《卫星遥感图像处理与信息提取技术》课件

卫星遥感图像处理与信息提取技术探索地球观测的先进技术应用领域环境监测、农业、城市规划课程纲要图像处理技术基础信息提取方法从原始数据到可用信息的转换过程挖掘有价值的地理空间知识典型案例与应用新兴技术趋势实际问题解决与操作演示什么是卫星遥感定义与分类基本原理三大分辨率非接触获取地表信息的科学技术电磁波与地物相互作用空间地面清晰度按传感器分光学、雷达、热红外反射、散射、发射信息采集光谱波段数量时间重访周期遥感影像的获取与类型被动遥感主动遥感接收地物自然辐射/反射主动发射能量并接收例光学卫星、热红外例雷达、激光雷达主要数据源Landsat系列30-15m分辨率Sentinel系列10-20m分辨率商业高分卫星亚米级卫星遥感的系统组成空间部分卫星平台与传感器系统传输部分数据下行链路系统地面部分接收站与数据处理中心遥感图像处理的核心目标提高清晰度信息增强数据准备消除噪声干扰，增强细突出目标特征，强化重校正与标准化，保证后节表现要信息续分析可靠图像预处理技术概述辐射校正纠正传感器响应不均匀性大气校正消除大气散射、吸收影响几何校正修正图像与实际地理位置对应关系辐射校正传感器参数校准修正条带效应与坏像元DN值转换转换为辐射亮度值反射率计算获取真实地物反射特性大气校正大气散射大气吸收造成辐射增强减弱地表反射辐射校正结果校正算法恢复真实地表反射率6S、FLAASH模型几何校正与影像配准1控制点选取选择地面特征明显点位2几何变换模型多项式变换或复杂模型3重采样最邻近、双线性、三次卷积4精度评价均方根误差（RMSE）计算图像增强技术概述直方图拉伸扩大对比度直方图均衡化改善亮度分布假彩色合成突出特定特征空间滤波处理低通滤波高通滤波平滑处理，抑制噪声增强边缘，锐化细节如高斯滤波、均值滤波如拉普拉斯算子边缘检测提取地物边界如Sobel、Canny算子多光谱与超光谱分析多光谱超光谱波段数4-20波段数几十至数百带宽宽带宽窄，连续应用广泛更精确识别物质主成分分析（）PCA原理变换坐标轴，最大化数据方差降维减少数据冗余，保留主要信息应用增强特征，压缩数据图像分类基础监督分类无监督分类需要训练样本自动聚类分组面向对象分类精度评价结合空间与光谱特征混淆矩阵与Kappa系数遥感影像的监督分类训练样本SVM分类随机森林精确标记典型地物样本寻找最优分类超平面多决策树投票决定类别无监督分类K-均值聚类ISODATA固定簇数的迭代分类动态调整簇数的自适应聚类优点简单高效优点自动调整类别缺点需预设类别数缺点计算复杂深度学习与遥感图像分类语义分割迁移学习CNN自动提取空间特征像素级精确分类利用预训练模型图像分割技术基于阈值的分割基于边缘的分割适用于简单场景检测地物边界如水体、城市提取如建筑、道路提取基于区域的分割考虑空间邻近性如各类土地覆盖分析遥感信息提取概述目标识别查找特定地物地物分类区分不同地物类型变化检测监测地表动态变化地物分类技术分类类型适用范围优势光谱分类具明显光谱差异地物实现快速纹理分类结构明显地物区分相似光谱地物时序分类季节性变化监测提高分类准确度目标识别与变化检测目标识别变化检测模板匹配差值分析深度学习检测后分类比较应用车辆、建筑识别应用森林砍伐、城市扩张植被指数计算NDVI归一化植被指数近红外-红/（近红外+红）EVI增强型植被指数减少大气与土壤影响LAI叶面积指数量化植被覆盖密度应用领域作物监测、生态评估水体信息提取

0.6μm85%水体吸收强烈波段水体光谱识别准确率NDWI归一化水体指数土地覆盖与城市扩展监测城市边界演变不透水面提取城市热岛效应多时期影像对比分析识别建筑、道路等城市硬质表面热红外监测城市温度变化数字高程模型（）与地形分析DEMDEM获取方式地形分析应用案例立体测量坡度坡向洪涝风险评估干涉雷达地形曲率地质灾害预警激光雷达视域分析植被分布预测遥感数据融合技术不同分辨率融合多传感器融合高空间分辨率+高光谱光学+雷达融合算法多时相融合IHS、Brovey、小波变换4构建时序变化热红外遥感应用温度反演原理算法种类普朗克辐射定律单通道法大气透过率校正分裂窗算法主要应用城市热环境监测火山活动监测能源审计微波遥感与技术SAR全天候成像不受云层和光照限制特征提取地表粗糙度和介电特性去斑点处理Lee、Frost滤波器主要应用地表形变、海冰监测遥感在灾害评估中的应用洪水淹没范围快速绘制地震建筑损毁程度评估森林火灾蔓延监测预警滑坡灾害预测与监测农业应用案例作物长势监测产量预测精准农业利用NDVI跟踪生长状况结合历史数据与生长模型指导差异化田间管理森林与生态监测森林覆盖变化监测砍伐与再生碳储量估算评估森林碳汇能力生物多样性评估栖息地质量与连通性分析火灾监测林火监测与损害评估水资源管理71%

0.3%地球表面被水覆盖淡水占总水量比例15%全球人口面临水资源短缺智能城市遥感三维建模提取建筑高度与形状人口密度评估基于建筑特征估算基础设施规划交通网络优化设计遥感技术的军事应用目标侦察地形分析军事设施识别行军路线规划装备部署监测障碍物识别战场态势感知近实时动态监测变化敏感检测人工智能与遥感技术结合云端遥感数据处理平台云计算优势Google EarthAWS与Microsoft处理效率Engine Azure节省硬件成本，扩展实现分布式并行计算性强PB级数据库，强大分商业遥感数据解决方析功能案开源遥感软件工具QGIS SNAPENVI功能全面的GIS平台欧空局开发的卫星数据处理工具专业遥感分析软件遥感大数据分析数据获取存储与管理多源海量数据采集分布式存储架构可视化与应用处理与分析43知识发现与决策支持并行计算，机器学习遥感技术发展趋势概述小卫星与星座低成本，高时间分辨率高光谱遥感更窄波段，更精确识别激光雷达高精度三维结构提取云服务与在轨处理实现快速信息获取高分辨率遥感技术进展遥感与区域可持续发展SDG监测指标决策支持案例森林覆盖变化空间规划辅助非洲水资源管理城市扩展趋势资源优化分配亚马逊保护区监控农业可持续性环境影响评估亚洲城市群规划全球本科教育与研究世界顶尖遥感研究中心分布人才培养体系与课程设计国际遥感期刊与学术会议遥感挑战数据质量和伦理数据隐私问题高分辨率成像引发的隐私担忧数据质量控制噪声、大气条件对精度影响跨国数据共享数据安全与国家主权平衡技术鸿沟发达与发展中国家能力差距科学计算资源与遥感效率倍10TB100单颗卫星日数据量GPU加速比1PB典型遥感数据中心存储新型传感器开发高光谱相机多极化SAR量子传感器更窄波段全极化成像突破传统物理限制更高光谱分辨率地表参数反演超高灵敏度材料精确识别地下结构探测颠覆性技术遥感未来展望行星遥感探索火星与月球多平台协同卫星、无人机、地面传感器智能遥感自主分析与决策技术案例分享数据获取1多源卫星数据融合预处理与校正2辐射校正，几何校正特征提取3地物分类，目标识别趋势分析4变化监测，预测模型决策支持5结果可视化，建议形成课程总结影像处理信息提取预处理、增强、变换分类、识别、检测未来发展应用领域3智能化、多源融合环境、农业、城市提问与讨论问题探讨案例分析创新思考技术难点与解决方案实际工程应用问题发现新应用与研究方向。