2008年武汉大学考研专业课遥感原理真题解答

2008年武汉大学遥感原理真题解答一、名词解释（8*5）1、大气窗口通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利的电磁辐射波段通常称为“大气窗口”。大气窗口是指太阳辐射通过大气层未被反射、吸收和散射的那些透射率高的光辐射波段范围。太阳光在穿过大气层时，会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响，因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有:微波波段（300~1GHz），热红外波段（8~14um），中红外波段（3.5~4um），可见光和近红外波段（0.4~2.5um）。2、波瓣角波瓣角是主瓣峰值场强的一半处作垂线交主瓣边于两点，该两点与顶点连线的夹角。主瓣宽度和波瓣角的大小反映了天线的方向性好坏。3、光谱分辨率、时间分辨率、空间分辨率和辐射分辨率光谱分辨率为光谱探测能力,它包括传感器总的探测波段的宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔。有效的方法是根据被探测目标的特性选择一些最佳探测波段。所谓最佳探测波段，是指这些波段中探测各种目标之间和目标与背景之间，有最好的反差或波谱响应特性的差别。时间分辨率是指对同一地区重复获取图像所需的时间间隔。时间分辨力愈短的图像，能更详细地观察地面物体或现象的动态变化。与光谱分辨率一样并非时间越短越好，也需要根据物体的时间特征来选择一定时间间隔的图像。空间分辨率瞬时视场内所观察到的地面的大小称空间分辨力（即每个像元在地面的大小）辐射分辨率（传感器的探测能力）是指传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力。4、辐射定标与辐射校正辐射定标：建立遥感传感器的数字量化输出值DN与其所对应视场中辐射亮度值之间的定量关系，建立传感器每个探测元所输出信号的数值量化值与该探测器对应象元内的实际地物辐射亮度值之间的定量关系。定标的手段是测定传感器对一个已知辐射目标的响应。辐射定标分为:绝对定标和相对定标。辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。是指对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正，消除或改正因辐射误差而引起影像畸变的过程。5、成像光谱仪成像光谱就是在特定光谱域以高光谱分辨率同时获得连续的地物光谱图像，这使得遥感应用可以在光谱维上进行空间展开，定量分析地球表层生物物理化学过程与参数。成像光谱仪主要性能参数是：（1）噪声等效反射率差（NEΔp），体现为信噪比（SNR）；（2）瞬时视场角（IFOV），体现为地面分辨率；（3）光谱分辨率，直观地表现为波段多少和波段谱宽。6、直方图匹配与直方图均衡直方图匹配：通过查找表使得一个图像的直方图与另一个图像直方图类似，亦属于非线性变换。对在不同时间获取的同一地区或邻接地区的图像；或者由于太阳高度角或大气影响引起差异的图像匹配很有用；特别是对图像镶嵌或变化检测有用。直方图均衡：将随机分布的图像直方图修改成均匀分布的直方图，其实质是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像元值，使一定灰度范围内的像元的数量大致相等。特点是：(1)各灰度级所占图像的面积近似相等(2)原图像上频率小的灰度级被合并(3)增强图像上大面积地物与周围地物的反差，同时也增加图像的可视度。(4)如果输出数据分段级较小，则会产生一个初步分类的视觉效果。(5)具体增强效果不易控制,只能全局均衡7、遥感影像镶嵌由于地图的分幅与遥感图像的分幅不同，当两者配准时总会遇到一幅地图包含两幅以至四幅遥感图像的情况。这时需要把几幅图像拼接在一起，这称为图像镶嵌。由于这些图像可能在不同日期经过不同处理后得到的，简单的拼接往往能看出明显的色调差别。为了得到色调统一的镶嵌图，要先进行各波段图像的灰度匹配。例如，根据图像重叠部分具有相同的灰度平均值和方差的原则调整各图像的灰度值，以及利用自然界线（如河流、山脊等）作为拼接在边界而不是简单的矩形镶嵌。这样可使镶嵌图无明显的接缝。8、BSQ和BIL遥感数据采取过很多格式，后来采用了LTWG格式，即世界标准格式。LTWG格式有BSQ格式和BIL格式两种。BSQ格式就是按照波段记载数据文件。BIL格式是一种按波段顺序交叉排序的遥感数据格式。9、地物波谱特征地物波谱特征是指地物辐射和反射的电磁波能量在电磁波谱范围内随波长的分布。地球上温度高于0K的物体都能自发地发射电磁波，这一物理现象称为热辐射。它是组成物体的大量粒子无规则热运动的结果。地物热辐射强度按波长的分布称为地物辐射波谱。它与物体的温度及其他物理和化学特性有关。各种物体对入射的电磁波能产生反射、透射和吸收效应。反射强度或反射率按波长的分布称为地物反射波谱。它也与物体的某些性质有关。地物波谱特性是遥感技术的物理基础。10、主动遥感与被动遥感主动遥感又称有源遥感系统。即遥感系统本身带有辐射源的探测系统。在进行遥感探测时，系统向被测目标物体发射特定的电磁波，获取目标物体反射此种辐射波的强度等参数的遥感系统。例如侧视雷达系统、微波雷达系统等。采用主动遥感系统所进行的遥感探测称为主动遥感。被动遥感又称无源遥感系统，即遥感系统本身不带有辐射源的探测系统；亦即在遥感探测时，探测仪器获取和记录目标物体自身发射或是反射来自自然辐射源（如太阳）的电磁波信息的遥感系统。例如：航空摄影系统，红外扫描系统等。采用被动遥感系统所进行的遥感探测称为被动遥感。二、问答题1、传感器的成像方式主要包括哪几种投影方式？各种投影方式在几何特征上有何异同？传感器的成像方式主要包括中心投影，全景投影，斜距投影以及平行投影等几种。中心投影可分为点中心投影、线中心投影和面中心投影三种。由于中心投影图像在垂直摄影和地面平坦的情况下，地面物体与其影像之间具有相似性（不考虑摄影本身产生的图像变形），不存在由成像方式所造成的图像变形，因此把中心投影的图像作为基准图像来讨论其他方式投影图像的变形规律。几何特征：(1)全景投影变形点P在全景面上的像点为p'，则p'在扫描线方向上的坐标y'p'pyf设L是一个等效的中心投影成像面，P点在oy上的像点p，其坐标pyftg从而可以得到全景变形公式：'()ppdyyyftg(2)斜距投影变形斜距投影图形上的影像坐标py为py=RcoscossecHff而地面上P点在等效中心投影图像oy上的像点p的坐标pypyftg斜距投影的变形误差:p(sec)dyyyftg斜距变形的图形变形情况如图：2、为什么要对遥感图像进行几何校正？遥感图像的共线方程纠正相对于其他方法的优缺点是什么？是否需要其他辅助数据？列出spot图像的共线纠正过程方程（要求给出具体公式）。遥感成像的时候，由于飞行器的姿态、高度、速度以及地球自转等因素的影响，造成图像相对于地面目标发生几何畸变，这种畸变表现为象元相对于地面目标的实际位置发生挤压、扭曲、拉伸和偏移等，针对几何畸变进行的误差校正就叫几何校正。共线方程纠正是建立在图像坐标与地面坐标严格数学变换关系的基础上的，是对成像空间几何形态的直接描述。该方法纠正过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。因此当地形起伏较大，且多项式纠正的精度不能满足要求时，要用共线方程进行纠正。SPOT图像的共线方程纠正共线方程：外方位元素变化有规律：把上述外方位元素的一次项代入共线方程，按泰勒级数展开至一次项。加控制点的误差方程，由于定向参数之间存在强相关性，为保证解的稳定性，引入卫星轨道参数和卫星姿态做为“伪观测值”，列出“伪观测值”误差方程。3、将同一时间获取的同一地区的多光谱图像与雷达图像用数字处理方法进行融合有何意义？如何进行？意义：将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，将不同传感器获取的遥感影像中所提供的各种信息进行综合,生成新的图像。提高对影像进行分析的能力(通过融合既提高多光谱图像空间分辨率，又保留其多光谱特性)。具体的：①提高空间分辨力②改善配准精度③增强特征④改善分类⑤对多时相图像用于变化检测⑥替代或修补图像的缺陷。在几何精校正的基础上,雷达图像与多光谱图像进行HIS融合变换的原理与方法.经融合处理后生成的图像,既反映出多光谱图像多光谱信息丰富的特点,又反映出雷达图像上丰富的结构信息,从而大大提高了对地物的识别和判读能力.图像融合技术在地质和矿产勘查中有更广阔的应用空间.。过程如下：(1)．待融合的雷达图像和多光谱图像进行几何配准，并将多光谱图像重采样与雷达分辨率相同；(2)．将多光谱图像变换转换到ＩＨＳ空间。(3)．对雷达图像I′和ＩＨＳ空间中的亮度分量I进行直方图匹配。用雷达图像I′代替ＩＨＳ空间的亮度分量，即HIS－I′HS。将Ｉ′ＨＳ逆变换到RGB空间，即得到融合图像。4、简述标准假彩色合成的过程，并指出植被、土壤、水体、重盐碱地在标准假彩色图像中的颜色，分析其原因。根据加色法或减色法，将多波段单色影像合成为假彩色影像的一种彩色增强技术。合成彩色影像常与天然色彩不同，且可任意变换，故称假彩色影像。合成方法很多，主要有光学法、电子光学法、染印法等。最常用的是利用根据加色法原理制成的彩色合成仪（加色观察器）来合成假彩色影像：将3张不同波段的黑白透明正片（如对应于绿、红和近红外波段）分别匹配以蓝、绿、红滤色镜，经投影合成于屏幕上，则显示出具有彩色红外影像效果的假彩色影像。若多光谱片、滤色镜光谱响应完全一致，投影光源光谱成份与遥感成像时的太阳（经大气传输）光谱成份一致，则合成影像是真彩色影像。但这种条件难以满足，且彩色合成的目的在于彩色增强而不是彩色复原。故可通过变换多波段单色影像数目，如2～4个或同滤色镜的不同组合来改变假彩色影像色彩，以达到不同应用目的。陆地卫星多光谱扫描影像彩色合成，常采用MSS4＋MSS5＋MSS7与蓝＋绿＋红的常规组合。其合成效果色彩鲜艳，层次分明，轮廓突出，适于综合性判读分析。红外波段使用红色，红色波段使用绿色，绿色波段使用蓝色。合成的结果植物为红色。土壤为绿色，水为蓝黑色、重盐碱地为棕色。形成这种颜色的原因，与地物的波谱特性和所用的滤光片、波段有关。5、NDVI的基本原理是什么？在SPOT多光谱，ETM,MODSI影像上如何计算？NDVI主要应用有哪些？归一化差分植被指数（NDVI）NDVI=(红外-红)/(红外+红)例NDVI=(MSS7-MSS5)/(MSS7+MSS5)NDVI=(ETM6-ETM5)/(ETM6+ETM5)也称为生物量指标变化，可使植被从水和土中分离出来，以消除部分大气影响。NDVI的应用：检测植被生长状态、植被覆盖度和消除部分辐射误差等；以及从遥感数据中提取植冠生物物理特性、研究与生物量的关系、叶面积指数、农牧业管理、光合作用辐射、二氧化碳变化、气象等。6、简述可见光遥感、热红外遥感、雷达遥感的特点，并解释在可见光、热红外和雷达图像中出现的阴影现象及其在目视解释中的应用。可见光遥感是指传感器工作波段限于可见光波段范围（0.38——0.76微米）之间的遥感技术。电磁波谱的可见光区波长范围约在0.38～0.76微米之间，是传统航空摄影侦察和航空摄影测绘中最常用的工作波段。因感光胶片的感色范围正好在这个波长范围，故可得到具有很高地面分辨率和判读与地图制图性能的黑白全色或彩色影像。但因受太阳光照条件的极大限制，加之红外摄影和多波段遥感的相继出现，可见光遥感已把工作波段外延至近红外区（约0.9微米）。在成像方式上也从单一的摄影成像发展为包括黑白摄影、红外摄影、彩色摄影、彩色红外摄影及多波段摄影和多波段扫描，其探测能力得到极大提高。可见光遥感以画幅式航天摄影机的应用为标志的航天摄影测量很有发展潜力。红外遥感是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。探测波段一般在0.76——1000微米之间。是应用红外遥感器（如红外摄影机、红外扫描仪）探测远距离外的植被等地物所反射或辐射红外特性差异的信息，以确定地面物体性质、状态和变化规律的遥感技术。用于红外遥感的传感器有：①黑白红外摄影、彩色红外摄影；