河南大學遙感期末復習資料.docx

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第一講作業(yè)： 1. 遙感的概念以及狹義遙感的特點 廣義的遙感：即遙遠的感知，泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波等的探測。 狹義的遙感：運用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處記錄目標的電磁波特性，通過分析，揭示物體的物理特性及變化的綜合性探測技術。 狹義的遙感具有以下三個特點： 1. 運用探測儀器進行探測 2. 僅記錄物體的電磁波特性 3. 揭示物體的物理特性及變化 2. 遙感系統(tǒng)的組成 總的來說，遙感系統(tǒng)的組成可以分為四個部分。 1. 信息源。信息源是指遙感需要對其探測的目標物。 2. 信息獲取。信息獲取是指運用遙感技術裝備接受、記錄目標物電磁波特性的探測過程。 3. 信息處理。信息處理是指運用光學儀器和計算機設備對所獲取的遙感信息進行校正、分析和解譯處理的技術過程。 4. 信息應用。信息應用是根據(jù)不同的目的將遙感信息應用于各個領域的過程。 3. 遙感的工作波段以及它們具有的特性 遙感中較多地使用可見光、紅外、微波波段以及紫外線的一部分。 特性：1.可見光：鑒別物質(zhì)特征的主要波段，以光學攝影或掃描方式接收和記錄反射特征。 2. 紅外線：近紅外的性質(zhì)與可見光相似，紅外遙感主要采用熱感應方式探測地物本身的輻射，可以全天時遙感。 3. 微波：分為毫米波、厘米波、分米波，具有熱輻射性質(zhì)，可以全天候全天時遙感探測，可采用主動和被動方式成像，具有一定的穿透能力。 4. 紫外線：用于探測碳酸鹽分布和油污染的監(jiān)測，一般高空遙感不宜采用。 4. 遙感平臺的種類 地面遙感平臺、航空遙感平臺以及航天遙感平臺。 5. 遙感器的成像方式 遙感器：搭載在遙感平臺上，接收、記錄目標物電磁波特性的儀器，包括照相機、掃描儀、成像雷達等。 遙感器成像方式： 攝影成像類型（光學/電成像類型） 掃描成像類型（光電成像類型） 微波成像類型（雷達成像類型） 6. 遙感的技術特點 1. 大面積同步觀測 2. 時效性強 3. 數(shù)據(jù)的綜合性與可比性 4. 較高的經(jīng)濟和社會效益 7. 遙感信息科學的研究對象和內(nèi)容 研究對象： 1.在光學遙感中，主要探測目標物的反射與散射。 2.在熱紅外遙感中，主要探測目標物的輻射特性（發(fā)射率和溫度）。 3.在微波遙感中，被動遙感主要探測目標物的發(fā)射率和溫度；主動遙感主要探測目標物的后向散射系數(shù)特征。 研究內(nèi)容： 遙感信息科學主要研究遙感信息形成的波譜、空間、時間及地學規(guī)律，研究遙感信息在地球表層的傳輸和再現(xiàn)規(guī)律。 1、波譜特性研究 研究地物對可見光、近紅外、短波紅外的反射特性、熱紅外的輻射特性、微波的輻射特性、介電特性、后向散射特性和穿透特性等。 2、空間特性研究 包括：遙感信息形成的幾何機理和模型、方法等。 3、時間特性研究：不同時相地物所表現(xiàn)的波譜和空間特性的差異。 4、地學規(guī)律研究 如利用遙感來監(jiān)測大氣結(jié)構、狀態(tài)及其變化。利用紅外譜段的亮度溫度來應用于物理海洋學研究。利用微波輻射計、散射計、雷達來提取土壤水份信息等等。 第二講作業(yè)： 8. 遙感影像的成像過程 遙感器接收到地物發(fā)射或反射的電磁波，記錄下來，傳送到地面站，用專用的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理并儲存下來。 9. 遙感影像的數(shù)據(jù)存儲格式有哪些 （1）BSQ方式：各波段的二維影像數(shù)據(jù)按波段順序排列。 (2)BIL方式：對每一行中代表一個波段的光譜值進行排列，然后按波段順序排列該行，最后對各行進行重復。 (3)BIP方式：在一行中，每個像元按光譜波段次序進行排列，然后對該行的全部像元進行這種波段次序排列，最后對各行進行重復。 10. 遙感影像的幾種分辨率 （1）光譜分辨率： 光譜分辨率指成像的波段范圍，分得愈細，波段愈多，光譜分辨率就愈高，反之光譜分辨率越粗糙。 （2）空間分辨率 是指遙感器所能分辨的最小的目標大小，或指影像中一個像元點所表示的地面面積。空間分辨率越高，則目標和面積值越小。 （3）輻射分辨率 又稱亮度閾值，是指在一個波段中所記錄的代表地物反射電磁波的強度(表現(xiàn)為亮度或灰度)的所有可能的數(shù)值。在影像中表現(xiàn)為影像的灰度級。 （4）時間分辨率 是指對同一地區(qū)進行重復觀察的頻率。 例如，是每16天還是每3天重復一次。 11. 遙感影像的信息內(nèi)容 1.遙感影像的波譜信息 遙感影像中每個像元的亮度值代表的是該像元中地物的輻射值，隨地物的成分、紋理、狀態(tài)、表面特征及所使用電磁波段的不同而變化的，這種特征稱為地物的波譜特征。 不同地物之間的亮度值差異以及同一地物在不同波段上的亮度值差異構成了地物的波譜信息。 2.遙感影像的空間信息 包括空間頻率信息、邊緣和線性信息、結(jié)構或紋理信息以及幾何信息等。 影響遙感影像空間信息的主要因素有成像遙感器的空間分辨率、影像投影性質(zhì)、比例尺、幾何畸變等。 3.遙感影像的時間信息 是指不同時相遙感影像的光譜信息與空間信息的差異。是研究對象所處的時態(tài)，所以要充分利用多時相影像，不能以一個瞬時信息來包羅它的整個發(fā)展過程。 12. 影像單波段統(tǒng)計內(nèi)容 （1）影像灰度均值 均值指的是一幅影像中所有像元灰度值的算術平均值，它反映的是影像中地物的平均反射強度，大小由一級波譜信息決定。 （2）影像灰度中值 指影像所有灰度級中處于中間的值。當灰度級數(shù)為偶數(shù)時，則取中間兩灰度值的平均值。由于一般遙感影像的灰度級都是連續(xù)變化的，因而中間值可通過最大灰度值和最小灰度值獲得。 （3）影像灰度眾數(shù) 眾數(shù)是影像中出現(xiàn)最多次數(shù)的灰度值。它是一幅影像中分布較廣的地物類型反射能量的反映。 （4）影像灰度方差 方差反映各像元灰度值與影像平均灰度值的總的離散程度。它是衡量一幅影像信息量大小的重要度量，是影像統(tǒng)計分析中的最重要的統(tǒng)計量。 （5）影像灰度數(shù)值域 它是影像最大灰度值和最小灰度值的差值，它反映了影像灰度值的變化程度，從而間接地反映了影像的信息量。 （6）影像灰度反差 反差可以反映影像的顯示效果和可分辨性。上述三種形式的反差定義中，C3最合理，其它兩種定義受極端情況的影響較大。 （7）影像的直方圖 直方圖是指影像中所有灰度值的概率分布。橫坐標表示影像的灰度級變化，縱坐標表示影像中各個灰度級像元數(shù)占整幅影像像元數(shù)的百分比。遙感影像數(shù)據(jù)常常服從或接近于正態(tài)分布。 （8）直方圖的描述量 事實上，遙感影像數(shù)據(jù)并不能完全服從正態(tài)分布，往往存在直方圖的偏斜。其具體表現(xiàn)為影像灰度均值與眾數(shù)和中值的明顯不一致。 13. 影像多波段統(tǒng)計內(nèi)容 1.協(xié)方差 設f（i，j）和g（i，j）是大小為MN的兩幅影像，則它們之間的協(xié)方差計算公式為： 將N個波段相互間的協(xié)方差排列在一起所組成的矩陣稱為協(xié)方差矩陣 （2）相關系數(shù) 相關系數(shù)是描述波段影像間的相關程度的統(tǒng)計量，反映了兩個波段影像所包含信息的重疊程度。即 （2）相關矩陣 將N個波段相互間的相關系數(shù)排列在一起所組成的矩陣稱為相關矩陣 14. 卷積的概念 第四講作業(yè)： 15. 遙感影像輻射量校正包括的內(nèi)容 包括由遙感器的靈敏度特性引起畸變的校正、由太陽高度及地形等引起畸變的校正和大氣校正。 16. 遙感影像幾何精校正的步驟 1. 建立原始影像與校正后影像的坐標系。對于校正后的影像要確立坐標原點(起始行和列)、像元的大小以及影像的大小(行數(shù)和列數(shù))。 2. 確定GCP，即在原始畸變影像空間與標準空間尋找控制點對。 幾何精校正是利用地面控制點對由各種因素引起的遙感影像的幾何畸變的校正。GCP必須比較精確，它直接影響幾何精校正的精度。 3. 選擇畸變數(shù)學模型，并利用GCP數(shù)據(jù)求出畸變模型的未知參數(shù)，然后利用此畸變模型對原始畸變影像進行幾何精校正。 4. 重采樣。為了確定校正后圖像上每點的亮度值，需要對畸變圖像進行重采樣。通常采用三種方法：最鄰近重采樣、雙線性內(nèi)插重采樣、三次卷積重采樣。 5. 輸出糾正圖像。將圖像數(shù)據(jù)按需要的格式寫入到新的圖像文件中。 6. 幾何精校正的精度分析。GCP選擇不精確、數(shù)目過少、分布不合理以及畸變數(shù)學模型不能很好地反映幾何畸變過程，會造成幾何精校正的精度下降，必須找出原因，并改進，直到滿足精度要求為止。 （遙感影像的幾何校正補充： 1.遙感影像畸變的實質(zhì)： 影像上各像元的位置坐標與地圖坐標系中的目標地物坐標存在差異 2.影像畸變的原因： 遙感器的內(nèi)部畸變、遙感平臺位置和運動狀態(tài)變化、地形起伏的影響、地球表面曲率、大氣影響、地球自轉(zhuǎn)。 3.幾何精校正方法：直接成圖法、重采樣成圖法、重采樣后的內(nèi)插方法。 17. 遙感影像數(shù)字鑲嵌的步驟 1) 準備工作：首先要根據(jù)研究對象和專業(yè)要求，挑選數(shù)據(jù)合適的遙感影像CCT。 2) 預處理工作：主要包括輻射校正、去條帶和斑點、幾何校正 3) 確定實施方案：首先應確定標準像幅，標準像幅往往選擇處于研究區(qū)中央的影像；其次確定鑲嵌的順序，即以標準像幅為中心，由中央向四周逐步進行。 4) 重疊區(qū)選定：遙感影像的鑲嵌工作主要是基于相鄰影像的重疊區(qū)，重疊區(qū)確定的是否準確直接影響到鑲嵌的效果。 5) 色調(diào)調(diào)整：色調(diào)調(diào)整是遙感影像數(shù)字鑲嵌技術中的一個關鍵環(huán)節(jié)。 6) 影像鑲嵌：所謂鑲嵌，就是在相鄰兩幅待鑲嵌影像的重疊區(qū)內(nèi)找到一條接縫線，接縫線的質(zhì)量直接影響鑲嵌影像的效果。 第五講作業(yè)： 18. 影像增強的方法有哪些 19. 線性變換增強 20. 直方圖均衡化如何實現(xiàn) 直方圖均衡化計算步驟： 21. 彩色變換增強 目前，在影像處理中采用的彩色變換處理技術主要有真彩色增強技術、偽彩色增強技術、假彩色增強技術和IHS變換增強。 22. 空間濾波的內(nèi)容并舉例 23. 影像間代數(shù)運算的內(nèi)容 基本思路： 是對兩幅(或兩幅以上)輸入影像的對應像元逐個地進行和、差、積、商的四則運算，以產(chǎn)生有增強效果的影像。 （1）加組合 實際上是象元點上的輻射能量之和。 疊加運算使亮度值之間出現(xiàn)“填平補齊”現(xiàn)象，可擴展每一波段影像的視覺效果。 （2）減運算 主要用于提取多時相影像中隨時間而變化的信息。 要進行預處理：太陽高度角、地形起伏幾何配準、平均亮度調(diào)整。 （3）相除運算 又稱比值處理，可消除或減弱地形陰影、云影影響和植被干擾等。 比值處理包括：簡單比值、組合比值 組合比值有：和差組合比值、交叉組合比值、標準化比值等。 （4）乘運算 常應用于影像亮度值的縮、擴改及回歸運算中 第七章作業(yè)： 1.頻率域處理基本流程 2.高通濾波器的作用及其實現(xiàn) 3.低通濾波器的作用及其實現(xiàn) 5. 同態(tài)濾波器的作用及其實現(xiàn) 第八章作業(yè)： 1.遙感影像融合的概念 遙感影像融合是信息融合技術的一種，它根據(jù)相應的應用目的，通過高級影像處理技術對多源影像進行復合，從而生成新的影像的過程。 遙感影像融合的目的： 1.消除冗余數(shù)據(jù)，突出有用的專題數(shù)據(jù)。 2.利用多源數(shù)據(jù)間的信息互補性，對各種遙感影像數(shù)據(jù)進行融合，以彌補單一數(shù)據(jù)的不足，提高分析的精度，并擴大數(shù)據(jù)的使用范圍。 3.提高信息的協(xié)調(diào)能力，融合并非是幾種數(shù)據(jù)的簡單疊加，它可以得到原來幾種單個數(shù)據(jù)不能提供的新數(shù)據(jù)，滿足地學分析及各種專題研究的需求 2.像素級融合的內(nèi)容 3.像素級融合的流程 4.遙感影像融合的評價指標及其意義 第九章作業(yè)： 1.遙感影像分類的概念 遙感影像分類是指通過對遙感影像中各類地物的光譜信息和空間信息的分析來選擇特征，并將特征空間劃分為互不重疊的子空間，將影像中各像元劃歸到各子空間的過程。 2.兩種非監(jiān)督分類的原理及流程 K-mean原理: 通過迭代,移動各個基準類別的中心,直至得到最好的聚類結(jié)果為止。 步驟： ISODATA分類原理： 在初始狀態(tài)給出圖像粗糙的分類，然后基于一定原則在類別間重新組合樣本，直到分類比較合理為止。 主要步驟： 1.按照某個原則選擇一些初始類聚類中心。 2.計算像素與初始類別中心的距離，把該像素分配到最近的類別中。 3.計算并改正重新組合的類別中心 3.兩種監(jiān)督分類的原理及流程 最小距離分類法要求遙感圖像中每一個類別選擇一個代表意義的特征統(tǒng)計量，首先計算待分像元與已知類別之間的距離，然后將其歸屬于距離最小的一類 最大似然分類又稱為貝葉斯(Bayes)分類，它通過計算標本(像元)屬于各組(類)的概率(或稱歸屬概率)，將該標本歸屬于概率最大的一組 5. 遙感影像分類處理中的幾個問題 1) 訓練場地和訓練樣本的選擇問題 2) 地形因素影響 3) 混合像元問題 4) 特征變量的選擇問題 5) 空間信息在分類中的應用問題 6) 影像分類的后期處理問題 一般情況下，每類至少有10—100個訓練樣本數(shù)據(jù)。 確定訓練場地和訓練樣本應注意：①時間；②空間。 解決由于地形因素造成的“同物異譜”現(xiàn)象的一種有效的方法是采用“同類多組法”來選取訓練樣本。 監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類的概念：