遥感原理复习资料

武汉大学遥感信息工程学院遥感原理复习资料一.名词解释：电磁波：交互变化的电磁场在空间的传播（绝对）黑体：在任何温度下，对于各种波长电磁辐射吸收系数等于1的物体黑体辐射：黑体的热辐射称为黑体辐射发射率：地物的辐射出射度与同温度下黑体辐射出射度的比值亮度温度：指物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度（总小于实地温度）等效温度：为了分析物体的辐射能力,常用最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线来表达,这时黑体辐射温度称为该物体的等效辐射温度（总小于实地温度）太阳常数：不受大气影响，在距离太阳一个天文单位内，垂直于太阳辐射方向，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射,吸收和散射的,透射率较高的波段称为大气窗口光学厚度：消光系数沿大气传输路径的积分地球辐射：地球表面和大气电磁辐射的总称遥感：不接触物体本身,用传感器收集目标物的电磁波信息,经处理、分析后,识别目标物,揭示其几何、物理性质和相互关系及其变化规律的现代科学技术地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波波长改变的规律波谱特性：地物波谱随波长变化而变化的特性,是电磁辐射与地物相互作用的一种表现方向反射：介于镜面和朗伯面(漫反射)之间的一种反射。自然界种绝大多数地物的反射都属于这种类型的反射,又叫非朗伯面反射漫反射：发生在非常粗糙的表面上的一种反射现象，不论入射方向如何,其反射出来的能量在各个方向是一致的。波谱特性曲线：一般采用二维几何空间内的曲线表示,横坐标表示波长,纵坐标表示反射率，是研究可见光至近红外波段上地物反射率随波长的变化规律。二.思考题：紫外线：0.01-0.38um（只有0.3-0.38到达地面）可见光：0.38-0.76um红外线：0.76-1000um（近红外0.76-3，中红外3-6，远红外（热红外）6-15，超远红外15-1000）微波：1mm－1m不同地物之间微波发射率的差异比红外发射率的差异要明显的多在给定温度下，物体的发射率等于吸收率（同一波段）任何物体在一定温度下，不仅向外发射红外辐射，也发射微波辐射。但微波是地物低温状态下的重要辐射特性，红外是地物高温状态下的中要辐射特性。微波辐射比红外辐射弱的多大气层分为：对流层，平流层，电离层，大气外层散射：均匀散射，颗粒直径大于波长，散射强度与波长无关。米氏散射，颗粒直径与波长同武汉大学遥感信息工程学院数量级，散射强度与波长的二次方成反比。瑞利散射（分子散射），颗粒直径远小于波长，散射强度与波长四次方成反比地球辐射分段特性：1.0.3-2.5um（可见光和近红外）波段，地表以反射太阳辐射为主。2.2.5-6.0um（中红外）波段，地表反射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的辐射源。3.6.0um以上的热红外波段，以地球自身的热辐射为主。微波波段，主动遥感利用地物后向散射，被动遥感利用地物微波辐射。1.简述遥感的概念，本教材研究的遥感的整个过程主要包括哪几部分，每部分所要解决的主要问题是什么？遥感是不接触物体本身,用传感器收集目标物的电磁波信息,经处理、分析后,识别目标物,揭示其几何、物理性质和相互关系及其变化规律的现代科学技术本教材研究的遥感过程主要包括：电磁波信息的收集，遥感图像的处理，遥感图像的分析电磁波信息的收集方面，解决遥感平台及遥感传感器的设计和成像原理。遥感图像处理方面，解决遥感图像的几何处理和辐射处理。遥感图像分析方面，解决遥感图像的判读和自动识别分类。2.电磁波的特性有哪些？在遥感中这些特性得到怎么应用？电磁波的衍射，偏振，叠加，相干，多普勒效应等研究电磁波的衍射现象对设计遥感仪器和提高遥感图像几何分辨率具有重要意义，另外，数字影像处理中也要考虑光的衍射现象。偏振在微波技术中称为“极化”，遥感技术中的偏振摄影和雷达成像就利用了电磁波的偏振特性，影像判读中也意义重大。相干有insar相干雷达，微波遥感中雷达应用了相干成像。海洋声学遥感中运用多普勒效应穿透海洋进行探测，合成孔径雷达。3.黑体的辐射特性有哪些？为什么要研究黑体的特性？普朗克热辐射定律表示出黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律玻耳兹曼定律：温度越高，总的辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同（与温度成四次方）维恩位移定律：随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动瑞里-金斯公式：辐射通量密度随波长的连续变化，每条曲线只有一个最大值因为黑体辐射是电磁辐射中的基本概念，通过研究黑体辐射特性，再研究自然界的物体辐射特性。4.试分析大气对电磁波的影响，说明空间传感器所接收的信息组成。大气对电磁波的影响：吸收（水蒸气，臭氧，二氧化碳起重要吸收作用），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的一种现象，是太阳辐射衰减的主要原因，武汉大学遥感信息工程学院主要发生在可见光区），折射（电磁波通过大气层时出现传播方向的改变）和反射（两种介质交界面反射）太阳辐射透过大气并被地表反射(有用的);太阳辐射被大气散射后被地表反射(纠正后有用);太阳辐射被大气散射后直接进入传感器；太阳辐射透过大气被地物反射后又被地表发射进入传感器;被视场以外地物反射后进入视场的交叉辐射项。5.简述太阳辐射的特点。太阳常数：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,单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。(1.360×103W/m2);太阳辐射和黑体辐射基本一致；太阳光谱相当于6000K的黑体辐射;太阳辐射的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;太阳辐射的光谱是连续的；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;x射线、r射线、远紫外和微波波段能力小,且不稳定,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。6.什么是地物的波谱特性，分别分析研究地物波谱特性和研究影响地物波谱特性的遥感意义。地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律,称为地表物体波谱,简称地物波谱地物的波谱特性：地物波谱随波长变化而变化的特性,是电磁辐射与地物相互作用的一种表现。研究地物波谱特性意义：不同类型的地物,其电磁波响应的特性不同,因此地物波谱特性是遥感识别地物的基础。研究影响地物波谱特性意义：由于地物处于不同的时间、空间和环境,相同的物体往往表现出不同的光谱特性。为了更好的识别地物。时间效应:地物的光谱特性一般随时间季节变化,这称为时间效应。空间效应:处在不同地理区域的同种地物具有不同的光谱响应,这称之为空间效应。7.简述地物波谱特性测量方法以及在测量过程中应注意的问题。地物波谱特性测量方法步骤：（1）架好光谱仪，接通电源并进行预热。（2）打开软件，并设置好仪器各个参数。（3）调节积分时间（避免光源变化对测量目标反射值的影响）。（4）记录参考光谱（白板）。（5）记录暗光谱。（6）测量目标物体的光谱曲线。武汉大学遥感信息工程学院注意的问题：观测时段（9:30-15:30），气象要求，选择合适的光照角，参考板的正确使用，仪器的保护，测量数据的统一命名以及测量条件环境的纪录。8.简述遥感技术的发展方向。9.根据自己的体会，举例说明遥感的潜在应用。第三章思考题一、名词解释：瞬时视场：指在扫描成像过程，扫描镜的视场角大小。视场：指能看到的空间范围温度分辨率：指热红外传感器分辨地表热辐射最小差异的能力空间分辨率：两相邻目标间能分辨的最小距离地面分辨率：指在距离向或方位向分辨有相同反射特性两个邻近目标间距的能力距离向分辨率：指在垂直航向方向（脉冲发射方向）分辨有相同反射特性两个邻近目标间距的能力，又分为地距分辨率和斜距分辨率方位向分辨率：指在航向方向分辨有相同反射特性两个邻近目标间距的能力光谱分辨率：指遥感器在接收目标辐射的波谱时,能分辨的最小波长间隔辐射分辨率：指遥感器探测元件在接收波谱辐射信号时,能分辨的最小辐射度差时间分辨率：为分析、识别目标所必须具有的最小时间间隔CCD：电荷耦合器件，是一块有许多小的光电二极管构成的固态电子元件，每个CCD单元都能感受光线的强弱，并将光信号转变为与其相应强弱的微小电流碲镉汞：由碲、镉和汞组成的三元固溶体脉冲：一种像脉搏似的短暂起伏的电冲击(电压或电流)波瓣角：天线发射信号的波束宽度SAR：合成孔径雷达INSAR：相干雷达二、思考题1、简述遥感传感器的组成部分，并说明各部分的作用？遥感传感器的组成包括：收集系统，探测系统，信号转换系统，记录系统。收集系统：接受电磁波并将其聚焦成像到探测系统。探测系统：对电磁辐射敏感，能将辐射能转换成电信号。信号转换系统：将电信号转换为便于显示，记录，处理的光信号。记录系统：将探测系统或信号转换系统输出的电磁波信息（光信号）记录，储存到遥感信息载体，以影像或数字形式输出。2、热红外扫描仪热红外扫描仪的成像过程：旋转棱镜旋转，第一个镜面对地面横越航线方向扫视一次，扫描视场内的地面辐射能，经传输处理记录一条图像线，接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动，胶片也作同步武汉大学遥感信息工程学院旋转，记录的第二条图像线正好与第一条衔接，依次下去就得到二维条带图像。红外扫描仪的分辨率：红外扫描仪垂直指向地面的空间分辨率a为瞬时视场角B乘上航高H。扫描角为b时，平行于航向的分辨率为a／cosb，垂直航向为a／(cosb)^2。由于地面分辨率随扫描角发生变化（实际上是航高的改变），使红外扫描影像产生畸变，为全景畸变。红外扫描仪的扫描线衔接：棱镜扫描一次的时间为t，一个探测器的地面分辨率为a，飞机地速为w，则应该w＝a／t，将a＝BH带入得，W/H＝B/t，瞬时视场和t是固定的，所以速度与航高只比为一常数时正确衔接。红外扫描仪图像的几何和辐射特点：几何特点：（1）属于动态多中心投影（2）热红外图像的地面分辨率主要取决于扫描仪瞬时视场角大小，航高，扫描角（3）由于地面分辨率随扫描角发生变化，而使红外扫描影像产生畸变，这种畸变通常称之为全景畸变，其形成原因是像距保持不变，总在焦平面上，而物距随扫描角发生变化。辐射特点：（1）热红外图像记录的是热辐射能量的强度，地物的红外辐射强度与温度有关，温度越高红外辐射越大，影像色调越浅，温度越低辐射强度越小，影像色调越深（2）影像分辨率较低。3、叙述LANDSAT卫星的MSS多光谱扫描仪组成：扫描反射镜，反射镜组，成像板，探测器。成像过程：扫描反射镜旋转，扫描视场内的地面辐射能，扫描反射镜转回时不扫描，扫描瞬间每个像元的地面分辨率为x，每个波段由6个相同大小的探测单元与飞行方向平行排列，这样在瞬间看到的地面大小为6x＊x，由于地面宽度为y，所以扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，其地面范围为6x＊y，又因为扫描一次的时间里卫星往前正好移动6x，所以扫描线恰好衔接。存在全景变形，分辨率为79米。4、TM专题制图仪（landsat4\5传感器）特点：（1）TM中增加一个扫描改正器，使扫描行垂直于飞行轨道（MSS扫描不垂直与飞行轨道）（2）往返双向都对地面扫描（MSS仅单向扫描）（3）传感器排列更多更好，地面分辨率由79米（MSS）改进到30米（4）波段由5个（MSS）增加到7个（5）有热红外通道TM65、ETM增强型专题制图仪特点：武汉大学遥感信息工程学院（1）增加了全色波段，分辨率为15米（2）采用双增益技术使热红外波段的分辨率提高到60米（3）改进后太阳定标器使卫星的辐射定标误差小于5%6、SPOT卫星的线阵列推扫式扫描仪HRV（高分辨率可见光遥感器）CCD光敏元的排列方向与平台的飞行方向垂直，由线列CCD自身完成一维扫描，靠平台的运动完成另一维的扫描，形成条带状二维影像。地面分辨率的大小取决与CCD元的大小。特点：（1）改进了光机扫描，革除了机械部件，简化了结构，避免因振动而引起的噪声（2）提高了遥感器的灵敏度（3）波谱响应范围变宽（4）无畸变，体积小，功耗低，寿命长，可用性强HRV的平面反射镜倾斜最大为27度，有立体观测能力。7、简述成像光谱仪的成像原