遥感导论复习重点

国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 1 遥感复习重点遥感复习重点 第一章第一章 绪论绪论 1 遥感的基本概念 广义与狭义 遥感的基本概念 广义与狭义 广义遥感 泛指一切无接触的远距离探测 包括电磁场 力场 机械波 声波 地震波 等探测 狭义遥感 仅指应用探测仪器 不与探测目标接触 从远处将目标电磁波特性纪录下来 通过分 析 解释物体特征性质及其变化的综合性探测技术 补充层面 因此 又可以说 遥感是以电磁波与地表物质相互作用为基础 探测 分析和研究地 球资源与环境 揭示地球表面各种要素的空间分布特征和时空变化规律的一门科学技术 2 遥感 遥测 遥控的区别遥感 遥测 遥控的区别 遥感区别于遥测 Telemetry 和遥控 Remote Control 遥测指对被测物体某些运动参数和性质进行远距离测量技术 遥控指远距离控制运动物体的运动状态和运动过程技术 完成空间遥感过程往往需要综合运用遥测技术和遥控技术 例如 卫星遥感必须测定 卫星运行参数 控制卫星运行姿态等 3 遥感系统组成遥感系统组成 遥感系统包括 被探测目标的信息特征 信息的获取 信息的传输与记录 信息的处理和信息的 应用 5 大组成部分 4 遥感类型的划分遥感类型的划分 1 按遥感平台分 包括 A 地面遥感 指遥感器安放在地面平台上 如车载平台 船载平台 手提平台等 B 航空遥感 指遥感器安放在航空器上 如飞机 气球等 一般高度小于 80 千米 C 航天遥感 指遥感器安放在航天器上 如人造地球卫星 航天飞机 空间站 火箭等 一般高度大于 80 千米 D 航宇遥感 指遥感器安放在星际飞船上 主要用于对地月系统以外目标进行探测 2 按遥感器的探测波段分 包括 A 紫外遥感 指利用 0 05 0 38 微米间紫外辐射波段进行探测 B 可见光遥感 指利用 0 38 0 76 微米间可见光辐射波段进行探测 C 红外遥感 指利用 0 76 1000 微米间红外辐射波段进行探测 D 微波遥感 指利用 1 毫米 10 米间微波辐射进行探测 E 多波段遥感 指探测波段在可见光和红外波段范围内 再被分成若干狭窄波段进行遥 感探测 3 按工作方式分 包括 A 主动遥感 指利用遥感器主动发射一定电磁波能量并接收目标地物后向散射信号进行 探测 B 被动遥感 指遥感器不向目标地物发射电磁波 仅被动接收目标地物自身发射或对自 然辐射源如太阳等反射能量 或者分为 C 成像遥感 指遥感器接收目标地物电磁波信息可以转换成数字图像或模拟图像 D 非成像遥感 指遥感器接收目标地物电磁波信息不能转换成数字图像及模拟图像 4 按遥感的应用领域分 包括 A 就较大研究领域看 包括外层空间遥感 大气层遥感 陆地遥感 海洋遥感等 B 就具体应用领域看 包括资源遥感 环境遥感 农业遥感 林业遥感 渔业遥感 地质遥感 气象 遥感 水文遥感 城市遥感 工程遥感 灾害遥感 考古遥感 军事遥感等 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 2 第二章第二章 电磁辐射与地物光谱特征电磁辐射与地物光谱特征 1 电磁波概念电磁波概念 所谓 电磁波 Electromagnetic Wave 是指由电磁振源所发出的电磁振荡在空间中的传播 电 Electrical 和 磁 Magnetic 是相互转化的 是电磁波的落脚点 因此 又可将 电磁波 定义为 电磁振荡产生变化磁场 变化磁场产生蜗旋电场 蜗旋电场又产生变化磁场 或电磁振荡产生变化电场 变化电场产生蜗旋磁场 蜗旋磁场又产生变化电场 的磁场和电场 或电场和磁场 相互转化的连续的传播过程 如下图示 2 电磁波具有波粒二象性 其中波长与频率的关系 电磁波具有波粒二象性 其中波长与频率的关系 电磁波具有波粒二象性 The wave particle duality 即电磁波既有波动性 又有粒子性 电磁波的波动性表现为 电磁波传播过程中 Asin t kx 可能发生反射 折射 吸 收和透射等现象 真空中 电磁波的传播速度等于光速 即 C f T 介质中 电磁波的传播 速度小于光速 即 v C 1 2 为介质相对介电常数 为介质相对磁导率 电磁波的波粒二象性表现形式主要由电磁波的波长 和频率 f 决定 波长和频率是电 磁波固有的属性 波长越长 波动性越明显 频率越大 粒子性越明显 对于既定电磁波而言 在其传播过程中 主要表现为波动性 当其与某些物质相互作用时 主要表现为粒子性 3 电磁波谱顺序电磁波谱顺序 1 电磁波谱是指真空中 电磁波按其波长或频率 递增或递减 依次排列形成的序列 2 电磁波谱依频率由高到低或波长由短到长排列 依次可划分为宇宙射线 Cosmic rays 射线 X 射线 紫外线 可见光 红外波 微波 无线电波 Radio waves 电磁波谱依频率由低到高或波长由长到短排列 依次可划分为无线电波 微波 红外波 可 见光 紫外线 X 射线 射线 宇宙射线 4 为什么电磁波谱中不同类别的电磁波的波长和频率不同 是因为其产生的波源或称电磁辐射源不为什么电磁波谱中不同类别的电磁波的波长和频率不同 是因为其产生的波源或称电磁辐射源不 同 即各电磁波成因 同 即各电磁波成因 无线电波 主要由电磁振荡发射 微波 主要利用谐振腔及波导管激励与传输 通过微波天线向空中发射 红外波 主要由分子振动和转动能级跃迁产生 可见光与近紫外 主要由原子 分子外层电子跃迁产生 紫外线 X 射线 射线 主要由原子 分子内层电子跃迁以及原子核内状态变化产生 宇宙射线 主要来自宇宙空间 5 电磁辐射的测量单位电磁辐射的测量单位 教材 18 页 掌握辐射通量 辐照度 辐射出射度 常用辐射能量 W 辐射通量 辐射通量密度 E 辐照度 I 辐射出射度 M 辐射亮度 L 等参数测量电磁辐射 6 黑体辐射概念黑体辐射概念 黑体是指任何温度下 对各种波长电磁辐射 都完全吸收的物体 即任何温度下 对各种波长电 磁辐射 吸收率恒为 1 或 100 的物体 理想黑体实验是用带小孔空腔做成的 如教材 P19 图 2 6 所示 7 黑体辐射规律黑体辐射规律 普遍适用的规律是普朗克公式 即 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 3 普朗克公式描述出黑体辐射出射度与黑体温度及黑体辐射电磁波波长关系 利用普朗克 公式 可以计算出既定温度和既定波长下 黑体辐射出射度 8 黑体辐射与实际物体发射光谱特征黑体辐射与实际物体发射光谱特征 a 黑体辐射出射度 随着辐射波长变化而连续变化 而且每条辐射出射度曲线只有一个最大值 b 黑体自身温度越高 黑体辐射出射度越大 而且不同温度黑体辐射出射度曲线互不相交 c 随着黑体自身温度升高 黑体辐射出射度最大值 向着辐射波长较短方向移动 d 只要黑体自身温度稍微变化 其总辐射出射度就会发生较大变化 e 辐射出射度峰值对应波长与黑体温度乘积为一常数 为何得到后两点结论 可从普朗克公式计算求证 关于普朗克公式的计算题关于普朗克公式的计算题 1 如果对普朗克公式从零到无穷大波长范围内进行积分 则斯忒潘 玻尔兹曼定律 Stsdan Boltamann s law 即 M T4 其中 为斯忒潘 玻尔兹曼常数 5 67 10 8 W m 2 K 4 黑体总辐射出射度与温度四次方成正比 随着温度增加而迅速增大 2 如果对普朗克公式从零到无穷大波长范围内进行积分 则斯忒潘 玻尔兹曼定律 Stsdan Boltamann s law 即 M T4 其中 为斯忒潘 玻尔兹曼常数 5 67 10 8 W m 2 K 4 黑体总辐射出射度与温度四次方成正比 随着温度增加而迅速增大 维恩位移定律 Wien s displacement law 得到不同温度黑体与最大辐射所对应波长关系如下表所示 如果黑体辐射最大出射度对应波长处于可见光波段 则随着黑体温度升高 黑体颜色逐渐向紫色 过渡 黑体辐射规律例题黑体辐射规律例题 例题 1 已知太阳常数 可以求得太阳表面辐射出射度 M 6 284 107W m2 进而可求出 太阳有效 温度 T 和太阳光谱中辐射最强波长 max 解 通常可以将太阳当作黑体看待 因此 根据斯忒潘 玻尔兹曼定律 M T4 可得 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 4 T M 1 4 6 284 107W m2 5 67 10 8W m 2 K 4 1 4 5770K 另外 根据维恩位移定律 max T b 可得 max b T 2 898 10 3m K 5770K 0 50 m 答 太阳有效温度为 5700K 辐射最强波长为 0 50 m 2 如何将黑体辐射作为参照标准计算实际物体发射电磁辐射呢 例如 一般金属材料均可当作灰体看待 已知氧化铜表面温度为 1000K 比辐射率 或吸收系 数 为 0 7 求此时该物体总辐射出射度 M 解 根据斯忒潘 玻尔兹曼定律 可得温度为 1000K 黑体总辐射出射度为 M0 T4 5 67 10 8W m 2 K 4 1000K 4 5 67 104W m2 再根据基尔霍夫定律 可得 M M0 与波长 无关 所以 M M0 0 7 5 67 104W m2 3 97 104W m2 答 此时该物体总辐射出射度 M 为 3 97 104W m2 补充黑体微波辐射规律补充黑体微波辐射规律 普遍适用的是瑞里 金斯微波辐射规律 即 黑体微波辐射与温度成正比 与波长平方成反比 不同地物间微波发射率差异比红外发射率差异 明显得多 8 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响 1 大气吸收成分 大气成分吸收物质及成因 氧气 O2 约占 21 主要吸收波长小于 0 2 m 太阳辐射 尤其波长 0 155 m 处吸收 最强烈 另外 波长 0 6 m 0 76 m 附近也各有较窄吸收带 因此 低层大气 中较少观测到 0 2 m 紫外线 高空遥感中较少使用紫外遥感 臭氧 O3 仅占 0 01 0 1 但对太阳辐射有较强吸收作用 一方面 吸收 0 2 0 36 m 太 阳辐射 另一方面 吸收 0 6 m 附近太阳辐射 臭氧分布于 30 左右高空 主 要影响航天遥感 二氧化碳 CO2 仅占 0 03 主要吸收红外区内太阳辐射 例如 波长 1 35 2 85 m 有 3 个较 宽弱吸收带 另外 波长 2 7 m 4 3 m 14 5 m 处有较强吸收带 对太阳辐 射而言 二氧化碳吸收影响并不强烈 水 H2O 水对太阳辐射吸收作用最强烈 从可见光 红外线到微波 都有水强烈吸收 带 但水尤其对红外部分吸收强烈 例如 波长 0 5 0 9 m 处有水 4 个较窄吸 收带 波长 0 95 2 85 m 处有水 5 个较宽吸收带 另外 波长 6 25 m 处还有 水 1 个较强吸收带 因此 水对红外遥感影响较大 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 5 尘埃 尘埃对太阳辐射有一定吸收作用 但其吸收量相当少 只有产生火山 沙暴 烟雾等时 大气中尘埃含量急剧增加 才对遥感探测产生影响 但此时 其发 射作用远大于吸收作用 2 大气散射类型 散射作用是指非均匀介质或各向异性介质中 电磁辐射遇到微粒时改变原来传播方向 并向各方 向散开过程 大气散射可能削弱到达地面太阳辐射强度 也可能增强到达地面太阳辐射强度 可将散射作用分为瑞利散射 米氏散射和无选择性散射 相关自然现象相关自然现象 为何天空呈现蔚蓝色 答 首先属于瑞利散射 就可见光而言 从红光到蓝光 波长逐渐减小 瑞利散射效应增强 因此 无云 的晴天 由于蓝光绝大部分被散射到四面八方 所以天空呈现蔚蓝色 为何日出和日落呈现橘红色 答 同样属于瑞利散射 日出或日落时分 由于太阳高度角较小 阳光倾斜射到地表 可见光穿过大气 层路径比太阳直射时长 较长传播过程中蓝光被散射殆尽 波长次短的绿光也部分被散射 只剩下波长 最长的红光散射最弱 加之剩余的少量绿光 两者混合 使得朝霞和夕阳呈现橘红色 为何微波具有强穿透性 答 属于瑞利散射 微波瑞利散射强度与其波长 4 次方成反比 微波波长越长散射强度越小 所以微波 具有最强穿透性 瑞利散射 米氏散射 无选择性散射对比瑞利散射 米氏散射 无选择性散射对比 散射类型直径与波长关系主要作用微粒补充知识 瑞利散射当散射微粒直径 d 比 电磁辐射波长 小很 多时 产生瑞利散射 即 d 10 1 4 4 大气中原子和分子 如 氮 二氧化碳 臭氧 和氧等分子引起 由于散射系数与波长 4 次方成反 比 当波长大于 1 m 时 瑞利散射可 忽略不计 换句话说 红外线和微波 可不考虑瑞利散射 但可见光必须 考虑瑞利散射 而且大气散射主要 表现为大气分子对可见光散射 米氏散射当散射微粒直径 d 比 电磁辐射波长 相差 不多时 产生米氏散射 即 d 1 2 2 由大气微粒 如烟 尘埃 小水滴及气溶 胶等引起 由于 0 76 15 m 红外线波长与云 雾等悬浮微粒直径相差不多 主 要产生米氏散射 所以潮湿天气 对米氏散射影响较大 无选择性散射当散射微粒直径 d 比 电磁辐射波长 大很 多时 产生无选择性散 射 即 d 1 0 0 由较大直径微粒对较 短波长电磁辐射引起 云 雾 水滴和烟尘等微粒直径 比可见光波长大很多 产生无选 择性散射 各种色光散射强度相 同 所以人们看到云雾呈白色或 灰白色 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 6 3 大气窗口概念 大气窗口概念 电磁辐射传输过程中 大气吸收 散射和反射都将引起到达地面电磁辐射强度变化 而且都是对 一定波长电磁辐射产生作用 只有部分电磁辐射能够穿透大气到达地面 我们将电磁辐射通过大气层时 较少被吸收 散射和反射 透过率较高的波段称为大气窗口 常见的大气窗口有 0 3 1 3 m 即紫外线 可见光和近红外波段 既是最佳摄影成像波段 又是遥感常用扫描成像 波段 例如 美国 LANDSAT 卫星 TM 遥感器第 1 4 波段为可见光和近红外波段 1 5 1 8 m 及 2 0 3 5 m 即近红外和中红外波段 属白天常用扫描成像波段 例如 美国 LANDSAT 卫星 TM 遥感器第 5 第 7 波段为近红外 中红外波段 主要探测植物含水量等 3 5 5 5 m 即中红外波段 不仅通透反射光 而且通透热辐射 例如 NOAA 卫星 AVHRR 遥感器用 3 55 3 93 m 波段获取卫星遥感昼夜云图 探测海面温度 8 14 m 即远红外波段 通透来自地物热辐射能量 适于夜间成像 0 8 2 5cm 即微波波段 波长较长 具有较强穿透云雾能力 可以进行全天时 全天候遥感成像 是主动遥感常用波段 例如 侧视雷达常用 0 8cm 3 0cm 5 0cm 10 0cm 进行微波遥感探测 9 地球的辐射及地物波谱地球的辐射及地物波谱 1 太阳辐射与地球辐射各自集中波段太阳辐射与地球辐射各自集中波段 太阳辐射集中于 0 3 2 5 m 紫外 可见光到近红外区段 地球辐射集中于大于 6 m 热红外区段 而 2 5 6 m 中红外区段太阳辐射和地球辐射都有所体现 2 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 可见光近红外遥感主要探测实际物体反射太阳辐射特征 简称地物反射光谱特征 到达地面太阳辐射 吸收能量 透射能量 反射能量 即 P0 P P P 1 P P0 P P0 P P0 1 3 地物反射波谱特征地物反射波谱特征 一般说 黑色物体对太阳光有较强吸收能力 绝大多数物体对可见光不具备透射能力 不能透过 可见光物体对 5cm 超长波有较强透射能力 多数情况下 太阳辐射照到地物表面 仅只考虑吸收 和反射作用 而且吸收和反射作用相互矛盾 地物反射率不仅取决于辐射电磁波波长和入射角度 而且取决于地物自身性质 特别是表面粗 糙程度 根据地物表面状况 太阳辐射主要产生三种反射 漫反射 镜面反射 实际物体反射 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 7 镜面反射 满足镜面发射规律 自然界仅平静水面可能产生镜面发射 漫反射 只有朗伯面满足漫反射规律 自然界中氧化镁 硫酸钡 碳酸镁等可近似看作朗伯面 实际物体反射 实际多数反射介于镜面反射和漫反射之间 入射辐照度相同时 反射亮度既与 入射方位角和天顶角有关 又与反射方位角和天顶角有关 4 地物反射光谱特征 地物反射光谱特征 通常将一定温度下 地物反射率随入射电磁波波长变化而变化规律称地物反射光谱特征 将入射 电磁波波长为横轴 地物反射率为纵轴 所建立起来 或绘成 关系曲线称地物反射光谱曲线 地物反射光谱曲线 不同地物反射光谱特征和反射光谱曲线都有差异 不仅表现出种类差异 而且表现出空间差异和时 间差异 植被 共性 可见光波段形成绿反射峰 0 55 m 及其两侧的蓝 0 45 m 红 0 67 m 两个 吸收带 近红外 0 74 1 3 m 处形成高反射区 近红外 1 35 2 5 m 处形成分别以 1 45 m 1 95 m 和 2 7 m 为中心的三个水吸收带 差异性 种类 季节 病虫害 含水量 土壤 土质越细反射率越高 有机质含量越高反射率越低 含水量越高反射率越低 土类和肥力不同反射率不同 不同波谱段影像区别不明显 水体 水体的反射主要在蓝绿波段 其他波段吸收很强 特别是在近红外波段更强 水中含泥沙时 由于泥沙的散射 可见光波段的反射率增加 峰值出现在黄红区 水中含叶绿素时 近红外波段明显被抬升 岩石 矿物成分 矿物含量 风化程度 含水量 颗粒大小 表面光滑度 色泽 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 8 第三章第三章 遥感成像原理与遥感图像特征遥感成像原理与遥感图像特征 1 遥感传感器的构成及评价参数遥感传感器的构成及评价参数 收集器 探测器 处理器 输出器 遥感器自身性能深刻影响遥感构像质量 1 遥感器探测阵列单元尺寸决定遥感构像空间分 辨率 构像空间分辨率指遥感器中探测阵列单元能把两个目标作为清晰实体纪录下来的两目标间最 小距离 多用图像清晰度衡量 遥感器探测阵列单元越小 遥感构像空间分辨率越大 2 遥感器探测元件辐射灵敏度和有效量化级别决定遥感构像辐射分辨率 在此 辐射分辨率 指遥感器探测元件接受电磁辐射信号时 能够分辨最小辐射度差 遥感器辐射灵敏度及有效量化级别 越高 遥感构像辐射分辨率越大 3 另外 遥感器设计过程中 为了照顾遥感构像光谱分辨率 还必须考虑以下因素 A 如何确定所用电磁波段数量 B 如何确定所用波段跨度范围 C 如何确定所用波段起始位置 光谱分辨率指遥感器接收地物电磁辐射信息时 所能分辨最 小波长间隔 波长间隔越小 光谱分辨率越大 随着遥感器制造工艺水平提高 遥感所用光谱段正迅速增加 例如 成像光谱仪将可见光 红 外波段分割成几百个狭窄波段等 2 遥感成像方式遥感成像方式 摄影成像 扫描成像 3 摄影成像基本知识摄影成像基本知识 摄影是指通过成像设备获取物体影像技术 依据发展先后分 1 传统摄影 依靠光学镜头及放在焦平面上的感光胶片来纪录物体影像 2 数码摄影 通过放在焦平面上的光敏元件 经过光 电转换来纪录物体影像 光敏电子器件 例如 CCD 电荷耦合器件 依据探测波段分 1 近紫外摄影 用近紫外波段摄影 记载地物近紫外波段光谱信息 2 可见光摄影 用可见光波段摄影 记载地物可见光波段光谱信息 4 红外摄影 用红外波段摄影 记载地物红外波段光谱信息 5 多光谱摄影 用多光谱波段 可能包括可见光 近红外 摄影 记载地物多光谱波段光谱信息 摄影机有哪些类型 摄影机分为 分幅式摄影机和全景式摄影机 其中全景式摄影机又分为 缝隙式摄影机 和镜头转动式摄影机 4 摄影相片的几何特性 摄影相片的几何特性 1 像片投影包括垂直投影和中心投影 2 中心投影与垂直投影的区别 A 投影距离影响 投影距离包括焦距和航高 垂直投影像面不受投影距离影响 中心投影存在规律 焦距一定 航高越小 获得像面面积越大 地面细节越清晰 航高一定 焦距越大 获得 像面面积越大 地面细节越清晰 B 投影面倾斜影响 垂直投影仅表现为像 面比例尺有所放大 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 9 像点 ao bo 相对位置 保持不变 但 ao AO a o AO 中心投影像点 ao bo 比例 关系显著变化 各点相对位置和形状都不 保持原来模样 地面 AO BO 像 面 ao bo 因像面倾斜引起像点位移 称倾斜误差 C 地形起伏影响 对于垂直投影 地形起伏变化 投影点间 距离与实际地面水平距离成比例缩小 相对位置不变 对于中心投影 地形起伏变化越大 像上投影点水平距离位移越大 产生像点位移称作地形起伏引 起投影误差 不变 3 地形起伏引起的像点位移计算推导 即地形起伏是如何引起像点位移的 像点位移规律证明过程 地形起伏引起中心投影像点位移规律 投影误差计算公式 hr H 中 为位移量或误差值 h 为地面高差 可正 可负 H 航高 r 像点到像主 点距离 不难看出 A 位移量与高差成正比 即高差越大像点位移量越大 当高差为正值时 像点位移量为正值 像点背离 像主点方向移动 当高差为负值时 像点位移量为负值 像点向着像主点方向移动 B 位移量与像点到像主点距离成正比 即距离像主点距离越远 像点位移量越大 像片中心部位像点位 移量较小 像主点处 r 0 0 没有像点位移 C 位移量与航高成反比 即摄影高度越大 地形起伏引起像点位移量越小 例如 当地球卫星轨道高度 垂直投影中心投影 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 10 H 700m 像片大小为 18 18cm 像片边缘某点地面高差为 1000m 时 像点位移量仅约 0 13mm 5 摄影胶片的物理特性摄影胶片的物理特性 1 摄影胶片的组成结构 一般摄影胶片 组成结构如右 图示 真彩色摄影胶 片组成结构如 右图示 假彩色摄影胶 片 或称彩红外 胶片 组成结构 如右图示 6 扫描成像基本知识扫描成像基本知识 1 扫描成像概念 指依靠扫描型传感器以瞬时视场为单位进行的逐点 逐行取样 以得到目标 地物电磁辐射特性信息 形成对应谱段图像的遥感成像技术 瞬时视场概念 指扫描成像过程中 一个探测元件一次成像时 通过望远镜系统投影到地面的直 径或边长 2 对物面扫描的成像仪 TM 专题制图仪 性能 Landsat 4 5 上的 TM Thematic Mapper 是一个高级的多波段扫描型地球资源敏感仪器 与多波 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 11 段扫描仪 MSS 性能相比 它具有更高的空间分辨率 更好的频谱选择性 更好的几何保真度 更 高的辐射准确度和分辨率 ETM 增强型专题制图仪 改进 ETM 与 TM 相比改进包括 改进度比较 1 增加 PAN 全色 波段 分辨率为 15m 因而使数据速率增加 2 采用双增益技术 使远红外波段 6 波段 分辨率提高到 60m 也增加了数据量 3 改进后的太阳定标器使卫星的辐射定标误差小于 5 精度比 Landsat 5 约提高 l 倍 辐射校正有了很大改进 3 对像面扫描的传感器 HRV 的结构和成像原理的结构和成像原理 HRV 是一种线阵列推帚式扫描仪 仪器中有一个平面反射镜 将地面辐射来的电磁波反 射到反射镜组 然后聚焦在 CCD 阵列元件上 CCD 的输出端以一路时序视频信号输出 CCD Charge Coupled Device 称电荷耦合器件 是一种由硅等半导体材料制成的固体器 件 受光或电激发产生的电荷靠电子或空穴运载 在固体内移动 达到一路时序输出信号 4 成像光谱仪的概念 成像光谱仪是以多路 连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息的仪器 通过将传统的空间成像技术与地物光谱技术有机地结合在一起 可以实现对同 地区同 时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像 其主要特点是通道数多 各通道的波段宽度很 窄 7 微波遥感相关知识微波遥感相关知识 1 微波遥感概念 指通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射 经过判读处理来 识别地物的技术 2 微波遥感特点 a 能全天候 全天时工作 b 对某些地物具有特殊的波谱特征 c 对冰 雪 森林 土壤等具有一定穿透能力 d 对海洋遥感具有特殊意义 e 分辨率较低 但特性明显 8 主要的卫星遥感系统主要的卫星遥感系统 1 遥感平台分类 搭载传感器的工具统称为遥感平台 按平台距地面的高度大体上可分为三类 地面平台 航空平台 航天平台 2 卫星轨道参数 升交点赤经 为卫星轨道的升交点与春分点之间的角距 所谓升交点为卫星由南向北远行时 与地球赤道面的交点 反之 轨道面与赤道面的另一个交点称为降交点 近地点角距 指卫星轨道近地点与升交点间角距 轨道倾角 i i 指卫星轨道面与地球赤道面间两面角 即从升交点一侧轨道量至赤道面 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 12 卫星轨道长半轴 a a 指卫星轨道远地点到椭圆轨道中心距离 卫星轨道偏心率 或称扁率 e e c a 其中 c 为卫星椭圆轨道焦距 卫星轨道长半轴 卫星过近地点时刻 T 该时刻 T 指卫星过近地点时当地地方时 3 遥感卫星运行轨道及其运行特点 依据其轨道运行高度 可分为 a 低高度 短寿命卫星 一般高度 150 200Km 寿命一至三周 能够获得较高分辨率遥感 图像 多用于军事目的 b 中高度 长寿命卫星 一般高度 300 1500Km 寿命一年以上 众多气象卫星 陆地卫星 和海洋卫星属于此类 c 高高度 长寿命卫星 高度约 35800 或 360000 Km 又称地球同步卫星或静止卫星 多 数通讯卫星 静止气象卫星属于此类 依据其主要用途 可分为 a 科学卫星 主要用于科学探测和研究 包括空间物理探测卫星和天文探测卫星等 研 究高层大气 地球辐射 地球磁场 太阳辐射 宇宙射线等 b 技术卫星 主要用于新材料试验或应用卫星试验等 新原理 新材料 新仪器等能否使 用需经上天试验 新卫星性能如何需经上天锻炼 c 应用卫星 主要用于直接为人类利益服务 应用卫星种类繁多 数量最大 包括地球资 源卫星 气象卫星 海洋卫星 通讯卫星 测地卫星 导航卫星 侦察卫星等 4 气象卫星系列知识 气象卫星按其轨道不同 可分为太阳同步轨道气象卫星和地球同步轨道气象卫星 太阳同步轨道指 轨道平面绕地球自转轴旋转 旋转方向与地球公转方向相同 旋转角速 度等于地球公转平均角速度之类轨道 轨道高度不超过 6000km 卫星以相同方向经过同一纬度当地 时间相同 地球同步轨道指 轨道运行周期与地球自转周期相同 卫星公转角速度与地球自传角速 度相同 相对地球而言固定于高空某点之类轨道 轨道高度大约为 36000km 相对地球被观测区域是静 止的 又称地球静止轨道 A 轨道类型多 气象卫星轨道含盖前述太阳同步轨道 地球同步轨道 接近极地轨道三种 类型 B 重复周期短 静止气象卫星较高重复周期约 0 5 小时 次 极轨卫星中等重复周期约 0 5 1 天 次 重复周期短 时间分辨率高 有利于快速变化动态监测 C 成像面积大 气象卫星扫描宽度约 2800km 只需 2 3 条轨道就能覆盖全国范围 有利 区别太阳同步轨道和地球同步轨道 气象卫星特点 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 13 于获取宏观同步信息 并减少相应数据处理量 D 相对成本低 能够获得多个波段多种对象遥感数据 并具通讯卫星特征 又能发挥其它 用途 9 遥感图像特征遥感图像特征 1 遥感图像是各种传感器所获信息的产物 是遥感探测目标的信息载体 遥感解译人员需要通过遥感图像获取三方面的信息 目标地物的大小 形状及空间分布 特点 目标地物的属性特点 目标地物的变化动态特点 相应地将遥感图像归纳为三方面特征 即几何特征 物理特征和时间特征 2 遥感图像的分辨参数 空间分辨率是指像素所代表的地面范围的大小 即扫描仪的瞬时视场 或地面物体能分辨的最小 单元 波谱分辨率是指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔 间隔愈小 波谱分辨率 愈高 辐射分辨率是指传感器接收波谱信号时 能分辨的最小辐射度差 在图像上表现为每一像元的辐 射量化级 时间分辨率指对同一地点进行遥感采样的时间间隔 即采样的时间频率 也称重访周期 第四章遥感图像处理第四章遥感图像处理 1 光学原理与光学处理光学原理与光学处理 1 遥感图像指用遥感器探测目标地物电磁辐射信息所记录下来的各种视觉实体 依据记录介质不同 包括遥感模拟图像和遥感数字图像两种类型 遥感模拟图像 或简称光学影像 主要指早期光学遥感系统用感光材料 胶片和相纸 记录下来的图像 遥感数字图像 或简称数字影像 主要指后来传输型遥感系统获得的能够直接用于计算机分析处理的 图像 模拟图像和数字图像可相互转换 包括模 数转换和数 模转换 2 三原色 三原色指任意一种颜色都不能由其它两种颜色混合产生的三种颜色 实验表明 蓝 绿 红是最优三原色 三原色本身具有光谱意义 属于光谱色 三原色可按一定比例混合形 成各种颜色 混合形成颜色不再具有光谱意义 不属于光谱色 3 加色法 就是利用三原色按照一定比例混合产生其它颜色方法 可用加色法示意图表现为 等量组分混合 蓝 绿 青 绿 红 黄 红 蓝 品 蓝 绿 红 白 4 色调与颜色的区别 色调 指色彩彼此相互区分特性 物体色调决定于物体向外辐射光谱组成 不同色调物体具有不同辐射光谱 光源色调决定于辐射光谱 组成对人眼所产生感觉 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 14 5 多波段影像最佳赋色方案 假设遥感影像有 N 个波段 每次只显示 3 个波段 有多少种显示方案 每种显示方案中 每个波段仅能赋蓝 绿 红三原色任意一种 有多少种赋 色方案 红 蓝 绿 红 绿 蓝 绿 红 蓝 绿 蓝 红 蓝 绿 红 蓝 红 绿 2 光学增强处理光学增强处理 彩色合成方法彩色合成方法 加色法彩色合成 合成仪法 是将不同波段的黑白透明片分别放入有红 绿 蓝滤光片的光学投影通道中精确配准 和重叠 生成彩色影像的过程 分层曝光法 指利用彩色胶片具有的三层乳剂 使每一层乳剂依次曝光的方法 减色法彩色合成 染印法 是一种使用特别浮雕片 接受纸和冲显染印药制作彩色合成影像的方法 印刷法 利用普通胶印设备 直接使用不同波段的遥感底片和黄 品红 青三种油墨 经分色 加网 制版 套印成彩色合成图像 重氮法 利用重氮盐的化学反应处理彩色单波段影像透明片的方法 3 数字图像校正数字图像校正 1 数字图像概念及其特征 数字图像指能够被计算机存储 处理和使用图像 实际工作中 有时需要将模拟图像 或称模拟量 转换为数字图像 或称数字量 即是模数转换 或简称 A D 转换 有时需要将数字图像转换为模拟图像 即是数模转换 或简称 D A 转换 模拟图像和数字图像本质区别在于 前者是连续变量 而后者是离散变量 2 像元概念 当数字化某个图像时 数字图像在空间位置上取样 产生离散的 x 值和 y 值 则每一个 X 和 Y 构成的小方格称为一个像元 像元是数字图像的最小单位 补充 遥感数字图像是以数字形式表示遥感影像 像素或称像元是其最基本单位 是成像过程最小采 样单元 也是处理过程最小操作单元 像元具有空间特征和属性特征 所谓像元空间特征是指像元对应地表特定地理位置 并表征特定区域面积 所谓像元属性特征是指像元灰度值或亮度值 反映像元对应地物电磁辐射信息 4 辐射校正辐射校正 1 程辐射概念 由于相当部分大气散射直接进入遥感器 我们将由于大气散射直接进入遥感器 部分太阳辐射称作程辐射 2 引起辐射畸变因素 A 遥感器自身误差 或称系统误差 B 大气与电磁辐射相互作用 或称随机误差 5 几何校正几何校正 1 引起几何畸变的因素 遥感成像过程中 由于受到某些因素影响 遥感图像出现各种变形情况 相对地面而言出现诸如平移 缩放 旋转 偏扭 弯曲等 因此进行几何校正 A 遥感平台影响 特别是卫星遥感平台运行姿态影响 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 15 B 地形起伏影响 产生局部像点位移 如同航空相片像点位移 C 地球曲率影响 一方面 产生像点位移 另一方面 导致不同像元对应地面宽度不等 而且遥感器扫 描角度越大 影响越为突出 D 大气折射影响 折射使得太阳辐射并非直线传播导致像点位移 E 地球自转影响 卫星运动及地球自转相对运动 使得卫星星下扫描区域逐渐产生位置偏离 2 选择地面控制点的三个基本原则 控制点选择要求 a 数量要求 n 次多项式控制点最少数目 n 1 n 2 实际控制点数目为最少数目的 6 倍 b 位置要求 位置要可靠 多用道路交叉点 河流拐弯处 小岛中心 机场附近 山头顶部等 c 分布要求 分布要均匀 所有控制点应均匀分布于整幅图像之中 6 数字图像增强数字图像增强 遥感数字图像处理方法 对比度扩展 空间滤波 图像运算 多光谱变换等 1 平滑和锐化概念 图像平滑处理包括均值和中值滤波 如果图像卷积运算后 图像亮度趋向平缓或已去掉某些噪声 则称图 像平滑处理 如果卷积运算后 图像线状地物及某些亮度变化率较大部分被突 出 则称图像锐化处理 图像锐化处理方法较多 例如罗伯特梯度 索伯尔梯度 拉普拉斯 算法 边缘定向检测等 2 以中值滤波为例 演示图像卷积运算过程 结合书本和课件例题理解 3 标准假彩色和真彩色的过程结合书本和课件理解 4 植被指数概念 所谓植被指数是指利用多光谱遥感数据经过分析运算 加 减 乘 除等线性或非 线性组合运算 产生某些对植被长势 生物量等植物生态参数具有一定指示意义的数值 植被指数类型众多 ERDSA 支持下各种植被可直接生成 也可通过空间建模工具建模运算得到 5 多光谱变换概念 指利用多个电磁波段对相同区域进行成像所得遥感数据 多光谱变换主要 包括 K L 变换和 K T 变换 K L 变换意义 K L 变换或称主成分变换 K L 变换意义即经过 K L 变换后 A 变换后图像空间坐标系相对变换前图像空间坐标系旋转一个角度 B 变换后前三个图像空间 或主分量 集中原始多光谱数据绝大多数信息 C 变换后图像空间亮度不与地物电磁辐射信息直接关联 D 变换后基本实现对原始图像数据压缩及增强处理 K T 变换或称缨帽变换 变换意义 它主要针对 TM 数据和曾经广泛使用的 MSS 数据 他抓住了 地面景物 特别是植被和土壤在多光谱空间中的特征 这对于扩大陆地卫星 TM 影像数据分析在 农业方面的应用有重要意义 6 多元信息复合概念 是指将多源遥感数据或遥感数据与非遥感数据进行信息组合匹配技术 7 为何要进行多元信息复合 A 不同遥感器获得遥感数据具有不同优缺点 例如 TM 数据具有 光谱分辨率较高优势但空间分辨率较低劣势 SPOT 数据具有空间 分辨率较高优势但光谱分辨率较低劣势 B 多时期遥感数据为地物特征动态变化分析提供重要数据源 只 有将多时期数据综合对比研究才能更好地发现各种地物变化特征 C 非遥感数据尤其是重要专题数据是遥感图像专题信息提取重要 辅助信息 综合利用非遥感数据能够更大程度提高遥感解译精度 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 16 8 如何进行多源信息复合 或一般步骤 A 空间配准 B 内容复合 第五章遥感图像目视解译与制图第五章遥感图像目视解译与制图 1 遥感图像解译包括哪些类型 遥感图像解译包括哪些类型 包括目视解译和计算机解译 目视解译又称目视判读或目视判译 指专业人员通过直接观察或借助辅助仪器从遥感图像上获取 目标地物信息过程 计算机解译又称遥感图像理解 指以计算机软硬件系统为支撑 根据遥感影像目标地物特征 结 合专家系统知识如目标地物成像规律和解译经验等 利用模式识别技术和人工智能技术等 获取 目标地物特征信息过程 2 图像具体特征图像具体特征 遥感图像目标地物特征即遥感图像上目标地物电磁辐射信息差异反映 包括色 形 位三个方面 色 即目标地物在遥感图像上表现出来的颜色特征 如色调 颜色和阴影等 形 即目标地物在遥感图像上表现出来的形状特征 如形状 大小 纹理和图形等 位 即目标地物在遥感图像上表现出来的位置特征 如空间位置和相关布局等 3 解译标志概念解译标志概念 解译标志或称判读标志 是指遥感图像上能够作为识别 分析和判断景观地物的影像特征 实际 上 解译标志是目标地物识别特征的专业术语 包括直接解译标志和间接解译标志 直接解译标志 指能够直接反映和表现目标地物信息的各种遥感图像特征 如摄影像片 色调 色彩 形状 大小等 根据直接解译标志可以直观识别遥感图像目标地物 间接解译标志 指能够间接反映和表现目标地物信息的各种遥感图像特征 如目标地物 与环境关系 与成像时间关系等 间接解译标志因研究区域和专业知识而异 4 卫星目视解译原则 查书 可见未找到 卫星目视解译原则 查书 可见未找到 5 目视解译步骤目视解译步骤 遥感影像目视解译方法包括 直接判读法 对比分析法 信息复合法 综合推理法 地理相关分 析法 共 5 种 步骤 目视解译准备工作阶段 初步解译与判读区的野外考察 室内详细解读 野外验证与补判 目视解译成果的转绘与制图 6 摄影像片概念 查书摄影像片概念 查书 第六章遥感数字图像计算机解译第六章遥感数字图像计算机解译 1 遥感数字图像概念与特征 书遥感数字图像概念与特征 书 189 页 页 概念 以数字形式表示的遥感影像 遥感数字图像最基本的单位是像素 像素是成像过程的采样 点 也是计算机图像处理的最小单元 像素具有空间特征和属性特征 特征 便于计算机处理与分析 图像信息损失低 抽象强 2 遥感数字图像表示方法 书遥感数字图像表示方法 书 190 页 页 遥感数字图像以二维数组来表示 按波段数量 遥感数字图像分为二值数字图像和彩色数字图像 单波段数字图像和多波段数字图像 其中多波段数字图像的存储和分发 通常采用三种格式 BSQ 数据格式 BIP 数据格式 BIL 数据格式 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 17 3 航空像片的数字化过程包括航空像片的数字化过程包括 空间采样 属性量化 4 监督分类与非监督分类概念监督分类与非监督分类概念 监督分类概念 监督分类指用已确认类别的样本像元去识别其他未知类别的像元的方法或过程 已知类别的像元就是那些位于训练区的像元 监督分类前 操作员首先要在图像上对每 一类别地物选择一定数量训练区 计算机计算出每个训练区的统计或其他信息 将图像上的每个 像元都与训练样本作比较 按照不同的规则将其划分到最为相似的样本类中去 非监督分类概念 非监督分类指多光谱图像中搜寻或定义像元光谱自然相似集群的方法或过程 非监督分类不需人工选择训练样本 仅需输入基本初始参数 计算机按一定规则自动根据像 元光谱或空间等特征组成集群组 操作员将所得集群组与参考数据比较 建立光谱类与地物类之 间关联关系 将光谱类归并到对应地物类中去 5 遥感图像解译专家系统概念 教材遥感图像解译专家系统概念 教材 P212 213 遥感图像解译专家系统是模式识别技术和人工智能技术结合产物 它指利用模式识别技术提取 遥感图像上多种目标地物特征信息 组成遥感图像特征数据库为专家系统解译提供支持或证据 利用人工智能技术综合图像解译专家知识 经验 方法和技术等 组成遥感图像解译知识库 模 拟遥感图像人工目视解译或判读过程 经过证据证明或知识推理 达到自动化和智能化地提取遥 感专题信息的系统方法或技术过程 第七章遥感应用第七章遥感应用 1 了解水体遥感经验性判读了解水体遥感经验性判读 要查书要查书 236 水体的反射光谱特征 天然的水体在 0 4 1 1 m 电磁波段反射率明显低于其他地物 辐射水平低于其它地物 遥感图像 表现为暗色调 近红外波段水的反射比可见光波段更低 不同的水体在可见光波段 反射率有较明显的不同 如随泥沙含量的增加而增强 影响水体反射光谱特征的因素 不同水体的水面性质 水中悬浮物的性质和数量 水深和水底特性的不同 传感器上接收的反射 光谱特性存在差异 为水体遥感探测提供基础 传感器所接受的辐射包括水面反射光 悬浮物反射光 水底反射光和天空散射光 水体界线的确定 在近红外图像上 水体呈黑色 在雷达图像上 水体呈黑色 泥沙的确定 浑浊水体的反射光谱曲线整体高于清水 波谱反射峰值向长波方向移动 红移 随着悬浮泥沙浓度的加大 可见光对水体的透射能力减弱 反射能力加强 波长较短的可见光 如蓝光和绿光对水体的穿透力较强 可反映出水面下一定深度的泥沙分布状 况 叶绿素的确定 水体叶绿素浓度增加 蓝光波段的反射率下降 绿光波段的反射率增高 水面叶绿素和浮游生物浓度高时 近红外波段仍存在一定的反射率 该波段影像中水体不呈黑色 而呈灰色 甚至浅灰色 水体污染的探测 水体污染物浓度大且使水色显著地变黑 红 黄等 与背景水色有较大差异时 在可见光波段的 国土资源学院 2008 级 2 班 遥感导论期末复习要点 18 影像上可识别出来 水体高度富营养化 可在近红外波段影像上识别出来 水体受到热污染 可在热红外影像上被识别 水上油溢污染可使紫外波段和近红外波段的反射率增高 可被探测出来 2 高光谱遥感概念 高光谱遥感概念 高光谱遥感是高光谱分辨率遥感的简称 它是在电磁波谱的可见光 近红外 中红外 和热红外 波段范围内 获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术 其成像光谱仪可以收集到上百个非 常窄的光谱波段信息 课后习题答案 第一章第一章 2 2 遥感的基本概念是什么 遥感的基本概念是什么 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 3 3 遥感探测系统包括哪几个部分 遥感探测系统包括哪几个部分 被侧目标的信息特征 信息的获取 信息的传输与记录 信息的处理和信息的应用 4 4 作为对地观测系统 遥感与常规手段相比有什么特点 作为对地观测系统 遥感与常规手段相比有什么特点 大面积同步观测 传统地面调查实施困难 工作量大 遥感观测可以不受地面阻隔 等限制 时效性 可以短时间内对同一地区进行重复探测 发现地球上许多事物的 动态变化 传统调查 需要大量人力物力 用几年甚至几十年时间才能获得地球上大 范围地区动态变化的数据 因此 遥感大大提高了观测的时效性 这对天气预报 火 灾 水灾等的灾情监测 以及军事行动等都非常重要 比较多 大家理解性的删除 自己不需要的 数据的综合性和可比性 遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了 地球上许多自然 人文信息 由于遥感的探测波段 成像方式 成像时间 数据记录 等均可按照要求设计 使获得的数据具有同一性或相似性 同时考虑道新的传感器和 信息记录都可以向下兼容 所以数据具有可比性 与传统地面调查和考察相比较 遥 感数据可以较大程度地排除人为干扰 经济性 遥感的费用投入与所获得的效益 与 传统的方法相比 可以大大的节省人力 物力 财力和时间 具有很高的经济效益和 社会效益 局限性 遥感技术所利用的电磁波有限 有待进一步开发 需要更高分辨 率以及遥感以外的其他手段相配合 特别是地面调查和验证 第二章第二章 b b 大气的散射现象有几种类型 根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感大气的散射现象有几种类型 根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感 的区别 说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见