1、回顧遙感原理與應(yīng)用的要點(diǎn)武漢第二十大學(xué)介紹1.遙感的定義：一種不直接接觸的物體或自然現(xiàn)象的遙感探測(cè)技術(shù)。具體而言，它是指一門(mén)現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)科學(xué)，它利用各種傳感器在高空和外層空間的各種平臺(tái)上獲取反映地球表面特征的各種數(shù)據(jù)，并通過(guò)傳輸、轉(zhuǎn)換和處理提取有用的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地面物體的空間形狀、位置、性質(zhì)、變化及其與環(huán)境關(guān)系的研究。2.遙感技術(shù)的特點(diǎn)：a)宏觀和全面b)多源：多平臺(tái)、多時(shí)相、多波段、多尺度c)周期性和及時(shí)性3.遙感技術(shù)系統(tǒng)：它是從地面到空中到太空；從信息收集、存儲(chǔ)、傳輸和處理到分析、解釋和應(yīng)用的完整技術(shù)系統(tǒng)。組成：目標(biāo)地物的電磁波特性、信息采集與獲取、信息傳輸與接收、地面校準(zhǔn)與野外調(diào)查、

2、信息處理與處理、信息分析與應(yīng)用。或者：(1)遙感測(cè)試：電磁波特性、信息采集、傳輸和處理技術(shù)的測(cè)試。(2)遙感信息獲?。哼b感平臺(tái)和傳感器。(3)遙感信息處理：幾何和輻射處理、圖像分類(lèi)等。(4)遙感信息的應(yīng)用：生成4D產(chǎn)品和各種專(zhuān)題地圖。4.遙感分類(lèi)：(1)按工作平臺(tái)分類(lèi)：地面遙感、航空遙感和空間遙感。(2)根據(jù)電磁波探測(cè)的工作波段分類(lèi)：可見(jiàn)光遙感、紅外遙感、微波遙感等。(3)按遙感應(yīng)用目的分類(lèi)：環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、地質(zhì)遙感等。(4)數(shù)據(jù)記錄模式：成像模式，非成像模式(5)傳感器工作模式分類(lèi)：主動(dòng)遙感，被動(dòng)遙感。5.當(dāng)前遙感發(fā)展的主要特點(diǎn)和前景：(1)許多國(guó)家發(fā)射衛(wèi)星的形勢(shì)已經(jīng)形成；(2

3、)高分辨率小型商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展迅速；(3)星載主動(dòng)遙感的發(fā)展使探測(cè)手段更加多樣化；(4)高光譜分辨率傳感器已成為未來(lái)空間遙感發(fā)展的核心內(nèi)容；(5)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，遙感的應(yīng)用不斷深化。第一章電磁波和遙感的物理基礎(chǔ)1.遙感之所以能夠根據(jù)收集到的電磁波來(lái)判斷地面物體和自然現(xiàn)象，是因?yàn)樗形矬w由于其類(lèi)型、特性和環(huán)境條件的不同，都具有完全不同的電磁波反射或發(fā)射特性。2.遙感信息采集一般是指采集、檢測(cè)和記錄地物的電磁波特征，即地物的發(fā)射輻射或反射電磁波特征。當(dāng)電磁波傳播能量時(shí)，它實(shí)際上是記錄輻射能的過(guò)程。3.遙感中使用的電磁波波段可以從紫外線到微波。4.遙感是根據(jù)感興趣地面物體的光譜特征選擇相應(yīng)的電磁波

4、波段，通過(guò)傳感器探測(cè)不同電磁波譜的發(fā)射或反射輻射能量。5.電磁波譜：電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率，增加或減少，排列成一個(gè)序列譜，稱為電磁譜。順序?yàn)椋荷渚€-X光-紫外線-可見(jiàn)光-紅外線-微波-無(wú)線電波。6.可見(jiàn)光(380納米-760納米):藍(lán)光：0.43 0.47微米，綠光：0.50 0.56微米，紅光：0.62 0.76微米；近紅外光：0.76 m3 m；中紅外光：3um-6um；遠(yuǎn)紅外線：6微米15微米；微波：毫米波(1-10厘米-1米)、厘米波(1-10厘米)和分米波(10厘米-1米)7.黑體：完全吸收任何波長(zhǎng)的電磁輻射的假想輻射體。8.黑體輻射的三個(gè)特征：(1)總輻射通量密度與曲線下面

5、積成正比，隨溫度的升高而迅速增加；(2)光譜輻射的峰值波長(zhǎng)10.太陽(yáng)是被動(dòng)遙感的主要輻射源，遙感傳感器接收地面物體從空中或空間反射的電磁波。太陽(yáng)輻射：5%紫外線45%可見(jiàn)光50%紅外線。被動(dòng)遙感主要利用可見(jiàn)光和紅外等穩(wěn)定輻射，因此太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)遙感的影響可以忽略不計(jì)。99%的太陽(yáng)能集中在0.2-4微米。11.太陽(yáng)輻射的特征：(1)太陽(yáng)光譜是連續(xù)的。(2)輻射特性與黑體輻射特性基本一致。(3)近紫外至中紅外波段的能量集中且穩(wěn)定。(4)無(wú)源主要利用可見(jiàn)光和紅外波段等穩(wěn)定輻射。(5)海平面上的太陽(yáng)輻射照度分布曲線與大氣外的太陽(yáng)輻射照度分布曲線差異很大，這主要是由于地球大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和散射造成的。地

6、球的電磁輻射：大約300K的黑體輻射。12、在紫外、紅外和微波區(qū)域，電磁波衰減的主要原因是大氣吸收。(1)導(dǎo)致大氣吸收的主要成分：氧氣、臭氧、水和二氧化碳。(2)大氣吸收的影響主要是由遙感影像的暗淡造成的。(3)大氣對(duì)紫外線有很強(qiáng)的吸收能力，所以目前很少使用紫外線波段。13.大氣散射：輻射遇到小顆粒(氣體分子或懸浮顆粒等)。)在傳播過(guò)程中，這改變了傳播方向并在所有方向上散射，從而減弱了原始方向上的輻射強(qiáng)度并增加了其他方向上的輻射強(qiáng)度。14.在可見(jiàn)光波段，大氣分子吸收的影響很小，主要是由于散射引起的衰減。(1)當(dāng)介質(zhì)中非均勻粒子的直徑與入射波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)相同時(shí)，發(fā)生米氏散射(如氣溶膠)；(2)當(dāng)介

7、質(zhì)中非均勻粒子的直徑小于入射波長(zhǎng)的十分之一時(shí)，發(fā)生均勻散射；(3)當(dāng)介質(zhì)中非均勻粒子的直徑小于入射波長(zhǎng)的十分之一時(shí)，出現(xiàn)瑞利散射。瑞利認(rèn)為散射強(qiáng)度I與4成反比。15.天空是藍(lán)色的：藍(lán)光的波長(zhǎng)比紅光的波長(zhǎng)短，所以藍(lán)光散射較強(qiáng)，而紅光較弱。在晴朗的天空中，可見(jiàn)光中的藍(lán)光受散射的影響最大，所以天空是藍(lán)色的。太陽(yáng)是紅色的：早晨的陽(yáng)光穿過(guò)厚厚的大氣層，在直射光中紅光分量大于藍(lán)光分量，所以太陽(yáng)是紅色的。云是白色的：當(dāng)天空中有云或雨層時(shí)，滿足均勻反射的條件，不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光散射強(qiáng)度相同，所以云是白色的。微波傳輸能力強(qiáng)：微波波長(zhǎng)大于粒徑，屬于瑞利散射，散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比。波長(zhǎng)越大，散射越小，因此微波

8、具有最小的散射和最大的透射，因此它具有穿透云的能力。16.大氣窗口：電磁波通過(guò)大氣時(shí)，透過(guò)率高、反射、吸收和散射少的波段。在某些大氣中，電磁波的傳輸速率很低，甚至完全不能傳輸電磁波。這些區(qū)域很難或不能被遙感利用，這被稱為“大氣屏障”；17.我們用發(fā)射率來(lái)表示它們之間的關(guān)系：=W/W.發(fā)射率是在相同條件下相同溫度下實(shí)際物體和黑體之間的輻射功率比。最接近灰體輻射曲線的黑體輻射曲線通常用作參考，此時(shí)的黑體輻射溫度稱為等效黑體輻射溫度(或等效輻射溫度)18.基爾霍夫定律：在任何給定的溫度下，輻射通量密度與吸收率之比對(duì)于任何材料來(lái)說(shuō)都是一個(gè)常數(shù)，并且等于該溫度下的黑體。推導(dǎo)出任何材料的發(fā)射率都等于其吸收

9、率。(反射率)19.地面物體的反射率：地面物體的反射能量與總?cè)肷淠芰恐?，?(P/P0 )100%。代表物體對(duì)電磁波譜的反射能力。20.地面物體的反射光譜定律，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，反射率為縱坐標(biāo)，該曲線稱為物體的反射光譜特性曲線。物體的反射光譜限于紫外、可見(jiàn)光和近紅外，特別是后兩個(gè)波段。由于不同的地物在不同的波段具有不同的反射率，地物的反射特性曲線被用作解釋和分類(lèi)的物理依據(jù)，并被廣泛應(yīng)用于遙感圖像的分析和評(píng)價(jià)。21.水體反射光譜特征：(1)水體反射主要在藍(lán)綠色波段；(2)在近紅外和中紅外波段有強(qiáng)吸收帶，反射率幾乎為零；(3)但是，當(dāng)水含有其他物質(zhì)時(shí)，反射光譜曲線會(huì)發(fā)生變化。植物對(duì)綠色有很強(qiáng)的發(fā)射

10、作用，在近紅外處有一個(gè)陡峭的反射斜坡，這就形成了植被的獨(dú)特特征。22.地物的光譜特性是指各種地物的電磁波特性(發(fā)射輻射或反射輻射)。測(cè)量地物反射光譜特征曲線的主要功能如下：(1)它是選擇遙感光譜和設(shè)計(jì)遙感儀器的基礎(chǔ)；(2)在野外測(cè)量中，它是選擇合適飛行時(shí)間的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(3)它是遙感圖像有效數(shù)字處理的先決條件之一，也是用戶解譯、識(shí)別和分析遙感圖像的基礎(chǔ)。23.測(cè)量原理：(1)對(duì)于不透明物體，發(fā)射率和反射率有如下關(guān)系：()=1- ()(2)通過(guò)間接測(cè)試各種地物反射的輻射電磁波的特性，可以得到各種地物發(fā)射的輻射電磁波的特性。因此，地物的光譜特性通常用地物反射的電磁波來(lái)描述，即地物的光譜特性曲線。第二

11、章遙感平臺(tái)及其運(yùn)行特點(diǎn)1.遙感平臺(tái)：(platform)是攜帶傳感器的工具的總稱。根據(jù)運(yùn)載工具的類(lèi)型，可分為空間平臺(tái)、航空平臺(tái)和地面平臺(tái)。(天基、天基和地基)。根據(jù)空間遙感平臺(tái)的服務(wù)內(nèi)容，可分為陸地衛(wèi)星系列、氣象衛(wèi)星系列和海洋衛(wèi)星系列。2.六個(gè)軌道參數(shù)：赤經(jīng)、近地點(diǎn)角距離、軌道傾角I、衛(wèi)星通過(guò)近地點(diǎn)時(shí)間T、衛(wèi)星軌道主軸A、衛(wèi)星軌道偏心率e，其中、I和T決定衛(wèi)星軌道平面與赤道平面的相對(duì)位置，A和e決定軌道形狀。3.衛(wèi)星坐標(biāo)的計(jì)算：星歷方法用于計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)：地心直角坐標(biāo)系中的衛(wèi)星坐標(biāo)，大地地心直角坐標(biāo)系中的衛(wèi)星坐標(biāo)，衛(wèi)星地理坐標(biāo)；用全球定位系統(tǒng)測(cè)量衛(wèi)星坐標(biāo)。4.衛(wèi)星姿態(tài)角：衛(wèi)星質(zhì)心定義為坐標(biāo)原點(diǎn)，

12、沿軌道的切線方向?yàn)閄軸，垂直于軌道平面的方向?yàn)閅軸，垂直于xy平面的方向?yàn)閆軸。衛(wèi)星姿態(tài)有三種：繞X軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角稱為滾動(dòng)；圍繞y軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱為俯仰角；繞z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角稱為偏航。圖像的幾何變形與衛(wèi)星姿態(tài)角直接相關(guān)，因此必須提供衛(wèi)星姿態(tài)角進(jìn)行幾何校正。5.衛(wèi)星姿態(tài)角測(cè)量：姿態(tài)測(cè)量?jī)x(利用地球與空間溫差達(dá)到287K的特點(diǎn)):紅外姿態(tài)測(cè)量?jī)x、星敏感器和陀螺儀；恒星相機(jī)(拍攝至少3-5顆五年級(jí)以上的恒星)；全球定位系統(tǒng)(3個(gè)接收器的姿態(tài)確定)。6.陸地衛(wèi)星：用于陸地資源和環(huán)境探測(cè)的衛(wèi)星被稱為陸地衛(wèi)星。分類(lèi)：陸地衛(wèi)星、高分辨率陸地衛(wèi)星、高光譜衛(wèi)星、合成孔徑雷達(dá)和小型衛(wèi)星。7.陸地衛(wèi)星系列：陸地衛(wèi)

13、星系列、SPOT系列、IRS系列和ALOS系列。8.地球資源衛(wèi)星系列：軌道特征：近圓形軌道(使不同區(qū)域獲得的圖像比例一致，使衛(wèi)星速度幾乎一致，便于掃描儀以固定的掃描頻率掃描地面)，近極軌道(有助于擴(kuò)大衛(wèi)星的探測(cè)范圍，提高探測(cè)效率)9.遙感衛(wèi)星通常有兩種繞地球飛行的方式：地球靜止軌道和近極軌道。靜止軌道可以在固定點(diǎn)上觀察到，而極地軌道(圓形)可以有規(guī)律地觀察到。地球靜止軌道：也稱為“地球同步軌道”。地球同步軌道中一種特殊的圓形軌道，傾角為0。人造衛(wèi)星與地面相對(duì)靜止，固定在赤道上方。10.Landsat 1-3:軌道高度為915公里，重復(fù)周期為18天，圖像寬度為185公里；傳感器：反向光束光管照相

14、機(jī)(RBV)、多光譜掃描儀(MSS波段)、寬帶錄像機(jī)(WBVTR)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的空間分辨率為80米11.Landsat4-5:的軌道高度降低到705公里，重復(fù)周期為16天，圖像寬度為185公里；傳感器：多光譜掃描儀(MSS波段)、專(zhuān)題成像儀(tm7波段)3354，空間分辨率為30米。13.Landsat-7:傳感器：多光譜掃描儀(MSS波段)，增強(qiáng)型專(zhuān)題成像儀(ETM 7波段)3，空間分辨率為30米，全色分辨率為15米。14.SPOT系列：重復(fù)周期26d，單HRV圖像寬度60KM傳感器：兩臺(tái)相同的高分辨率可見(jiàn)光掃描儀(HRV)，VI植被測(cè)量?jī)x，Poam3極地臭氧和氣溶膠測(cè)量?jī)x-分辨率：點(diǎn)1-4

15、:多光譜20m，全色10m；SPOT5:多光譜10m全色：5m超級(jí)模式：2.5mSPOT5可以通過(guò)立體成像設(shè)備HRS進(jìn)行立體測(cè)量。15.高空間分辨率陸地衛(wèi)星：IKONOS 1/4(全色/多色，11公里)快鳥(niǎo)(16.5公里)0.61/2.44 or view-3 1/4 geo eye(15公里)0.4/1.64。超光譜衛(wèi)星：16.這類(lèi)衛(wèi)星的主要特點(diǎn)是使用36-256波段的高分辨率成像光譜儀，光譜分辨率為5-10納米，地面分辨率為30-1000米。17.雷達(dá)衛(wèi)星：雷達(dá)衛(wèi)星(加拿大)、地球資源衛(wèi)星(歐洲聯(lián)盟)、SRTM(美國(guó))和激光雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)是一種高分辨率的二維成像雷達(dá)，特別適用于大面積表面

16、成像。雷達(dá)成像的特點(diǎn)：能穿透云層、雨雪，全天工作；彌補(bǔ)可見(jiàn)光和紅外遙感的不足；電磁波振幅信號(hào)和相位信號(hào)；缺少紋理信息18.小衛(wèi)星：指目前設(shè)計(jì)質(zhì)量小于500千克的小型近地軌道衛(wèi)星。其空間分辨率為1-3米(全色)和4-1-3米(多波段)，可進(jìn)行立體制圖。第三章是遙感傳感器及其成像原理1.傳感器分類(lèi)：照相傳感器、掃描成像傳感器、雷達(dá)成像傳感器和非圖像傳感器。2.掃描成像傳感器：(1)掃描物體表面的成像儀：直接掃描地面并成像(紅外掃描儀、多光譜掃描儀、成像光譜儀、TM、ETM)；(2)掃描像面的成像儀：首先在像面上瞬間形成線狀圖像或二維圖像，然后對(duì)圖像進(jìn)行掃描成像(線陣CCD推掃成像儀)。3.紅外掃描儀的分辨率：瞬時(shí)視場(chǎng)，然后是空間分辨率：從公式中可以看出，高度越大，地面分辨率越大，分辨率越差。4.當(dāng)有掃描角時(shí)，平行于航線方向的地面分辨率垂直于航向方向，分辨率為：5.全景畸變：由于地面分辨率隨著掃描角度的變化而變化，紅外掃描圖像會(huì)發(fā)生畸變，這通常稱為全景畸變。原因是像距保持不變，始終位于焦平面上，而物距隨掃描角度而變化。(相當(dāng)于由行高h(yuǎn)的變化引起的地面分辨率a的變化)。6.掃描線的連接：a=Wt可以連接，而awt有部分重疊。結(jié)論：瞬時(shí)視場(chǎng)和掃描周期都是恒定的，只要速度W與高度H的比值是恒定的，掃描線就可以正確連接，不需要條紋圖像。7.熱紅外掃描儀對(duì)溫度比發(fā)射功率更敏感，因