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1第一章遥感绪论一、遥感概念：狭义：从远离地面的不同工作平台上，通过传感器，对地球表面的电磁波信息进行探测，并经信息的传输处理，对地球的资源与环境进行探测和监测的技术。广义：遥远的感知。二、概念解释：传感器：接收、记录目标地物电磁波特征的仪器。电磁波谱：按照电磁波波长或频率大小依次排列而成的图谱。三、遥感分类5种方式1、按遥感平台：地面、航空、航天、航宇遥感2、按传感器的探测波段：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感3、按传感器的工作方式：主动式、被动式4、按遥感的应用领域：资源、环境、水文、地质、农业、林业、城市遥感5、按遥感资料的记录方式：成像方式（摄影和扫描）、非成像方式四、遥感的特点(5个)“大”，探测范围大（宏观探测），空间特性。“多”，数据的综合和可比性(波普特性)。又表现为波段多、多时间、多成像方式、多角度、多时相、多空间分辨率、多传感器和多平台（8个）等。“快”，成像速度快，每隔一定周期覆盖地球一次（时间特性）“广”，应用广“高”，效益高五、主动式遥感和被动式遥感的区别：是否能主动发射电磁波。主动式遥感：传感器带有发射信号的辐射源，工作时向目标地物发射信号，接受目标地物反射或散射回来的电磁波而进行的探测(只有雷达遥感，即微波遥感是主动式遥感)。被动式遥感：传感器不向目标地物发射电磁波，仅被动接受目标物自身发射和对自然辐射源的反射能量。六、成像方式与非成像方式：遥感的结果是否以成像的方式表达出来。区别：传感器接收的目标电磁辐射信号能否转换成（数字或模拟）图像。七、遥感应用1.农林方面的研究：农业估产，病虫害，水土流失2.地质，矿产研究：地质，探测断度，地震带，矿产探测利用高光谱技术3.水文，海产研究：水文，河流，洪水灾害（用气象卫星，快速），海洋盐度，温度，海水厚度4.环境监测：大气污染（二氧化碳，二氧化氮）气溶胶光学厚度AOD，水污染5.测绘方面研究6.地理学方面研究7.军事方面研究：红外、雷达最早应用于军事领域八、遥感技术系统包括:探测地物的波谱特征、信息的获取（通过传感器接收）、信息的传输与记录（通过遥感卫星接收站天线接收）、数据（信息）的处理（根据客户需求）、信息的应用九、光学摄影和扫描成像（成像方式）：航空遥感都用摄影成像，航天用扫描成像光学摄影：将探测到的地物的电磁波信息以深浅不同的色调直接记录在感光材料（胶片）上。扫描成像：将探测的范围分为若干像元，传感器按顺序接收每个像元的电磁波强度，并将此信息转化为图像，记录在磁带、磁盘或光盘上。十、电磁波（也叫电磁辐射）(1)概念：电磁振荡在空间的传播。(2)性质：①物质存在的一种形式—场的形式；②横波；③在真空中以光速传播；④具有波粒二象性：(3)电磁波谱：按照电磁波在真空中传播的波长大小依次排列而成的图谱。2单位换算：1m=103mm=106um=109nm=1010A公式：c=λ*ƒ光速(300000km/s)=波长*频率【判读】遥感的图像I反射(可见光和近红外波段)：反射率越大，颜色越浅(反应在图像上)。说明：物体在可见光和近红外波段主要是反射电磁波，反射率越大，即反射的电磁波(可以认为是光)越强，越亮，颜色就越浅；相反，反射率越小，回去的少，颜色越深（比如水体，反射率小，看不清，在像片上就是深的，发黑）。II发射(热红外波段)：温度越高，发射率越大，颜色越浅。说明：如果物体的温度高于0开氏度（--273摄氏度），就能向外发射热红外。III雷达回波(微波波段):回波率越高，颜色越浅（原理同上）。热红外(TIR)：3um--1000um:中红外:3--6um远红外:6--15um超远红外:15--1000um近红外(NIR):0.76--3um，又叫光红外或反射红外。可见光还可分为红橙黄绿青蓝紫七色光。第二章遥感的物理基础辐射(1)黑体：在任何温度下，对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体，并且具有最大发射率的物体叫绝对黑体，简称黑体吸收率=发射率=1.发射率1的物体叫灰体。(2)太阳辐射：表面温度t=6000k,电磁波很宽，连续曲线波长λmax=0.47um,又称短波辐射。地面辐射：表面温度t=3000k,发射的连续曲线波长λmax=9.66um，为长波辐射，是远红外的主要辐射源。3地物的发射光谱特性:1.地物的发射率ε(比辐射率)概念：是指地物单位面积上辐射出射度与同一温度下同面积黑体辐射出射度的比值。意义：（1）吸收率等于发射率（2）强的吸收体，也是强的发射体影响发射率因素：地物表面状况（粗糙度、颜色）、温度（比热、热惯量）、波长。太阳常数1.概念：不受大气影响（在大气上界，大气顶层），在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积、单位时间黑体所接收的太阳辐射量。（I⊙=1.360*103W/m2）地物的反射光谱特性1.概念：物体反射的辐射能量占总入射量的百分比为反射率（=1）。2.分类：根据物体的表面状况，反射分为三类：（1）镜面反射：是指物体的反射满足反射定律。入射波和反射波在同一平面内，入射角和反射角相等（最一般的，可以认为水面是镜面）。（2）漫反射：不论入射方向如何，反射率和镜面反射一样，但反射方向是四面八方。特点：方向四面八方，不同角度，亮度不同，多角度遥感。郎伯反射是漫反射的一种，是向四面八方反射的光线的角度一样。P=P’*3.14……，任何方向反射亮度一样。（3）实际物体反射：实际物体表面在有入射波时各个方向都有反射能量，但大小不同，多数介于两种理想模型之间。3.地物反射波谱曲线：以波长为x轴，反射率为y轴，反应地物反射率随波长的变化规律的曲线。（1）绿色植被：绿色植物光谱曲线特征：1.所有绿色植被都遵循大致相同的波谱曲线，但是不同的植被类型在近红外波段上的反射率不同。2.地物在不同的生长季节表现出不同的反射波普特征，绿光，红光差异较大。3.不同长势的植物表现出的反射波谱曲线也不相同。4地物的透射特性大气对遥感的影响L=Ls+LA(传感器探测的散射辐射LA，地面反射辐射Ls)传感器记录的反射经过大气2次，发射经过1次。一、大气的成份和结构z1.大气传输特性:大气对通过的电磁波产生的吸收、散射和透射的特性。z2.大气成分：N2O2(99%)H2O,CO,CO2,NH3CH4等;悬浮微粒：尘埃、冰晶、小水滴（气溶胶）二、大气对太阳辐射的影响太阳辐射经过大气层时，30％被云和其它成分反射，主要发生在晴天；17％被大气吸收，22％被大气散射，31％到达地面。１.大气的吸收作用由于大气层中的H2O、CO2、O2、O3对太阳辐射产生选择性吸收，把部分太阳辐射能转化为本身的内能，使温度升高。由于对太阳辐射波长的吸收特性不同，使太阳辐射的有些波段经过大气层时全部吸收而不能到达地面，造成许多波段的大气吸收带（正是因为臭氧吸收了紫外线，所以皮肤才不会收到太大伤害，也是南极臭氧层空洞的原理）。主要吸收带位于红外区（H2O、CO2）和紫外区（O2、O3）。2.大气的散射作用（气体分子、悬浮粒子、云等）：散射主要是对可见光区，近红外波段的影响。散射的实质：电磁波在传输中遇到大气微粒而产生的一种衍射现象。大气对太阳辐射的散射是影响太阳辐射衰减的主要原因。散射三种情况：（１）瑞利散射：大气中粒子直径比辐射波长小得多时，就称瑞利散射，又称分子散射。由大气中分子O2、O3，N2等引起。散射的强度与λ4(波长)成反比，波长越大，散射越弱（波长越长，相当于离分子直径越远，分子对它的影响就小）。比如：微波波长比粒子的直径大得多，有最小散射，最大透射，可以穿云透雾。对可见光影响很大。对红外和微波几乎没有影响。（２）米氏散射：大气中粒子直径与辐射波长相当时发生的散射。主要是烟、尘埃、小水滴及气溶胶等微粒。与红外线接近0.76—15um，云雾对红外线的散射主要是米氏散射。散射强度与λ2成反比，散射在光线向前方向比向后方向更强(散射是向四面八方的，但是终究还是前方，也就是直线方向上的光线更多，而返回去的光线较弱)。潮湿天气米氏散射影响大。（3）非选择性散射：大气中粒子直径远大于波长时发生。特点是散射强度与波长无关。云雾对可见光各个波长的散射相同，呈白色。只对微波是透明的（对微波没有影响，因为不符合非选择性散射的发生条件），其它波段将受到影响。三、大气窗口1．概念：电磁波辐射通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率较高的波段范围，称为“大气窗口”。2．主要大气窗口:0.3～1.3微米(紫—可见光—红外)—摄影成像的最佳波段，许多卫星传感器扫描成像的常用波段。1.3～2.5微米（近红外）探测植被含水量以及云、雪或地质制图等。3.5～4.2微米（中红外）可以反射，也可以发射。8～14um（远红外，常温地物）适于夜间成像。0.8～25cm（微波区）穿云透雾。3.作用和意义：传感器探测波段选择的依据之一。天空颜色分析1.蓝天：无云的晴空呈现蓝色，因为蓝光波长短，（瑞利）散射强度比较大，因此蓝光向四面八方散射，使整个天空蔚蓝，使太阳辐射传播方向的蓝光被大大削弱。这种情况在日出和日落时更明显，太阳此时高度角很小，阳光斜射向地面，通过的大气层比阳光直射时要厚得多。蓝光波长最短，几乎被散射殆尽。2.晚霞橘红色：日落时，太阳此时高度角很小，阳光斜射向地面，通过的大气层比阳光直射时要厚得多。蓝光波长最短，几乎被散射殆尽。波长次短的绿光大部分也被散射掉了，只剩下波长最长的红光，散射最弱，因此透过大气最多。加上剩余的极少量绿光，最后合成呈现橘红色，所以朝霞和夕阳都偏橘红色。53.云雾白色：根据非选择性散射的原理，雨雾对可见光的散射是非选择性散射，而云雾中水滴的粒子直径比可见光波段的波长大得多，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现白色。第三章航空遥感与航空像片一、1.航空遥感：是以飞机、气球等飞行于大气层中的飞行器作为遥感平台的遥感。2.航空摄影：传感器：航空摄影仪感光材料：航空摄影的主要材料组成：感光乳剂和片基3.航空像片分类(反射率越大，色调越浅；反射率越小，色调越深)：（1）黑白像片——采用全色片（0.4～0.76微米，可见光波段），以深浅不同色调记录地物的辐射特征（反射）。（2）彩色像片——彩色感光材料，三层：蓝、绿、红。色彩与实际地物色彩一致，信息量较黑白像片丰富（3）红外像片－利用红外感光材料记录可见光和近红外（0.4～0.9～1.3微米），反应可见光和近红外波段的变化。水体在红外波段反射率几乎为0（水体只有在蓝绿波段反射比较强，其余波段吸收都很强，特别是红外波段，就更强了因此在红外波段反射率为0），所以颜色特别深，而且水体越深，越清澈，吸收红外线强，色调越深；绿色植被近红外反射率特别大，所以颜色较浅。二者特别容易辨认。①黑白红外——对水体和绿色植物反应敏感，具有较高的反差及分辨率②彩色红外：黄色滤光镜头吸收蓝光波段（蓝光波长短，散射太严重，影响像片的正常效果），能消除散射，改善反差，增加清晰度，颜色鲜艳，应用广泛。即是在感绿、感红和近红外的三层感光乳剂上加了一个黄色滤光镜头，这样就可以消除蓝光（蓝光的瑞利散射太强）。对于植被：针叶林和阔叶林中，针叶林反射率低，色调深；阔叶林(杨树等叶子多的植被)反射率高，色调浅；有病虫害，色调深（受到破坏，正常的色泽，反射削弱了）；重点：彩色红外——假彩色：由感绿、感红、近红外三个波段感光之后变成蓝、绿、红，形成地物的颜色。（但不是正常的颜色，理解为假彩色）。彩色像片------真彩色：由可见光中蓝、绿、红三者合成地物的颜色，与实际的一样，是真彩色。4.航空像片的性能指标:感光度反差解像力二、航片的投影性质1．中心投影：空间任意直线均通过一固定点（投影中心），投影到一平面上（投影平面，胶片）而形成的透视关系。2．中心投影的成像特征（１）点的像仍是点（２）线的像仍是线，但是当直线与像片垂直并通过投影中心时，是点。（３）曲线的像仍是曲线3.像点位移：在中心投影的像片上，地形的起伏除引起像比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片位置上的移动，这种现象叫做像点位移。三、航空摄影的种类（一）按像片倾角划分1