遥感基础

遥感信息科学一、名词解释1．大气窗口由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫做大气窗口。2．光谱分辨率指遥感器在接收目标辐射的电磁波信息时所能分辨的最小波长间隔。光谱分辨率与传感器总的探测波段的宽度、波段数和各波段的波长范围和间隔有关。间隔愈小，分辨率愈高。3．遥感图像解译专家系统遥感图像解译专家系统是模式识别和人工智能技术相结合的产物。它用模式识别方法获取地物多种特征，为专家系统解译遥感图像提供依据，同时应用人工智能技术，运用遥感图像解译专家的经验和方法，模拟遥感图像目视解译的具体思维过程，进行遥感图像解译。4．监督与非监督分类监督分类指根据已知样本区类别信息对非样本区数据进行分类的方法。其基本思想是：根据已知样本类别和类别的先验知识，确定判别函数和相应的判别准则，然后将未知类别的样本和观测值代入判别函数，再根据判别准则判定该样本的所属类别。非监督分类指事先对分类过程不施加任何先验知识，仅凭遥感影像地物的光谱特征的分布规律进行分类，即按自然聚类的特性进行“盲目”分类。5．遥感平台遥感中搭载传感器的工具统称为遥感平台，常见的有气球、飞机、人造地球卫星和载人航天器。6．微波遥感指利用某种传感器接收地面各种地物发射或者反射的微波信号，籍以识别、分析地物，提取所需的信息。常用有SAR和INSAR两种方式。7．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不同而不同。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。观察者以不同的观测角观察辐射源时，辐射亮度不同。8．光谱反射率物体对光谱中某个波段的电磁波的反射辐射通量与入射辐射通量之比。用式子表示为：P＝E反/E入*100％。9．合成孔径雷达指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，以代替大孔径的天线，提高方位分辨力的雷达。SAR的方位分辨力与距离无关，只与天线的孔径有关。天线孔径愈小，方位分辨力愈高。10．假彩色遥感图像根据加色法彩色合成原理，选择遥感影像的某三个波段，分别赋予红、绿、篮三种原色合成彩色图像。由于原色的选择与原来遥感波段所代表的真实颜色不同，因而生成的合成色不是地物真实的颜色，通常把这种方式合成的影像叫做假彩色遥感影像。常见的彩红外图像即为假彩色合成图像。11．立体观察用肉眼或者借助光学仪器(立体眼镜)，对有一定重叠率的像对进行观察，可以获得地物和地形的光学立体模型，称为像片的立体观测。12．图像空间分辨率指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场或者地面物体能分辨的最小单元。常见得TM5波段的空间分辨率为28.5m*28.5m。13．NDVI即归一化差分植被指数：NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)，或两个波段反射率的计算。主要用于检测植被生长状态、植被覆盖度和消除部分辐射误差等。14．遥感图像镶嵌二、多项选择1．到达地面的太阳辐射能量与地面目标作用后可分为三部分，包括：（1、2、3）(1)反射；(2)吸收；(3)透射；(4)发射2．计算植被指数(如NDVl)主要使用以下哪两个波段：（3、4）(1)紫外波段；(2)蓝色波段；(3)红色波段；(4)近红外波段3．扫描成像的传感器包括：（1、2）(1)光-机扫描仪；(2)推帚式扫描仪；(3)框幅式摄影机4．侧视雷达图像上由地形引起的几何畸变包括：（1、2、3）(1)透视收缩；(2)斜距投影变形；(3)叠掩；(4)阴影5．遥感图像几何校正包括两个方面：（1、3）(1)像元坐标转换；(2)地面控制点选取；(3)像元灰度值重新计算(重采样)；(4)多项式拟合三．简答题1、下图为一个3x3的图像窗口，试问经过中位数滤波(MedianFilter)后，该窗口中心像元的值，并写出计算过程。(10分)124126127120150125115119123求解过程如下：对窗口数值由小到大排序：115119120123124125126127150，取排序后的中间值：124，用中间值代替原窗口中心象素值,结果如下：1241261271201241251151191232、简述可见光、热红外和微波遥感成像机理。(20分)答：（1）可见光遥感成像机理如下：可见光遥感的探测波段在0.38—0.76μm之间，一般采用主动遥感方式，光源为太阳，地物反射可见光，传感器的收集器接受地物反射的可见光，由探测器将可见光信号转换为化学能或者电能，再由处理器对信号进行各种处理以获取数据，通过输出器输出为需要的格式。成像方式常见有推扫式的和扫描式的。在白天日照条件好时的成像效果好。（2）热红外遥感成像机理如下：热红外遥感的探测波段在0.76——1000μm之间，其基本成像原理和可见光遥感成像机理大致相同，只是热红外遥感时地物即可反射能量（主要在近中红外波段），又可自身发射热辐射能量，尤其是远红外波段主要透射地物自身辐射能量，适于夜间成像。（3）微波遥感成像机理如下：微波遥感的探测波段在1mm——10m之间，有主动遥感和被动遥感两种方式，成像仪由发射机、接收机、转换开关和天线等构成，发射机产生脉冲信号，由转换开关控制，经天线向观测区域发射脉冲信号，地物则反射脉冲信号，也有转换开关控制进入接收机，接收的信号在显示器上显示或者记录在磁带上。由于微波穿透能力很强，可以全天候进行观测。常见的微波遥感成像方式有合成孔径雷达（SAR）和相干雷达（INSAR）。3、设计一个遥感图像处理系统的结构框图，说明硬件和软件各自的功能，并举一应用实例。答：遥感图像处理系统的结构框图如下输入设备：把遥感数据输入计算机。输出设备：将遥感数据输出到显示器上或者打印出来。系统操作平台：遥感图像处理系统的核心，决定处理速度的快慢及处理效果的好坏。存储设备：存储遥感影像数据。图像文件管理模块：对图像文件进行输入、输出、存储和管理。图像处理模块：对遥感影像进行增强、滤波、纹理分析和目标检测等处理。图像校正模块：对影像进行辐射校正和几何校正。多影像处理模块：进行图像运算、图像变换和图像信息融合。图像信息获取模块：包括直方图统计、特征向量计算、图像分类特征统计等等。图像分类模块：包括监督分类、非监督分类和混淆矩阵等。专题图制作模块：主要是4D产品的制作。接口模块：如和GIS数据库建立接口等。常见的遥感图像处理系统有：ENVI、ERDAS、Idris、Er-mapper、PCI等。4．遥感图像目视解译方法主要有哪些?列出其中5种方法并结合实例说明它们如何在遥感图像解译中的应用。(30分)答：①直接判读法：依据判读标志，直接识别地物属性。如在可见光黑白像片上，水体对光线的吸收率强，反射率低，水体呈现灰黑到黑色，根据色调可以从影像上直接判读出水体。②对比分析法：与该地区已知的资料对比，或与实地对比而识别地物属性；或通过对遥感图像不同波段、不同时相的对比分析，识别地物的性质和发展变化规律。如解译某区域时可用相邻区域已经正确解译的影像作为参考以提高解译速度。③信息复合法：利用透明专题图或者透明地形图与遥感图像重合，根据专题图或者地形图提供的多种辅助信息，识别遥感图像上目标地物的方法。如等高线与卫星影像复合可以提供高程信息，有助于划分中高山地貌类型（前提是必须要严格配准）。④综合推理法：综合考虑遥感影像多种解译特征，结合生活常识，分析、推断某种目标地物的方法。如铁路延伸到大山脚下突然中断可推出有铁路隧道通过山中。⑤地理相关分析法：根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存，相互制约的关系，借助专业知识，分析推断某种地理要素性质、类型、状况与分布的方法。如可利用此法分析洪冲积扇各种地理要素的关系。山地河流出山后，因比降变小，动能减小，水流速度变慢，常在山地到平原过渡地带形成巨大的洪冲积扇，其物质分布带有明显的分选性。冲积扇上中部主要由沙砾物质组成，呈灰白色和淡灰色，由于土层保肥与保水性差，一般无植物生长。冲积扇的中下段，因水流分选作用，扇面为粉沙或者黏土覆盖，土壤有一定保肥与保水能力，植物在夏季的假彩色图像上呈现红色或者粉红色。5、近红外遥感机理与在植被监测中的应用。答:(1)近红外遥感机理：在近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等于零。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，即：到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量传感器主要接收经过衰减后的反射能量成像。(2)在植被监测中的应用：植被的反射波谱曲线在近红外波段(0.7μm—0.8μm)有一反射的”陡坡”,至1.1μm附近有一峰值,形成植被的独有特征。利用此特征可用于植物监测和植物生物量评估。通常利用各种植被指数作为监测指标,即近红外波段与红外波段的各种组合运算:①比值：RVI=近红外/红如TM4/TM2②归一化：RVI=（近红外-红）/（近红外+红）③差值：DVI=近红外-红④正交植被指数（对NOAA数据和LANDSAT数据分别为）：NOAA数据：PVI=1.6225（NIR）-2.2978（R）+11.0656LANDSAT数据：PVI=0.939（NIR）-0.344（R）+0.096、近极地太阳同步准回归轨道卫星的特点及其在对地观测中的作用。答:(1)近极地太阳同步准回归轨道卫星的特点:①卫星轨道平面与太阳始终保持相对固定的取向,卫星轨道的倾角接近90°，卫星几乎在同一地方时经过各地上空。轨道平面随地球公转的同时，为了保持与太阳的固定取向，每天要自西向东作大约1°的转动。②轨道近似为圆形，轨道预告，资料接收和资料定位都方便；可以观测全球，尤其可以观测两地极地区，观测时有合适的照明，可以得到充足的太阳能。③虽然可以观测全球，但是观测间隔长，对某一地区，一颗卫星在红外波段可以取得两次资料，但是可见光波段只能取得一次资料。为了提高观测次数，只能增加卫星的数目。由于观测数目少，不利于分析变化快、生命短的小尺度过程，而且相邻两条轨道的资料也不是同一时刻的。④卫星高度高，视野广阔，一个静止卫星可以对地球南北70°，东西140个经度，约占地球表面1/3的面积进行观测。(2)在对地观测中的作用:此类卫星主要应用于陆地资源和环境探测,如Landsat系列、SPOT系列等等。7、遥感图像解译标志（判读标志）有那些？结合实例说明它们如何在图像解译中的应用。答：遥感图像解译标志（判读标志）及其实际应用如下:①色调：即灰度。判读前通过反差调整和彩色增强后，成为目视判读的重要标志。如海滩的沙砾因含水量不同在遥感黑白像片中的色调也不同,干燥的沙砾色调发白,而潮湿的沙砾发黑。②颜色：是目视判读最直观的标志。如在真彩色影像中，森林和农作物看上去同为绿色，由于存在微小色差，有经验的的目视解译人员仍然能够判别出树种及作物的种类。③大小：根据地物间的相对大小，区分地物。根据物体的大小可以推断物体的属性，有些地物如湖泊和池塘主要依据它们的大小来区别。④阴影：可判读地物的高度，但也遮挡部分地物信息。如航空像片判读时利用阴影可以了解铁塔及高层建筑物等的高度及结构。⑤形状：目标地物在影像上呈现的外部轮廓。如飞机场和港湾设施在遥感图像中均具有特殊形状。⑥纹理：指目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构。如航片上农田呈现条带状纹理。⑦位置：目标地物分布的地点。例如水田临近沟渠，位于沼泽地的土壤多数为沼泽土。⑧图型：目标地物有规律排列而成的图形结构。如住宅区建筑群和农田与周边防护林都构成特殊的图型，在影像上很容易判出。⑨相关布局：多个目标地物之间的空间配置关系。如学校教室与操场，货运码头与货物存储堆放区都有很强的相关性。8、什么是计算机图像处理，它包含那些内容，如何运用计算机图像处理方法来提高遥感图像的解译效果？答：（1）计算机图像处理指利用计算机对数字图像进行系列操作，从而获得某种预期结果的技术。根据其抽象程度可分为三个层次：图像处理、图像分析和图像理解。在系统实现层次上其结构图如下：