遥感原理与应用复习题.doc

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1、遥感原理与应用复习题1 第1章 电磁波及遥感物理基础 01、遥感的概念 广义：即遥远的感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。 狭义：一般指电磁波遥感，它是利用电磁波获取物体的信息。 02、电磁波 变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。 电磁波具有波粒二象性，即波动性与粒子性。 03、电磁波谱 将各种电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。 04、红外波段 05、绝对黑体（白体） 绝对黑体：如果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；绝对白体：能反射所有的入射光的物体。

2、06、大气对辐射的影响 大气对太阳辐射的吸收、散射、反射作用。 大气散射 辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开，称为散射。 散射分类：瑞利散射，米氏散射，无选择性散射。 （1）瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，散射率与波长的四次方成反比。 （2）米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。 （3）无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。 大气吸收 太阳辐射穿过大气层时，大气分子对电磁波的某些波段有吸收作用。吸收作用使辐射的能量转变为分子的内能，从而引起这些波段太阳辐射强度的衰减，甚至

3、某些波段的电磁 波完全不能通过大气。 影响 在可见光波段，引起电磁波衰减的主要原因是分子散射。在紫外、红外与微波区，引起电磁波衰减的主要原因是大气吸收。 07、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，透过率较高的波段称为大气窗口。 0.3 1.15um 大气窗口：全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段。 1.3 2.5um 大气窗口：近红外波段。 3.5 5.0um 大气窗口：中红外波段。 8.0 14um 大气窗口：热红外窗口(常温下地物光谱辐射最大值9.7um)。 1.0mm 1m 大气窗口：微波窗口。 08、大气屏障 有些大气中电磁波透过率很小，甚至

4、完全无法透过电磁波，称为大气屏障。 09、主动遥感与被动遥感 主动遥感：指使用人工辐射源从遥感平台上先向目标发射电磁辐射，然后接收和记录目标物反射或散射回来的电磁波的遥感。 被动遥感：指不利用人工辐射源，而是直接接收与记录目标反射物反射的太阳辐射或者目标物本身发射的热辐射和微波的遥感。 10、灰体 11、灰体的等效温度 实际测定物体的光谱辐射通量密度曲线并不像描绘的黑体光谱辐射通量密度曲线那么滑，为了便于分析，常常用一个最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照，这时的黑体辐射温度称为该灰体的等效灰体温度。 12、热传导理论 在白天的热红外图像上，热惯量小的物体相对较亮；而晚上的热红外图像上，热

5、惯量大的物体相对较亮。 13、物体对电磁波的反射形式 镜面反射、漫反射、方向反射。 14、反射率 反射率是物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比，=E/E 15、反射波普及反射波谱特性曲线 反射波普是某物体的反射率随波长变化的规律。以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线即称为该物体的反射波谱特性曲线。 同一地物的反射波谱特性 地物的光谱特性一般随时间季节变化，这称为时间效应。 植物的反射波谱特性 植物都进行光合作用，所以各类绿色植物具有很相似的反射波谱特性。在可见光波段0.55um绿光附近有反射率为10% 20%的一个波峰，两侧0.45um（蓝）和0.67um（红）则有两个吸收带。在近红外波段

6、0.8 1.0um间有一个反射的陡坡，至1.1um附近有一峰值，形成植被的独有特性。近红外波段（1.3 2.5um）受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率大大下降，特别是以1.45um、1.95um和2.7um为中心是水的吸收带，形成低谷。 16、地物的波谱特性 指各种地物各自具有的电磁波特性（发射辐射和反射）。 地物的反射波谱特性曲线的作用 （1）它是选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据。 （2）在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础资料。 （3）它是有效的进行遥感图像数字处理的前提之一，是用户判读、识别、分析遥感影像的基础。 第2章 遥感平台及运行特点 01、遥感平台 遥感中搭载传

7、感器的工具统称为遥感平台。按平台距离地面的高度分类：地面平台、航空平台、航天平台。 02、卫星轨道参数 （1）升交点赤经 （2）近地点角距 （3）轨道倾角i （4）卫星轨道场半轴a （5）卫星轨道偏心率（或称扁率）e （6）卫星过近地点时刻T 六个轨道参数中、i和T决定了卫星轨道面与赤道面的相对位置，a和e决定了卫星轨道的形状。 03、卫星姿态角 定义：卫星质心为坐标原点，沿轨道前进的切线方向为x轴，垂直轨道面的切线方向为y轴，垂直xy平面的为z轴。 滚动：绕X轴旋转的姿态角。 俯仰：绕y轴旋转的姿态角。 航偏：绕z轴旋转的姿态角。 04、卫星运行周期 卫星运行周期是指卫星绕地球一圈所需要的时

8、间，即从升交点开始运行到下次过升交点时的时间间隔。 05、重复周期 重复周期是指卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行后，回到该点上空时所需要的天数。 06、Landsant系列卫星 Landsat卫星的轨道参数： 特点： （1）近圆形轨道：图像比例尺一致卫星匀速，避免扫描行之间不衔接。 （2）近极地轨道：有利于增大卫星对地面总的观测范围。 （3）太阳同步轨道：有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测；有利于卫星在 固定的时间飞临接收站上空，并使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度。 （4）可重复轨道：有利于地面或自然现象的变化作动态监测。 07、Spot系列卫星 Spot卫星的轨道参数：

9、 08、SAR类卫星 合成孔径雷达是一种高分辨率，二维成像雷达，特别适于大面积的地表成像。 第三章 遥感传感器及其成像原理 01、遥感传感器 定义：收集，探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器。 分类：摄影类型的传感器；扫描成像类型的传感器；雷达成像类型的传感器；非图像类型的传感器。 组成：收集器：收集地物辐射来的能量。 探测器：将收集的地物辐射能转变成化学能或电能。 处理器：对收集的信号进行处理。 输出器：输出获取的数据。 02、扫描成像类传感器 扫描成像类型的传感器是（逐点逐行）地以时序方式获取的二维图像，有两种主要的形式：一是对物面扫描成像仪，它的特点是对地面直接扫描成像。二是瞬间在像面上先

10、形成一条线图像，甚至一幅二维影像，然后对影像进行扫描成像。 03、MSS多光谱扫描仪 扫描反射镜：扫描镜的作用是获取垂直方向两边共185km范围内的来自景物的辐射能量。 成像板：成像板上排列有24+2个玻璃纤维单元。按波段列成四列，每列有6 个纤维单 元，每个纤维单元为扫描仪的瞬时视场的构像范围，由于瞬时视场为86urad，而卫星高度为915km，因此它观察到地面上的面积为79m79m。 04、真实孔径雷达 真实孔径雷达的分辨率包括距离分辨率和方位分辨率两种。距离分辨率是在脉冲发射方向上，能分辨两个目标的最小距离，它与脉冲宽度有关。提高方法：脉冲压缩技术。 方位分辨率：在雷达飞行方向上，能分辨

11、两个目标的最小距离。提高方法：使用合成孔径侧视雷达。（合成孔径雷达的方位分辨率与距离无关，只与实际使用的天线孔径有关。此外由于双程相移，方位分辨率还可以提高一倍，即Rs = D/2。） 05、侧视雷达图像的几何特征 垂直飞行方向的比例尺由小变大； 造成山体前倾，朝向传感器方向被压缩，背向传感器方向被拉长，与中心投影相反，还会出现不同地物点重影现象； 高差产生的投影差亦与中心投影影像投影差位移的方向相反，位移量也不同，出现反立体。 06、相干雷达（INSAR） 利用SAR在平行轨道上对同一地区获取两幅（两幅以上）的单视复数影像形成干涉，进而得到该地区的三维地表信息。 第4章 遥感图像数字处理的基

12、础知识 01、图像的表达形式 从空间域来说，图像的表示形式主要由光学图像和数字图像两种形式。 光学图像：一个二维的连续的光密度（或透过率）函数。 数字图像：一个二维的离散的光密度（或亮度）函数。 02、光学图像与数字图像的转换 方法：把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数，经过图像数字化，图像采样，灰度级量化过程处理。 采样：空间坐标数字化称为采样。 量化：图像灰度的数字化称为量化。 03、遥感数字图像存储格式 BSQ格式：即按波段记载数据文件。 BIL格式：一种按照波段顺序交叉排列的遥感数据格式。 GeoTIFF：支持三种坐标空间：栅格空间、设备空间和模型空间。 第5章 遥感图像的几

13、何处理 01、遥感图像通用构像方程 为建立图像点和对应地面点之间的数学关系，需要在像方和物方空闻建立坐标系。则主 要的坐标系有图像坐标系，地面坐标系，传感器坐标系。 通用构想方程：在地面坐标系与传感坐标系之间建立的转换关系。 ?X?X?U?Y?Y?A?V?Z?P?Z?S?W?P 地面点P在地面坐标系中的坐标为（X,Y,Z）p，P在传感器坐标系中的坐标为（U,V,W）p，传感器投影中心S在地面坐标系中的坐标为（X,Y,Z）s，A为传感器坐标系相对地面坐标系的旋转矩阵。 02、推扫式传感器 推扫式传感器是行扫描动态传感器。 03、侧视雷达图像传感器 侧视雷达是主动式传感器。 04、图像变形 分类：

14、遥感图像的变形误差可分为静态误差和动态误差两大类。也可分为内部误差和外部误差。 原因：传感器成像方式引起的图像变形；传感器外方位元素变化的影像；地形起伏引起的像点位移；地球曲率引起的图像变形；大气折射引起的图像变形；地球自转的影响。 05、遥感图像几何处理 遥感图像的几何处理包括两个层次：遥感图像的粗加工处理；遥感图像的精加工处理。 粗加工处理：也称为粗纠正，它仅做系统误差的改正。 精加工处理：消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像的过程。 步骤： （1）根据图像的成像方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学模型。 （2）根据模型确定纠正公式。 （3）根据地面控制点和

15、对应像点坐标进行平差计算变换参数，评定精度。 （4）对原始图像进行几何变换计算，亮度重采样。 06、多项式纠正 回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身进行数学模拟。 多项式纠正用二项式是必须最少有6个控制点。 07、直接法纠正 从原始图形阵列出发，按行列的顺序依次对每个输出像素点位求其地面坐标系中的位置，再把该像素的亮度值填到输出图像相应位置去。 08、间接法纠正 从空白的输出图像阵列出发，按行列的顺序依次对每个输出点位反求其原始图像坐标，再进行亮度值重采样并填到空白图像相应点上去。 09、灰度重采样： 但输出图像阵列中的任一像素在原始图像中投影点的坐标不为整数时，采用适当的方法把该点周

16、围邻近整数点位上亮度值对该点贡献累积起来，构成该点新亮度值的方法。 10、双线性内插法 解答： （25-10）/（30-10）=0.75 60+0.75*（80-60）=75 40+0.75*（100-40） =85 （20-10）/（30-10）=0.5 75+0.5*（85-75）=80 P点亮度为85 11、图像间的自动配准 图像配准定义 实质是遥感图像纠正，根据图像的几何畸变的特点，采用一种几何变换将图像规划到同一的坐标系中。分为：(1)图像间的匹配：以多源图像中的一幅图像为参考图像，其他图像与之配准，其坐标是任意的。（2）绝对配准：选择某个地图坐标系，将多源图像变换到这个地图坐标系以

17、后来实现坐标系的统一。 12、图像镶嵌 感兴趣的研究区域在不同的图像文件时需要将不同的图像文件合并在一起形成一幅完 整的包含感兴趣区域的图像。 第6章 遥感图像辐射处理 01、图像的校正 包括辐射校正和几何校正 02、辐射校正 指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。 目的：尽可能恢复图像的本来目的。为遥感图像的识别、分类和解释等后续工作打下基础。 03、辐射定标 指建立传感器每个探测元所输出信号的数值量化值与该探测器对应像元内的实际地物辐射亮度值之间的定量关系。 内容： 强度定标：确定传感器的响应值；光谱定标：测量传感器随入射波长变化的响应；空间定标：测量

18、传感器的调制传递函数。 04、大气校正 消除大气影响的校正过程。回归分析法: 05、地面辐射校正场 使用地面辐射校正场提高辐射定标和校正的意义：建立地面辐射校正场符合遥感数据定量化的需要；建立地面辐射校正场可以弥补星上定标的不足；满足多传感器和多时相遥感资料的应用需要。 06、遥感图像辐射增强 突出遥感图像中的某些信息，消弱或除去某些不需要的信息，使图像更易判读。它不能增加原始图像的信息，有时反而会损失一些信息。目前常用的图像增强处理技术可分为两大类：空间域和频率域的处理。 07、图像灰度直方图 图像直方图：反映一副图像中灰度级与其出现概率之间的关系的图像。 直方图的均衡：是将随机分布的图像直

19、方图修改成均匀分布的直方图。 直方图的均衡实质：对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像元值，使一定灰度范围内的像元的数量大致相等。 直方图的均衡效果： （1）各灰度级所占图像的面积近似相等，因为某些灰度级出现高的像素不可能被分割； （2）原图像上频率小的灰度级被合并，频率高的灰度级被保留，因此可以增强图像上大面积地物与周围地物的反差。 （3）如果输出数据分段级较小，则会产生一个初步分类的视觉效果。 08、图像融合 定义：是指将多源遥感图像按照一定算法，在规定的地理坐标中生成新图像的过程。 目的：提高空间分辨率提高空间分辨率；改善配准精度；增强特征；改善分类；对多时相图像用于变化监测；替代或修补图

20、像的缺陷。 种类：图像融合包括像素级、特征级融合、决策级融合三个等级。 第7章 遥感图像判读 01、景物特征和判读标志 景物特征主要有光谱特征、空间特征和时间特征。 空间特征：景物的各种几何姿态，判读标志：形状，大小，图形，阴影，位置，纹理，类型。 02、传感器分辨率 空间分辨率：传感器瞬时视场所观察到地面场元的宽度。 几何分辨率：假定像元的宽度为a，则地物宽度在3a或至少22a时，能被分辨出来。 辐射分辨率：传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力 光谱分辨率：光谱探测能力，包括传感器总的探测波段的宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔。 第8章 遥感图像自动识别分类 01、特征变换 特征变换将

21、原始图像通过一定的数字变幻生成一组新的特征图像，这一组新图像信息集中在少数几个特征图像上，这样，数据量有所减少。 02、主分量变换步骤 （1）计算均值向量和协方差矩阵；（2）计算协方差矩阵的特征值和特征向量；（3）将特征值由大到小排列；（4）选择前几个特征值对应的特征向量构造变换矩阵；（5）根据公式进行变换。 03、哈达玛变换 实质：哈达玛变换的实质是将坐标轴旋转了45的正交变换。 04、判别函数 各个类别的判别区域确定后，某个特征矢量属于那个类别可以用一些函数来表示和鉴别，这些函数就称为判别函数。 05、贝叶斯判别规则是错分概率最小的最优化准则的原因 06、监督分类的主要步骤。 （1）确定感兴趣的类别数；（2）特征变换和特征选择；（3）选择训练样区；（4）选择前几个特征值对应的特征向量构造变换矩阵；（5）根据公式进行变换。 07、非监督分类的方法。 K-均值聚类法；ISODATA算法聚类分析；平行管道法聚类分析。 08、非监督分类与监督分类结合后的运行步骤 （1）选择一些有代表性的区域进行非监督分类；（2）获得多个聚类类别的先验知识； （3）特征选择；（4）使用监督法对整个影像进行分类；（5）输出标记图像。