1、遙感原理與應(yīng)用遙感是指不直接接觸物體本身，從遠(yuǎn)處通過儀器（傳感器）遂測和接受來自目標(biāo)物體的信息 （如電場、磁場、電磁波、地震波等信息）經(jīng)過信息的傳輸加工處理及分析解譯識別物體和現(xiàn)象的屬性及空間分布等特征與變化規(guī)律的理論和技術(shù)。多光譜（高光譜）遙感指探測波段在可見光波段和紅外波段范圍內(nèi)，在細(xì)分若干窄波段來探測目標(biāo)。主動(dòng)式遙感指傳感器帶有能發(fā)射電磁波的輻射源，工作時(shí)鄉(xiāng)目標(biāo)物發(fā)射電磁波，同時(shí)接收來自目標(biāo) 物反射和散射回來的電磁波進(jìn)行的探測。被動(dòng)式遙感指利用傳感器直接接收來自地物反射自然輻射源（如太陽）的電磁輻射或自身發(fā)出的電 磁輻射而進(jìn)行的探測。遙感的多波段特性是指遙感技術(shù)可提供豐富的光譜信息，根據(jù)

2、應(yīng)用的目的不同而進(jìn)行選擇不同功能和性能指標(biāo)的遙感器及工作波段而獲得海量數(shù)據(jù)。遙感探測的特點(diǎn)：1）宏觀觀測，大范圍獲取數(shù)據(jù)資料2）動(dòng)態(tài)監(jiān)測，快速更新監(jiān)控范圍數(shù)據(jù)3）技術(shù) 手段多樣，可獲得海量信息4）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，經(jīng)濟(jì)效益高。遙感的過程1）信息源：指能源經(jīng)過大氣的傳播達(dá)到地面，到達(dá)地表的能量與地表物質(zhì)相互作用， 再次經(jīng)過大氣傳播反射和散射回來；2）信息獲取：遙感通過不同的遙感系統(tǒng)（平臺、傳感器）接收反射或散射回來的電磁 波進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集；3）信息的記錄和傳輸：這一階段是遙感儀器記錄采集來的遙感數(shù)據(jù)（記錄成模擬圖像 或者數(shù)字圖像數(shù)據(jù)），并傳輸給地面站;4 ）信息的處理：這一階段是對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處

3、理以獲取目標(biāo)信息，可以通過人工 解譯和計(jì)算機(jī)處理實(shí)現(xiàn)；5）信息應(yīng)用：指將遙感系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用的信息后，應(yīng)用與輔助決策過程， 如資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、國土整治、全球研究等。地物光譜發(fā)射率單位面積上地物發(fā)射的某一波長的輻射通量密度監(jiān)與同溫度下黑體在同一波長上的輻射通量密度二之比，稱為地物光譜發(fā)射率，記為三，即：植物的反射光譜特性【P27區(qū)分真假植被】大氣窗口太陽輻射波段中有些波段的電磁輻射通過大氣后衰減較小，通過率較高，對遙感十分不利，這些波段通常稱為“大氣窗口”遙感傳感器及基本組成遙感傳感器是收集、探測、記錄地物電磁波輻射信息的工具。收集器：收集來自地物（目標(biāo)）的輻射能量。探測器：將收集來

4、的輻射能轉(zhuǎn)變化學(xué)能或電能。處理器：將探測后的化學(xué)能或電能等信號進(jìn)行處理。輸出器：將獲取的數(shù)據(jù)輸出。多光譜攝影采用多光譜攝影的目的是在充分利用地物在不同光譜區(qū)具有不同反射或吸收特征，以增加獲取目標(biāo)信息量，提高影像的判讀和識別能力。MSS多光譜掃描儀TM 專題制圖儀ETM+增強(qiáng)式專題制圖儀HRV高分辨率可見光掃描儀CCD電荷耦合器件SAR合成孔徑雷達(dá)遙感衛(wèi)星軌道參數(shù)1）升交點(diǎn)赤經(jīng)升交點(diǎn)赤經(jīng)為衛(wèi)星軌道升交點(diǎn)和春分點(diǎn)的角距2 ）近地點(diǎn)角距指衛(wèi)星軌道的近地點(diǎn)和升交點(diǎn)之間的角距3）軌道傾角i指衛(wèi)星軌道面與地球赤道面之間的兩面角也即升交點(diǎn)一側(cè)的軌道面指赤道面的角4）衛(wèi)星軌道的長半軸Q為衛(wèi)星軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)到橢圓軌

5、道中心的距離5）衛(wèi)星軌道的偏心率6）衛(wèi)星過近地點(diǎn)的時(shí)刻T列舉地面分表率高于10的遙感衛(wèi)星IKONOS-1、IKONOS-2、Eowly-1、Quick Bird-2、Orbview-3、Orbview-4遙感圖像的三大分辨率波譜分辨率一指傳感器在接收目標(biāo)輻射的波譜是能分辨的最小波長間隔，間隔越小，波譜分辨率愈高。輻射分辨率指傳感器接收波譜信號時(shí)，能分辨的最小幅度差。時(shí)間分辨率指對同一地點(diǎn)進(jìn)行遙感采樣的時(shí)間間隔。色調(diào)全色遙感圖像中從白到黑的密度比例叫色調(diào)（也叫灰度）模擬圖像：通過攝影成像的方法得到像片稱之為光學(xué)圖像（模擬圖像）1.坐標(biāo)數(shù)字化一圖像采樣通過數(shù)模（D/A1.坐標(biāo)數(shù)字化一圖像采樣圖像灰

6、度數(shù)字化一圖像灰度數(shù)字化一灰度級量化2.通過照相或打印方式輸出數(shù)字圖像：能在計(jì)算機(jī)存儲、運(yùn)算、顯示和輸出的圖像稱數(shù)字圖像灰度直方圖確定圖像像元的灰度值范圍，以適當(dāng)?shù)幕叶葏^(qū)間間隔為單位將其劃分為若干等級，以橫 軸表示灰度級，縱軸表示每一個(gè)灰度級具有的像元個(gè)數(shù)或該像元占總像元的比例值，做 出的條形統(tǒng)計(jì)圖即為灰度直方圖幾何校正即從具有幾何畸變的圖像中消除畸變的過程一般過程:輸入原始影像一 選擇控制點(diǎn)一 建立校正變換函數(shù)一 確定輸出影像范圍一 像元幾何位置的變換一 像元的灰度重采樣一 輸出幾何配準(zhǔn)不同類型傳感器獲得的遙感數(shù)據(jù)在分辨率、比例尺、投影方式等方面往往差異很大，在 實(shí)際應(yīng)用中又經(jīng)常需要將同一地

7、區(qū)的各種遙感數(shù)據(jù)匹配”起來，以便利用各自優(yōu)點(diǎn)，這 種做法稱之為幾何配準(zhǔn)。圖像的鑲嵌當(dāng)研究的區(qū)域在不同的圖像文件上時(shí)，需要將不同的圖像文件拼合在一起形成一幅完整 的的包含感興趣區(qū)域的圖像，這就是圖像的鑲嵌。直方圖的均衡化直方圖均衡化就是將隨機(jī)分布的圖像直方圖修改成均勻分布的直方圖，又叫拉平擴(kuò)展， 其實(shí)質(zhì)是對圖像進(jìn)行非線性拉伸，重新分配圖像的像元值，使一定灰度范圍內(nèi)的像元數(shù) 量大致相等。從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)來看，就是吧一個(gè)概率密度函數(shù)通過某種變換變成均勻分布 的隨機(jī)概率密度函數(shù)。累積直方圖曲線即為直方圖均衡化的基本變換函數(shù)。直方圖匹配又稱直方圖規(guī)定化，是指原圖像的直方圖變換為某種指定形態(tài)的直方圖，然后按照

8、已知 直方圖調(diào)整原函數(shù)各像元的灰度值，最后得到一幅直方圖匹配的圖像。平滑和銳化平滑一也叫低通濾波，目的在于消除圖像中各種干擾噪聲，使圖像高頻成分消退，平滑掉圖像的細(xì)節(jié)，時(shí)期反差境地，保存低頻成分。銳化一也叫高通濾波。只要是增強(qiáng)圖像中的高頻成分，突出圖像的邊緣信息，提高圖像 細(xì)節(jié)的反差，所以也叫邊緣增強(qiáng)。頻域?yàn)V波和空間濾波對一幅圖像進(jìn)行傅里葉變換得出頻率函數(shù)，并且人為地改造頻率域，有目的地壓制或過濾掉某些頻率成分，然后在經(jīng)過傅里葉反變換，重新得到一張圖像，從而達(dá)到圖像增強(qiáng) 的目的，這一過程就是頻域?yàn)V波。【空間濾波和頻域?yàn)V波本質(zhì)上是一樣的，在空間域上作卷積相當(dāng)于在頻率域上做乘積（濾波器與頻域做乘積

9、以實(shí)現(xiàn)濾波）】彩色變換【黑白圖像一彩色圖像】真彩色圖像一一般把能真實(shí)反應(yīng)或近似反應(yīng)地物本來顏色的圖像叫做真彩色圖像，用藍(lán)、綠、紅波段分別顯示藍(lán)、綠、紅三種顏色合成的圖像近似真彩色。為彩色密度分割一將一幅單波段黑白遙感圖按灰度的大小，劃分為不同的層，并對每層賦予不同的顏色使之變?yōu)橐环噬珗D像，這種方法稱為為彩色密度分割。假彩色合成：根據(jù)加色法彩色合成原理選擇遙感的某三波段，分別賦予紅、綠、藍(lán)三種原色，合成彩色影像的方法叫做假彩色合成【與真實(shí)顏色不同，故為假】HIS變換：R（紅） G（綠） B（藍(lán)）色光三原色正變反變I（明度） H （色調(diào)）S （飽和度）色彩三要素多源遙感影像融合：是采用某種算法將

10、覆蓋同一地區(qū)（或?qū)ο螅┑膬煞蚨喾臻g配準(zhǔn)的影像融合成滿足某種需要的一項(xiàng)技術(shù)（P150）。植被指數(shù)根據(jù)植被光譜反射率的差異做比值運(yùn)算，可以突出圖像中植被的特征，提取植被類別或者估算綠色生物量，通常吧這種能夠提取植被信息的算法稱為植被指數(shù)。NIR1 ）比值植被指數(shù)RVI京2）歸一化植被指數(shù)NDVI=3 ）差值植被指數(shù)DVI=NIR-RNIR-遙感多光譜圖像中的近紅外波段的反射值R-紅波段反射值多光譜變換1）K-L變換【主成分變換】在統(tǒng)計(jì)特征的基礎(chǔ)上進(jìn)行多維的正交線性變換，使坐標(biāo)空間發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo) 軸指向主成分方向的變換。2）KT變換【纓帽變換】也是一種坐標(biāo)空間發(fā)生旋轉(zhuǎn)的線性組合變換，旋

11、轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)軸指向與地物特別是和植被 生長及土壤有密切關(guān)系的方向。遙感圖像中的特征提取：光譜特征、空間（幾何）特征、紋理特征1）光譜特征：包括地物反射光譜特征、輻射光譜特征等2）空間特征：指目標(biāo)物的形狀、大小，或者邊緣、線性構(gòu)造等幾何特性。3）紋理特征：圖像中，在局部區(qū)域中呈現(xiàn)了不規(guī)則而整體和宏觀上表現(xiàn)出來某種規(guī)律性圖斑稱為紋理，習(xí)慣上，把這種局部不規(guī)則而有宏觀貴的的特性稱之為紋理特征。特征變換為了把有用的信息盡可能地集中在較少而互不相關(guān)的，或各自包含不同信息的新的變量（波段）中，需對對波段圖像在光譜特征空間進(jìn)行一些變換成為特征變換。監(jiān)督分類監(jiān)督分類又稱“訓(xùn)練場地發(fā)”或“先學(xué)習(xí)后分類法”，即先從圖像中選取有代表性的訓(xùn)練去，選取所有要區(qū)分的各類地物的樣本，用于訓(xùn)練分類器（建立判別函數(shù)。訓(xùn)練區(qū)就是我們的先驗(yàn)知識，這些先驗(yàn)知識來源于我們的野外調(diào)查、地形圖或目視解譯等。選擇好訓(xùn)練區(qū)后，計(jì)算機(jī)對訓(xùn)練區(qū)進(jìn)行“學(xué)習(xí)”，得到么個(gè)訓(xùn)練組數(shù)據(jù)（已知類別）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和特征參數(shù)，然后根據(jù)所選定的判別規(guī)則對像元進(jìn)行分類。根據(jù)判別規(guī)則的選擇不同，常用的監(jiān)督分類方法有最小距離分類法、