人眼目視能力包括對圖像的空間分辨能力、灰階分辨能力和色別與色階分辨能力。 §6.2目視判讀的一般過程和方法 遙感圖像目視解譯一般步驟： (1) 準(zhǔn)備工作階段 (2) 初步解譯與判讀區(qū)的野外考察 (3) 室內(nèi)詳細(xì)判讀 (4) 野外驗(yàn)證與補(bǔ)判 目視解譯成果的轉(zhuǎn)繪與制圖。 在

48、上述遙感圖像目視解譯步驟中，包括如下詳細(xì)內(nèi)容： (1) 了解影像的輔助信息：即熟悉獲取影像的平臺(tái)、遙感器，成像方式，成像日期、季節(jié)，所包括的地區(qū)范圍，影像的比例尺，空間分辨率，彩色合成方案等等，了解可解譯的程度。 (2) 分析已知專業(yè)資料：目視解譯的最基本方法是從“已知”到“未知”，所謂“已知”就是已有相關(guān)資料或解譯者已掌握的地面實(shí)況，將這些地面實(shí)況資料與影像對應(yīng)分析，以確認(rèn)二者之間的關(guān)系。 (3) 建立解譯標(biāo)志：根據(jù)影像特征，即形狀、大小、陰影、色調(diào)、顏色、紋理、圖案、位置和布局建立起影像和實(shí)地目標(biāo)物之間的對應(yīng)關(guān)系。 (4) 預(yù)解譯：運(yùn)用相關(guān)分析方法，根據(jù)解譯標(biāo)志對影像進(jìn)行解譯，勾繪

49、類型界線，標(biāo)注地物類別，形成預(yù)解譯圖。 (5) 地面實(shí)況調(diào)查：在室內(nèi)預(yù)解譯的圖件不可避免地存在錯(cuò)誤或者難以確定的類型，就需要野外實(shí)地調(diào)查與檢證。包括地面路線勘察，采集樣品(例如巖石標(biāo)本，植被樣方，土壤剖面，水質(zhì)分析等等)，著重解決未知地區(qū)的解譯成果是否正確。 (6) 詳細(xì)解譯：根據(jù)野外實(shí)地調(diào)查結(jié)果，修正預(yù)解譯圖中的錯(cuò)誤，確定未知類型，細(xì)化預(yù)解譯圖，形成正式的解譯原圖。 類型轉(zhuǎn)繪與制圖：將解譯原圖上的類型界線轉(zhuǎn)繪到地理底圖上，根據(jù)需要，可以對各種類型著色，進(jìn)行圖面整飾、形成正式的專題地圖。 第7章遙感圖像自動(dòng)識(shí)別分類 遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類，是模式識(shí)別技術(shù)在遙感技術(shù)領(lǐng)域中的具體運(yùn)

50、用。遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類，就是對地球表面及其環(huán)境在遙感圖像上的信息進(jìn)行屬性的識(shí)別和分類，從而達(dá)到識(shí)別圖像信息所相應(yīng)的實(shí)際地物，提取所需地物信息的目的。 遙感圖像模式的特征主要表現(xiàn)為光譜特征和紋理特征兩種。 §7.1分類預(yù)處理 9.1.1基礎(chǔ)知識(shí) 1、光譜特征空間 同名地物點(diǎn)在不同波段圖像中亮度的觀測量將構(gòu)成一個(gè)多維的隨機(jī)向量X，稱為光譜特征向量。所謂光譜特征空間，也就是用亮度值軸構(gòu)成的一個(gè)多維坐標(biāo)空間。 由于隨機(jī)性因素（如大氣條件，背景，地物朝向，傳感器本身的“噪聲”等）影響，同類地物的各取樣點(diǎn)在光譜特征空間中的特征點(diǎn)將不可能只表現(xiàn)為同一點(diǎn)，而是形成一個(gè)相對聚集的點(diǎn)集群，而不同類地物

51、的點(diǎn)集群在特征空間內(nèi)一般是相互分離的。特征點(diǎn)集群在特征空間中的分布大致可分為如下三種情況； 理想情況——不同類別地特的集群至少在一個(gè)特征子空間中的投影是完全可以相互區(qū)分開的。 典型情況——不同類別地物的集群，在任一子空間中都有相互重疊的現(xiàn)象存在，但在總的特征空間中可以完全區(qū)分的。這時(shí)可采用特征變換使之變成理想情況進(jìn)行分類。 一般情況——無論在總的特征空間中，還是在任一子空間中，不同類別的集群之間總是存在重疊現(xiàn)象。這時(shí)重疊部分的特征點(diǎn)所對應(yīng)的地物，在分類時(shí)總會(huì)出現(xiàn)不同程度的分類誤差，這是遙感圖像中最常見的情況。 7.1.2特征變換及特征選擇 遙感圖像自動(dòng)識(shí)別分類主要依據(jù)地物的光譜特性，

52、也就是傳感器所獲取的地物在不同波段的光譜測量值。為了設(shè)計(jì)效果好的分類器，一般需要對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，一種處理方法稱為特征變換，它是將原有的m測量值集合通過某種變換，然后產(chǎn)生n個(gè)（n≤m）特征。特征變換的作用表現(xiàn)在兩方面，一方面減少特征之間的相關(guān)性，使得用盡可能少的特征來最大限度地包含所有原始數(shù)據(jù)的信息；另一方面使得待分類別之間的差異在變換后的特征中更明顯，從而改善分類效果。另一種方法稱為特征選擇，從原有的m個(gè)測量值集合中，按某一準(zhǔn)則選擇出n個(gè)特征，特征變換和特征選擇的目的一方面減少參加分類的特征圖像的數(shù)目，另一方面從原始信息中抽取能更好進(jìn)行分類的特征圖像，是遙感圖像自動(dòng)分類前一個(gè)很重要

53、的處理過程。 1、特征變換 特征變換將原始圖像通過一定的數(shù)字變換生成一組新的特征圖像，這一組新圖像信息集中在少數(shù)幾個(gè)特征圖像上，這樣，數(shù)據(jù)量有所減少。遙感圖像自動(dòng)分類中常用的特征變換有主分量變換，哈達(dá)瑪變換，生物是指標(biāo)變換，比值變換，穗帽變換等。 2、特征選擇 在遙感圖像自動(dòng)分類過程中，不僅使用原始遙感圖像進(jìn)行分類，還使用如上節(jié)所述多種特征變換之后的影像。我們總希望能用最少的影像數(shù)據(jù)最好地進(jìn)行分類。這樣就需在這些特征影像中，選擇一組最佳的特征影像進(jìn)行分類，這就稱為特征選擇。 1) 距離測度 距離是最基本的類別可分性測度，如果所選擇的一組特征能使感興趣類別的類內(nèi)距離最小，而與其它類別

54、的類間距離最大，那么根據(jù)距離測度，用這組特征設(shè)計(jì)的分類器分類效果最好。 2) 散布矩陣測度 ①類內(nèi)散布矩陣 ②類間散布矩陣 ③總體散布矩陣 §7.2監(jiān)督分類 監(jiān)督分類的思想是：首先根據(jù)已知的樣本類別和類別的先驗(yàn)知識(shí)，確定判別函數(shù)和相應(yīng)的判別準(zhǔn)則，其中利用一定數(shù)量的已知類別函數(shù)中求解待定參數(shù)的過程稱之為學(xué)習(xí)或訓(xùn)練，然后將未知類別的樣本的觀測值代入判別函數(shù)，再依據(jù)判別準(zhǔn)則對該樣本的所屬類別作出判定。 7.2.1判別函數(shù)和判別規(guī)則 判別函數(shù)：當(dāng)各個(gè)類別的判別區(qū)域確定后，用來表示和鑒別某個(gè)特征矢量屬于哪個(gè)類別的函數(shù)。判別規(guī)則：判斷特征矢量屬于某類的依據(jù)。 1、概率判決函數(shù)和貝葉斯判決

55、規(guī)則 把某特征矢量（X）落入某類集群的條件概率當(dāng)成分類判決函數(shù)（概率判決函數(shù)），把X落入某集群的條件概率最大的類為X的類別，這種判決規(guī)則就是貝葉斯判決規(guī)則。貝葉斯判決規(guī)則以錯(cuò)分概率或風(fēng)險(xiǎn)最小為準(zhǔn)則的判決規(guī)則。 2、距離判決函數(shù)和判決規(guī)則 基于距離判決函數(shù)和判決規(guī)則，在實(shí)踐中以此為原理的分類方法稱為最小距離分類法。距離判決函數(shù)的建立是以地物光譜特征在特征空間中是按集群方式分布為前提的，它的基本思想是設(shè)法計(jì)算未知矢量X到有關(guān)類別集群之間的距離，哪類距離它最近，該未知矢量就屬于那類。 （1） 馬氏（Mahalanobis）距離 （2） 歐氏（Euclidean）距離 （3） 計(jì)程（Tax

56、i）距離 7.2.2分類過程 監(jiān)督法分類意味著對類別已有一定的先驗(yàn)知識(shí)，根據(jù)這些先驗(yàn)知識(shí)，就可以有目的地選擇若干個(gè)“訓(xùn)練樣區(qū)”。這些“訓(xùn)練樣區(qū)”的類別是已知的。利用“訓(xùn)練樣區(qū)”的數(shù)據(jù)去“訓(xùn)練”判決函數(shù)就建立了每個(gè)類別的分類器，然后按照分類器對未知區(qū)域進(jìn)行分類。 監(jiān)督分類的主要步驟如下： （1）確定感興趣的類別數(shù) （2）特征變換和特征選擇 （3）選擇訓(xùn)練樣區(qū) （4）確定判決函數(shù)和判決規(guī)則 （5）根據(jù)判決函數(shù)和判決規(guī)則對非訓(xùn)練樣區(qū)的圖像區(qū)域進(jìn)行分類。 §7.3非監(jiān)督分類 非監(jiān)督分類是指人們事先對分類過程不施加任何的先驗(yàn)知識(shí)，而僅憑數(shù)據(jù)遙感影像地物的光譜特征的分布規(guī)律，即自然聚類

57、的特性，進(jìn)行“盲目”的分類；其分類的結(jié)果只是對不同類別達(dá)到了區(qū)分，但并不能確定類別的屬性；其類別的屬性是通過分類結(jié)束后目視判讀或?qū)嵉卣{(diào)查確定的。非監(jiān)督分類也稱聚類分析。一般的聚類算法是先選擇若干個(gè)模式點(diǎn)作為聚類的中心。每一中心代表一個(gè)類別，按照某種相似性度量方法（如最小距離方法）將各模式歸于各聚類中心所代表的類別，形成初始分類。然后由聚類準(zhǔn)則判斷初始分類是否合理，如果不合理就修改分類，如此反復(fù)迭代運(yùn)算，直到合理為止。 7.3.1K-均值聚類法 K-均值算法的聚類準(zhǔn)則是使每一聚類中，多模式點(diǎn)到該類別的中心的距離的平方和最小。其基本思想是，通過迭代，逐次移動(dòng)各類的中心，直至得到最好的聚類結(jié)果為

58、止。 這種算法的結(jié)果受到所選聚類中心的數(shù)目和其初始位置以及模式分布的幾何性質(zhì)和讀入次序等因素的影響，并且在迭代過程中又沒有調(diào)整類數(shù)的措施，因此可能產(chǎn)生不同的初始分類得到不同的結(jié)果，這是這種方法的缺點(diǎn)。 9.3.2ISODATA算法聚類分析 ISODATA（IterativeSelf-OrganizingDataAnalysisTechniquesAlgorithm）算法也稱為迭代自組織數(shù)據(jù)分析算法。它與K－均值算法有兩點(diǎn)不同，第一，它不是每調(diào)整一個(gè)樣本的類別就重新計(jì)算一次各類樣本的均值，而是在每次把所有樣本都調(diào)整完畢之后才重新計(jì)算一次各類樣本的均值，前者稱為逐個(gè)樣本修正法，后者稱為成批樣本修

59、正法；第二，ISODATA算法不僅可以通過調(diào)整樣本所屬類別完成樣本的聚類分析，而且可以自動(dòng)地進(jìn)行類別的“合并”和“分裂”，從而得到類數(shù)比較合理的聚類結(jié)果。 非監(jiān)督分類在整個(gè)分類過程中不受類別先驗(yàn)知識(shí)的影響，因此分類所得的每一類別究竟代表什么實(shí)際地物仍然不清楚。要確定這些類別與實(shí)際地物之間的關(guān)系還需進(jìn)行歸納分析，通常在類別中進(jìn)行抽樣，然后到實(shí)地進(jìn)行認(rèn)辨，或者根據(jù)有關(guān)的舊圖或其它參考資料確定所分類別的屬性。 §7.4分類后處理和誤差分析 分類完成后須對分類后的影像進(jìn)一步處理，使結(jié)果影像效果更好。另外，對分類的精度要進(jìn)行評(píng)價(jià)，以供分類影像進(jìn)一步使用時(shí)參考。 7.4.1分類后處理 用光譜信息對

60、影像逐個(gè)像元地分類，在結(jié)果的分類地圖上會(huì)出現(xiàn)“噪聲”，產(chǎn)生噪聲的原因有原始影像本身的噪聲，在地類交界處的像元中包括有多種類別，其混合的輻射量造成錯(cuò)分類，以及其它原因等。另外還有一種現(xiàn)象，分類是正確的，但某種類別零星分布于地面，占的面積很小，我們對大面積的類型感興趣，對占很少面積的地物不感興趣，因此希望用綜合的方法使它從圖面上消失。 分類平滑技術(shù)可以解決以上的問題。這種平滑技術(shù)也是采用鄰域處理法，所取平滑窗口可以是3×3或5×5大小。但它不是代數(shù)運(yùn)算，而是采用邏輯運(yùn)算。也就是所謂的“多數(shù)平滑”。平滑時(shí)中心像元值取周圍占多數(shù)的類別。將窗口在分類圖上逐列逐行地推移運(yùn)算，完成整幅分類圖的平滑。 7.4.2分類后的精度評(píng)定 分類后專題圖的正確分類程度（也稱可信度）的檢核，是遙感圖像定量分析的一部分。一般無法對整幅分類圖去檢核每個(gè)像元是正確或錯(cuò)誤，而是利用一些樣本對分類誤差進(jìn)行估計(jì)。采集樣本的方式有三種類型： （1） 來自監(jiān)督分類的訓(xùn)練樣區(qū)； （2） 專門選定的試驗(yàn)場； （3） 隨機(jī)取樣。 一般采用混淆矩陣來進(jìn)行分類精度的評(píng)定。 第8章遙感應(yīng)用 第一節(jié)地質(zhì)遙感 第二節(jié)水體遙感 第三節(jié)植被遙感 第四節(jié)土壤遙感 第五節(jié)高光譜遙感的應(yīng)用 第六節(jié)高分遙感的應(yīng)用(重點(diǎn))