中科院遥感所感概论模拟试题参考答案(46页)

中国科学院遥感应用研究所2007年硕士研究生入学考试模拟试卷（一）考试科目：859遥感概论试卷满分：150分考试时间：180分钟-参考答案及评分标准-注：题目后括号内标注的页码为赵英时《遥感应用分析原理与方法》中的页码。一、名词解释（每题4分，共40分）1.光学遥感（P67）遥感可以根据探测能量的波长和探测方式、应用目的分为可见光-反射红外遥感（0.38~3.0μm）、热红外遥感（3.0~15μm）、微波遥感三种基本形式，其中前两者可统称为光学遥感，属于被动遥感。评分标准：①划分依据1分，②包括可见光-反射红外遥感、热红外遥感1分，③列出波长1分，④指出被动遥感1分。第②小点答错此题不得分。2.地物波谱（P50）地物的反射、吸收、发射电磁波的特征是随波长而变化的。因此人们往往以波谱曲线的形式表示，简称地物波谱。评分标准：①地物辐射形式（反射、吸收、发射）2分，②随波长变化1分，③波谱曲线1分。第①小点回答不完整失1分。3.遥感定标（P45）定标（校准）是将遥感器所得的测量值变换为绝对亮度或变换为与地表反射率、表面温度等物理量有关的相对值的处理过程。或者说，遥感器定标就是建立遥感器每个探测器输出值与该探测器对应的实际地物辐射亮度之间的定量关系。它是遥感定量化的前提。评分标准：①遥感器所得的测量值1分，②绝对亮度1分，③与地表反射率、表面温度等物理量有关的相对值1分，④定量关系或遥感定量化前提1分。“或者说”后面一句不答不失分。4.植被指数（P372）对多光谱遥感数据进行分析运算（加、减、乘、除等线性或非线性组合方式），产生某些对植被长势、生物量等有一定指示意义的数值——即所谓的“植被指数”。评分标准：①多光谱遥感数据1分，②运算方式1分，③植被长势、生物量1分，④指示意义1分。5.监督分类（P194）监督分类，又称训练分类法，即用被确认类别的样本像元去识别其他未知类别像元的过程。评分标准：①被确认类别的样本像元2分，其中“样本”1分，②识别其他未知类别像元2分。6.混合像元（P328）-1-若像元包含不止一种土地覆盖类型，则称为混合像元，它记录的是所对应的不同土地覆盖类型光谱响应特征的综合。评分标准：①不止一种土地覆盖类型3分，②记录波谱特征1分。7.图像增强（P183）图像增强和变换则是为了突出相关的专题信息，提高图像的视觉效果，使分析者能更容易地识别图像内容，从图像中提取更有用的定量化信息。评分标准：也可答成“采用一系列技术改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度、对比度，突出所需信息的工作称之为图像增强”（汤国安等《遥感数字图像处理》P9）。①提高或改善视觉效果1分，②突出专题信息1分，③其他作用1分，④语言组织1分。8.辐射分辨率（P44）辐射分辨率指遥感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。即探测器的灵敏度——遥感器感测元件在接收光谱信号时能分辨的昀小辐射度差，或指对两个不同辐射源的辐射量的分辨能力。一般用灰度的分级数来表示，即昀暗-昀亮灰度值（亮度值）间分级的数目——量化级数。评分标准：①对光谱信号的敏感程度、区分能力1分，②最小辐射度差2分，③表示方法1分。9.透视收缩（P152）由于雷达按时间序列记录回波信号，因而入射角与地面坡角的不同组合，使其出现程度不同的透视收缩现象。即雷达图像上的地面斜坡被明显缩短的现象。“收缩”意味着回波能量相对集中，回波信号更强。评分标准：①形成原因2分（雷达记录信号方式、入射角与坡角组合各1分），②斜坡缩短1分，③能量集中、信号更强1分。10.BRDF（P32）BidirectionalReflectanceDistributionFunction，二向性反射率分布函数，是用来描述表面反射特性空间分布的基本参数。它被定义为d()d(,)(,;,)d()d(,)rriirriiLLBRDFEEriθφθφθφθφΩ==Ω式中：iθ表示入射辐射天顶角，iφ表示入射辐射方位角；rθ表示反射辐射天顶角；rφ表示反射辐射方位角；、分别表示在入射和反射方向上的两个微小立体角；d(iΩrΩ)iEΩ表示在一个微小面积元上，特定入射光dA(,)iiθφ的辐照度，单位为W·m-2；d()rLΩ表示在一个微小面积元d上，特定反射光A(,)rrθφ的辐亮度，单位为W·m-2·Sr-1。评分标准：①中译名“二向性反射率分布函数”1分，②定义式1分，③各物理量含义2分，未区分辐照度和辐亮度及单位失1分。二、问答题（每题15分，共60分）1.简述典型地物的光谱特征（土壤、水体、植被）。（植物、土壤：P50-53；水体：P414-416）植物：健康绿色植物的波谱持征主要取决于它的叶子。在可见光谱段内，植物的光谱特性主要受叶的各种色素的支配，其中叶绿素起着昀重要的作用。由于色素的强烈吸收，叶的反射和透射很低。在以0.45μm为中心的蓝波段及以0.67μm为中心的红波段，叶绿素强烈地吸收辐射能（＞90％）而呈吸收谷。在这两个吸收谷之间（0.54μm附近）吸收较少，形成绿色反射峰（10％~20％）而呈现绿色植物。假若植物受到某种形式的抑制，阻止它正常生长发育，导致叶绿素含量降低，叶绿素在蓝、红波段的吸收减少反射增强，特别是红反射率升高，以至于植物转为黄色（绿色+红色=黄色）。-2-当植物衰老时，由于叶绿素逐渐消失，叶黄素、叶红素在叶子的光谱响应中起主导作用，因而秋天树叶变黄或枫叶变红。在近红外谱段内，植物的光谱特征取决于叶片内部的细胞结构。叶的反射及透射能相近（各占入射能的45％~50％），而吸收能量很低（＜5％）。在0.74μm附近，反射率急剧增加。在近红外0.74~1.3μm谱段内形成高反射。这是由于叶子的细胞壁和细胞空隙间折射率不同，导致多重反射引起的。由于植物类别间叶子内部结构变化大，故植物在近红外的反射差异比在可见光区域大得多，这样我们就可以通过近红外谱段内反射率的测量来区分不同的植物类别。在短波红外谱段内（1.3μm以外），植物的入射能基本上均吸收或反射，透射极少。植物的光谱持性受叶子总含水量的控制，叶子的反射率与叶内总含水量约呈负相关，即反射总量是叶内水分含量及叶片厚度的函数。由于叶子细胞间及内部的水分含量，绿色植物的光谱反射率受到以1.4μm、1.9μm、2.7μm为中心的水的吸收带的控制，而呈跌落状态的曲线。其中1.4μm和1.9μm处的两个吸收带是影响叶子短波红外波段光谱相应的主要频带。1.1μm和0.96μm处的水的吸收带，虽然强度很小，但在多层叶片下，对反射率仍有显著影响。位于三个吸收带之间的1.6μm和2.2μm处有两个反射峰。所有的健康绿色植物均具有基本的光谱特性，其光谱响应曲线虽有一定的变化范围，而呈一定宽度的光谱带，但总的“峰-谷”形态变化是基本相似的。这是因为影响其波谱特性的主导控制因素一致。但是，不同的植物类别，其叶子的色素含量、细胞结构、含水量均有不同。因而光谱响应曲线总存在着一定的差异。即使同一植物，随叶的新老、稀密、季节不同、土壤水分及组分含量差异，或受大气污染、病虫害影响等，均会导致整个谱段或个别谱段内反射率的变化，而且往往近红外波段比可见光波段能更清楚地观测到这些变化。这种变化相差异，是人们鉴别和监测植物的依据。土壤：土壤光谱反射率曲线的“峰-谷”变化较弱，曲线的形态远没有植物那么复杂。总的看来，土壤的反射率一般都是随着波长的增加而增加，在可见光和近红外波段尤为明显。土壤对所有入射能均吸收或反射，无透射。但是，土壤本身是一种复杂的混合物。影响土壤反射率的因素很多，包括水分含量、土壤结构（砂、粉砂、黏土的比例）、有机质含量、氧化铁的存在以及表面粗糙度等。这些因素是复杂的、变化的和相关的。水体：对水体来说，水体的光谱特征主要是由水体本身的物质组成决定，同时又受到各种水状态的影响。在可见光波段0.6μm之前，水的吸收少、反射率较低、大量透射。其中，水面反射率约5％左右，并随着太阳高度角的变化呈3％~10％的变化；水体可见光反射包含水表面反射、水体底部物质反射及水中悬浮物质（浮游生物或叶绿素、泥沙及其他物质）的反射3方面的贡献。对于清水，在蓝-绿光波段反射率4％~5％，0.6μm以下的红光部分反射率降到2％~3％，在近红外、短波红外部分几乎吸收全部的入射能量，因此水体在这两个波段的反射能量很小。这一特征与植被和土壤光谱形成十分明显的差异，因而在红外波段识别水体是较容易的。由于水在红外波段（NIR、SWIR）的强吸收，水体的光学特征集中表现在可见光在水体中的辐射传输过程。它包括界面的反射、折射、吸收、水中悬浮物质的多次散射（体散射特征）等。而这些过程及水体“昀终”表现出的光谱特征又是由以下因素决定的，包括水面的入射辐射、水的光学性质、表面粗糙度、日照角度与观测角度、气-水界面的相对折射率以及在某些情况下还涉及水底反射光等。评分标准：①健康绿色植物在可见光-短波红外波段的峰谷特征（要求指明波长范围、反射强度）3分，解释原因3分，说明不同植物光谱特性的异同2分，②土壤光谱特征总体特征1分，辐射特征1分，影响因素1分，③水体光谱影响因素2分，峰谷特征1分，形成原因1分。2.比较K-L变换与K-T变换的异同。（P187-189，P378-380）K-L变换又称主成分分析（PrincipalComponentsAnalysis，PCA），是一种除去波段之间的多余信息，将多波段的图像信息压缩到比原波段更有效的少数几个转换波段的方法。在实际的主成分分析中，各主成分是对原始数据进行线性变换而获得。在对TM数据进行主成分分析后，得到的前三个主分量PC1、PC2、PC3可包含原数据95%以上的信息。因此，主成分图像能大量地压缩数据量，-3-从而节省特征提取的处理时间。K-T变换又称穗帽变换（TC），是指在多维光谱空间中，通过线性变换、多维空间的旋转，将植物、土壤信息投影到多维空间的一个平面上，在这个平面上使植被生长状况的时间轨迹（光谱图形）和土壤亮度轴相互垂直。也就是，通过坐标变换使植被与土壤的光谱持征分离。植被生长过程的光谱图形呈所谓的“穗帽”图形；而土壤光谱则构成一条土壤亮度线，有关土壤特征（含水量、有机质含量、粒度大小、土壤矿物成分、土壤表而粗糙度等）的光谱变化都沿土壤亮度线方向产生。K-T变换得到的4个新波段没有直接的物理意义，但此信息与地面景物是有关联的。其中第一分量（TC1）表征“土壤亮度”，它反映土壤亮度信息；第二分量（TC2）表征“绿度”，它与绿色植被长势、覆盖度等信息直接相关；第三分量为“黄度”，无确定意义位于TCl、TC2的右侧；第四分量无景观意义，主要为噪声（包含系统噪声和大气信息）。第一、二分量往往集中了95％或更多的信息。因此，植被、土壤信息主要集中在由TC1、TC2组成的二维图形中。K-L变换与K-T变换的共同点在于两者都是线性变换，从这个意义上说，K-T变换是一种特殊的K-L变换。它们的区别在于：K-L变换的相关系数是原数据波段间协方差或相关系数的函数。这个特征使得K-L变换可以根据实际的图像产生从数据压缩角度看来昀好的转换，但却使得从不同图像得到的主成分难以进行互相比较。也就是说，K-L变换得到的主分量没有物理或景观意义，仅仅反映了包含原数据量的多少。而K-T变换得到的4个分量有一定的景观含义，它独立于单个图像，不同图像产生的土壤亮度和绿度可以互相比较。K-T变换的一个缺点是它依赖于遥感器（主要是波段），因此其转换系数对每种遥感器是不同的。评分标准：①K-L、K-T变换的概念6分，②K-T变换4分量含义4分，③K-L、K-T变换相同点2分，不同点3分。3.比辐射率与哪些因素有关？并作简要分析。（P107-108）所谓比辐射率，又称发射率，用ε(T,λ)表示。比辐射率被定义为，物体在温度T、波长λ处的辐射出射度Ms(T,λ)与同温度、同波长下的黑体辐射出射度MB(T,λ)的比值，即B(,)(,)(,)SBMTTMTλελλ=或()ελ=物体的辐射出射度同温度下黑体的辐射出射度比辐射率是一个无量纲的量，ε的取值在0~1之间。物体的比辐射率是物体发射能力的表征。它不