遥感原理的基本概念

第一章遥感原理的基本概念主要内容1.1遥感的电磁辐射原理1.2遥感数据及其特点1.3遥感成像原理1.1遥感的电磁辐射原理1.1.1遥感(RemoteSensing)概念广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）的探测遥感定义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。1.1遥感的电磁辐射原理1.1.1遥感(RemoteSensing)概念遥感技术从信息流的角度来看，可以分成：信息获取、信息处理信息应用1.1遥感的电磁辐射原理1.1.2电磁波与电磁波谱电磁波:根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场能够在它的周围引起变化的磁场,这个变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化电场,并在更远的区域内引起新的变化磁场.这种变化的电场和磁场交替产生,以有限的速度由近及远在空间内传播的过程1.1遥感的电磁辐射原理1.1.2电磁波与电磁波谱电磁波:根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场能够在它的周围引起变化的磁场,这个变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化电场,并在更远的区域内引起新的变化磁场.这种变化的电场和磁场交替产生,以有限的速度由近及远在空间内传播的过程1.1遥感的电磁辐射原理1.1.2电磁波与电磁波谱1.1遥感的电磁辐射原理1.1.2电磁波与电磁波谱遥感常用波段：紫外线(UV)：0.01-0.4μm，碳酸盐岩分布、水面油污染。可见光：0.4-0.76μm，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段。红外线(IR)：0.76-1000μm。近红外0.76-3.0μm’中红外3.0-6.0μm；远红外6.0-15.0μm；超远红外15-1000μm。（近红外又称光红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外。微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大1.1遥感的电磁辐射原理1.1.2电磁波与电磁波谱1.1遥感的电磁辐射原理1.1.3地物的反射光谱地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射总能量之比。反射率随入射波长而变化。影响地物反射率大小的因素：入射电磁波的波长入射角的大小地表颜色与粗糙度土壤的光谱曲线常见地物的光谱曲线比较1.1遥感的电磁辐射原理1.1.4地物的发射光谱曲线发射光谱：地物的发射率随波长变化的规律。发射光谱曲线：按照发射率和波长之间的关系绘成的曲线。岩石的发射光谱分析1.1遥感的电磁辐射原理1.1.5大气窗口大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或散射的投射率较高的电磁辐射波段。•大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。大气窗口大气窗口波段透射率/%应用举例紫外可见光近红外0.3～1.3μm＞90TM1-4、SPOT的HRV近红外1.5～1.8μm80TM5近-中红外2.0～3.5μm80TM7中红外3.5～5.5μmNOAA的AVHRR远红外8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat1.1遥感的电磁辐射原理1.1.5大气窗口大气的吸收作用：大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带（如下表）。大气的吸收作用O2吸收带0.2μm，0.155μm最强O3吸收带0.2～0.36μm，0.6μmH2O吸收带0.5～0.9μm,0.95～2.85μm，6.25μmCO2吸收带1.35～2.85μm,2.7μm,4.3μm,14.5μm尘埃吸收量很小1.2遥感数据及其特点1.2.1遥感分类按平台高度分类：航空平台航摄平台航空平台按遥感应用分类：陆地资源型SAR类卫星气象卫星等（1）航空遥感平台（2）航摄平台运五HighaltitudeModeratealtitudeAirbornePlatformLowaltitudeUnmanned航空遥感影像无人机遥感卫星平台IKONOSORBVIEWRADSATQUICKBIRDFY-2SPOTCBERSEOSAM-11.2遥感数据1.2.2遥感数据格式图像（image）、影像：定义：对一个事物或者对象的表达、类比、模仿，或者形象的描述。类型：①可视图像：照片（photo）、绘画（painting）、画像（picture）、影像（image）；②非可视图像，亦即物理图像，表示物质、能量的实际分布，如温度场、气压场、人口密度度、声音图像；③数学函数图像，连续的数学函数；光学图像、数字图像；光学图像和数字图像之间的转换：A/D转换D/A转换SRTM数据的影像1.2遥感数据1.2.2遥感数据格式•遥感数字图像（DigitalImage）概念：以数字形式表述的遥感图像基本组成单元：像素或象元（pixels），取值大小代表灰度高低；一幅数字图像可以表示和记录为M行×N列像素组成的矩阵1.2遥感数据1.2.2遥感数据格式mnmmnnaaaaaaaaa2122221112111.2遥感数据1.2.2遥感数据格式数字化图像概念：图像数字化的过程，就是把一幅遥感模拟图像划分成规整的格网单元或像素，并赋予每一像素一整数值，以表征其灰度值的大小。数字化过程：采样、量化1.2遥感数据1.2.2遥感数据格式采样：连续图像的离散化，采样间隔对图像质量的影响量化：以有限的整数值表示图像的灰度和灰阶数二值图像：量化值只有0、1两个量；灰度图像：一般量化为256个灰阶，即0~255，单字节记录；编码彩色图像：图像编码为256种彩色，即0~255，每一编码代表一种颜色；真彩色图像：分别对应红、绿、蓝三个波段，每一波段有256个灰阶，最多允许的色彩数224=1.67×107种图像数据量：行数（M）×列数（N）×灰阶数（G）×波段数（D)1.2遥感数据1.2.2遥感数据格式BSQ（BandSeQuential）：按照波段顺序依次记录各波段的图像BIP（BandInterleavedbyPixel）：每个像元按波段次序交叉排序BIL（BandInterleavedLine）：逐行按波段次序排列其他常见图像数据格式：BMP,TIFF,GIF,PCX,PSD,MrSID,HDF,……1.2遥感数据1.2.2遥感数据格式遥感制图的步骤：图像转换（数字化）：A/D变换、D/A变换图像校正（预处理）：辐射校正、几何校正图像增强：光谱增强、空域增强、频域增强、色彩变换图像融合：多源信息复合图像分析与识别：监督分类、非监督分类、模式识别遥感制图：平面图、三维立体图1.2遥感数据1.2.3遥感数据特点遥感技术的发展、遥感采集手段的多样性，观测条件的可控性，确保了所获得的遥感数据的多源性，即多平台、多波段、多视场、多时相、多角度、多极化等1.2.3遥感数据特点空间分辨率1.2.3遥感数据特点空间分辨率1.2.3遥感数据特点空间分辨率1.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点几何特征地面目标是个复杂的多维模型，他有一个特定的空间分布特征（位置、形状、大小、相互关系）。从地面原型（一个无限的、连续的多维信息源），经遥感过程转为遥感信息（一个有限化、离散化的二维平面记录）后，受大气传输效应和遥感器成像特征的影像，这些地面目标的空间特征会被部分歪曲、或者变形。在进行遥感制图过程中，就必须进行几何校正。1.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点光谱分辨率1.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点光谱分辨率一个波段就是一个二维的矩阵，多光谱数据就是一个多维矩阵，即矩阵的第一维是波段数，第二、第三维就是对应的行和列。也可以理解为一个像元是一个波段的序列观测值。1.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点时间分辨率1.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点辐射分辨率1.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点辐射分辨率1.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点绝对与相对定标1.2.3遥感数据特点几何特征1.2.4遥感成像原理1扫描成像类传感器2雷达成像传感器红外扫描仪光机扫描方式2SAR影像的几何特点近距离压缩透视收缩和叠掩雷达影像阴影近距离压缩透视收缩和叠掩不带DEM的几何纠正带DEM的几何纠正雷达影像阴影