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【遙感入門系列壹】基本概念和不同波段組合

1. 遙感基本概念

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遙感有壹個很籠統的定義——遙遠的感知,它只是包含了壹層意思——數據的獲取。目前遙感不單單是壹種方法,而應該理解成為壹種技術,獲取地球信息的壹種技術(當然也可以獲取其它星球的信息)。它的定義就擴展了,在未接觸物體的情況下獲取其特征信息,在經過提取、判定、加工及應用分析的壹門綜合性技術。

遙感有壹個最基本的概念,就是地物光譜特性。這個概念也挺好理解,就是壹切物體,具有反射或輻射不同波長的電磁波,但是在不同種類和環境,其特性不同,因而就有兩種現象,同物異譜和同譜異物。

遙感根據不同的標準有不同的分類,每個分類有引出很多的定義。但是我覺得,只要記住以下幾個定義類型即可,其余的可以根據情況適當了解。類型包括:航空遙感、航天遙感、光學遙感、微波遙感(即雷達遙感)、高光譜遙感、被動式遙感。

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2. 遙感的優勢

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遙感優勢在於能夠頻繁持久地提供地表的面狀信息,具有宏觀、動態、精確地監測地表環境的變化的特點。由於人類的信息需求有80%與地理空間位置有關,遙感在國民經濟、社會發展和國防安全中起著越來越重要的作用。

“不識廬山真面目,只緣身在此山中”,遙感就是從外太空為人類增加壹雙眼睛。

3. 遙感圖像基本特征

遙感技術最基本的東西其實就是遙感圖像,不管妳是設計傳感器,還是專註遙感的應用,都是圍繞著圖像來工作。離開圖像來談遙感,等同於畫餅充饑。

遙感圖像反映的信息內容主要有波譜信息、空間信息和時間信息。

波譜信息

圖像上的波譜信息表現為已經量化的輻射值,即圖像的亮度/灰度指/像元值,他是壹種相對的量度。量化就是把采樣過程中獲得的像元平均輻射亮度值,按照壹定的編碼規則劃分為若幹等級,即把像元平均輻射亮度值按壹定方式離散化。它對應我們常見的概念就是圖像的比特或者灰階,如8比特,量化範圍就是0~255。

像元值間接反映了地物的波譜特征,不同的地物有著不同的像元值,當然把同譜異物排除,遙感圖像解譯中識別不同地物的壹個重要標誌就是圖像的像元值差異。同時像元值也是反映壹幅圖像信息量大小的重要,信息量的大小壹般采用了通訊理論中的的香農在1948年提出的熵來表示。

在ENVI中查看圖像的像元值非常的方便,如圖中所示,Data中的R、G、B對於的值就是像元值。

空間信息

空間信息是通過圖像的像元值在空間上的變化反映出來,包括圖像上有實際意義的點、線、面或者區域的空間位置、長度、面積、距離、紋理信息等都屬於空間信息。

與空間信息相關的兩個概念需要理解,壹是采樣,即把連續圖像空間劃分成壹個個網格,並對各個網格內的輻射值進行測量;二是空間分辨率,即圖像中壹個像元代表地面實際大小。?

要想得到圖像的空間信息,首先都得知道圖像的投影系統,圖像有了地理參考,才能對圖像進行量測,投影系統壹般分為地理投影和平面投影。?

在ENVI中,同樣可以很方便的查看圖像的基本信息,可以看到圖像的投影信息,空間分辨率、圖像大小等信息。

時間信息

圖像的時間信息指的是不同時相遙感圖像的光譜信息與空間信息的差異。圖像的時間信息對圖像的解譯、動態監測等影響很大。如不同季節下的樹木所含的葉綠素是不壹樣的,因此兩幅不同季節下同壹地物在圖像上的像元值是不壹樣的,表現為顏色也不壹樣。

除了需要查看以上三個方面的圖像特征外,還需要知道圖像的壹些統計特征,這些統計特征包括:

均值——圖像中所有像元值得平均值,它反映了地物信息的平均反射強度。

中值——指圖像所有灰度級中處於中間的值,表示壹個反差狀況。

灰度方差——它反映各像元灰度值與圖像平均灰度值得總的離散程度,它是衡量壹幅圖像信息量大小的重要度量。

圖像灰度數值值域——它是圖像最大灰度值和最小灰度值得差值,反映了圖像灰度值的變化程度,間接反映了圖像的信息量。

圖像直方圖——指圖像中所有灰度值的概率分布。它能夠反映圖像的信息量及分布特征。

多波段間的相關系數——相關系數是描述波段圖像間的相關程度的統計量,反映了兩個波段圖像所包含信息的重疊程度。?

在ENVI中的,Basic Tool->Statistics->Compute Statistics可以統計單個圖像的特征。

4. 遙感圖像預處理

圖像預處理是遙感應用的第壹步,也是非常重要的壹步。目前的技術也非常成熟,大多數的商業化軟件都具備這方面的功能。

數據預處理的過程包括幾何校正(地理定位、幾何精校正、圖像配準、正射校正等)、圖像融合、圖像鑲嵌、圖像裁剪、去雲及陰影處理和大氣校正等幾個環節,如下圖是中等分辨率的全色和多光譜圖像預處理流程圖示。在幾何校正環境,使用從標準數據中選擇控制點方式進行對全色圖像幾何校正,以全色圖像作為基準圖像配準多光譜圖像,將多光譜和全色圖像進行融合處理,利用矢量邊界對融合結果進行裁剪,最後得到具有地理坐標、較高分辨率的多光譜圖像。

現在對於預處理的流程在壹壹摸索中ing

5. 遙感波段組合

記住這些波段組合,有助於對於圖像的預處理。

Landsat TM (ETM+)7個波段可以組合很多RGB方案用於不同地物的解譯,Landsat8的OLI陸地成像儀包括9個波段,可以組合更多的RGB方案。

OLI包括了ETM+傳感器所有的波段,為了避免大氣吸收特征,OLI對波段進行了重新調整,比較大的調整是OLI Band5(0.845–0.885 μm),排除了0.825μm處水汽吸收特征;OLI全色波段Band8波段範圍較窄,這種方式可以在全色圖像上更好區分植被和無植被特征;此外,還有兩個新增的波段:藍色波段 (band 1; 0.433–0.453 μm) 主要應用海岸帶觀測,短波紅外波段(band 9; 1.360–1.390 μm) 包括水汽強吸收特征可用於雲檢測;近紅外band5和短波紅外band9與MODIS對應的波段接近,詳情參考下面的表。

如下表是國外公布的OLI波段合成的簡單說明。

這個表是前人在長期工作中總結的Landsat TM(ETM+)不同波段合成對地物增強的效果。

對比下表,可以將前2個表中的組合方案結合使用。

下面就是我分別用真彩色,灰白和假彩色顯示的圖片效果。

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