遥感概论知识点整理

第一章绪论遥感广义：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。狭义：应用探测仪器，不与探测目标接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。遥感探测系统根据通感的定义，遥感系统包括被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用五大部分主动遥感和被动遥感主动遥感和被动遥感，主动遥感由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号；被动遥感的传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量与常规观测相比，遥感观测的特点遥感观测可以实现大面积同步观测，并且不受地形阻隔等限制。遥感探测，尤其是空间遥感探测，可以在短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化。与传统地面调查和考察比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。分别从遥感平台、传感器类型、工作方式和应用简述遥感类型遥感平台：地面遥感，航空遥感，航天遥感，航宇遥感传感器：紫外遥感，可见光遥感，红外遥感，微波遥感，多波段遥感工作方式：主动遥感和被动遥感，成像遥感和非成像遥感应用：外层空间遥感，大气层遥感，陆地遥感，海洋遥感第二章电磁辐射与地物光谱特征基本概念：电磁波谱按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排序，构成了电磁波谱。按照波长递减的顺序：长波，中波和短波，超短波，微波，红外波段（超远红外，远红外，中红外，近红外），可见光（红橙黄绿青蓝紫，0.38~0.76微米），紫外线，X射线，γ射线。朗伯源、朗伯面辐射亮度L与观察角无关的辐射源，称为朗伯源。一些粗糙的表面可近似看做朗伯源。严格来说，只有绝对黑体才是朗伯源。对于漫反射面，当入射幅照度一定时，从任何角度观察反射面，其反射亮度是一个常数，这种反射面称朗伯面。把反射比为1的朗伯面叫做理想朗伯面。绝对黑体、灰体、选择辐射体绝对黑体：一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。灰体：没有显著的选择吸收，吸收率虽然小于1，但基本不随波长变化，这种物体叫灰体。如果发射率与波长无关，那么可把物体叫作灰体，否则叫选择性辐射体太阳常数是指不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量。I=1.360*10^3W/m^2。可以认为太阳常数是在大气顶端接受的太阳能量。夫琅和费吸收线夫琅和费谱线太阳光谱中的吸收线。1814年德国物理学家J.夫琅和费利用自制光谱装置观察太阳光时，在明亮彩色背景上观察到576条狭细的暗线。其中最明显的8条用A到H字母标记。这些暗线被称为夫琅和费谱线。实际上约有3万多条。这些谱线是处于温度较低的太阳大气中的原子对更加炽热的内核发射的连续光谱进行选择吸收的结果。辐照度、辐射出射度、辐亮度辐照度：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量。辐射出射度：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量。辐射亮度：假定有一辐射源呈面状，向外辐射的强度随辐射方向而不同，则辐射亮度定义为辐射源在某一方向，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量。大气窗口大气窗口：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，通过率较高的波段称为大气窗口。光学厚度大气质量与大气的垂直光学厚度的乘积即为光学厚度。双向反射分布函数、双向反射因子简述问题简述电磁波性质并按频率排列电磁波谱电磁波是典型的横波，传播方向可以是垂直振动方向的任何方向，且振动方向一般会随时间变化。电磁波具有偏振现象。电磁波谱以频率从高到低排列，可以划分为γ射线，X射线，紫外线，可见光，红外线，无线电波。简述基尔霍夫定律简述黑体辐射定律简述大气结构及其对遥感的影响大气垂直方向自下而上分为对流层、平流层、中间层、热层。近来，也常把平流层和中间层统称为平流层，热层和散逸层统称为电离层，电离层再向上为外大气层空间。平流层由于存在臭氧层，吸收紫外线。热层是人造地球卫星运行的高度，热层和中间层由于空气稀薄，大气中O2,N2等分子手太阳辐射的紫外线，X射线影响，，处于电离状态。这些电离层的主要作用是反射地面发射的无线电波。遥感所用波段都比无线电波短得多，因此可以穿过电离层，辐射强度不受影响。800km以上的散逸层，空气极为稀薄，对遥感产生不了影响，因此真正对太阳辐射影响最大的是对流层和平流层。简述大气中散射的主要类型，特点并说明微波遥感具有全天候工作的能力大气散射有三种情况，瑞利散射，米氏散射，无选择性散射。瑞利散射是大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射，其特点是散射强度与波长的四次方成正比，即波长越长，散射越强。米氏散射的散射强度与波长的二次方成反比，并且散射在光线向前方向比向后方向更强，方向性比较明显。无选择性散射的特点是散射强度与波长无关，也就是说，在复合无选择性散射的条件的波段中，任何波长的散射强度相同。按瑞利散射原理，散射的强度与波长的四次方成正比，由于微波的波长比红外波要长得多，因而散射要小得多，所以与红外波相比，在大气中衰减较少，对云层、雨区的穿透能力较强，基本上不受烟、云、雨、雾的限制。所以说微波遥感具有全天候的工作能力。综述太阳辐射传播到地球表面并被传感器接收整个过程中的物理现象能源：太阳辐射能↓大气传输：部分被大气中微粒散射和吸收而衰减.波长位于大气窗口的能量才能通过大气层,并经大气衰减后到达地表↓与地表相互作用：不同波长的能量到达地表后,被选择性反射,吸收,透射,折射.↓再次通过大气层：包含不同地表特征波谱响应的能量,再次经大气吸收,散射衰减.不仅使传感器接收的地面辐射强度减弱,而且由于散射产生天空散射光使遥感影像反差降低并引起遥感数据的辐射,几何畸变,图像模糊,直接影像到图像的清晰度,质量和解译精度.↓遥感系统：通过遥感系统记录辐射值.遥感器接受的信号包括两大部分：一是大气本身作为一个反射体（散射体）的程辐射,此部分不包含地物的信息.二是地面目标对遥感器的贡献,包含四个部分：（1）光线直接入射到地面并经地面反射到遥感器的部分（2）光线经大气散射到达地面并经地面直接反射到遥感器的部分（3）光线直接入射到地面并经地面反射和大气散射到遥感器的部分（4）光线经大气散射到地面,并经地面反射和大气散射到遥感器的部分,以及地面与大气经多次相互散射到达遥感器的部分.第三章遥感成像原理与遥感图像特征简述主要遥感平台及其特点航天平台：包括静止卫星，地球观测卫星，航天飞机。航空平台包括低、中、高空飞机，以及飞艇、气球等。地面平台包括车、船、塔等。其中航天遥感平台目前发展最快，应用最广。卫星轨道主要有哪几种？举例说明卫星轨道分为两种，即低轨和高轨。低轨就是近极地太阳同步轨道，简称极地轨道。高轨是指地球同步轨道，轨道高度36000km左右，绕地球一周需24小时，相对于地球似乎固定与高空某一点，故称作地球同步卫星或静止气象卫星。列举主要的气象卫星、陆地卫星和海洋卫星，并说明主要特点气象卫星主要代表：TIROS，ESSA，NOAA，FY-1，FY-2.陆地卫星主要代表：Landsat，SPOT，CBERS。海洋卫星主要代表：Seasat-1，Nimbus-7，MOS1，ERS，RADARSAT。气象卫星主要特点：1.轨道分为低轨和高轨；2.短周期重复观测；3.成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量；4.资料来源连续，实时性强，成本低。陆地卫星主要特点：在重复成像的基础上，产生世界范围的图像，对地球科学的发展具有很大的推动，同时由于提供了数字化的多波段图像数据，促进了数字化图像处理技术的发展，扩大了陆地卫星的应用广度和深度。海洋卫星的特点：1、需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖的观测。2、以微波为主。3、电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段的一条新路。4、海面实测资料的校正。中心投影与垂直投影的区别一、投影距离的影响：垂直投影图像的缩小和放大与投影距离无关，并有统一的比例尺。中心投影则受投影距离影响，像片比例尺与平台高度H和焦距f有关。二、投影面倾斜的影响：当投影面倾斜时，垂直投影的影像仅表现为比例尺有所放大，比例有所夸大，在中心投影的像片上，各点的相对位置和形状不再保持原来的样子。三、地形起伏的影响：垂直投影时，岁地面起伏变化，投影点之间的距离与地面实际水平距离成比例缩小，相对位置不变。中心投影时，地面起伏越大，像上投影点水平位置的位移量就越大，产生投影误差。反差系数、反差反差指胶片的明亮部分与阴暗部分的密度差。反差系数是指拍摄后负片影像与景物亮度差之比，即特征曲线上的斜率。摄影成像与扫描成像的不同点摄影成像是通过成像设备获取物体影像的技术。依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。扫描成像是依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，形成已定谱段的图像。简述微波遥感的特点（1）能全天候、全天时工作（2）对某些地物具有特殊的波谱特征（3）对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力（4）对海洋遥感具有特殊意义（5）分辨率较低，但特性明显雷达、侧视雷达、合成孔径雷达及特点雷达是由发射机通过天线在很短时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接受目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。雷达工作波段大都在微波范围，少数也利用其他波段。侧视雷达的天线与遥感平台的运动方向形成角度，朝向一侧或两侧倾斜安装，向侧下方发射微波，接受回波信号。特点：①具有全天候工作性能。②分辨率高，所摄照片清晰。③覆盖面积大，提供信息快。④不易受干扰。⑤具有分辨地面固定和活动目标的能力。合成孔径侧视雷达是利用遥感平台的前进运动，将一个小孔径的天线安装在平台的侧方，以替代大孔径的天线，提高方位分辨力的雷达。特点：合成孔径雷达的方位分辨力与距离无关，只与天线的孔径D有关。侧视雷达的距离分辨率、方位分辨率距离分辨率是指垂直于航线方向的分辨率距离分辨率方由雷达波束脉冲宽度和雷达波束俯角决定。方位分辨率是指航线方向的分辨率。侧视雷达图像的方位分辨率随侧视雷达的种类而异。合成孔径雷达的距离分辨率、方位分辨率，提高分辨率的原理距离分辨率是指垂直于航线方向的分辨率距离分辨率方由雷达波束脉冲宽度和雷达波束俯角决定。方位分辨率是指航线方向的分辨率。合成孔径雷达的方位分辨力与距离无关，只与天线的孔径有关。天线孔径越小，方位分辨力越高。且可以结合利用脉冲压缩技术获取良好的距离分辨力。解释图像特征参数：空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率、时间分辨率空间分辨率：像素所代表的地面范围的大小。波谱分辨率：传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。辐射分辨率：传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。时间分辨率：对同一地点进行遥感采样的时间间隔。第四章遥感图像处理解释概念：颜色的性质（明度，色调，饱和度）明度：是指颜色的明暗程度。反映了物体对某一波段反射率的大小。色调：颜色的类别。物体颜色取决于辐射源的光谱组成和地物表面反射各波长辐射量的比例。饱和度：彩色纯洁的程度，取决于物体放射光谱的选择性。互补色若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色就称为互补色。三原色若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合想加产生，这三种颜色按已定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。（红绿蓝）三补色青，品红，黄减法三原色黄，品红，青色。当时用黄色滤光片时，是将黄色波长附近的红绿段透过而将远端的蓝色光吸收，从而形成减蓝色即黄色。（减红—青色，减绿—品红，减蓝—黄色）辐射畸变指遥感传感器在接收来自地物的电磁波辐射能时，电磁波在大气层中传输和传感器测量中受到遥感传感器本身特性、地物光照条件（地形影响和太阳高度角影响）以及大气作用等影响，而导致的遥感传感器测量值与地物实际的光谱辐射率的不一致。辐射校正辐射校正是指消除图像数据中依附在辐射亮度中的各种失真的过程。K-L变换及其特点K-L变换是离散变换的简称，又被称作主成分变换。它是对某一