遥感原理及应用总结

绪论第一章遥感物理基础Chapter1Physicalbasisofremotesensing电磁波：在真空或物质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。（在真空或介质中传播的交变电磁场）电磁波是通过电场和磁场之间相互联系和转化传播的，是物质运动能量的一种特殊传递形式。原子光谱、分子光谱和晶体光谱波粒二象性：1波动性：表现出干涉、衍射、偏振等现象。一般成像只记录了电磁波的振幅，只有全息成像时才同时记录振幅和相位，在遥感成像时，只有雷达成像是如此。干涉的影响：利—利用能量增大的趋势使图像清晰，方向性强；弊—造成同一物质所表现的性质不同SAR成像时，斑点的产生就是由于电磁波的干涉引起的。衍射的影响：(1)使电磁辐射通量的数量、质量和方向都发生变化，结果测量不准确，对目标物的解译也带来困难。(2)缩小阴影区域。(3)影响遥感仪器的分辨能力。光的偏振现象说明光波是横波，在微波技术中称为“极化”。多普勒效应：电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播介质的移动，而使观察者接受到的频率发生变化的现象。2粒子性的基本特点是能量分布的量子化光电效应应用：扫描成像、电视摄像等，把光像变成电子像，把对人眼无作用的电磁辐射变成人们可以看见的影像。3、波粒二象性的关系电磁波的波动性与粒子性是对立统一的，E（能量）、P（动量）是粒子的属性，υ（频率），λ（波长）是波动的属性，二者通过h联系起来。光的波动性和粒子性是光在不同条件下的不同表现：从数量上看：少量光子的运动表现出粒子性；大量光子的运动表现出波动性。从频率上看：频率高的光子粒子性强，频率低的光子波动性强。当光和其它物质发生相互作用时表现为粒子性，当在传播时表现为波动性。为什么说遥感的物理基础是电磁波理论？不同地物电磁波特性不同（表现为不同颜色，不同温度）传感器接收的是电磁波数据传输是电磁波数据处理的是地物电磁波信息应用的是地物电磁波特性电磁波谱：将电磁波在真空中按照波长或频率的依大小顺序划分成波段，排列成谱。紫外线Ultraviolet波长0.01～0.4μm。此波段地物成像反差小，仅对萤石、石油等有较高的反射率，因此可以用于石油普查。由于散射的原因，在2000米高度以下成像为好。可见光Visible波长0.4～0.7μm大气对之有影响（吸收，散射），大部分地物有良好的反射，它是主要的RS波段红外线Infrared0.7μm～1mm由于胶片感光范围限制，除在近红外波段可用于摄影成像外，在其它波段不能用于摄影成像。但整个红外波段均可用于扫描成像。微波Microwave波长1mm～1m，人工装置（雷达）产生。它的波长长，受大气散射干扰小，全天候、全天时。目前遥感使用的主要为可见光、红外线和微波。绝对黑体：能全部吸收外来电磁波辐射而毫无反射和透射的理想物体。近似黑体的：黑色的烟煤；太阳；白天看远处的窗户；空腔模型。基尔霍夫定律：好的吸收体也是好的辐射体的定律。太阳常数：指不受大气影响，在距离太阳一个天文距离内，垂直于太阳光辐射的方向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量。1.360×103W/m2地物波谱发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件（波长）下辐射功率之比。物体反射电磁波的形式：镜面反射：如平静的水体。当雷达发射的电磁波到达水体时，会发生镜面反射，使返回雷达的回波大大减弱，因此水体在雷达像片上一般呈现深色调。漫反射：各个方向探测到的辐射亮度相同。方向反射：其反射界于镜面反射和漫反射之间，在某些方向上反射强烈。反射产生的原因：与地表粗糙平滑程度有关。地物表面的光滑与粗糙是相对于入射电磁波的波长和入射角而言的。地物表面是光滑的（镜面反射）；中等粗糙（方向反射）；粗糙（漫反射）光谱反射率：地物在某波段的反射通量与该波段的入射通量之比。通常反射率定义为物体理想的漫反射情况下的定义，是指在整个电磁波波长范围的平均反射率。地物反射波谱特性：地物波（光）谱反射率随波长变化而变化的特性。非选择性反射体；选择性反射体影响地物反射率变化的因素：主要取决于入射通量及地物本身性质。其它因素：太阳位置、遥感器位置、地理位置、地形、季节、气候变化、地物本身的差异、大气状况等。第二章遥感平台Chapter2Remotesensingplatforms1遥感平台的种类Typesofremotesensingplatforms1）地面平台GroundPlatform（0-100m）2）航空平台AirPlatforms（100m-100km）3）航天平台Spaceplatform（150km-36000km）2航天遥感平台及其轨道特征Spaceplatform2.1卫星运行特征：开普勒定律operationcharacteristics2.2卫星轨道参数Satelliteorbitparameters六个基本轨道参数2.3遥感卫星的轨道类型1地球静止卫星轨道(geostationarysatelliteorbit)2太阳同步轨道(sunsynchronousorbit)3陆地卫星系列P33-572.4遥感卫星的姿态Remotesensingsatelliteorbitalparameters姿态描述：三轴倾斜：滚动：横向摇摆；俯仰：纵向摇摆；偏航：偏移运行轨道第四章遥感传感器Chapter4Remotesensor分类：扫描成像传感器的分辨率：常见卫星的传感器：Landsat1-5：MSS多光谱扫描仪Landsat4-5：TMThematicMapper专题制图仪Landsat7：ETM增强型专题制图仪第四章遥感图像数字处理的基础知识4.1图像的表现形式光学图像，数字图像1光学图像转换为数字图像：采样（图像空间坐标数字化）；量化（光学密度数字化）2数字图像转换为光学图像：（1通过显示终端设备显示出来，包括显示器、电子束或激光束成像记录仪等，通过数模转换格式实现。（2通过照相或打印的方式输出，如屏幕照相设备和不浅的彩色喷墨打印机。4.4遥感数字图像处理系统：1硬件系统：输入设备、输出设备、电子计算机、其他设备。2软件系统：ERDASImagine、ENVI、PCI、ECognition第五章遥感图像几何校正ChapterⅤRemotesensingimageGeometricCorrection5.1遥感传感器的构像方程5.1.1遥感图像的通用构像方程5.1.2中心投影构像方程5.1.3全景摄影机的构像方程5.1.4推扫式传感器的构像方程5.1.5光机扫描式传感器的构像方程5.1.6侧视雷达的构像方程5.1.7基于多项式的传感器模型多项式模型回避成像的几何过程，直接对图像变形本身进行模拟。一次多项式校正:线性变换_平移,缩放,旋转二次多项式校正:非线性变形三次多项式校正:高次非线性变形5.1.8基于有理函数的传感器模型5.2几何畸变(Geometricdistortion)5.2.1传感器成像方式引起的图像变形5.2.2外方位元素变化的影响5.2.3地形起伏引起的像点位移Terrain5.2.4地球曲率引起的图像形变形5.2.5大气折射(refraction)的影响5.2.6地球自转(earthrotation)的影响几何变形产生的原因？内部误差：传感器自身的性能、结构等引起，可预测，易校正外部误差：传感器以外的因素，如地球曲率、地球自转、地形起伏、遥感平台姿态改变、大气等引起的变形等，难以预测，校正复杂。5.3几何校正(Geometriccorrection)5.3.1几何校正的类型粗校正：由卫星地面站进行的系统级的几何校正，利用卫星等提供的轨道和姿态等参数，以及地面系统的有关处理参数对原始数据进行几何校正。精校正：在系统校正的基础上，利用地面控制点（GroundControlPoint，GCP）建立一种数学模型（多项式模型、共线方程、RPC模型）来近似描述遥感图像的几何畸变，然后利用模型进行几何校正。5.3.2几何精校正的过程(1)图像像元坐标-地理坐标变换；a选择控制点；b选取校正模型，建立图像-地理坐标转换关系；共线方程模型；多项式模型c求解校正模型；(2)重采样:像元灰度值重新计算几何校正过程中，由于校正前后图象的像元大小可能变化、象元点位置的相对变化等，不能简单用原图象象元灰度值代替输出象元灰度值，需要插值。三种插值方法：–最邻近法、–双线性法、–三次卷积法5.3.3图像镶嵌Mosaic•图像镶嵌：将不同的图像文件拼合在一起，形成完整的包含感兴趣区域的图像第六章遥感图像辐射处理6.1遥感图像辐射校正遥感图像辐射信息恢复处理包括：1辐射定标指传感器探测值的标定过程，用以确定传感器入口处的准确辐射值。（1）绝对定标（2）相对定标：校正传感器中各个探测元件响应度差异进行归一化处理——条带噪声。2辐射校正由于传感器响应特性和大气的吸收、散射及其它随机因素影响，导致遥感图像辐射失真，造成图像分辨率和对比度相对下降。这些都需要通过辐射校正复原。产生辐射误差(radiationerror)的原因：重要的校正：大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，获得地物反射率和辐射率、地表温度等真实物理模型参数。（1）绝对大气校正：基于辐射传输物理模型。（2）相对大气校正：通过比较简便的方法去掉上式中的程辐射，从而改善图像质量。主要包括直方图最小值去除法和回归分析法（程辐射主要来自大气散射的影响，在波长较长的红外波段，散射影响接近于零。可作为没有程辐射影响的标准图像来校正其他波段数据。）等。6.2遥感图像增强与变换6.2.1对比度增强Contrastenhancement（对比度变换）通过改变图像灰度的分布形态，扩展灰度分布区间，增加图像反差。1直方图拉伸HistogramStretch（1）线性变换（LinearTransformation）（2）非线性变换Non-linearContrastStretching2直方图均衡化（HistogramEqualization）增强后的每个灰度级内有大致相同的象元数；通过改变灰度区间来实现；3、直方图匹配(histogrammatching)把原图像的直方图变换为某种指定形状的直方图或某一参考图像的直方图，然后按照已知的指定形态的直方图调整原图像各象元的灰级，最后得到一个直方图匹配的图像主要应用于有一幅很好的图像作为标准的情况下，对另一图像进行匹配，以改善被处理图像的质量。应用于图像镶嵌与变化监测等。条件：原始图像和参考图像的直方图的总体形态应相似•图像中相对亮和暗的特征应相同•对某些应用，图像的分辨率应相同（但可不同）图像中的地物类型的相对分布应相同，无论两幅图像是否覆盖同一地区。如一幅云，另一幅没有云，应先将云去掉（覆盖），然后再进行直方图匹配6.2.2空间域滤波增强Spatialdomainfiltering梯度是遥感图像的一个重要特征，减小或增大图像梯度的方法有：空间滤波（图像卷积运算）；傅里叶变换频域增强平滑：均值、中值滤波锐化：罗伯特梯度、索伯尔梯度、拉普拉斯算法、定向检测等。6.2.3频域增强Frequencydomainenhancement高通(highpass)滤波：理想滤波器，Butterworth滤波器，Gauss滤波器（指数）；低通(lowpass)滤波；带通(bandpass)滤波；带阻(bandreject)滤波；同态(homomorphic)滤波。6.2.4彩色增强Colorenhancement1、单波段彩色变换伪彩色增强:把一幅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。单波段灰度图像的彩色表示或显示实现方法：密度分割，将连续的灰度值转换为少量的灰度区间，并用不同的颜色表示增强了图像的目视解译效果2、多波段彩色合成真彩色增强:假彩色增强：通过映射函数将彩色图像或多光谱图像变换成新的三基色分量，经彩色合成在增强图像中目标呈现出与原图像中不同彩色的技术。3、彩色空间变换HLS色彩模型(Hue色度,Lightness亮度,Saturation饱和度)IHS（Intensity明度,