中国科学院遥感应用研究所模拟试卷教学提纲.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。中国科学院遥感应用研究所模拟试卷-一、名词解释(每题4分,共40分)1.光学遥感(P67)遥感可以根据探测能量的波长和探测方式、应用目的分为可见光-反射红外遥感(0.383.0m)、热红外遥感(3.015m)、微波遥感三种基本形式,其中前两者可统称为光学遥感,属于被动遥感。2.地物波谱(P50)地物的反射、吸收、发射电磁波的特征是随波长而变化的。因此人们往往以波谱曲线的形式表示,简称地物波谱。3.遥感定标(P45)定标(校准)是将遥感器所得的测量值变换为绝对亮度或变换为与地表反射率、表面温度等物理量有关
2、的相对值的处理过程。或者说,遥感器定标就是建立遥感器每个探测器输出值与该探测器对应的实际地物辐射亮度之间的定量关系。它是遥感定量化的前提。4.植被指数(P372)对多光谱遥感数据进行分析运算(加、减、乘、除等线性或非线性组合方式),产生某些对植被长势、生物量等有一定指示意义的数值即所谓的“植被指数”。5.监督分类(P194)监督分类,又称训练分类法,即用被确认类别的样本像元去识别其他未知类别像元的过程。6.混合像元(P328)若像元包含不止一种土地覆盖类型,则称为混合像元,它记录的是所对应的不同土地覆盖类型光谱响应特征的综合。7.图像增强(P183)图像增强和变换则是为了突出相关的专题信息,提
3、高图像的视觉效果,使分析者能更容易地识别图像内容,从图像中提取更有用的定量化信息。8.辐射分辨率(P44)辐射分辨率指遥感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。即探测器的灵敏度遥感器感测元件在接收光谱信号时能分辨的最小辐射度差,或指对两个不同辐射源的辐射量的分辨能力。一般用灰度的分级数来表示,即最暗-最亮灰度值(亮度值)间分级的数目量化级数。9.透视收缩(P152)由于雷达按时间序列记录回波信号,因而入射角与地面坡角的不同组合,使其出现程度不同的透视收缩现象。即雷达图像上的地面斜坡被明显缩短的现象。“收缩”意味着回波能量相对集中,回波信号更强。评分标准:形成原因2分(雷达记录信号方式、入射角与
4、坡角组合各1分),斜坡缩短1分,能量集中、信号更强1分。10.BRDF(P32)BidirectionalReflectanceDistributionFunction,二向性反射率分布函数,是用来描述表面反射特性空间分布的基本参数。它被定义为d()d(,)(,;,)d()d(,)rriirriiLLBRDFEE=式中:i表示入射辐射天顶角,i表示入射辐射方位角;r表示反射辐射天顶角;r表示反射辐射方位角;、分别表示在入射和反射方向上的两个微小立体角;d(ir)iE表示在一个微小面积元上,特定入射光dA(,)ii的辐照度,单位为Wm-2;d()rL表示在一个微小面积元d上,特定反射光A(,)r
5、r的辐亮度,单位为Wm-2Sr-1。1.遥感系统(P3)遥感系统指不同的遥感平台和遥感器的组合。2.朗伯体(P31-32)当入射能量在所有方向均匀反射,即入射能量以入射点为中心,在整个半球空间内向四周各向同性的反射能量的现象,称为漫反射,也称各向同性反射。一个完全的漫射体称为朗伯体。3.分裂窗(P116)又称多通道法、劈窗法,指在地表温度热红外遥感反演中,利用1013m的大气窗口内,两个相邻通道(一般为10.511.5m、11.512.5m)对大气吸收作用的不同(尤其对大气中水汽吸收作用的差异),通过两个通道测量值的各种组合来剔除大气的影响,进行大气和地表比辐射率的订正。4.时间分辨率(P43
6、)时间分辨率是关于遥感影像间隔时间的一项性能指标。遥感探测器按一定的时间周期重复采集数据,这种重复周期,又称回归周期。它是由飞行器的轨道高度、轨道倾角、运行周期、轨道间隔、偏移系数等参数所决定。这种重复观测的最小时间间隔称为时间分辨率。1.黑体(P106)黑体被定义为完全的吸收体和发射体。它吸收和重新发射它所接收到的所有能量(没有反射)。它的吸收率和发射率均为1。也就是说,在任何温度下,对各种波长的电磁辐射能的吸收系数恒等于1的物体称为黑体。2.地表反照率(P34,P321)反射率的特征也可表示为反照率(Albedo),又称半球反射率,可定义为目标物的出射度与入射度之比(即单位时间、单位面积上
7、各个方向出射的总辐射能量M与入射总辐射能量E之比),常用表示为:=M/E。以太阳光作为入射光的地表半球反射率,称为地表反照率(即自然物体的半球反射率)。3.多角度遥感即利用传感器从不同方向多个角度对同一地物进行观测,以获取地物信息的技术手段称为多角度遥感。多角度遥感与常规单一方向遥感相比,能够获取更多的地物信息,这将有助于提高遥感定量反演的精度。评分标准:多个角度观测2分,获取更多信息1分,与常规遥感手段比较1分。4.亮度温度(P115)物体的亮度温度(Tb)是指辐射出与观测物体相等的辐射能量的黑体温度。即44skinbMTT=,1/4bskinTT=式中:为物体的比辐射率(发射率);为波耳兹
8、曼常数;M为物体的辐射出射度;Tskin为物体的动力学温度(分子运动温度)。5.空间分辨率(P36)空间分辨率,又称地面分辨率。后者是针对地面而言,指可以识别的最小地面距离或最小目标物的大小。前者是针对遥感器或图像而言的,指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小,或指遥感器区分两个目标的最小角度或线性距离的度量。它们均反映对两个非常靠近的目标物的识别、区分能力,有时也称分辨力或解像力。一般有像元、线对数、瞬时视场三种表示方法。6.热点效应由于太阳方向与观测方向不同,在一个像元内存在光照植被、光照土壤、阴影植被和阴影土壤四个分量。当观测方向与太阳方向完全重合时,像元内只能观测到光照植被和光照土
9、壤,此时像元最亮,这称为热点(苏理宏,李小文等,植被冠层热点的季相和日相变化,遥感学报,2002年第4期)。7.辐照度(P13)辐射照度(Irradiance),简称辐照度,指面辐射源在单位时间内,从单位面积上接收的辐射能量,即照射到物体单位面积上的辐射通量,常用E表示,单位为瓦/米2(Wm-2),表达为d/dEA=式中:d为面辐射源辐射通量微元,dA为面辐射源的面积微元。8.6S模型(P28)一种大气校正模型,英文全称为theSecondSimulationofSatelliteSignalintheSolarSpectrum(太阳光谱中卫星信号的二次模拟)。它是法国大气光学实验室的Tanr
10、e等人在原有的5S模型基础上提出、发展的改进版。6S大气校正模型适用于可见光-近红外(0.254m)的多角度数据。它对不同情况下(不同的遥感器、不同地面状况)太阳光在太阳-地面目标-遥感器整个传输路径中所受到的大气影响进行了描述。9.图像地理编码(P177)图像地理编码(Geo-coding):是一种特殊的图像纠正方式,把图像纠正到一种统一标准的坐标系,以使地理信息系统中来自不同遥感器的图像和地图能方便地进行不同层之间的操作运算和分析。10.成像光谱仪(P94)成像光谱仪仍属多光谱扫描仪的范畴。它在结构和成像原理方面与光机扫描仪、推扫式扫描仪有不少的相似。由于采用成像光谱技术,成像光谱仪具有高
11、光谱分辨率、图谱合一、高空间分辨率、高信噪比等突出特点。与传统的多光谱扫描仪相比,成像光谱仪能够得到上百通道、连续波段的图像,每个图像像元可以提取一条光谱曲线。成像光谱仪不是在“点”上的光谱测量,而是在连续空间上进行光谱测量,因此它是光谱成像的;其光谱通道不是离散的而是连续的,因此从它的每个像元均能提取一条平滑而完整的光谱曲线。成像光谱仪的出现,解决了传统科学领域“成像无光谱”和“光谱不成像”的历史问题(童庆禧、张兵、郑兰芬,高光谱遥感的多学科应用,电子工业出版社,2006.5)。评分标准:多光谱扫描仪1分,上百个通道、连续波段1分,提取光谱曲线1分,其他特点1分。一、名词解释(每题4分,共4
12、0分)1.定量遥感定量遥感是当前遥感发展的前沿。它利用遥感器获取的地表地物的电磁波信息,在计算机系统支持下,通过数学的或物理的模型将遥感信息与观测地表目标参量联系起来,定量地反演或推算出某些地学、生物学及大气等目标参量或地物定量信息。2.图像镶嵌(P179)当研究区超出单幅遥感图像所覆盖的范围时,通常需要将两幅或多幅图像拼接起来形成幅或一系列覆盖全区的较大图像,这个过程就是图像镶嵌。3.朗伯余弦定律(P32)一个完全的漫射体称为朗伯体,其电磁波的反射服从于朗伯余弦定律。从任何角度观察朗伯表面,其反射辐射能量(反射辐射亮度)都相同。朗伯余弦定律的表达式为式中:为观测方向与法线的夹角;I()为方向
13、的辐射强度;I0为法线方向的辐射强度。注意到辐射亮度L()与辐射强度I()的关系:()()/cosLIA=,因此上式转换成辐射亮度后有即反射辐射亮度与方向无关。4.纹理(P168)纹理(Texture)即图像的细部结构,指图像上色调变化的频率。它是一种单一细小持征的组合。这种单一持征可以很小,以至于不能在图像上单独识别。目视解译中,纹理指图像上地物表面的质感(平滑、粗糙、细腻等印象),一般以平滑/粗糙度划分不同层次。5.极化(P11)极化又称偏振,是横波中呈现出的一种特殊现象。电磁波作为一种横波,其相互垂直的电场和磁场的振动方向是与传播方向垂直的。传播方向确定后,其振动方向并不是惟一的。它可以
14、是垂直于传播方向(x轴)的任何方向(即y、z平面内的任一方向)。它可以是不变的,也可以随时间按一定方式变化或按一定规律旋转。电场的极化是用来描述给定位置电场矢量的方向随时间的变化,定义为空间某点处固定位置电场方向矢量的终点随时间变化所形成的轨迹(郭华东雷达对地观测理论与应用,科学出版社,2000)。评分标准:两种回答都可以,但都应说明电磁场振动方向(即电场矢量方向)随时间变化。6.合成孔径雷达(P147)即采用“合成天线”技术制成的雷达。这种技术考虑到在雷达探测过程中,由于目标与飞行器的相对运动,目标在雷达波束中将有一段停留时间,同时雷达可在飞行轨道的不同位置对目标进行观测。因此,可以通过线性
15、调频调制的“方位压缩技术”,构成“合成天线”。它如同一个沿直线方向运动着的线列小天线,移动到每个位置(或时间)发射一个信号,接收并分别存储每点的目标回波信号的振幅和相位信息,然后把存储的不同时刻的全部回波信号,进行合成处理(补偿因时间和距离不同所引起的相位差),方能得到地面的实际图像。这个处理过程相当于组成一个比实际天线大得多的合成天线,以获得高的方位分辨率。7.彩色红外片(P74)彩红外胶片的三层感光乳胶层中,以感红外光层替代了天然彩色胶片的感蓝光层,因此,片基以上依次为感红层,感绿层,感红外层。当目标反射0.50.9m波长范围内的电磁波能量入射到胶片上时,其中的红外分量、绿光分量、红光分量
16、分别在相应的乳胶层感光,经显影、定影处理后,在胶片(负片)上分别呈青、黄、品红影像,面在像片(正片)上分别呈现红、蓝、绿(负片色彩的互补色)的彩色影像。8.重采样(P178)遥感图像几何校正中,重新定位后的像元在原图像中分布是不均匀的,即输出图像像元点在输入图像中的行列号不是或不全是整数关系。因此需要根据输出图像上的各像元在输入图像中的位置,对原始图像按一定规则重新采样,进行亮度值的插值计算,建立新的图像矩阵。常用的重采样方法包括:最邻近像元法,双线性内插法,三次卷积内插法等。评分标准:重新定位后像元行列号不是或不全是整数关系2分,亮度值插值计算1分,常用方法1分。9.分类树(P223)在遥感
17、图像分类中,根据地面景物的总体规律及内在联系而建立的一种树状结构的框架,即称为分类树。建立分类树后可以根据分类树的结构逐级分层次地把所研究的目标一一区分、识别出来,即分层分类法。10.DN值(P172)数字图像是由一系列像元组成,每个像元有一数值(DNDigitalNumber)表示,称为像元的亮度值或灰度值。评分标准:答出像元的亮度值或灰度值即可。二、问答题(每题15分,共60分)1.简述典型地物的光谱特征(土壤、水体、植被)。(植物、土壤:P50-53;水体:P414-416)植物:健康绿色植物的波谱持征主要取决于它的叶子。在可见光谱段内,植物的光谱特性主要受叶的各种色素的支配,其中叶绿素
18、起着最重要的作用。由于色素的强烈吸收,叶的反射和透射很低。在以0.45m为中心的蓝波段及以0.67m为中心的红波段,叶绿素强烈地吸收辐射能(90)而呈吸收谷。在这两个吸收谷之间(0.54m附近)吸收较少,形成绿色反射峰(1020)而呈现绿色植物。假若植物受到某种形式的抑制,阻止它正常生长发育,导致叶绿素含量降低,叶绿素在蓝、红波段的吸收减少反射增强,特别是红反射率升高,以至于植物转为黄色(绿色+红色=黄色)当植物衰老时,由于叶绿素逐渐消失,叶黄素、叶红素在叶子的光谱响应中起主导作用,因而秋天树叶变黄或枫叶变红。在近红外谱段内,植物的光谱特征取决于叶片内部的细胞结构。叶的反射及透射能相近(各占入
19、射能的4550),而吸收能量很低(5)。在0.74m附近,反射率急剧增加。在近红外0.741.3m谱段内形成高反射。这是由于叶子的细胞壁和细胞空隙间折射率不同,导致多重反射引起的。由于植物类别间叶子内部结构变化大,故植物在近红外的反射差异比在可见光区域大得多,这样我们就可以通过近红外谱段内反射率的测量来区分不同的植物类别。在短波红外谱段内(1.3m以外),植物的入射能基本上均吸收或反射,透射极少。植物的光谱持性受叶子总含水量的控制,叶子的反射率与叶内总含水量约呈负相关,即反射总量是叶内水分含量及叶片厚度的函数。由于叶子细胞间及内部的水分含量,绿色植物的光谱反射率受到以1.4m、1.9m、2.7
20、m为中心的水的吸收带的控制,而呈跌落状态的曲线。其中1.4m和1.9m处的两个吸收带是影响叶子短波红外波段光谱相应的主要频带。1.1m和0.96m处的水的吸收带,虽然强度很小,但在多层叶片下,对反射率仍有显著影响。位于三个吸收带之间的1.6m和2.2m处有两个反射峰。所有的健康绿色植物均具有基本的光谱特性,其光谱响应曲线虽有一定的变化范围,而呈一定宽度的光谱带,但总的“峰-谷”形态变化是基本相似的。这是因为影响其波谱特性的主导控制因素一致。但是,不同的植物类别,其叶子的色素含量、细胞结构、含水量均有不同。因而光谱响应曲线总存在着一定的差异。即使同一植物,随叶的新老、稀密、季节不同、土壤水分及组
21、分含量差异,或受大气污染、病虫害影响等,均会导致整个谱段或个别谱段内反射率的变化,而且往往近红外波段比可见光波段能更清楚地观测到这些变化。这种变化相差异,是人们鉴别和监测植物的依据。土壤:土壤光谱反射率曲线的“峰-谷”变化较弱,曲线的形态远没有植物那么复杂。总的看来,土壤的反射率一般都是随着波长的增加而增加,在可见光和近红外波段尤为明显。土壤对所有入射能均吸收或反射,无透射。但是,土壤本身是一种复杂的混合物。影响土壤反射率的因素很多,包括水分含量、土壤结构(砂、粉砂、黏土的比例)、有机质含量、氧化铁的存在以及表面粗糙度等。这些因素是复杂的、变化的和相关的。水体:对水体来说,水体的光谱特征主要是
22、由水体本身的物质组成决定,同时又受到各种水状态的影响。在可见光波段0.6m之前,水的吸收少、反射率较低、大量透射。其中,水面反射率约5左右,并随着太阳高度角的变化呈310的变化;水体可见光反射包含水表面反射、水体底部物质反射及水中悬浮物质(浮游生物或叶绿素、泥沙及其他物质)的反射3方面的贡献。对于清水,在蓝-绿光波段反射率45,0.6m以下的红光部分反射率降到23,在近红外、短波红外部分几乎吸收全部的入射能量,因此水体在这两个波段的反射能量很小。这一特征与植被和土壤光谱形成十分明显的差异,因而在红外波段识别水体是较容易的。由于水在红外波段(NIR、SWIR)的强吸收,水体的光学特征集中表现在可
23、见光在水体中的辐射传输过程。它包括界面的反射、折射、吸收、水中悬浮物质的多次散射(体散射特征)等。而这些过程及水体“最终”表现出的光谱特征又是由以下因素决定的,包括水面的入射辐射、水的光学性质、表面粗糙度、日照角度与观测角度、气-水界面的相对折射率以及在某些情况下还涉及水底反射光等。2.比较K-L变换与K-T变换的异同。(P187-189,P378-380)K-L变换又称主成分分析(PrincipalComponentsAnalysis,PCA),是一种除去波段之间的多余信息,将多波段的图像信息压缩到比原波段更有效的少数几个转换波段的方法。在实际的主成分分析中,各主成分是对原始数据进行线性变换
24、而获得。在对TM数据进行主成分分析后,得到的前三个主分量PC1、PC2、PC3可包含原数据95%以上的信息。因此,主成分图像能大量地压缩数据量从而节省特征提取的处理时间。K-T变换又称穗帽变换(TC),是指在多维光谱空间中,通过线性变换、多维空间的旋转,将植物、土壤信息投影到多维空间的一个平面上,在这个平面上使植被生长状况的时间轨迹(光谱图形)和土壤亮度轴相互垂直。也就是,通过坐标变换使植被与土壤的光谱持征分离。植被生长过程的光谱图形呈所谓的“穗帽”图形;而土壤光谱则构成一条土壤亮度线,有关土壤特征(含水量、有机质含量、粒度大小、土壤矿物成分、土壤表而粗糙度等)的光谱变化都沿土壤亮度线方向产生
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