遥感原理整理

1、第一章 概论1.1遥感的概念（1）广义：遥远的感知。（2）科学技术领域中：泛指一切无接触的远距离探测。（3）本课程讨论的遥感：使用安放在承载工具（平台）的某种装置（遥感器），在不直接接触被研究的目标情况下，感测目标的特征信息（一般是电磁波的反射辐射或者发射辐射），经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的信息的过程。1.2遥感的类型（1）按遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感、宇航遥感。（2）按传感器的探测波段范围分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感。（3）按工作方式分：主动遥感、被动遥感。（4）按记录信息的表现形式分：成像遥感、非成像遥感。（5）按遥感的应用领域：外层空间遥感、大气层遥

2、感、陆地遥感、 海洋遥感、资源遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、城市遥感、军事遥感等等。1.3遥感的信息特点（1）真实性、客观性（2）探测范围大（3）时效性（4）数据的综合性和可比性（5）收集资料方便1.4遥感技术系统组成（1）目标的信息特性（2）目标信息的传输（3）空间信息采集（4）地面接收与预处理（5）信息处理（6）信息分析与应用1.5遥感技术的发展1.5.1遥感平台不同高度、不同用途的卫星群；多视角、多周期、全方位观测；遥感平台：地面平台、航空平台、航天平台；1、航天飞机：短中期观测2、国际空间站：多平台、多层面、长期动态观测3、小卫星群：任意时相观测1.5.2传感器高时间分辨率、高空

3、间分辨率、高光谱分辨率；探测波段范围不断延伸、多种技术集成等。发展：摄影（紫外波段-可见光-近红外波段）-扫描仪（多光谱-中远红外）-雷达（微波）；1、低分辨力-高分辨力；2、多光谱-高光谱；3、单时相-多时相1.5.3遥感信息处理图像处理技术不断发展，图像处理软件不断完善1、图像处理：光学处理数字处理（数据压缩、影像融合）2、信息提取：目视判读自动分类专家系统3、图像分析：定性定量（作物估产精细农业）4、软件：人机对话视窗式构件式、集成化、固件化1.6遥感在中国（1）自主卫星1、海洋系列卫星：海洋1号、海洋2号、海洋3号2、气象系列卫星：风云1号、风云2号、风云3号3、资源系列卫星：资源1号

4、、资源2号、资源3号4、环境卫星系列：环境1号A、B、C5、高分系列卫星：高分1号、高分2号（2）遥感理论与应用1、利用多时相影像发现土地利用变化、农作物估产，精准农业中的应用；2、气象、海洋、全球和局部环境监测与保护；3、资源调查、自然灾害监测；4、建设数字城市、数字省区和数字中国中的应用；5、水利建设与规划，洪涝灾害监测；6、医学、考古、质量检测；7、军事应用：重要目标定位与侦察、导航与武器制导、 打击效果评估、战场环境监测等；（3）卫星发射基地1、酒泉卫星发射中心2、西昌卫星发射中心3、太原卫星发射中心4、文昌卫星发射中心（4）遥感教育1、武汉大学2、中科院遥感应用研究所、地理研究所、对

5、地观测中心等；3、北京大学、北京师范大学、长安大学、中南大学、北航等30所高校。第二章 电磁波及遥感物理基础遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的，由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特性，才可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。2.1电磁波谱与电磁辐射2.1.1电磁波与电磁波谱电磁波：交互变化的电磁场在空间的传播。 描述电磁波特性的指标：波长、频率、振幅、位相等。电磁波谱：1、紫外线：波长范围为0.010.38 m，太阳光谱 中，只有0.30.38 m波长的光到达地面，对油

6、污染敏感，但探测高度在2000 m以下。2、可见光：波长范围：0.380.76 m，人眼对可 见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。3、红外线：波长范围为0.761000 m，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。4、微波：波长范围为1 mm1 m，穿透性好，不受云雾的影响。5、近红外：0.763.0 m，与可见光相似。6、中红外：3.06.0 m，地面常温下的辐射波长， 有热感，又叫热红外。7、远红外：6.015.0 m，地面常温下的辐射波长， 有热感，又叫热红外。8、超远红外：15.01 000 m，多被大气吸收，遥 感探测器一般无法探测。2.1.2电磁波的特性以及在遥感中

7、的作用1、电磁波的衍射光通过有限大小的障碍物时偏离直线路径的现象。研究电磁波的衍射现象对设计遥感仪器和提高遥感图像几何分辨率具有重要意义；在数字影像的处理中也要考虑光的衍射现象。2、电磁波的偏振（极化）电磁波电场强度的取向和幅值随时间而变化的性质，在光学中称为偏振。如果这种变化具有确定的规律，就称电磁波为极化电磁波（简称极化波）。3、电磁波的叠加、相干与多普勒效应叠加：几列波在相遇的区域内，质点的振动为各波存在时单独引起的位移矢量和；相干：两列频率相同、振动方向一致、相差恒定的波；多普勒效应：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象。2.1.3物体的发射辐射（1）黑体辐射

8、任何物体不停地向外辐射能量！地物发射的能力通常以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。黑体（绝对黑体）：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。黑体辐射：黑体的热辐射称为黑体辐射。黑体辐射特性:1、玻耳兹曼定律：温度越高，总的辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。2、维恩位移定律：随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。3、瑞里金斯公式：辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。（2）一般物体的辐射1、发射率:地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点

9、。2、影响地物发射率的因素：地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。3、分类：黑体或绝对黑体：发射率为1，常数；灰体：发射率小于1，常数；选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。（3）物体的微波辐射1.、任何物体在一定的温度下，不仅向外发射红外辐射，也发射微波辐射。二者基本相似。但微波是地物低温状态下的重要辐射特性，温度越低，微波辐射越明显。2.、微波辐射比红外辐射弱得多，但技术上可以经过处理来接收。（4）表征辐射的几个名词发射光谱特性：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

10、曲线。 亮度温度：衡量地物辐射特征的重要指标，等物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时， 该黑体的绝对温度即为亮度温度；亮度温度总小于实地温度。等效温度：为了分析物体的辐射能力，常用最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线来表达，这时黑体辐射温度称为该物体的等效辐射温度；等效温度也总小于实地温度。2.2太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.1太阳辐射太阳辐射通过大气，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分为大气的分子、大 气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射。到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。辐射特

11、点：1、太阳常数：不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳辐射方向，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。（1.360103W/m2）；2、太阳辐射和黑体辐射基本一致；太阳光谱相当于6000K的黑体辐射；3、太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.380.76 m 的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 m左右；4、太阳辐射的光谱是连续的；到达地面的太阳辐射主要集中在0.33.0m波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；5、x射线、r射线、远紫外和微波波段能力小，且不稳定，经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；各波段的衰减是不均衡。2.2.2大气层大气厚度

12、约为1000km,从地面到大气上界，可垂直分为4层：1、对流层：高度在712 km,温度随高度而降低，空气明显垂直对流，天气变化频繁， 航空遥感主要在该层内。上界随纬度和季节而变化。2、平流层：高度在1250 km，没有对流和天气现象。底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上为暖层，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。3、电离层：高度在501000km，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。4、大气外层：80035000km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响2.2.3大气对电磁波的作用（1）吸收1、大气中氮气对电磁波的作用都在紫外光以外的范围内

13、（0.2um的电磁波几乎被氮气或氧气吸收）。2、大气上层臭氧的存在，而臭氧对小于0.3um的电磁波具有极强的吸收能力，所以到达地面的太阳短波辐射中，已不存在小于0.3um的短波辐射。3、真正对电磁波传播起重要吸收作用的是一些非常少量的气体，其中作用最为显著的有臭氧，二氧化碳，甲烷和水汽。（2）散射电磁波与物质相互作用后电磁波偏离原来的传播方向的一种现象。不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。对遥感图像来说，降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。散射主要发生在可见光区。（3）折射和反射折射：电磁波传过大气层时出现传播方向的改变，大气密度越大，

14、折射率越大。反射：电磁波在传播过程中，通过两种介质的交界面时会出现反射现象，反射现象出要出现在云顶（云造成的噪声）。（4）大气窗口由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各 波段的透射率也各不相同。电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射的，透射率较高的波段称为大气窗口。（5）光学厚度消光系数沿大气传输路径的积分，是表征大气介质对辐射衰减程度的无量纲量。大气的总光学厚度：在某一垂直路径上，从大气顶层到地表的总衰减系数。（6）传感器接收能量1、太阳辐射透过大气并被地表反射（有用的）；2、太阳辐射被大气散射后被地表反射（纠正后有用）；3、太阳辐射被大气散射

15、后直接进入传感器；4、太阳辐射透过大气被地物反射后又被地表发射进入传感器；5、被视场以外地物反射后进入视场的交叉辐射项。2.3地球辐射与地物波谱2.3.1地球辐射地球辐射：地球表面和大气电磁辐射的总称，是被动遥感中传递地物信息的载体。装载在航天航空平台上的遥感器，接受来自地球辐射携带的地物信息，经过处理形成遥感影像。2.3.2地球辐射的特性：（1）地球辐射的分段特性：1、在0.32.5um波段（主要在可见光和近红外波段），地表以反射太阳辐射为主，地球自身的辐射可以忽略 。即在该波段范围内，对地观测遥感主要以太阳的短波辐射对地表进行探测和成像。2、在2.56.0um波段（主要在中红外波段），地表

16、反射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的辐射源。3、在6.0um以上的热红外波段，以地球自身的热辐射为主，地表反射太阳辐射可以忽略。（热红外成像）（2）地球辐射的分段特性的意义：1、可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特性。2、中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的信息，也有地球自身的热辐射的信息。3、热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐射特性。2.3.3地物波谱的特征：（1）地物波谱地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。（2）地物波谱特性地物波谱随波长变化而变化的特性，是电磁辐射与地物相互作用的一种表现。（3）地物波谱的作

17、用不同类型的地物，其电磁波响应的特性不同，因此地物波谱特征是遥感识别地物的基础。（4）不同电磁波段中地物波谱特性1、可见光和近红外波段：主要表现地物反射作用和地物的吸收作用。2、热红外波段：主要表现地物热辐射作用。（热红外灵敏遥感器夜间成像河流为亮色条带，但热红外白天成像河流为暗色条带）3、微波波段：主动遥感利用地物后向散射；被动遥感利用地物微波辐射。（5）地物的反射类型：根据地表目标物体表面性质的不同，物体反射大体上可以分为三种类型，即镜面反射、漫反射、实际物体的反射1、镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射。物体的反射满足反射定律，反射波和入射波在同一平面内，入射角等于反射角；只有在反射波

18、射出的方向才能探测到电磁波。2、漫反射：发生在非常粗糙的表面上的一种反射现象。不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的。即当入射辐照度I一定时，从任何角度观察反射面，其反射辐照亮度是一个常数，这种反射面又叫朗伯面。3、方向反射：介于镜面和朗伯面（漫反射）之间的一种反射。自然界种绝大多数地物的反射都属于这种类型的反射，又叫非朗伯面反射。对太阳短波辐射的反射具有各向异性，即实际物体面在有入射波时各个方向都有反射能量，但大小不同。2.3.4影响地物波谱特征因素（1）地物反射波谱：研究可见光至近红外波段上地物反射率随波长的变化规律；一般采用二维几何空间内的曲线表示，横坐标表示波长，纵坐标表

19、示反射率。（2）影响地物波谱特征因素时间效应：地物的光谱特性一般随时间季节变化，这称为时间效应。空间效应：处在不同地理区域的同种地物具有不同的光谱响应，这称之为空间效应。（3）影响反射率变化因素有：1、太阳位置，太阳位置主要指太阳高度角和方位角，改变太阳高度角和方位角，则地面物体入射照度也就发生变化。2、传感器位置，传感器的观测角和方位角，一般空间遥感用的传感器大部分设计成垂直指向地面，这样影响较小。3、不同的地理位置，太阳高度角方位角、地理景观不同都会引起反射率变化，还有海拔高度不同，大气透明度改变也会造成反射率变化。4、地物本身的变异，如植物的病害将使反射率发生较大变化。又如海水中叶绿素含

20、量的不同也直接影响海水的光谱反射率。5、气候变化、地面湿度变化、地物本身的变异、大气状况等。2.4地物波谱测量（1）可见光和近红外地物光谱测量的作用：1、传感器波段的选择、验证、评价；2、建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系；3、地物光谱数据与地物特征的相关分析。（2）为获取正确的目标光谱，需要测定的三类光谱目标： 1、暗光谱：没有光线进入光谱仪时，仪器本身的噪声；2、参考板光谱：计算和校正目标光谱所用参考光谱；3、目标光谱：从感兴趣目标观测所得光谱。第三章 遥感传感器及其成像原理3.1传感器的组成（1）组成1、收集系统-透镜（镜头）反射镜功能接收电磁波并将其聚焦成像探测系统2、探测系统光电

21、探测器光电转换功能：对电磁辐射敏感、能将辐射能转换成电信号的探测器探测元件:光子探测器（量子探测器）3、信号转换系统功能：电光转换-将电信号转换为便于显示、记录、处理的光信号除感光胶片直接吸收光能，发生光化学作用形成潜 影，经显影、定影等化学处理获得影像外，其它探测元件输出的都是电信号。4、记录系统功能:将探测系统或信号转换系统输出的电磁波信息（光信号）记录、存储到遥感信息载体，以影像或数字形式输出。遥感信息载体：指记录、存储成像遥感器输出信号的介质。（2）描述遥感器的特性参数1、空间分辨率表示按地物几何特征(尺寸和形状)和空间分布,即在形态学基础上识别目标的能力。两种含义：遥感器的技术鉴别能

22、力即能把两相邻目标作为两个清晰实体记录下来的两目标间的最小距离遥感器观察地面特征所需要的有效探测和分析的分辨率2、光谱分辨率指遥感器在接收目标辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔，即遥感器的工作波段数目、 波长及波长间隔（波带宽度）。光谱分辨率高意味着：区分具有微小波谱特征差异地物的能力强；数据量大，传输、处理难度大；各波段间数据的相关性大。应服从应用目的-结合地物特征波谱选择能提供最大信息量的最佳波段和多波段组合3、辐射分辨率指遥感器探测元件在接收波谱辐射信号时，能分辨的最小辐射度差。反映地物在波谱辐射度或反射率上的微细差异，辐射分辨率越高，识别两同等空间分辨率目标的能力越强。4、时间分辨率为

23、分析、识别目标所必须具有的最小时间间隔，称时间分辨率3.2传感器类型及成像原理3.2.1遥感器的一般分类：（1）分类方式1、按信息记录形式：非成像遥感器侧重时间、光谱分辨率；成像传感器强调空间分辨率2、按成像方式：摄影方式；扫描方式3、按辐射源：被动式（自然）；主动式（人工）（2）成像类传感器1、摄影方式遥感器各类摄影机2、扫描方式遥感器.电子扫描遥感器.光机扫描遥感器.固体自扫描遥感器.天线扫描遥感器.成像波(光)谱仪（3）摄影方式遥感器指经过透镜(组)，按几何光学的原理聚焦构像，用感光材料，通过光化学反应直接感测和记录目标物反射的可见光和摄影红外波段电磁辐射能，在胶片或像纸上形成目标物固化

24、影像的遥感器1、优点：空间分辨率高；成本低；易操作；信息量大2、缺点：局限性大；0.31.3m影像畸变较严重；成像受气侯、光照和大气效应的限制；须回收胶片；影像形成周期长无法实时观测（4）扫描方式遥感器1、优点：可对全部五个大气窗口的电磁辐射进行探测可进行多波段、超多波段遥感波谱分辨率高输出电信号；可用磁带记录，可实时传输所获是辐射量的定量数据, 便于校正和图像处理2、缺点：空间分辨率相对较低3.2.2遥感器的类型及成像原理（1）红外扫描仪组成：光学-机械扫描热红外探测（2）多光谱扫描仪（MSS）组成：1、扫描反射镜2、反射镜组3、成像板4、探测器成像过程：1、从左至右（西向东）,垂直飞行方向

25、逐点扫描,得到一条相应于地面的图像线2、卫星向前运动，第二次扫描得到第二条扫描线（3）专题制图仪（TM）一个高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器，结构与MSS相似，性能上主要有以下特点：1、更高的空间分辨率2、更多的波段3、更好的几何保真度4、更高的辐射分辨率TM特点1、TM中增加一个扫描改正器,使扫描行垂直于飞行轨道（MSS扫描不垂直于飞行轨道）;2、往返双向都对地面扫描（MSS仅单向扫描）；3、地面分辨率由79米到30米；4、波段由5个增加到7个；5、有热红外通道TM6 。ETM特点1、增加了全色波段，分辨率为15米;2、采用双增益技术使热红外波段的分辨率提高到60米；3、改进后太阳定标器

26、使卫星的辐射定标误差小于5%。（4）推扫式传感器成像原理（HRV）HRV（高分辨率可见光扫描仪），以CCD为探测元件的固体自扫描成像遥感器CCD（电荷耦合元件,是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。）三种主要功能:1、光电转换-入射辐射在MOS电容（CCD）元上产生与光亮度成正比的电荷2、电荷积累-当电压加到CCD电极上时在硅层形成。3、电位势阱-电荷在势阱内积累4、电荷转移-加高压形成深势阱, 加低压形成的势阱浅电荷可进行转移实现信号传输线列（阵）CCD：CCD光敏元的排列方向与平台的飞行方向垂直, 由线列CCD自身完成一维扫描，靠平台运动完成另一维扫描,形成条带状二维影像。地面分

27、辨率取决于CCD元的大小面阵CCD：矩阵式排列的CCD元可像胶片一样同时曝光固体自扫描成像遥感器特点：一改光机扫描的逐点扫描为逐行扫描、逐面扫描革除了机械部件，简化了结构,避免了因振动引起的噪声；光敏元同时曝光延长了信号驻留时间,提高了遥感器的灵敏度；波谱响应范围宽硅光敏元可探测0.41.1m;无畸变、体积小、功耗低、寿命长可靠性强。使成像遥感器的结构发生了根本性变革（5）成像光谱仪成像波（光）谱仪是一种兼具高空间分辨率和高波谱分辨率、谱像合一的新型超多波段扫描成像遥感器。成像形式：1、线阵扫描2、面阵推扫成像光谱仪技术要求：1、 收集光系统要求：尽量使用反射式光学系统，且要求具有去球面像差、

28、像散差、以及畸变像差的非球面补偿的光学系统；（几何和辐射畸变小）2、分光系统要求：使用由狭缝、平行光管、棱镜以及绕射光栅组成的分光系统；（分光准确、辐射误差小）3、探测器要求：高灵敏度的成千上万个线阵或面阵且可以感受可见光和红外波区探测器；（高空间、光谱分辨率）4、数据记录系统：具有高速数据量化、记录和传输技术。（记录及时准确）（6）雷达成像原理成像雷达：是指用雷达一点一点地测量来自地球的回波信号，并以模拟形式记录成图像或以数字形式记录在磁带上的雷达系统，它必须相对于地面（探测目标）运动，即必须搭载在飞机、卫星或航天飞机上。地面分辨率指在距离向或方位向分辨有相同反射特性两个邻近目标间距的能力同

29、时出现在影像上两个能够区分的目标间的最小距离距离分辨率：在脉冲发射的方向上，能分辨的最小距离。与脉冲宽度有关，所以可以采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率。方位分辨率：在雷达的飞行方向上，能分辨两个目标的最小距离。采用合成孔径技术来提高分辨率。合成孔径雷达的方位分辨力与距离无关，只与实际使用的天线孔径有关。合成孔径雷达（SAR）采用搭载在卫星或飞机上的移动雷达，达到大型天线同样精度的雷达系统。模拟线性天线阵，应用多普勒效应和数据处理技术， 用一个小天线合成一个大孔径 (天线)使方位分辨率提高几十至几百倍，实现在轨道高度获取距离向和方位向分辨率都很高的雷达图像相干雷达（INSAR）INSAR就是利用

30、SAR在平行轨道上对同一地区获取两幅（或两幅以上）的单视复数影像来形成干涉，进而得到该地区的三维地表信息。侧视雷达图像的几何特点(1)垂直于飞行方向的比例尺变形:垂直飞行方向（y）的比例尺由小变大；(2)压缩与拉长：造成山体前倾，朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长；(3)高差产生的投影差：与中心投影相反，位移量也不同；(4)雷达立体图像的构像特点：从不同摄站对同一地区获取的雷达图像也能构成立体影像。3.3遥感地面接收站作用：监控卫星运行，接收遥感和遥测数据及对信息，进行数据处理和贮存的地面设施。任务：接收、处理、存档、分发各种遥感数据。遥感信息的传输直接回放遥感信息向地面传输

31、方式：（1）直接回放易行、保密、不能实时传输1、遥感平台返回地面，直接回收遥感器输出的磁带或胶片飞机、气球、航天飞机2、按地面指令,遥感平台的再入舱与仪器舱分离,再入舱单独返回地面,从再入舱内取出磁带或胶片,仪器舱在运行轨道上自行殒毁 (国土资源卫星)（2）视频数据传输是将目标物信息用无线电发往地面接收站探测器输出的视频数据，通过通讯设备，以S、X或Ku波段的微波视频信道向地面发送1、实时(近实时)传输：在地面站视野内或经数据中继卫星（TDRS）（美国）国内通信卫星（DMSAT）在地面站视距作用范围以外区域进行实时或近实时传输2、非实时传输：在地面站视距范围外,先将数据暂时记录在平台上的视频磁

32、带机（WBVTR）上,待平台飞越地面站上空时在向地面站传送3.4遥感图像的特征遥感影像: 由遥感器对地球表面摄影或扫描获得的影像遥感图像: 遥感影像经过处理或再编码后产生的与原物相似的形象，光学摄影成像的二维连续的图像3.4.1波谱特性从波谱学方面,根据遥感器探测记录的波谱特性差异识别地物和现象,是遥感应用的基本出发点，其响应（感测）波段内电磁辐射能量大小的反映。（波谱分辨率辐射分辨率）影像灰度或色彩差异；遥感图像上波谱特性差异3.4.2空间特性（几何特性）从形态学方面识别地物、测绘地图、建立解译标志、图像几何校正及增强处理的重要依据，涉及成像遥感器的空间分辨率及图像投影性质、比例尺、几何畸变

33、等（1）空间分辨率指图像能分辨具有不同 反差、相距一定距离相邻目标的能力表示方法：1、影像分辨率指用显微镜观察时,1mm宽度内能分辨出的相间排列的黑白线对数影响因素:感光材料(显示器)分辨率、影像比例尺、相邻地物间的反差2、地面分辨率指遥感影像上能分辨的地物间的最小距离；扫描影像常用遥感器探测单元的瞬时视场大小表示（2）影像比例尺指影像上某一线段的长度与地面上相应地物的水平距离的比值（3）投影性质与影像几何畸变遥感影像均经光学系统聚焦成像，透镜的成像规律和遥感器成像方式决定了遥感图像的投影性质不同投影性质会产生不同性质的影像几何畸变3.4.3时间特性遥感影像是成像瞬间地物电磁辐射能量的记录，而

34、地物具有时相变化：一是自然变化过程,即发生发展演化过程。二是节律,即事物的发展在时间序列上表现出某种周期性重复的规律-亦即地物的波谱特性随时间的变化而变化，与遥感器时间分辨率;成像季节及时间有关。第四章 遥感平台及运行特点4.1遥感平台的种类遥感平台：放置遥感器的运载工具。在不同高度的多平台遥感，可获得不同比例尺、分辨率和地面覆盖面积的遥感图像。1、 地面平台高度线性拉伸：求接缝点左右图像平均亮度值 Lave,Rave；对右图像，按下式改变整幅图像基色：R=R+(Lave-Rave)（R为右图像原始亮度值，R为右图像改变后的亮度值）；求出左右图像在拼缝边上灰度的极值即 Lmax,Lmin,Rm

35、ax,Rmin；对整幅右图像作反差拉伸。2直方图规定化统计出两待镶嵌图像的直方图； 其中一幅图的直方图不变，另一图的直方图以不变的为参照作直方图规定化致。（4）平滑边界线第六章 遥感图像辐射处理6.1遥感图像的辐射定标与校正传感器接收的电磁波的组成：1、太阳经大气衰减后到达地面，经地面反射后又经大气衰减进入传感器的能量。2、地面本身辐射的能量经大气衰减后进入传感器的能量。3、大气散射、反射和发射的能量4、大气和物体的散射、反射和辐射的能量经物体反射后再经大气衰减后到达传感器。辐射误差的来源：1、传感器本身的性能引起的辐射误差；2、地形和光照条件变化引起的辐射误差；3、大气的散射和吸收引起的辐射

36、误差。定标：将遥感器接收的辐射强度变换为绝对亮度或变换为与地表反射率、表面温度等物理量有关的相对值的处理过程。辐射定标：指建立遥感传感器的数字量化输出值DN与其所对应视场中辐射亮度值之间的定量关系。辐射校正：消除或改正成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。定标的类型：1、实验室定标2、机上和星上定标3、场地定标三种类型定标方式的共性：1、在特定情况下都是不可缺少的2、都是出于同一目的三种类型定标方式的差异1、处于不同的阶段：实验室；机上星上；场地定标2、所考虑的主要因素不同：原始定标，准确度高，是后续定标的基础；综合性定标，对前两项修正；反映入轨运行的实际情况3、入瞳辐射值的

37、获取方式不同：实验室测得；机上星上测得；根据模型计算得到。绝对定标：对目标作定量的描述，要得到目标的辐射绝对值。绝对定标要建立传感器测量的数字信号与对应的辐射能量之间的数量关系，即定标系数，在卫星发射前后都要进行。绝对定标方法有：传感器实验室定标、遥感器星上内定标、遥感器场地外定标相对定标：相对定标只得出目标中某一点辐射亮度与其他点的相对值。又称为传感器探测元件归一化，是为了校正传感器中各个探测元件响应度差异而对卫星传感器测量到的原始亮度值进行归一化的一种处理过程。由于传感器中各个探测元件之间存在差异，使传感器探测数据图像出现一些条带。相对辐射定标的目的就是降低或消除这些影响。定标分类：1、光

38、谱定标：在确定传感器增益系数和偏置量之前，必须通过的光谱定标，获取成像光谱仪每个波段的中心波长及带宽。2、辐射定标：对于每一个已知波长的通道，确定成像光谱仪在该波长下的输入辐射能与输出响应的关系。3、机上定标：在传感器装机、飞行之前，都要对它进行辐射定标，这样在飞行中传感器就能进行地物反射辐射的定量量测。4、星上定标：星上定标又称在轨定标，受制于载荷、能耗空间等因素制约，光谱定标很少，主要指辐射定标。5、场地定标：场地定标是指遥感器处于正常运行条件下，选择辐射定标场地，通过地面同步测量对遥感器进行定标。6.2遥感图像辐射增强遥感图像增强：为特定目的，突出遥感图像中的某些信息，削弱或除去某些不需

39、要的信息，使图像更易判读。实质是增强感兴趣目标和周围背景图像间的反差。它不能增加原始图像的信息，有时反而会损失一些信息。它也是计算机自动分类的一种预处理方法。分类：空间域处理：直接对图像进行各种运算以得到需要的增强结果。基于直方图的处理、图像平滑、图像锐化等。频率域处理：先将空间域图像变换成频率域图像，然后在频率域中对图像的频谱进行处理，最后再反变换回空间域，以达到增强图像的目的。直方图均衡：将随机分布的图像直方图修改成均匀分布的直方图，其实质是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像元值，使一定灰度范围内的像元的数量大致相等。直方图均衡化效果：（1）各灰度级所占图像的面积近似相等，因为某些灰度级

40、出现高的像素不可能被分割；（2）原图像上频率小的灰度级被合并，频率高的灰度级被保留，因此可以增强图像上大面积地物与周围地物的反差。（3）如果输出数据分段级较少，则会产生一个初步分类的视觉效果。直方图正态化：将随机分布的原图像直方图修改成高斯分布的直方图。同样采用累加方法进行正态化。直方图匹配：通过非线性变换使得一个图像的直方图与另一个图像直方图类似。要求：1图像直方图总体形状应类似；2图像中黑与亮特征应相同；3图像的空间分辨率应相同；4图像上地物分布应相同，尤其是不同地区的图像匹配。如果一幅图像里有云，而另一幅没有云，那么在直方图匹配前，应将其中一幅里的云去掉。密度分割：密度分割与直方图均衡类

41、似。产生一个阶梯状查找表，原始图像的灰度值被分成等间隔的离散的灰度级，每一级有其灰度值。其他非线性变换：非线性变换有很多方法，如对数变换（底部拉伸高部压缩）、指数变换（底部压缩高部拉伸）、平方根变换、标准偏差变换、直方图周期性变换。灰度反转：对图像灰度范围进行线性或非线性取反，产生一幅与输入图像灰度相反的图像。结果：原来亮的地方变暗，原来暗的地方变亮。有两种算法：简单反转和条件反转。6.3遥感图像的四则运算多光谱图像四则运算：针对多源遥感图像的特点，可以利用多源图像之间的四则运算来达到增加某些信息或消除某些影响的目的。1、减法运算：B=Bx-By，Bx、By 为两个不同波段的图像或者不同时相同

42、一波段图像。（1）当为两个不同波段的图像时，通过减法运算可以增加不同地物间光谱反射率以及在两个波段上变化趋势相反时的反差。（2）而当为两个不同时相同一波段图像相减时，可以提取地面目标的变化信息/提取波段间的变化信息。当用红外波段与红波段图像相减时，即为植被指数：VI=BIR-BR2、加法运算：可以加宽波段，如绿色波段和红色时段图像相加可以得到近似全色图像； 而绿色波段、红色波段和红外波段图像相加可以得到全色红外图像。3、乘法运算与加法运算类似。4、除法运算：（1）通过比值运算能压抑因地形坡度和方向引起的辐射量变化，消除地形起伏的影响；（2）也可以增强某些地物之间的反差，如植物、土壤、水在红色波

43、段与红外波段图像上反射率是不同的，通过比值运算可以加以区分。（3）比值处理还能用于消除山影、云影及显示隐伏构造。因此，比值运算是自动分类的预处理方法之一。5、混合运算：归一化差分植被指数（NDVI）也称为生物量指标变化，可使植被从水和土中分离出来。6.4遥感图像的融合6.4.1影像融合将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，将不同传感器获取的遥感影像中所提供的各种信息进行综合, 生成新的图像的过程。6.4.2融合目的提高对影像进行分析的能力（通过融合既提高多光谱图像空间分辨率，又保留其多光谱特性）。6.4.3多源遥感图像信息融合的关键（1）对多源遥感数据作出合理的选择波谱信息相关性：

44、有用信息的增加；噪声误差的增加（2）影像精确配准解决遥感影像的几何畸变问题,使各种遥感影像在空间位置上能精确配准（3）选择合理的融合算法最大限度的利用多种遥感数据中的有用信息6.4.4图像融合层次（1）像素级融合将各图像的像元的物理量进行处理,该值对应为同一坐标上新图像的像元值。（2）特征级融合对不同图像进行特征提取,按照各自图像上相同类型的特征进行融合处理。（3）决策级融合决策级融合是高水平的融合。其按照应用的要求首先对图像进行分类,确定各个类别中的特征影像,然后进行融合处理。6.4.5融合条件（1）融合图像应包括不同空间和光谱分辨率（2）融合的图像应是同一区域（3）图像应尽可能精确配准（4

45、）对于在不同时间获取的图像中，其内容没有大的变化。6.4.6融合方法（1）加权融合1、对两幅图像进行几何配准，并对多光谱图像重采样使其与全色图像分辨率相同；2、分别计算全色波段与多光谱波段图像的相关系数；3、用全色波段图像和多光谱波段图像按下式组合得到全色图像与多光谱图像的其中一个波段融合以后的图像。（2）基于IHS变换的图像融合将图像处理常用的RGB彩色空间变换到IHS空间。图像融合只在强度通道上进行，图像的色调和饱和度保持不变。1、待融合的全色图像和多光谱图像进行几何配准，并将多光谱图像重采样与全色分辨率相同；2、将多光谱图像变换转换到IHS空间；3、对全色图像I 和IHS空间中的亮度分量

46、I进行直方图匹配；4、用全色图像I 代替IHS空间的亮度分量，即IHSIHS；5、将IHS逆变换到RGB空间，即得到融合图像。（3）基于主分量变换的图像融合方法一：1、对多光谱图像的多个波段进行主分量变换（K-L变换）。变换后第一主分量含有变换前各波段的大部分信息，而各波段中其余对应的部分，被分配到变换后的其它波段。2、将高分辨率图像和第一主分量进行直方图匹配，使高分辨率图像与第一主分量图像有相近的均值和方差。3、用直方图匹配后的高分辨率图像代替主分量中的第一主分量和其余分量一起进行主分量逆变换，得到融合图像。方法二：将高分辨率图像作为一个波段和多光谱图像组合一起进行KL变换，变换后图像信息的再分配达到高分辨率图像和多光谱图像的融合。（4）基于小波变换的图像融合（5）比值变换融合（6）乘积变换融合（7）基于特征的图像融合（8）基于分类的图像融合第七章 遥感图像判读判读：是对遥感图像上的各种特征进行综合分析、比较、推