第一章遥感原理的基本概念1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21.1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。31.1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41.1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51.1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61.1遥感的电磁辐射原理1.1.2电磁波与电磁波谱71.1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81.1遥感的电磁辐射原理1.1.2电磁波与电磁波谱91.1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10土壤的光谱曲线12常见地物的光谱曲线比较131.1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141.1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。15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0.8~2.5cm100Radarsat161.1遥感的电磁辐射原理1.1.5大气窗口17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181.2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19(1)航空遥感平台20(2)航摄平台运五HighaltitudeModeratealtitudeAirbornePlatformLowaltitudeUnmanned21航空遥感影像22无人机遥感232425262728293031323334353637卫星平台IKONOSORBVIEWRADSATQUICKBIRDFY-2SPOTCBERSEOSAM-1381.2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39SRTM数据的影像401.2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411.2遥感数据1.2.2遥感数据格式mnmmnnaaaaaaaaa212222111211421.2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431.2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)441.2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,……451.2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461.2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471.2.3遥感数据特点空间分辨率481.2.3遥感数据特点空间分辨率491.2.3遥感数据特点空间分辨率501.2.3遥感数据特点几何特征511.2.3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。521.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点光谱分辨率531.2.3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。541.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点时间分辨率551.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点辐射分辨率561.2.3遥感数据特点几何特征1.2.3遥感数据特点辐射分辨率571.2.3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581.2.3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596061红外扫描仪62光机扫描方式63642SAR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65近距离压缩66透视收缩和叠掩不带DEM的几何纠正带DEM的几何纠正67雷达影像阴影68