武汉大学遥感原理与应用复习要点(详细版)(2)

2018-11-19 21:25

2、扫描成像类传感器:(1)对物面扫描的成像仪:对地面直接扫描成像(红外扫描仪、多光谱扫描仪、成像光谱仪、TM、ETM+)(2)对像面扫描的成像仪:瞬间在像面上先形成一条线图像或一幅二维影像,然后对影像进行扫描成像(线阵列CCD推扫式成像仪)。

3、红外扫描仪的分辨率:瞬时视场??d/f,则空间分辨率为:以看出航高越大a及越大则地面分辨率越差 4、有扫描角θ时:

a??H?dHf由式子可

H??H0sec? 则平行于航线方向的地面分辨率为a??a0sec? 垂直

??a?sec??a0sec2?a?于航向方向的分辨率为:

5、全景畸变:由于地面分辨率随扫描角发生变化,使红外扫描影像产生畸变,这种畸变通常称之为全景畸变,形成原因是像距保持不变,总在焦面上,而物距随扫描角发生变化所致。(相当于行高H的变化引起的地面分辨率a的变化)。

Wt??H 6、扫描线的衔接:a=Wt则刚好可以衔接,awt则有部分重叠。W??Ht

结论:瞬时视场和扫描周期都为常数,所以只要速度w与航高H之比为一常数,就能使扫描线正确衔接,不出现条纹图像。

7、热红外扫描仪对温度比对发射本领的敏感性更高,因为它与温度的四次方成正比,温度的变化能产生较高的色调差别。??????

8、MSS的每个像元的地面分辨率是79m*79m,每个波段有六个探测单元组成,474m*79m,扫描总视场是474m*185KM,恰好衔接。

9、TM专题制图仪:是一个高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器,与多波段扫描仪MSS性能相比,它具有更高的空间分辨力(除热红外是120m外30m),更好的频谱选择性,更好的几何保真度,更高的辐射准确度和分辨力。增加一个扫描改正器。另外使往返双向都对地面扫描。共7个波段。

10、ETM+:辐射定标精度提高,辐射校正有了很大改进。8个波段,增加了PAN(全色)波段,分辨率15m,远红外波段为60m。

11、HRV(高分辨率可见光扫描仪)——线阵列推扫式扫描仪,探测器件为CCD。是对像面的扫面成像方式。三个波谱段,每个波谱段的线阵列探测器组由3000个CCD元件组成。每个元件形成的像元地面分辨率为20×20m。因此一行CCD探测器形成的图像线,相对地面上为20

×60km。

12、成像光谱仪:以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息的仪器。通过将传统的空间成像技术和地物光谱技术有机地结合在一起,可以实现对同一地区同时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像。基本上属于多光谱扫描仪,其构造与CCD线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪相同,区别仅在于通道数多,各通道的波段宽度很窄。

13、雷达:属于主动式微波遥感,穿透力强。真实孔径雷达(Radar)、合成孔径雷达(SAR)、相干雷达(INSAR)、激光雷达(LIDAR)。

14、距离分辨率:在脉冲发射的方向上,能分辨的最小距离。与脉冲宽度有关,所以可以采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率。方位分辨率:在雷达的飞行方向上,能分辨两个目标的最小距离。采用合成孔径技术来提高分辨率。合成孔径雷达的方位分辨力与距离无关,只与实际使用的天线孔径有关。

15、侧视雷达图像的几何特点(1)垂直于飞行方向的比例尺变形:垂直飞行方向(y)的比例尺由小变大(2)压缩与拉长:造成山体前倾,朝向传感器的山坡影像被压缩,而背向传感器的山坡被拉长(3)高差产生的投影差:与中心投影相反,位移量也不同(4)雷达立体图像的构像特点:从不同摄站对同一地区获取的雷达图像也能构成立体影像

第四章 遥感图像数字处理的基础知识

1、图像的表示形式:(1)光学图像:一个二维的连续的光密度(透过率)函数。(2)数字图像:一个二维的离散的光密度(透过率)函数。用矩阵表示,坐标和密度函数都是离散的。

2、光学图像与数字图像的转换:把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数———空间坐标离散化——采样 幅度(光密度)离散化——量化 整个过程称为图像数字化。 3、几个重要概念:采样:连续的图像在坐标空间的离散化。量化:图像在性质空间(灰度)的离散化。空间分辨率:连续图像在水平和垂直方向的采样数。亮度分辨率(灰度等级):图像亮度层次的多少;用灰度级L = 2k表示,k可取1,2,3,4,5,6,7,8,11。当一幅图像有L = 2k灰度级时,称该图像是k比特( bit ) 图像。灰度图像:R = G = B?彩色图像: R、G、B不一定相等。注意256色位图和24位真彩色图等描述方式的理解。 4、图像可以表示到频率域中,通常采用傅里叶变换在两者间实现转换。

5、遥感图像的坐标系统:地理坐标系(BJ54,西安80,WGS84等)、投影坐标系。 6、遥感数据的存储介质:磁带、磁盘、光盘、闪存;存储格式:世界标准格式LTWG、BSQ(Band SeQuential):按照波段顺序依次记录各波段的图像、BIL(Band Interleaved Line):

逐行按波段次序排列、GeoTIFF、其他常见图像数据格式:BMP, TIFF, GIF, PCX, PSD, MrSID, HDF??BMP不采用压缩,不失真,JPEG支持多种压缩级别,GIF有最高的压缩比率。 6、遥感数字图像处理系统:硬件系统:输入设备、输出设备、计算机、其他设备;软件系统:ERDAS、ENVI、PCI(加拿大,主要做雷达分析)、Ecognition(实现遥感图像面向对象的分类)。

7、3S结合:GPS与RS结合关键在硬件、GPS与GIS结合关键在软件、RS与GIS结合:分开但表面平行的结合、表面无缝的结合、整体结合。主要实现的是两两结合。

第五章 遥感图像的几何处理

1、遥感图像的构像方程:是指地物点在图像上的图像坐标(x ,y) 和其在地面对应点的大地坐标(X,Y ,Z) 之间的数学关系。根据摄影测量原理,这两个对应点和传感器成像中心成共线关系,可以用共线方程来表示。作用:这个数学关系是对任何类型传感器成像进行几何纠正和对某些参量进行误差分析的基础。

2、在地面坐标系与传感器坐标系之间建立的转换关系称为通用构像方程

?X??X??U??X??X??x?Y???Y??A?V??Y???Y???A?yP???????????????Z??P??Z??S?W??中心投影构像方程??Z??P??Z??S??x??f3、共线方程简写:

???f??P

(X)(Y)y??f(Z) (Z)几何意义:当地物点P 、对应像点p 和投影

中心S 位于同一条直线上时,正算公式和反算公式成立。

4、全景摄影机影像是由一条曝光缝隙沿旁向扫描而成,对于每条缝隙图像的形成,其几何关系等效于中心投影沿旁向倾斜一个扫描角θ后,以中心线成像的情况,此时像点坐标为(x,0,-f)即y=0.

??yp/f(x)=x/cosθ,(y)=ftanθ

5、推扫式传感器的构像方程: 行扫描动态传感器。在垂直成像的情况下,每一条线的成像属于中心投影,在时刻t时像点p的坐标为(0、y、-f).

6、扫描式传感器获得的图像属于多中心投影,每个像元都有自己的投影中心,随着扫描镜的旋转和平台的前进来实现整幅图像的成像。由于扫描式传感器的光学聚焦系统有一个固定的焦距,因此地面上任意一条线的图像是一条圆弧,整幅图像是一个等效的圆柱面,所以该类传感器成像亦具有全景投影成象的特点。 任意一个像元的构像,等效于中心投影朝旁向旋转了扫描角θ后,以像幅中心(x=0,y=0 ,-f)成像的几何关系。

7、雷达往返脉冲与铅垂线之间的夹角为θ ,oy'为等效的中心投影图像,f 为等效焦距。

侧视雷达图像成像转换为旋转了θ 角的中心投影,此时像点坐标为x=0 ,y’=rsinθ,等效焦距f=rcosθ。

8、基于多项式的传感器模型:思想:回避成像的空间几何过程,直接对图像变形的本身进行数学模拟。遥感图像的几何变形由多种因素引起,其变化规律十分复杂。为此,把遥感图像的总体变形看作是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲以及更高次的基本变形的综合作用结果,难以用一个严格的数学表达式来描述,而是用一个适当的多项式来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系式。有二维形式和三维形式(增加高程)。

9、优缺点:(1)不能真实地描述影像形成过程中的误差来源和地形起伏引起的变形(2) 应用限于变形小的图像:垂直、小范围、地面平坦。(3)定向精度与地面控制点的精度、分布和数量及实际地形有关。(4)三维多项式是二维的扩展,增加了与地形起伏有关的Z坐标。(5)与具体的传感器无关,数学模型形式简单、计算速度快。

10、有理函数模型(RFM):是大地坐标和图像坐标之间的多项式比值关系,是各种传感器成像几何模型的一种更广义的表达,同多项式模型比较起来有理函数模型是对不同传感器模型更为精确的表达形式。是与具体传感器无关的、形式简单的通用成像几何模型。为了增强参数求解的稳定性,将地面坐标和影像坐标正则化到-1.0和1.0之间。

Y?Nums(P,L,H)NumL(P,L,H)X?DeLn(P,L,H) Dens(P,L,H)。

11、多项式中的系数ai,bi,ci,di称为有理函数的系数RFC。通常b1和d1为1。再根据分母(Den)是否相同及多项式次数来决定未知参数个数。0次项1项(a1或b1或c1或d1)、一次项3(P,L,H)、二次项6(PL,PH,HL,P2,H2,L2)、三次项10(PLH,P2L??P3,L3,H3)。根据此计算参数个数和需要的控制点个数(每个控制点可以列两个方程)。如二次项分母不等则:10*4-2(b1=d1=1)=38个参数,最少需要控制点19个。

12、在RFM中,a、光学投影系统产生的误差用有理多项式中的一次项来表示;b、地球曲率、大气折射和镜头畸变等产生的误差能很好地用有理多项式中二次项来模型化;c、其他一些未知的具有高阶分量的误差如相机振动等,用有理多项式中的三次项来表示。

13、当DenL=DenS=1时,RFM退化成一般的三维多项式模型;当DenL=DenS!=1并且在一阶多项式的情况下,RFM退化成DLT模型,因此RFM模型是一种广义的成像模型,是共线方程的扩展。 14、RFC 的获得:首先解算出严格传感器模型参数,然后利用严格模型的定向结果反求有理函数的参数,最后将RFC 作为影像元数据的一部分提供给用户。用户可以在不知道精确传感器模型的情况下进行影像纠正以及后续处理。 RFM不要求了解传感器的具体信息,是用严

格的传感器模型变换得到的,是一种更通用的传感器模型。

15、遥感图像的几何变形:指原始图像上各地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参照系统中的表达要求不一致时产生的形变。研究遥感图像几何变形的前提是必须确定一个图像投影的参照系统,即地图投影系统。

16、变形误差可以分为静态误差、动态误差或者内部误差、外部误差。外部变形误差:由传感器以外的各种因素所造成的误差,如传感器的外方位元素变化,传感器介质不均匀,地球曲率,地形起伏以及地球旋转等因素引起的变形误差。

17、遥感图像的几何变形:(1)传感器成像方式引起的图像变形(2)传感器外方位元素变化的影响(3)地形起伏引起的像点位移(3)地球曲率引起的图像变形(4)大气折射引起的图像变形(5)地球自转的影响

18、引起几何变形的因素:(1)传感器成像方式引起的图像变形:由于中心投影图像在垂直摄影和地面平坦的情况下,地面物体与其影像之间具有相似性(并不考虑摄影本身产生的图像变形),不存在由成像方式所造成的图像变形,因此把中心投影的图像作为基准图像来讨论其他方式投影图像的变形规律。全景投影的图像面不是一个平面而是一个圆柱面,称为

dy?y?p?yp?f(全景面

??tan?)?,?越大变形越大且为负。斜距投影:

其中?越大变形越小且为正,在?=0时即垂直情况下变形

dy?yp?y?p?f(sec??tan?)最大。(

19、(2)传感器外方位元素变化的影响:传感器的外方位元素,是指传感器成像时的位置(Xs,Ys,Zs )和姿态角(φ ,ω , κ ),外方位元素变化所产生的像点位移dx,dy。

dXs,dYs,dZs和d?对整幅图像的综合影响是使其产生平移、缩放和旋转等线性变化,只有

d?、d?才使图像产生非线性变形。对于推扫式成像把(x)=0,(y)=y带入变形公式,扫

描式把x=0,y=ftan?带入。外方位元素随时间变化,产生很复杂的动态变形。整个图像的变形将是所以瞬间局部变形的综合结果。所以瞬间的线性变化可能引起整体的非线性变化。 20、(3)地形起伏引起的像点位移:误差大小与底点至像点的距离、地形高差成正比与航高成反比,且投影差发生在底点辐射线上,对于h>0投影差远离底点,h<0投影差朝向底点。对于各种成像方式,变形基本发生在y方向上。

21、(4)地球曲率引起的图像变形:可以看做是系统的地形起伏引起的变形。在考虑遥感


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