《资源环境遥感》

期末复习提纲

目  录

第一章 绪论... 2

1.遥感的基本概念... 2

2.遥感技术系统... 2

3.遥感的类型... 2

4.遥感观测的特点... 2

第二章 物理基础... 3

1.电磁波谱与电磁辐射... 3

2.太阳辐射及其大气对辐射的影响... 4

3.地球的辐射与地物波谱... 5

第三章 遥感成像原理与遥感图像特征... 5

1.遥感平台与传感器的特征... 5

2.摄影成像... 6

3.扫描成像... 7

4.微波遥感与成像... 7

5.遥感图像特征... 9

第四章 遥感图像处理... 9

1.数字图像的校正... 9

2.数字图像增强... 10

3.多元信息复合... 13

第五章  目视解译与制图... 13

1.遥感图像目视解译原理... 13

2.遥感图像目视解译方法和步骤... 14

3.影响景物特征及判读的因素... 14

4.遥感影像地图... 14

第六章  遥感数字图像计算机解译... 15

1．遥感数字图像的性质与特点... 15

2.遥感数字图像计算机自动分类... 15

附：知识框架图... 17

第一章 绪论

1.遥感的基本概念

（1）广义定义：遥远的感知，泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波等的探测。

（2）狭义定义：通过应用探测仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的科学和技术。

2.遥感技术系统

（1）定义：是一个从地面到空中直至空间，从信息收集，储存，传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。

（2）组成：

①信息源：地物与电磁波相互作用

②信息的获取：传感器——接收、记录电磁波特性，遥感平台——装载传感器并能使其正常工作的工具

③信息的记录和传输：传感器接收到目标地物的电磁波信息，记录在数字介质（航天遥感数据）或胶片（航空/近地面遥感数据）上。

④地面卫星接收站：接收、处理、存档、分发各类地球资源遥感卫星数据并进行相关技术研究，为遥感应用提供数据服务

⑤信息处理：运用光学仪器和计算机设备对获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的过程。通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。分校正处理、增强处理、融合处理、分类处理。

⑥信息应用：专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。方法：作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。资源调查、环境监测、地图测绘……

3.遥感的类型

（1）按照探测目标的能源分类：主动遥感（微波雷达），被动遥感（航天飞机，卫星）

（2）按使用的平台分类：航天（卫星）、航空、地面

（3）按照传感器探测波段分类：可见光遥感(0.38-0.76μm)、红外(0.76-1000μm)、微波(1mm-1m)、紫外(0.05-0.38μm)、多光谱、超光谱

（4）按照传感器工作方式分类：成像遥感（就是将所探测到的强弱不同的地物电磁波辐射转换成深浅不同的色调构成的直观图像）、非成像遥感

（5）遥感仪器所选用的波谱性质：电磁波遥感技术、声纳遥感技术、物理场（如重力和磁力场）遥感技术

（6）按应用领域分类：土地、环境、大气、海洋遥感……

4.遥感观测的特点

大面积同步观测

时效性：重复探测，有利于进行动态分析

综合性和可比性

受地面条件限制少：对于自然条件恶劣、地面工作难以开展的地区

经济性：遥感的费用投入与所获取的效益，与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益

局限性：目前所利用的电磁波有限，仅是其中的几个波段；已被利用的谱段还不能准确反映地物的某些特征，还需要发展高光谱分辨率遥感；遥感的探测结果还需要其他手段相配合，特别是地面调查和验证。

第二章 物理基础

1.电磁波谱与电磁辐射

a）电磁波

（1）遥感是利用传感器主动或被动接收地面把目标反射或发射的电磁波来识别地物的。

（2）波：振动在空间的传播，分为横波和纵波

（3）电磁波：振源发出的电磁振荡在空气中传播

①电磁波的特点：横波，真空中光速传播，波粒二象性

②主要参数：

波长：波在一个振动周期内传播的距离

周期：波前进一个波长的距离所需的时间

频率：单位时间内，完成振动或振荡的次数

（4）电磁波谱：为了便于比较和描述电磁辐射的内部差异，将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列成图表。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。

b）电磁辐射

（1）辐射源：任何物体。

①不仅能够吸收其他物体对它的辐射，也能够向外辐射。

②绝对黑体：能完全吸收各种波长的辐射能而不发生反射折射投射的物体

③分类：

太阳辐射源：可见光及近红外遥感的主要辐射源

地球辐射源：远红外遥感的主要辐射源

人工辐射源：人为发射的具有一定波长的波束

（2）电磁辐射度量

辐射能量（W）：电磁辐射的能量。J（焦耳）。

辐射通量（φ）：在单位时间内通过某一面积的辐射能量称为辐射通量，总辐射通量是各谱段辐射通量之和或其积分值。Φ=dW/ dt，瓦特=焦耳/秒（W=J/S）。

辐射通量密度（E）：单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度。瓦/米2（W/m2）

辐照度（I）：被辐射物体单位面积上所接收的辐射通量 ，I=dΦ/dS，S为面积。W/m²。

辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上辐射出的辐射通量，I=dΦ/dS，S为面积。W/m²。

辐射亮度（L）：用来确定面辐射源的辐射强度，具有方向性，指在某一方向，单位投影表面、单位立体角内的辐射通量称为辐射亮度。 瓦/米²?球面度（W/m² ? Sr）。

（3）黑体辐射定律：

①普朗克辐射定律： 

c：真空中的光速

k：玻尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/K

h：普朗克常数，h=6.63×10-34Js

Mλ(λ,T)：辐射出射度

②斯蒂芬-波尔兹曼（温度越高辐射通量密度快速增加）：

σ : 斯蒂芬－玻尔兹曼常数， 

③维恩位移定律（峰值与温度成反比）：

（b为常数，b＝2.898×10-3 mK）

④实际物体辐射定律：基尔霍夫（每个物体向外辐射和吸收的能量必然相等）

给定温度下，任何地物的辐射出射度M与吸收率α之比是常数，即等于同温度下黑体的辐射出射度M黑。

2.太阳辐射及其大气对辐射的影响

（1）大气吸收

（2）反射：主要发生在云层顶部取决于云量和云雾，且波段不同大气影响不同，削弱了电磁波强度

（3）折射：地面接收的电磁波方向与实际太阳辐射方向偏离了一个角度

（4）大气散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而改变传播方向，向各个方面散开，实质是衍射。分为：雷利散射、米散射、无选择散射。

大气散射的影响：

1）大气散射降低了太阳光直射的强度，改变了太阳辐射的方向，削弱了到达地面或地面向外的辐射，产生了天空散射光，增强了地面的辐照和大气层本身的“亮度”。

2）它是造成遥感图像辐射畸变、图像模糊的主要原因。散射使地面阴影呈现暗色而不是黑色，使人们有可能在阴影处得到物体的部分信息。

3）散射使暗色物体表现得比它自身的要亮，使亮物体表现得比它自身的要暗。因此，它降低了遥感影像的反差(对比度)，降低了图像的质量(清晰度)以及图像上空间信息的详度。

（5）大气窗口：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。

3.地球的辐射与地物波谱

（1）太阳辐射与地表的相互作用：

①地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，表示这种变化的曲线称为物体的发射波谱曲线。

②地物的光谱特性：任何物体都有自身的电磁辐射规律，反射、发射、吸收等。少数还有透射电磁波的特性。地物的这种特性称为地物的光谱特性。发射特性：远红外，地表自身热辐射，发射波谱曲线。反射特性：可见光遥感，反射波谱曲线。

③地表物体辐射遵循基尔霍夫定律。

（2）发射光谱特性：地球表面的发射辐射能量集中于近红外波段和热红外波段；在热红外波段，地球的发射辐射能量远远大于太阳的电磁辐射能量，通常称地球的发射辐射为热辐射。

（3）反射光谱特性：物体反射率随波长变化而改变的特性。

第三章 遥感成像原理与遥感图像特征

1.遥感平台与传感器的特征

（1）卫星的轨道特征参数：

①轨道参数：

决定轨道方向：升交点赤经Ω（卫星轨道的升交点与春分点之间的角距），轨道倾角i（绕地球运行的轨道平面与地球赤道平面之间的夹），近地点角距w（由地心(A)，升交点(B)，近地点(C)组成的角BAC就称为近地点角距）。

决定轨道形状：长半轴a，偏心率e（焦点间距离除以长轴的长度）。

决定卫星位置：卫星过近地点时刻t0。

②特殊点：近地点与远地点，升交点与降交点（当卫星从赤道平面以下（南半球）穿过赤道平面进入北半球的交点，称为升交点。反之，则称为降交点）。

③轨道高度：低轨（150-200，寿命短，多军事卫星），中轨（300-1500，陆地卫星，气象卫星，海洋卫星），高轨卫星（36000，通信卫星，GPS）。

④星下点：卫星与地球中心连线与地面的交点。截距：卫星绕地球一周地球转过的度数。

⑤卫星运行周期T：卫星绕地球运行一周所需要的时间。

⑥卫星覆盖周期（卫星重复周期）：覆盖全球一次的天数。

（2）遥感平台的基本类型：

①地面平台（三脚架，遥感塔，遥感车、船）

②航空平台（飞机气球）

③航天平台（卫星火箭航天飞机）。其中卫星：气象（轨道分低高轨，短周期重复观测，成像面积大，资料来源连续、实时性强、成本低），陆地，海洋（需要高空和空间的遥感平台大面积同步覆盖观测，微波为主，电磁波激光声呐结合，实测校正）

（3）传感器：

①收集、探测、记录地物反射或者发射电磁波能量的装置，是遥感技术的核心部分。由收集器、探测器、处理器和输出器4部分组成。

②性能：

1）空间分辨率：反映地表细节的能力，影像最小单元（像元）所代表的地面面积，受硬件系统（IFOV）、飞行高度控制。

其中，β为传感器的角分辨率，h为飞行高度。

2）光谱分辨率：指传感器所用的波段数、波长及波段宽度

3）辐射分辨率：表征遥感器的辐射灵敏程度，是指遥感器的探测器件在接受电磁波辐射信号时能够分辨的最小辐射度差。一般用灰度的分级数表示。

4）时间分辨率：也叫卫星的覆盖周期、重访周期。重复获得同一地区的最短时间间隔，由卫星运动系统决定。

对于一定的电磁辐射能量E₀：空间分辨率越高，反射电磁辐射的地面面积越小，传感器得到的能量越小；光谱分辨率越高，电磁波的波长范围越窄，传感器得到的能量越小；时间分辨率越高，卫星覆盖周期越短，卫星运行速度越快，反射太阳辐射时间越少，传感器获得的能量越小。

2.摄影成像

（1）摄影机分类：

①分幅式摄影机：某一个摄影瞬间获得一张完整的像片。

②全景式摄影机：1）缝隙式摄影机，又称推扫式摄影机或航带摄影机。在飞机或卫星上，摄影瞬间所获取的影象，是与航线方向垂直且与缝隙等宽的一条线影象。2）镜头转动式摄影机：在飞行过程中配合镜头的转动（S型扫描）。

③多光谱摄影机：对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影象的摄影机。

④数码摄影机：成像原理与一般摄影机相同，结构也类似。所不同的是其记录介质不是感光胶片，而是光敏电子器件。

（2）摄影像片的几何特征 ：

①像片的比例尺：摄影比例尺。航片上某线段l地面相应线段的水平距离L之比，称之为摄影比例尺1/m。平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（f）与航高（H）之比。平均比例尺：以个点平均高程为起始面，根据起始面计算出的比例尺。主比例尺：由像主点计算出来的比例尺，它可以概述代表航片的比例尺。

②像片的投影：中心投影和垂直投影。航片是中心投影（摄影光线交于同一点），地图是正射投影（摄影光线平行且垂直投影面）。

区别（三方面）：1）正射投影比例尺与摄影距离无关，对于焦距固定的中心投影有关。中心投影焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变。2）正射投影总是水平，不存在倾斜问题，而中心投影如果投影面倾斜则比例尺不同。3）地形起伏对正射投影无影响，但对中心投影引起航片各部分的比例尺不同。中心投影透视规律：点是点，曲线是曲线，与像面平行的直线还是直线，如果直线垂直地面则看其延长线是否经过投影中心，面状物体随位置不同而变化。

③像点位移：中心投影的影片上，地形起伏除去引起像片比例尺变化还会引起平面上的点位在像片上位置移动。位移量与地形高差成正比，与像点到主像点的距离成正比，与摄影高度（航高）成反比。

3.扫描成像

①概念：依靠机械传动装置使光学镜头摆动，形成对目标地物逐点进行扫描，探测元件把接受的电磁波信号转化成电信号，在磁介质上记录或经过光电转化成为光能量，在设置于焦平面的胶片上形成影像。

瞬时视场角：扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目标物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角。即扫描仪的空间分辨率。

总视场角：扫描带的地面宽度称总视场。从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角，叫总视场角。

②分类：

光/机扫描成像：利用光电探测器解决了各种波长辐射的成像方法。

固定自扫描成像：用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。

高光谱成像光谱扫描：高光谱成像仪是遥感进展的新技术，其图象是多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成。

4.微波遥感与成像

（1）微波遥感的定义、特点与分类：

①定义：通过传感器获取从目标地物发射或反射的微波信号，通过判读处理来认识地物的技术。

②特点：能够全天候、全天时工作。对某些地物具有特殊的波谱特征。对冰、雪、森林、土壤等具有一等的穿透力。对海洋遥感具有特殊意义。分辨率较低但是特征明显

③分类：主动、被动。其中主动——雷达，侧视雷达，合成孔径雷达

（2）微波遥感工作方式与传感器：

①传感器分类：

微波散射计：测量地物的散射或反射特性

微波高度计：地表高度变化

微波辐射计：探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图像

雷达：无线电测距和定位

②相关术语：

距离分辨率（力）：同一方向、不同距离的两物体；方向为分辨率（力）：同距离、不同方向两物体。

③侧视雷达工作原理：发一个脉冲，陆续收到一连串回射，而且回射的特性随地物不同而不同。

（3）雷达图像的几何特征：

①斜距图像的比例尺变化（近距离压缩）

②地形畸变

透视收缩：当雷达波束照射到位于雷达天线同一侧的斜面时，雷达波束达到斜面顶部的斜距和达到底部的斜距之差要比地面距离小。在图像上斜面长度被缩短了，这种现象称为透视收缩。透视收缩是指山上面向雷达的一面在图像上被压缩，这一部分往往表现为较高的亮度；各处收缩度不同，坡底的收缩度一定比坡顶的收缩度大；山坡坡度越大，收缩量越大。

叠掩：当雷达波束到斜坡顶部的时间比雷达波束到斜坡底部的时间短的时候，底部影像被后记录，这种斜坡顶部影像和底部影像被颠倒显示的现象称顶底位移。斜坡上的部位基本位于与天线同等的距离，同时反射回去，在图像上斜坡称为一个点，坡度长度看不到了。

阴影：雷达阴影是起伏地形的雷达影像在后坡出现的暗区图像缺失现象。雷达阴影的产生与坡度及雷达的俯角有关，俯角越大，阴影越小。

（4）侧视雷达图像的信息特点：

①地面状况、波长、入射角的影响：

1）当地物目标非常光滑时，发生镜面反射，没有或很少返回到接收天线，图像上呈现黑色。当地物目标表面粗糙，电磁波入射后散射，包括了后向散射，即在入射方向返回，被天线接收。

2）入射波束没有从地物表面发生后向散射，但由于建筑物或高出地面的某些物体接收反射信号后的二次反射使接收天线接收到回拨，这种反射叫角反射。

②极化对图像的影响

③物理性质对图像的影响：地物目标的物理性质主要表现在电子特性上，这种特性在物理上称为复介电常数。复介电常数越高，对雷达波束的反射作用越强，穿透作用越小。复介电常数越高，水分含量也越高。

5.遥感图像特征

空间分辨率：指的是像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬间视场，或地面物体能分辨的最小单元。

波谱分辨率：传感器在接收目标辐射的波谱时，能够分辨的最小波长间隔。

辐射分辨率：传感器接收波谱信号时，能够分辨的最小辐射差异

时间分辨率：指的是对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。

第四章 遥感图像处理

1.数字图像的校正

（1）数字图像：能够被计算机储存、处理和使用的图像。数字图像和模拟图像根据应用需要往往互相转换。区别：模拟量是连续变量，数字量是离散变量。

（2）辐射校正：

①辐射畸变：遥感传感器得到的目标地物的测量值与地物实际的光谱反射率或光谱辐射率等物理量之间存在差异。（遥感传感器测量值与地物实际的光谱辐射率不一致）。

②辐射误差因素：传感器本身的性能，地形影响和光照条件变化，大气散射和吸收

③辐射校正：消除图像数据中依附在辐射亮度中的各种失真的过程

1）传感器本身引起的误差：

光学摄影机引起的辐射畸变：由于光学镜头中心和边缘透射光的强度不一致，造成图像上不同位置的同一类地物有不同的灰度值---边缘减光效应.

光电遥感器系统引起的辐射畸变：各波段的辐射值和记录值之间存在偏差的现象。光电转换误差、探测器增益变化引起的误差。校正：??′=?????(?)，?是太阳高度角。

2）太阳高度引起的辐射畸变：太阳高度角，也称太阳高度。某地的太阳高度角是太阳光线与当地地平面所交的线面角。将斜射角度转为垂直入射。

3）地形引起的辐射畸变：若处在坡度为α的倾斜面上的地物影像为g（x，y），则校正后的图像f（x，y）为 

4）大气引起的辐射畸变：大气程辐射是太阳辐射在大气传输过程中各组分及气溶胶微粒散射后直接到达传感器的辐射。程辐射在同一幅图像的有限面积内是一个常数，其值的大小只与波段有关。通过比较简单的办法去掉程辐射，从而改善图像质量。

大气校正：

直方图最小值去除法（最暗象元法）——在于一幅图像中总可以找到某种或某几种地物，其辐射亮度或者反射率接近0，(如深海水体、阴影等)。实际上只有在没有受大气影响的情况下，其亮度值才可能为零。实测表明，这些位置上的像元亮度不为0，这个值就应该是大气散射导致的程辐射值。找到地形所造成的阴影或深水体等亮度值为0的暗目标，将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值。

波段对比分析法——大气散射主要影响短波部分，波长较长波段几乎不受影响。

回归分析法——在不受大气影响的波段（如TM7）和待校正的某一波段图像中，选择由最黑区域（例如高山阴影区）到最亮区域的一系列目标，将每一目标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行回归分析。

（3）几何校正：

①几何变形：一是指卫星在运行过程中，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。二是指图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐标之间的差异。

②几何校正：

1）系统误差改正：对一些系统误差按实际测定的参数，如传感器姿态、传感器运行至各个摄站时刻、传感器内部结构的几何偏移等加以改正。

2）几何精校正：改过系统误差后，影像上还有残剩误差包括残剩系统和偶然误差，用地面控制点进一步几何处理。

3）步骤：

两个基本环节：像元坐标变换和像元灰度值重采样。

技术流程：

步骤说明：

准备工作：地形图的准备、校正图像的准备

建立多项式纠正模型：建立起原始畸变图像空间坐标(u,v)和大地标准空间坐标(x,y)的数学对应关系，?=??(?,?)  ?=??(?,?)。

控制点的选择：

选取原则——足够数量，分布均匀，特征明显、不随时间变化

像元灰度值的重采样：如果求得的位置为整数，则该位置处的像元灰度就是新图像的灰度值。如果位置不为整数，则像元灰度值需根据周围阵列像元的灰度确定，这种方法称为灰度重采样。常用方法有：最近邻法、双线性内插法、三次卷积法。

纠正精度检查：在校正后的图像上均匀选择4-5个特征点，读出其坐标值，然后与地形图上对应点的坐标进行比较，判断是否满足要求

④几何校正和图像配准的区别：校正和影像配准原理是一样的。几何校正是指消除或改正遥感影像几何误差的过程。配准是指同一区域内以不同成像手段所获得的不同图像图形的地理坐标的匹配。包括几何纠正、投影变换与统一比例尺三方面的处理。

2.数字图像增强

（1）目的：改变图像的灰度等级，提高图像对比度；消除边缘和噪声，平滑图像；边缘或线状地物，锐化图像；合成彩色图像；压缩图像数据量，突出主要信息

a)对比度变换

①定义：通过改变图像象元的亮度值来改变图像象元的对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。

②图像的直方图：灰度直方图反映一幅图中各灰度级像素出现的频率。以灰度级为横坐标，纵坐标为灰度级的频率，绘制频率同灰度级的关系图就是灰度直方图。它是图像的一个重要特征，反映了图像灰度分布的情况。单波段直方图、彩色图像的分波段直方图

③直方图的性质：灰度直方图只能反映图像的灰度分布情况，而不能反映图像像素的位置，即丢失了像素的位置信息；一幅图像对应唯一的灰度直方图，不同的图像可对应相同的直方图；一幅图像分成多个区域，多个区域的直方图之和即为原图像的直方图。

④方法：

1）直方图拉伸：线性——增强前后灰度函数关系符合线性关系式，有普通线性变换和分段线性变换；非线性符合线性关系式以外的其他关系。

2）直方图均衡（使一定灰度范围内的象元数量大致相等）：将随机分布的图像直方图改成均匀分布的直方图。本质是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像元值，是一定灰度范围内的像元的数量大致相等。效果：使原始图像的灰度等级减少，且各灰度级出现的频率近似相等；频率小的灰度级被合并，实现压缩，频率高的灰度级被拉伸，因此可以使亮度集中于中部的图像得到改善，增强图像上大面积地物与周围地物的反差；均衡化后实际直方图呈现参差不齐，这是由于图像是离散函数，各灰度级可能的像元个数有限造成的。

3）直方图匹配：把原图象的直方图变换为某种指定形状的直方图或某一参考图象的直方图，然后按照已知的指定形态的直方图调整原图象各象元的灰级，最后得到一个直方图匹配的图象。

条件（运用两幅图象）：原始图象和参考图象；直方图的总体形态相似；相对亮和暗的特征相同；对某些应用，图象的分辨率应相同（但可不同）；图象中的地物类型的相对分布相同。

作用：有一幅很好的图象作为标准的情况下，对另一图象进行匹配，以改善被处理图象的质量；数字镶嵌；使用的模板有正态拉伸匹配（两侧灰级拉伸展开，而将直方图中部峰值附件区域压缩）、暗区拉伸匹配（低灰级值的像元展开）、亮区拉伸匹配。

b)空间滤波（邻域增强）：

①定义：中心象元与周围相邻象元间的运算，用于去噪声、图像平滑、锐化和相关运算。（对比度变换：点增强，是单个像元的运算，从整体上改善图像质量）

②方法：

1）卷积运算：抑制噪声，增强地物特征。

2）平滑：图像中某些亮度变化过大的区域，或出现不该有的亮点（噪声）时，采用平滑的方法可以减小变化，使亮度平缓或去掉“噪声”点。均值滤波（每个像元在以其为中心的邻域内取平均值来代替该像元值）、中值滤波（每个像元在以其为中心的邻域内取中间亮度值来代替该像元值。在消除噪声的同时，还能保持图像中的细节部分，防止边缘模糊，但对点、线等细节较多的图像却不太合适。）。

3）锐化：目的是加强图像中景物的细节边缘和轮廓，作用是使灰度反差增强，锐化算法的实现是基于微分作用。

罗伯特梯度：用交叉的方法检测出像元与其邻域在上下之间或左右之间或斜方向之间的差异。

索伯尔梯度：为在锐化边缘的同时减少噪声的影响， Sobel从加大边缘增强算子的模板大小出发，由2x2扩大到3x3来计算差分。较多的考虑了邻域点的关系，并对4-邻域采用带权的方法计算差，检测边界更加精确。

拉普拉斯：算法意义是检测亮度变化率的变化率，相当于二阶微分。

方向滤波：有目的的提取某一特定方向的边缘、线性目标或纹理特征，选择特定的方向模板，做卷积运算。

c)彩色变换

①单波段彩色变换（伪彩色）：伪彩色——单波段灰度图像的彩色表示或显示；密度分割——将连续的灰度值转换为少量的灰度区间，并用不同的颜色表示；增强了图像的目视解译效果。

②多波段彩色变换（真假彩色合成）：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、蓝三种原色，合成彩色影像。真假彩色：与地物颜色是否一致。

③HIS变换（H色调，L明度，S饱和度）

d)图像运算

①方法：

1）差值运算：两幅同样行、列的图像，对应象元的亮度（灰度）相减。差值图像提供了不同波段或不同时相图像的差异信息。应用于两个波段时，相减后的值反映了同一地物光谱反射率之间的差异，有利于目标与背景反差较小的信息提取。当用于两个不同时相同一波段图像相减时，可以提取同一地区不同时相图像中随时间变化的动态信息。

2）比值运算：两幅相同行列的图像，对应象元的亮度（灰度）相除（除数不为0）。比值图像亮度反映了两个波段光谱差异，常用来检测植被，消除“同物异谱”现象。可以监测波段的斜率信息并加以扩展，以突出不同地物间地物光谱的差异，消除地形起伏引起的同物异谱现象。

e)多光谱变换

①本质：对遥感图像实行线性变换，使多光谱空间的坐标系按一定规律进行旋转。

②目的：通过函数变换，保留主要信息量，降低数据量；增强或提取有用信息。

③方式：

K-L变换（主成分变换）：求出一个变换矩阵，经变换形成一组新的主分量波段。计算原始图象的协方差矩阵→计算的特征值和特征向量→生成主成分。事先进行数据压缩和图像增强。

K-T变换：是一种线性变换，使坐标轴发生旋转，旋转之后坐标轴的方向与地物，特别是和植被生长及土壤有密切的关系。

3.多元信息复合

（1）定义：信息复合式同一区域内遥感信息之间或遥感信息和非遥感信息之间的组合匹配技术。

（2）内容：空间配准和内容符合。在统一地理坐标系统下，构成一组新的空间信息、一种新的合成图象。

（3）目的：突出有用的专题信息，消除无关信息，以改善目标识别的图像环境。

（4）不同传感器的遥感数据复合：来自于不同传感器的信息源有不同的特点，针对具体问题常常有不同复合方案。步骤：配准（目的——对应的地物吻合，分辨率一致；方法——几何校正）→复合（彩色合成）。

（5）不同时相的遥感数据复合：观测地物的类型、位置、轮廓及动态变化。配准→直方图调整(将配准后的图像尽可能地调整成一致的直方图，使图像亮度值趋于协调，以便比较)→复合(彩色合成法：通过颜色对比表现变化；差值法：差值后可适当设定阈值，或得只有0与1的二值图像，以突出变化（变化部分为1，非变化部分为0）；比值法：也可适当设定阈值，类别不变的地物一定接近于1。)

（6）遥感与非遥感信息复合:

①为什么：遥感手段获取信息仍感不够，不能解决遇到的全部问题，因此将人文与经济信息作为遥感数据的补充，可有助于综合分析问题，发现客观规律，提高解译效果。

②特点：遥感数据是以栅格记录的；地面采集的地理数据常常呈现出多等级、多量纲的特点，格式多样；为使各种地理数据能与遥感数据兼容，首先需将获取的非遥感数据按照一定的地理网格系统重新量化和编码，以完成各种地理数据的定量和定位，产生新的数据格式。

③方法与过程:为了使非遥感的地理数据与遥感数据复合，前提条件是必须使地理数据可作为遥感数据的一个“波段”，这就是说通过一系列预处理，使地理数据①成为网格化的数据；②地面分辨率与遥感数据一致；③对应地面位置与遥感影像配准。网格数据生成（地理数据生成网格时，网格所对应的地面分辨率应与遥感数据的地面分辨率一致。如果无法得到一致的分辨率，用配准的方法调整分辨率与位置）→最优遥感数据的选取（选取适合需要的遥感波段）→配准复合

第五章  目视解译与制图

1.遥感图像目视解译原理

（1）解译：根据遥感图像所提供的影像特征及其对应目标的特点进行推理和判断将目标识别出来，并进行定性、定量分析的工作就称为遥感图像解译（判读）。（从遥感图像上获取目标地物信息的过程。）分为目视解译和计算机解译。

①目视解译：借助人眼的观察和人的智能，结合一些量测工具（测微尺、放大镜、立体镜等）来识别图像中的目标。特点：解译者的学识和经验在判读中起主要作用，精度高，但难以对空间信息定量化分析。

②计算机图像理解：以计算机软硬件为支撑，利用模式识别技术和人工智能技术，建立图像解译专家系统从而让计算机模拟人工解译过程，“读取遥感图像上的特征”，进而确定图像上的目标。特点：速度快，处理方式灵活多样，整个处理过程通常是以人机交互方式进行，对计算机技术和算法要求较高，识别的精度通常不及目视解译。

（2）目视解译原理：

目标地物识别特征：目标地物特征——色、形、位。解译标志——色调、阴影、形状、纹理、大小、图形、位置、相关布局

2.遥感图像目视解译方法和步骤

①原则：从应用目的出发，整体观察，全面分析图像特征。坚持先难后易，先整体后局部的原则。充分利用各种解译标志，包括直接标志和间接标志，相互补充，彼此验证。开展多波段、多时相、多类型遥感图像的对比分析。

②标志

直接解译标志：使用的直接判读标志有颜色、阴影、形状、纹理、大小、位置、图形

间接解译标志：目标地物与相关指示特征、地物与环境的关系、地物与成像时间的关系等

③目视解译方法

1）直接判读法：使用的直接判读标志有色调、色彩、大小等。

2）对比分析法：同类地物对比分析、空间对比分析、时相动态对比

3）信息复合法：利用多种辅助信息，识别遥感图像上目标地物的方法。

4）综合推理法：综合考虑图像多种特征，结合生活常识，分析、推断某种目标地物的方法。

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、限制的关系，借助专业知识，分析某种地理要素性质类型状况分布。

④步骤：

1）准备阶段：明确任务、收集资料、确定影像

2）初步解译与判读区的野外考察：分析研究区特点、确立典型解译样区、建立目视解译标志、探索解译方法。

3）室内详细判读：目视解译数字化和属性添加。

4）野外验证与补判

5）成果整理和制图

3.影响景物特征及判读的因素

（1）地物本身的复杂性：土壤含水量、有机质、特性。水泥沙量、叶绿素、工业污染。

（2）传感器特性的影响：几何分辨率（影像最小单元（像元）所代表的地面面积）、辐射分辨率（接受电磁波辐射信号时能够分辨的最小辐射度差）、波谱分辨率（指传感器所用的波段数、波长及波段宽度）、时间分辨率（重复获得同一地区的最短时间间隔，卫星的覆盖周期、重访周期）

（3）目视能力的影响：空间分辨能力，灰阶分辨能力、色别和色阶分辨能力

4.遥感影像地图

一种以遥感影像和一定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——分为（其表现内容）普通影像地图和专题影像地图，（获取遥感信息传感器）航空摄影影像地图与扫描影像地图。

第六章  遥感数字图像计算机解译

1．遥感数字图像的性质与特点

（1）遥感数字图像：是以数字表示的遥感影像，其最基本的单元是像素。像素是成像过程的采样点，也是计算机处理图像的最小单元。像素具有空间特征和属性特征。像素的属性特征采用亮度值来表达。

（2）特点：便于计算机处理与分析，图像信息损失少，抽象性强

（3）遥感数字图像的表示方法：遥感数字图像是以二维数组来表示的，遥感图像按照波段数量分为单波段与多波段数字图像，多波段数字图像的三种数据格式（BSQ、BIP、BIL）

（4）航空像片数字化：空间采样（将航空像片具有的连续灰度信息转化为每行有m个单元，每列有n个单元的像素组合）→属性量化（可得到每个像元的数字模拟量，与航空像片中对应位置上的灰度相对应）。

2.遥感数字图像计算机自动分类

（1）原理：统计模式识别技术在遥感领域中的具体应用，而统计模式识别的关键是选择和提取待识别目标的特征，然后按照一定的准则做出判别，从而完成图像识别。在遥感图像分类过程中,常使用距离（像元数据和分类类别特征的相似程度）和相关系数（像素间的关联程度）来衡量遥感图像像素之间的相似度。

（2）步骤：

①原始图像的选择：明确遥感图像分类的目的及其需要解决的问题，根据应用目的选取特定区域的遥感数字图像。

②原始图像的预处理：根据研究区域,收集与分析地面参考信息及有关数据；为提高计算机分类的精度，须对数字图像进行辐射校正和几何纠正。

③选择合适的图像分类方法和算法：对图像分类方法进行比较研究,掌握各种分类方法的优缺点,然后根据分类要求和图像数据的特征,选择合适的图像分类方法和算法。

④制定分类系统：根据应用目的及图像数据的特征制定分类系统，确定分类类别(也可通过监督分类方法，从训练数据中提取图像数据特征，在分类过程中确定分类类别)。

⑤进行图像分类运算：根据图像特点和分类目的，设计或选择合适的分类器及其判别准则，在此基础上对特征矢量进行划分，完成所有像素的识别和图像分类。

⑥结果检验：主要是对分类的精度和可靠性进行评价。

⑦成果输出：包括分类结果图像的输出,以及分类结果的统计值等。

（3）分类方法：

①监督分类：选择具有代表性的典型实验区或训练区，用训练区中已知地面各类地物样本的光谱特征来“训练”计算机，获得识别各类地物的判别函数或模式，并以此对未知地区的象元进行分类处理，分类归入到已知的类别中。训练区选取的要求：准确性、代表性、统计性。常用方法：平行管道分类、最小距离分类、最大似然分类、马氏距离分类、神经网络分类方法、光谱角分类、二值编码分类。

②非监督分类：在没有先验类别（训练场地）作为样本的条件下，即事先不知道类别特征，主要根据像元间相似度的大小进行归类合并的方法。常用方法：K-MEANS和ISODATA（迭代自组织数据分析算法）

③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，样本数目要能够满足分类要求。此为监督分类的不足之处。非监督分类不需要更多的先验知识，据地物的光谱统计特性进行分类。当两地物类型对应的光谱特征差异很小时，分类效果不如监督分类效果好。

（4）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。

（5）分类后处理及分类精度评价

监督分类和非监督分类都是按照光谱特征进行聚类分析的，在结果的分类地图上会出现“噪声”，产生一些面积很小的图斑，不管是从专题制图还是实际应用的角度都应该将其剔除。分类平滑技术、聚类统计、过滤分析、去除分析。

（6）分类精度评价：对分类后专题图的正确分类程度（也称可信度）的检核，是遥感图像定量分析的一部分。

①采样方法：简单随机采样、分层抽样

②抽样数目确定

N-抽样数；p-准确度期望值；Z-按一定概率水平在标准正态分布双侧分位数表中查到值；e-期望值的允许偏差。

③误差矩阵与精度指标

1）误差矩阵：用于分类结果和实际测得值的对应与比较，从而计算分类精度。

2）精度指标：

总体精度： 反映了总体上的检测准确程度，即对角线上元素之和与所有元素之和的比值，表示检测正确的样本占总样本数的比率。

生产者精度： 反映了漏检的程度，对第j'类，即对角线上元素与其所在列各元素之和的比值,表示真实类别为/的样本被正确识别的概率。

使用者精度： 反映了虚检的程度，对第i类，计算公式为，即对角线上元素与其所在行各元素之间的比值，表示被检测为类别j的样本被正确识别的比率。