遙感復習粗加工版

1、第一章 緒論（教材第一章）1.1 遙感概述（教材1.1-1.3）遙感的基本概念廣義理解，泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波(聲波、地震波)等的探測。狹義遙感是指從遠離地面的不同工作平臺上（如高塔、氣球、飛機、人造地球衛(wèi)星、 宇宙飛船等），通過傳感器，對地球表面的電磁波（輻射）信息進行探測，并經(jīng)信息的傳輸，處理和判讀分析，對地球的資源與環(huán)境進行探測和監(jiān)測的現(xiàn)代化的綜合性技術(shù)。n 目前地學中使用的遙感概念都是狹義的遙感概念。遙感探測系統(tǒng)的組成1、遙感試驗：對電磁波特性、信息獲取、傳輸和處理技術(shù)的試驗2、遙感信息的收集系統(tǒng)：遙感平臺和傳感器3、遙感信息的接收與處理系統(tǒng)： 又稱地面

2、系統(tǒng)，由地面接收站組成4、遙感信息的判讀、分析和應(yīng)用系統(tǒng)遙感分類1、按遙感的工作平臺分類：地面遙感、航空遙感、航天遙感、航宇遙感2、按探測電磁波的工作波段分類：可見光遙感、紅外遙感、微波遙感等3按傳感器工作方式分類：主動遙感、被動遙感4、按遙感應(yīng)用的目的分類：環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、地質(zhì)遙感等5、按資料的記錄方式：成像方式、非成像方式6、按傳感器波段分類：紫外遙感 可見光遙感 紅外遙感 微波遙感 多波段遙感1.2 遙感發(fā)展概況當前遙感發(fā)展主要特點遙感平臺：遙感船/車，氣球等飛機衛(wèi)星/航天飛機當前，航空遙感已成業(yè)務(wù)化，航天平臺已成系列，20世紀已有5000余顆人造衛(wèi)星升空。傳感器：航空攝影

3、機多光譜攝影機掃描儀CCD探測波段不斷延伸，波段分割愈來愈細，單一譜段向多譜段發(fā)展。遙感信息處理：光學處理光電子學影像處理數(shù)字圖像處理當前，遙感信息處理，在全數(shù)字化，可視化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化方面有了很大發(fā)展，據(jù)估計，遙感獲取的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)計算機處理的還不足5%，所以遙感信息的處理將是制約遙感發(fā)展的關(guān)鍵之一。遙感應(yīng)用方面：遙感技術(shù)已滲透到國民經(jīng)濟及國防建設(shè)各領(lǐng)域。1、掌握發(fā)射技術(shù)和具備衛(wèi)星發(fā)射能力的國家越來越多， 美蘇（俄） 獨霸空間遙感領(lǐng)域的局面已經(jīng)打破； 日本、中國、巴西、印度、法國、澳大利亞、加拿大等。2、 高分辨率小型商業(yè)衛(wèi)星和雷達衛(wèi)星成為重要的信息來源。3、 小衛(wèi)星 ：質(zhì)量小于500千克的

4、小型近地軌道衛(wèi)星，地面分辨率可達5米，甚至1米。研制和發(fā)射成本低廉。研究周期短（1年左右）而大衛(wèi)星的研制周期平均為10年1.3 遙感特點與展望特點：1. 空間特性：感測范圍大， 具有宏觀、 綜合的特點。2. 光譜特性：信息量大、手段多、技術(shù)先進。 3.時相特性：獲取信息快，更新周期短，資料新穎，成圖迅速，重復探測，有利于進行動態(tài)分析。展望：1、 單一遙感資料分析，向多時相、多數(shù)據(jù)源的信息信息復合與綜合分析過渡；2、 從資源環(huán)境靜態(tài)分布研究，向動態(tài)過程監(jiān)測過渡；3、 從動態(tài)監(jiān)測，向預(yù)測、預(yù)報過渡；4、 從定性調(diào)查、系列制圖，向計算機輔助數(shù)字處理、定量自動制圖過渡；5、 從對各種事物的表面現(xiàn)象描述

5、，向內(nèi)在規(guī)律分析、機理研究過渡。6、 商業(yè)遙感時代的到來，各國研制遙感衛(wèi)星，向商用化轉(zhuǎn)移，私營企業(yè)參與或獨立進行研制、發(fā)射、運行，提供服務(wù)，鼓勵高分辨率衛(wèi)星計劃，1-5m，私營公司所有1.4 遙感應(yīng)用在資源調(diào)查方面的應(yīng)用1. 在農(nóng)業(yè)、林業(yè)方面的應(yīng)用：農(nóng)、林土壤干旱、鹽化沙化的調(diào)查及監(jiān)測2. 遙感在地質(zhì)礦產(chǎn)方面的應(yīng)用：土地利用類型調(diào)查客觀真實地反映各種地質(zhì)現(xiàn)象，形象地反映區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造,地質(zhì)找礦工程地質(zhì)、地震地質(zhì)、水文地質(zhì)和災(zāi)害地質(zhì)3.在水文、水資源方面的應(yīng)用：水資源調(diào)查、流域規(guī)劃、水土流失調(diào)查、海洋調(diào)查等在環(huán)境監(jiān)測評價的應(yīng)用1. 在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用：污染物位置、性質(zhì)、動態(tài)變化及對環(huán)境的影響；環(huán)

6、境制圖2. 在對抗自然災(zāi)害中的應(yīng)用：災(zāi)害性天氣的預(yù)報 旱情、洪水、滑坡、泥石流和病蟲害 森林火災(zāi)在區(qū)域分析及規(guī)劃的應(yīng)用在全球性宏觀研究應(yīng)用1. 全球性問題與全球性研究2. 人口問題、資源危機、環(huán)境惡化等3. 利用GPS監(jiān)測和研究板快的運移；深大斷裂活動；全球性氣候研究和災(zāi)情預(yù)報；世界冰川的進退在其他方面的應(yīng)用1、在歷史遺跡、考古調(diào)查方面的應(yīng)用2、在軍事方面的應(yīng)用1.5 遙感在地理學中的作用一、遙感已成為地理研究的重要信息源二、遙感已成為地理研究的重要手段和方法1. 遙感方法改變了地理研究的工作模式2. 遙感方法為地理分析提供了基礎(chǔ)，也為地理分析從定性到定量，從靜態(tài)到動態(tài)創(chuàng)造了件3. 遙感與地理

7、信息系統(tǒng)的結(jié)合，為地理研究提供了廣闊的發(fā)展前景第二章 電磁輻射與地物光譜特征2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜按電磁波在真空中傳播的波長或頻率，遞增或遞減排列，則構(gòu)成了電磁波譜。 射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波 (能量從低到高)遙感常用各光譜段范圍及主要特征 紫外線：0.01-0.38m 0.01-0.3 m ：幾乎全部被大氣層吸收； 0.3-0.38 m ：部分能通過大氣層到達地面，目前主要用于探測碳酸鹽分布及油污染監(jiān)測，但對高空遙感不宜采用。 可見光：0.38-0.76m 反射波段 人眼對可見光能夠直接感覺，所以可見光是作為鑒別物質(zhì)特征的主要波段，是遙感中最常用的波段

8、。 ü 紅外線：0.76-1000m 近紅外（0.76-3.0m）：反射波段，特征與可見光相似； 中紅外（3.0-6.0m） 遠紅外（6.0-15.0m） 超遠紅外（15.0-1000m）：發(fā)射波段，紅外遙感采用熱感應(yīng)方式探測地物本身的輻射（eg：熱污染、森林火災(zāi)等），能夠全天時遙感 。 微波：1-1000mm 分為：毫米波、厘米波、分米波，具有全天候、全天時、穿透性強。 電磁輻射的度量 輻射源任何物體 遙感的輻射源可分為自然電磁輻射源（太陽和地球等）和人工電磁輻射源（主動式遙感采用人工輻射源，是指人為發(fā)射的具有一定波長或一定頻率的波束）兩類。電磁波傳遞電磁能量的傳遞 遙感的探測輻射

9、能量的測定輻射能量（W）單位：J，電磁輻射的能量 輻射通量（）單位：W(=J/s)，單位時間內(nèi)通過某一面積的輻射能量=dW/dt 輻射通量是波長的函數(shù)，總輻射通量是各譜段。輻射通量之和或輻射通量的積分值 輻射通量密度（E）單位 W/m²，單位時間內(nèi)通過單位面積的輻射能E=d/dS，S為面積 輻照度（I）單位 W/m² 被輻射的物體表面單位面積的輻射通量 I=d/dS，S為面積 輻射出射度（M）單位 W/m² 輻射源物體表面單位面積的輻射通量 ，d/dS，S為面積I與M都與波長有關(guān) 輻射亮度（L）單位 W/（sr·m²），假定有一輻射源呈面狀，向

10、外輻射的強度隨輻射方向 而不同，則L定義為輻射源在某一方向，單位投影表面，單位立體角內(nèi)的輻射通量，即F輻射源向外輻射電磁波時，L往往隨角而改變。也就是說，接收輻射的觀察者以不同的角觀察輻射源時，L值不同 輻射亮度L與觀察角無關(guān)的輻射源，稱為郎伯源。嚴格的說，只有絕對黑體才是朗伯源。 絕對黑體：如果一個物體對于任何波長的電磁輻射都全部吸收，則這個物體是絕對黑體。 絕對黑體的吸收率(,T)1 反射率(,T ) 0 自然界中沒有絕對黑體，實用黑體是由人工方法制成的黑體輻射規(guī)律普朗克公式：式中， h 為普朗克常數(shù)，6.626×10-34（J· s）； c 為光速，3×10

11、8（m· s-1）； k為波爾茲曼常數(shù)，1.38×10-23（J· K-1）； T 為絕對溫度（K）； 為波長（m）。 此式有兩個自變量：、T ，其它都是常數(shù)，因而可寫為： = f ( , T)，表示出了黑體輻射通量密度與溫度的關(guān)系以及按波長分布的規(guī)律。黑體輻射的特性： 輻射通量密度隨波長連續(xù)變化，每條曲線只有一個最大值溫度愈高，輻射通量密度也愈大，不同溫度的曲線是不相交的（斯忒藩-波爾茲曼定律）斯忒藩-波爾茲曼定律：絕對黑體的總輻射出射度與黑體溫度的四次方成正比 因此，溫度的微小變化，就會引起輻射通量密度很大的變化，是紅外裝置測定溫度的理論基礎(chǔ)。隨著溫度的升高，

12、輻射最大值所對應(yīng)的波長移向短波方向（維恩位移定律）維恩位移定律： 黑體輻射光譜中最強輻射的波長max與黑體絕對溫度T成反比高溫物體發(fā)射較短的電磁波，低溫物體發(fā)射較長的電磁波。常溫（如人體300K左右，發(fā)射電磁波的峰值波長9.66m ）針對要探測的目標，選擇最佳的遙感波段和傳感器。實際物體的輻射 發(fā)射率(Emissivity)是一個介于0和1的數(shù)，發(fā)射率就是實際物體與同溫度的黑體在相同條件下的輻射出射度之比。 影響地物發(fā)射率的因素： 溫度、波長、地物的性質(zhì)、表面狀況等按照發(fā)射率與波長的關(guān)系，把地物分為：絕對黑體 = = 1 灰 體 = 但 01 選擇性輻射體 =() 理想反射體（絕對白體） =

13、= 0基爾霍夫定律： 僅與溫度、波長有關(guān)。在任一給定溫度下，地物單位面積上的輻射通量密度 W和吸收率之比，對于任何地物都是一個常數(shù)，并等于該溫度下同面積黑體輻射通量密度。Mi為輻射出射度，i為吸收系數(shù)，Ii為輻照度。 發(fā)射率或比輻射率 ：在給定的溫度下，物體的發(fā)射率=吸收率（同一波段） a作業(yè)：論述太陽輻射在傳播到地球表面又返回被衛(wèi)星或飛機上的傳感器接收的整個過程中發(fā)生的物理現(xiàn)象。 答案示例提綱： （1）太陽輻射下行到達地面 吸收： 散射： （2）太陽輻射與地面的相互作用 反射： 吸收： 透射： （3）太陽輻射上行到達傳感器 吸收： 散射： （4）傳感器接收太陽輻射取決于探測元件2.2 太陽輻

14、射及大氣對輻射的影響 太陽輻射 ：近似于溫度為6000K的黑體輻射，主要集中在0.3-2.5m，在紫外、可見光到近紅外區(qū)段。太陽輻射的衰減過程： 17%被大氣吸收22%被大氣散射30%被云層反射回 ，31%到達地面 透射率與路程、大氣的吸收、散射有關(guān)大氣的吸收作用 ：大氣中的各種成分對太陽輻射有選擇性吸收，形成太陽輻射的大氣吸收帶。大氣吸收的主要成分是氧氣、臭氧、水、二氧化碳等 氧氣：小于0.2 m；0.155為峰值。高空遙感很少使用紫外波段的原因。 臭氧：數(shù)量極少但吸收很強。兩個吸收帶；對航空遙感影響不大。（0.2-0.36；0.6；9.6 m ） 水：吸收太陽輻射能量最強的介質(zhì)，分為氣態(tài)水

15、和液態(tài)水。水汽吸收電磁輻射的波段范圍較寬，從可見光、紅外直至微波，都有水汽的吸收帶。液態(tài)水的吸收更強，主要在長波方向。因此，水對紅外遙感有極大的影響。 二氧化碳：量少，吸收主要在紅外區(qū)，可忽略不計。1.352.85 um之間有3個弱吸收帶，2.7，4.3，14.5 um為強吸收帶。 塵埃：對太陽輻射有一定的吸收作用，但吸收量很少，當有沙塵暴、煙霧和火山爆發(fā)等發(fā)生時，大氣中塵埃急劇增加，這時它的吸收作用才比較顯著。大氣的散射作用 ：太陽輻射在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，并向各個方向散開。 改變了電磁波的傳播方向，干擾傳感器的接收，降低了遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量，影響判讀。 大氣散射集中在太陽輻射

16、能量最強的可見光區(qū)。因此，散射是太陽輻射衰減的主要原因。根據(jù)輻射的波長與散射微粒的大小之間的關(guān)系，散射作用可分為三種： 1. 瑞利散射：當微粒的直徑比輻射波長小得多時，此時的散射稱為瑞利散射。 Ø散射率與波長的四次方成反比，因此，瑞利散射的強度隨著波長變短而迅速增大。紫外線是紅光散射的30倍，0.4微米的藍光是4微米紅外線散射的1萬倍。 Ø瑞利散射對可見光的影響較大，對紅外輻射的影響很小，對微波的影響可以不計。無云的晴天，天空為什么呈現(xiàn)藍色？ 藍光波長短，散射強度較大 朝霞和夕陽為什么都偏橘紅色？ 陽光斜射向地面，波長較短的光都被散射，波長較長的紅光、橙光難被散射。因此，旭

17、日和夕陽呈現(xiàn)桔紅色。2. 米氏散射：當微粒的直徑與輻射波長差不多時的大氣散射。Ø米氏散射的強度與波長的二次方成反比，且散射在光線向前方向比向后方向更強，即有方向性。 云、霧的粒子大小與紅外線的波長(0.7615 um)接近，所以云霧對對紅外線的米氏散射不可忽視。3. 無選擇性散射：當微粒的直徑比輻射波長大得多時所發(fā)生的散射。符合無選擇性散射條件的波段中，任何波段的散射強度相同。 Ø水滴、霧、塵埃、煙等氣溶膠常產(chǎn)生非選擇性散射。 Ø無選擇性散射的強度與波長無關(guān)大氣折射：電磁波穿過大氣層時會發(fā)生折射現(xiàn)象。折射改變太陽輻射的方向，不改變太陽輻射的強度。 為什么早晨看到的

18、太陽園面比中午時看到的太陽園面大？ 因為當太陽在地平線上時，折射角度最大，甚至它還沒出地平面，由于折射，地面上已可以見到它了。反射作用: 電磁波傳播過程中通過兩種介質(zhì)的交界面上時，會出現(xiàn)反射現(xiàn)象。 氣體、塵埃反射作用很小，反射現(xiàn)象主要發(fā)生在云層頂部，取決于云量和云霧，而且各個波段均受到不同程度的影響。 云量越多、云層越厚，反射越強。大氣窗口 ：通常把電磁波通過大氣層時而較少被反射、吸收或散射的，透過率較高的波段稱為大氣窗口。 大氣窗口是選擇遙感工作波段的重要依據(jù)。2.3 地球的輻射與地物波譜 2.3.1 太陽輻射與地表的相互作用太陽輻射：近似于溫度為6000K的黑體輻射，主要集中在0.3-2.

19、5m，在紫外、可見光到近紅外區(qū)段。就短波而言，地表反射的太陽輻射是地表的主要輻射來源，而來自地球自身的輻射，幾乎可以忽略不計。地球自身輻射：近似于溫度為300K的黑體輻射，集中在6.0m以上的熱紅外區(qū)段。 就長波段而言，太陽輻射的影響幾乎可以忽略不計，只考慮地表自身的熱輻射。2.5-6m的中紅外波段，地球?qū)μ栞椛涞姆瓷浜偷乇砦矬w自身的熱輻射均不能忽略。地球輻射的分段特性意味著： 可見光、近紅外波段遙感圖像上的信息體現(xiàn)地物的反射特性。 中紅外波段遙感圖像上既有地表反射太陽輻射的信息，也有地表自身的熱輻射信息。 熱紅外波段遙感圖像上的信息體現(xiàn)地物本身的熱輻射特性。2.3.2 地物的光譜特性地物波

20、譜 地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波波長的改變而變化的規(guī)律。 地物波譜特性 電磁輻射與地物相互作用的表現(xiàn)特征。不同波譜段的地物波譜特性： Ø 可見光/近紅外：反射 Ø 中紅外：反射+地物自身熱輻射 Ø 遠紅外：地物自身熱輻射 Ø 微波：主動遙感地物后向散射。被動遙感地物微波輻射在可見光與近紅外波段，地表物體自身的熱輻射幾乎等于零。地物發(fā)出的波譜主要以反射太陽輻射為主。到達地面的太陽輻射能量 = 反射能量 + 吸收能量 + 透射能量 （是被地物反射、吸收或透射）一. 地物的反射光譜特性地物反射率 ：物體反射的輻射能量占總?cè)肷淠芰康陌俜直?。地物反射率的大小與入射

21、電磁波的波長、入射角的大小以及地物表面顏色和粗糙度等有關(guān)。在一般情況下，當入射電磁波波長一定時，反射能力強的地物，反射率大，傳感器記錄的亮度值也大，在黑白遙感圖像上色調(diào)就淺。反之，反射能力弱的地物，反射率小，傳感器記錄的亮度值就小，在黑白遙感圖像上色調(diào)就深。這些色調(diào)的差異是遙感圖像目視判讀的基本出發(fā)點。物體的反射狀況分為三種： 鏡面反射：物體的反射滿足反射定律，入射波和反射波在同一平面內(nèi)，入射角與反射角相等。只有在反射波射出的方向上才能探測到電磁波。漫反射：當入射輻照度I一定時，從任何角度觀察反射面，其反射輻射亮度是一個常數(shù)。實際物體反射：介于鏡面和朗伯面之間的一種反射，自然界中絕大多數(shù)地物都

22、屬于這種類型。 對太陽輻射的反射具有各向異性，即實際物體表面在有入射波時各個方向都有反射能量，但大小不同。地物反射光譜：地物的反射率隨入射波波長變化的規(guī)律 地物反射光譜曲線：按地物反射率與波長之間的關(guān)系 繪成的曲線 （橫坐標為波長值， 縱坐標為反射率） 1） 不同地物的反射光譜曲線不同，因而可以根據(jù)遙感傳感器所接收到的電磁波譜特征的差異來識別不同的地物，這是遙感的基本出發(fā)點。2）同類地物的反射光譜具有相似性，但也有差異性。 eg：不同植物；植物病蟲害3）研究地物的光譜特性，還應(yīng)考慮其時間特性和空間特性的變化。時間特性是指同一位置上的同一地物在一段時間內(nèi)光譜特性的變化。空間特性是指同一類地物，由

23、于其所處的地理位置不同，光譜特性可能存在的一些差異和變化。二. 地物的發(fā)射光譜特性 任何地物當溫度高于絕對溫度0K時，組成物質(zhì)的原子、分子等微粒，在不停地做熱運動，都有向周圍空間輻射紅外線和微波的能力。通常地物的發(fā)射電磁輻射的能力是以發(fā)射率作為衡量標準。1.地物發(fā)射率 自然界中，黑體輻射是不存在的，一般地物輻射能量總要比黑體輻射能量小。如果利用黑體輻射公式，則需要增加一個因子，這個因子就是發(fā)射率“比輻射率”。 發(fā)射率 是一個介于0和1的數(shù)，是指實際物體與同溫度的黑體在相同條件下的輻射出射度之比。地物的發(fā)射率是溫度和波長的函數(shù)，與地物的性質(zhì)、表面狀況（如粗糙度、顏色等）有關(guān)。 不同溫度的同一物體

24、，溫度越高，其發(fā)射率越高；同一地物，表面粗糙或顏色較深的，發(fā)射率往往較高，表面光滑或顏色較淺的，發(fā)射率則較小。 地物發(fā)射率的差異也是遙感的基礎(chǔ)和出發(fā)點。2. 地物發(fā)射光譜 地物的發(fā)射率隨波長變化的規(guī)律，稱為地物的發(fā)射光譜。按地物發(fā)射率與波長間的關(guān)系繪成的曲線，稱為地物發(fā)射光譜曲線。三. 環(huán)境對地物光譜特性的影響 地物的物理性狀：表面顏色、粗糙度、風化及含水情況等。 光源的輻射強度：同一地物的反射光譜強度，因它所處的緯度和海拔高度不同有所差異。 季節(jié)：同一地物，在同一地點的反射光譜強度，由于季節(jié)不同而有差異。 探測時間：在進行地物光譜測試中，必須考慮“最佳時間”， 以避免由于光照幾何條件的改變而

25、產(chǎn)生的變異。 氣象條件：同一地物在不同天氣條件下，反射光譜曲線也不同。2.3.3 地物波譜特性的測量地物反射波譜特性的測定原理 ：用光譜測定儀分別探測被測地物和標準板，測量、記錄和計算地物對每個波譜段電磁波的反射率，其反射率的變化規(guī)律即為該地物的波譜特征。 測定地物的反射波譜特性的儀器有: 分光光度計、光譜儀、攝譜儀等 為了測定目標的波譜，需要測定三類光譜輻射值： 第一類：為暗光譜，即沒有光線進入光譜儀時由儀器記錄的光譜，通常是系統(tǒng)本身的噪聲值，取決于環(huán)境和儀器本身溫度；第二類：為參考光譜或標準板白光，實際上是從較完美漫輻體標準板測得的光譜； 第三類：為樣本光譜或目標光譜，是從感興趣的目標物上

26、測得的光譜，這是研究最終需要的光譜。 最后，感興趣目標的反射光譜是在相同的光照條件下通過參考光譜輻射值除目標光譜輻射值得到，因此，目標反射光譜是個相對于參考光譜輻射的比值光譜反射率。2.3.4 地物光譜的應(yīng)用野外光譜儀在自然環(huán)境下測得的光譜數(shù)據(jù)可用于不同的遙感領(lǐng)域。首先，可用來建立和測試描述表面方向性光譜反射和生物物理屬性的關(guān)系。地表的輻射能抵達傳感器是一個復雜的過程，受多種因素影響，因而這種模擬是必要的。 其次，光譜測量學用來描述表面反射特性，以便為航空和航天傳感器定標。 第三，物體的波譜曲線形態(tài)反映出該地物類型在不同波段的反射率，并以此與遙感傳感器獲得的數(shù)據(jù)相對照，可以識別遙感影像中同類地

27、物。 第四，當有些應(yīng)用不需要圖像數(shù)據(jù)時，光譜測量或低空測量不失為成本低廉、靈活的數(shù)據(jù)獲取方法。第三章 遙感成像原理與遙感圖像特征1.氣象衛(wèi)星特點:軌道 低軌： 800km-1600km 太陽同步（極軌） 每天在固定的時間經(jīng)過每個地點的上空 高軌： 36000km 地球同步（靜止） 短周期重復觀測 靜止氣象衛(wèi)星 0.5小時/次 極軌氣象衛(wèi)星 約 0.51天次氣象衛(wèi)星時間分辨率高， 利于對地面快速變化的動態(tài)監(jiān)測用成像面積大，有利于獲得宏觀同步信息，減少數(shù)據(jù)處理容量：極軌氣象衛(wèi)星掃描寬度約2800km， 只需23條軌道就可覆蓋我國；靜止氣象衛(wèi)星能觀測1/4地球面積。更加容易獲得完全同步、 低云量或無

28、云的影像 。資料來源連續(xù)、實時性強、成本低 ：可見光和紅外云圖等圖像資料；云量、 云分布、 大氣垂直溫度、 大氣水汽含量、 臭氧含量、云頂溫度、 海面溫度等數(shù)據(jù)資料；太陽質(zhì)子、 X射線的高空大氣物理參數(shù)等空間環(huán)境監(jiān)測資料；對于圖像資料和數(shù)據(jù)資料等加工處理后的派生資料。2.氣象衛(wèi)星應(yīng)用：天氣分析和氣象預(yù)報;氣候研究和氣候變遷的研究;資源環(huán)境其他領(lǐng)域 如大氣圈、 海溫監(jiān)測、 環(huán)境監(jiān)測等3.陸地衛(wèi)星Landsat、 SPOTETM 6 10.412.5 熱紅外 60 PAN 0.520.90 全色波段 154.海洋遙感特點：1) 需要高空和空間的遙感平臺，以進行大面積同步覆蓋的觀測 2) 以微波遙感

29、為主 3) 電磁波與激光、聲波的結(jié)合是擴大海洋遙感探測手段的一條新路 4) 海面實測資料的校正5. 攝影像片的幾何特征（一） 像片投影中心投影 點：地面物體是一個點， 在中心投影上仍然是一個點。 線：與像面平行的直線， 在中心投影上仍然是直線， 與地面目標的形狀基本一致。 平面上的曲線， 在中心投影的像片上仍為曲線。 面：面狀物體的中心投影相當于各種線的投影的組合。水平面的投影仍為一平面。垂直面的投影依其所處的位置而變化， 當位于投影中心時，投影所反映的是其頂部的形狀， 呈一直線；在其他位置時，除其頂部投影為一直線外， 其側(cè)面投影成不規(guī)則的梯形。（二） 像片比例尺 平坦地區(qū)、垂直攝影時，像片比

30、例尺等于像機焦距 f 與航高 H 之比。 地面起伏時，一張像片中不同像點的比例尺不同。（三） 像點位移 位移量與地形高差h成正比，高差越大引起的像點位移量也越大 位移量與像點距像主點的距離r成正比，距像主點越遠的像點位移量越大，像片中心部分位移量較小。像主點無位移。 位移量與攝影高度（航高）H成反比，航高越大，位移量越小6. 掃描成像：掃描成像是依靠探測元件和掃描鏡對目標地物，以瞬時視場為單位進行的逐點、 逐行取樣， 以得到目標地物電磁輻射特性信息， 形成一定譜段的圖像。其探測波段可包括紫外、 紅外、 可見光和微波波段。7. 光機掃描幾何特征：光/機掃描的幾何特征取決于它的瞬時視場角和總視場角

31、 。瞬時視場角（ 2） ：掃描鏡在一瞬時時間可以視為靜止狀態(tài)，接收到的目標物電磁輻射， 限制在一個很小的角度之內(nèi)， 這個角度就稱為瞬時視場角。 即掃描儀的空間分辨率。總視場角 /總掃描角（ 2） ：從遙感平臺到地面掃描帶外側(cè)所構(gòu)成的夾角。總視場L：掃描帶的地面寬度。 L = 2 H tan 8.固體自掃描探測元件：電子藕合器件CCD9.成像光譜技術(shù)：既能成像又能獲取目標光譜曲線的 “譜像合一” 技術(shù)才稱:為成像光譜技術(shù)。10.微波遙感的特點： 能全天候、 全天時工作；對某些地物具有特殊的波譜特征；對冰、 雪、 森林、 土壤等具有一定穿透能力；對海洋遙感具有特殊意義；分辨率較低， 但特性明顯分類

32、：主動微波遙感：通過向目標物發(fā)射微波并接收其后向散射信號實現(xiàn)對地觀測遙感雷達 側(cè)視雷達 合成孔徑側(cè)視雷達 被動微波遙感：通過傳感器， 接收來自目標地物發(fā)射的微波， 而達到探測目的的遙 感方式。11. 側(cè)視雷達的分辨力：1）距離分辨力（垂直于飛行的方向）在理論上等于脈沖寬度的一半 ，實際應(yīng)用采用脈沖壓縮的方法。俯角越大，距離分辨力越低；俯角越小，距離分辨力越大。2）方位分辨力（平行于飛行方向）發(fā)射波長越短、天線孔徑越大、距離目標地物越近，則方位分辨力越高。12.合成孔徑側(cè)視雷達的工作原理：遙感平臺在勻速前進運動中，以一定的時間間隔發(fā)射一個脈沖信號，天線在不同位置上接收回波信號，并記錄和貯存下來。

33、將這些在不同位置上接收的信號合成處理，得到與真實天線接收同一目標回波信號相同的結(jié)果。這樣，就使一個小孔徑天線，起到了大孔徑天線的同樣作用。天線孔徑越小，方位分辨力越高13.遙感圖像的特征：幾何特征，物理特征，時間特征遙感圖像的空間分辨率 ：像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時視場，遙感圖像上能夠分辨的最小單元。遙感圖像的波譜分辨率：間隔越小、分辨率越高，有利于識別更多的目標。遙感圖像的輻射分辨率：傳感器接收波譜信號時，能分辨的最小輻射度差。遙感圖像的時間分辨率：根據(jù)不同的遙感目的，采用不同時間分辨率。第四章 遙感圖像處理顏色的性質(zhì) 1、明度：人眼對光源或物體明亮程度的感覺。 “電磁輻射亮

34、度”，明度受視覺感受性和經(jīng)驗影響 物體反射率越高，明度就越高。 色調(diào)：色彩彼此相互區(qū)分的特性。往往刺激人眼的光波是一些波長的組合。 2、 飽和度：彩色純潔的程度。光譜中波長是否窄，頻率是否單一的表示。 -光源：發(fā)出的若是單色光就是最飽和的； -物體顏色：如果物體對光譜反射有很高的選擇性，只反射很窄的波段則飽和度高。 3、 黑白色只用明度描述，不用色調(diào)、飽和度描述顏色相加原理 不同比例的三基色光相加得到彩色 紅綠黃 紅藍品 藍綠青 紅藍綠白 紅+青=綠+品=藍+黃=白 顏色相減原理：當白色光線先后通過兩塊濾光片產(chǎn)生顏 色混合時，入射光通過每一濾光片時都減掉一部分輻射， 最后通過的光是經(jīng)過多次減法

35、的結(jié)果。 黃色濾光片：減藍 品色濾光片：減綠 青色濾光片：減紅 輻射校正：為什么？許多因素會對傳感器接收到的輻射值產(chǎn)生影響，例如傳感器誤差、太陽輻射在下行和上行過程中大氣的吸收和散射作用、地形因素、日地距離和太陽入射光的幾何條件等 利用遙感圖像進行地表監(jiān)測時，需要對這些干擾的因素進行輻射校正，使得遙感圖像盡可能地反映并且只反映地面目標的差異 基本概念輻射校正：消除或改正遙感圖像成像過程中附加在傳感器輸出的輻射能量中的各種噪聲的過程 哪幾個部分組成傳感器端的輻射校正、大氣校正、地形校正幾何校正：變形的原因1. 遙感平臺位置和運動狀態(tài)變化的影響 2.地形起伏的影響 3.地球表面曲率的影響 4.大氣

36、折射的影響 5.地球自傳的影響精校正的過程： （1）空間插值：即確定輸出圖像像元的空間位置。首先通過地面控制點建立幾何關(guān)系，然后將待校正圖像的坐標校正到輸出圖像中 （2）亮度插值：確定輸出圖像像元的亮度值。由于原始圖像像元值與輸出像元坐標之間沒有直接的一一對應(yīng)關(guān)系，校正后的輸出圖像像元需要填入一定的亮度值，而該像元柵格并非剛好落在規(guī)則行列坐標上， 因此必須重新確定校正后輸出像元的亮度值。（內(nèi)插值）（地面控制點、擬合方程、重采樣方法）地面控制點是一個在圖像上可以分辨并且能在地圖上精確定位的地表位置選擇地面控制點的原則：u 控制點的數(shù)量：多項式次數(shù)決定所需的GCP的最低數(shù)量u 控制點分布：GCP應(yīng)

37、該盡可能均勻在校正區(qū)域內(nèi)u 控制點精度：GCP的精度越高，幾何校正的效果越好擬合方程的次數(shù)問題 n 理論上，多項式次數(shù)越高，就越接近模擬原始輸入圖像的幾何誤差的應(yīng)得參數(shù)，高次多項式常常能精確地擬合地面控制點周圍的區(qū)域 n 然而，在遠離GCP的區(qū)域可能引入其他幾何誤差，并且采用高次多項式時，計算量也較大 n 一般情況下，應(yīng)盡可能使用一次線性多項式，只有當數(shù)據(jù)集中存在嚴重的幾何誤差時才使用二次或更高次多項式 常用的重采樣方法：最近鄰插值法、雙線性插值法和三次卷積插值法 灰度直方圖：灰度直方圖反映了數(shù)字圖像中每一灰度級與其出現(xiàn)頻率間的關(guān)系本質(zhì)上是灰度分布的概率密度函數(shù) 多光譜特征空間：一個n維坐標系

38、，每一個坐標軸代 表一個波段，坐標值為亮度值，坐標系內(nèi)一個點表示多波段圖像中一個像元 對比度變換圖像對比度增強又稱反差增強、灰度拉伸、對比度拉伸，是指通過改變圖像像元的亮度值來改變圖像像元對比度，從而改變圖像質(zhì)量的圖像處理方法。 空間濾波（平滑、銳化）平滑濾波 平滑濾波是低頻增強的空域濾波技術(shù)，常用于模糊處理，或減少噪聲 當圖像上的噪聲點過多時，可用平滑濾波抑制噪聲改善圖像質(zhì)量 銳化濾波 為了突出地物的邊緣、線狀目標或某些亮度變化率大的部分，可以采用銳化濾波的方法，也稱為邊緣增強 邊緣增強是對圖像的高頻信息進行的增強 平滑濾波通過積分使圖像邊緣模糊，銳化濾波則通過微分使圖像邊緣突出 彩色變換單

39、波段彩色變換 對單波段遙感圖像按灰度分級，對每級賦予不同的色彩， 使之變?yōu)橐环噬珗D像。這種方法又叫密度分割。 遙感圖像處理單波段彩色增強的意義： 如果分層方案與地物光譜差異對應(yīng)得好，可以區(qū)分出地物的類別。 Eg：在紅外波段，水體的吸收很強，在圖像上表現(xiàn)為接近黑色，這時若取低亮度值為分割點并以某種顏 色表現(xiàn)則可以分離出水體。因此，只要掌握地物光譜的特點，就可以獲得較好的地物類別圖像。 當?shù)匚锕庾V的規(guī)律性在某一影像上表現(xiàn)不太明顯時， 也可以簡單地對每一層亮度值賦色，以得到彩色影像， 也會較一般黑白影像的目視效果好。 多波段彩色變換 根據(jù)加色法彩色合成原理，選擇遙感影像的某三個波段，分別賦予紅、綠

40、、藍三種原色，就可以合成彩色影像 彩色合成中選擇的波段的波長與紅綠藍的波長相同或近似，所得圖像的顏色與真彩色近似的合成方式為真彩色合成。 假彩色合成是指選擇多波段遙感圖像中的任意三個波段，分別賦予紅、 綠、藍三種原色，在屏幕上合成彩色圖像的方式。 在LANDSAT的TM圖像中，對4、3、2波段分別賦予紅、綠、藍色合成的假彩色圖像稱為標準假彩色圖像。標準假彩色圖像中，突出了植被、水體、城鄉(xiāng)、山區(qū)、平原等特征，植被為紅色、水體為黑色或藍色、城鎮(zhèn)為深色，地物類型信息豐富。圖像運算 兩幅或多幅單波段圖像，完成空間配準后，通過一系列運算，可以實現(xiàn)圖像增強，達到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。（1

41、） 加法運算 基本公式為 B=B1+B2 應(yīng)用：對同一區(qū)域不同時段的圖像求平均（減少圖像加性隨機噪聲）， 或者獲取特定時段的平均統(tǒng)計特征。（2） 差值運算 基本公式為 B=B1-B2 應(yīng)用：提供不同波段或不同時相圖像間的差異信息，用于動態(tài)監(jiān)測、運動目標檢測與跟蹤、圖像背景消除、不同圖像處理效果的比較及目標識別等工作中 eg：紅外波段-紅波段，突出植被 （3） 乘法運算 基本公式為 B=B1 * B2 應(yīng)用：用來遮掉圖像的某些部分 圖像乘法還可利用卷積來實現(xiàn)圖像的平滑，銳化，消除圖像中的噪音，凸現(xiàn)邊緣信息 eg：圖像處理中的掩膜 （4） 比值運算 基本公式為 B=B1/B2 應(yīng)用：減輕地形的干擾

42、（如果陰坡的坡度大于太陽高度角則難于處理） 擴展地物，特別是植被間的光譜差異 抑制大氣的影響 減少了數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性 多光譜變換（K-L變換、K-T變換）K-L變換（主成分變換）是在統(tǒng)計特征基礎(chǔ)上的多維正交線性變換K-L變換的主要目的就是把原始多波段圖像的信息變換成互不相關(guān)的主成分，它是去除相關(guān)、特征提取和數(shù)據(jù) 壓縮的有效方法 K-L變換原理：對多光譜圖像組成的光譜空間 X 乘以線性變換矩陣 A ， 產(chǎn)生一個新的光譜空間 Y，其表達式為：Y=AX K-L變換的特點： 主分量空間與多光譜空間坐標系旋轉(zhuǎn)了一個角度 新坐標系的坐標軸一定指向數(shù)據(jù)信息量較大的方向 第一主分量集中了最大的信息量，常常占8

43、0%以上；后面的分量的信息量依次遞減 最后的幾個分量幾乎全是噪聲，所以這種變換又可分離出噪聲。 K-T變換（纓帽變換）將植物、土壤信息投影到多維空間的一個平面上，使植被生長狀況的時間軌跡和土壤亮度軸相互垂直，即通過坐標變換使植被與土壤的光譜特征分離 K-T變換后的U中的六個分量相互垂直，前三個分量具有明確的物理意義： U1 亮度 U2綠度 U3濕度特點 ： 具有明確的物理意義 效果有時優(yōu)于PCA（K-L）和4/5/3 ，2/3/4合成 局限性：如果區(qū)域的土壤、植被和濕度的分布不平衡或差異小，變換效果不好僅能用于LandSat圖像 第五章 遙感信息提?。ń滩牡谖?、六章）5.1 遙感圖像目視解譯攝

44、影像片的種類、特點與判讀1、 遙感攝影像片的種類（1）可見光黑白全色像片 明暗色調(diào)與真實景物明暗色調(diào)近似（2）黑白紅外像片 明暗色調(diào)是由地物在近紅外波段反射率強弱決定的（3）彩色像片 與真實景物色彩相似（4）彩紅外像片 綠被賦予藍，紅被賦予綠，反射紅外線的地物被賦予紅色（5）多波段攝影像片 多波段黑白相片的比較；合成彩色圖像（6）熱紅外相片 記錄了地物發(fā)射熱紅外線的強度2、遙感攝影像片特點與解譯標志（ 1）攝影像片的特點ü 絕大部分為大中比例尺像片,各種人造地物的形狀特征與圖型結(jié)構(gòu)清晰可辨；ü 絕大部分采用中心投影，可以看到地物的頂部輪廓。（ 2）攝影像片的解譯標志像片解譯

45、標志又稱判讀標志， 指能夠反映和表現(xiàn)目標地物信息的遙感影像各種特征， 這些特征能夠幫助判讀者識別遙感圖像上目標地物或現(xiàn)象。直接判讀標志 形狀：人造地物具有規(guī)則的幾何外形和清晰的邊界，自然地物具有不規(guī)則的外形和規(guī)則的邊界。 大小：不知道比例尺時，可以比較兩個物體的相對大小；已知比例尺，可直接算出地物的實際大小和分布規(guī)模。 色調(diào)與顏色：黑白像片上，據(jù)地物間色調(diào)的相對差異區(qū)分地物。彩色像片上據(jù)地物不同顏色差異或色彩深淺的差異來識別地物。 陰影：本影：是地物未被太陽照射到的部分在像片上的構(gòu)像。有助于獲得地物的立體感。落影：是陽光直接照射物體時，物體投在地面上的影子在像片上的構(gòu)像。 紋理：通過色調(diào)或顏色

46、變化表現(xiàn)的細紋或細小的圖案。這種細紋或細小的圖案在某一確定的圖像區(qū)域中以一定的規(guī)律重復出現(xiàn)?？山沂镜匚锏募毑拷Y(jié)構(gòu)或內(nèi)部細小的物體。 圖型：揭示不同地物間的內(nèi)在聯(lián)系。間接解譯標志指能夠間接反映和表現(xiàn)地物信息的遙感圖像的各種特征，借助它可推斷與某地物屬性相關(guān)的其他現(xiàn)象。 目標地物與其相關(guān)指示特征 地物及與環(huán)境的關(guān)系 目標地物與成像時間的關(guān)系3、遙感攝影像片的判讀方法 P149-153 可見光黑白像片和黑白紅外像片解譯 P149色調(diào)和形狀 彩色像片與彩紅外像片解譯 P150 熱紅外像片的解譯 P151色調(diào): 地面溫度的構(gòu)像形狀: 被探測地物與背景溫度差異形成” 熱分布” 形狀大小: 地物的形狀和熱輻

47、射特性影響圖像的尺寸陰影: 目標地物與背景之間的輻射差異造成陰影 多波段攝影相片的解譯掃描影像的判讀遙感掃描影像特征1）宏觀綜合概括性強 空間分辨率越低，對地面景觀概括性越強，對景物細節(jié)的表現(xiàn)力越差。2）信息量豐富遙感掃描影像采用多波段記錄地物的電磁波信息，每個波段都提供了豐富的信息。3）動態(tài)觀測資源衛(wèi)星進入太空就一刻不停地繞地球運轉(zhuǎn)，以一定周期重復掃描地球表面，并及時向地面發(fā)送最新所獲掃描影像。遙感影像主要解譯方法1）先圖外后圖內(nèi)先了解影像圖框外提供的各種信息。2）先整體后局部先整體觀察，綜合分析目標地物與周圍環(huán)境的關(guān)系。3）勤對比，多分析多個波段對比；不同時相對比；不同地物對比。微波影像的判讀微波影像的特點（結(jié)合3.4節(jié)） 側(cè)視雷達采用非中心投影方式成像， 與攝像機中心投影方式完全不同。 微波影像中的分辨率是由成像雷達的斜距分辨率和方位向分辨率決定的， 它們分別由脈沖的延遲時間和波束寬度來控制的。 比例尺在橫向上產(chǎn)生畸變。 地形起伏位移。微波影像的判讀（ 1）微波與目標地物相互作用規(guī)律。 隨著地面由平滑表面向粗糙表面過渡， 微波影像上的色調(diào)則逐漸由深變