1、遥感概论复习资料遥感概论复习资料第一章遥感的基本概念（1）广义：泛指一切无接触的远距离探测技术。包括对电磁场、力场、机械波(声波、地震波)等的探测。（2） 狭义：是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。不同于遥测和遥控。遥感系统包括（1）被测目标的信息特征（2）信息的获取（通过传/遥感器、遥感平台）（3）信息的传输与记录（4）信息的处理（5）信息的应用遥感的类型（1）按遥感平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感（2）按遥感器的探测波段分类 紫外遥感：探测波段在0.05-0.38之间 可见光遥感：探测
2、波段在0.38-0.76之间 红外遥感：探测波段在0.76-1000之间 微波遥感：探测波段在1mm-1m之间 多波段遥感：探测波段在可见光和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。（3）按工作方式分类：主动遥感和被动遥感（4）按是否成像分类：成像遥感和非成像遥感遥感的特点（1）大面积同步观测 传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。（2）时效性 可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。因此，遥感大大提高了观测的时效性。这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监
3、测，以及军事行动等都非常重要。（3）数据的综合性和可比性 遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。 与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。（4）经济性 遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。（5）局限性 遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调
4、查和验证。第二章电磁波谱概念按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，构成电磁波谱。电磁波谱区段的界线是渐变的，一般按产生电磁波的方法或测量电磁波的方法来划分。可见光电磁波谱划分（表）可见光红橙黄绿青蓝紫 0.38 - 0.76m0.62 - 0.76 m0.59 - 0.62 m0.56 - 0.59 m0.50 - 0.56 m0.47 - 0.50 m0.43 - 0.47 m0.38 - 0.43 m电磁波的性质（1）是横波；（2）在真空以光速传播；（3）满足（4）电磁波具有波粒二象性。朗伯源概念 P18辐射亮度L与观察角无关的辐射源，称为朗伯源。太阳通常近似地被看成朗伯源，使
5、太阳辐射的研究简单化。严格的说，只有绝对黑体才是朗伯源。绝对黑体概念（自然界中不存在绝对黑体）如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。定律（计算题） 看P23的2个例题1、斯忒藩玻尔兹曼定律（计算题） P20对普朗克定律在全波段内积分，得到斯忒藩玻尔兹曼定律。绝对黑体的总辐射出射度与温度的4次方成正比： : 斯忒藩玻尔兹曼常数， 由图27可以看出每条曲线下面所围面积为积分值，即该温度时绝对黑体的总辐射出射度M 。右图可以看出，温度越高，绝对黑体的总辐射出射度（曲线下面所围面积）越大。2、维恩位移定律（计算题） P20当温度一定时，对普朗克公式求最大值，可导出维恩位移
6、定律，即，黑体辐射光谱中最强辐射的波长max与黑体绝对温度T成反比： b : 常数， 从图27也可以看出，黑体温度越高，其曲线的峰顶就越往左移，即往波长短的方向移动，这就是位移的含义。如果辐射最大值落在可见光波段，物体的颜色会随着温度的升高而变化波长逐渐变短，颜色由红外到红色再逐渐变蓝变紫(表22)将太阳、地球和其他恒星都看作球形绝对黑体则与这些天体同样大小和同样辐射出射度的黑体温度可作为其有效温度，对太阳来说就是光球层的温度。如太阳（短波辐射）最强辐射对应的max为0.47m，用公式可算出有效温度T是6150K，因此太阳辐射在可见光段最强，而地球（长波辐射）在温暖季节的白天max约为9.66
7、m,可以算出温度T为300 K，所以这时地球主要是红外的热辐射，这一定律在红外遥感中有重要的作用。高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。常温（如人体300K左右，发射电磁波的峰值波长9.66m ） 实际物体的辐射(计算题） P21（1）基尔霍夫定律（2）实际物体的辐射 按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：1）黑体2）灰体3）选择性辐射体 23页-例1、例2大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。大气散射的（类型、发生条件、散射特点、典型自然现象） P29（1）瑞利散射发生条件：大气中粒子的直径比波长小得多，即d ，一般认为（d ）。散射特点：散射强度与波长没有关系
8、也就是说，在符合无选择性散射的条件的波段中，任何波长的散射强度相同。典型自然现象：云、雾粒子直径虽然与红外线波长接近，但相比可见光波段，云雾中水滴的粒子直径就比波长大很多，因而对可见光中各个波长的光散射强度相同，所以人们看到云雾呈白色，并且无论从云下还是乘飞机从云层上面看都是白色。大气窗口概念通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段称为大气窗口。大气窗口的主要光谱段：1）0.31.3，即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星传感器扫描成像的常用波段，如Landsat卫星的TM14波,段，SPOT卫星的HRV波段。2）1.5一l.8和2.0
9、一3.5,即近、中红外波段。是白天日照条件好时扫描成像的常用波段，如TM的5，7波段等，用以探测植物含水量以及云、雪，或用于地质制图等。3）3.55.5，即中红外波段。该波段除通透反射光外，也通透地面物体自身发射的热辐射能量。如NOAA卫尽的AVHRR传感器用3.553.93um探测海面温度，获得昼夜云图。4）814，即远红外波段。主要通透来白地物热辐射的能量适于夜间成像。5）0.82.5cm，即微波波段。由于微波穿云透雾能力强，这一区间可以全天候观测，而且是主动遥感方式，如侧视雷达。Radarsat的卫星雷达影像也在这一区间，常用的波段为0.8cm，3cm, 5cm，10cm，甚至可将该窗口
10、扩展至005300cm。太阳是被动遥感最主要的辐射源（地球也是被动遥感）主动遥感：微波（如侧视雷达）（题：从地球辐射的分段特性说明为什么对于卫星影像解译必须了解地物反射波谱特性）太阳辐射近似于温度为6000K的黑体辐射，而地球辐射则接近于温度为300K的黑体辐射。太阳辐射主要集中在0. 32.5，在紫外、可见光到近红外区段。地球自身的辐射主要集中在长波，即6以上的热红外区段。在2.56，即中红外波段，是两种辐射共同起作用的部分，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身的热辐射均不能忽略。如表所示： 地球辐射的分段特性名称可见光与近红外中红外远红外波长0.3 - 2.5 2.5 - 6 6 辐射特性地
11、表反射太阳辐射为主地表反射太阳辐射和自身的热辐射地表物体自身热辐射为主在可见光与近红外波段(0.32.5)，地表物体自身的热辐射几乎等于零。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主，当然，太阳辐射到达地面后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用，如黑色物体的吸收能力较强。最后，电磁辐射未被吸收和反射的剩余部分则是透过的部分，即： 到达地面的太阳辐射能量=反射能量+吸收能量+透射能量物体的反射状况分为三种：镜面反射、漫反射和实际物体反射地物反射波谱曲线（植被、土壤、水体、岩石） P38-41地物反射波谱曲线除随不同地物（反射率）不同外，同种地物在不同结构和外部条件下形态表现（反射率）也不同。
12、（1）植被植被的反射波谱曲线（光谱特征）规律性明显而独特（如图2.25），主要分三段：1）可见光波段(0.4 - 0.76)有一个小的反射峰，位置在0.55（绿）处，两侧0.45 (蓝)和0.67 (红)则有两个吸收带。成因：由于叶绿素的影响，叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，而对绿光反射作用强。2）在近红外波段有一反射的“陡坡”，至1.1附近有一峰值，形成植被的独有特征。成因：由于植被叶细胞结构的影响，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。3）在中红外波段（ 1.3 - 2.5）受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率大大下降，特别以1.45、1.95和2.7为中心是水的吸收带，形成低谷。不
13、同健康状态松树的反射光谱曲线不同植物的反射波谱曲线第三章遥感平台是搭载传感器的工具，根据运载工具的类型，可分为 航天平台 航空平台 地面平台在遥感平台中，航天遥感平台目前发展最快，应用最广，根据航天遥感平台的服务内容，可分为：气象卫星系列、陆地卫星系列和海洋卫星系列。气象卫星特点 P48-49(1)轨道 低轨 轨道高度：800km 1600km 近极地太阳同步轨道（简称极地轨道） 高轨 轨道高度：36000km 地球同步轨道（相对于地球，似乎静止）(2)短周期重复观测 静止气象卫星具有较高的重复周期（05小时1次）；极轨卫星如NOAA等具有中等重复覆盖周期，约 051天次。总的来说，气象卫星时
14、间分辨率较高，有助于对地面快速变化的动态监测。(3) 成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量 气象卫星扫描宽度约2 800 km，只需23条轨道就可以覆盖我国。相对于其他卫星资料（如陆地卫星）更加容易获得完全同步、低云量或无云的影像。(4) 资料来源连续、实时性强、成本低 气象卫星获得的遥感资料包括：可见光和红外云图等图像资料；云量、云分布。大气垂直温度、大气水汽含量、臭氧含量、云顶温度、海面温度等数据资料；太阳质子、射线和X射线的高空大气物理参数等空间环境监测资料；以及对于图像资料和数据资料等加工处理后的派生资料。另外，由于气象卫星兼有通讯卫星的作用，利用气象卫星上的数据收集系
15、统（DCS）可以同时收集来自气球、飞机、船舶、海上飘浮站、无人气象站等的各种资料，并转发给地面专门的资料收集和处理中心。 主要的陆地卫星系列（1）陆地卫星（Landsat）Landsat的轨道为太阳同步的近极地圆形轨道，保证北半球中纬度地区获得中等太阳高度角的上午影像，且卫星通过某一地点的地方时相同。每16至18天覆盖地球一次（重复覆盖周期），图像的覆盖范围为（Landsat7为）。 Landsat上携带的传感器所具有的空间分辨率（即瞬时视场角） 在不断提高，由 80 m提高到 30 m，Landsat7的 ETM又提高到 15 m。 （2）斯波特卫星（SPOT）是地球观察卫星系统。是由瑞典、
16、比利时等国家参加，由法国国家空间研究中心（CNES）设计制造的。1986年发射第一颗，到1998年已经发射了四颗。SPOT的轨道是太阳同步圆形近极地轨道，高度830 km左右，卫星的覆盖周期是26天，重复感测能力一般35天，部分地区达到1天。 SPOT传感器为2台高分辨率可见光扫描仪（High Resolution Visible sensorHRV） 它能满足资源调查、环境管理与监测、农作物估产、地质与矿产勘探、土地利用、测制地图及地图更新等多方面的需求。SPOT HRV优点：1、图像空间分辨率高，可达10-20米。地面扫描宽度117公里（每台60公里，两台间重叠3公里）。 2、灵敏度高。在
17、良好的光照条件下可探测出低于0.5%的地面反射变化。 3、带有可定向的反射镜，使仪器具有偏离天顶点（倾斜）观察的能力（倾角27），可获得垂直与倾斜图像，使重复周期从26天缩短到4-5天。 4、具有立体观测能力。（3）高空间分辨率陆地卫星IKONOS使用线性阵列技术获得4个波段的4m分辨率多光谱数据和一个波段的1m分辨率的全色数据。其波段分配为：多光谱波段1（蓝色）0.450.53 m ，波段2（绿色）0.52-0.61 m ，波段3（红色）0.640.72 m ，波段4（近红外）0.770.88 m 。全色波段为 0.45 0.90 m 。数据的收集可达2048灰度级，记录为11 bit。由于
18、卫星设计为易于调整和操纵，几秒钟内就可以调整到指向新位置。这样很容易根据用户的需要取得新的数据。全景图像可达，实际图像的大小可以根据用户的要求拼接和调整。IKONOS的多光谱波段就是TM的前四个波段，IKONOS去掉了TM的后三个波段。显然就光谱性质而言，不如TM了。但从空间分辨率来说，相比TM的30 m，IKONOS（空间分辨率为4m）大大提高了数据的空间分辨特性。 4 m彩色和 1m全色可以和航空像片比美。海洋遥感的特点(1)需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖的观测 由于海洋具有范围广、幅度大、变化快的特点，只有从高空和空间平台上才能获得大面积同步覆盖的信息，进行海洋的研究。(
19、2)以微波为主 微波可以在各种天气条件下，透过云层获取全天候、全天时的世界海洋信息，并且微波还可以较好地获得海水温度、盐度和海面粗糙度等信息。(3)电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段的一条新路海洋遥感从可见光到红外到微波虽都被利用，但仍局限在以海水表面为深度的薄层，而利用声波可突破深度上的局限性，将遥感技术的应用范围延伸到深海甚至海底。(4)需要海面实测资料的校正海洋遥感要有其他海洋手段和海面实测资料作参考方能有效发挥作用。中心投影与垂直投影的区别(1)投影距离的影响（书59页 图3.12）垂直投影图像的缩小和放大与投影距离无关，并有统一的比例尺。中心投影则受投影距离（遥感平台高度
20、）影响，像片比例尺与平台高度H和焦距f有关。(2)投影面倾斜的影响（图3.13）当投影面倾斜时，垂直投影的影像仅表现为比例尺有所放大，像点相对位置保持不变。在中心投影的像片上比例关系有显著的变化，各点的相对位置和形状不再保持原来的样子。 (3)地形起伏的影响（图3.14）垂直投影时，随地面起伏变化，投影点之间的距离与地面实际水平距离成比例缩小，相对位置不变。 中心投影时，地面起伏越大，像片上投影点水平位置的位移量就越大，产生投影误差。这种误差有一定的规律。 图3.13 图3.14中心投影的透视规律在中心投影的像片上，各种物体的形状不同及其所处的位置不同，其变形的情况也各不相同。了解不同形状物体
21、在中心投影影像上的变形规律，对解译和制图是必要的。 （1）地面物体是一个点，在中心投影上仍然是一个点。如果有几个点同在一投影线上，它的影像便重叠成一个点。 （2）与像面平行的直线，在中心投影上仍然是直线，与地面目标的形状基本一致。例如地面上有两条道路以某种角度相交，反映在中心投影像片上也以相应的角度相交。如果直线垂直于地面（如电线杆），其中心投影有两种情况：一是当直线与像片垂直并通过投影中心（主光轴）时，该直线在像片上是一个点；二是直线的延长线不通过投影中心，这时直线的投影仍然是直线，但其长度和变形情况则取决于目标在像片中的位置。近像片中心，直线的长度被缩短，在像片边缘，直线的长度被夸大。 （
22、3）平面上的曲线，在中心投影的像片上仍为曲线。（4）面状物体的中心投影相当于各种线的投影的组合。水平面的投影仍为一平面。垂直面的投影依其所处的位置而变化，当位于投影中心时，投影所反映的是其顶部的形状，呈一直线；在其他位置时，除其顶部投影为一直线外，其侧面投影成不规则的梯形。像点位移的概念在中心投影的像片上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片位置上的移动，这种现象称为像点位移。扫描成像的分类 光/机扫描成像 固体自扫描成像 高光谱成像光谱扫描光/机扫描成像光学机械扫描成像系统，一般在扫描仪的前方安装光学镜头，依靠机械传动装置使镜头摆动，形成对目标地物的逐点逐行扫描。光机
23、扫描的几何特征取决于它的瞬时视场角和总视场角。瞬时视场角(2)：扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目标地物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角，即扫描仪的空间分辨率。 总视场角(2)：扫描带的地面宽度称总视场(L)。从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角，叫总视场角，也叫总扫描角。扫描带对应的地面宽度（L）为：式中H为遥感平台高度。进行扫描成像时，总视场角不宜过大，否则图像边缘的畸变太大。通常在航空遥感中，总视场角取70120。由于扫描仪的扫描角是固定的，因此遥感平台的高度越大，所对应的地面总视场也就愈大。 光机扫描仪可分为单波段和多波段两种。多波段扫
24、描仪的工作波段范围很宽，从近紫外、可见光至远红外都有。固体自扫描成像目前常用的探测元件是电荷耦合器件CCD成像光谱技术概念通常的多波段扫描仪将可见光和红外波段分割成几个到十几个波段。对遥感而言，在一定波长范围内，被分割的波段数愈多，即波谱取样点愈多，愈接近于连续波谱曲线，因此可以使得扫描仪在取得目标地物图像的同时也能获取该地物的光谱组成。这种既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术，称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。 两种基本类型的高光谱成像光谱仪 P711、光学机械式扫描（如图a）2、推帚式面阵列成像光谱仪（如图b） 图a 图b 微波概念在电磁波谱中，波长在1mm
25、1m的波段范围称微波。微波遥感概念 是指通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来识别地物的技术。微波遥感的特点1.能全天候、全天时工作 可见光遥感只能在白天工作，红外遥感虽可克服夜障，但不能穿透云雾。因此，当地表被云层遮盖时，无论是可见光遥感还是红外遥感均无能为力。地球表面有4060的地区常年被云层覆盖，平均日照时间不足一半，尤其是海洋上更是如此。 按瑞利散射原理，散射的强度与成正比。由于微波的波长比红外波要长得多，因而散射要小得多，所以与红外波相比，在大气中衰减较少，对云层、雨区的穿透能力较强，基本上不受烟、云、雨、雾的限制。2.对某些地物具有特殊的波谱特征 许多地物
26、间，微波辐射能力差别较大，因而可以较容易地分辨出可见光和红外遥感所不能区别的某些目标物的特性。例如，在微波波段中，水的比辐射率为0.4，而冰的比辐射率为0.99，在常温下两者的亮度温度相差 100 K，很容易区别，而在红外波段，水的比辐射率为0.96，冰的比辐射率为0.92，两者相差甚微，不易区别。 3.对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力 该特性可用来探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事目标，以及埋藏于地下的工程、矿藏、地下水等。4.对海洋遥感具有特殊意义 微波对海水特别敏感，其波长很适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测。5.分辨率（此处指空间分辨率）较低，但特性明显 微波传感器的分
27、辨率一般都比较低，这是因为其波长较长，衍射现象显著的缘故。要提高分辨率必须加大天线尺寸。其次，观测精度和取样速度往往不能协调。欲保证精度就需要有较长的积分时间，取样速度就要降低，通常是以牺牲精度来提高取样速度的。此外，地球表面的地物温度大多在200300K，峰值波都落在红外波段，因此红外波段的辐射量要比微波大几个数量级。然而，由于微波的特殊物理性质，使红外测量精度远不及微波，也要差几个数量级。因此，总的说来，红外和微波遥感各有优缺点。 微波遥感传感器分类 雷达 真实孔径雷达（RAR）：成像 侧视孔径雷达（SAR）：成像主动方式 微波高度计：不成像 微波散射计：不成像被动方式 微波辐射计：成像
28、微波散射计：不成像侧视雷达的分辨力可分为：距离分辨力Pg（垂直于飞行的方向） 书75-76页 方位分辨力Pa（平行于于飞行方向）1、距离分辨力Pg(垂直于飞行方向） A、B距离及C、D距离均为20米 俯角越大，距离分辨力低。俯角小，其距离分辨率高。2、方位分辨力Pa （平行于飞行方向） 雷达发射的微波向四面八方辐射，呈花瓣状，称波瓣，但以一个方向为主，称为主瓣，其他方向辐射能小，形成副瓣，其中角称波瓣角。要使雷达的方向性精确，就要尽量增大主瓣功率和减少波瓣角。波瓣角与雷达发射的微波波长成正比与雷达的天线孔径D成反比：=/DPa=(/D)RR为距目标地物的距离。 可见，发射波长越短、天线孔径越大、距离目标地物越近，则方位分辨力越高 。以实际孔径天线进行工作的侧视雷达，称真实孔径侧视雷达。要提高这种雷达的方位分辨力，只有加大天线孔径、缩短探测距离和工作波长。但实现这些要求在技术上有一定困难。例如，波长为3cm的雷达，其天线孔径 4 m，在200 km高的卫星轨道上对地面进行探测，方位分辨力为 1.5 km。若要求方位分辨力达到3 m，以便分辨出公路上的汽车，天线孔径就要求2000m。这样长的天线，无论对机载
