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遥感原理与应用课程设计 第一章 绪论1.1遥感概述1、遥感的概念:在远离被测物体或现象的位置上，使用一定的仪器设备，接收、记录物体或现象反射或发射的电磁波信息，经过对信息的传输、加工处理及分析与翻译，对物体及现象的性质及其变化进行探测和识别的理论与技术。遥感技术系统: 遥感技术系统是实现遥感目的的方法论、设备和技术的总称。现已成为一个从地面到高空的多维、多层次的立体化观测系统。2、 遥感技术系统主要有：遥感平台:在遥感中搭载遥感仪器的工具称为平台或载体。平台的运行特征及其姿态稳定状况直接影响遥感仪器的性能和遥感资料的质量。目前的遥感平台有飞机、火箭和卫星等。 传感器:在遥感中，收集、记录和传送遥感信息的装置称为传感器，他是遥感技术的核心。目前应用的传感器主要有：摄影机、摄像仪、扫描仪、雷达等。 遥感数据接受处理系统：为了接受从遥感平台传送来的图像胶片和数字磁带数据，必须建立地面接收站。地面接收站由地面数据接受和记录系统(TRRS)，图像数据处理系统(IDPS)两部分组成。 分析解译系统：用户得到的遥感资料，是经过处理的图像胶片和数据，谈后再根据各自的应用目的，对这些资料进行分析、研究、判断解释，从中提取有用信息，并将其翻译成为我们所用的文字资料或图件，这一工作为“解译”。分为常规目视解译技术和电子计算机解译技术。3、遥感的分类：根据遥感平台的分类：a.地面遥感：平台与地面接触，常用的平台有汽三角架等。b.航空遥感：平台为飞机和气球，是从空中对地面目标的遥感。c.航天遥感：以卫星、火箭和航天飞机为平台，从外层空间对地球目标物所进行的遥感。d.航宇遥感。 根据电磁波谱的分类：a.可见光遥感：只收集与记录目标物反射的可见光辐射能量，所用传感器有摄影机、扫描仪等。b.红外遥感：收集与记录目标物发射或反射的红外辐射能量，所用传感器有摄影机、扫描仪等。c.微波遥感： 收集与高录目标物发射或反射的微波能量，所用传感器有扫描仪、微波辐射计、雷达等。d.多光谱遥感： 把目标母辐射来的电磁辐射分割成若干个窄的光谱带，然后同步探测，同时得到一个目标物不同波段的多幅图像。传感器有多光谱摄影机，多光谱扫描仪等。e.紫外遥感：手机记录目标物的紫外辐射能。 根据电磁辐射能源的分类：a.被动遥感：指不利用人工辐射源，而是直接接收与记录目标物反射的太阳辐射或者目标物本身发射的热辐射和微波遥感。b.主动遥感：是指使用人工辐射源从平台上先向目标发射电磁辐射，然后接收和记录目标物反射或散射回来的电磁辐射的遥感。根据应用目的的分类：地质遥感、农业遥感、林业遥感、水利遥感、环境遥感等。 根据遥感资料的显示形式，获得方式和波长范围的分类：a.图像方式遥感；b.非图像方式遥感。4、遥感的研究范畴：物理场遥感a.电磁波遥感；b.力场遥感；c.机械波遥感；d.声波遥感。（a是目前遥感主要研究范畴）5、遥感的特点： 探测范围大，宏观、真实； 信息量大、波段丰富，波段的扩展增加了接受内容，表现了技术的先进性； 获取信息快，更新周期短，具有动态监测的特点； 用途广，效益高。1.2遥感的发展 最早使用“遥感”一词的是美国海军研究所的艾弗林*普鲁伊特。年，在美国国家科学院和国家研究理事会的支持下，在密歇根大学的威罗*兰实验室召开了“环境遥感国际讨论会”，此后，在世界范围内，遥感作为一门新兴学科飞速发展起来。） 无记录的地面遥感阶段（年） 年，汉斯*李波尔赛制造了世界第一架望远镜，年伽利略作放大数倍的科学望远镜，从而为观测远距离目标开辟了先河。但望远镜观测不能把观测到的事物用图像记录下来。） 有记录的地面遥感阶段（年） 对探测目标的记录与成像始于摄影技术的发展，并与望远镜相结合发展为远距摄影。） 空中摄影遥感阶段（年） 年，GF陶纳乔用系留气球拍摄了法国巴黎的“鸟瞰”像片。 年，J布莱克乘气球升空到，成功拍摄了美国波士顿的照片。 年，J钮布朗特设计了一种捆绑在飞鸽身上的身形相机。这些试验的空间摄影，为后来的实用化航空摄影打下了基础。 在第一次世界大战期间，航空摄影成了军事侦探的重要手段，并形成了一定规模。与此同时，像片的判读水平也大大提高。一战以后，航空摄影人员从军事转向商务和科学研究。美国和加拿大成立了航测公司，并分别出版了摄影测量工程及类似性质的刊物，专门介绍有关技术方法。年，彩色胶片出现，使得航空摄影记录的地面目标信息更为丰富。二战中，微小雷达的出现及红外技术应用于军事侦查，使遥感探测的电磁波谱段得到了扩展。） 航空遥感阶段（）年月日，苏联第一颗人造地球卫星的发射成功，标志着人的空间观测进入了新纪元。此后，美国发射了“先驱者号”探测器拍摄地球云图。真正从航天器上对地球进行长期探测是从年美国发射和太阳同步卫星开始。此外，多种探测技术的集成日趋成熟，如雷达、多光谱成像与激光测高、GPS的集成可以同时取得经纬坐标和地面高程数据，由于实时测图。总之，随着遥感应用向广度和深度发展，遥感探测更趋于实用化、商业化和国际化。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征2.1电磁辐射1、 电磁辐射的概念：电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播过程，实质上就是电磁辐射，它具有波动的特性，所以又叫电磁波。2.2电磁波的特性 不需要传播介质; 电磁波是横波，在真空中以光速传播； 满足波粒二象性； 波长与频率成反比且两者乘积为光速； 传播遇到气体、液体、固体介质时，会发生反射、折射、透射、吸收等现象。2.3电磁波谱1、电磁波谱的概念：为了便于比较电磁辐射的内部差异和描述，按照他们的波长（频率）大小，依次排列画成图表，这个图表就叫做电磁波谱。2、不同波长的电磁波谱及其特点：（1） 射线（gamma ray）射线波长0.03nm，波长短，频率高，具有很大的能量，很高的穿透性。Y射线是由原子核跃迁产生的。（2） x射线（x ray）X射线波长为0.03-3nm，能量也较大，贯穿能力较强，是原子层内电子跃迁产生的。（3） 紫外线（uv）紫外线波长为3nm-0.38um，紫外线由原子或分子外层电子跃迁产生，按波长不同，分为近紫外（0.38um-300nm），远紫外（300-200nm）和超远紫外（200-3nm）。（4） 可见光（visible light）可见光波长为0.38-0.76um，由分子外层电子跃迁产生。（5） 红外线（infrar ray）红外线波长为0.76-1000um，由分子振动和转动产生，按波长不同分为近红外（0.76-3um）、中红外（3-6um）、远红外（6-15um）、超远红外（15-300um）和赫兹波（300-1000um）。（6） 微波（microwave）微波波长为0.1-100cm，由固体金属分子转动产生，能穿云透雾其他辐射对它干扰小。（7） 无线电波（8） 无线电波由电磁振荡产生，不能透过大气层，中波和长波吸收严重。目前用于遥感的主要为可见光、红外线和微波。2.4电磁辐射与物体的相互作用1、电磁辐射的反射（1）电磁辐射的反射概念：电磁辐射与物体作用后产生的次级波返回原来的介质，成为反射，次级波为反射波。（2）反射系数：物体飞反射能力用反射系数表示，实质反应反射与物体性质的关系。（3）反射类型：（1）镜面发射 由光滑表面产生的反射，其反射方向遵循反射定律。 （2）漫反射 粗糙表面上产生的反射，不遵循反射定律。2、物体的发射（1）基尔霍夫定律：在给定温度下，物体对任一波长的发射本领和它的吸收本领成正比，壁纸物体的性质无关，只是波长和温度的函数，其表达式： M/a=f（、t）（2）光谱发射率：表示一个物体把热能转变成辐射能的转变效率，即： E=M/M M为物体的光谱辐射率;M 为黑体的光谱出蛇率。（3）遥感辐射源：凡是能够产生电磁辐射的物体，叫做辐射源，分为人工辐射源和天然辐射源。2.5地物的波谱特性1、物体的反射波谱特性（1）反射波谱概念：物体的反射系数随入射波长的变化规律叫做物体的反射波谱。（2）反射波谱曲线：物体的反射波谱用曲线表示，称为反射波谱曲线。2、物体的发射波谱：物体对不同波长的电磁辐射发射能力的变化规律叫做物体的发射波谱。2.6大气对辐射的影响1、大气散射（1）散射的概念 是指电磁辐射与结构不均匀的物体作用后，产生的次级辐射无干涉抵消，而是向各个方向传播的现象。（2）散射的类型 瑞利散射：当r，发生的散射称为瑞利散射，它的散射强度与入射辐射的波长的四次方成反比。 米氏散射：当r=时，发生的散射，其散射程度约与波长的二次方成反比。 粗粒散射：当r时，发生的散射为粗粒散射，散射程度与波长无关。2、大气吸收（1）吸收的概念：是电磁辐射与物体作用后，转换为物体的内能。分为： a.一般吸收：在电磁辐射的整个波段内都有吸收，且吸收率随波长的变化几乎不变。 b.选择吸收：在一些波段上吸收很大，一些多段很少。（2）大气对电磁辐射的吸收：水汽的吸收，臭氧的吸收，氧气的吸收，二氧化碳的吸收。3、大气透射和大气窗口（1）大气透射：是指电磁辐射与介质作用以后，产生的刺激辐射和部分原入射辐射穿透该介质，到达另一种介质的现象或过程。（2）大气窗口：指大气对电磁辐射的吸收和散射都很小，而透射率很高，就是电磁辐射在大气中的传输耗损很小，能透过大气的电磁波段。（3）大气窗口的种类：远紫外窗口、可见光窗口、近红外窗口、远红外窗口等。 第三章 遥感成像原理与遥感图像特征3.1遥感平台1、地面平台：置于地面上和水上的装载传感器的固定的或可移动的装置叫做地面平台。包括三角架、遥感塔、要赶车等，高度一般在100m以下，主要用于近距离测量地物波谱和摄取供试验研究的地物细节影像，为航空遥感和航天遥感作校准和辅助工作。2、航空平台：悬浮在海拔80km以下的大气中的遥感平台叫做航空平台。3、航天平台：位于海拔880km高度以上的遥感平台为航天平台。3.2遥感传感器1、传感器的概念：传感器也叫敏感器或探测器，它是手机、探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器，是遥感技术的核心。2、传感器组成：（1） 收集器 （2）探测器 （3）处理器 （4）输出器3、传感器分类：（1） 按电磁辐射来源：主动式传感器和被动式传感器（2） 按传感器的成像原理和获取图像的性质不同分类：摄影机、扫描仪、雷达等。（3） 按传感器对电磁辐射信息的记录方式：成像方式的传感器和非成像方式的传感器。4、传感器的性能影响因素（1） 地面分辨率 用来表征传感器获得的影像反应地表细节能力的指标，也成为空间分辨率，定义为影像上能够详细区分的最小单元所代表的地面距离的大小（2） 灰度分辨率 是表征传感器多能探测到的最小辐射功率的指标，指影像记录的灰度值的最小差值。（3） 波谱分辨率 指传感器所用的波段数、波长及波段宽度，也就是选择的通道数、每个通道的波长和带宽。3.3遥感数据的接收处理与记录系统：1、地面接收站 2、遥感数据处理中心 3、遥感基础与应用中心3.4摄影成像的基本原理1、摄影成像过程（1） 摄影 （2）负片过程 （3）正片过程3.5彩色摄影1、可见光与色彩（1） 可见光 电磁辐射中能引起视觉反应的一定波长范围的波段称为可见光谱或可见辐射，简称光，波长范围为0.38-0.76um。（2） 物体的颜色 消色物体 它对入射的白光没有分解能力，呈无选择吸收和反射，当吸收少，反射多呈白色，吸收多反射少是呈黑色，中间状态是呈灰色。 彩色物体 彩色物体对入射的白光有分解能力，呈选择吸收和反射。（3） 彩色的特性确切描述一种彩色，从其色别、饱和度和明度三个特性进行，称为彩色的三要素。 色别 也叫色调，指彩色的类别，是彩色彼此相互区分的特性。 饱和度 指彩色的纯洁度，表示一种彩色的浓淡程度。 明度 指颜色的明暗程度，它决定于发光体的发射强度和物体表面的反射率的高低。2、颜色合成的基本原理（1） 三基色原理 只存在三种独立的色，其它色都由他们匹配出来，这三种颜色为三基色或三原色。条件是三基色的任何一个不能由其余两个相加混合出来。现在的三基色一般选择：红色、绿色、蓝色。3、颜色光学合成方法（1） 相加混色 两种或两种以上的基色光同时作用于人眼，可以产生另一种色觉，叫做颜色的相加。（2） 相减混色 两种或三种颜色的物质重叠后产生的反射波谱作用于人眼后产生色觉的方法。4、彩色影像获得的基本原理彩色影像是根据色觉三原色原理，经过色光的分解和合成两个步骤得到的，所谓分解就是将物体的颜色，用不同比例的红、绿、蓝三元光，按其强弱记录在胶片上：合成就是通过加色法和减色法将分解的色光合成，从何重新得到物体的彩色影像。（1） 加色法合成彩色 用红、绿、蓝三个滤色镜，将彩色物体分别拍成三张分色黑白负片，并制作三张透明正片，把三张正片装在三个放映机种，在每个放映机镜头前面加上拍摄负片时所用的滤镜，调整放映在荧幕上的三影像，使它们重合在一起，此时银幕上就再现被摄物体的彩色。（2） 减色法合成彩色 减色法利用白光与原色光的三个补色光黄、品红、青的相减来分别控制原色光，最后经过原色光的相加混合，获得物体的彩色影像。 第四章 航空像片及其航测知识4.1航空摄影及其资料1、航空摄影的概念：航空摄影是将航摄仪安装在飞机上，按照一定的要求对目标物摄影，获取影像资料的过程。2、航空摄影过程 （1）航摄的准备工作 划分摄影分区，确定摄影比例次，选择航空摄影机、计算航高、摄影基线和航线间距，准备航摄软片。 （2）空中摄影 应选择在天气晴朗、能见度好，气流平稳的条件下进行。一般从上午九时至下午四时之间。（3）摄影处理3、航摄质量评定（1）像片重叠度 指相邻相同影像的重叠。航空摄影一般规定：航向重叠度为60%，最小不得小于53%：旁向重叠为30%，最小不得小于15%。 （2）像片倾斜角 像平面与水平面的夹角。一般应小于2，最大不得超过3。 （3）航线弯曲度 一般要求航线弯曲度不超过3%。 （4）像片旋角 相邻像片两像主点的连线与航线方向像幅上两框标连线之间的夹角。一般不超过5，最大不超过8。 （5）底片压平质量 一般要求压平线弯曲不超过0.05-0.1mm。4、航空摄影资料：航空摄影得到的最后资料是各种像片。有黑白像片（包括分波段片、红外片、全色片）和彩色像片（包括真彩色片盒假彩色片），航摄像片（水平像片、倾斜像片）。4.2航空像片的集合特征1、投影性质（1） 正射（垂直）投影 当一束通过空间点的平行光线垂直相较于一平面时，其交点称为空间点的正射投 影 ，该平面称投影面。（2） 中心投影若空间任意点与某一固定点连成的直线或其延长线被一平面所截，则直线与平面的交点称为空间点的中心投影。2、航摄像片的特征点线（1） 像主点 通过投影中心S，垂直于像平面的直线So叫做航摄仪的主光轴，它与像平面的交点O叫做像主点，像主点在地面上的相应点O叫地主点。（2） 像底点 通过投影中心S 的铅垂直线SN称为主垂线，它与像平面的交点n称为像底点，像底点在地面上的相应点N叫地底点。（3） 等角点 主光轴与主垂线所夹的角a称为像片倾角。平分倾角的直线与像平面的交点C称等角点，在地面上的相应点C也称等角点。当地面平坦时，倾斜像片上只有以等角点为顶点的方向角与地面相应角大小相等。（4） 主纵线 包含主光轴和主垂线的平面称主垂面，它与像平面的交线vv叫主纵线，也即通过像主点和像底点的直线，其在地面上相应的线VV叫基本方向线。（5） 主横线 在像平面上，凡属和主纵线相垂直的直线都叫像水平线。通过像主点的像水平线叫主横线，以hoho表示。（6） 等比线 在像平面上，通过等角点的像水平线称等比线，以hchc表示。（7） 主合点和主合线 托投影中心的水平面与像平面的交线叫主合线或地平线。用hihi表示。3、航摄像片的像点位移航摄相片上地物的像点位置相对于其在地形图上的位置产生了变化，这种变化称为像点位移，也就是误差。（1） 因像片倾斜引起的像点位移倾斜误差 地物点在倾斜像片上的想点位置与同一摄影站摄得的水平像片上的像点位置相比，产生的一段位移称倾斜误差。（2） 地面起伏引起的像点位移投影误差 由于地面起伏，高于或低于基准面的地面点，在像片上的像点对于他在基准面上的垂直投影点的像点所产生的直线位移。4、航摄像片的方向偏差（1） 像片倾斜引起的方向偏差 在倾斜像片上以等角点为辐射中心的方向线不发生方向偏差，而像片上任何其他像点发出的方向线都要产生方向偏差。（2） 地面起伏引起的方向偏差 当地面起伏时，只有以像底点为中心发出的方向线不发生偏差，而像片上其它任何点发出的方向线均会产生方向偏差。（3） 辐射中心范围 实际工作中经常是选取像主点附近一定范围的易于辨认的点作为辐射中心来替代特征点。5、航摄像片的比例尺航片比例尺的含义与地形图的相同，是指像片上某一线段与地面实际对应线段之比。（1） 水平像片的比例尺 1.当地面平坦而水平，像片水平时，像片的比例尺各处相等。 1/M=ab/AB=f/H 2.当地面起伏较大时，水平像片上各处的比例尺并不相等，只有在同一高度上的影像cause具有相同的比例尺，不同高度的比例尺为： 1/M=f/Ho-h（2） 倾斜像片的比例尺 一般的计算公式： 1/M=f/H*（cosa-xasina/f）/（1-cosysina）（3） 像片比例尺的测定 A b L1 l2 K L4 l3 D c 精确量出长度i1、i2、i3、i4，同时实测或在地形图上量出相应的实地长度l1、l2、l3、l4，用下式计算像片平均比例尺：1/M=1/2（i1+i3）/（l1+l3）+（i2+i4）/（l2+l4）4.3航摄像片的立体观察1、立体观察原理人的双眼具有观察事物远近和产生立体感觉的能力，航摄像片的立体观察就是模仿人眼观察立体时所需要的条件，使人们建立起立体的感觉。（1） 天然立体观察 人用一双眼睛来观察自然界物体，产生立体感觉的原因主要是由于在两眼的视网膜上产生了生理视察。（2） 人造立体观察原理 在我们眼前放上一对玻璃板p1、p2，并通过玻璃板观看球体，将左右两眼所看到的圆球形象分别记录在左右两块玻璃板上，然后把真实圆球拿走，以观察玻璃板上的圆球形象来代替观察实物，结果在我们眼内所构成的影像和直接观察实物一样。这种不观察实物而获取的立体感觉称为人造立体感觉。 立体相对：用同一焦距的航摄仪对同一地物进行摄影，得到两张类似于玻璃板物体形象的性质的像片，称作立体相对，简称相对。（3） 航片立体观察的条件 1.观察两张相邻的具有一定重叠的像对。 2.两眼分别同时各看一张像片。 3.像片安放时，相应点的连线必须与眼基线平行，且两像片间的距离要适中。 4.两张像片的比例尺尽可能一致，最大差值不宜超过16%。2、立体观察方法和效应（1） 立体观察的工具 有立体镜，互补色镜和偏振镜。（2） 立体观察的步骤 1.确定像片方位线。 2.安置航片。 3.镜下观察。（3） 立体观察效应 正立体效应 如图，把左方摄影站摄得的像片P1放在左方，用左眼观察；右摄影站摄得的像片P2放在右方，用右眼观察，就得到一个与实物相似的立体效果，称为正立体。 负立体效应把左方摄站摄得的像片P1放在右方，用右眼观察；右方摄站摄得的像片P2放在左方用左眼观察，如图。这种立体效应称为反立体。或是在组成正立体效应后，将左右像片各旋转180，如图（c），同样可得到一个反立体效应。 零立体效应 将正立体情况下的两张像片，在各自的平面内按同一方向旋转90，使像片上纵横坐标互换了方向。像片上原来的纵坐标y轴转到与基线平行，此时生理视差变为像片的y方向的视差，因而失去了立体感觉成为一个平面图像。这种立体视觉，称为零立体效应。 第五章 卫星遥感及其影像5.1图像的光谱特性1、RBV 反束光导管摄像机 反束光导管 (RBV) 摄像机获取的三个波段摄影像片分别称为第 1 、 2 、 3 波段，多光谱扫描仪获取的扫描影像按顺序分别被命名为 4 、 5 、 6 、 7 波段，此外，第三颗地球卫星 (Landset) 上还提供热红外波段影像，这个波段被称为第 8 波段，热红外波段使用不久，就因仪器操作上的问题而关闭了，因此， Landset 提供的热红外波段影像并不多。第 4 、 5 颗地球卫星上多光谱扫描仪获取的四个波段扫描影像重新被分别命名为 1 、 2 、 3 、 4 波段。2、MSS 多光谱扫描仪 MSS 影像中，灰度又按照一定的区间归并为 16 级灰阶，同时每幅遥感影像下部也曝光产生一个灰阶尺，灰阶尺由白灰白淡灰 . 浅灰 - 灰 - 暗灰 . 浅黑 - 黑等多个灰阶组成。像元的亮度值为 0 时，影像上像元的灰阶为黑色，像元的亮度值为 63 时，影像上像元灰阶为白色，像元值从 0 向 63 增加时，其灰阶也按照一定分级规则由黑转白。由于影像复制时像元灰阶与灰度尺受到同样因素的影响，这样解译者可以利用灰度尺来衡量像元的灰阶。 MSS 各个波段的应用范围: MSS 第 4 波段为绿色波段，对水体有一定透射能力，在清洁的水体中透射深度可达 10 -20 米 ，可以判读浅水地形和近海海水泥沙。由于植被波谱在绿色波段有一个次反射峰，可以探测健康植被在绿色波段的反射率。 第 5 波段为红色波段，该波段可反映河口区海水团涌入淡水的情况，对海水中的泥沙流、河流中的悬浮物质与河水浑浊度有明显反映，可区分沼泽地和沙地，可以利用植物绿色素吸收率进行植物分类。此外该波段可用于城市研究，对道路、大型建筑工地、砂砾场和采矿区反映明显，在红色波段各类岩石反射更容易穿过大气层为传感器接收，也可用于地质研究。 第 6 波段为近红外波段，植被在此波段有强烈反射峰，可区分健康与病虫害植被，水体在此波段上具有强烈吸收作用，水体呈暗黑色，含水量大的土壤为深色调，含水量少的土壤色调较浅，水体与湿地反映明显。 第 7 波段也为近红外波段，植被在此波段有强烈反射峰，可用来测定生物量和监测作物长势，水体吸收率高，水体和湿地色调更深，海陆界线清晰，第 7 波段可用于地质研究，划出大型地质体的边界，区分规模较大的构造形迹或岩体。 第 8 波段，为热红外波段，该波段可以监测地物热辐射与水体的热污染，根据岩石与矿物的热辐射特性可以区分一些岩石与矿物，并可用于热制图。 3、TM 专题制图仪TM 图像 TM 影像为专题绘图仪 (Thematic Mapper ， TM) 获取的遥感图像。从 Landsat 4 起，陆地卫星增加了专题绘图仪（ TM ）。 TM 在光谱分辨率、辐射分辨率和地面分辨率方面都比 MSS 有较大改进。在光谱分辨率方面，它采用 7 个波段来记录目标地物信息，与 MSS 相比，它增加了三个新波段，一个为蓝色 ( 蓝绿 ) 波段，一个为短波红外波段，一个为热红外波段，根据 MSS 数据使用的经验与光谱适用范围研究结果， TM 在波长范围 24 (wavelength) 与光谱位置 (Nominal spectral location) 上都作了调整。在辐射分辨率方面， TM 采用双向扫描，改进了辐射测量精度，目标地物模拟信号经过模 / 数转换，以 256 级辐射亮度来描述不同地物的光谱特性，一些在 MSS 中无法探测出的地物电磁辐射的细小变化，现在可以在 TM 波段内观测到。在地面分辨率方面， TM 瞬间视场角对应的地面分辨率为 30 米 ( 第 6 波段除外 ) 。 1999 年 4 月 15 日 发射的陆地卫星 7 （ Landsat 7 ），又增加了分辨率为 15 米 的全色波段（ PAN 波段）图像，并把波段 6 的图像分辨率从 120 米 提高到 60 米 。 TM 图像主要应用范围: 专题绘图仪比 MSS 增加了 4 个波段，在波段宽度设计上更具有针对性 TM ，它比起 MSS 图像应用范围更广。对植被和土壤含水量等检测效果更好。 4、ETM+是TM的增强型，是具有8 个波段的扫描式光学成像仪器，与TM基本相似，最大变化有3点。1.增加了分辨率为15m的全色波段PAN（0.53-0.90um）。2.波段6的分辨率由120m提高到60m。3.辐射定标误差率小于5%。5.2 Landsat 卫星及其影像Landsat的运行特征 1.准圆形、近极地轨道。 2.卫星运行与太阳同步。 3.采用可重复中高度回归轨道。（2）landsat 图像分辨率卫星编号传感器及波段编号地面分辨率m1，2RBV：1，2，3803RBV：全色波段401-7MSS：4，5，6，7803MSS：82404，5TM：1，2，3，4，5，7304，5TM：6120 7ETM+：1，2，3，4，5，7307ETM+：6607ETM+：全色波段155.3 SPOT卫星及其影像地球刺穿卫星系统。由瑞典、比利时等国家参加，由法国国家空间研究中心（CNES）设计制造。年发射第一颗，到年已经发射颗。特点：太阳同步圆形近极地轨道高度覆盖周期天扫描宽度：（）公里主要传感器：台HRV空间分辨率：全色；多光谱能满足资源调查、环境管理与监测、农作物估产、地质与矿产勘探、土地利用、测制地图及地图更新等多方面需求SPOT卫星系统优势特征：卫星搭载的传感器具有倾斜（测视）能力信息获取的重复周期：一般地区天：部分地区达到天5.4 CBERS卫星及其影像1、轨道特征：CBERS采用三轴定向，近极地、准圆形、与太阳同步，可重复，中等高度的轨道卫星。2、CBERS的空间和光谱特性传感器类型波段号 波段范围地面分辨率地面扫描宽度CCD机1蓝光谱段：0.45-0.51um 19.5 1132绿光谱段：0.52-0.59um3红光谱段：0.63-0.69um4近红外谱段：0.77-0.89um5全色谱段：0.45=0.73um红外多光谱扫描仪（IR-MSS）6可见光-近红外谱段：0.5-0.9um80m（MSS）160（热红外） 1207短波红外谱段;1.55-1.75um8短波红外谱段：2.08-2.35um9热红外谱段;l0.5-12.5um宽市场相机（WFI）10可见光谱段：0.63-0.69um 256m 89011近红外谱段：0.77-0.89um 第六章 遥感图像处理遥感技术的目的是为了获得地物的几何属性和物理属性。原始的遥感图像并不能地提供实现这个目的所需的准确而完备的条件。为了实现这个目的，原始遥感影像需要经过图像处理，来消除成像过程中的误差，改善图像质量。遥感图像处理的内容包括：图像复原、图像增强和图像分类。6.1数字图像处理系统概述1、遥感数字图像处理的特点：（1） 与一般图像处理的特点：a.数据和运算量大。 b.图像进出外部设备复杂。 c.多终端多用户。 d.软件系统庞大。（2） 与目视解译和光学处理比较的特点：a.图像的准确性。 b.处理的灵活性。 c.有利于长期储存，反复使用。2、遥感数字图像处理过程（1） 数据输入；（2） 校正处理；（3） 变换处理；（4） 分类处理；（5） 结果输出。6.2数字图像的校正1、 遥感图像的几何校正:校正遥感图像成像过程中所造成的各种几何畸变称为几何校正。A、影响图像几何畸变的因素主要包括：（ 1 ）遥感器的内部畸变：由遥感器结构引起的畸变，如遥感器扫描运动中的非直线性等。 （ 2 ）遥感平台的运行状态：包括由于平台的高度变化、速度变化、轨道偏移及姿态变化引起的图像畸变。 （ 3 ）地球本身对遥感图像的影响：包括地球的自转、高程的变化、地球曲率等引起的图像畸变。 B、图像几何纠正一般包括两个方面：（1） 图像像元空间位置的变换。（2） 像元灰度值的内插。C、几何矫正的具体步骤： 第一步是构建一个模拟几何畸变的数学模型，以建立原始畸变图像空间与标准图像空间的某种对应关系，实现不同图像空间中像元位置的变换； 第二步是利用这种对应关系把原始畸变图像空间中全部像素变换到标准图像空间中的对应位置上，完成标准图像空间中每一像元亮度值的计算。 2、遥感图像的辐射校正针对遥感图像辐射失真或辐射畸变进行的图象校正。由于这种校正是通过纠正辐射亮度的办法来实现的，因此称作辐射校正。 A 、造成遥感图像辐射畸变的因素 (1) 由遥感器的灵敏度特性引起的辐射失真(2) 太阳高度及地形引起的辐射失真 B 、辐射校正的方法 总的来说，辐射校正的方法有两种：一是分析辐射失真的过程，建立辐射失真的数学模型，然后对此数学模型求逆过程，用此逆过程求得遥感图像失真前的图像；二是利用实地测量的地物的真实辐射值，寻找实测值与失真之后的图像之间的经验函数关系，从而得到辐射校正的方法。显然，第一种校正方法是与失真过程有关的，第二种校正方法是与失真过程无关的。 3、大气校正：为消除由大气的吸收、散射等引起失真的辐射校正，称作大气校正。A、 影响遥感图像辐射失真的大气因素 （ 1 ）大气的消光（吸收和散射） （ 2 ）天空光（大气散射）照射 （ 3 ）路径辐射 B、 大气校正方法 常用的大气校正方法有两类。一类为基于理论模型的方法，该方法必须建立大气辐射传递方程，在此基础上近似地求解。另一类方法为基于经验或统计的方法，如回归分析方法。 利用大气辐射传输方程来建立大气校正模型在理论上是可行的。实现精确的大气校正，必须找到每个波段像元亮度值和地物反射率的关系。这需要知道模型中成像时刻气溶胶的密度、水汽的浓度等大气参数。在现实中，一般很难得到这些数据，需要专门的观测来准确地测量这些数据，因此其方法应用受到一定限制。 6.3遥感数字图像增强图像增强是为了突出图像中的某些信息（如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰、细节明显），同时抑制或去除某些不需要的信息来提高遥感图像质量的处理方法。1、反差增强：又称对比度增强，是一种点处理方法，通过对像元亮度值（又称灰度级或灰度值）的变换来实现。是图像增强的常用方法之一。反差增强：通过对单张影像的像元（x，y）的灰度值f（x，y）进行变换处理，得到各像元点新的灰度值g（x，y），扩展图像的灰度范围，以增大亮度差异，突出影像的细微结构和灰度差异，提高影像的分辨能力。2、密度分割：密度分割是一种用于影像密度分层显示的彩色增强技术。原理是将具有连续色调的单色影像按一定密度范围分割成若干等级，经分层设色显示出一种新彩色影像。密度分割的具体方法;找出遥感数字图像中的最大亮度值和最小亮度值，在该亮度范围内定出要分的级数和每级分割点的值，根据各像元点的亮度值的大小确定其属于哪一级或哪一类，并用指定的符号或颜色表示，就实现了密度分割。6.4多光谱图像增强处理1、代数运算代数运算的本质是对两幅（或两幅以上）的多光谱图像的相应像元进行加减乘除等四则运算，生成一幅新的图像。包括：差值运算：比值运算。2、变换处理在实际进行图像处理计算时，通过函数变换，将不同波段或时相的图像进行一定的组合，这样的波段组合称为图像变换处理。3、彩色增强人的视觉对彩色的分辨能力远远高于对灰度的分辨能力，通常人眼能分辨的灰度有十几个等级，但可以分辨 100 多种彩色层次。彩色增强就是根据人的视觉特点，将彩色用于图像增强之中，这是提高遥感图像目标识别精度的一种有效方法。 彩色合成增强是将多波段黑白图像变换为彩色图像的增强处理技术。根据合成影像的彩色与实际景物自然彩色的关系，彩色合成分为真彩色合成和假彩色合成两种。真彩色合成是指合成后的彩色图像上地物色彩与实际地物色彩接近或一致，假彩色合成是指合成后的彩色图像上地物色彩与实际地物色彩不一致，通过彩色合成增强，可以从图像背景中突出目标地物，便于遥感图像判读。6.5遥感图像分类1、监督分类监督分类包括利用训练区分样本建立判别函数的学习过程和把待分像元代入判别函数进行判别的过程。监督分类中常用的分类方法；（1） 最小距离法 是以特征空间中的距离作为像元分类的依据，包括最小距离判别法和最近领域分类法。（2） 多级切割法。（3） 特征曲线窗口法。（4） 最大似然法。2、非监督分类非监督分类的前提是假定遥感影像上铜累物体在同样条件下具有相同的光谱信息特征。非监督分类的方法：(1) 分级集群法。(2) 动态聚类法。第7章 遥感数字图像的分析解译7.1遥感图像的解译原理图像解译：是指从图像获取信息的基本过程，即根据各专业的要求，借助各种技术手段和方法对遥感图像进行综合分析、比较、推理和判断，识别出所需要的地物或测算出某种数量指标的过程。遥感信息的解译方法有多种，根据信息的特征，可分为定性解译和定量解译；根据解译的技术和方法，可分为目视解译和自动化解译；根据解译内容，可分为一般 解译和专题解译等。其中最基本的解译方法是目视解译。7.2遥感影像的解译标志遥感摄影像片解译标志又称判读标志，它指能够反映和表现目标地物信息的遥感影像各种特征，这些特征能帮助判读者识别遥感图像上目标地物或现象。解译标志分为直接解译标志和间接解译标志。1、直接判读标志：是指能够直接反映和表现目标地物信息的遥感图像各种特征，它包括遥感摄影像片上的色调、色彩、形状、阴影、纹理、大小、图型等，解译者利用直接解译标志可以直接识别遥感像片上的目标地物。 2、间接解译标志：是指航空像片上能够间接反映和表现目标地物的特征，借助间接解译标志可以推断与某地物的属性相关的其他现象。遥感摄影像片上经常用到的间接解译标志有： 与目标地物成因相关的指示特征。例如，像片上呈线状延伸的陡立的三角面