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现在遥感导论PPT整理（共六章）
来源：
潘顺的日志
第一章 绪论
一、基本概念：
1.遥感（Remote Sensing）
广义：
无接触的远距离探测。
狭义：
遥感是使用探测仪器，不和探测目标相接触，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。
2.遥感系统（Remote Sensing System）
遥感系统包括：
被测目标的信息特征；信息的获取、信息的传输和记录；信息的处理；信息的使用五大部分。
一、遥感的分类
（1） 按遥感平台分类：
近地面遥感；航空遥感（100m－10000m）；航天遥感（>150Km） ；航宇遥感。
（2）按传感器的探测波段分类：
紫外遥感：
0.05 ~ 0.38 μｍ
可见光遥感：
0.38 ~ 0.76 μｍ
红外遥感：
0.76 ~ 1000μｍ
微波遥感：
1 mm ~ 10 m
多波段遥感：
传感器由若干个窄波段组成
（3） 按工作方式分类：
主动遥感；被动遥感
主动遥感：
探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号。
被动遥感：
传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。
（4）按使用领域分类：
陆地遥感、海洋遥感；农业遥感；城市遥感……
三、遥感的特点
（1）大面积的同步观测（空间特性） ---- 探测范围大、具有宏观、综合的特点，可以实施大面积的同步观测。
（2）时效性（时相特性）---- 在很短时间内对同一地区能够进行重复成像，有利于动态监测
（3）信息的综合性和可比性
---- 地球表面自然和人文景观的综合反映
---- 卫星轨道的确定性、影像分幅的同一性、同一系列传感器信息的兼容性
（4） 经济性 ---- 和传统信息获取手段相比
（5） 局限性 ---- 相对于整个电磁波谱段而言
四、遥感技术发展趋势
1.遥感发展现状
（1）自1960年美国发射第一颗气象卫星以来开创了从空间对地球观测的新时代，1972年美国发射了第一颗地球资源卫星后各国向空间发射了大量的对地观测卫星，目前还有20余颗尚在运行；
（2）遥感平台方面
（3）传感器方面：
伊克诺斯 （IKONOS）卫星影像
（4）遥感信息处理方面
（5）遥感使用方面
2.遥感技术发展趋势
² 3 全 （全天候、全天时、全球）
² 3 高 （高空间、高光谱、高时间分辩率）
² 3个结合（大—小卫星，航空—航天，技术—使用
六、遥感技术使用领域举例
Ø 土地资源、土地利用及其动态监测
Ø 主要农作物的遥感估产
Ø 重要自然灾害的遥感监测和评估
Ø 城市发展的遥感监测
Ø 天气和海洋
Ø 其他领域如军事、突发事件等
第二章电磁辐射和地物光谱特征
遥感信息源：
任何目标物都具有发射、反射和吸收电磁波的性质。
遥感探测的依据：
目标物和电磁波的相互作用，构成了目标物的电磁波特性。
一、电磁波和电磁波谱
1.波的概念：
波是振动在空间的传播。
2.机械波：
声波、水波和地震波
3.电磁波（ElectroMagnetic Spectrum ）——由振源发出的电磁振荡在空气中传播。
4.电磁波的特性
（1）电磁波是横波
（2）在真空中以光速传播 （光速＝波长×频率）
（3）电磁波具有波粒二象性
电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在和物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。
Ø 波动性：
电磁波是以波动的形式在空间传播的，因此具有波动性
Ø 粒子性：
它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运动。
波粒二象性的程度和电磁波的波长有关：
波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。
5.电磁波谱
将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。
6.遥感学常使用的电磁波分类名称和波长（λ）范围
名称 波长范围
紫外线 0.01 ----0.38 μｍ
可见光 0.38 ---- 0.76 μｍ
近红外 0．76 ---- 3.0 μｍ
中红外 3．0 ---- 6.0 μｍ
远红外 6．0 ----15.0 μｍ
超远红外 15 ---- 1000 μｍ
微 波 1 ---- 1000 ｍｍ
7.电磁辐射源
（1）自然辐射源
太阳辐射：
是可见光和近红外的主要辐射源
地球的电磁辐射：
小于3μm的波长主要是太阳辐射的能量（近红外）；大于6μm的波长（热红外），主要是地物本身的热辐射；3-6 μm之间（中红外），太阳和地球的热辐射都要考虑。
（2）人工辐射源：
雷达
二、地物的光谱特性
任何地物都有自身的电磁辐射规律，如反射、发射、吸收电磁波的特性。
少数还有透射电磁波的特性。
地物的这种特性称为地物的光谱特性。
1.地物的反射光谱特性
（1）地物的反射率、吸收率和透射率
对于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即为弱辐射体；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。
（2）地物的反射率（反射系数或亮度系数）
地物对某一波段的反射能量和入射能量之比。
反射率随入射波长而变化。
影响地物反射率大小的因素：
Ø 入射电磁波的波长
Ø 入射角的大小
Ø 地表颜色和粗糙度
（3）地物的反射光谱：
地物的反射率随入射波长变化的规律。
Ø 地物反射光谱曲线：
根据地物反射率和波长之间的关系而绘成的曲线。
地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。
Ø 不同地物在不同波段反射率存在差异：
雪、 沙漠、湿地、小麦的光谱曲线
Ø 同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。
Ø 地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。
2.地物的发射光谱特性
地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。
（1）黑体：
在任何温度下，对各种波长的电磁辐射全部吸收。
（2）黑体辐射：
黑体的热辐射称为黑体辐射。
（3）黑体辐射的三个特性
ü 辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。
ü 温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同（温度的四次方成正比）。
ü 随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。
辐射通量密度：
辐射源在单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量。
（4）地物的发射率
发射率（Emissivity ）：
地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W和同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。
它也是遥感探测的基础和出发点。
按照发射率和波长的关系，把地物分为：
ü 黑体或绝对黑体：
发射率为1，常数。
ü 灰体（grey body）：
发射率小于1，常数
ü 选择性辐射体：
发射率小于1，且随波长而变化。
（5）地物发射光谱曲线
温度一定时，地物的发射率随波长变化的曲线。
见图2.15 各类岩浆岩的发射率
（6）亮度温度
三、大气和环境对遥感的影响
（1）大气吸收
² 大气的层次：
对流层、平流层、电离层（中间层、热层）、外大气层
² 大气成分：
N2、O2、 O3 、 CO2、H2O 、……、烟、尘埃、雾、小水滴、气溶胶。
² 太阳辐射穿过大气层时，大气分子对电磁波的某些波段有吸收作用，引起这些波段太阳辐射强度的衰减，或完全不能通过大气。
² 太阳辐射到达地面时，形成了电磁波的某些缺失带
² 对太阳辐射影响最大的是对流层和平流层
（2）大气散射
ü 大气中的粒子和细小微粒如烟、尘埃、雾霾、小水滴及气溶胶等对大气具有散射作用。
散射的作用使在原传播方向上的辐射强度减弱，增加了向其他各个方向的辐射。
我们把辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开的物理现象，称为散射。
散射现象的实质是电磁波传输中遇到大气微粒产生的一种衍射现象。
ü 辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生改变，向各个方向散开。
大气散射的三种情况：
ü 瑞利散射（分子散射）：
当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射；主要由大气中的原子和分子引起。
散射强度和波长的四次方成反比。
（大气颗粒对可见光，距离地面9-10km，电磁波长小于1um）----天为什么是蓝的？
日出日落时天空是橙红色？
ü 米氏散射：
当大气中粒子的直径和波长相当时发生的散射；主要由大气中的烟尘、小水滴和气溶胶引起。
散射强度和波长的二次方成反比。
米氏散射在光线前进方向比向后方的散射更强。
（云雾对红外的散射、潮湿天气；距地面0－5km，电磁波长集中在0.76－15um）
ü 非选择性散射：
当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射；散射强度和波长无关 。
----云雾中水滴粒子的直径和可见光相比；云为什么是白色的？
大气散射作用和波长的关系：
瑞利散射主要发生在紫外、可见光和近红外波段；
米氏散射发生在近紫外 ~ 红外波段，但在红外波段米氏散射的影响超过瑞利散射；
在微波波段，由于微波波长远大于云层中水滴的直径，因而属于瑞利散射类型；此时，散射强度和波长的四次方成反比，散射强度相对很弱，透射能力很强，故微波具有穿透云雾的能力。
（3）大气的折射和反射
ü 大气的折射率和大气密度有关，密度越大折射率越大。
因而，电磁波（太阳辐射）在大气中的传播轨迹是一条曲线（P31，F2.17）。
大气折射只是改变了太阳辐射的方向，并不改变太阳辐射的强度。
ü 大气反射主要发生在云层顶部，并和云量密切相关。
（4）大气窗口
将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。
大气窗口的光谱段主要有：
（P32）
v 0.3 ~ 1.3 μｍ 紫外~ 近红外
v 1.5 ~ 1.8 μｍ 和 2.0 ~ 3.5 μｍ 近~中红外
v 3.5 ~ 5.5 μｍ 中红外
v 8 ~ 14 μｍ 远红外
v 0.8 ~ 2.5 cｍ 微波
四、遥感的三种模式
（1）可见光/近红外遥感
（2）热红外遥感
（3）雷达遥感
第三章 遥感图像的获取
一、遥感平台—搭载传感器的工具
1. 遥感卫星
轨道倾角
轨道形状：
椭圆型
轨道高度
² 卫星离地面的平均距离。
² 低轨卫星：
150—200KM，寿命1～3周，
举例 :
多数是军事卫星
² 中轨卫星：
300～1500KM，寿命1年以上，
举例:
陆地卫星、气象卫星、海洋卫星
² 高轨卫星：
35800KM, 寿命很长，
举例：
通信卫星; GPS卫星：
22000KM
近极轨卫星和赤道卫星
近极轨卫星：
Φ约等于90°，对地球覆盖范围广。
如陆地资源卫星。
赤道卫星：
Φ=0°或180°时，卫星轨道面和地球赤道面重合，卫星在赤道上空运行。
举例:
地球同步卫星/静止卫星。
太阳同步卫星
卫星和太阳同步，光照角保持不变化。
卫星轨道上每一点的平均太阳时保持不变。
（相同的纬度，所有点具有相同的太阳时）
LANDSAT：
经过赤道9：
45AM, 北京：
10：
00AM左右。
地球同步卫星
卫星绕地球运行的速度等于地球自转的速度。
始终覆盖着地球表面的同一地区。
举例：
某些气象卫星、电视转播卫星。
3. 陆地卫星系列
美国陆地卫星系列 Landsat
Ø 近极近环形太阳同步轨道
轨道高度：
705公里
倾角:
98.22°
运行周期：
98.9分钟
24小时绕地球:
15圈
穿越赤道时间:
上午9:
45分
扫描带宽度:
185公里
重复周期:
16天 卫星绕行:
233圈
法国资源卫星系列 SPOT
Ø 轨道高度:
约830公里
Ø 卫星覆盖周期:
26天
Ø 扫描宽度:
60 （×60 ） 公里
Ø 最高空间分辨率:
全色波段---2.5米; 多光谱波段--- 10米
Ø 优势特征：
卫星搭载的传感器具有倾斜（侧视）能力，可以获取相邻轨道的地表信息，使重叠率达到 60﹪，构成“立体像对”。
中国资源一号卫星——中巴地球资源卫星（CBERS）
² 1999.10.14,在太原卫星发射中心成功发射。
重访周期：
26天，设计寿命：
2年。
² 轨道：
太阳同步近极地轨道。
H：
778km
² 最高空间分辨率：
19.5m
高分辨率商业卫星系列 IKONOS & Quickbrid
Quickbrid卫星
空间分辨率：
全色0.62米
多光谱2.7米
全景成像面积：
16.5×16.5平方公里
IKONOS卫星
空间分辨率：
全色1米
多光谱4米（蓝、绿、红、近红外）
全景成像面积：
11×11平方公里
二、摄影成像
通过成像设备获取物体影像的技术,较多用于航空遥感探测。
（光学镜头、感光胶片）
航空摄影机
彩色红外照相机
1. 摄影成像分类
按记录方式分：
传统摄影成像：
依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。
数字摄影成像：
通过放置在焦平面的光敏元件，经光/电转换，以数字信号来记录物体的影像。
按探测波长分：
紫外摄影、可见光摄影、红外摄影、多光谱摄影
特点：
1） 历史悠久、较为完善、使用广泛。
2） 信息量大、分辨率高
3） 受到感光剂的限制，感光范围0.29－1.10微米，而且只能在晴朗的白天工作。
4）瞬间成像，属于中心投影。
5）分为模拟影像和数字影像两类。
一般遥感中使用最多的是航空摄影机和多光谱摄影机。
2. 摄影机
（1）分幅式摄影机
（2）全景式摄影机
（3）多光谱摄影机
（4）数码摄影机
3. 摄影像片的几何特征
（1）投影
（2）比例尺
（3）像点位移
（1）航空像片属于中心投影
垂直投影：
物体影像是通过相互平行的光线投影到和光线垂直的平面上。
（比例尺一致、和投影距离无关）。
中心投影：
空间任意直线均通过一固定点（投影中心）投射到一平面（投影平面）上而形成的透视关系。
（2）像片的比例尺
像片上两点之间的距离和地面上相应两点实际距离之比。
（3）像点位移：
在中心投影的像片上，由于地形起伏，引起平面上的点位在像片位置上的移动。
三、扫描成像
1. 含义：
依靠探测元件和扫描镜对目标物以瞬间视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像。
2. 探测波段：
紫外、可见光、红外和微波波段。
3. 成像方式：
光/机扫描成像、固体自扫描成像、高光谱成像光谱扫描。
（1）光学－机械扫描仪
依靠机械传动装置使光学镜头摆动，形成对目标地物逐点逐行扫描。
Ø 瞬时视场角：
扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接收到的目标物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角。
Ø 总视场角：
扫描带的地面宽度称总视场。
从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角，叫总视场角。
几种光机扫描一仪
多光谱扫描仪（MSS）
专题制图仪TM
（2）固体自扫描成像（推帚式扫描仪）
Ø 固体自扫描是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。
Ø 采用线列（或面阵）探测器CCD作为敏感元件，线列探测器在垂直于飞行方向排列。
（3）高光谱成像光谱扫描（高光谱成像光谱仪）
成像光谱仪：
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。
特点：
图像由多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成（200个以上波段数据）。
图像中的每一像元均得到连续的反射率曲线。
四、遥感图像的特征
遥感解译目标：
目标地物的大小、形状及空间分布特点
目标地物的属性特点
目标地物的变化动态特点
图像的几何特征（空间分辨率）
图像的物理特征（波谱分辨率、辐射分辨率）
图像的时间特征（时间分辩率）
1. 遥感图像的空间分辩率
图像的空间分辨率指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。
遥感最大成图比例尺
TM图像（30米分辨率）：
1:
10万
ETM（15米分辨率）：
1:
5万
SPOT5（5米分辨率）：
1:
2.5万
SPOT5（2.5米分辨率）：
1:
1万
IKONOS（4米分辨率）：
1:
2.5万
IKONOS（1米分辨率）：
1:
3000
Quickbird（2.44米分辨率）：
1:
1万
Quickbird（0.61米分辨率） 1:
2000
2. 遥感图像的波谱分辨率——传感器所用的波段数、波长及波段宽度
波谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。
间隔愈小，分辨率愈高。
3. 遥感图像的辐射分辨率
辐射分辨率是指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。
一般用灰度的分级数表示。
4、遥感图像的时间分辨率
Ø 时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。
Ø 时间分辨率对动态监测很重要。
第四章 遥感图像目视解译和制图
遥感图像解译分为两种：
目视解译：
指专业人员通过直接观察或借助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。
遥感图像计算机解译：
第一节 航空摄影像片判读
一、目标地物的特征
色：
指目标地物在遥感影像上的颜色，包括色调、颜色和阴影。
形：
指目标地物在遥感影像上的形状，包括形状、纹理、大小、图形等。
位：
指目标地物在遥感影像上的空间位置，包括目标地物分布的空间位置、相关布局等。
二、像片的种类
可见光黑白全色像片
黑白红外像片
彩色像片
彩红外像片
多波段摄影像片
三、遥感摄影像片的判读特点
绝大部分为大中比例尺像片,各种人造地物的形状特征和图型结构清晰可辨；
绝大部分采用中心投影，可以看到地物的顶部轮廓。
四、遥感摄影像片的解译标志
解译标志又称判读标志，指能够反映和表现目标地物信息的遥感影像各种特征，这些特征能够帮助判读者识别遥感图像上目标地物或现象。
（1）直接判读标志
形状：
人造地物具有规则的几何外形和清晰的边界，自然地物具有不规则的外形和规则的边界。
大小：
不知道比例尺时，可以比较两个物体的相对大小；已知比例尺，可直接算出地物的实际大小和分布规模。
阴影：
本影：
是地物未被太阳照射到的部分在像片上的构像。
有助于获得地物的立体感。
落影：
是阳光直接照射物体时，物体投在地面上的影子在像片上的构像。
色调和颜色：
是地物波谱在像片上的表现。
在黑白像片上，据地物间色调的相对差异区分地物。
在彩色像片上据地物不同颜色的差异或色彩深浅的差异来识别地物。
纹理：
通过色调或颜色变化表现的细纹或细小的图案。
这种细纹或细小的图案在某一确定的图像区域中以一定的规律重复出现。
可揭示地物的细部结构或内部细小的物体。
图型：
是目标地物以一定规律排列而成的图型结构。
揭示了不同地物间的内在联系。
位置：
指目标地物在空间分布的地点。
五、目视解译方法
直接判读法:
使用的直接判读标志有色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图案等。
对比分析法:
同类地物对比分析、空间对比分析、时相动态对比法。
信息复合法:
利用透明专题图或透明地形图和遥感图像复合，根据专题图或者地形图提供的多种辅助信息，识别遥感图像上目标地物的方法。
综合推理法:
综合考虑遥感图像多种解译特征，结合生活常识，分析、推断某种目标地物的方法。
地理相关分析法:
根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存，相互制约的关系，借助专业知识，分析推断某种地理要素性质、类型、状况和分布的方法。
六、目视解译步骤
1、目视解译准备工作阶段
明确解译任务和要求；
收集和分析有关资料；
选择合适波段和恰当时相的遥感影像。
2、初步解译和判读区的野外考察
初步解译的主要任务是掌握解译区域特点，确立典型解译样区，建立目视解译标志，探索解译方法，为全面解译奠定基础。
野外考察：
填写各种地物的判度标志登记表，以作为建立地区性的判度标志的依据。
在此基础上，制定出影像判度的专题分类系统，建立遥感影像解译标志。
3、室内详细判
统筹规划、分区判度，
由表及里、循序渐进，
去伪存真、静心解译。
4、野外验证和补判
野外验证包括：
检验专题解译中图斑的内容是否正确;检验解译标志.
疑难问题的补判：
对室内判读中遗留的疑难问题的再次解译。
5、目视解译成果的转绘和制图
一种是手工转绘成图；
一种是在精确几何基础的地理地图上采用转绘仪进行转绘成图。
第二节 遥感制图
一、遥感影像地图
1、遥感影像地图的特点
丰富的信息量
直观形象性
具有一定的数学基础
现势性强
2、遥感影像地图的发展趋势
电子影像地图
多媒体影像地图
立体全息影像地图
二、计算机辅助遥感制图
计算机辅助制图是在计算机系统支持下，根据地图制图原理，使用数字图像处理技术和数字地图编辑加工技术，实现遥感影像地图制作和成果表现的技术方法。
1、遥感影像信息选取和数字化
选取合适时相、恰当波段和指定地区的遥感图像。
对航空像片和影像胶片需要数字化。
2、地理基础底图的选取和数字化
底图数字化前的准备工作：
ü 图面质量检查：
地图变形情况、图面的清晰程度；
ü 按类别进行分要素标描，以免漏掉要素。
ü 多幅相邻底图内容检查：
成图时相、内 容等；图面要素分类编码。
底图数字化。
3、遥感影像几何纠正和图像处理
几何纠正应尽量选取永久性地物；
图像处理的目的是消除影像噪音。
4、遥感影像镶嵌和地理基础底图拼接
遥感影像镶嵌原则
Ø 镶嵌的影像投影相同、比例尺相同，有足够的重叠区域；图像的时相保持一致
Ø 多幅图像镶嵌时，以中间一幅为 准进行几何拼接和灰度平衡；有必要时应进行局部区域二次几何纠正和灰度调整；镶嵌后的影像应是一幅信息完整、比例尺统一和灰度一致的图像。
Ø 地理基础底图拼接
Ø 利用GIS提供的拼接功能进行。
5、地理基础底图和遥感影像复合
将同一区域的图像和图型准确套合，目的是提高遥感影像地图的定位精度和解译效果。
6、符号注记图层生成
注记是对地物属性的补充说明，可以提高影像地图的易读性。
7、影像地图图面配置
Ø 影像地图：
放在图的中心区域；
Ø 添加影像标题：
常放在影像图上方或左侧；
Ø 配置图例：
放在地图中的右侧或下部；
Ø 配置参考图：
放在图的四周任意位置；
Ø 放置比例尺：
放在影像图下部右侧；
Ø 配置指北箭头
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