大氣和環境對遙感的影響大氣的成分和結構大氣對太陽輻射的影響大氣窗口環境對地物光譜特性的影響一、大氣的成分大氣的傳輸特性：大氣對電磁波的吸收、散射和透射的特性。這種特性與波長和大氣的成分有關。大氣的成分：多種氣體、固態和液態懸浮的微粒混合組成的。大氣物質與太陽輻射相互作用，是太陽輻射衰減的重要原因。二、大氣的結構大氣的垂直分層：對流層、平流層、中氣層、熱層和大氣外層。對流層：航空遙感活動區。遙感側重研究電磁波在該層內的傳輸特性。平流層：較為微弱。中氣層：溫度隨高度增加而遞減。熱層：增溫層。電離層。衛星的運行空間。大氣外層：1000公里以外的星際空間。三、大氣對太陽輻射的影響太陽輻射的衰減過程：30%被云層反射回；17%被大氣吸收；22%被大氣散射；31%到達地面。（圖2-3）大氣的透射率公式：透射率與路程、大氣的吸收、散射有關。（一）大氣的吸收作用氧氣：小于0.2

μm；0.155為峰值。高空遙感很少使用紫外波段的原因。臭氧：數量極少，但吸收很強。兩個吸收帶；對航空遙感影響不大。水：吸收太陽輻射能量最強的介質。到處都是吸收帶。主要的吸收帶處在紅外和可見光的紅光部分。因此，水對紅外遙感有極大的影響。二氧化碳：量少；吸收作用主要在紅外區內。可以忽略不計。AbsorptionIncontrasttoscatter,atmosphericabsorptionresultsintheeffectivelossofenergytoatmosphericconstituents.Thisnormallyinvolvesabsorptionofenergyatagivenwavelength.Themostefficientabsorbersofsolarradiationinthisregardare:WaterVapourCarbonDioxideOzoneAbsorptionofEMenergybytheatmosphere（二）大氣的散射作用

散射作用：太陽輻射在長波過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，并向各個方向散開。改變了電磁波的傳播方向；干擾傳感器的接收；降低了遙感數據的質量、影像模糊，影響判讀。大氣散射集中在太陽輻射能量最強的可見光區。因此，散射是太陽輻射衰減的主要原因。ScatteringAtmosphericscatteringistheunpredictablediffusionofradiationbyparticlesintheatmosphere.Threetypesofscatteringcanbedistinguished,dependingontherelationshipbetweenthediameterofthescatteringparticle(a)andthewavelengthoftheradiation(

).ScatteringofEMenergybytheatmosphereRayleighScattera<

Rayleighscatteriscommonwhenradiationinteractswithatmosphericmolecules(gasmolecules)andothertinyparticles(aerosols)thataremuchsmallerindiameterthatthewavelengthoftheinteractingradiation.TheeffectofRayleighscatterisinverselyproportionaltothefourthpowerofthewavelength.Asaresult,shortwavelengthsaremorelikelytobescatteredthanlongwavelengths.Rayleighscatterisoneoftheprincipalcausesofhazeinimagery.Visuallyhazediminishesthecrispnessorcontrastofanimage.RelationshipbetweenpathlengthofEMradiationandthelevelofatmosphericscatterMieScattera<=>

Miescatterexistswhentheatmosphericparticlediameterisessentiallyequaltotheenergywavelengthsbeingsensed.WatervapouranddustparticlesaremajorcausesofMiescatter.ThistypeofscattertendstoinfluencelongerwavelengthsthanRayleighscatter.AlthoughRayleighscattertendstodominateundermostatmosphericconditions,Mie

scatterissignificantinslightlyovercastones.Non-selectivescattera>

Non-selectivescatterismoreofaproblem,andoccurswhenthediameteroftheparticlescausingscatteraremuchlargerthanthewavelengthsbeingsensed.Waterdroplets,thatcommonlyhavediametersofbetween5and100mm,cancausesuchscatter,andcanaffectallvisibleandnear-to-mid-IRwavelengthsequally.Consequently,thisscatteringis“non-selective”withrespecttowavelength.Inthevisiblewavelengths,equalquantitiesofbluegreenandredlightarescattered.Non-SelectivescatterofEMradiationbyacloud三種散射作用瑞利散射：當微粒的直徑比輻射波長小得多時，此時的散射稱為瑞利散射。散射率與波長的四次方成反比，因此，瑞利散射的強度隨著波長變短而迅速增大。紫外線是紅光散射的30倍，0.4微米的藍光是4微米紅外線散射的1萬倍。瑞利散射對可見光的影響較大，對紅外輻射的影響很小，對微波的影響可以不計。多波段中不使用藍紫光的原因：顏色紅橙黃黃綠青蘭紫紫外線波長0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0無云的晴天，天空為什么呈現藍色？朝霞和夕陽為什么都偏橘紅色？米氏散射：當微粒的直徑與輻射波長差不多時的大氣散射。云、霧的粒子大小與紅外線的波長接近，所以云霧對對紅外線的米氏散射不可忽視。無選擇性散射：當微粒的直徑比輻射波長大得多時所發生的散射。符合無選擇性散射條件的波段中，任何波段的散射強度相同。水滴、霧、塵埃、煙等氣溶膠常常產生非選擇性散射。云霧為什么通常呈現白色？結論

太陽輻射衰減的原因是什么？在可見光和近紅外波段，大氣最主要的散射作用是什么？無云的晴天，天空為什么呈現藍色？朝霞和夕陽為什么都偏橘紅色？微波為什么具有極強的穿透云層的作用？為什么在選擇遙感工作波段時，要考慮大氣層的散射和吸收作用？四、大氣窗口1、大氣窗口：通過大氣而較少被反射、吸收或散射的投射率較高的電磁輻射波段。大氣窗口是選擇遙感工作波段的重要依據。常見的大氣窗口：AtmosphericWindowsSomesensors,especiallythoseonmeteorologicalsatellites,seektodirectlymeasureabsorptionphenomenasuchasthoseassociatedwithCO2andothergaseousmolecules.NotethattheatmosphereisnearlyopaquetoEMradiationinthemidandfarIRInthemicrowaveregion,bycontrast,mostoftheEMradiationmovesthroughunimpeded-sothatradaratcommonlyusedwavelengthswillnearlyallreachtheEarthsurfaceunimpeded-althoughspecificwavelengthsarescatteredbyraindrops.五、環境對地物光譜特性的影響地物的物理性狀光源的輻射強度：緯度與海拔高度季節：太陽高度不同探測時間：時間不同，反射率不同。氣象條件地物的光譜特性

任何地物都有自身的電磁輻射規律，如反射、發射、吸收電磁波的特性。少數還有透射電磁波的特性。地物的這種特性稱為：地物的光譜特性。地物的反射率、吸收率和透射率對于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即為弱輻射體；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。一、地物的反射光譜特性地物的反射率（反射系數或亮度系數）：地物對某一波段的反射能量與入射能量之比。反射率隨入射波長而變化。影響地物反射率大小的因素：入射電磁波的波長入射角的大小地表顏色與粗糙度地物的反射光譜：地物的反射率隨入射波長變化的規律。地物反射光譜曲線：根據地物反射率與波長之間的關系而繪成的曲線。地物電磁波光譜特征的差異是遙感識別地物性質的基本原理。不同地物在不同波段反射率存在差異：雪、沙漠、濕地、小麥的光譜曲線傳感器探測波段的設計，是通過分析比較地物光譜數據而確定的。多光譜掃描儀（MSS）的波段設計：

MSS1(0.5-0.6μm)MSS2(0.6-0.7μm)MSS3(0.7-0.8μm)MSS4(0.8-1.1μm)同類地物的反射光譜具有相似性，但也有差異性。不同植物；植物病蟲害地物的光譜特性具有時間特性和空間特性。時間特性空間特性不同植物光譜曲線比較植被的病蟲害時間特征

地物發射電磁波的能力以發射率作為衡量標準；地物的發射率是以黑體輻射作為參照標準。黑體：在任何溫度下，對各種波長的電磁輻射的吸收系數等于1（100%）的物體。黑體輻射(BlackBodyRadiation)：黑體的熱輻射稱為黑體輻射。二、地物的發射光譜特性1.

PowerSource:BlackbodyRadiation

Planck’sLaw:TheamountandspectrumofradiationemittedbyablackbodyisuniquelydeterminedbyitstemperatureMaxPlanck(1858–1947)NobelPrize1918Emissionfromwarmbodiespeakatshortwavelengthswavelength620K380K3、黑體輻射定律(1)朗克熱輻射定律表示出了黑體輻射通量密度與溫度的關系以及按波長分布的規律。黑體輻射的三個特性(p20)

輻射通量密度隨波長連續變化，每條曲線只有一個最大值。溫度越高，輻射通量密度越大，不同溫度的曲線不同。隨著溫度的升高，輻射最大值所對應的波長向短波方向移動。(2)玻耳茲曼定律

Stefan-Boltzmann'slaw

即黑體總輻射通量隨溫度的增加而迅速增加，它與溫度的四次方成正比。因此，溫度的微小變化，就會引起輻射通量密度很大的變化。是紅外裝置測定溫度的理論基礎。溫度3005001000200030004000500060007000波長9。665。802。901。450。970。720。580。480。41(3)維恩位移定律：Wien'sdisplacementlaw

隨著溫度的升高，輻射最大值對應的峰值波長向短波方向移動。4、地物的發射率和基爾霍夫定律發射率(Emissivity)：地物的輻射出射度（單位面積上發出的輻射總通量）W與同溫下的黑體輻射出射度W黑的比值。它也是遙感探測的基礎和出發點。影響地物發射率的因素：

地物的性質、表面狀況、溫度（比熱、熱慣量）：比熱大、熱慣量大，以及具有保溫作用的地物，一般發射率大，反之發射率就小。按照發射率與波長的關系，把地物分為：黑體或絕對黑體：發射率為1，常數。灰體(greybody)：發射率小于1，常數選擇性輻射體：反射率小于1，且隨波長而變化。基爾霍夫定律：在一定溫度下，地物單位面積上的輻射通量W和吸收率之比，對于任何物體都是一個常數，并等于該溫度下同面積黑體輻射通量W黑。在給定的溫度下，物體的發射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，發射率也越大。地物的熱輻射強度與溫度的四次方成正比，所以，地物微小的溫度差異就會引起紅外輻射能量的明顯變化。這種特征構成了紅外遙感的理論基礎。5、黑體的微波輻射

任何物體在一定的溫度下，不僅向外發射紅外輻射，也發射微波輻射。二者基本相似。但微波是地物低溫狀態下的重要輻射特性，溫度越低，微波輻射越明顯。微波輻射比紅外輻射弱得多，但技術上可以經過處理來接收。瑞里—金斯公式黑體輻射的微波功率與溫度成正比，與波長的平方成反比。

微波波段與紅外波段發射率的比較：不同地物之間微波發射率的差異比紅外發射率要明顯得多，因此，在可見光和紅外波段中不易識別的地物，在微波波段中則容易識別。（表2-6）6、地物的發射光譜發射光譜：地物的發射率隨波長變化的規律。發射光譜曲線：按照發射率和波長之間的關系繪成的曲線。巖石的發射光譜分析（圖2-12）

亮度溫度：衡量地物輻射特征的重要指標。指等物體的輻射功率等于某一黑體的輻射功率時，該黑體的絕對溫度即為亮度溫度。

Thetemperatureoftheblackbodywhichradiatesthesameradiantenergyasanobservedobjectiscalledthebrightnesstemperatureoftheobject.

亮度溫度與實地溫度的關系：總小于實地溫度。透射率：入射光透射過地物的能量與入射總能量的百分比。透射率隨著電磁波的波長和地物的性質而不同。可見光、紅外、微波的透射能力。三、地物的透射光譜特性電磁波與電磁波譜電磁波及其特性電磁波譜電磁輻射源一、電磁波及其特性波的概念：波是振動在空間的傳播。機械波：聲波、水波和地震波電磁波（ElectroMagneticSpectrum)

由振源發出的電磁振蕩在空氣中傳播。演示電磁波是通過電場和磁場之間相互聯系傳播的：原理電磁輻射:這種電磁能量的傳遞過程（包括輻射、吸收、反射和透射）稱為電磁輻射。電磁波的特性電磁波是橫波在真空中以光速傳播電磁波具有波粒二象性：電磁波在傳播過程中，主要表現為波動性；在與物質相互作用時，主要表現為粒子性，這就是電磁波的波粒二象性。波動性：電磁波是以波動的形式在空間傳播的，因此具有波動性粒子性：它是由密集的光子微粒組成的，電磁輻射的實質是光子微粒的有規律的運動。電磁波的粒子性，使得電磁輻射的能量具有統計性波粒二象性的程度與電磁波的波長有關：波長愈短，輻射的粒子性愈明顯；波長愈長，輻射的波動特性愈明顯。二、電磁波譜電磁波譜：將各種電磁波在真空中的波長按其長短，依次排列制成的圖表。

在電磁波譜中，波長最長的是無線電波，其按波長可分為長波、中波、短波和微波。波長最短的是γ射線

電磁波的波長不同，是因為產生它的波源不同。2、遙感常用的電磁波波段的特性TheElectromagneticSpectrumMorethanmeetstheeye!ExamplesfromSpace!WavelengthThedistancefromonewavecresttothenextRadiowaveshavelongestwavelengthandGammarayshaveshortest!WavelengthUnitsMeters(likeonlastslideandinbook,p.613)Morecommonlyinnanometers(1nm=10-9

meters)AngstromsstillusedNamedforSwedishAstronomerwhofirstnamedthesewavelengths1nanometer=10AoSpeedoflight=wavelength(l)xfrequency

=3x108m/sinvacuumWavenumber=1/wavelength(cm-1)FrequencyinGHz(1Hz=sec–1)LanguageoftheEnergyCycle:

TheElectromagneticSpectrumEnergyWavelengthlSolarSpectrum=Shortwavespectrum=visiblespectrum:

Sunat6000K;peakemissionat0.5mmCO2H2OO3TerrestrialSpectrum=LongwaveSpectrum=InfraredSpectrum=ThermalSpectrum:

SaharaDesertonNimbus4SatelliteTheoreticalPlanckcurves:Earth~300K,peakemission~15mmEarthSpectrumIncomingfromSun:Highenergy,shortwavelengthOutgoingfromEarthLowenergyLongwavelength0.5mm10mm20mmElectromagneticSpectrumHighenergyShortwavelength/highfrequencyEmittedathighTSunEarth紫外線(UV)：0.01-0.4μm，碳酸鹽巖分布、水面油污染。可見光：0.4-0.76μm，鑒別物質特征的主要波段；是遙感最常用的波段。紅外線(IR)

：0.76-1000μm。近紅外0.76-3.0μm’中紅外3.0-6.0μm；遠紅外6.0-15.0μm；超遠紅外15-1000μm。（近紅外又稱光紅外或反射紅外；中紅外和遠紅外又稱熱紅外。微波：1mm-1m。全天候遙感；有主動與被動之分；具有穿透能力；發展潛力大。2、遙感常用的電磁波波段的特性三、電磁輻射源自然輻射源太陽輻射：是可見光和近紅外的主要輻射源；常用5900的黑體輻射來模擬；其輻射波長范圍極大；輻射能量集中-短波輻射。大氣層對太陽輻射的吸收、反射和散射。地球的電磁輻射：小于3μm的波長主要是太陽輻射的能量；大于6μm的波長，主要是地物本身的熱輻射；3-6μm之間，太陽和地球的熱輻射都要考慮。太陽輻射照度分布曲線太陽與地球輻射的電磁波譜人工輻射源：主動式遙感的輻射源。雷達探測。分為微波雷達和激光雷達。微波輻射源：0.8-30cm激光輻射源：激光雷達—測定衛星的位置、高度、速度、測量地形等。陸地衛星系列---

Landsat

Characteristic

LaunchedbyDateoflaunchDateofterminationAltitudeSensorRecurrentperiodLANDSAT-1NASA1972.7.231978.1.6915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-2NASA1975.1.221982.2.25915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-3NASA1978.3.51983.3.31915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-4NASA1982.7.162001.6.15705kmMSS/TM16daysLANDSAT-5NASA1984.3.1Operating*1705kmMSS/TM16daysLANDSAT-6NASA1993.10.51993.10.5-ETM16daysLANDSAT-7NASA1999.4.15Operating*2705kmETM+16days*1:ThedatareceptionbyNASDAwasfinishedtoJun30,2001.

*2:ThedatareceptionbyNASDAwasfinishedtoNov30,2002.\Overview

LANDSAT-1istheworldfirstearthobservationsatellitelaunchedbytheUnitedStatesin1972andamemorablesatellitewhichhasbeenrecognizedinavailabilitybeingcapableofobservingtheearthfarfromspace.Itsexcellentobservationabilitybroughtabouttheimportanceofstate-of-the-artremotesensing.FollowingLANDSAT-1,LANDSAT-2,3,4,5and7werelaunched,andcurrentlyLANDSAT-7isoperatedasamainsatellite.LANDSAT-5isequippedwithMultispectralScanner(MSS)andThematicMapper(TM).MSSisanopticalsensortoobservethereflectedsolarradiationfromtheearthsurfaceinfourdifferentspectralbandsbyacombinationoftheopticalsystemandthesensor.TMisamoreadvancedversionofobservationequipmentthanMSS,whichobservestheearth'ssurfacein7spectralbandsrangingfromvisibletothermalinfraredregions.LANDSAT-7isequippedwithEnhancedThematicMapperPlus(ETM+),thesuccessorofTM.TheobservationbandsarebasicallysamesevenbandsasTMandthenewlyaddedband8witha15mofhighresolution.

WavelengthVisible:2bands

Near-infrared:2bandsSpatialResolution83mSwathWidth185km

WavelengthVisible:3bands

Near-infraredandMiddle-infrared:3bands

Thermal-infrared:1bandSpatialResolutionVisible,Near-infraredandMiddle-infrared:30m

Thermal-infrared:120mSwathWidthAbout180kmOverview

TheETM+isanimprovedversionoftheLandsat4/5ThematicMapper(TM)payloads,butstillprovidesdatacontinuitywithallpriorLandsatmissions.ImprovementsintheinstrumentincludeincreasedspatialresolutionofthethermalIRband(Band6),improvementoftheradiometriccalibrationequipment,andtheadditionofapanchromaticband(Band8).BelowisasimplifieddiagramoftheETM+.

Characteristic

BandwavelengthbandResolution10.45-0.52mm30m20.52-0.60mm30m30.63-0.69mm30m40.76-0.90mm30m51.55-1.75mm30m610.4-12.5mm60m72.08-2.35mm30m80.50-0.90mm15mOrbitsofEarthObservationSatellites

Theorbitisthepathtakenbytheartificialsatellitesincludingearthobservationsatelliteswhentheyflyaroundtheearth.Thereareseveraltypesoforbits,andtheorbitisselecteddependingonpurposesofthesatellites.Earthobservationsatelliteshaveamajormissiontoobservetheentireearth,sotheycirclethemostsuitableSun-synchronoussub-recurrentorbit.Sun-synchronoussub-recurrentorbit

Sun-synchronoussub-recurrentorbitisacombinationofsun-synchronousorbitandsub-recurrentorbit.

Withsun-synchronousorbit

Withsun-synchronousorbit,positioningbetweenthesatelliteandthesunisalwaysthesame,whichmeanstheareathesatellitefliesoveralwaysgetssamesunlightangle.Withthisorbit,theincidenceangle（入射角）

ofsunlighttothelandsurfaceisalwaysthesame,anditallowstoobserveradiationandreflectionfromthelandsurfaceaccurately.

Asub-recurrentorbit

Asub-recurrentorbitmeansthatafteracertainnumberofdays,thesatelliterepeatsitsoriginalorbit.Thisorbitenablesthesatellitetoobservethesameareaatregularintervals.

Sun-synchronousorbit

Sub-recurrentorbit

SunSynchronousOrbitofLandsat7

SunElevationAngle

Satellitesandobits陸地衛星系列---SPOT衛星86878889909192939495969798992000010203040506070809

SPOT5

SPOT4衛星運行服務中斷發射日或重新開始服務日

SPOT1

SPOT2SPOT3

Overview

TheFrenchearthobservationsatellitesSPOT-1,2,3and4werelaunchedintoasun-synchronoussub-recurrentorbitatanaltitudeofabout822kmin1986,1990,1993and1998respectively.SPOTcanobservenotonlytheearth'ssurfacejustunderneaththesatellitebutalsoslantwisetothesatellite'spathbychangingthescandirectionofthesensors.Itcanshortenthetimeperiodforobservingaspecifiedarearepetitively.SPOT-1,-2and-3areequippedwithCCDsensorscalledHighResolutionVisibleImagingSystem(HRV).SPOT-4isequippedwithtwoCCDsensors,HRV'ssuccessor,HighResolutionVisibleandInfrared(HRVIR)andVegetation(VGT)*1.TheobservationbandsofHRVIRarebasicallysameasHRVandthenewlyaddedband4,shortwaveinfrared(SWIR:1.58to1.75mm).VGTobserveswideareawithaswathof2,250km.

ObservationBandVisible:2bands

Near-infrared:1band

Panchromatic-Band:1bandSpatialResolutionMultispectoral-Band:20m

Panchromatic-Band:10mSwathWidthAbout60km

HRVIRScanningImage

Spot立體像對

軌道旁向傾斜，像對最短時間差為0.5小時自動相關生成DEM，高程精度為7-11米(VirtuoZo)

SPOT的傾斜觀測功能重復觀測能力單星：2－3天/次，多星：1天/次20°20°600KmmaxiHRS120Km立體成像裝置HRSSpot-5基本產品10米多光譜5米全色2.5米全色+Spot-5增值產品

10米多光譜5米PanSpot5同軌立體像對Spot5HRS立體像對生成的10米高程精度DEM二、陸地衛星系列---IKONOSIKONOS:1米全色4米多光譜1米全色-銳化軌道:680km,太陽同步,98.2o傾斜

IKONOS光譜波段紅波段.63-.69microns(4m)近紅外.76-.90microns(4m)藍波段.45-.52microns(4m)綠波段.52-.60microns(4m)全色.45-.90微米的圖像(1m）Overviewof

IKONOSSinceitslaunchinSeptember1999,SpaceImaging'sIKONOSearthimagingsatellitehasprovidedareliablestreamofimagedatathathasbecomethestandardforcommercialhigh-resolutionsatellitedataproducts.TheIKONOSsatelliteistheworld'sfirstcommercialsatellite

tocollectblack-and-whiteimageswith1-meterresolutionandmultispectralimagerywith4-meterresolution.SensorCharacteristics

TheIKONOSsatelliteweighsabout1600pounds.ItorbitstheEarthevery98minutesatanaltitudeofapproximately680kilometersor423miles.IKONOSwaslaunchedintoasun-synchronousorbit,passingagivenlongitudeataboutthesamelocaltime(10:30A.M.)daily.IKONOScanproduce1-meterimageryofthesamegeographyevery3days.SpectralRange

1-meterblack-and-white(panchromatic)

0.45-0.90mm.4-metermultispectral

Blue:0.45-0.52mm

Green:0.51-0.60mm

Red:0.63-0.70mm

NearIR:0.76-0.85mmThisone-meterresolutionsatelliteimageofManhattan,NewYorkwascollectedat11:43a.m.EDTonSept.12,2001bySpaceImaging'sIKONOSsatellite.Theimageshowsanareaofwhitedustandsmokeatthelocationwherethe1,350-foottowersoftheWorldTradeCenteroncestood.SinceallaircraftweregroundedfollowingtheattackonAmericait'stheonlyhigh-resolution'viewfromabove'ofthefireanddestructionofthetwintowersThisone-meterresolution,colorsatelliteimageoftheLingshuimilitaryairfieldonthesoutheasterncoastofHainanIslandintheSouthChinaSea,wascollectedat10:32a.m.localtimeonApril10,2001bySpaceImaging'sIKONOSsatellite.AUSNavyplanemadeanemergencylandingthereafteramid-aircollisionwithaChinesefighter.Thenavyaircraftisclearlyvisibleandparkedonthetaxiwayadjacenttothenorthendoftherunway(northisup).陸地衛星系列---QuickBird

遙感數字圖像增強一、彩色變換把數字圖像組合轉換成彩色圖形，或者把各種增強或分類圖像組合疊加，以彩色圖像顯示出來。（彩色的視覺分辨能力比黑白高）方法：假彩色密度分割；彩色合成概念：單波段黑白遙感圖像可按亮度分層，對每層賦予不同的色彩，使之成為一幅彩色圖像。這種方法又叫密度分割。分層方案的確定：分層方案與地物光譜差異對應合適，可以較好地區分地物類別。處理過程效果分析1、單波段彩色變換（假彩色密度分割）處理過程輸入圖像顯示直方圖確定分割的等級數，并計算分割的間距像元亮度值轉換為像元新值賦色HOME以不同的色彩表示圖像的色調變化，增強了圖像的顯示能力同一地物或現象可能被分割成兩種不同密度并以不同的顏色顯示出來，或同一色彩卻表示兩種以上不同的地物，造成判讀錯誤。HOME效果分析2、多波段色彩變換概念：利用計算機將同一地區不同波段的圖像存放在不同通道的存儲器中，并依照彩色合成原理，分別對各通道的圖像進行單基色變換，在彩色屏幕上進行疊置，從而構成彩色合成圖像。合成方案：彩色合成圖像分為真彩色圖像和假彩色圖像。方法演示ColourCompositesColourCompositesAcolourcompositeisacolourimageproducedthroughopticalcombinationofmultibandimagesbyprojectionthroughfilters.TrueColourComposite:Acolourimagingprocesswherebythecolouroftheimageisthesameasthecolouroftheobjectimaged.FalseColourComposite:Acolourimagingprocesswhichproducesanimageofacolourthatdoesnotcorrespondtothetruecolourofthescene(asseenbyoureyes).TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7LandsatTM5sub-sceneshowingtheregionaroundtheAlpinforschungszentrumRudolfshütteTM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2ERDAS彩色合成演示3、HLS變換RGB模式與HLS模式將RGB模式轉換成HLS模式，對于定量地表示色彩特性，以及在應用程序中實現兩種表達方式的轉換具有重要意義。二、對比度變換直方圖與圖像的質量概念：是一種通過改變圖像像元的亮度值來改變圖像像元對比度，從而改善圖像質量的圖像處理方法。將圖像中過于集中的像元分布區域（亮度值分布范圍）拉開擴展，擴大圖像反差的對比度，增強圖像表現的層次性。又叫輻射增強。方法：對比度線性變換和非線性變換。二、對比度變換線性變換：在改善圖像對比度時，如果采用線性或分段線性的函數關系，那么這種變換就是線性變換。調整線性參數，改變變換效果分段式線性變換非線性變換：變換函數為非線性函數時，即為非線性變換。Alinearstretchinvolvesidentifyinglowerandupperboundsfromthehistogram(usuallytheminimumandmaximumbrightnessvaluesintheimage)andapplyingatransformationtostretchthisrangetofillthefullrange.

Thisgraphicillustratestheincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)alinearcontraststretch.Iftheinputrangeisnotuniformlydistributed.Inthiscase,ahistogram-equalisedstretchmaybebetter.Thisstretchassignsmoredisplayvalues(range)tothefrequentlyoccurringportionsofthehistogram.Inthisway,thedetailintheseareaswillbebetterenhancedrelativetothoseareasoftheoriginalhistogramwherevaluesoccurlessfrequentlyThisgraphicillustratestheratherunevenincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)ahistogramequalisedstretch.三、空間濾波以重點突出圖像上某些特征為目的。濾波增強的原理:任何一個復雜的波形曲線都可以分解成具有不同頻率（波長）的較為簡單的波形曲線。概念:根據需要，舍棄不需要的頻率曲線，選擇適宜和需要的頻率波形曲線，重新構成新的圖像，使一些地物或現象得到突出顯示。三、空間濾波空間濾波：以突出圖像上的某些特征為目的，通過像元與周圍相鄰像元的關系，采取空間域中的鄰域處理方法進行圖像增強方法。圖像卷積運算：在圖像的左上角開一個與模板同樣大小的活動窗口，圖像窗口與模板像元的亮度值相乘再相加，得到新像元的灰度值。SpatialFilteringSpatialfilteringencompassesanothersetofdigitalprocessingfunctionswhichareusedtoenhancetheappearanceofanimage.Spatialfiltersaredesignedtohighlightorsuppress（抑制）specificfeaturesinanimagebasedontheirspatialfrequency.Spatialfrequencyisrelatedtotheconceptofimagetexture,andreferstothefrequencyofthevariationsintonethatappearinanimageAcommonfilteringinvolvesmovinga‘window’（活動窗口）ofafewpixelsindimension(e.g.3x3,5x5,etc.)overeachpixelintheimage,applyingamathematicalcalculationusingthepixelvaluesunderthatwindow,andreplacingthecentralpixelwiththenewvalue.ImageofCHURNFarmDaedalus1268ATMChannel3Alow-passfilter（低通濾波）

isdesignedtoemphasiselarger,homogeneousareasofsimilartoneandreducethesmallerdetailinanimage.Thus,low-passfiltersgenerallyservetosmooth（平滑）

theappearanceofanimage.

A

high-passfilter

（高通濾波）doestheopposite,andservestosharpentheappearanceoffinedetailinanimage.

Directionaloredgedetectingfiltershighlightlinearfeatures,suchasroadsorfieldboundaries.Verticaledges（垂直邊緣）HorizontaledgesDirectionalEdgefilterscanalsobedesignedtoenhancefeatureswhichareorientedinspecificdirectionsandareusefulinapplicationssuchasgeology,forthedetectionoflineargeologicstructures.

1、平滑--圖像中出現某些亮度值過大的區域，或出現不該有的亮點時，采用平滑方法可以減小變化，使亮度平緩或去掉不必要的亮點。比值平滑：將每個像元在以其為中心的區域內，取平均值來代替該像元值，以達到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目的。中值濾波：將每個像元在以其為中心的鄰域內，取中間亮度值來代替該像元值，以達到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目的。2、銳化—突出圖像的邊緣、線性目標或某些亮度變化率大的部分。羅伯特梯度：找到了梯度較大的位置，也就找到了邊緣，用不同的梯度值代替邊緣處像元的值，也就突出了邊緣。索伯爾梯度拉普拉斯算法定向檢測Low-andHigh-PassFilteringWhenwelookatspatialstructure,wecanusuallyseeacharacteristiclengthscale(e.g.sizeoffields,widthandlengthofroads,etc)ImagesusuallyhavefeaturesonlotsofdifferentlengthscalesSometimes,insteadoftalkingabout“lengthscale”,wetalkinsteadabout“spatialfrequency”.Highfrequenciescorrespondtoshortdistancescales;lowfrequenciescorrespondtolongdistancescalesWecandescribetheactionofsomefiltersinthisway.EdgeEnhancementedgeenhancementmathematicallymanipulatesanimagetoprovideanewimageinwhichedgesaremadetostandout.

Smoothingsmoothingaveragesthevaluesofthepixelanditsneighbors.Ifthereis‘noise’intheimage(randompixelwithrandomvalues)thesmoothingprocesswillremovethese.

四、圖像運算概念：兩幅或多幅單波段影像，完成空間配準后，通過一系列運算，可以實現圖像增強，達到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。原理：地物不同波段的光譜差異。比值運算：兩幅同樣行、列數的圖像，對應像元的亮度值相除（除數不為0）就是比值運算。該運算常用于突出遙感影像中的植被特征、提取植被類型或估算植被生物量，這種算法的結果稱為植被指數。常用算法：近紅外波段/紅波段;或（近紅外-紅）/（近紅外+紅）.對于區分和增強光譜亮度值雖不明顯，而不同波段的比值差異較大的地物有明顯效果。典型例子比值處理的方式：根據實際情況，采取加、減、乘、除四則運算。差值運算：兩幅同樣行、列數的圖像，對應像元的亮度值相減就是差值運算。五、多光譜變換多光譜變換:針對多光譜影象存在的一定程度上的相關性以及數據冗余現象，通過函數變換，達到保留主要信息，降低數據量,增強或提取有用信息目的的方法。其變換的本質:對遙感圖像實行線性變換，使光譜空間的坐標按一定規律進行旋轉。1、K-L變換離散變換的簡稱，又稱主成分變換。它是對某一多光譜圖像X.利用K-L變換矩陣A進行線性組合,而產生一組新的多光譜圖像Y.K-L變換的特點:變換后的主分量空間與變換前的多光譜空間坐標系相比旋轉了一個角度。新坐標系的坐標軸一定指向數據量較大的方向。可實現數據壓縮和圖像增強。2、K-T變換K-T變換

是kauth-Thomas變換的簡稱，也稱纓帽變換.是一種坐標空間發生旋轉的線性變換，旋轉后的坐標軸指向與地面景物有密切關系的方向K-T變換的應用:主要針對TM圖像數據和MSS數據.對于擴大陸地衛星TM影像數據分析在農業方面的應用有重要意義.143遙感圖像的計算機分類144一、分類原理與基本過程遙感圖像計算機分類的依據是遙感圖像像素的相似度。常使用距離和相關系數來衡量相似度。采用距離衡量相似度時，距離越小相似度越大。采用相關系數衡量相似度時，相關程度越大，相似度越大。遙感圖像計算機分類方法監督分類法：選擇具有代表性的典型實驗區或訓練區，用訓練區中已知地面各類地物樣本的光譜特性來“訓練”計算機，獲得識別各類地物的判別函數或模式，并以此對未知地區的像元進行分類處理，分別歸入到已知的類別中。非監督分類：是在沒有先驗類別（訓練場地）作為樣本的條件下，即事先不知道類別特征，主要根據像元間相似度的大小進行歸類合并（即相似度的像元歸為一類）的方法。145一、分類原理與基本過程遙感數字圖像計算機分類基本過程根據圖像分類目的選取特定區域的遙感數字圖像，需考慮圖像的空間分辨率、光譜分辨率、成像時間、圖像質量等。根據研究區域，收集與分析地面參考信息與有關數據。根據分類要求和圖像數據的特征，選擇合適的圖像分類方法和算法。制定分類系統，確定分類類別。找出代表這些類別的統計特征為了測定總體特征，在監督分類中可選擇具有代表性的訓練場地進行采樣，測定其特征。在非監督分類中，可用聚類等方法對特征相似的像素進行歸類，測定其特征。對遙感圖像中各像素進行分類。分類精度檢查。對判別分析的結果進行統計檢驗。146二、圖像分類方法1、監督分類

（1）、最小距離分類法Step2–foreachunclassifiedpixel,calculatethedistancetoaverageforeachtrainingarea147二、圖像分類方法1、監督分類

（1）、最小距離分類法最近鄰域分類法

NearestNeighbour

。DefinesatypicalpixelforeachclassAssignspixelsonthebasisofspectraldistanceCanseparatediverseclassesBoundaryproblemsremainunresolved148二、圖像分類方法1、監督分類

（2）、多級切割分類法通過設定在各軸上的一系列分割點，將多維特征空間劃分成分別對應不同分類類別的互不重疊的特征字空間的分類方法。對于一個未知類別的像素來說，它的分類取決于它落入哪個類別特征字空間中。149二、圖像分類方法1、監督分類

（3）、特征曲線窗口分類法特征曲線是地物光譜特征曲線參數構成的曲線。以特征曲線為中心取一個條帶，構造一個窗口，凡是落在此窗口內的地物即被認為是一類，反之，則不屬于該類。150二、圖像分類方法1、監督分類

（4）、最大似然比分