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1第一章遥感概述1、遥感定义：应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特征记录下来，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。空间遥感过程的完成往往需要综合运用遥测和遥控技术。2、传感器是指收集和记录目标物电磁辐射能量信息的仪器。3、遥感平台：是装载传感器的运载工具，有地面平台（遥感车、船、手提平台、地面观测台等），空中平台（飞机和气球）和空间平台（人造卫星，宇宙飞船等）4、遥感分类（1）按平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感和航宇遥感。（2）按电磁波段分：紫外遥感（0.05~0.38µm）；可见光遥感（0.38~0.76µm）；红外遥感（0.76~1000µm）；微波遥感（1mm~10m）；多波段遥感（多光谱遥感）：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。高光谱遥感：探测波段在可见光波段和红外波段范围内划分成非常窄且光谱连续的波段（几十到上百个）来探测目标。（3）按传感器的工作方式分：主动遥感和被动遥感，成像遥感与非成像遥感主动遥感：传感器主动发射电磁波能量，并接收目标物的后向散射信号。被动遥感：传感器不向目标发射电磁波，仅被动的接受目标物体的自身发射和对自然辐射的反射能量。（4）按领域分5、遥感系统：被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输和记录、信息的处理和信息的应用。6、遥感的特点1大面积的同步观察2时效性（获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点）3数据的综合性和可比性好4经济性较高5一定的局限性6约束少：不受地利条件限制、交通、国界等限制。7、遥感发展简介：无记录地面遥感、有记录地面遥感、空中摄影遥感、航天遥感、8、遥感的任务：1、对地观测2、判断地物的光谱、时空、属性进行定性定量和定位分析3、地物的区分与分类4、目标的识别第二章电磁辐射与地物光谱特征1、电磁波：电磁振动的传播2、电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，构成电磁波谱.（P15，P17）23、绝对黑体：对任何波长的电磁辐射全部吸收。吸收率(,)1T，反射率(,)0T，与波长与温度无关。黑色烟煤、恒星、太阳绝对黑体4、电磁波性质：A：横波B：在真空中以光速传播C：具有波粒二象性D：满足f=cE=hf//h=6.626×10-34J/sf频率波长c光速3×108m/s5、电磁辐射的度量：辐射源：任何物体都是辐射源辐射测量：辐射能量：电磁辐射的能量，单位：J；辐射通量Φ：单位时间内通过某一面积的辐射能量，Φ=dW/dt,单位是W；辐射通量是波长的函数，总辐射通量应该是各谱段辐射通量之和或辐射通量的积分值。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：w／m2，S为面积。辐照度(I)：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，I=dΦ／dS，单位是W／m2。S为面积。辐射出射度(M)：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，dΦ／dS，单位W／m2，S为面积。辐照度(I)与辐射出射度(M)都是辐射通量密度的概念，不过I为物体接收的辐射，M为物体发出的辐射。它们都与波长久有关。6、结合图叙述黑体辐射两个定理：3(黑体辐射的三个特性)：(1)辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；(2)温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交；(3)随温度升高，辐射最大值向短波方向移动7、实际物体的辐射基尔霍夫定律：在给定温度下，对于给定波长，所有物体的辐射出射度M与吸收率α的比值相同，且等于该温度和波长下理想黑体的比辐射率。与物体本身的性质无关。==M0=I（0a1）比辐射率//实际物体辐射与黑体辐射之比8、p23例1，例2计算题9、描述图2.11太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线。太阳光谱相当于6000K的黑体辐射；太阳辐射能量主要集中在可见光，其中0.38～0.76µm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47µm左右；到达地面的太阳辐射主要集中在0.3～3.0µm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；各波段的衰减是不均衡的。斯忒藩-玻尔滋蔓定律：p20绝对黑体的辐射出射度与其温度的4次方成比例：4MT其中0()TMMdσ=5.67×10-8W/(m2·k4）维恩位移定律：p20,注意p20图2.7和p21表2.2黑体最强辐射的波长max与其温度T成反比：maxTbb=2.898×10-3m·K410、大气吸收: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。对流层平流层电离层大气外层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尘埃吸收量很小大气的吸收作用：大气中各种成分对太阳辐射吸收的明显特点是：吸收带主要位于太阳辐射的紫外和红外区，而对可见光区基本是透明的。（但大气中含有大量云、雾、小水滴时，大气散射会使可见光区变得不透明）11、大气散射散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开称为散射。（实质是一种衍射现象，故只有当大气中的分子或微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生）散射不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。散射主要发生在可见光区。大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。（因为大气散射集中于太阳辐射能量较强的可见光区）散射干扰了传感器的接收，降低了遥感数据的质量，造成图像模糊不清（因对遥感图像来说，大气散射使部分辐射能改变了辐射方向）。散射强度可用散射系数（γ）表示，散射系数与波长（λ）的关系：其中为波长的指数，它由大气微粒直径的大小决定。大气发生的散射主要有三种瑞利散射：（实例：晴朗的天空呈碧蓝色，日出日落（朝霞和夕阳）太阳呈橘红色）条件：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射（dλ）瑞利散射发生的原因（或实质）：这种散射主要由大气中的原子和分子引起（大气分子如：氮、氧、二氧化碳和臭氧分子）.可见光的瑞利散射特别明显，主要由大气分子对可见光的散射引起，故瑞利散射又称分子散射。。特点：波长越长，散射越弱米氏散射：（云、雾对红外线的米氏散射是不可忽视的）条件：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时（d≈λ）发生的散射。规律：发生原因：主要是大气中的悬浮微粒的散射（水滴、尘埃、烟、花粉、微生物、海上盐粒、火山灰等）云、雾等的悬浮粒子的直径和0.76－15μm之间的红外线波长差不多，云、雾对红外线的米氏散射是不可忽视的。特点：米氏散射往往影响到比瑞利散射更长的波段，可见光及可见光以外的广大范围。它的效果依赖于波长，但不同于瑞利散射的模式，其前向散射大于后向散射米氏散射与大气中微粒的结构、数量有关，其强度受气候影响较大。潮湿天气米氏散射影响较大（云雾的对红外线的散射）。5无选择性散射:（云和雾对可见光的散射）条件：当大气中粒子的直径远大于入射波长时（dλ）发生的散射。特点：散射强度（或散射率）与波长无关。即在符合无选择性散射的条件的波段中，任何波长的散射强度都相同。实例:人看到的云和雾是白色的，就是无选择性散射的结果。原因：云雾的直径虽然与红外线波长接近，但相比可见光波段，云雾中水滴的粒子直径就比波长大很多，因而对可见光中各个波长的光散射强度相同，所以人们看到的云雾呈白色，并且无论从云下还是乘飞机从云上看都是白色。三种散射的比较:①散射都造成太阳辐射的衰减；②散射与波长密切相关，散射强度（以散射系数代表）与波长的定量关系各不相同；特点各异；三种散射发生的成因不同；③相同的大气状况，同时会出现各种类型的散射（太阳辐射是连续光谱，包括电磁辐射各个波段）；④各种散射发生的波段范围的差异：瑞利散射主要发生在可见光、近红外波段；米氏散射从近紫外到红外波段都有影响（红外波段的米氏散射影响超过瑞利散射）；无选择性散射如云层中小雨滴对可见光的散射。12大气折射：传播方向发生改变。折射虽只改变电磁波的方向，不改变强度，但会导致传感器接收的地物信号发生形状和比例尺的改变。13大气反射：大气反射主要发生在云层顶部，取决于云量，各波段均会受其影响。14大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段称为大气窗口。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0.8～2.5cm100Radarsat15太阳辐射与地表的相互作用（即地球辐射分段特征）可见光与近红外：0.3~2.5um,地表反射太阳辐射为主，中红外：2.5~6um，地表反射太阳辐射和自身热辐射，远红外：大于6um，地表物体自身热辐射。16反射率与反射光谱反射率：物体反射的辐射能Pρ与总入射能量P0的百分比ρ：ρ=(Pρ/P0)×100%。地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。反射率光谱曲线：反射率随波长变化的曲线。地物光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。6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（异物异谱）同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害（同物异谱）岩石的光谱曲线土壤的光谱曲线水体的光谱曲线水体的光谱曲线（1）水体的反射主要在蓝绿光波段(透射也在此波段)，其他波段吸收都很强，特别是到了近红外波段，吸收就更强。故此，在遥感影像上，特别是在近红外影像上，水体呈黑色。2）当水体含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。土壤的光谱曲线：自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值。一般规律：1土质越细反射率越高；2有机质含量和含水量越高反射率越低；3土类和肥力也会对反射率产生影响；第三章遥感成像原理与遥感图像特征3.1遥感平台：根据工作平台相对于地面的高度，可分为地面平台、航空平台和航天平台气象卫星系列：3个发展阶段第一代：20世纪60年代TIROS、ESSA、Nimbus、ATS第二代：1970-1977年ITOS-1、SMS、GOES、GMS、Meteosat第三代：1978年以后NOAA系列特点：7轨道：低轨：800km～1600km太阳同步轨道（极地轨道）高轨：3600km地球同步（静止）短周期重复观测静止气象卫星0.5小时1次；极轨卫星如NOAA等约0．5～1天／次。成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量，分辨率低资料来源连续、实时性强、成本低应用领域：天气分析和气象预报、气候研究和气候变迁的研究、资源环境其他领域陆地卫星系列（地球资源卫星）：成像周期长，精度高Landsa－5和Landsat—7太阳同步的近极地圆形轨道LandsatTM即专题制图仪，是一种改进型的多光谱扫描仪SPOT：地球观察卫星系统太阳同步圆形近极地轨道CBERS：中巴地球资源卫星其他陆地卫星：Skylab、HCMM高空间分辨率陆地卫星;美国IKONOS-2、快鸟（Quickbird）和轨道观察3号（OrbView－3）海洋卫星系列海洋遥感的特点：需要高空和空间的遥感平台、以微波为主、电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段的一条新路、海面实测资料的校正Seasat1：近极地太阳同步近圆形轨道、卫星是装载5种传感器，其中4种是微波传感器。“雨云”7号卫星（Nimbus-7）太阳同步极地轨道、监测大气的同时带有专测海洋信息的传感器日本海洋观测卫星（MOS1）太阳同步轨道ERS（欧空局）太阳同步的极地轨道卫星系统加拿大雷达卫星（RADARSAT）3.2摄影成像1、摄影机：分幅式摄影机、全景摄影机（缝隙式摄影机、镜头转动式摄影机（物镜、棱镜镜头））、多光谱摄影机（多相机组合型、多