《遥感导论》知识点总结

遥感：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理。

判别出目标地物的属性。

遥感数据：太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器（接收记录电磁波的仪器）。

传感器将这部分能量记录下来，传回地面，则为遥感数据。

遥感的特点：（1）大面积的同步观测
（2）时效性：可以在短时间内对同一区域反复观测。

（3）数据的综合性与可比性：遥感获得的地物电磁波特性综合的反映了地球上的许多自然、人文信息。

且新的传感器和信息记录都可以向下兼容，于是数据具有可比性。

（4）经济性
（5）局限性：目前遥感技术所利用的电磁波有限，还有许多可以等待开发。

遥感主要分为五大部分，分别是被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理与信息的应用。

一、被测目标的电磁波特性
任何目标都具有反射和发射电磁波的特性，目标物与电磁波的相互作用构成了目标物的电磁波特性，电磁波特性是遥感的依据。

电磁波：交互变换的电磁场在空间的传播。

电磁波是横波，不需要媒介也能传播，与物质发生作用会有反射、吸收、投射、散射等现象。

电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构成了电磁波谱。

黑体辐射：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收（不存在反射），则这个物体是绝对黑体，太阳、地球和其他恒星都可以看作是绝对黑体。

太阳辐射：太阳是遥感的主要的辐射源，太阳辐射相当于6000K的黑体辐射。

太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：
到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量
在电磁波谱中，波长在一毫米到一纳米之间的是微波。

微波遥感的特点：能全天候、全天时工作
对某些地物具有特殊的波谱特征
对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力
对海洋遥感具有特殊意义
分辨率较低，但特性明显
二、信息的获取--传感器
收集、量测和记录电磁波特征的仪器是传感器，传感器通常由收集器、探测器、处理器、输出组成，它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度，摄影机是最常见的传感器。

摄影是通过物体获取影像的方式，可以分为近紫外线摄影，可见光摄影，红外摄影和多光谱摄影。

而摄影机则可分为的分幅式摄影机、全景摄影机、多光谱摄影机、数码摄影
机等等。

扫描方式的传感器：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逐点、逐行取样，已得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像。

扫描成像又可分为光/机扫描成像、固体自扫描成像、高光谱成像光谱扫描。

微波遥感的传感器：分为主动微波遥感和被动微波遥感两类，主动微波遥感是指通过向目标地物发射微波并接受其后向辐射信号来实现对地观测的遥感方式。

主要传感器为雷达，此外还有微波高度计和微波散射计。

被动微波遥感传感器是指通过传感器，接受来自目标地物发射的微波，而达到探测目的的遥感方式。

被动接受目标地物微波辐射的传感器为微波辐射计，被动探测目标地物微波散射特性的传感器为微波散射计。

装载传感器的平台是遥感平台，遥感平台可以分为地面平台、航天平台和航空平台。

遥感图像是各种传感器所获信息（遥感数据）的产物，是遥感探测目标信息的载体，通过遥感图像我们能获得目标地物的大小、形状积空间分布特点、目标地物的属性特点、目标地物的变化动态特点等等，其主要可以归纳为三方面特征，这些特征也有相对应的参数：
1、遥感图像的空间分辨率（几何特征）：代表地面范围的大小，即瞬时视场。

遥感图像的波谱分辨率（物理特征）：传感器在接收目标辐射的时候能分辨的最小波长间隔，间隔越小，波谱分辨率越高。

遥感图像的辐射分辨率（物理特征）：在接收波普信号的时候能分辨的最小辐射度差、
遥感图像的时间分辨率（时间特征）：对同一地点进行遥感采样的时间间隔，及采样的时间频率。

遥感数据通常可以分为航空遥感数据、地球资源卫星数据等等、
三、信息的处理
遥感图像的表示既有光学图像（模拟量：连续变量）又有数字图像（数字量：离散变量）。

在使用过程中有时需要两者之间的转换即模/数转换，记做A/D转换。

数字图像是指能够被计算机存储、处理和使用的图像。

1、光学处理
在使用光学方法处理遥感图像，可以使其信息更加突出，更适合目视判读。

（因为计算机的高速发展，光学处理有被计算机处理代替的趋势）。

2、数字图像的校正
（1）辐射校正
进入传感器的辐射强度反应在图像的亮度值（灰度值）上。

辐射强度越大，灰度值越大。

该值主要受太阳辐射强度照射到地面的辐射强度和地物的光谱反射率影响。

当太阳辐射相同时，图像上像元亮度值的差异直接反映了地物目标光谱反射率的差异。

但实际测量时，辐射强度值受到其他因素的影响而发生改变，这种现象称为辐射畸变，引起辐射畸变主要有三个原因，一是传感器仪器本身产生的误差(传感器光电变化的过程中，传感器对各波段的光谱响应是不同的。

)，二是大气对辐射的影响（目标地物的辐射经过大气层时，与大气层发生散射作用和吸收作用，吸收作用会直接降低地物的辐射能量，引起辐射畸变。

散射作用除此之外，在大气散射的部分辐射还会进入传感器，直接叠加在目标地物
的辐射能量之中，成为噪声，降低图像的质量），三是光照条件。

（2）光电变换的辐射误差校正：
光电变换的扫描仪误差主要有两类：
光电转换误差。

探测器增益变化引起的误差。

对于此，卫星接收站地面处理系统通常采用楔校准模型和增益校准模型对卫星图像进行处理。

（3）大气散射影响的校正：
野外现场波普测试（回归分析法）
波段对比分析（直方图法）
2、几何校正
遥感图像的几何变形一般有两层含义：
一卫星在运行过程中，由于姿态、地球曲率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传感器自身性能所引起的几何位置偏差
二是图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐标的差异。

几何校正包括
几何粗校正：针对卫星运行和成像过程中引起的几何畸变进行的校正。

几何精校正：利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。

数字图像几何校正也称图像纠正，其目的是改正原始影像的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。

基本环节有两个：一是像素坐标变换。

二是像素亮度重采样。

过程：
（1）输入原始数字图像
（2）建立纠正变换函数
（3）影像范围确定输出
（4）逐个像素的几何位置变换
（5）像素亮度值重采样
（6）输出纠正后的图像
3、遥感数据的镶嵌处理，是将两幅或多幅数字影像拼在一起，构成一幅整体图像的技术过程。

原理：现对每幅图像进行几何校正，然后将它们规划到统一的坐标系中，然后对它们进行裁剪，去掉重叠的部分，再将裁剪后的多幅影像装配起来形成一幅大幅面的影像。

4、当图像目视效果不好或者是有用的信息不够突出的时候需要进行图像增强处理。

遥感图像的增强处理主要有：彩色合成、灰度变换、直方图变换、密度分割、灰度颠倒、图像间运算、领域增强处理（滤波处理）、主成分分析、K-T变换、信息融合等。

（1）对比度变换：通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。

（2）直方图：统计每幅图像的各亮度的像元数而得到的随机分布图，即为该幅图像的直方图。

直方图为非正态分布，说明图像的亮度分布偏亮、偏暗或亮度过于集中，图像的对比度小，需要调整该直方图到正态分布，以改善图像的质量。

（3）空间滤波（邻域增强处理）：以重点突出图像上某些特征为目的，是一种几何增强处理，主要包括平滑和锐化。

（4）主成分分析：消除特征向量个特征之间的相关性，并进行特征选择。

同时也可以用来进行高光谱图像数据的压缩和信息融合。

（5）信息融合：将多源遥感数据在统一的地理坐标系中，采用一定的算法生成一组新的信息或合成图像的过程。

不同的遥感数据具有不同的空间分辨率、波谱分辨率和时相分辨率，如果能将它们各自的优势综合起来，可以弥补单一图像上信息的不足，这样不仅扩大了各自信息的应用范围，而且大大提高了遥感影像分析的精度。

三、信息提取
遥感图像解译是从遥感图像上获取目标地物信息（识别地物类型、性质、空间形状、大小等属性的过程）的过程。

分为两种一种是目视解译（从遥感信息中获得所需的地学专题信息），人工操作。

另外一种是遥感理解，是用计算机解译的，又称遥感图像计算机解译但是在遥感图像处理还有遥感理解之后都需要进行目视解译，用于核查计算机的精度。

（1）目视解译
目视解译的目的是从遥感图像中获取需要的地学专题信息。

目标判读的标志：
色调/色彩：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。

形状：是目视判读最直观的标志。

大小：根据地物间的相对大小，区分地物。

阴影：可判读地物的高度，但也遮挡部分地物信息。

组合图案：当地物较小时，在影像上表现为纹理，即某种地物类型有规律的重复出现。

如农田、森林。

2、计算机解译：利用计算机解译很难。

遥感数字图像的最基本单位是像素，像素的属性特征用亮度值来表示。

它的特点是便于计算机处理与分析，图像信息损失较低，抽象性强。

遥感数字图像有二维数组组成，在数组中每个元素代表一个像素，像素的坐标位置隐含，由这个元素在数组中的行列位置所决定。

遥感数字图像计算机解译的主要目的是将遥感图像的地学信息获取发展为计算机支持下的遥感图像智能化识别，其最终目的是实现遥感图像理解。

其基础工作是遥感数字图像的计算机分类。

四、遥感应用：
（1）植被遥感：不同的植物由于架构和叶绿素含量不同，具有不同的光谱特征，特别是近红外波段有较大的差别。

（2）水体遥感：水体的反射率很低，特别是红外波段，色调为均匀的暗色，加之水体的形状特殊，在图像上很好识别。

水体的热容量大，在热红外波段的昼夜图像上有明显的色调差异。

根据该波段传感器的温度标定，可推算出水温。

（3）地质地貌遥感：遥感图像上可判读出地貌类型、大型的地质构造、岩石性质等。

（4）土壤遥感：不同土壤类型之间的光谱差异不明显，而且土壤的性状主要表现在剖面，而光谱反映的是表面，因此直接判读困难。

一般用间接判读法，根据其上生长的植被类型、地区的气候条件等分析，推断出土壤的类型。