武汉大学2005—2006学年《遥感原理与应用》试卷（A）

 

学号：      姓名：       院系：         专业：        得分

一、名词解释：（15）

1．绝对黑体                        2．大气窗口

3．图像融合                        4．距离分辨力

5．特征选择                      

二、简答题（45）

1．       分析植被的反射波谱特性。说明波谱特性在遥感中的作用。

2．       遥感图像处理软件的基本功能有哪些？

3．       遥感图像目视判读的依据有哪些，有哪些影响因素？

4．       写出ISODATA的中文全称和步骤。

5．       比较多光谱TM图像与SAR图像的异同点？

6．       写出MODIS中文全称，指出其特点。

7．       写出与遥感有关的书和专业杂志（至少各3种），遥感的应用领域（至少5个）。

8．       描述像点和地物点之间关系的主要模型有哪些，写出其通用数学模型，指出各自适用的传感器。

9．       根据你所学本课程的知识，你认为影响遥感技术发展的主要因素是什么，你有何见解？

三、论述题（40）

1．若用R代表地学的真实信息，R′代表从遥感图像上提取的信息，我们利用遥感技术的目的之一就是要实现ΔR=R—R′=min，试分析导致ΔR的因素，如何使其min？

2．叙述遥感图像监督法分类的基本原理，请你设计一个完整的框架以实现遥感图像的监督法分类，指出每一步的功能。

 

A卷参考答案要点

名词解释

1．绝对黑体：指能够全部吸收而没有反射电磁波的理想物体。

2．大气窗口：大气对电磁波有影响，有些波段的电磁波通过大气后衰减较小，透过率较高的波段。

3．图像融合：由于单一传感器获取的图像信息量有限，难以满足应用需要，而不同传感器的数据又具有不同的时间、空间和光谱分辨率以及不同的极化方式，因此，需将这些多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，生成新的图像，这个过程即图像融合。

4．距离分辨力：指测视雷达在发射脉冲方向上能分辨地物最小距离的能力。它与脉冲宽度有关，而与距离无关。

5．特征选择：指从原有的m个测量值集合中，按某一规则选择出n个特征，以减少参加分类的特征图像的数目，从而从原始信息中抽取能更好的进行分类的特征图像。即使用最少的影像数据最好的进行分类。

二、简答题（45）

1．分析植被的反射波谱特性。说明波谱特性在遥感中的作用。

由于植物进行光合作用，所以各类绿色植物具有相似的反射波谱特性，以区分植被与其他地物。

（1）由于叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，而对绿色反射作用强，因而在可见光的绿波段有波峰，而在蓝、红波段则有吸收带；

（2）在近红外波段（0.8-1.1微米）有一个反射的陡坡，形成了植被的独有特征；

（3）在近红外波段（1.3-2.5微米）受绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率大大下降； 但是，由于植被中又分有很多的子类，以及受到季节、病虫害、含水量、波谱段不同等影响使得植物波谱间依然存在细部差别。

波谱特性的重要性：

由于不同地物在不同波段有着不同的反射率这一特性，使得地物的波谱特性成为研究遥感成像机理，选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据；在外业测量中，它是选择合适的飞行时间和飞行方向的基础资料；有效地进行遥感图像数字处理的前提之一；用户判读、识别、分析遥感影像的基础；定量遥感的基础。

2．遥感图像处理软件的基本功能有哪些？

1）图像文件管理——包括各种格式的遥感图像或其他格式的输入、输出、存储以及文件管理等；

2）图像处理——包括影像增强、图像滤波及空间域滤波，纹理分析及目标检测等；

3）图像校正——包括辐射校正与几何校正；

4）多图像处理——包括图像运算、图像变换以及信息融合；

5）图像信息获取——包括直方图统计、协方差矩阵、特征值和特征向量的计算等；

6）图像分类——非监督分类和监督分类方法等；

7）遥感专题图制作——如黑白、彩色正射影像图，真实感三维景观图等地图产品；

8）三维虚拟显示——建立虚拟世界；

9）GIS系统的接口——实现GIS数据的输入与输出等。

3．遥感图像目视判读的依据有哪些，有哪些影响因素？

地物的景物特征：光谱特征、空间特征和时间特征。

影响因素包括：地物本身复杂性，传感器的性能以及目视能力。

4．写出ISODATA的中文全称和步骤。

迭代自组织数据分析算法

步骤：

1）初始化；2）选择初始中心；3）按一定规则(如距离最小)对所有像元划分；

4）重新计算每个集群的均值和方差；按初始化的参数进行分裂和合并；

5）结束，迭代次数或者两次迭代之间类别均值变化小于阈值；

6）否则，重复3-5；7）确认类别，精度评定。

5．比较多光谱TM图像与SAR图像的异同点？

n         成像方式不同；

n         地形起伏的影响不同；

n         分辨率不同；

n         光源：TM是利用多光谱成像，SAR利用微波成像；

n         抗干扰能力：由于SAR使用微波段，使其抗干扰能力强，具有全天候的工作能力；

n         应用目的不同。

6．写出MODIS中文全称，指出其特点。

MODIS即中等分辨力成像光谱仪，其特点是：

波段不连续,数量少（36个），地面分辨率较低（星下点离间分辨率为250M，500M，1000M），每1-2天可覆盖全球一遍，主要用于大气、海洋和陆地探测。

7．写出与遥感有关的书和专业杂志（至少各3种），遥感的应用领域（至少5个）。

《微波遥感原理》《遥感原理、方法和应用》《摄影测量与遥感概论》；

《遥感学报》《测绘学报》 《武汉大学学报 信息版》；

应用领域：地质调查、农作物估产、土壤解译、臭氧层检测。

8描述像点和地物点之间关系的主要模型有哪些，写出其通用数学模型，指出各自适用的传感器。

1）共线方程模型：适用于所有参数已知的传感器；

2）通用模型 ：适用于地形起伏较小的图像；

3）PFM模型：适用于高分辨力的传感器。

9．根据你所学本课程的知识，你认为影响遥感技术发展的主要因素是什么，你有何见解？

遥感技术发展目前的存在问题有以下几个：

 1）遥感的时效性：实时检测与处理能力不足； 2）遥感的定量反演：精度不能达到实用要求。

产生以上问题的原因有如下两条：

1）遥感技术本身的局限性； 2）人们认识上的局限性。

三、论述题

1．若用R代表地学的真实信息，R′代表从遥感图像上提取的信息，我们利用遥感技术的目的之一就是要实现ΔR=R—R′=min，试分析导致ΔR的因素，如何使其min？

由于在遥感图像获取信息的过程中存在着各种几何变形和辐射变形，在图象变换、特征选择过程以及信息提取等方面也存在误差，使得ΔR的出现不可避免。但是通过分析误差成因，我们可以尽可能的减少这些误差，使得ΔR=R—R′=min。

几何变形主要来源于以下：

（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（4）地球曲率引起的图像变形（5）大气折射所引起的图像变形（6）地球自转的影响

对于几何变形，可通过几何处理来进行误差纠正，包括粗纠正和精纠正。

辐射变形是指传感器接收到的地磁波能量与目标本身辐射的能量不一致，可通过辐射校正来校正或消除其影响。

特征变换有利于区分感兴趣的地物，而特征选择在于选择最佳的有利于分类的特征而不影响分类精度。

信息提取有目视判读和计算机分类，由于各种因素的影响，分类结果还存在一定误差。

通过提高图像预处理的精度以及改进分类算法来提高信息提取的精度。

 

2．叙述遥感图像监督法分类的基本原理，请你设计一个完整的框架以实现遥感图像的监督法分类，指出每一步的功能。

在事先知道样本区类别的信息的情况下对非样本数据进行分类的方法即监督法分类。其基本思想如下：首先，利用已知的样本类别和类别的先验知识（可通过对分类地区的目视判读、实地勘测或结合ＧＩＳ信息获得），确定判别函数和相应的判别准则，这一利用一定数量的已知类别的样本的观测值求解待定参数的过程称之为学习或训练；其次，将未知类别的样本的观测值代入判别函数；最后，根据判别准则对该样本的所属类别做出判定。

流程图如下：

 

选择训练样区

确定判别函数和判别规则

依据判别函数和判别规则对非训练样区进行分类

特征变换和特征选择

确定感兴趣的类别数

人工干预，分类后处理

精度评价

如上图所示,监督法分类可分为七个主要步骤，具体功能如下：

1．  确定感兴趣的类别数——用于确定要分类的地物，以建立这些地物的先验知识。

2．  特征变换和特征选择——通过该项处理，即能减少参加分类的影像数，加快分类速度，又能满足分类需要，提高分类精度。

3．  选择训练样区——选择合适的训练样区是获取正确的分类结果的必要条件，因为监督分类关于类别的数字特性都是从训练样区中获得的。 训练样区选择时必须注意准确性、代表性和统计性三个问题。

4．  确定判别函数和判别规则——利用训练样本的数据统计计算出判别函数的参数，以利用判别函数和攀比规则对其他非样本取得数据进行分类。

5．  依据判别函数和判别规则对非训练样区进行分类。

6．  对可能存在的误分目标进行人工干预改正。

7．  对结果利用现有资料进行精度评价。

 

武汉大学2005—2006学年《遥感原理与应用》试卷（B）

 

学号：      姓名：       院系：         专业：        得分

一、名词解释（15）：

1．大气窗口                          2．监督法分类

3．传感器定标                        4．方位分辨力

5．特征变换

二、简答题（45）

1．  遥感的基础是什么，其重要性体现在哪些方面？

2．  影响遥感图像目视判读的因素有哪些，有哪些判读方法？

3．  为何要进行图像融合，其目的是什么？

4．  叙述遥感的基本概念、特点以及发展趋势？

5．  写出SPOT多光谱，ETM，MODIS三类传感器获取图像的植被指数计算公式。

6．  写出SPOT图像的共线方程（旁向倾斜θ角），在其纠正模型中涉及到的未知参数有哪些？

7．  写出ISODATA的中文全称和步骤。

8．  写出MODIS中文全称，指出其特点。

9．  请你说出与遥感有关的书和专业杂志（至少各3种）？

三、论述题（40）

1．写出利用多时相图像来进行变化检测的流程图，写出相应的步骤和方法。

2．比较SPOT多光谱CCD，LANDSAT的ETM以及SAR三类传感器以及获取的图像的特点。

 

 

B卷参考答案要点

一、名词解释：

1.大气窗口：太阳辐射透过大气时，要发生反射、散射、吸收，从而使辐射强度发生衰减。对传感器而言，某些波段的电磁辐射通过大气衰减较小，透过率高，对遥感十分有利，成为遥感的重要探测波段，这些波段就是大气窗口。

2.监督法分类：根据已知的样本类别和类别的先验知识，确定判别函数和相应的判别准则，其中利用一定数量的已知类别函数中求解待定参数的过程称之为学习或训练，然后将未知类别的样本的观测值代入判别函数，再依据判别准则对该样本的所属类别作出判定。

3.传感器定标：指传感器探测值的标定过程方法，用以确定传感器入口处的准确辐射值。

4.方位分辨力：在航向上所能分辨出的两个目标的最小距离称为方位分辨率。

5.特征变换：将原始图像通过一定的数字变换生成一组新的特征图像，这一组新图像信息集中在少数几个特征图像上。

二、简答题

1.遥感的基础是什么，其重要性体现在哪些方面？

答：遥感的基础是地物发射或反射电磁波的性质不同。根据地物的发射或反射电磁波特性的不同，可以传感器成像获取图像，利用遥感图像来进行地物分类、识别、变化检测等。

2.影响遥感图像目视判读的因素有哪些，有哪些判读方法？

答：影响遥感图像目视判读的因素有：

       1）地物本身的复杂性，如存在同谱异物和同物异谱现象及地物纹理特性的复杂性。

       2）传感器特性的影响，如几何分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率和时间分辨率等。

       3）目视能力的影响，不同的人视力和色彩分辨力不同，影响目视判读。

       为了很好的克服上述问题，有这么些常用判读方法：直接判读法、对比分析法、事项动态对比分析法、信息复合法、综合推理法和地理相关分析法。

3.为何要进行图像融合，其目的是什么？

答：单一传感器获取的图像信息量有限，往往难以满足应用的需求，通过图像融合可以从不同的遥感图像中获取的更多的有用的信息，补充单一传感器的不足。图像融合是指将多元遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，生成新的图像的过程。图像融合可以分成像素级，特征级和决策级。像素级融合对原始图像及预处理各阶段上产生的信息分别进行融合处理，以增加图像中的有用信息成分，改善图像处理效果。特征级融合能以高的置信度来提取有用的图像特征。决策级融合允许来自多元数据在最高抽象层次上被有效利用。

4.叙述遥感的基本概念、特点以及发展趋势？

答：遥感是在不直接接触的情况下，对目标物或自然现象远距离感知的一门探测技术。具体是指在高空和外层空间的各种平台上，运用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输，变幻和处理，提取有用的信息，实现研究地物空间形状、位置、性质、变化及其与环境的相互关系得一门现代应用技术科学。

       遥感有如下特点：

1）波谱辐射量化性；2）宏观性：探测范围大，可以进行大面积同步观测；3）多源性：多平台、多时性、多波段（多尺度）；4）周期性、时效性，可以及时发现问题以及变化情况；5）综合性和可比较性；6）经济性；7）获取信息的手段灵活；8）应用广泛；9）遥感信息的复杂性

       遥感的发展趋势：

1）传感器分辨率的大幅提高；2）遥感平台有遥感卫星、宇宙飞船、航天飞机有一定时间间隔的短中期观测发展为以国际空间站为主的、多平台、多层面、长期的动态观测；3）光谱探测能力急剧提高，成像谱段范围拉大，光谱分辨率提高；4）遥感图像处理硬件系统从光学处理设备全面转向数字处理系统。处理软件不断翻新，向自动化、智能化、与GIS集成一体化和可视化方向发展。

5.写出SPOT多光谱，ETM，MODIS三类传感器获取图像的植被指数计算公式。

答：归一化差分植被指数用以使植被从水和土中分离出来，ETM、MODIS 和SPOT获取植被指数计算公式如下：

       ETM：

       MODIS：

       SPOT：

6. 写出SPOT图像的共线方程（旁向倾斜θ角），在其纠正模型中涉及到的未知参数有哪些？

答： 了解成像的几何关系，能推导其共线方程，并掌握纠正模型所须的参数。

7． 写出ISODATA的中文全称和步骤。

中文全称：迭代自组织数据分析算法。

(1).初始化；(2).选择初始中心；(3).按一定规则(如距离最小)对所有像元划分；

(4).重新计算每个集群的均值和方差；按初始化的参数进行分裂和合并；

(5).结束，迭代次数或者两次迭代之间类别均值变化小于阈值；

(6).否则，重复3-5；(7).确认类别，精度评定.

 

8． 写出MODIS中文全称，指出其特点。

全称：中等分辨力成像光谱仪。

特点：

波段36个：光谱范围0.4—14.5μm；地面分辨率：250m,500m,1000m；

宽视域：扫描角55°，宽2330公里；快速：1-2天获全球数据；

高辐射分辨力:12bit 。

9． 请你说出与遥感有关的书和专业杂志（至少各3种）

三、论述题（40）

1．写出利用多时相图像来进行变化检测的流程图，写出相应的步骤和方法。

本题考核学生根据所学内容来综合分析，要点包括：

根据成图比例尺选择图像；

进行图像的预处理：几何处理和辐射处理，目的是使图像具有一致的几何关系和相近的色调；

选择合适的算法进行变化检测；

评定变化检测的精度。

 

2．比较SPOT多光谱CCD，LANDSAT的ETM以及SAR三类传感器以及获取的图像的特点。

    本题考核学生对传感器的以及获取图像的特点的了解情况。

从仪器元件，成像过程，波谱范围，构像方程，投影方式，成像方式，空间分辨率，扫描方式，外方位元素变化引起的像点位移，地形起伏引起的像点位移，比例尺，立体成像能力，应用目的等方面去比较。