遥感概论

遥感概论目录•第一章绪论•第二章电磁辐射与地物光谱特征•第三章遥感成像原理与图像特征•第四章遥感图像处理•第五章遥感图象目视解译与制图•第六章遥感数字图像计算机解译•第七章遥感应用第一章遥感绪论1、遥感（RemoteSensing）遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，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。2、遥感系统遥感系统包括：被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用五大部分。（见P2图1.1）3、遥感的分类☆按遥感平台分类：近地面遥感；航空遥感；航天遥感等。☆按传感器的探测波段分类：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：传感器由若干个窄波段组成☆按工作方式分类：主动遥感；被动遥感☆按应用领域分类：陆地遥感、海洋遥感；农业遥感、城市遥感……（P4）4、遥感的特点☆大面积的同步观测----瞬时信息获取范围☆时效性----同一地区信息获取的重复周期☆信息的综合性和可比性----地球表面自然与人文景观的综合反映----卫星轨道的确定性、影像分幅的同一性、同一系列传感器信息的兼容性☆经济性----与传统信息获取手段相比☆局限性----相对于整个电磁波谱段而言自行阅读：课本第一章第五节第二章电磁辐射与地物光谱特征•1、电磁波与电磁波谱•☆波：振动的传播称为波。•☆电磁波（电磁辐射）：电磁振源产生的电磁振荡在空间的传播。•☆电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长（或频率）按其长短，依次排列制成的图表称为电磁波谱。（P17，F2.3）•☆电磁波的性质：波长与频率成反比；两者的乘积为光速；电磁波传播到气体、固体、液体介质时，会发生反射、折射、透射、吸收等现象。2、遥感技术使用的电磁波分类名称和波长（λ）范围：名称波长范围紫外线100Å----0.38μｍ可见光0.38----0.76μｍ近红外0．76----3.0μｍ中红外3．0----8.0μｍ热红外8．0----15.0μｍ远红外15----1000μｍ微波1----1000ｍｍ无线电波1000ｍｍ（1ｍ）3、电磁辐射与黑体辐射☆辐射源：任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐射，也能够向外（发出）辐射。☆辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位：J（焦耳）。☆辐射通量（Φ）：单位时间内通过某一面积的辐射能量,单位:W(瓦)。☆辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量。☆辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，单位：W/m2。辐射通量密度、辐射亮度（P18）☆绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。光谱吸收系数（吸收率）：α（λ，T）光谱反射系数（反射率）：ρ（λ，T）绝对黑体：α（λ，T）=1；ρ（λ，T）=0☆黑体辐射规律：（P20，F2.7）（1）黑体的辐射（发射）能量----辐射出射度（M）是波长λ和温度T的函数；某一波长下黑体的辐射出射度Mλ是指在某一单位波长间隔（λ~Δλ）的辐射出射度。在紫外、可见光和红外波段Mλ与λ5成反比；在微波波段，Mλ与λ2成反比与T成正比。（2）黑体的总辐射出射度M：黑体对所有波长的（发射）辐射能量的总和。在这种情况下M~M（T）。即：M∝T4（P20，F2.7）F2.7表明总辐射出射度M与温度T的关系是：随着温度的升高，M的值急剧增大；不同温度下的M值在波长—能量曲线图中，展现为一系列互不相交的曲线（族）。（3）黑体辐射出射度Mλ的最大值所对应的波长λmax与黑体自身温度T的关系：λmax与T成反比。即：黑体温度越高，其总辐射出射度M的曲线的峰值就越向短波方向偏移。（太阳的λmax=0.47μｍ；地球λmax=9.0μｍ）4、实际物体的辐射☆发射率ε（比辐射率）的概念：物体（地物）的辐射出射度与同温度下黑体的辐射出射度之比。☆物体的发射率等于该物体的吸收率：αλ=ελ一般情况下,物体的发射率:0＜ελ＜1☆物体的发射率是温度和波长的函数。物体的发射率与身的性质、物理状况（如粗糙度、颜色等）有关；物体的表面温度受自身的比热、热惯量、热导率、热扩散率等影响较大。☆黑体的ελ=ε=1；灰体的ελ=ε=常数1;选择性辐射体的ελ1,且随波长而变。（P21，表2.3；P22，F2.10）5、太阳辐射☆太阳常数：在不受大气影响的情况下，距太阳一个天文单位（通常指日地平均距离，约1.496×108公里）内，垂直于太阳辐射方向上，单位面积单位时间内黑体接受到的太阳辐射能量。其数量为：1.360×103瓦/平方米。☆太阳辐射（太阳光谱）的主要特征(P25,F2.11)(1)太阳辐射到达大气层顶时与60000K黑体的辐射能特征基本相同：辐射能的强度特征、辐射能随波长的分布特征。(2)太阳辐射穿过大气层到达地面后，被大气反射、散射和吸收强度有所减少，而且存在多个O3、CO2、H2O的吸收带。(3)在0.3~0.47μｍ范围内，随波长的增加太阳辐射能急剧增长，在0.47μｍ左右达到极大值；随波长的继续增大，太阳辐射能逐渐减少，在中红外波段，太阳辐射能已相当微弱。(4)在0.6μｍ附近有一个O3的吸收带；在0.7、0.9、1.1μｍ附近有三个水汽的吸收带、在1.4和1.9μｍ附近太阳辐射能完全被吸收；CO2的强吸收带在2.7和4.3μｍ附近。(5)到达地面的太阳辐射能43.5%集中在可见光波段38.6%集中在近红外波段。(P25,表2.4)6、大气吸收、大气散射与大气窗口☆大气层次与成分（自行阅读）☆大气对太阳辐射的吸收作用（P28,F2.14)☆瑞利散射：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射；主要由大气中的原子和分子引起。散射强度与波长的四次方成反比，I∝λ-4。----天为什么是蓝的？日出日落时天空是橙红色？☆米氏散射：当大气中粒子的直径与波长相当时发生的散射；主要由大气中的烟尘、小水滴和气溶胶引起。散射强度与波长的二次方成反比，I∝λ-2。米氏散射在光线前进方向比向后方的散射更强。☆非选择性散射：当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射；散射强度与波长无关。----云雾中水滴粒子的直径与可见光相比；云为什么是白色的？☆散射作用与波长的关系：瑞利散射主要发生在紫外、可见光和近红外波段；米氏散射发生在近紫外~红外波段，但在红外波段米氏散射的影响超过瑞利散射；在微波波段，由于微波波长远大于云层中水滴的直径，因而属于瑞利散射类型；此时，散射强度与波长的四次方成反比，散射强度相对很弱，透射能力很强，故微波具有穿透云雾的能力。☆大气的折射与反射：大气的折射率与大气密度有关，密度越大折射率越大。因而，电磁波（太阳辐射）在大气中的传播轨迹是一条曲线（P31，F2.17）。大气反射主要发生在云层顶部，并与云量密切相关。☆大气窗口：将电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的、透过率较高的波段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有：0.3~1.3μｍ1.5~1.8μｍ和2.0~3.5μｍ3.5~5.5μｍ8~14μｍ0.8~2.5cｍ7、地球电磁辐射的基本特征根据课本34页图2.20。自行总结8、地球表面的热辐射特征☆温度为300K的黑体，其电磁辐射的波长范围是：2.5~50μｍ。☆地球表面的发射辐射能量集中于近红外波段和热红外波段；在热红外波段，地球的发射辐射能量远远大于太阳的电磁辐射能量，通常称地球的发射辐射为热辐射。☆地球表面的热辐射（能量）与自身的发射率、波长、温度有关：M（λ，T）=ε（λ，T）×M0（λ，T）☆发射光谱曲线：某种地物的发射率随波长变化曲线。☆观察图2.22可以发现：随着二氧化硅含量的减少（酸性---基性）岩石发射率的最小值向长波方向偏移。☆由于地表温度的日变化，热红外遥感应在一天中的何时进行？9、地物的反射光谱特征☆反射率与镜面反射、漫反射（朗伯面）、实际物体反射（方向反射）☆对于地球表面而言，入射辐射能量（入射辐照度）由太阳的直接辐射和经大气散射后又漫入射到地面的能量组成。在晴朗、干燥的天气下，后者可以忽略不计。☆地物反射光谱曲线：地物反射率随波长λ的变化曲线。☆课堂讨论：四种典型地物----雪、小麦、沙漠、湿地在可见~近红外波段的反射光谱特征。☆土壤、水体、岩石的反射光谱特征☆地物反射光谱的实验室测量和野外测量七、地物的透射光谱1、可见光波段：透明地物2、红外波段：半导体3、微波3、人工辐射源(1)微波辐射源*全天时、全天候的探测能力*对干燥、松散的物质有一定的穿透能力(2)激光辐射源第三章遥感成像原理与图像特征1、气象卫星系列☆高轨气象卫星（静止气象卫星）----地球同步轨道轨道高度：36000公里信息采集时间周期：约20分钟分辨率：1.25~5公里主要应用领域：全球性大气环流；全球性天气过程日本静止卫星GMS全球圆盘图空间分辨率为：可见光公里、红外5公里1.25☆低轨气象卫星----近极地太阳同步轨道轨道高度：800~1600公里信息采集时间周期：每天固定时间经过固定地点;美国NOAA卫星系列,双星运行,上下午各获取一次信息。扫描宽度：2800公里分辨率：星下点1.1公里，边缘部分4公里NOAA气象卫星的光谱特征：波段序号波长范围（μm）光谱效应10.58~0.68白天云、地表20.725~1.0云、水泥、植被、水33.55~3.93火灾、夜间海温410.3~11.3海、陆、云顶温度511.4~12.4海、陆、云顶温度相关资料：NOAA(NationalOceanicAtmosphericAdministration)是美国国家海洋与大气管理局的英文缩写。1960年4月1日，美国发射了世界上第一颗极轨气象卫星（TIROS-1），奠定了气象卫星业务系统的技术基础。现在，极轨气象卫星已经发展到第四代。第三代极轨气象卫星TIROS-N于1978年10月13日发射成功并开始运行。这个系列共有11颗卫星：TIROS-N/NOAA-A到J。NOAA极轨气象卫星系列发射前以字母标号，入轨运行后以数字标号代替，如1984年12月12日发射的NOAA-F运行后更名为NOAA-9。NOAA极轨气象卫星采用双星运行模式，单号星从南向北飞，经过赤道时间为地方时14：30；双号星从北向南飞，经过赤道时间为地方时07：30。目前，在轨运行的是NOAA-13、NOAA-14和NOAA-15（据悉，未能正常工作）。表2FY-1C的波长范围和光谱效应序号探测波段（µm）探测对象（光谱效应）10.58~0.68云、植被20.84~0.89植被、大气校正33.55~3.93灾情及夜间温度410.3~11.3洋面及陆表温度511.5~12.5洋面及陆表温度61.58~1.64作物水分及地表温度70.43~0.48海洋水色80.48~0.53海洋水色90.53~0.58海洋水色100.90~0.965水气含量中国FY-1B气象卫星四轨拼接图象地面分辨率公里1.12、陆地卫星系列☆美国陆地卫星系列Landsat美国陆地卫星系列的基本特征卫星系列Landsat1Landsat2Landsat3Landsat4Landsat5Landsat6Landsat7发射时间1972．7．231975．1．221978．3．51982．7．161984．3．11993．10．51999．4．15结束运行时间1978．1．61982．2．251983．3．31已结束运行运行1993.10.15正式确认未能成功入轨设计寿命6年；“地球使命计划”轨道特征与倾角近极地太阳同步轨道；98。2º近极地太阳同步轨道；98。2º回归周期18天16天扫描宽度185公里搭载的传感器反束光导管摄象机RBV;多光谱扫描仪MSS多光谱扫描仪MSS；专题制图仪TM增强型专题制图仪ETM再增强型专题制图仪ETM+（ETMPlus）美国陆地卫星系列Landsat5~7主要传感器的空间分辨率：TM、ETM：30米ETM+：15米相关资料：地球观测系EOS（Eart