高光谱遥感第一章

高光谱遥感自我介绍•汪善勤•联系方式：email:[e-mail]:253896575课程介绍•课程性质：专业选修课•学时数：理论，22；实验，10•先导课程：遥感导论•考核：考试，60%；实验，40%•学习要求：课堂引导，自我学习；强调理论，注重实践；参考书•童庆禧，张兵，郑兰芬.高光谱遥感——原理、技术与应用.第一版.北京：高等教育出版社.2006•童庆禧，张兵，郑兰芬.高光谱遥感的多学科应用.第一版.北京：电子工业出版社.2006•张良培，张立福.高光谱遥感.第一版.武汉：武汉大学出版社.2005•徐希儒.遥感物理.北京：北京大学出版社.2005参考书目录第一章高光谱遥感的发展与理论基础第二章高光谱遥感成像机理与成像光谱仪第三章高光谱遥感图像辐射与几何校正第四章光谱特征分析模型与方法第五章高光谱图像分类与地物识别第六章混合光谱理论与光谱分解第七章多源信息辅助高光谱数据分析第一章高光谱遥感的发展与理论基础1.高光谱遥感的发展–历史、现状与趋势2.理论基础–基本术语、定律–电磁波与物质的相互作用–典型的地物光谱第一章高光谱遥感的发展与理论基础1、高光谱遥感的发展–遥感技术的发展全色，400nm彩色摄影，100nm多光谱扫描成像阶段，100nm成像光谱技术,10-5nm第一章高光谱遥感的发展与理论基础1、高光谱遥感的发展–从宽波段遥感到窄波段遥感宽波段全色，400nm彩色摄影，100nm多光谱扫描成像阶段，100nm第一章高光谱遥感的发展与理论基础1、高光谱遥感的发展–从宽波段遥感到窄波段遥感窄波段成像光谱技术,10-5nm第一章高光谱遥感的发展与理论基础1、高光谱遥感的发展影像分析基于纯像元的分析方法基于混合像元的分析方法第一章高光谱遥感的发展与理论基础1、高光谱遥感的发展高光谱遥感应用于：海洋、植被、精细农业、地质调查、大气和环境以及军事侦察和识别伪装等方面。第一章高光谱遥感的发展与理论基础高光谱的发展趋势遥感信息定量化“定性”“定位”一体化快速遥感技术1、高光谱遥感的发展第一章高光谱遥感的发展与理论基础2、理论基础一门新兴的交叉学科，它是建立在航空航天、传感器、计算机等基础上的，涉及电磁波理论、光谱学与色度学、物理/几何学、固体理论、电子工程、信息学、地理学、地球科学、地质学、林学、农学、大气科学、海洋学等多门学科。2、理论基础电磁辐射的基本术语1对于电磁辐射的定量度量形成了若干基本量辐射通量根据测量方式辐射测量辐射能量不同分为光度测量辐射强度辐射照度辐射出射度辐射亮度第一章高光谱遥感的发展与理论基础2、理论基础电磁辐射定律基尔霍夫辐射定律，黑体，发射率普朗克辐射定律，黑体辐射，出射度与波长和表面温度的关系斯忒潘-波耳兹曼定律，黑体辐射，出射度与表面温度的关系维恩位移定律，黑体辐射，波长和温度的关系第一章高光谱遥感的发展与理论基础2、理论基础电磁波与物质的相互作用-太阳辐射与地球辐射太阳辐射的大部分能量集中于近紫外-中红外内，占全部能量的97.5%。地球辐射分为短波辐射及长波辐射，短波辐射以地球表面对太阳的反射为主，长波辐射则可以只考虑地表物体自身的热辐射。第一章高光谱遥感的发展与理论基础2、理论基础电磁波与大气的相互作用遥感利用的一切辐射都必然经过地球的大气层。（1）大气散射（2）大气折射（3）大气吸收（4）大气窗口第一章高光谱遥感的发展与理论基础（1）大气散射散射—电磁辐射在非均匀介质或各向异性介质中传播时，改变原来传播方向的现象。大气散射的强度取决于微粒的大小、含量、辐射波长和穿过的大气厚度。（2）大气折射电磁波穿过大气层时，会发生折射现象，改变传播方向。这样，当电磁波到达地面后，地面接收的电磁波方向与实际的太阳辐射方向相比就会偏转一定的角度。第一章高光谱遥感的发展与理论基础（3）大气吸收电磁辐射穿过大气时，要受到大气分子等的吸收作用，造成能量的衰减。大气中的臭氧、二氧化碳和水汽对太阳辐射的吸收最显著。第一章高光谱遥感的发展与理论基础第一章高光谱遥感的发展与理论基础（4）大气窗口大气辐射在穿过大气层时要受到大气反射、吸收和折射等多重作用，不同的电磁波段通过大气后的衰减的程度是不一样的。因而，地面遥感所使用的电磁波是有限的。有些波段的透过率很小，甚至完全无法透过，这称为“大气屏障”；有些波段的电磁辐射通过大气后衰减很小，透过率很高，称为“大气窗口”。目前常用的大气窗口有五个。2、理论基础电磁波与地表的相互作用三种基本物理过程—反射、吸收和透射。反射—当电磁辐射到达两种不同介质的分界面时，入射能量的一部分或全部返回原介质的现象。透射—辐射穿过一种介质而没有被严重衰减的现象。荧光—物体被单一波长辐射照射而发射出另一种波长辐射的现象。第一章高光谱遥感的发展与理论基础2、理论基础典型地物的光谱特征地物光谱特性研究在遥感技术及应用的研究发展中占有重要的地位。根据地物的光谱特性将地物分成：岩矿、植被、土壤、水体和城市人工目标五类。第一章高光谱遥感的发展与理论基础-岩矿的光谱特性（1）矿物的光谱特性高光谱遥感识别矿物主要依赖于矿物成分的吸收特征。决定光谱吸收特性的的主要是电子与晶体场的相互作用以及物体内分子振动过程。影响电子与晶体场晶体场效应与电荷转移的相互作用有色心三个方面导带跃迁此外：矿物粒度和温度都会影响到矿物的波谱特性。第一章高光谱遥感的发展与理论基础（2）岩石的光谱特性岩石的光谱表现非常复杂，其实最重要的原因是岩石光谱本质上是矿物的混合光谱，其光谱特征受成分、结构、构造和表面状态等因素的影响。影响岩石光谱特性的因素有：风化作用岩石表面结构岩石表面颜色大气环境第一章高光谱遥感的发展与理论基础-植被的光谱特性植被对电磁波的响应是由其化学和形态学特征决定的，这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。在可见光波段内，各种色素是支配植物光谱响应的主要因素。在光谱的近红外波段，植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制。在光谱的中红外波段，绿色植物的光谱响应主要被1.4,1.9,和2.7附近的水强吸收带所支配。mmm第一章高光谱遥感的发展与理论基础-土壤光谱特性土壤光谱特性主要受成土矿物、含水量、有机物和质地等因素的影响。-水体和雪的光谱特性在光谱的可见光波段内，水体中的能量-物质相互作用比较复杂，光谱吸收和透射特性不仅与水体本身的性质有关，而且还明显地受到水中各种类型和大小的物质—有机物和无机物的影响。雪虽然是水的一种固态形式，但它与水的光谱特性截然不同，雪的晶粒大小、雪花絮状分裂的形态和积雪的松紧程度不同都对雪被的光谱特性有明显影响。第一章高光谱遥感的发展与理论基础-城市目标的光谱特性城市遥感涉及人工目标主要为建筑物和道路。在遥感图像上，通常只能看到建筑物的顶部。因此构成屋顶的不同建筑材料的波谱特征是研究的重点。人工建筑物热红外的发射特征取决于建筑材料的热特性，因此可通过“热惯量”对建筑物的材质进行区分。城市中的道路主要铺面材料为水泥和柏油两大类以及少量的土路。这三种道路的反射光谱曲线形状大体相似。第一章高光谱遥感的发展与理论基础2、理论基础地面光谱测量用于地面光谱测量的仪器是地面光谱辐射计。地面光谱辐射计的工作原理：由光谱仪通过光导线探头摄取目标光线，经过模/数转换变成数字信号。地物光谱的测量可分为：样品的实验室测量和野外测量。第一章高光谱遥感的发展与理论基础