《遥感概论》资料

《遥感概论》1/14遥感概论什么是遥感遥感：一种在远离目标，不与目标直接接触的情况下，通过传感器获取其特征信息，并对这些信息进行处理、分析和应用的综合性探测技术。遥感：通常是指空对地的遥感，即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、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。遥感过程：是指遥感信息的获取、传输、处理，以及分析判读和应用的全过程。包括遥感信息的获取；遥感信息的处理；遥感信息的应用。遥感技术系统：是指一个从地面到空中、甚至空间的从遥感信息收集、存储、处理、判读分析和应用的技术系统。包括：遥感试验系统；遥感信息的获取系统；遥感信息的处理系统；遥感信息的应用系统遥感的分类按工作平台：地面遥感、航空遥感、航天遥感按传感器的工作原理：主动遥感，被动遥感主动遥感：指从传感器系统上的人工辐射源，向目标物发射一定形式的电磁波，再由传感器接收和记录其反射波的遥感系统。其主要优点是不依赖太阳辐射，可以昼夜工作，而且可以根据探测目的的不同，主动选择电磁波的波长和发射方式。如主动传感器：雷达被动遥感：指由传感器从远距离接收和记录目标物所反射的太阳辐射电磁波及物体自身发射的电磁波(主要是热辐射)的遥感系统。如各种摄像机、扫描仪、辐射计遥感技术的特点:1)感测范围大，具有综合、宏观性。便于发现和研究宏观现象2)信息量大，手段多、技术先进。可提供丰富的光谱信息，根据应用目的不同可选用不同功能的传感器和工作波段3)获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点。能用于洪水，土地利用，农作物长势、森林火灾等监测4)用途广，效益高5)约束少，不受地利、交通、国界等限制电磁波谱电磁波谱：将电磁波按波长或频率大小顺序排列而成的图表。遥感中常用的电磁波段：包括可见光，红外和微波波段可见光：0.38-0.76um红外：近红外（NIR,near-infrared）：0.7-3.0m近红外（NIR,near-infrared）：0.7-1.3m短波红外(SWIR,shortwaveIR）：1.3-3.0m热红外(TIR,ThermalIR)：3.0-1000m中红外(MWIR,MidwaveIR)：3.0-6.0m远红外：6.0-15m超远红外：15-1000m微波波段：(1mm-1m,最常用1cm-1m)，特点：《遥感概论》2/14–能穿透云雾–能全天候、全天时进行黑体辐射斯忒藩-玻尔兹曼定律：黑体的全部发射辐射（W,即辐射度）与其绝对温度（T）的四次方成正比。W=T4–红外装置测温的理论根据维恩位移定律：黑体的最大辐射率的波长（max）与它的绝对温度（T）成反比。max=b/T–可见，当物体的温度升高时，发射辐射中占优势的波长移向光谱的短波一端。–据此，针对探测目标，选择最佳的遥感波段和传感器。实际物体的辐射基尔霍夫定律：表现了实际物体的辐射出射度M与同一温度、同一波长绝对黑体辐射出射度M0的关系。–M=M0,为比辐射率或发射率太阳辐射和地球辐射–太阳是被动遥感最主要的辐射源–除了太阳以外，遥感探测中被动遥感的辐射源还有地球太阳辐射和地球辐射的分段性：1)太阳辐射。接近于温度为6000K的黑体辐射，最大辐射的对应波长为0.47m，主要集中于波长较短的部分，从紫外、可见光到近红外区域，即0.3-2.5m，在这一波段地球的辐射主要是反射太阳的辐射。2)地球辐射。接近于温度为300K的黑体辐射，最大辐射对应波长为9.66m，地球自身的辐射主要集中在波长较长的部分，即6m以上的热红外区段。3)在2.5-6m的中红外波段，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大气散射大气散射：辐射在传播过程中遇到小微粒会使传播方向改变，并向各个方向散开，称为散射三种散射类型：瑞利散射、米氏散射、无选择性散射大气窗口的概念和意义大气窗口：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射，透过率较高的波段成为大气窗口。常用的大气窗口：1)0.3-1.3μm，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。比如，Landsat卫星的TM的1-4波段，SPOT卫星的HRV波段等。2)1.5-1.8,2.0-3.5μm，即近、短波、中红外波段，在白天日照条件好的时候扫描成像常用这些波段，比如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)3.5-5.5μm，即中红外波段，物体的热辐射较强。这一区间除了地面物体反射光谱反射太阳辐射外，地面物体也有自身的发射能量。如NOAA卫星的AVHRR传感器用3.55-3.93μm探测海面温度，获得昼夜云图4)8-14μm，即远红外波段。主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探测目标的《遥感概论》3/14地物温度5)0.8-2.5cm至更长,即微波波段，由于微波穿云透雾的能力，这一区间可以全天候工作。而且工作方式为主动遥感。其常用的波段为0.8cm,3cm,5cm,10cm等等,有时也可将该窗口扩展为0.05cm至300cm波段。物体的反射三种反射类型：镜面反射、漫反射、方向反射。实际物体多数为方向反射地物反射波谱特征地物的波谱特征（地物波谱、地物波谱特性）：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，是遥感地物识别的基础。地物波谱是电磁辐射与地物相互作用的结果。不同的物质反射、透射、吸收、散射和发射电磁波的能量是不同的，它们都具有本身特有的变化规律。地物的反射光谱：指地物的反射率随波长的变化规律反射波普曲线:通常指用于表示地物的反射率随波长的变化规律的二维几何空间内的曲线。横坐标表示波长λ，纵坐标表示反射率ρ地物反射曲线的形态很不相同，表明反射率随波长变化的规律不同。除了因为不同地物的反射率不同外，同种地物在不同的内部和外部条件下反射率也不同。一般说来，地物反射率随波长的变化，有规律可循，为遥感影像的判读提供依据。遥感影像判读和分类的理论依据：同物同谱：同类地物具有相同或相似的光谱特征异物异谱：不同类地物具有不同的光谱特征遥感影像分类误差的主要原因：同物异谱：同类地物具有不同的光谱特征同谱异物：不同的地物可能具有相似的光谱特征主要地物的波谱反射特征:1.植被的光谱曲线可分为三段：1)0.4-0.76m:有一个小的反射峰，位于绿色波段（0.55m），两边（蓝、红）为吸收带2)0.76-1.3m:高反射，在0.7m处反射率迅速增大，至1.1处有峰值3)1.3-2.5m:受植物含水量影响，吸收率增加，反射率下降，形成几个低谷2.岩石：形态各异，没有统一的变化规律3.土壤：没有明显的波峰波谷。土质越细，反射率越高，有机质含量越高、含水量越高，反射率越低4.水体：反射主要在蓝绿波段，其它波段吸收都很强，近红外吸收更强。与含沙量、叶绿素含量等有关；含沙量越高、反射率越高《遥感概论》4/14颜色的性质包括：明度、色调、饱和度1)明度（Lightness,Value,Intensity）：人眼对明亮程度的感觉。物体反射率越高，明度就越高。2)色调（Hue）：色彩彼此间相互区分的特性。3)饱和度(Saturation)：彩色纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。HSV模型:H：色调。用角度量表示范围从0到360度红绿蓝分别相隔120度互补色分别相差180度S：饱和度。表示所选颜色纯度和该颜色最大纯度之比范围从0到1S=0时，只有灰度V：明度。范围从0到1。加法三原色：红、绿、蓝《遥感概论》5/14彩色影像类型：真彩色(truecolor)影像:红绿蓝三波段合成的彩色影像假彩色(falsecolor)影像:真彩色之外的其它彩色合成的彩色影像标准假彩色影像:近红外、红、绿波段合成的彩色影像，即彩色红外影像伪彩色(pseudocolor)影像:将不同的灰度值赋予不同的颜色显示得到的彩色影像传感器传感器:是获取地面目标电磁辐射信息的装置，是遥感技术系统中数据获取的关键设备。遥感平台:搭载传感器的工具。主要包括：航天遥感平台、航空遥感平台、地面遥感平台。成像光谱仪:能为每个象元提供数十至数百个窄波段（通常波段宽度为10nm）光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲线的仪器高光谱遥感:在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的遥感技术高光谱遥感的特点:1)图谱合一，在获取大量目标窄波段连续光谱图像的同时，获得几乎连续的光谱数据2)光谱分辨率高，波段宽度小于10nm,而宽波段遥感达100-200nm或更宽；3)能探测到在宽波段遥感中难以探测的物质特征；4)能获得连续光谱，区分出具有诊断性光谱特征的物质；传感器的性能指标和图像的特征光谱分辨率:传感器在接收目标辐射的光谱时能分辨的最小波长间隔，常用波段数量衡量空间分辨率:遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来表征图像分辨地面目标细节能力的指标辐射分辨率:传感器接收光谱信号时，能分辨的最小辐射差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级(D)时间分辨率:重访周期，对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔温度分辨率:热红外传感器分辨地表热辐射（温度）最小差异的能力扫描方式的传感器光机扫描仪:是对地表的辐射分光后进行观测的机械扫描型辐射计。把搭载扫描仪的飞行平台的移动与利用旋转镜或摆动镜在平台移动的直角方向进行扫描结合起来，从而得到二维信息的遥感器。推帚式扫描仪:通过光学系统一次获得一条线的图像，然后由多个固体光电转换元件进行电扫描。将探测器搭载于飞行平台上，通过和探测器成正交方向的移动而得到目标物的二维信息。航空遥感航空遥感:以中低空航空遥感平台为基础进行的遥感方式像点位移:指在中心投影的相片上，由于地形的起伏等的影响而引起的平面上像点位置的移动投影误差:在中心投影的相片上，由于地形的起伏等的影响而引起的平面上像点位置的移动，其位移量称为“投影误差”。航空摄影的方式：单片摄影：为特定目标或小块地区进行的摄影，单张、不连续单航线摄影：航向重叠度：一般为60%，不小于53%。《遥感概论》6/14多航线摄影：旁向重叠度：一般为15%-30%。航空遥感的优点：①航空遥感空间分辨率高、信息容量大②航空遥感灵活，适用于一些专题遥感研究③信息获取方便航天遥感航天遥感:是利用搭载在人造地球卫星、探测火箭、宇宙飞船和航天飞机等航天平台上的传感器对地表进行的遥感遥感卫星的分类：陆地卫星；气象卫星；海洋卫星气象卫星气象卫星的分类:分极轨道和地球同步轨道两个系列极轨卫星：FY-1,NOAA地球同步轨道卫星：FY-2,GOES,GMS气象卫星的特点：1.重访周期短，数据更新快；2.成像面积达，便于同步监测3.资料来源连续，实时性强，成本低陆地卫星主要陆地卫星：LANDSAT系列陆地卫星的轨道特征:中等高度、近圆形、近极地、太阳同步、可重复轨道；在降轨时获取图像TM/ETM+主要波段及其特点：波段波长(μm)波段名称地面分辨率波段特点10.45-0.52蓝光30水体透视深度大，对叶绿素和水体含沙量敏感20.52-0.60绿光30水体透视深度较大，对健康茂盛植物敏感30.63-0.69红光30绿色植物强吸收波段，可见光最佳波段40.76-0.90近红外30水吸收带，绿色植物强反射波段。茂密植物呈浅色调51.55-1.75短波红外30处于水的强吸收带，对土壤湿度、植物含水量敏感610.4-12.5热红外120/60地面分辨率低；对热异常敏感72.08-2.35短波红外30水的强吸收带，水体深色调；与5波段相关性较强80.50-0.90全色15高分辨率卫星:IKONOS：全色：空间分辨率１米（波段：0.45-0.90微米）；《遥感概论》7/14多光谱：空间分辨率４米，波段：蓝（0.45-0.53）绿（0.52-0.61）红（0.64-0.72）近红（0.77-0.88）QUICKBIRD：（1-3.5天）全色：0.61-0.72米多光谱：2.44-2.88