遥感数据产品的处理与分析(2遥感数据获取的信息原理)_2014

1、遥感数据产品的处理与分析第二讲：遥感数据获取的信息原理 1遥感在全球变化研究中的应用授课方式调整两个课时中留出20分钟进行讨论和答疑说明：（1）讨论内容不限于老师将的内容，欢迎同学把自己的研究工作中遇到的数据处理方面的问题带到课堂上来讨论。 （2）鼓励发言。 2第二讲：遥感数据获取的信息原理 这节课授课目标：简要介绍 “入门遥感”课程中的相关内容遥感信息是怎么来的遥感数据中包含了哪些影响因素遥感数据有哪几大类，各有什么特点遥感数据分析为什么要模型3遥感数据源遥感参数产品生产在不同领域中的应用第二讲：遥感数据获取的信息原理 1. 遥感概述2. 地气宏观系统的辐射传输2.1 可见光近红外遥感的辐射

2、传输原理2.2 热红外遥感的辐射传输原理2.3 微波遥感的辐射传输原理2.4 讨论3. 地表微观系统的辐射传输3.1 光谱特征及混合像元光谱3.2 地表的二向反射特性的产生原理3.3 电磁波的极化特性及其包含的信息4. 传感器的成像原理4.1 可见光近红外遥感传感器4.2 热红外遥感遥感传感器4.3 主被动微波遥感传感器4.4 其他新型传感器4 下一周 课间休息1. 遥感概述51. 遥感概述任何物体都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，物体与电磁波的相互作用，形成了物体的电磁波特性，这是遥感探测物体的依据。6电磁波谱1. 遥感概述7遥感平台1. 遥感概述8遥感分类1. 遥感概述9遥感分类1. 遥

3、感概述10遥感分类1. 遥感概述11遥感分类1. 遥感概述12分辨率1. 遥感概述13获取遥感信息的六种基本手段多波段遥感多波段遥感 Multi-band RS多极化遥感多极化遥感 Multi-polarization RS相位差遥感相位差遥感 Phase RS多角度遥感多角度遥感 Multi-angle RS多时相遥感多时相遥感 Multi-temporal RS多象元信息综合遥感多象元信息综合遥感 Multi-pixel RS1. 遥感概述14遥感信息流1. 遥感概述15遥感应用的信息流（包括非遥感信息）1. 遥感概述16遥感产品生产线1. 遥感概述2. 地气宏观系统的辐射传输2.1 可见

4、光近红外遥感的辐射传输原理2.2 热红外遥感的辐射传输原理2.3 微波遥感的辐射传输原理2.4 讨论3. 地表微观系统的辐射传输4. 传感器的成像原理17第二讲：遥感数据获取的信息原理 2. 地气宏观系统的辐射传输不同波段遥感信号的特点18可见光近红外波段遥感信号的能量来自太阳光中红外波段遥感信号的能量部分来自太阳光，部分来自地表自身的辐射热红外波段遥感信号的能量来自地表（和大气）自身辐射主动微波遥感信号的能量来自传感器被动微波遥感信号的能量来自地表自身辐射2. 地气宏观系统的辐射传输2.1 可见光近红外遥感的辐射传输原理192. 地气宏观系统的辐射传输2.1 可见光近红外遥感的辐射传输原理2

5、02. 地气宏观系统的辐射传输2.1 可见光近红外遥感的辐射传输原理212. 地气宏观系统的辐射传输2.1 可见光近红外遥感的辐射传输原理一句话的原理：太阳光穿过大气到地表，被地表反射后再穿过大气到传感器。22大气层大气层太阳光太阳光地球表面地球表面传感器传感器2. 地气宏观系统的辐射传输2.2 热红外遥感的辐射传输原理23热红外波段范围：8-14微米热红外遥感特点：对温度敏感，具有夜视能力，因此有很多军事应用2. 地气宏观系统的辐射传输2.2 热红外遥感的辐射传输原理24热红外波段的地面辐射能量，在地面辐射总能量中占50%中红外波段：3-5微米也对地表温度敏感，但是对高温目标相应更好，常用来

6、做火灾监测。地表自身辐射的能量分布为：2. 地气宏观系统的辐射传输2.2 热红外遥感的辐射传输原理25 大大气气上上界界 散散射射 大大气气吸吸收收和和发发射射大大气气下下行行辐辐射射的的反反射射 反反射射 地地表表发发射射2. 地气宏观系统的辐射传输2.2 热红外遥感的辐射传输原理一句话的原理：地表自身的热辐射穿过大气到传感器。26大气层大气层几乎没有太几乎没有太阳光阳光地球表面地球表面传感器传感器2. 地气宏观系统的辐射传输2.3 微波遥感的辐射传输原理微波遥感的特点：微波遥感的特点：全天候、全天时的强大观测能力对植被有一定程度的穿透性对地表具有一定的穿透性独特的微波遥感机理272. 地气

7、宏观系统的辐射传输2.3 微波遥感的辐射传输原理28被动微波遥感与主动微波遥感2. 地气宏观系统的辐射传输2.3 微波遥感的辐射传输原理29 地球资源应用中的常用波段：X, C，L 波长增加，穿透能力增加。 在晴朗天气状况下，大气对于波长小于30mm的微波略有衰减。随波长减小，衰减增大。 波长小于10mm时，暴雨呈现强反射（用到了机载天气探测雷达系统）微波的不同波段2. 地气宏观系统的辐射传输2.3 微波遥感的辐射传输原理30被动微波遥感辐射传输原理4132被动微波传感器142. 地气宏观系统的辐射传输2.3 微波遥感的辐射传输原理31主动微波遥感辐射传输原理2. 地气宏观系统的辐射传输2.3

8、 微波遥感的辐射传输原理32一句话的原理：被动微波的信号能量来自地表热辐射， 主动微波的信号能量来自反射的人造辐射。大气层大气层几乎没有几乎没有太阳光太阳光地球表面地球表面传感器传感器大气层大气层几乎没有几乎没有太阳光太阳光地球表面地球表面传感器传感器被动微波主动微波2. 地气宏观系统的辐射传输讨论：为什么不同波长范围的遥感辐射传输原理不同提示：太阳、地球和宇宙背景的辐射能量都集中在哪个波段33Wm-2mm-111,251kTCBeCTM其中：C1=3.7418*10-18Wm2C2=1.4388*10-2mK2. 地气宏观系统的辐射传输讨论：微波亮温与热红外亮温的信息区别亮温 = 亮度温度

9、亮温是辐射能量值的一种表达方法，即根据普朗克公式把辐射亮度换算成为黑体温度。红外亮温：对地表温度 敏感，对大气温度和 水汽含量敏感，对发 射率和地表结构相对 不太敏感。微波亮温：对地表温度 不敏感，对大气不敏 感，对地表介电系数 和地表结构非常敏感。34热扫描波段8-14mm300K黑体辐射曲线1mm10mm100mm 1000mm1000mm被动微波光谱辐射波长（）2. 地气宏观系统的辐射传输讨论：大气对遥感信号的影响p大气吸收地表发射的电磁波能量 削弱信号p大气散射造成相邻像元的信号互相混淆 降低分辨率p大气自身发射的电磁波也进入传感器 （地表遥感）增加干扰 （大气遥感）信号35地-气耦合

10、作用带来定量遥感反演的难题2. 地气宏观系统的辐射传输讨论：大气对遥感信号的影响36大气窗口大气窗口0.41.0 mm 可见光、 近红外3.54.0 mm 中红外814 热红外1mm1m 微波2. 地气宏观系统的辐射传输讨论：大气对遥感信号的影响37大气校正大气校正ptotLSETL1Ltot= radiance measured by sensor = reflectance of targetE = irradiance on the targetT = transmission of atmosphereS = atmosphere albedo Lp= path radiance (r

11、adiance due to atmosphere)2. 地气宏观系统的辐射传输地表能量平衡382. 地气宏观系统的辐射传输温室效应392. 地气宏观系统的辐射传输温室效应40过去140年CO2的增加过去140年全球平均气温1. 遥感概述2. 地气系统的辐射传输3. 地表微观系统的辐射传输3.1 光谱特征及混合像元光谱3.2 地表的二向反射特性的产生原理3.3 电磁波的极化特性及其包含的信息4. 传感器的成像原理41第二讲：遥感数据获取的信息原理 4. 地表微观系统的辐射传输p前面介绍的地气宏观系统辐射传输是遥感信息的传播过程p地表微观系统的辐射传输则是遥感信息的形成机理p遥感信息在波谱特征、

12、方向性特征和极化特征三个方面得到表现。424. 地表微观系统的辐射传输观测尺度的问题434. 地表微观系统的辐射传输4.1 光谱特征及混合像元光谱444. 地表微观系统的辐射传输4.1 光谱特征及混合像元光谱45地物光谱特性与遥感水体光谱洁净水体光谱很低，在红外洁净水体光谱很低，在红外波段几乎接近零。自然波段几乎接近零。自然水体水体大多含有悬浮物质，如有机大多含有悬浮物质，如有机物中的藻类植物及无机物中物中的藻类植物及无机物中的泥沙等。因而，水体的反的泥沙等。因而，水体的反射光谱与悬浮物的性质和含射光谱与悬浮物的性质和含量密切相关。量密切相关。4. 地表微观系统的辐射传输4.1 光谱特征及混合

13、像元光谱46地物光谱特性与遥感雪光谱雪，作为冰冻状态的水，与雪，作为冰冻状态的水，与液态水在光谱特征上，有着液态水在光谱特征上，有着很大的差别。雪在可见光段很大的差别。雪在可见光段的平均反射率高达的平均反射率高达95以上以上；在红外波段反射率下降得；在红外波段反射率下降得很快，并在很快，并在1.5m和和2.0m处处降至零。降至零。4. 地表微观系统的辐射传输4.1 光谱特征及混合像元光谱47地物光谱特性与遥感植被光谱绿色植被光谱有着绿色植被光谱有着典型的叶绿素吸收典型的叶绿素吸收特征。决定植物光特征。决定植物光谱特性的因素是叶谱特性的因素是叶子的色素成分、叶子的色素成分、叶子的细胞结构及叶子的

14、细胞结构及叶子的含水量。子的含水量。4. 地表微观系统的辐射传输4.1 光谱特征及混合像元光谱48地物光谱特性与遥感土壤光谱土壤的可见光近红外光土壤的可见光近红外光谱比较平直。土壤光谱谱比较平直。土壤光谱特性与土壤的质地、有特性与土壤的质地、有机质含量、氧化铁含量机质含量、氧化铁含量和含水量等因素有关。和含水量等因素有关。49岩石光谱火成岩在可见光、近红外波段的火成岩在可见光、近红外波段的光谱特征主要是光谱特征主要是铁离子、羟基和铁离子、羟基和水所水所引起的。引起的。变质岩的光谱特征主要是变质岩的光谱特征主要是铁、锰、铁、锰、铜等金属离子和羟基、碳酸根离铜等金属离子和羟基、碳酸根离子及水所子及

15、水所引起的。引起的。 50红外(发射率)光谱0.800.820.840.860.880.900.920.940.960.981.008.008.8910.0111.4513.36wavelengthemissivity0.63-0.42mm0.42-0.32mm0.32-0.21mm先进的合成孔径雷达（ASAR），双极化，有400km的侧视成像范围和一组视角。中等分辨率成像频谱仪（MERIS），侧视成像范围1000km（可见光和红外），用于海洋颜色监测。 先进的跟踪扫描辐射计（AATSR），侧视成像范围500km（红外和可见光），供精确的海洋表面温度测量和陆地特性观察。先进的雷达高度计（RA-

16、2），可确定风速，提供海洋循环信息。与ERS的SAR传感器一样，ASAR工作在C波段，波长为5.6厘米。但ASAR具有许多独特的性质，如多极化、可变观测角度、宽幅成像等。ENVISAT - ASAR3. 传感器的成像原理3.3 主被动微波遥感传感器92典型雷达传感器3. 传感器的成像原理3.3 主被动微波遥感传感器无源角反射器有源雷达反射器93雷达外定标3. 传感器的成像原理3.3 主被动微波遥感传感器液氮+吸波材料构成低温目标94微波辐射计外定标3. 传感器的成像原理3.4 其他新型遥感传感器雷达测高仪干涉雷达激光雷达三线阵CCD干涉成像光谱仪重力探测卫星953. 传感器的成像原理3.4 其

17、他新型遥感传感器96雷达测高仪原理雷达利用卫星上安装的微波雷达高度计，实时的测量卫星到海面的高度、有效波高、和后向散射系数，通过对数据的处理和分析，进行地球物理学和海洋动力学的研究。1991年7月欧空局发射了第一颗欧洲遥感卫星(ERS-1)，同Seasat-1一样，微波遥感器是该星的主要载荷，其中雷达高度计(RA)有两种模式：海洋模式和海冰模式，海洋模式可测量海洋风速等参数。3. 传感器的成像原理3.4 其他新型遥感传感器97干涉雷达（InSAR）原理汶川地震後ALOS/PALSAR同震資料進行雷達差分干涉處理3. 传感器的成像原理3.4 其他新型遥感传感器98激光雷达3. 传感器的成像原理3.4 其他新型遥感传感器99三线阵CCD网上发布的嫦娥一号卫星数据提取的网上发布的嫦娥一号卫星数据提取的万户撞击坑数字高程模型万户撞击坑数字高程模型 3. 传感器的成像原理3.4 其他新型遥感传感器100干涉成像光谱仪红外EOS-AQUA卫星的大气红外传感器(AIRS)极高的光谱分辨率用于支持温室气体探测迈克尔逊干涉仪（光栅分光 与 干涉分光）3. 传感器的成像原理3.4