Desktop遙感技術(shù)基礎(chǔ)全冊配套完整課件

1遙感技術(shù)基礎(chǔ)測繪工程專業(yè)基礎(chǔ)課授課教師楊敏華聯(lián)系方式y(tǒng)angmhua@163.com2學(xué)習(xí)目標(biāo)了解遙感的發(fā)展概況、應(yīng)用情況和發(fā)展趨勢。掌握遙感的原理與方法,了解遙感的技術(shù)系統(tǒng)。掌握常用遙感數(shù)據(jù)的基本特征和信息提取方法。掌握有關(guān)遙感軟件的基本操作與使用初步具有解決實際問題的能力

根據(jù)應(yīng)用目的，選擇適用的遙感數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)奶幚硎侄?，實現(xiàn)遙感信息獲取這一基本目標(biāo)。3彭望碌等編著《遙感概論》，高等教育出版社孫家柄等編著《遙感原理與應(yīng)用》，武漢大學(xué)出版社，2003梅新安等編著《遙感導(dǎo)論》，高等教育出版社，2010尹占娥等編著《現(xiàn)代遙感導(dǎo)論》，科學(xué)出版社，2008趙英時等編著《遙感應(yīng)用分析原理與方法》，科學(xué)出版社，2003湯國安等編著《遙感數(shù)字圖像處理》，科學(xué)出版社，2004陳曉玲等中文導(dǎo)讀《遙感數(shù)字影像處理導(dǎo)論》，科學(xué)出版社，2007楊昕、湯國安等編著《ERDAS遙感數(shù)字圖像處理實驗教程》，科學(xué)出版社，2009主要參考教材4

第一章遙感概述(1)

第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)(2)

第三章遙感成像及影像特性(2)

第四章遙感圖像處理(2)

第五章遙感圖像目視判讀(1)

第六章遙感信息提取(2)

第七章遙感技術(shù)應(yīng)用(1)

第八章遙感理論體系及其關(guān)鍵問題（1）授課提綱及目錄5課程考核

總成績=(課堂提問、作業(yè)、論文、實驗報告）*30%+考試*70%

課堂提問(課前,課中,課后)作業(yè)，論文實驗報告考試6第一章遙感概述

遙感概念遙感技術(shù)系統(tǒng)遙感類型遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用7遙感的概念

定義：一門綜合運用物理原理、數(shù)學(xué)方法和地學(xué)規(guī)律，在遠處（高空）以非接觸方式探測物體形狀、性質(zhì)和變化動態(tài)的新興科學(xué)技術(shù)。

原理：遙感的理論基礎(chǔ)是物理學(xué)，其核心是電磁波理論。

第一章遙感概述

8

通過觀察一幅圖和幾組遙感影像來初步認(rèn)識與了解，何謂遙感和遙感影像數(shù)據(jù)？遙感原理示意圖9遙感的宏觀特性10FY-1D圖像11NOAA-16圖像NOAA-16日期:2003年05月11日時間:04:59:14(UTC)

（UTC指國際標(biāo)準(zhǔn)時間或格林尼治時間）

121314哈薩克斯坦阿拉海的變遷19731987200015消失的非洲匝得湖19721987200216快速擴展的城市（成都市）17空間分辨率愈來愈高的遙感影像10米空間分辨率18空間分辨率愈來愈高的遙感影像4米空間分辨率19空間分辨率愈來愈高的遙感影像1米空間分辨率20空間分辨率愈來愈高的遙感影像0.6米空間分辨率21IKONOS，1米空間分辨率愈來愈高的遙感影像22空間分辨率愈來愈高的遙感影像QuickBird，0.61米23思考與普通圖像相比，遙感圖象有什么異同？為什么要從高空對地成像？可以想到的遙感應(yīng)用有哪些?空間分辨率與覆蓋范圍的關(guān)系？多時相遙感影像能為我們帶來哪些信息？在遙感圖像中識別各類地物的依據(jù)可以有哪些？24

遙感的理論基礎(chǔ)是物理學(xué)，依據(jù)是物體的電磁波譜。植物土壤水體反射光譜波長反射率在遙感圖像中識別各類地物的理論依據(jù)25遙感的發(fā)展

概念的提出1960年由美國人提出；我們可以把遙感看成是人類眼睛的延伸歷史：眼睛望遠鏡攝影機多光譜成像遙感的物理基礎(chǔ)：所有地物都具有發(fā)射、反射、吸收電磁波的性質(zhì)。不同的地物具有不同的電磁波譜特性。26遙感的特點空間特性:視域范圍大，具有宏觀特性。光譜特性:探測的波段從可見光得到大幅擴展,增大了對地物的探測能力。時相特性:在不同時期對同一地區(qū)成像，有利于進行動態(tài)研究和環(huán)境監(jiān)測。獲取信息快，更新周期短.多源性：多平臺、多時相、多波段(多尺度)數(shù)據(jù)的綜合性和可比性經(jīng)濟性。廣泛適用性當(dāng)前之不足:信息的提取方法不能滿足遙感快速發(fā)展的要求，對計算機性能和遙感信息獲取算法提出了更高要求。27遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一門綜合性探測技術(shù)。遙感技術(shù)與現(xiàn)代物理學(xué)、空間技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)學(xué)和地理學(xué)密切相關(guān)。遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，成為地球環(huán)境資源的調(diào)查和規(guī)劃不可缺少的有效手段。28廣義理解，遙感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。但實際工作中，重力、磁力、聲波、地震波等的探測被劃為物探(物理探測)的范疇。因而，只有電磁波探測屬于遙感的范疇。

狹義理解，遙感是指從不同高度的平臺（Platform）上，使用各種傳感器（Sensor），接收來自地球表層的各種電磁波信息，并對這些信息進行加工處理，從而對不同的地物及其特性進行遠距離探測和識別的綜合技術(shù)。292遙感技術(shù)系統(tǒng)

1信息源2信息獲取3信息記錄與傳輸4信息處理5信息應(yīng)用3031遙感信息源任何可以可以發(fā)射，反射，吸收電磁波的目標(biāo)都可以被稱為遙感信息源。32空間信息獲取地物信息主要由搭載在遙感平臺上的傳感器獲取。傳感器接收到目標(biāo)地物的電磁波信息，記錄在數(shù)字磁介質(zhì)或膠片上。遙感平臺：裝載傳感器的工具或設(shè)備，主要有地面平臺(如遙感車、手提平臺、地面觀測臺等)、空中平臺(如飛機、氣球、其他航空器等)、空間平臺(如火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間實驗室、航天飛機等)傳感器：接收、記錄目標(biāo)物電磁波特征的儀器（各種光學(xué)、無線電儀器），如掃描儀、雷達、攝影機、攝像機、輻射計等。33信息獲取在外觀上，Terra衛(wèi)星的大小大概相當(dāng)于一輛小型校園公汽。它裝載的五種傳感器能同時采集地球大氣、陸地、海洋和太陽能量平衡的信息。

34遙感數(shù)據(jù)的傳輸和接收膠片是由人或回收艙送至地面回收，而數(shù)字磁介質(zhì)上記錄的信息則可通過衛(wèi)星上的微波天線傳輸給地面的衛(wèi)星接收站。地面站接收到遙感衛(wèi)星發(fā)送來的數(shù)字信息，記錄在高密度的磁介質(zhì)上(如高密度磁帶HDDDT或光盤等)，并進行一系列的處理，如數(shù)據(jù)解碼、輻射校正、衛(wèi)星姿態(tài)校正、投影變換等，再轉(zhuǎn)換為用戶可使用的通用數(shù)據(jù)格式，或轉(zhuǎn)換成模擬信號(記錄在膠片上)，才能被用戶使用。35接收衛(wèi)星發(fā)下來的遙感圖像信息及衛(wèi)星姿態(tài)、星歷參數(shù)等。發(fā)射衛(wèi)星的國家除了在本土建立接收站以外，還可在其他國家建立接收站(僅僅接收遙感圖像信息)。本土上的地面接收站還負(fù)擔(dān)發(fā)送控制中心的指令，接收衛(wèi)星發(fā)回的有關(guān)星上設(shè)備工作狀態(tài)的遙感數(shù)據(jù)和地面遙測數(shù)據(jù)收集站發(fā)射給衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。每個接收站都有一個跟蹤衛(wèi)星的大型天線，一般陸地衛(wèi)星接收站的天線張角為±85°。地面接收站36信息處理硬件系統(tǒng)：計算機顯示設(shè)備大量存儲設(shè)備圖象輸入輸出設(shè)備軟件系統(tǒng)：數(shù)據(jù)輸入模塊幾何校正模塊圖象變換模塊圖象融合模塊圖象分類模塊圖象分析模塊地面站或用戶還可根據(jù)需要進行精校正處理和專題信息處理、分類等。主要依靠以下兩種系統(tǒng)輔助完成：37

常用遙感圖像處理軟件

目前國內(nèi)常用的遙感圖像處理軟件有：ERDAS：美國亞特蘭大ERDAS公司集遙感和GIS于一身的軟件。ENVI：美國BetterSolutionsConsulting有限公司開發(fā)的遙感圖像處理軟件。PCI:加拿大PCI公司的產(chǎn)品，處理遙感圖像。38信息應(yīng)用根據(jù)不同的應(yīng)用目的進行（各個專業(yè)領(lǐng)域的人員）。在應(yīng)用的過程中需要大量的信息處理、分析。393遙感的類型（1）按遙感平臺分地面遙感:傳感器設(shè)置在地面平臺上，如車載、船載、手提、固定或活動高架平臺等;航空遙感:傳感器設(shè)置于航空器上，主要是飛機、氣球等;航天遙感:傳感器設(shè)置于環(huán)地球的航天器上，如人造地球衛(wèi)星、航天飛機、空間站、火箭等;航宇遙感:傳感器設(shè)置于星際飛船上，指對地球外其它星體進行目標(biāo)探測的遙感系統(tǒng)。40（2）按傳感器的探測波段分可見光遙感:探測波段在0.4一0.76μm之間;紅外遙感:探測波段在0.76一1000μm之間;微波遙感:探測波段在1mm一1m之間。41根

據(jù)

波

段

把

遙

感

劃

分

為3

種

類

型

42（3）按工作方式分成像遙感與非成像遙感成像遙感傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號可轉(zhuǎn)換成(數(shù)字或模擬)圖像;非成像遙感傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號不能形成圖像。主動遙感和被動遙感主動遙感由探測器主動發(fā)射一定電磁波能量并接收目標(biāo)的后向散射值量;被動遙感的傳感器不向目標(biāo)發(fā)射電磁波，僅被動接收目標(biāo)物的自身發(fā)射和對自然輻射源的反射能量。4344主動遙感和被動遙感的區(qū)別45（4）按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域分從宏觀角度可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等;從應(yīng)用領(lǐng)域可分為資源遙感、環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、漁業(yè)遙感、地質(zhì)遙感、氣象遙感、水文遙感、城市遙感、工程遙感及災(zāi)害遙感、軍事遙感等，還可以劃分為更細(xì)的研究對象進行各種專題應(yīng)用。464遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域林業(yè)：清查森林資源、監(jiān)測森林火災(zāi)和病蟲害。農(nóng)業(yè)：作物估產(chǎn)、作物長勢及病蟲害預(yù)報。水文與海洋：水資源調(diào)查、水資源動態(tài)研究、冰雪監(jiān)控、海洋漁業(yè)。國土資源：國土資源調(diào)查、規(guī)劃和政府決策。氣象：天氣預(yù)報、氣候預(yù)報、全球氣候演變研究。47環(huán)境監(jiān)測：水污染、海洋油污染、大氣污染、固體垃圾等及其預(yù)報。測繪：航空攝影測量測繪地形圖、編制各種類型的專題地圖和影像地圖。城市：城市綜合調(diào)查、規(guī)劃及發(fā)展?？脊牛哼z址調(diào)查、預(yù)報。地理信息系統(tǒng)：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)。48請同學(xué)總結(jié)遙感的概念遙感的過程遙感的特點遙感的發(fā)展趨勢以及存在的問題了解遙感的應(yīng)用領(lǐng)域請同學(xué)預(yù)習(xí)2.1電磁波譜和黑體輻射(8頁)491遙感的發(fā)展簡史

(1)無紀(jì)錄的地面遙感階段(1608-1838年)1608年，漢斯·李波爾賽制造了世界第一架望遠鏡，1609年伽利略制作了放大倍數(shù)3倍的科學(xué)望遠鏡，從而為觀測遠距離目標(biāo)開辟了先河。但望遠鏡觀測不能把觀測到的事物用圖像的方式記錄下來。(2)有記錄的地面遙感階段(1839-1857)

對探測目標(biāo)的記錄與成像始于攝影技術(shù)的發(fā)明，并與望遠鏡相結(jié)合發(fā)展為遠距離攝影。1839年，達蓋爾(Daguame)發(fā)表了他和尼普斯(Niepce)拍攝的照，第一次成功地把拍攝到事物形象地記錄在膠片上。1849年，法國人艾米·勞塞達特(AimeLaussedat)制定了攝影測量計劃，成為有目的有記錄的地面遙感發(fā)展階段的標(biāo)志。50(3)航空攝影遙感階段(1858-1956年)1858年，G·F·陶納喬用系留氣球拍攝了法國巴黎的“鳥瞰”像片。

1903年，J·紐布朗納設(shè)計了一種捆綁在飛鴿身上的微型相機.同年，W·萊特和O.萊特發(fā)明了飛機。

1909年，W·萊特在意大利的森托塞爾上空用飛機進行了空中攝影;1913年，利比亞班加西油田測量應(yīng)用航空攝影.

在第一次世界大戰(zhàn)期間，航空攝影成了軍事偵察的重要手段，并形成了一定的規(guī)模。

1924年，彩色膠片出現(xiàn).1935年彩色膠片投入市場。第二次世界大戰(zhàn)前朝，德、英等國認(rèn)識到空中偵察和航空攝影的重要軍事價值，并在偵察敵方軍事態(tài)勢、部署軍事行動等方面收到了實際效果。51二戰(zhàn)中，微波雷達的出現(xiàn)及紅外技術(shù)應(yīng)用于軍事偵察，使遙感探測的電磁波譜段得到了擴展。二戰(zhàn)及其以后，出版了一些著作，對航空遙感的方法和理論進行了總結(jié)。如1941年A·J·厄德萊(Eardey)的《航空像片:應(yīng)用與判讀》、J·W·巴格萊(Bagley)的《航空攝影與航空測量》等。前者討論了航空像片的地質(zhì)學(xué)應(yīng)用及某些地物，包括植被的物征。后者則側(cè)重于航空測量的方法探討。與此同時，人才培養(yǎng)與專業(yè)學(xué)術(shù)刊物的出版也是這一時期的特點。美國在大學(xué)中開設(shè)了航空攝影與像片判讀的課程;國際地理學(xué)會于1949年設(shè)立了航空像片應(yīng)用專業(yè)委員會。1945年，美國創(chuàng)刊了《攝影測量工程》雜志(1975年改為《攝影測量工程與遙感》，現(xiàn)已成為國際著名的遙感專業(yè)刊物之一)。這些均對遙感發(fā)展成為獨立的學(xué)科在理論方法上作了充分的準(zhǔn)備，奠定了基礎(chǔ)。52(4)航天遙感階段(1957-)1957年10月4日，蘇聯(lián)第一顆人造地球衛(wèi)星的發(fā)射成功。1959年9月美國發(fā)射的“先驅(qū)者2號”探測器拍攝了地球云圖，同年10月蘇聯(lián)的《月球3號“航天器拍攝了月球背面的照片。真正從航天器上對地球進行長期觀測是從1960年美國發(fā)射TIROS-lO和NOAA-1太陽同步氣象衛(wèi)星開始的。

1972年ERTS-1[美]發(fā)射（后改名為Landsat-1），裝有MSS(多光譜掃描器)傳感器，分辨率79米

1982年Landsat-4發(fā)射，裝有TM傳感器，分辨率提高到30米

1986年SPOT-1發(fā)射，裝有PAN和XS傳感器，分辨率提高到10米

1991ERS-1發(fā)射，裝有SAR1995年RADARSAT發(fā)射，裝有SAR53OnApril1,1960the

firstU.S.weather

satellitewaslaunched

fromCapeCanaveral,

FL

54FirstTIROS-1

Image

April1,1960

55北京地區(qū)4米多光譜遙感影圖

（美國SPACEIMAGE公司的IKONOS衛(wèi)星）北京地區(qū)1米全色遙感影象圖

陳述彭先生指出，沒有遙感，就提不出全球變化這樣的科學(xué)問題。所以遙感對地學(xué)本身有巨大的推動作用，就象望遠鏡對天文學(xué)和物理學(xué)的推動作用一樣。562中國遙感事業(yè)的發(fā)展

20世紀(jì)30年代,于個別城市進行過航空攝影。20世紀(jì)50年代開始系統(tǒng)的航空攝影。20世紀(jì)70年代以來，航空攝影測繪已進入業(yè)務(wù)化階段。我國已經(jīng)成功地研了多種遙感傳感器。其中，成像光譜儀和微波傳感器備受關(guān)注。在研制新型傳感器的同時，還注意到把其中幾種傳感器組合為集成探測系統(tǒng)，如把航空攝影掃描、成像光譜儀、合成孔徑側(cè)視雷達分別與激光高度計、GPS集成，同時獲得可見光波段、近紅外波段或雷達影像，及空間定位、高程數(shù)據(jù)等三維信息。57自1970年4月24日發(fā)射“東方紅1號”人造衛(wèi)星以后，相繼發(fā)射了數(shù)百顆不同類型的人造地球衛(wèi)星。太陽同步的“風(fēng)云l號”(FY-lA，lE)和地球同步軌道的“風(fēng)云2號”(FY-2A,2B)

。1999年10月14日中國-巴西地球資源遙感衛(wèi)星CBERS-1的成功發(fā)射，2003年5月，“北斗1”定位導(dǎo)航衛(wèi)星及“清華1號”小衛(wèi)星的成功發(fā)射。1986年我國建成了遙感衛(wèi)星地面站，逐步形成了接收美國Iandsat、法國SPOT、加拿大RADARSAT和中國-巴西CBERS等7顆遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的能力。58中國遙感衛(wèi)星發(fā)射年表2006-12-08風(fēng)云2號遙感衛(wèi)星，應(yīng)用于氣象觀測；2008-06-04風(fēng)云3號遙感衛(wèi)星，應(yīng)用于氣象觀測；2006-04-27遙感衛(wèi)星1號，合成孔徑雷達，應(yīng)用于科學(xué)試驗、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等；2007-05-25遙感衛(wèi)星2號，光學(xué)遙感衛(wèi)星，應(yīng)用于國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)；2007-11-12遙感衛(wèi)星3號，合成孔徑雷達，用于科學(xué)試驗、國土資源普查及防災(zāi)減災(zāi)等；2008-12-01遙感衛(wèi)星4號，光學(xué)遙感衛(wèi)星，應(yīng)用于國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)；2008-12-15遙感衛(wèi)星5號，光學(xué)遙感衛(wèi)星，應(yīng)用于國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)；2009-04-22遙感衛(wèi)星6號，合成孔徑雷達，用于科學(xué)試驗、國土資源普查及防災(zāi)減災(zāi)等；2009-11-09遙感衛(wèi)星7號，用于國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等（0.4M）；2009-12-16遙感衛(wèi)星8號，應(yīng)用于青少年科學(xué)試驗和太空攝影；2010-03-05遙感衛(wèi)星9號，用于科學(xué)試驗、國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等；2010-08-10遙感衛(wèi)星10號，用于科學(xué)試驗、國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等；2010-09-22遙感衛(wèi)星11號，合成孔徑雷達，用于科學(xué)試驗、國土資源普查及防災(zāi)減災(zāi)等；2011-11-09遙感衛(wèi)星12號，應(yīng)用于科學(xué)試驗、國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等；2011-11-30遙感衛(wèi)星13號，應(yīng)用于科學(xué)試驗、國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等；2012-05-10遙感衛(wèi)星14號，應(yīng)用于科學(xué)試驗、國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等；2012-05-29遙感衛(wèi)星15號，應(yīng)用于科學(xué)試驗、國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等；2012-12-25遙感衛(wèi)星16號，用于科學(xué)試驗、國土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等；2013-04至05我國將發(fā)射空間分辨率0.1米的遙感衛(wèi)星，主要用于軍事偵察；2003-05-25至2012-10-25，我國已發(fā)射16余顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，實現(xiàn)亞太地區(qū)精確導(dǎo)航定位。到2020年，我國將發(fā)射30顆北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星，實現(xiàn)全球高精度覆蓋。59中國航天計劃一覽60遙感的理論基礎(chǔ)與依據(jù)：理論基礎(chǔ)是物理學(xué)，依據(jù)是物體的電磁波譜。遙感的定義:

一門綜合運用物理原理、數(shù)學(xué)方法和地學(xué)規(guī)律，在遠處（高空）以非接觸方式探測物體形狀、性質(zhì)和變化動態(tài)的新興科學(xué)技術(shù)。遙感技術(shù)系統(tǒng)

信息源圖像獲取圖像數(shù)據(jù)記錄與傳輸圖像處理信息獲取與應(yīng)用遙感信息源

任何可以發(fā)射，反射，吸收電磁波的目標(biāo)都可以被稱為遙感信息源。主動遙感和被動遙感前一章主要內(nèi)容回顧61第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)遙感技術(shù)是建立在物體的電磁波譜特性基礎(chǔ)上的。傳感器通過探測不同波段電磁波的發(fā)射、反射輻射的能級而成像。電磁波的存在是獲取圖像的物理基礎(chǔ)。因此，我們需要了解電磁的輻射特性。622.1電磁波與電磁波譜黑體輻射與實際物體輻射2.2太陽輻射和地球輻射2.3電磁波在大氣中的傳輸2.4物體的反射輻射2.4各典型地物的光譜特征第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)63

由麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，而變化的磁場又產(chǎn)生變化的電場，這樣就產(chǎn)生了電磁波。即，電磁波以電磁振蕩的形式傳播。如廣播電臺聲電電磁波發(fā)射電視臺聲光電電磁波發(fā)射第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)641.電磁波與電磁波譜電磁波：電場矢量和磁場矢量在空間的傳播。電磁波幾個重要參數(shù)之間的關(guān)系：其中，C為光速，f為頻率,λ為波長。描述電磁波特性的指標(biāo):

頻率f、波長λ

。

f65電磁波的性質(zhì)

1）不需要傳播介質(zhì)。2）波動性：電磁波傳播到氣體、液體、固體介質(zhì)時，會發(fā)生反射、折射、吸收、透射等現(xiàn)象。3）粒子性：傳播過程中，若碰到障礙會發(fā)生散射現(xiàn)象，從而使電磁波的強度、方向等發(fā)生改變。66電磁波譜按照電磁波的波長（頻率的大小），依次排列而成的電磁波波長序列，稱為電磁波譜。67電磁波譜電磁波譜區(qū)的劃分界限不是十分明確，是一個大致的劃分。太陽光是地球的光源，可見光部分可被人眼觀察到，在遙感探測中使用非常廣泛。遙感在紅外區(qū)間可探測到人眼看不可見的輻射信息，極大的拓展了人類觀察視野。68電磁輻射的有關(guān)概念輻射能量（W）：電磁波輻射的能量，單位：焦耳（J）輻射通量（輻射功率φ）：單位時間內(nèi)通過某一面積的輻射能量φ=dW/dt。單位瓦：W（J/S），焦耳/秒。輻射通量是波長的函數(shù)，總輻射通量應(yīng)該是各波段輻射通量之和或輻射通量的積分值。69輻照度（I）：溫度為T的面輻射源在單位時間內(nèi)，單位面積上接收的輻射能量。即照射到物體單位面積上的輻射通量，記為M=dφ/dS。單位：瓦/米2。輻射出射度（輻射通量密度M）：溫度為T的面輻射源在單位時間內(nèi)，從單位面積上輻射出的輻射能量。即物體單位面積上發(fā)出的輻射通量，記為W=dφ/dS。單位：瓦/米2。

輻照度與輻射出射度都是描述輻射通量的密度，前者為物體接收輻射，后者為物體發(fā)出輻射。702黑體輻射和實際物體輻射遙感探測離不開電磁輻射源。主動遙感系統(tǒng)自備輻射源，被動遙感系統(tǒng)則利用來自地球的自然輻射。這里，自然輻射源一般為太陽，地球?qū)碜蕴柕妮椛溥M行反射。來自太陽的電磁波主要是可見光和紅外波。其次，地球作為輻射源，主要表現(xiàn)為熱紅外電磁波。對于太陽、地球這些自然物體的研究，由于它們在輻射特性方面的復(fù)雜性，常常需要首先研究其極端狀態(tài)即理想狀態(tài)。電磁輻射的極端狀態(tài)，最為典型的就是絕對黑體。黑體所表現(xiàn)出的輻射特性，稱為黑體輻射。71黑體輻射在任何溫度下，對任何波長的電磁輻射全部吸收的物體。吸收系數(shù)α（λ，T）=100%對任何波長的反射率和透射率都等于0。反射系數(shù)ρ（λ，T）=0%黑體是一種理想的吸收體，自然界沒有真正的黑體。最接近黑體的輻射源：恒星和太陽黑體的熱輻射稱為黑體輻射。

右圖是一個仿制的近似黑體輻射模型72基爾霍夫定律1860年,基爾霍夫得出好的吸收體也是好的輻射體的定律.它說明:在給定的溫度下，物體的發(fā)射率=吸收率（波長相同的情況下）；吸收率越大，發(fā)射率也越大。如果不吸收某些波長的電磁波，也不發(fā)射該波長的電磁波。根據(jù)基爾霍夫定律，絕對黑體必然是一個最有效的輻射體。所以說，太陽是最接近黑體的輻射源。73普朗克熱輻射定律1900年普朗克用量子論概念推導(dǎo)出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。74黑體輻射的三個特性

根據(jù)幾種溫度下用普朗克公式繪制的黑體輻射光譜曲線,得出:斯蒂芬－玻爾茲曼定律維恩位移定律特性三75

對普朗克定律在全波段內(nèi)積分，得到黑體總輻射通量隨溫度的增加而迅速增加，它與溫度的四次方成正比這樣一條定律。MBλ（T）0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K斯蒂芬－玻爾茲曼定律76620K380K

維恩位移定律指出，當(dāng)絕對黑體的溫度升高時，單色輻出度最大值向短波方向移動。λmMBλ（T）λ它的內(nèi)容是：黑體輻射光譜中最強輻射的波長與黑體絕對溫度成反比，滿足：維恩（Wien)位移定律77維恩（Wien)位移定律如果一個物體，它的最大輻射值落在可見光波段，物體的顏色就會被看到。隨著溫度的升高，最大輻射對應(yīng)的波長逐漸變短，顏色由紅外到紅色再逐漸變紫。例子：低溫火爐輻射能集中在？？？。

高溫物體輻射能集中在？？？。78只要測出物體的最大輻射對應(yīng)的波長，由維恩位移定律即可計算出物體的溫度值。太陽的最大輻射波長是0.47微米，因此溫度T為6150K，0.47微米是可見光波段，因此太陽可見。地球在溫暖季節(jié)的白天最大波長約為9.66微米，因此溫度T為300K，9.66微米在紅外波段，所以地球主要發(fā)射不可見的熱輻射。維恩（Wien)位移定律79溫度越高，所有波長上的電磁輻射通量越大維恩（Wien)位移定律80黑體輻射的三個特性溫度越高，總輻射通量密度越大，不同溫度的曲線不同。隨著溫度的升高，輻射最大值所對應(yīng)的波長向短波方向移動。溫度越高,所有波長上的電磁輻射通量密度也越大.81實際物體的發(fā)射輻射相同溫度下,實際物體的輻射通量密度小于黑體.用發(fā)射率（也叫比輻射率）表示它們之間的關(guān)系:把實際物體看作輻射源，研究其輻射特性，把其與黑體相比較，可以找出兩者之間的關(guān)系。因此需要引入發(fā)射率（熱輻射率、比輻射率），表明物體的發(fā)射本領(lǐng)。Two82按照發(fā)射率與波長的關(guān)系，把地物分為：黑體：發(fā)射率為1，常數(shù)。即，理想物體?；殷w：發(fā)射率小于1，且為常數(shù)選擇性輻射體：反射率小于1，

實際物體的發(fā)射輻射實際物體

對任意波長，定義發(fā)射率為該波長的一個微小波長間隔內(nèi)，實際物體的輻射能量與同溫下的黑體的輻射能量之比。顯然發(fā)射率為介于0與1之間的正數(shù)，一般發(fā)射率依賴于物質(zhì)特性、環(huán)境因素及觀測條件。如果發(fā)射率與波長無關(guān)，那么可把物體叫作灰體(greybody)，否則叫選擇性輻射體。83實際物體發(fā)射電磁波的能力以發(fā)射率為衡量標(biāo)準(zhǔn)；物體的發(fā)射率是以黑體輻射作為參照標(biāo)準(zhǔn)的。這也是遙感探測的基礎(chǔ)和出發(fā)點。實際物體的發(fā)射率與地表的粗糙度、顏色、溫度和波長有關(guān).表面粗糙、顏色暗，發(fā)射率高，反之發(fā)射率低。地物的熱輻射強度與溫度四次方成正比，所以，地物微小的溫度差異就會引起紅外輻射能量的明顯變化。實際物體的發(fā)射輻射84地物的發(fā)射率隨波長變化的曲線叫發(fā)射光譜曲線。在溫度一定的條件下，比輻射率（發(fā)射率）波譜特性曲線的形態(tài)特征可以反映地物本身的特性。所以，可以用發(fā)射率曲線來識別物體。85本節(jié)主要內(nèi)容電磁輻射的有關(guān)概念黑體輻射定義基爾霍夫定律普朗克熱輻射定律黑體輻射的三個特性比輻射率86第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)2.1.1電磁波及電磁波譜2.1.2黑體輻射和實際物體輻射2.2太陽輻射和地球輻射2.3電磁波在大氣傳輸中的影響2.4物體的反射輻射2.4各典型地物的光譜曲線87地球上的能源主要來自太陽。地球繞太陽運動的軌道是一個橢圓，一般認(rèn)為日地平均距離（日地系統(tǒng)的橢圓軌道半徑）等于一個天文單位（149597870KM）。由于地球距太陽很遠，因此太陽照射到地球的光線都被看作平行光，即入射的空間方向一致。3.太陽輻射和地球輻射88太陽常數(shù)：不受大氣影響，在距離太陽一個天文單位的區(qū)域內(nèi)，地球大氣層上界垂直于太陽輻射方向上單位面積和單位時間黑體所接收到的太陽輻射能量。通常表示為：I=1360W/m2太陽常數(shù)是在地球大氣頂端接受的太陽能量。該值基本穩(wěn)定，變化幅度不超過1%。太陽常數(shù)對研究太陽輻射非常重要，對遙感探測和進一步應(yīng)用于氣象，農(nóng)業(yè)，環(huán)境等領(lǐng)域也非常重要。3.太陽輻射和地球輻射89太陽輻射曲線由左圖我們有如下事實：太陽輻射光譜從X射線開始一直延伸到無線電波.太陽輻射的能量主要集中在可見光，其中0.38～

0.76μm的可見光能量占太陽輻射總能量的46%，最大輻射強度位于波長0.47μm左右；到達地面的太陽輻射主要集中在0.3～

3.0μm波段，包括近紫外、可見光、近紅外和中紅外；占能量總量84.62%。經(jīng)過大氣層的太陽輻射有很大的衰減；各波段的衰減是不均衡的。太陽輻射：下圖描述了黑體在5800K的輻射曲線，及大氣上界和海平面上太陽的輻照度曲線；3.太陽輻射和地球輻射90上圖所示的輻照度是太陽垂直投射到被測面上的測量值。通常太陽是傾斜入射的，因此，實際地面的輻照度大小應(yīng)該與太陽入射光線與地平面夾角，即太陽高度角有關(guān)。3.太陽輻射和地球輻射91122335566744日出上午下午正午日落A西東地球上的某一點A的太陽高度角（日）變化92不同緯度的太陽高度角不同緯度的太陽高度角季節(jié)93因此太陽傾斜照射時的輻照度一定比垂直入射時少（弱），由于太陽的高度角一年內(nèi)隨時間，季節(jié)及緯度不同而不同，因此太陽輻照度是變化的。對于遙感所追求的定量遙感，無時不變的太陽輻照度將成為挑戰(zhàn)。3.太陽輻射和地球輻射94除了太陽以外，遙感探測中被動遙感的輻射源還來自地球。

從衛(wèi)星上測出的地球輻射與相應(yīng)黑體輻射對比CO2H2OO33.太陽輻射和地球輻射95太陽與地球輻射的電磁波譜96被動遙感的輻射源太陽輻射近似6000K的黑體輻射，能量集中在0.3～2.5μm波段之間。（可見光和近紅外）地球自身熱輻射近似300K的黑體輻射，能量集中在6.0μm以上的波段。（熱紅外）

97在0.3～2.5μm波段（主要在可見光和近紅外波段），地表以反射太陽輻射為主，地球自身的輻射可以忽略。即在該波段范圍內(nèi)，對地觀測遙感主要以太陽的短波輻射對地表進行探測和成像。在2.5～6.0μm波段（主要在中紅外波段），地表反射太陽輻射和地球自身的熱輻射均為被動遙感的輻射源。在6.0μm以上的熱紅外波段，以地球自身的熱輻射為主，地表反射太陽輻射可以忽略。（熱紅外成像）

太陽輻射和地球輻射的分段特性98了解地球輻射的分段特性的意義可見光和近紅外波段遙感圖像上的信息來自地物反射特性。中紅外波段遙感圖像上，既有地表反射太陽輻射的信息，也有地球自身的熱輻射的信息。熱紅外波段遙感圖像上的信息來自地球自身的熱輻射特性。

994電磁波在大氣傳輸中的影響太陽輻射衰減的主要原因：大氣吸收,散射和反射電磁波經(jīng)過大氣時,會被大氣衰減:100大氣對電磁波的影響

受大氣中微小顆粒的影響，將產(chǎn)生散射、折射和吸收。

101大氣垂直分層結(jié)構(gòu)102

大氣是由多種氣體及氣溶膠所組成的混合物。氣體：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3

氣溶膠

大氣的成分可分為常定成分（N2，O2

，CO2等）與可變部分（水汽，氣溶膠）。

大氣成分BACK103折射作用

折射：電磁波傳播方向發(fā)生了改變。電磁波傳播過程中折射率的變化，使電磁波在大氣中傳播的軌跡成為一條曲線，地面接收的電磁波方向與實際太陽輻射的方向相比偏離了一個角度，稱為折射值。104大氣的折射率與大氣密度相關(guān)，密度越大折射率越大。地面越高，空氣越稀薄折射也越小。當(dāng)太陽垂直入射時，天頂距為0，折射值也為0；隨太陽天頂距加大，折射值增加；當(dāng)天頂距為90度時，折射值達到最大。這也是為什么早晨看到的太陽比中午時看到的太陽大的緣故。105反射作用

電磁波傳播過程中，若通過兩種介質(zhì)的交界面，還會出現(xiàn)反射現(xiàn)象。氣體、塵埃的反射作用很小，反射現(xiàn)象主要發(fā)生在云層頂部，取決于云量，而且各波段均受到不同程度的影響，削弱了電磁波到達地面的強度。因此，應(yīng)該選擇無云的天氣接收遙感信號。106大氣中的各種成分對太陽輻射有選擇性的吸收，形成太陽輻射的大氣吸收帶。吸收作用使輻射的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿拥膬?nèi)能，從而引起這些波段太陽輻射強度的衰減，甚至某些波段的電磁波完全不能通過大氣。大氣的吸收107O2吸收帶<0.2μm，0.155μm最強O3吸收帶0.2～0.36μm，0.6μmH2O吸收帶0.5～0.9μm,0.95～2.85μm，6.25μmCO2吸收帶1.35～2.85μm,2.7μm,4.3μm,14.5μm108大氣的散射散射：懸浮在空氣中的粒子（分子、塵埃、煙塵、水滴等直徑不同的粒子）引起電磁波能量方向的改變。大氣散射集中在太陽輻射能量最強的可見光區(qū)。109不同于吸收作用，只改變傳播方向，不能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。大氣的散射是太陽輻射衰減的主要原因。降低了傳感器接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成圖像模糊不清。大氣散射性質(zhì)和強度主要取決于大氣分子或微粒半徑,主要有三種：瑞利散射：d<<λ

米氏散射：d

≈λ

非選擇性散射：d>>λ大氣的散射110瑞利（Rayleigh）散射

當(dāng)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。散射率與波長的四次方成反比，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。瑞利散射強度與波長的關(guān)系111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。多波段中不使用藍紫光的原因晴朗的天空為什么呈藍色?夕陽紅？112當(dāng)日光與大氣相互作用時，可見光中的藍光散射要比可見光中其他光線的散射強，因而天空呈現(xiàn)藍色。113清晨日出和傍晚日落時，較長波長的紅光不易被散射，故呈現(xiàn)出紅色霞光。114質(zhì)點直徑和電磁波波長差不多時（d

≈λ）大氣中的懸浮顆粒：霾、水滴、塵埃、煙、花粉、微生物、海上鹽粒、火山灰等顆粒對紅外波段的散射屬于此類。其強度受氣候影響較大。米氏散射115當(dāng)質(zhì)點直徑大于電磁波波長時（d>λ）,散射率與波長沒有關(guān)系。正因為此類散射對所有可見光區(qū)段藍、綠，紅光的散射等量，所以我們看到的云和霧呈白色或灰白色。無選擇性散射116117大氣窗口太陽輻射穿過大氣層時，反射，吸收和散射共同衰減了輻射強度，剩余部分即為透過的部分。由于大氣層的反射、散射和吸收作用，使得太陽輻射的各波段受到衰減的作用輕重不同，因而各波段的透射率也各不相同。電磁波通過大氣層時較少被反射，吸收和散射的，透射率較高的波段稱為大氣窗口。（對地遙感要用的部分）

118大氣窗口受大氣衰減作用較輕、透射率較高的波段叫大氣窗口。大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外可見光近紅外0.3～1.3μm＞90攝影和掃描成像的方式在白天感測和記錄目標(biāo)電磁波輻射信息近-中紅外1.5～1.8μm80掃描成像，白天記錄中紅外3.5～5.5μm白天夜間，掃描成像記錄遠紅外8～14μm60～70白天夜間，掃描記錄微波0.8～2.5cm100白天夜間，掃描記錄。119大氣窗口120在可見光和近紅外波段，太陽輻射30％被云或其它粒子反射，22％被散射，17％被吸收，到達地面能量31％。

大氣透射的定量分析121太陽輻射被大氣散射后直接進入傳感器；太陽輻射透過大氣并被地表反射（有用的）；太陽輻射被大氣散射后被地表反射（糾正后有用）；太陽輻射透過大氣被地物反射后又被地表發(fā)射進入傳感器；被視場以外地物反射后進入視場的交叉輻射項。

太陽光在地表—大氣系統(tǒng)的吸收、散射過程BACK122本節(jié)主要內(nèi)容：太陽輻射和地球輻射的分段特性大氣折射大氣散射大氣吸收大氣窗口123遙感的物理基礎(chǔ)：

任何目標(biāo)都具有發(fā)射、反射、吸收電磁波的性質(zhì)。實際地物與電磁波的相互作用構(gòu)成了目標(biāo)的電磁波特性。遙感傳感器的能量來源？遙感傳感器的觀測對象？124第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)2.1.1電磁波及電磁波譜2.1.2黑體輻射和實際物體輻射2.2太陽輻射和地球輻射2.3電磁波在大氣傳輸中的影響2.4物體的反射輻射2.4各典型地物的光譜曲線1254物體的反射輻射太陽輻射到達地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：到達地面的太陽輻射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量。一般而言，絕大多數(shù)物體對可見光都不具備透射能力，而有些物體如水，對一定波長的電磁波則透射能力較強，特別是0.45~0.56μm的藍綠光波段。一般水體的透射深度可達10～20m，清澈水體可達100m的深度。126地物的反射：太陽光通過大氣層照射到地球表面，地物會發(fā)生發(fā)射作用，反射后的短波輻射一部分為遙感器所接收。反射率（ρ）：地物的反射能量與入射總能量的比，即ρ=(Pρ/P

0)×100%。反射率表征物體對電磁波譜的反射能力，可以測定。地物在不同波段（即不同波長）的反射率是不同的，利用地物反射率的差別，可以識別地物、判斷地物的某些屬性。反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關(guān)。地物反射率1274物體的反射輻射根據(jù)地表目標(biāo)物體表面性質(zhì)的不同，物體反射大體上可以分為3種類型：鏡面反射漫反射（朗伯反射）有向反射128

朗伯定律：漫反射的反射輻射亮度（單位面積單位立體角內(nèi)的輻射通量）和觀察方向與表面法線夾角的余弦成正比。

不論入射方向如何，其反射出來的能量在各個方向是一致的。

在遙感中，地球表面被近似視為朗伯面。朗伯反射

129朗伯體若一擴展光源的發(fā)光強度為dI∝cosθ，即其亮度B與方向無關(guān)。這類發(fā)射體稱為余弦發(fā)光體，或朗伯（J.H.Lambert）發(fā)光體，上述按cosθ規(guī)律發(fā)射光通量的規(guī)律，成為朗伯余弦定律。式中dI為擴展光表面每塊面元dS沿某方向r的發(fā)光強度，θ為r與法線n的夾角。

一個均勻的球形余弦發(fā)光體，從遠處的觀察者看來，與同樣半徑同樣亮度的一個均勻發(fā)光圓盤無異。太陽看起來近似像一個亮度均勻的圓盤，這表明它接近于一個余弦發(fā)光體。此外，日常生活中常見的光源，許多也接近于余弦發(fā)光體。

130

有向反射

有向反射比較復(fù)雜，反射率是入射角、反射角、入射方位角、反射方位角的函數(shù)。

混合反射一部分鏡面反射，一部分朗伯反射。有向反射和混合反射與電磁波的入射方向和觀察方向有關(guān)，在航空遙感中具有重要意義。如水面的逆向反光。131遙感圖像上記錄的輻射亮度，既與輻射入射方位角和天頂角有關(guān)，也與反射方向的方位角和天頂角有關(guān)。由于鏡面反射會造成太陽光直接進入遙感器，在成像時間選擇上，應(yīng)避免中午成像，防止形成鏡面反射。否則水體會形成非常亮的耀斑，周圍地物的反射信息有受到干擾和削弱。了解物體表面性質(zhì)對反射影響的意義132地物反射光譜曲線地物的反射率隨波長的變化而變化的曲線圖。通常用平面坐標(biāo)來展繪曲線，橫坐標(biāo)表示波長λ，縱坐標(biāo)表示反射率ρ。物體的反射波譜限于紫外、可見光和近紅外，尤其是后兩個波段。133不同地物在相同波段反射率存在差異同地物在不同波段反射率存在差異同類地物的反射光譜具有相似性，但也有差異性。地物的光譜特性具有時間特性和空間特性。影響地物光譜反射率變化的影響因素：太陽位置、傳感器位置、地理位置、地形、季節(jié)、氣候變化、地面濕度變化、地物本身的變異、大氣狀況等。太陽位置：指太陽高度角和方位角；傳感器位置：傳感器的觀測角和方位角；地理位置：緯度、地理景觀。地物反射光譜特性134135植被土壤水體巖石6各典型地物的光譜曲線136植物的光譜曲線在0.45um附近（藍色波段）有一個吸收谷；在0.55um附近（綠色波段）有一個反射峰；在0.67um附近（紅色波段）有一個吸收谷。從0.76um處反射率迅速增大，形成一個爬升的“陡坡”,至1.1um附近有一個峰值，反射率最大可達50％，形成植被的獨有特征。1.5～1.9um光譜區(qū)反射率增大；以1.45um，1.95um，2.70um為中心是水的吸收帶，其附近區(qū)間受到綠色植物含水量的影響，反射率下降，形成低谷。137138139影響植被波譜特征的主要因素植物類型植物生長季節(jié)病蟲害影響等植被波譜特征大同小異，根據(jù)這些差異可以區(qū)分植被類型、生長狀態(tài)等。140不同植被類型的光譜曲線比較Tobecontinued…141三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線自然狀態(tài)下土壤表面的反射曲線呈比較平滑的特征，沒有明顯的反射峰和吸收谷。在干燥條件下，土壤的波譜特征主要與成土礦物（原生礦物和此生礦物）和土壤有機質(zhì)有關(guān)。土壤含水量增加，土壤的反射率就會下降，在水的各個吸收帶（1.4um、1.9um、2.7um處附近區(qū)間），反射率的下降尤為明顯。142純凈水體的反射主要在可見光中的藍綠光波段，在可見光其它波段的反射率很低。葉綠素含量不同時水體的光譜曲線近紅外和中紅外純凈的自然水體的反射率很低，幾乎趨近于0。水中含有水生植物葉綠素時，近紅外波段反射率明顯抬高。143BandaAceh,IndonesiaBeforetheTsunami(June23,2004)144DuringTsunami(December28,2004)145146巖石的反射波譜主要由礦物成分、礦物含量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等決定。巖石的光譜曲線影響巖石礦物波譜曲線的因素包括巖石風(fēng)化程度、巖石含水狀況、礦物顆粒大小、巖石表面光滑程度、巖石色澤等。147應(yīng)用地物波譜特征需要注意的問題絕大部分地物的波譜值具有一定的變幅，它們的波譜特征不是一條曲線，而是具有一定寬度的曲帶。地物存在“同物異譜”和“異物同譜”現(xiàn)象。

“同物異譜”是指兩個類型的個體地物，在某個波段上波譜特征不同；“異物同譜”是指不同類型的地物具有相同的波譜特征。BACK148地物波譜特性的測量可見光和近紅外波段是研究地表的主要波段。可見光和近紅外地物光譜測試的作用：（1）傳感器波段的選擇、驗證、評價；（2）建立地面、航空和航天遙感數(shù)據(jù)的定量關(guān)系；（3）地物光譜數(shù)據(jù)與地物特征的相關(guān)分析。149作業(yè)：根據(jù)大氣類型，大氣散射類型及傳感器波段三個特征對各種條件下產(chǎn)生的大氣散射做具體分析？傳感器設(shè)計時需考慮那些具體特征？（從電磁波的特性，太陽和地球輻射特性及大氣對電磁波的影響等做具體分析）下次課學(xué)習(xí)第三章遙感成像及影像特性遙感圖像的分辨率傳感器150第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)

2.1.1電磁波及電磁波譜2.1.2黑體輻射和實際物體輻射2.2太陽輻射和地球輻射2.3電磁波在大氣傳輸中的影響2.4物體的反射輻射2.4各典型地物的光譜曲線主要內(nèi)容151實際物體大多數(shù)物體可視作灰體,總輻射通量密度為:實際測定物體的光譜輻射通量密度并不像描繪的黑體光譜輻射通量密度那樣光滑.為便于分析,常用一個最接近灰體輻射曲線的黑體輻射曲線作為參考(對應(yīng)溫度:T等效,在光學(xué)中稱為色溫)T’為實際物體溫度。152電磁波的傳播也是能量的傳播，電磁波的能量與？？？有關(guān)。電磁波是一個高速運動且充滿一個區(qū)域空間特殊物質(zhì)."電磁波的能量高"這說法本身就不對,在宏觀上電磁波的能量用能流密度表示,它與電磁波的發(fā)射功率有關(guān).

微觀上,它用電磁波粒子(也叫光子)的能量表示,一個粒子(也叫光子)的能量E=hγ,

h是普朗克常量,γ是電磁波的頻率.能流密度就是單位時間內(nèi)經(jīng)過單位面積的所有一個粒子(也叫光子)的能量和.電磁波為橫波。電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變，其強度與距離的平方成反比，波本身帶動能量，任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。153基礎(chǔ)知識圖象的表示形式遙感數(shù)字圖象表示方法主要內(nèi)容1541圖象的表示形式在空間域的表示

1)光學(xué)圖象連續(xù)的光密度函數(shù).像片上的密度隨坐標(biāo)X,Y的變化而變化，我們用連續(xù)變化的函數(shù)來表示。

2)數(shù)字圖象光學(xué)圖像、照片以及人的眼睛看到的一切景物，都是模擬圖像，這類圖像無法直接用計算機處理。為了使圖像能在電子計算機中處理運算，必須將模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字所表示的圖像。所謂數(shù)字圖像就是一個二維離散的光密度函數(shù)，相對于光學(xué)圖象,它在空間坐標(biāo)(X,Y)和密度上都進行離散化處理。數(shù)字圖像可以用一個二維矩陣表示:155單色時：為M×N矩陣。多光譜時：

156通道（波段）和象元157二者的轉(zhuǎn)化將模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像的過程稱為圖像數(shù)字化。這一過程是圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)，一般圖像數(shù)字化包括下列兩個步驟：采樣和量化空間采樣：將像片具有的連續(xù)灰度信息轉(zhuǎn)化為每行有m

個單元，每列有n個單元的像素矩陣。158灰度、坐標(biāo)、物理圖象和數(shù)字圖象159

屬性（灰度）量化：把抽樣后的象素點亮度值離散化使其成為有限個整數(shù)值（一般為0-256個灰度值）。如把對應(yīng)象素點，按照其真是的明暗亮度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的灰度值（亮度）值0~256。在計算機中，每個象素用一個字節(jié)來儲存量化后的數(shù)值（此處為8Bit）。量化后的灰度值即反映了對應(yīng)象素點的明暗亮度值。經(jīng)過抽樣、量化后，一幅黑白模擬圖像就會離散化成為M*N個字節(jié)的數(shù)字圖像，變成適用于電子計算機處理的數(shù)字圖像。在圖像數(shù)字化過程中把原來連續(xù)變化的亮度信息變成離散的數(shù)字信息時會帶來一定的誤差。160數(shù)字化后的黑白圖像，可以用M×N個字節(jié)來表示，即用數(shù)學(xué)式子f（Xi，Yj）表示。數(shù)組f（Xi，Yj

）中i=1，2，3…m，j=1，2，3，…n，分別代表像素所在的行和列序號。f（Xi，Yj

）值代表圖像中（Xi，Yj

）點處象素的灰度值。實踐中有多種多樣的圖像，按照各類圖像的具體情況，約定如右表。圖像數(shù)字化后描述形式備注二值圖像f（X，Y）=1或0文字、線條圖、指紋等黑白圖像0≤f（X，Y）≤2n-1黑白圖像，一般n=6~8彩色圖像|fi（X，Y）|i=R，G，B以三基色表示的彩色圖像光譜圖像|fi（X，Y）|i=1，2…m遙感圖像，m=6~8或更大立體圖像fl（X，Y），fr（X，Y）左右視點得到同物體的圖像對動態(tài)圖像|ft（X，Y）|t=t1，t2…tr.動態(tài)圖像，動畫制做等1612遙感數(shù)字圖象記錄與存儲存儲介質(zhì)磁帶,磁盤,光盤，硬盤，磁盤陣列類型二值數(shù)字圖象單波段圖象數(shù)字彩色圖象多波段圖象多波段數(shù)字圖像的記錄格式最常見的有3種：162BSQ

（波段順序格式）每行數(shù)據(jù)后面緊接著同一波譜波段的下一行數(shù)據(jù)。在這種格式中，每個單波段圖像都是一個完整的數(shù)據(jù)塊，適合于對單個波譜波段中任何部分的空間（X，Y）存取。BIP（每個像元按波段次序交叉排列）按BIP格式存儲的圖像按順序存儲第一個像元所有的波段，接著是第二個像元的所有波段，然后是第3個像元的所有波段，等等，交叉存取直到像元總數(shù)為止。這種格式為圖像數(shù)據(jù)波譜（Z）

的存取提供最佳性能。BIL（逐行按波段次序排列）按BIL格式存儲的圖像先存儲第一個波段的第一行，接著是第二個波段的第一行，然后是第三個波段的第一行，交叉存取直到波段總數(shù)為止。每個波段隨后的行按照類似的方式交叉存取。這種格式提供了空間和波譜處理之間一種折衷方式。163通道（波段）和象元164遙感數(shù)字圖像遙感數(shù)字圖像是以數(shù)字表示的遙感圖像，其最基本的單元是像素。像素是成像過程的采樣點，也是計算機處理圖像的最小單元。像素具有空間特征和屬性特征.像素的屬性特征由亮度值（灰度值）來表達.純像素和混合像素。遙感數(shù)字圖像的特點便于計算機處理與分析圖像信息損失少抽象性強165遙感圖像的分辨率傳感器遙感平臺及衛(wèi)星軌道常見衛(wèi)星參數(shù)及其影像特性第三章傳感器及航天遙感166傳感器是收集、探測、記錄地物電磁波輻射信息的工具。是遙感技術(shù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)獲取的關(guān)鍵設(shè)備。它的性能決定遙感的能力，即傳感器對電磁波段的響應(yīng)能力、傳感器的空間分辨率及圖像的幾何特征、傳感器獲取地物信息量的大小和可靠程度。傳感器1671遙感圖像分辨率分辨率-----傳感器最具實用意義的指標(biāo)。分辨率是遙感技術(shù)及其應(yīng)用中的一個重要概念，也是衡量遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量特征的一個重要指標(biāo)。分為：空間分辨率；時間分辨率；光譜分辨率；輻射亮度分辨率（溫度分辨率）。168遙感圖像的空間分辨率

空間分辨率：每個像元對應(yīng)空間的大小。表征影象分辨地面目標(biāo)細(xì)節(jié)能力的指標(biāo)。169空間分辨率單位以米表示。空間分辨率數(shù)值越大分辨率越低。170171計算機屏幕無影像分辨率之說172空間分辨率決定其所能形成影像分辨率之范圍173遙感圖像的光譜分辨率

光譜分辨率是指傳感器在接收目標(biāo)輻射的波譜時能分辨的最小波長間隔。間隔愈小,分辨率越高。174光譜分辨率波段數(shù)&波段寬度一般的航空影像:1-3波段,波段較寬衛(wèi)星影像:Landsat-7波段,>60nmSPOT-3波段,>70nmIKONOS-4波段,>60nm QuickBird-4波段,>60nm視頻&數(shù)碼（攝像）相機:

1-12波段,窄至10nm高光譜遙感圖像:

32-1024波段,窄至1nmBandwidthBandwidthReflectanceWavelength175遙感圖像的光譜分辨率

它包括傳感器總的探測波段的寬度、波段數(shù)、各波段的波長范圍和間隔。全色—多波段—高光譜—成像光譜儀176177遙感圖像的時間分辨率時間分辨率指對同一地點進行遙感采樣的時間間隔,即采樣的時間頻率,也稱重訪周期?？商峁┑匚飫討B(tài)變化的信息。時間分辨率與所需探測目標(biāo)的動態(tài)變化有直接的關(guān)系。各種傳感器的時間分辨率，與衛(wèi)星的重復(fù)周期及傳感器在軌道間的立體觀察能力有關(guān)。178遙感圖像的時間分辨率根據(jù)回歸周期的長短，時間分辨率分為三種類型：超短（短）周期時間分辨率，可以觀測到一天之內(nèi)的變化，以小時為單位。中周期時間分辨率，可以觀測到一年內(nèi)的變化，以天為單位。長周期時間分辨率，一般以年為單位的變化。179遙感圖像的時間分辨率時間分辨率的意義：進行動態(tài)監(jiān)測和預(yù)報自然歷史變遷和動力學(xué)分析提高成像率和解像率，對歷次獲取的數(shù)據(jù)資料進行疊加分析，提高地物識別精度180輻射亮度分辨率輻射亮度范圍數(shù)字化級別數(shù):

衛(wèi)星傳感器:8-bit=256 11-bit=2048

航空傳感器:8-bit=256 10-bit=102412-bit=409616-bit=655362-level4-level181遙感圖像的輻射分辨率

指傳感器能區(qū)分兩種輻射強度最小差別的能力。在遙感圖像上表現(xiàn)為每一個像元的輻射量化級。182183溫度分辨率溫度分辨率是指熱紅外傳感器分辨地表熱輻射（溫度）最小差異的能力。與探測器的響應(yīng)率和傳感器系統(tǒng)內(nèi)的噪聲有直接關(guān)系，一般為等效噪聲的2-6倍。184實驗初步安排第12周星期2/41001，10021003，1004第13周星期2/41001，10021003，1004第14周星期2/41003，10041001，1002第15周星期2/41003，10041001，1002185任何類型的傳感器都由四個基本部件組成：收集器：收集地物輻射來的能量。探測器：將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能或電能。處理器：將探測后的化學(xué)能或電能等信號進行處理。輸出：將獲取的數(shù)據(jù)輸出。2傳感器186

根據(jù)傳感器的工作方式分為：主動式和被動式兩種。主動式：人工輻射源向目標(biāo)物發(fā)射輻射能量，然后接收目標(biāo)物反射回來的能量，如雷達。被動式：接收地物反射的太陽輻射或地物本身的熱輻射能量，如攝影機、多光譜掃描儀（MSS、TM、ETM、HRV）。NOAA/AVHRRTERRA/MODISLANDSAT/TM

傳感器的分類187

根據(jù)傳感器工作的波段可分為：可見光傳感器，紅外傳感器，微波傳感器。從可見光到紅外區(qū)的光學(xué)波段的傳感器統(tǒng)稱光學(xué)傳感器。微波領(lǐng)域的傳感器統(tǒng)稱微波傳感器。

傳感器的分類188傳感器的分類

就基本結(jié)構(gòu)原理來看,目前遙感中使用的傳感器可分為以下四類:攝影類型的傳感器雷達成像類型的傳感器光電成像型的傳感器成像光譜儀189光電成像型的傳感器將收集到的電磁波能量，通過光敏或熱敏元件（探測器）轉(zhuǎn)變成電能后再記錄下來。與傳統(tǒng)的光學(xué)攝影機比：擴大了探測的波段范圍；便于數(shù)據(jù)的存儲與傳輸航天多使用此類傳感器190依靠探測元件和掃描鏡對目標(biāo)地物以瞬時視場為單位進行的逐點、逐行取樣，以得到目標(biāo)地物電磁輻射特性信息，形成一定譜段的圖象．

對物面掃描的成像儀：特點:對地面直接掃描光機掃描儀(紅外掃描儀，多光譜掃描儀)，成像光譜儀，多頻段頻譜儀

對像面掃描的成像儀：特點:瞬間在像面上先形成一條線圖象,甚至是一幅二維影象,然后對影象進行掃描成像.

線陣列ＣＣＤ推掃式成像儀，電視攝像機光電成像型的傳感器191以多路、連續(xù)并具有高光譜分辨率方式獲取圖像信息的儀器。通過將傳統(tǒng)的空間成像技術(shù)與地物光譜技術(shù)有機地結(jié)合在一起，可以實現(xiàn)對同一地區(qū)同時獲取幾十個到幾百個波段的地物反射光譜圖像。屬于多光譜掃描儀，其構(gòu)造與ＣＣＤ線陣列推掃式掃描儀和多光譜掃描儀類型相同，區(qū)別在于通道數(shù)目多，各通道的波段寬度很窄。成像光譜儀192成像光譜儀特點高光譜分辨力：可獲得可見光、近紅外、短波紅外、熱紅外波段多而窄的連續(xù)光譜，波段多，間隔在nm級，10-20nm，個別到2.5nm；圖譜合一：在獲得高光譜波段圖象的同時，可以顯示圖象中每個像元的連續(xù)光譜?？臻g分辨率：航空的較高；航天的分為中分辨率和高分辨率。輻射分辨率大和信噪比高。數(shù)據(jù)量大。193遙感圖像的分辨率傳感器遙感平臺及衛(wèi)星軌道常見衛(wèi)星參數(shù)及其影像特性第三章傳感器及航天遙感主要內(nèi)容1943遙感平臺及衛(wèi)星軌道

遙感平臺:遙感中搭載傳感器的工具?？砂匆韵虏煌悇e進行劃分：遙感平臺的高度所利用的電磁波的光譜段分類研究對象分類應(yīng)用空間尺度分類195地面平臺

地面平臺：高度在0到50m范圍內(nèi)，包括車、船、三腳架、遙感塔、遙感車等。對地觀測研究中應(yīng)用較少。主要目的：對地物進行波譜測量。196航空平臺

航空平臺：高度在百米到10多km，包括低、中、高空飛機，以及飛艇、氣球等飛機：高空：無人機2到3萬米低空：航空攝影測量<2000米，大比例尺航片氣球：高空氣球12到40公里航空平臺歷史悠久，主要是飛機攝影197航天平臺

航天平臺：高度在150km以上。主要有航天飛機（240到350km高度）和衛(wèi)星。

航天平臺目前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣：氣象衛(wèi)星系列、海洋衛(wèi)星系列、陸地衛(wèi)星系列198航天遙感與航空遙感比，優(yōu)缺點有：視野開闊，觀測的地面范圍大，可發(fā)現(xiàn)大面積，宏觀的整體的特征?？蛇M行周期，重復(fù)的觀察，有利于對地球表面的資源，環(huán)境，災(zāi)害進行動態(tài)監(jiān)測。不需燃料供給。分辨率低于航空遙感平臺。遙感衛(wèi)星是航天遙感平臺的一種主要類型。

站的高，看的廣，看不清199遙感衛(wèi)星的姿態(tài)衛(wèi)星在太空中由于受各種因素的影響，姿態(tài)是不斷變化的，從而對所獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量有很大的影響。為了修正這些影響，在獲取地表數(shù)據(jù)的同時，必須測量，記錄遙感衛(wèi)星的姿態(tài)數(shù)據(jù)。便于數(shù)據(jù)使用前做幾何校正。200三軸傾斜現(xiàn)定義衛(wèi)星質(zhì)心為坐標(biāo)原點，沿軌道前進的切線方向為x軸，垂直軌道面的方向為y軸，垂直xy平面的為z軸，則衛(wèi)星的姿態(tài)有三種情況：繞x軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱之為滾動；繞y軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱俯仰；繞z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱偏航。滾動是一種橫向搖擺。俯仰是一種縱向搖擺。偏航是指遙感衛(wèi)星在飛行過程中偏移軌道。201振動指除三軸傾斜以外的非系統(tǒng)性的不穩(wěn)定的振動。使用遙感數(shù)據(jù)前需要進行幾何校正。202用于表示遙感衛(wèi)星軌道特征的數(shù)值。遙感衛(wèi)星所包含地球在內(nèi)的平面叫軌道面。軌道參數(shù)203

根據(jù)開普勒定律，衛(wèi)星軌道在空間的具體形狀位置，可由六個軌道參數(shù)來確定衛(wèi)星軌道的長半軸a衛(wèi)星軌道的偏心率（或稱扁率）e軌道傾角I升交點赤經(jīng)Ω近地點角距ω衛(wèi)星過近地點時刻t0以上六個參數(shù)可以根據(jù)地面觀測來確定軌道參數(shù)204a和e決定了衛(wèi)星軌道的形狀Ω、i決定衛(wèi)星軌道面的方向。Ω確定軌道面中軌道的長軸方向。根據(jù)t0可計算出任何時刻衛(wèi)星在軌道上的位置205幾種常見軌道面206傾角i決定了軌道面與赤道面，或與地軸之間的關(guān)系。

i=0時軌道面與赤道面重合。

i=90°時軌道面與地軸重合。

i≈90°時軌道面接近地軸，這時的軌道稱近極地軌道。軌道近極地有利于增大衛(wèi)星對地球的觀測范圍。207星下點（天底點）：衛(wèi)星正下方的地面點。星下點軌跡（地面軌跡或地面軌道）：星下點的集合。208幾種常見軌道面209升軌降軌降交點：衛(wèi)星從北向南運行時星下點軌跡與赤道的交點。升交點：衛(wèi)星從南向北運行時星下點軌跡與赤道的交點。近地點210衛(wèi)星的空間軌道2111衛(wèi)星高度依據(jù)開普勒第三定律同樣可解求衛(wèi)星的平均高度2衛(wèi)星運行周期指衛(wèi)星繞地一圈所需要時間，即從升交點開始運行到下次過升交點時的時間間隔。與衛(wèi)星高度正相關(guān)。其它一些常用參數(shù)2123、重復(fù)周期指衛(wèi)星從某地上空開始運行，經(jīng)過若干時間的運行后，回到該地上空時所需要的天數(shù)。4，降交點時刻指衛(wèi)星經(jīng)過降交點時的地方太陽時的平均值。5，掃描帶寬度衛(wèi)星沿軌道運行時其傳感器所觀測的地面帶的橫向?qū)挾取?13同一天相鄰軌道間在赤道處的距離每天衛(wèi)星繞地圈數(shù)214衛(wèi)星軌道地球同步軌道：衛(wèi)星高度高，觀測范圍大。與太陽同步軌道:衛(wèi)星軌道面與地球公轉(zhuǎn)方向相同而同時旋轉(zhuǎn)的近圓形軌道。軌道傾角大，饒過極地地區(qū)，因此又稱極軌衛(wèi)星。衛(wèi)星于同一緯度的地點，每天在同一地方時同一方向上經(jīng)過，使得衛(wèi)星在不同時相對同一地區(qū)遙感時，太陽高度角大致相等，有利于衛(wèi)星在相近的光照條件下對地面進行觀測。有利于衛(wèi)星在固定的時間飛臨地面接收站上空。近圓形軌道:不同地區(qū)獲取的圖像比例尺一致。便于掃描行之間銜接。215與太陽同步軌道衛(wèi)星軌道面與太陽地球連線之間在黃道面內(nèi)的夾角，不隨地球繞太陽公轉(zhuǎn)而改變。并使衛(wèi)星上的太陽電池得到穩(wěn)定的太陽照度。2164常見衛(wèi)星參數(shù)及其影像特性現(xiàn)有的衛(wèi)星系列陸地資源衛(wèi)星系列氣象衛(wèi)星系列海洋衛(wèi)星系列217（1）陸地資源衛(wèi)星以探測陸地資源為目的的衛(wèi)星叫陸地資源衛(wèi)星。陸地衛(wèi)星的運行特點：近極地、近圓形的軌道；軌道高度為700～900km；運行周期為99～103min/圈；軌道與太陽同步。218

（1）陸地資源衛(wèi)星

目前，主要的陸地資源衛(wèi)星有：（1）美國陸地衛(wèi)星(Landsat)；（2）法國陸地觀測衛(wèi)星(SPOT)；（3）歐空局地球資源衛(wèi)星(ERS)；（4）俄羅斯鉆石衛(wèi)星(ALMAZ)；（5）日本地球資源衛(wèi)星(JERS)；（6）印度遙感衛(wèi)星(IRS)；（7）中-巴地球資源衛(wèi)星（CBERS）。219一、Landsat數(shù)據(jù)陸地衛(wèi)星Landsat，1972年發(fā)射第一顆，已連續(xù)35年為人類提供陸地衛(wèi)星圖像，共發(fā)射了7顆，產(chǎn)品主要有MSS,TM,ETM，屬于中高度、長壽命的衛(wèi)星。

（1）陸地資源衛(wèi)星Landsat軌道參數(shù)220Landsat數(shù)據(jù)系列衛(wèi)星名稱發(fā)射日期遙感數(shù)據(jù)Landsat-11972.7.23MSS4,MSS5,MSS6,MSS7Landsat-21975.1.22RBV1,RBV2,RBV3Landsat-31978.3.5MSS4,MSS5,MSS6,MSS7Landsat-41982.7.16RBV1,RBV2,RBV3Landsat-51984.3.1MSS4,MSS5,MSS6,MSS7,MSS8Landsat-61993.10.5RBV全色波段Landsat-71999.4.15M