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1、遥感图像处理与分析作业一、名词解释1. 辐射亮度：辐射源在某一方向的单位投影表面在单位立体角内的辐射通量。2. 光谱反射率：被物体反射的光通量与入射到物体的光通量之比。3. 合成孔径雷达：合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。利用遥感平台的移动，将一个小孔径的天线安装在平台侧方，以代替大孔径的天线，提高方位分辨率的雷达。4. 假彩色遥感图像：根据加色法合成原理，选择遥感影像的某三个波段分别赋予红、绿、蓝三种原色，就可以合成彩色影像。5. 大气窗口：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不
2、同，因而各波段的透射率也各不相同。把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫大气窗口6. 图像空间分辨率：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。7. NDVI: (Normal Differential Vegetation Index)归一化植被指数。被定义为近红外波与可见光红波段图像灰度值之差和这两个波段图像灰度值之和的比值。8. 像点位移：地形的起伏和投影面的倾斜会引起航片上像点的位置的变化，叫像点位移。9. 后向散射：在两个均匀介质的分界面上，当电磁波从一个介质中入射时，会在分界面上产生散射，这种散射叫做表面散射。在表面散射中，散射面的粗糙度是非
3、常重要的，所以在不是镜面的情况下必须使用能够计算的量来衡量。通常散射截面积是入射方向和散射方向的函数，而在合成孔径雷达及散射计等遥感器中，所观测的散射波的方向是入射方向，这个方向上的散射就称作后向散射。10. 大气校正：大气校正就是指消除由大气散射引起的辐射误差的处理过程。11. 漫反射 ：当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时，表面会把光线向着四面八方反射，所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无规则地反射，这种反射称之为“漫反射”或“漫射”。12. 中心投影：把光由一点向外散射形成的投影，叫做中心投影。13. 瞬时视场角：扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态
4、，此时接收到的目标地物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角。14. 亮度温度：若实际物体在某一波长下的光辐射度 ( 即光谱辐射亮度) 与绝对黑体在同一波长下的光谱辐射度相等, 则黑体的温度被称为实际物体在该波长下的亮度温度。15. 红外遥感： （ infrared remote sensing）是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。探测波段一般在0.76 1000 微米之间。是应用红外遥感器（如红外摄影机、红外扫描仪）探测远距离外的植被等地物所反射或辐射红外特性差异的信息，以确定地面物体性质、状态和变化规律的遥感技术。二、 简述题1. 近红外遥感机理与在植被监
5、测中的应用。答：近红外遥感以遥感器接收目标物反射或辐射近红外谱段所形成的图像。近红外窗口是指波长在1.5-2.4 m之间的大气窗口，位于近红外波段的中段。通过该窗口的电磁波信息属于地面目标的反射光谱，因摄影胶片已不能感光，只可用扫描仪和光谱仪来测量和记录。该窗口的两端主要受大气中的水气和CO2的吸收作用控制，而且由于水气在1.8 m处有一个吸收带， 因而使该窗口又分为两个小窗口：1.5-1.75 m和 2.1-2.4m ，它们的射透率都将近 80% 。植被是生长在地球表层内各种植物类型的总称，它是地球表层内重要的再生资源。植被通过光合作用从大气中大量吸收二氧化碳气体(CO2)，同时放出氧气，并
6、在光照的作用下产生蒸腾。根据这样的特征近红外遥感在植被检测中的应用主要包括以下要内容：(1) 通过遥感影像从土壤背景中区分出植被覆盖区域，并对植被类型进行划分，是森林还是草场或者农田，进而可以划分是什么类型的森林，什么类型的草场，什么样的农作物，等等。(2) 从遥感数据中反演出植被的各种重要参数，例如叶面积指数(LAI) 、叶子宽度，平均叶倾角，植被层平均高度， 树冠形状等等， 这一类问题属于更深层次的遥感数据的定量分析方法与反演技术问题。 (3) 准确地估算出与植被光合作用有关的若干物理量，例如植被表面水份蒸腾量，光合作用强度 ( 干物质产生率 ) ，叶表面温度等等。2. 什么是大气窗口?常
7、用于遥感的大气窗口有哪些? 答：电磁波辐射在大气传输中透过率较高的波段成为大气窗口。目前在遥感中使用的一些大气窗口为： （1）0.3 1.155 m,包括部分紫外光、全部可见光和部分近红外。即紫外、可见光、 近红外波段。 这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星遥感器扫描成像的常用波段。（2）1.4 1.9 m ，近红外窗口，透过率为60% 95% ，其中 1.55 1.75 m透过率较高。 （3）2.0 2.5 m ，近红外窗口，透过率为80% 。 （ 4）3.5 5.0 m ，中红外窗口，透过率为60% 70% 。该波段物体的热辐射较强。（5）8.0 14.0 m ，热红外窗口，透过率为
8、80% 。 主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像， 测量探测目标的地物温度。 （6） 1.0 1.8mm，微波窗口，透过率约为35% 40% 。 （7）2.0 5.0mm，微波窗口，透过率为50% 70% 。 （8）8.0 1000.0mm，微波窗口，透过率为100% 。由于微波具有穿云透雾的能力，这一区间可以全天候工作，而且由其他窗口区间的被动遥感工作方式过渡到主动遥感的工作方式。3. 什么是高分辨率遥感影像，简述高分辨率遥感影像的具体应用。答：高分辨率遥感影像一般指图像空间分辨率达到10m以内的航天、 航空遥感图像。 其应用领域非常广泛，已经成功地应用于包括农业、林业、测绘、城市规划、生
9、态、环境、基础设施建设以及军事等多个领域。4. 试述植被、水、岩石、雪的反射光谱具有哪些特点？答：植被：植被反射光谱曲线，在可见光波段（0.4 0.76 m ）有一个小的反射峰，位置在 0.55 m （绿）处，两侧0.45 m （蓝）和0.67 m （红）则有两个吸收带。这一特征是由于叶绿素的影响，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（ 0.7 0.8 m ）有一反射的“陡坡” ，至 1.1 m附近有一峰值。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（1.3 2.5 m ）受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
10、以1.45 m 、1.95 m和 2.7m为中心是水的吸收带。水体： 水体的反射主要在蓝绿光波段，其它波段吸收都很强，特别到近红外波段，吸收就更强。岩石：岩石的反射光谱特征与岩石本身的矿物成分和颜色密切相关。由石英等浅色矿物为主组成的岩石具有较高的光谱反射率，在可见光遥感影像上表现为浅色调。铁镁质等深色矿物组成的岩石，总体反射率较低，在影像上表现为深色调。其次，岩石光谱反射率受组成岩石的矿物颗粒大小和表面粗糙度的影响。矿物颗粒较细， 表面较平滑的反射率较高。反之，光谱反射率较低。另外湿度、风化程度等对反射率也有影响。5. 简述遥感图像增强中线性拉伸和直方图均衡化方法的区别。答：灰度拉伸又叫对比
11、度拉伸，它是最基本的一种灰度变换，使用的是最简单的分段线性变换函数， 它的主要思想是提高图像处理时灰度级的动态范围。直方图拉伸是通过对比度拉伸对直方图进行调整，从而“扩大”前景和背景灰度的差别，以达到增强对比度的目的，这种方法可以利用线性或非线性的方法来实现; 直方图均衡化则通过使用累积函数对灰度值进行“调整”以实现对比度的增强。直方图均衡化处理的“中心思想”是把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的均匀分布。直方图均衡化就是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同。直方图均衡化就是把给定图像的直方图分布改变成“均匀”分布直方图分
12、布。6. 简述 K-T 变换和图像结果反映了植被的那些信息。答： K T 变换是一种线性组合变换，其变换公式为：Y=BX 。X、Y分别为变换前后多光谱空间的像元矢量；B为变换矩阵。该变换也是一种坐标空间发生旋转的线性变换，但旋转后的坐标轴不是指向主成分方向，而是指向与地面景物有密切关系的方向。KT 变换的研究主要集中于MSS和 TM数据的应用分析。Y 的前三个分量与地面景物关系密切。对于MSS数据， y1 称为亮度分量，主要反映土壤反射率变化的信息；y2 称为绿度分量，主要反映地面植物的绿度；y3 称为黄度分量，主要说明植物的枯萎程度。y4 没有实际的意义。对于TM数据， y1 亮度： TM六
13、个波段亮度值的加权和，反映总体亮度变化。y2 绿度：与亮度分量垂直，是近红外和可见光波段的对比，从变换矩阵第二行系数可以看出，波长较长的红外波段5 和 7 相互抵消较大，而近红外波段4与可见光波段1、2、3 部分的差值与图像上绿色植物的数量密切相关。y3 湿度：与土壤的湿度有关。从变换矩阵第三行系数可以看出，这个分量反映了可见光与近红外（14）波段及红外波段（5、7）的差值，而5、7 波段对土壤和植被的湿度最为敏感。其它三个分量还没有发现与地面景观有明确的关系。7. 图像融合有哪些关键技术? 答： 遥感图像信息融合是在统一的地理坐标系中将多源遥感数据采用一定的算法生成一组新的信息或合成图像的过
14、程。不同的遥感数据具有不同的空间分辨率、波谱分辨率和时间分辨率， 图像信息融合的目的是充分利用待融合图像在空间、波谱、时间分辨率方面的优势，融合后的图像包含了它们在空间、波谱、 时间分辨率方面的优势信息，弥补了单一图像上信息不足的缺点， 这样不仅扩大了多源遥感数据的应用范围，而且大大提高了遥感影像分析的精度。遥感图像融合的算法很多，如彩色空间变换融合算法、加权融合算法、植被指数算法、缨帽变换算法、主成分变换融合算法、小波融合算法、基于模型的方法等。另外，除了遥感图像数据之间的融合以外，为便于遥感图像在各领域的应用，遥感图像数据与非遥感数据也常常进行融合。8. 分别叙述遥感数据的空间、光谱、时间
15、和辐射分辨率所对应的物理含义。答：遥感图像的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。光普分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。 间隔愈小，分辨率愈高。时间分辨率指对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。 辐射分辨率是指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。9. 简述多波段遥感图像的三类存贮方式。答： 1）BSQ （ Band sequential）数据格式：是一种按波段顺序依次排列的数据格式。在 BSQ数据格式中，数据排列遵循以下规律: 第一波段位居第一
16、位，第二波段位居第二位，第 n 波段位居第n 位。在第一波段中，数据依据行号顺序依次排列，每一行内，数据按像素号排列。第二波段中，数据依然依据行号顺序依次排列，每一行内，数据按像素号排列。其余波段依此类推。2）BIP（Band interleaved by pixel）数据格式： BIP 格式中每个像元按波段次序交叉排列。3）BIL（Band interleaved by pixel）数据格式：逐行按波段次序排列的格式。10. 为什么日出、日落时天空呈橙色或红色，而通常是蓝色，为什么通常农村比城市的天更“蓝”？答：日出、 日落时太阳高度角小，阳光倾斜射向地面，通过的大气层比阳光直射时要厚得多，在过长的传播中，发生瑞利散射，蓝光波长最短，几乎被散射殆尽，波长较短的绿光散射强度也居其次，大部分被散射掉了。只剩下波长最长的红光，散射最弱，因此透过大气最多， 加上剩余的极少量绿光，最后合成呈现橘红色，所以朝霞和夕阳都偏橘红色。对于可见光而言， 瑞利散射现象非常明显，无云的晴空呈现蓝色，就是因为蓝光
