搜索
2019/12/16浙江工商大学公共管理学院1一、遥感(remotesensing)的概念广义遥感，泛指一切无接触的远距离探测。包括对电磁波（光、热、无线电等）、力（重力、磁力等）、声波、地震波的探测。遥感：通过探测仪器（遥感器这类对电磁波敏感的仪器），在远离目标和非接触目标物条件下探测目标地物，记录目标的反射、发射或散射等电磁波信息，进行处理、分析，揭示物体特征性质及其变化的一门科学和技术。2019/12/16浙江工商大学公共管理学院2二、遥感系统遥感信息源—目标的电磁波特性信息的获取遥感数据的传输与接收遥感图像处理遥感信息提取与分析2019/12/16浙江工商大学公共管理学院3三、遥感的类型按遥感平台分：地面遥感：传感器设置于地面平台，为航空和航天遥感作校准和辅助工作。航空遥感：传感器设置于航空器，主要是飞机和气球。航天遥感：传感器设置于航天器，如人造地球卫星、航天飞机、空间站。80km以上的平台。航宇遥感：传感器设置于星际飞船上，探测地月系统外的目标。2019/12/16浙江工商大学公共管理学院4四、遥感的特点大面积同步观测时效性数据具有综合性和可比性较高的经济效益与社会效益一定局限性6、遥感应用的电磁波波谱段紫外线（较少用）：波长范围为0.01～0.38μm可见光：波长范围：0.38～0.76μm红外线：波长范围为0.76～1000μm微波：波长范围为1mm～1m2019/12/165第一节电磁波谱与电磁辐射7、电磁辐射的度量任何物体都是辐射源。电磁波的传递是电磁能量的传递。不同辐射源向外辐射不同强度和不同波长的辐射能量。利用遥感手段探测物体，实际上是对物体辐射能量（发射辐射及反射辐射）的测定与分析。辐射能量（W）：以电磁波的形式向外传送的能量，单位为焦（J）;辐射通量（Φ）：单位时间内，通过某一表面的辐射能量，单位为瓦，即焦/秒，Φ=dW/dt;辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的辐射能量，E=dΦ/dS，单位为瓦/平方米。辐射出射度（M）向外发出辐射照度(I)①思忒藩-玻尔兹曼定律此定律将黑体的总辐射出射度与温度的定量关系表示为：M(T)=σT4此式表明，绝对黑体的总辐射出射度（发射的总能量）与黑体温度的四次方成正比。②维恩位移定律黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与黑体的绝对温度T成反比：λmax·T=b遥感技术上，常用这种方法选择遥感器和确定对目标物体进行热红外遥感的最佳波段。浙江工商大学公共管理学院6第二节太阳辐射及大气对辐射的影响一、太阳辐射太阳是一个电磁辐射源，是被动遥感最主要的能源。1、太阳常数I⊙=1.360×103W/m2指不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳辐射方向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量。2、太阳光谱(太阳大气从内向外分为光球、色球和日冕)1、大气的层次对流层：高度在7～12km,温度随高度而降低，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随季节和纬度变化。平流层：高度在对流层顶～50km，底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高，为暖层。中间层：高度在50～80km，温度随高度增加而降低。电离层：包括下部的热层与上部的逸散层。大气中的O2、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。2019/12/167三、大气的吸收大气中有三种气体对太阳辐射能的吸收最有效，分别为臭氧（O3）、二氧化碳（CO2）和水汽（H2O）。四、大气散射散射：电磁波与物质相互作用后电磁波偏离原来的传播方向，并向各方向散开的现象。与吸收作用不同，只改变传播方向，不能转变为内能。对遥感图像来说，降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。大气发生的散射主要有三种：瑞利散射：dλ米氏散射：d≈λ非选择性散射：dλ散射类型粒径要求引发物质影响波段散射强度与波长关系散射方向发生高度对遥感数据的影响瑞利散射dλO2、N2、CO2、O3可见光和近红外I∝λ-4前向同于后向9-10km晴朗高空图像辐射畸变、模糊，降低图像的对比度米氏散射d≈λ烟、尘埃等气溶胶近紫外到红外I∝λ-2前向大于后向0-5km无选择性散射dλ云、雾、水滴同等散射可见光。与波长无关2019/12/168第三节地球的辐射与地物波谱波段名称紫外、可见光与近红外中红外远红外波长0.3～2.5μm2.5～6μm6μm辐射特性地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三、地表热辐射(热红外遥感)从理论上讲，自然界任何温度高于热力学温度（0K或-273℃）的物体都不断地向外发射电磁波，即向外辐射具有一定能量和波普分布位置的电磁波。这种辐射依赖于温度，所以称为热辐射。92、地物反射波谱曲线地物的反射波谱指地物反射率随波长的变化规律。通常用平面坐标曲线表示，横坐标表示波长λ，纵坐标表示反射率ρ。地物的反射波普的形状反映了地物的波谱特征。影响波谱特征的因素包括物质的类别、组成、结构以及表面特征等。对于遥感应用而言，物体的反射性质是揭示目标本质的最有用信息。10一、植物的光谱特征可见光谱段内，植物的光谱特性主要受叶的各种色素的支配。叶绿素在0.45μm、0.67μm处有两个吸收带。在近红外谱段内，植物的光谱特征取决于叶片内部的细胞结构。0.74-1.3μm的高反射带。短波红外谱段内（1.3μm以外），植物的光谱特性受叶子总含水量的控制。受到以1.4μm、1.9μm、2.7μm为中心的水吸收带的控制。2019/12/16112019/12/16浙江工商大学公共管理学院12第三节地球的辐射与地物波谱当叶绿素浓度增加时，可见光的蓝光部分的光谱反射率明显下降，但绿光部分的反射率则上升。2019/12/1613•二、陆地卫星系列•1、主要的陆地卫星系列–陆地卫星（Landsat）–斯波特卫星（SPOT）–中国资源一号卫星——中巴地球资源卫星（CBERS）第二节摄影成像•一、遥感器的组成采集器处理器探测器采集地物辐射能量。如照相机的透镜、扫描仪的反射镜等。将采集的辐射能转变成化学能或电能。如感光胶片、光电倍增管等。对采集的信号进行处理。如胶片的显影、定影；电信号的放大处理等。输出器输出获得的图像、数据。如摄影胶片、磁带记录仪等。成像方式记录方式第二节摄影成像、扫描成像基本概念摄影是通过成像设备获取物体影像的技术。传统摄影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。数字摄影则通过放置在焦平面的光敏元件，经过光电转换，以数字信号来记录物体的影像。扫描成像是依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时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的信息，形成一定谱段的图像。•一、光机扫描成像（光学机械扫描成像,）•利用平台的行进和旋转扫描镜对与平台行进的垂直方向的地面（物平面）进行扫描，获得二维遥感数据。又称物面扫描系统。•光机扫描系统是由扫描系统（旋转扫描镜）、聚焦系统（反射镜组）、分光系统（棱镜、光栅）、监测系统（探测元件——光电转换系统、放大器）、记录系统（磁带记录仪）等组成。主要用分离的探测器和扫描镜工作。•二、固体自扫描成像（推扫式扫描，像面扫描系统）–用广角光学系统，在整个视场内成像。所记录的多光谱数据是沿着飞行方向的条幅。三、高光谱成像光谱扫描光机扫描成像系统与固体自扫描成像系统（推扫式扫描系统）对比类型相似点差异点光机扫描成像系统利用飞行器的前向运动，借助于与飞行方向垂直的“扫描”线记录，构成二维图像。每行数据记录方式差异明显：利用旋转扫描镜，一个像元一个像元轮流采光，即沿扫描线逐点扫描成像。探测器和扫描镜分离。推扫式扫描成像系统利用飞行器的前向运动，借助于与飞行方向垂直的“扫描”线记录，构成二维图像。不用扫描镜，把探测器按扫描方向（垂直于飞行方向）阵列式排列来感应地面响应。传统摄影成像系统与扫描成像系统对比分析类型成像原理记录方式传输方式存储介质缺点优点摄影成像系统透镜收集电磁波，并聚焦到胶片通过感光乳胶片的光化学反映记录数据。回收胶片为主感光乳胶片乳胶片性质不稳定。图象存储、传输和处理都不方便。空间分辨率高、视场角大、几何完整性好利于精确测量分析。扫描成像系统光电成像，收集到的电磁波能量通过探测器转变成电压差。将电压差经过模数变换变为亮度值存储数据。通过输出电信号传输到地面。磁带、磁盘、光盘与摄影成像对比扫描成像系统成本高、几何完整性差，空间分辨率低。可以迅速传送、记录、分析和处理电信号。可以给出定量的辐射数据。第五节遥感图像的特征•一、遥感图像的空间分辨率•图像的空间分辨率指像素所代表的地面范围大小，即扫描的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。有三种表达方式：•1、像元（pixel）：单个像元所对应的地面面积大小。单位为m或km。像元是扫描影像的基本单元，由亮度值表示。•二、光谱分辨率（波谱分辨率）•指遥感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。•三、辐射分辨率•辐射分辨率指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差，是传感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。•一般用灰度的分级数来表示，即最亮-最暗灰度值（亮度值）分级的数目。6bits（0-63）,8bits（0-255）等。•四、时间分辨率•对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频率，重访周期。目前常用的遥感图像增强处理主要有：彩色合成、灰度变换、直方图变换、密度分割、灰度颠倒、图像间运算、邻域增强处理、主成分分析、K－T变换、信息融合。TM10.45~0.52μm蓝波段TM20.52~0.60μm绿波段TM30.63~0.69μm红波段TM40.76~0.90μm近红外波段TM51.55~1.75μm短波红外波段TM610.4~12.5μm热红外波段TM72.08~2.35μm短波红外波段假彩色图像是指图像上影像的色调与实际地物色调不一致的图像。遥感中最常见的假彩色图像是彩色红外合成的标准假彩色图像。它是在彩色合成时，把近红外波段的影像作为合成图像中的红色分量、把红色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成的结果。如TM432用RGB合成的图像为标准假彩色图像。二、对比度变换（增强）图像中的低对比度对比度变换是通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。常用的方法有对比度线性变换和非线性变换。三、空间滤波空间滤波以重点突出图像上的某些特征为目的，如突出边缘或纹理等。2、平滑图像的平滑是使图像中高频成分消退，即平滑图像的细节，使其反差降低，主要是为了抑制噪声和改善图像质量。3、锐化锐化是增强图像中的高频成分，在频域处理中称为高通滤波，也就是使图像细节的反差提高，也称边缘增强。三、彩色变换彩色的数字表达主要有两种方式，彩色变换指采用不同的彩色坐标系统，把不同遥感器数据或不同性质的数据融合起来，产生彩色合成图像。4、图像运算两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增强，达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。（1）差值运算（2）比值运算常用于突出遥感影像中的植被特征、提取植被类别或估算植被生物量，对于去除地形影响也非常有效。这种算法的结果称为植被指数，常用算法：近红外波段/红波段（又称比值植被指数）或（近红外-红）/(近红外+红)。NDVI归一化植被指数,标准差异植被指数)NDVI的应用：检测植被生长状态、植被覆盖度和消除部分辐射误差等；NDVI越大，植被指数越高，植被1，土壤0，水体-15、多光谱变换（1）在遥感图像分类中，常常利用主成分分析(K-L变换)（缨帽变换）算法来消除特征向量中各特征之间的相关性，并进行特征选择。例如：对LandsatTM的6个波段的多光谱图像(热红外波段除外)进行主成分分析，然后把得到的第1，2，3主分量图像进行彩色合成，可以获得信息量非常丰富的彩色图像。遥感图像信息融合(Fusion)是将多源