1、 第一章 绪论 遥感定义：从远处探测感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。 遥感系统（遥感过程）包括五大组成部分：（1）被测目标的信息特征（2）信息的获取（3）信息的接收（4）信息的处理（5）信息的应用 遥感分类：按传感器的探测波段分: 紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感按工作方式分（传感器接收信号的来源与方式）：主动遥感、被动遥感；成像遥感与非成像遥感。按遥感平台分：地面遥感，航空遥感，航天遥感，航宇遥感 遥感的特点：大面积的同步观测时效性数据的综合
2、性和可比性经济性局限性。第二章 电磁辐射与地物光谱特征(一)绝对黑体：如果一个物体对于任何的电磁辐射都全部吸收（并重新辐射） ，则这个物体是绝对黑体（二）黑体辐射规律（1）普朗克公式：描述黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系： 1）辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；2）温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交；3）随温度升高，辐射最大值向短波方向移动。（2）斯忒藩玻尔兹曼定律： 对普朗克定律在全波段内积分得到。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的 4 次方成正比。温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。该定律是红外装置测
3、试温度的理论根据 。（3）维恩位移定律：高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。常温（如人体 300K 左右，发射电磁波的峰值波长 9.66m ）（三）实际物体的辐射（1）基尔霍夫定律：给定温度下，任何地物的辐射通量密度 W 与吸收率 之比是常数，即等于同温度下黑体的辐射通量密度。在给定的温度下，物体的发射率 = 吸收率（同一波段） ；吸收率越大，发射率也越大。好的吸收体也是好的发射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不发射该波长的电磁波。黑体：最大的吸收率，最大的发射率，没有反射；实体：吸收本领大、发射本领也大。（2）实际物体的辐射 温度一定时，物体的热辐射遵循基尔霍夫定律。 地物
4、的发射率随波长变化的曲线叫发射光谱曲线，地物的发射率与地表的粗糙度、颜色和温度有关。表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、热惯性大的地物，发射率大。如水体夜晚发射率大，白天就小。探测地物的热辐射特性的热红外遥感在夜间和白天进行的结果是不同的。热红外遥感探测的地物热辐射量用亮度温度表示，它不同于地面温度，是接收的热辐射能量的转换值，图像上表示为亮度。 大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射：d 。 大气窗口：通常把电磁波通过大气时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段称为大气窗口。 植被发射波谱曲线规律性明显而独特。可见光波段（0.40.76m）有
5、一个小的反射峰，两侧有两个吸收带。这是因为叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，而对绿光反射作用强。在近红外波段（0.70.8 rn）有一反射的“陡坡”，至 1.lm 附近有一峰值，形成植被的独有特征。这是由于植被叶细胞结构的影响，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。在中红外波段（1.32.5m）受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率大大下降，特别是在水的吸收带形成低谷。 第 3 章 遥感成像原理与遥感图像特征 遥感平台：是搭载传感器的工具。根据搭载工具类型分为地面、航空、航天平台 中心投影与垂直投影的区别：投影距离的影响投影面倾斜的影响地形起伏的影响 微波遥感的特征：能全天候，全天时工作；对
6、某些地物具有特殊的波谱特征；对冰，雪，森林，土壤等具有一定的穿透能力；对海洋遥感具有特殊意义；分辨率较低，但特征明显 将遥感图像归纳为三方面特征，即几何特征，物理特征和时间特征，这三方面特征的表现参数为空间分辨率，光谱分辨率，辐射分辨率，时间分辨率。 （1）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，或地面物体能分辨的最小单元。 （2）光谱分辨率：指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔分辨率。 （3）辐射分辨率：指传感器在接收目标辐射的波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。 （能量上、强度上的分辨，表现为灰度量化级） （4） 时间分辨率：指对同一地区进行遥感采样
7、的时间间隔，即采样的时间频率。第 4 章 遥感图像处理1. 数字图像：遥感数据有光学图像和数据图像之分。数字图像是能被计算机存储、处理和使用的用数字表示的图像。是以有序的数字（二维数组表示）反映地物景观反射或发射电磁波的特征及其变化。2. 影响辐射畸变的因素：传感器仪器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音。大气对辐射的影响 遥感图像畸变的原因：（1）遥感平台位置和运动状态变化的影响：（2）地形起伏的影响：（3）地球表面曲率的影响：（4）大气折射的影响：使折射后的辐射传播不再是直线而是一条曲线，从而使传感器接收的像点发生位移。 （5）地球自转的影响：会产生影像偏离。 几何畸变校正： （自己
8、理解） 求算新的亮度值方法有三种：最邻近点法、双线形内插法和三次卷积内插法。 对比度变换：是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。线性变换是图像增强最常用的方法。指变换函数为线性或分段线性关系，非线性变换指采用非线性函数进行对比度扩展变换。非线性变换常用的方法有三种。对数变换法指数变换法灰度直方图均衡法。7 空间滤波：是指在图像空间(x，y) 对输入图像应用若干滤波函数而获得改进的输出图像的技术，即对图像中某些空间的信息增强或抑制（如高通滤波：增强高频信息抑制低频信息，即突出边缘、纹理、线条等；低通滤波：增强低频信息抑制高频信息，即去掉细节） 。邻域法处
9、理包括平滑和锐化二种具体方法。平滑：图像中出现某些亮度变化过大的区域，或出现不该有的亮点(称为“噪声”) 时，采用一定的方法以减小亮度变化，使亮度变化平缓或去除不必要的“噪声”点。 （1） 均值平滑：（2） 中值滤波：锐化（边缘增强）通常地物图像之间的边界，其灰度变化较大。但由于成像系统、显示系统和肉眼观测系统的响应特征使边界线条灰度变化率下降。边缘增强的基本任务是提高边缘灰度值的变化率，通过选择适当的算子 h(x,y)，通过卷积运算达到边缘增强的目的。 （1）罗伯特梯度法：（2）索伯尔梯度法：（3）拉普拉斯算法(二阶差分) ：（3）拉普拉斯算法(二阶差分)：8 彩色变换：把数字图像组合转换成
10、彩色图形，或者把各种增强或分类图像组合叠加，以彩色图像显示出来。 （彩色的视觉分辨能力比黑白高） 。常用的三种彩色变换方法：单波段彩色变换（假彩色密度分割） 、多波段色彩变换（标准假彩色合成） 、HSI 变换。9 图像运算：两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增强，达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。原理：地物不同波段的光谱差异。有比值运算：两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相除（除数不为0）就是比值运算。差值运算：两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相减就是差值运算。10 多光谱变换：针对多光谱影像存在的一定程度上的相关性以及数据冗余现象，可通
11、过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量，增强或提取有用信息目的的方法。变换的具体方法：K-L 变换（主成分变换） ， K-T 变换（缨帽变换）K-L 变换是离散Karhumen-loeve 变换的简称，又称主成分变换，是在统计特征基础上的多维( 多波段)正交线形变换。它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。K-T 变换是 Kauth-Thomas 变换的简称（） ，又形象地称为“缨帽变换”。这种变换着眼点在于农作物生长过程而区别于其他植被覆盖，力争抓住地面景物在多光谱空间中的特征。 11 多源信息复合：多种信息源的复合是将多种遥感平台，
12、多时相遥感数据之间以及遥感数据与非遥感数据之间的信息匹配的技术。第 5 章 遥感图像目视解译与制图1 遥感图像解译（遥感信息提取）：依据遥感图像上的地物特征，获取地物类型、性质、空间位置、形状、大小等属性的过程。从遥感图像上获取目标地物信息的过程。遥感图像解译分为两种：目视解译（目视判读法）：指专业人员通过直接观察或借助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。目视解译是计算机解译的基础。遥感图像计算机解译（计算机自动分类法）：以计算机系统为支撑环境，利用模式识别技术与人工智能技术相结合，根据遥感图像中目标地物的各种影像特征，结合专家知识库中目标地物的解译经验和成像规律等知识进行分析和推
13、理，实现对遥感图像的理解，完成对遥感图像的解译。常用的计算机分类法：有监督分类、非监督分类、模式识别、神经网络分类、分形分类、模糊分类、人工智能等数据挖掘技术方法。2 摄影像片的解译标志：直接判读标志：色调，颜色，阴影，形状，纹理，大小，图形，空间位置，相关布局间接判读标志：能够间接反映和表现地物信息的遥感图像的各种特征，借助它可推断与某地物属性相关的其他现象。常用到的有：目标地物与其相关指示特征；地物及与环境的关系；目标地物与成像时间的关系3 遥感影像地图：是一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况的地图。4 计算机辅助遥感制图的基本过程： 遥感影像信息选取与数字化
14、地理基础底图的选取与数字化遥感影像几何纠正与图像处理. 遥感影像镶嵌与地理基础底图拼接地理基础底图与遥感影像复合符号注记图层生成影像地图图面配置影像地图图面配置遥感影像地图制作与印刷5 遥感数字图像计算机解译：以遥感数字图像为研究对象，以计算机系统支持下，综合运用地学分析、遥感图像处理、地理信息系统、模式识别与人工智能技术，实现地学专题信息的智能化获取。6 多波段数字图像的存贮与分发，通常采用三种数据格式：BSQ(Band sequential)，按波段顺序依次排列；BIP(Band interleaved by pixel)，每个像元按波段次序交叉排列；BIL (Band interleav
15、ed by line) ，逐行按波段次序排列。7 遥感图像的计算机分类方法包括监督分类和非监督分类。监督分类的定义包括利用训练样区建立判别函数的“学习”过程和把待分像元代入判别函数进行判别的过程。监督分类中常用的具体分类方法有最小距离分类法、多级切割分类法、特征曲线窗口法、最大似然比分类法等。非监督分类的定义：主要采用聚类分析方法，聚类是把一组像素按照相似性归成若干类别，即“物以类聚” 。它的目的是使得属于同一类别的像素之间的距离尽可能的小而不同类别上的像素间的距离尽可能的大。非监督分类的前提是假定遥感影像上同类物体在同样条件下具有相同的光谱信息特征。非监督分类方法不需要对影像地物获取先验知识
16、，仅依靠影像上不同类地物光谱信息（或纹理信息）进行特征提取，再统计特征的差别来达到分类的目的，最后对已分出的各类别的实际属性进行确认。其常用的方法如下：（1）分级集群法（2）动态聚类法8 监督分类与非监督分类方法比较：根本区别在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识。监督分类的关键是选择训练场地。训练场地要有代表性，地物光谱特征明显，样本数目足够多。样本数目要能够满足分类要求，监督分类法的精度高、准确性好，但是会带来很大的工作量。非监督分类不需要更多的先验知识，根据地物的光谱统计特性进行分类。非监督分类方法简单，且具有一定的精度。当光谱特征类能够和唯一的地物类型相对应时，非监督分类可取得较好的
17、分类效果。而当两个地物类型对应的光谱特征类差异很小时，监督分类效果更好。9 图像分类的有关问题：未充分利用遥感图像提供的多种信息提高遥感图像分类精度受到限制：1）大气状况的影响：吸收、散射。 （大气纠正）2）下垫面的影响：下垫面的覆盖类型和起伏状态对分类具有一定的影响。 （ 先进行混合像元分解，再分类；用比值图像代替原图像进行分类，消除地形起伏的影响。 ） 3）其他因素的影响： 云朵覆盖； 多时相分类时，不同景的图像由于成像光照条件不同，同一地物的电磁辐射能量不同；地物边界的多样性，判定类别的边界较困难，如湖泊与陆地、森林与草地。10 遥感解译专家系统基本上分为三大部分：（1）图像处理与特征提
18、取子系统：（2）遥感图像解译知识获取系统：（3）狭义的遥感图像解译专家系统：第 7 章 遥感应用地质构造的识别：从遥感影像上识别地质构造，主要有三方面的内容：识别构造类型，有条件时测量其产状要素；判断构造运动的性质。 1. 水平岩层的识别： 硬岩的陡坎与软岩的缓坡呈同心圆状分布。 2. 倾斜岩层的识别： 在低分辨率遥感影像上，根据顺向坡有较长坡面，逆向坡坡长较短的特性判断岩层的倾向。在高分辨率的遥感影像上，常出现岩层三角面，据此可确定岩层的产状。3. 褶皱及其类型的识别：注意不同分辨率遥感影像的综合应用，选择影像上显示最稳定、延续性最好的平行色带作为标志层。标志层的色带呈圈闭的圆形、椭圆形、橄
19、榄形、长条形或马蹄形等，是确定褶皱的重要标志。4. 断层及其类型的识别： 断层在遥感影像上有两种表现：一是线性的色调异常；二是两种不同色调的分界面呈线状延伸。 地质构造标志、地貌标志、水系标志等影像特征也是判断断层存在的重要标志。5. 活动断层的确定除了具备断层的影像特征外，还具有以下特征： 山形、沟谷的明显错位和变形； 山形走向突然中断； 山前现代或近代洪积扇错开； 震中呈线形排列，活动频繁。1. 健康植物的反射光谱特征：有两个反射峰、五个吸收谷。6 常用的植被指数有：比值植被指数 RVI、归一植被指数 NDVI、差值植被指数DVI、正交植被指数 PVI。7 高光谱分辨率遥感（Hypersp
20、ectral Remote Sensing）的简称。他是在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。第八章 3S 技术综合应用 遥感（Remote Sensing） 、地理信息系统（Geographic Information System）与全球定位系统（Global Position System）的英文名称中最后一个单词均含有 “S”，习惯上将这三种技术合称为“3S”技术。一、地理信息系统及其在 3S 技术中的作用 1. 基本概念：地理信息系统(Geographical Information System，简称 GIS)是在计算机硬件
21、和软件支持下，运用地理信息科学和系统工程理论，科学管理和综合分析各种地理数据，提供管理、模拟、决策、规划、预测和预报等任务所需要的各种地理信息的技术系统。2. 地理信息系统基本功能：地理数据采集功能地理数据管理功能空间分析和属性分析功能地理信息的可视化表现二、全球定位系统及其在 3S 技术中的作用基本定义：空间定位系统是利用多颗导航卫星的无线电信号，对地球表面某地点进行定位，报时或对地表移动物体进行导航的技术系统。2 全球定位系统在 3S 技术中的作用 精确的定位能力。 准确定时及测速能力。3 GPS 卫星：24 颗卫星(21+3)6 个轨道平面55 轨道倾角2 万 km 轨道高度12 小时(
22、恒星时)轨道周期5 个多小时出现在地平线以上4 GPS 空间定位系统由 3 部分组成：空间部分（GPS 卫星） ； 地面监控部分（地面监控系统）：包括主控站、监测站与注入站；用户部分（GPS 接收机） 。三、遥感及其在 3S 技术中的作用 遥感技术能动态地、周期性地获取地表信息，广泛应用于各个领域。遥感数据在3S 技术中的作用主要表现以下方面：GIS 数据库的数据源；利用遥感数字影像获取地面高程，更新 GIS 中高程数据四、3S 集成技术综述3S 的结合应用，取长补短，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即 RS 和 GPS 向 GIS 提供或更新区域信息以及空间定位，GIS 进行相应的空间分析，以从 RS 和 GPS 提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。GIS、RS 和 GPS 三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了 GIS 的应用效率。
