遥感技术基础01PPT课件

1、课程规划二、教学计划课 次周 次日 （星） 期时 间地 点教 学 内 容1509.27（1）14:00 15:35博雅楼415遥感技术概述2509.29 （3）14:00 15:35博雅楼312电磁波谱与遥感3610.04 （1）13:30 15:05博雅楼415遥感数据特性4610.06 （3）13:30 15:05博雅楼312遥感数字图像处理5710.11 （1）13:30 15:05博雅楼415遥感图像的校正（I）6710.13 （3）13:30 15:05博雅楼312遥感图像的校正（II）7810.18 （1）13:30 15:05博雅楼415遥感图像的增强（I）8810.20 （3）

2、13:30 15:05博雅楼312遥感图像的增强（II）9910.25 （1）13:30 15:05博雅楼415遥感图像的分类（I）10910.27 （3）13:30 15:05博雅楼312遥感图像的分类（II）111011.01 （1）13:30 15:05博雅楼415遥感图像人工判读121011.03 （3）13:30 15:05博雅楼312遥感技术应用2022-7-21第1页/共57页课程规划三、考核1.从以下三个方面对学生的成绩进行考评：课堂表现、完成作业情况以及期终考试成绩；2.平时成绩20% (出勤、作业、课堂表现等)；3.笔试 (闭卷考试，80).2022-7-22第2页/共57

3、页课程规划四、注意事项1.学生课外作业应独立完成。如有抄袭均按零分处理；2.学生课外作业应按时完成。如超过规定期限按未完成处理；3.学生应自觉遵守国家、学校、学院的有关考试的规章制度。2022-7-23第3页/共57页第一讲：遥感技术概述内容简介一、遥感的基本概念；二、遥感的基本过程；三、遥感的特点；四、遥感的分类五、遥感技术的发展。2022-7-24第4页/共57页第一讲：遥感技术概述一、遥感的基本概念 l定义：遥感是指非接触的，远距离的探测技术（广义）。一般指运用传感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术 （狭义）。

4、lRemote sensing is the science (and to some extent, art) of acquiring information about the Earths surface without actually being in contact with it. This is done by sensing and recording reflected or emitted energy and processing, analyzing, and applying that information。2022-7-25第5页/共57页2022-7-26l

5、综合技术p数据获取技术；p数据分析技术；p信息提取技术。l 广义遥感包括p 电磁波遥感： 紫外、可见光、红外、微波 （狭义）p 力场遥感 ：重力、磁力p 声纳遥感：声波p 地震波遥感：机械波第一讲：遥感技术概述第6页/共57页第一讲：遥感技术概述二、遥感的基本过程A.能源或光源 (Energy Source or Illumination)；B.通过大气层的辐射(Radiation through the Atmosphere);C.能量与地面目标的相互作用(Interaction with the Target) ;D.传感器记录反射能量 (Recording of Energy by th

6、e Sensor) ;E.数据传送、接收和处理(Transmission, Reception, and Processing);F.数据的解释和分析 (Interpretation and Analysis);G.应用(Application).2022-7-27第7页/共57页第一讲：遥感技术概述1. 能源：遥感中电磁波(Electromagnetic Wave)为主要的能量来源。电磁波由变化的电场和变化的磁场组成。变化的电场和磁场以光速传播。波长频率关系：c = v。= 波长； v = 频率；c = 光速 （3x108m/s）。2022-7-28第8页/共57页第一讲：遥感技术概述2.

7、电磁波与大气层的相互作用l散射(Scattering)和吸收(Absorption)2022-7-29第9页/共57页第一讲：遥感技术概述3. 电磁波与目标的相互作用l吸收(Absorption) (A)l透射(Transmission) (T)l反射(Reflection) (R)p镜反射(Specula)和散射(diffuse)2022-7-210第10页/共57页第一讲：遥感技术概述l举例：目标与可见光及红外相互作用p树叶和水2022-7-211第11页/共57页第一讲：遥感技术概述4. 遥感传感器l测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具；l通常由收集器、探测器、信号处理和输出设备四部分

8、组成；p收集器由透射镜、反射镜或天线等构成；p探测器指测量电磁波性质和强度的元器件；p典型的信号处理器是负荷电阻和放大器；p输出包括影像胶片、扫描图、磁带记录和波谱曲线等l工作在紫外，可见光，红外，微波等波段；l按传感器本身是否带有电磁波发射源可分为主动式(有源)遥感器和被动式(无源)遥感器两类。2022-7-212第12页/共57页第一讲：遥感技术概述5. 遥感数据的传送和接收lA 数据直接发送到地面接收站(GRS=Ground Receiving Station)；lB数据暂存在传感器，一定时间延迟后发送至地面接收站；lC数据经其它中继卫星发送至地面接收站；2022-7-213第13页/共

9、57页第一讲：遥感技术概述6. 遥感数据处理:接收、处理、存档、分发各类地球资源遥感卫星数据并进行相关技术研究，为遥感应用提供数据服务。2022-7-214第14页/共57页第一讲：遥感技术概述l遥感数据数据预处理；p数字化 (Digitalization)p去噪 (Noise Reduction)p组合 (Mosaic)p遥感图像校正 (Correction or Calibration)p遥感图像增强 (Enhancement)l地面实况调查 (in site)p地物波谱特征测量:主要测量地物对电磁波谱的反射、发射特性;p各种遥测数据的采集:区域环境、气象、地面点等。2022-7-215第

10、15页/共57页2022-7-216第一讲：遥感技术概述l遥感数据分析、理解和信息提取p分割 (Segmentation)p分类 (Classification)p特征提取 (Feature Extraction)p目标辨识 (Object Recognition)第16页/共57页第一讲：遥感技术概述7. 遥感应用l农业 (Agriculture)l林业 (Forestry)l地质 (Geology)l水文 (Hydrology)l海洋学(Oceanography)l测绘、测图(Survey, Mapping)l环境 (Environment)l城市规划 (Urban Planning)20

11、22-7-217第17页/共57页2022-7-218第一讲：遥感技术概述l遥感应用实例第18页/共57页2022-7-219第一讲：遥感技术概述第19页/共57页2022-7-220第一讲：遥感技术概述第20页/共57页第一讲：遥感技术概述三、遥感的特点l可获取大范围数据资料p一幅Landsat卫星的TM图像可覆盖185km185km地面面积。l获取信息的速度快，周期短p陆地卫星每16天可覆盖地球一遍。l获取信息受条件限制少p人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。l获取信息的手段多，信息量大p见光、紫外线，红外线和微波探测物体。2022-7-221第21页/共57页第一讲：遥感技术概述四、

12、遥感的分类l根据遥感传感器的搭载平台p地面遥感：车载、船载、手提、固定或活动高架平台；p航空遥感：气球、航模、飞机及其它航空器等；p航天遥感：人造卫星、宇宙飞船、空间实验室。2022-7-222第22页/共57页第一讲：遥感技术概述l根据遥感探测的工作波段p紫外遥感：探测波段在0.30.38um之间；p可见光遥感：探测波段在0.380.76um之间；p红外遥感：探测波段在0.7614um之间；p微波遥感：探测波段在1mm1m之间；p多光谱(Multispectral)遥感：将可见光和近红外光谱段细分割成数十个波段对目标地物进行探测的遥感技术；p高光谱(Hyperspectral)遥感: 在电磁

13、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。2022-7-223第23页/共57页第一讲：遥感技术概述l根据遥感探测的工作波段p紫外遥感：探测波段在0.30.38um之间；p可见光遥感：探测波段在0.380.76um之间；p红外遥感：探测波段在0.7614um之间；p微波遥感：探测波段在1mm1m之间；p多光谱(Multispectral)遥感：将可见光和近红外光谱段细分割成数十个波段对目标地物进行探测的遥感技术；p高光谱(Hyperspectral)遥感: 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

14、技术。2022-7-224第24页/共57页第一讲：遥感技术概述l根据能量来源p主动式遥感(active)：由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波，然后接受并记录从目标物反射回来的电磁波。p被动式遥感(passive)：即传感器不向被探测的目标物发射电磁波，而是直接接受并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波。2022-7-225第25页/共57页第一讲：遥感技术概述l根据应用领域p环境遥感 (Environmental)p大气遥感 (Atmospheric)p资源遥感 (Resource)p海洋遥感 (Oceanographic)p地质遥感 (Geological)p农业

15、遥感 (Agricultural)p林业遥感 (Forestry)p土地遥感 (Domanial)2022-7-226第26页/共57页第一讲：遥感技术概述五、遥感技术的发展l遥感技术发展的基础p遥感(Remote Sensing)一词被提出在1950年代。标志着遥感技术从传统的航空摄影测量将向更新更先进的地球表面信息获取技术的发展；p航天技术的发展标志着大尺度、低成本、周期性地球表面观测成为可能；p计算机技术的发展使海量遥感数据的记录、处理和分析成为可能；p电子技术的发展使遥感传感器的不断更新和发展成为可能。2022-7-227第27页/共57页2022-7-228第一讲：遥感技术概述l遥感

16、技术发展的特点p不断研制新型传感器，既有框幅式可见光黑白摄影、多光谱摄影、彩色摄影、彩红外摄影、紫外摄影，又有全景摄影机、红外扫描仪，红外辐射计、多光谱扫描仪、成象光谱仪，CCD线阵列扫描和矩阵摄影机、微波辐射计、散射计，合成孔径雷达及各种雷达和激光测高仪等。从目前的发展动向看，微波遥感、同一颗卫星装载多种传感器，如已发射的欧洲空间局欧洲遥感卫星一号和日本地球资源卫星一号装载的多种传感器是今后发展的重要遥感手段。第28页/共57页2022-7-229第一讲：遥感技术概述p形成多级空间分辨率影象序列的金字塔，以提供从粗到精的观测数据源。空间分辨率的跨度从美国国家海洋与大气管理局气象卫星的1.1公

17、里、陆地卫星多光谱扫描仪的80米，日本海洋观察卫星一号的50米，美国陆地卫星*图仪和欧洲空间局欧洲遥感卫星的30M，法国资源卫星-1，2，3，4高分辨率可见光的10米、20米到印度资源卫星的5.8米，德国资源卫星的5米，到目前的Geoeye的41厘米。传感器的研制在向更高的空间分辨率方向发展的同时，也向全方位的立体观测能力方向发展。法国资源卫星第一次实现CCD扫描仪的侧向立体成象功能，接着又有印度资源卫星的侧向立体成象，现在更有美国三家公司宣布他们将推出21世纪新型CCD-Eyeglass卫星，其立体观测是“全方位”有前视、后视和侧视。第29页/共57页2022-7-230第一讲：遥感技术概述

18、p可反复获取同一地区影象数据的多时相性。一般是空间分辨率低的而时间分辨率高。如美国国家海洋与大气管理局气象卫星每天可接受二次图象，美国陆地卫星多光谱扫描仪、*图仪的重复周期分别是18天和16天，法国资源卫星为26天，印度资源卫星为24天。遥感多时相性，提供了人们长期、系统和动态研究地球表面的变化及其规律的可能性。p尽可能增加光谱分辨率，一方面是充分利用能透过大气的各类电磁波谱，向红外、远红外和微波方面扩展；另一方面则将光谱段划分更细。如美国陆地卫星*图仪有七个光谱段，AVIRIS机载可见光和红外成象光谱仪，在可见光和红外光谱段内划出224个波段，我国的航空成象光谱仪有71个波段，其中可见光32

19、个波段，短波红外32个波段，热红外7个波段。第30页/共57页2022-7-231第一讲：遥感技术概述l遥感技术的发展趋势p随着热红外成像、机载多极化合成孔径雷达、高分辨力表层穿透雷达和星载合成孔径雷达技术日益成熟，遥感波谱域从最早的可见光向近红外、短波红外、热红外、微波方向发展，波谱域的扩展将进一步适应各种物质反射、辐射波谱的特征峰值波长的宽域分布；第31页/共57页2022-7-232第一讲：遥感技术概述p大、中、小卫星相互协同，高、中、低轨道相结合，在时间分辨率上从几小时到18天不等，形成一个不同时间分辨率互补系列。第32页/共57页2022-7-233第一讲：遥感技术概述p随着高空间分

20、辨力新型传感器的应用，遥感图像空间分辨率从1km、500m、250m、80m、30m、20m、10m、5m发展到1m，军事侦察卫星传感器可达到15cm或者更高的分辨率。空间分辨率的提高，有利于分类精度的提高，但也增加了计算机分类的难度。第33页/共57页2022-7-234第一讲：遥感技术概述p高光谱遥感的发展，使得遥感的波段宽度从早期的0.4 m (黑白摄影)、0.1 m (多光谱扫描) 到5nm (成像光谱仪)，遥感器波段宽度窄化，针对性更强，可以突出 特定地物反射峰值波 长的微小差异；同时， 成像光谱仪等的应用， 提高了地物光谱分辨 力，有利于区别各类 物质在不同波段的光 谱响应特性。第

21、34页/共57页2022-7-235第一讲：遥感技术概述p机载三维成像仪和干涉合成孔径雷达的发展和应用，将地面目标由二维测量为主发展到三维测量；p各种新型高效遥感图像处理方法和算法将被用来解决海量遥感数据的处理、校正、融合和遥感信息可视化；p遥感分析技术从“定性”向“定量”转变，定量遥感成为遥感应用的发展热点；p建立适用于遥感图像自动解译的专家系统，逐步实现遥感图像专题信息提取自动化；p3S（RS、GIS、GPS）一体化；p遥感的商业化。第35页/共57页2022-7-236第一讲：遥感技术概述l遥感技术的问题p 海量数据：有效存储、管理、使用；p 数据融合与压缩、识别；p 定量遥感、新型数据

22、处理；p高分辨率影像问题；p 国际合作。第36页/共57页2022-7-237第一讲：遥感技术概述l空地观测系统第37页/共57页2022-7-238第一讲：遥感技术概述pLANDSAT是美国陆地探测卫星系统。从1972年开始发射第一颗卫星LANDSAT-1，到目前最新的LANDSAT-7。LANDSAT 7 卫星于99年发射，装备有Enhanced Thematic Mapper Plus(ETM+)设备，ETM+被动感应地表反射的太阳辐射和散发的热辐射，有8个波段的感应器，覆盖了从红外到可见光的不同波长范围。 ETM+比起在LANDSAT 4、5上面装备的Thematic Mapper(T

23、M)设备在红外波段的分辨率更高，因此有更高的准确性。7个光谱波段和一个全色波段 ;观察宽度达185km ;15、30、60、80米精度 ;离地705km太阳同步轨道 ;16天运行周期。第38页/共57页2022-7-239Landsat 1, July 23, 1972;Landsat 2, January 22, 1975;Landsat 3, March 5, 1978; Landsat 4 , July 16,1982;Landsat 5, March 1, 1984; Landsat 6, launched later, failed to operate; Landsat 7, Ap

24、ril 15, 1999;By now, only Landsat 5 and 7 are operational, the older ones have been shut down.Landsat 系列卫星简况Landsat-5(TM/MSS)Landsat-7(ETM)第一讲：遥感技术概述第39页/共57页2022-7-240第一讲：遥感技术概述LANDSAT 图像：巴黎第40页/共57页2022-7-241第一讲：遥感技术概述pSPOT卫星是法国空间研究中心（CNES）研制的一种地球观测卫星系统。“SPOT”系法文Systeme Probatoire dObservation del

25、a Tarre的缩写，意即地球观测系统。目前，除SPOT3因事故于1997年11月14日停止运行外，其他SPOT均在正常运行第41页/共57页2022-7-242第一讲：遥感技术概述第42页/共57页2022-7-243第一讲：遥感技术概述曼谷第43页/共57页2022-7-244南海岛屿第一讲：遥感技术概述第44页/共57页2022-7-245第一讲：遥感技术概述pIKONOS卫星于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。IKONOS卫星的成功发射不仅实现了提供高清晰度且分辨率达1米的卫星影像，而且开拓了一个新的更快捷,更经济获得最新基础地理信息的途径

26、，更是创立了崭新的商业化卫星影像的标准。IKONOS可采集1米分辨率全色和4米分辨率多光谱卫星影像，同时可将全色和多光谱影像可融合成1米分辨率的彩色影像。至今IKONOS 已采集超过2.5亿平方公里涉及每个大洲的影像，许多影像被中央和地方政府广泛用于国家防御，军队制图，海空运输等领域。从681千米高度的轨道上，IKONOS的重访周期为3天，并且可从卫星直接向全球12个地面站传输数据。第45页/共57页2022-7-246第一讲：遥感技术概述1m resolution Ikonos data over Frankfurt Airport, Germany第46页/共57页2022-7-247第一

27、讲：遥感技术概述pQuickBird卫星于2001年10月由美国DigitalGlobe公司发射，是目前世界上最先提供亚米级分辨率的商业卫星，具有引领行业的地理定位精度，海量星上存储，单景影像比同时期其他的商业高分辨率卫星高出210倍。而且QuickBird卫星系统每年能采集七千五百万平方公里的卫星影像数据，存档数据以很高的速度递增。在中国境内每天至少有2至3个过境轨道，有存档数据约500万平方公里。分辨率：全色0.61-0.72m，多光谱2.44-2.88m ；传感器：全色波段、多光谱；重访周期：16天（70cm分辨率，取决于纬度高低） 。第47页/共57页2022-7-248第一讲：遥感技

28、术概述p世界上规模最大的商业卫星遥感公司美国GeoEye，已于2008年9月6日成功发射了迄今技术最先进、分辨率最高的商业对地成像卫星GeoEye-1。该卫星具有分辨率最高、测图能力极强、重访周期极短的特点，已为全球广大用户所关注。GeoEye-1高分辨率卫星影像应用前景广阔，在实现大面积成图项目、细微地物的解译与判读等方面优势突出1960年4月1日，第一颗气象卫星TIROS-1 (Television Infrared Observational Satellite)发送成功；真正的半米卫星：全色影像分辨率0.41米，多光谱影像分辨率1.65米，定位精度达到3米 ；大规模测图能力：每天采集近

29、70万平方公里的全色影像数据或近35万平方公里的全色融合影像数据 ；重访周期短：3天（或更短） 时间内重访地球任一点进行观测。第48页/共57页2022-7-249第一讲：遥感技术概述GEOEYE Imagery This half-meter resolution satellite image shows fire damage to an area near Loveland, Colorado. The image was collected on Sept. 13, 2010 by the GeoEye-1 satellite, one day after the Reservoir

30、 Road fire began. The full image shows two heavy helicopters pulling water from Pinewood Lake. It also shows orange stripes of flame retardant on the ground. According to authorities, flights had dropped 97,500 gallons of retardant on the fire as of Sept. 13, the fire had covered 925 acres and was t

31、wenty percent contained. This type of imagery may be used to assess and measure damage to individual structures, forest and other types of land cover. It also is used for fire modeling, disaster preparedness, insurance and risk management and disaster mitigation efforts to control erosion or floodin

32、g after the fire is out.第49页/共57页2022-7-250第一讲：遥感技术概述GEOEYE Imagery Eddies form when a bend in the ocean current separates and makes a loop. In the Southern Hemisphere, cold water eddies rotate clockwise and warm water eddies rotate counterclockwise. The size of eddies and their rings vary as do the

33、ir lifetimeslasting between a month to over a year. Eddies are usually detected with ocean temperature and current instruments, but can also be detected by sight as in this image. GeoEye-1 .50-meter resolution collected 10 April 2009.第50页/共57页2022-7-251第一讲：遥感技术概述l遥感技术资源p 机构和组织 American Society for Photogrammetry & remote sensing (ASPRS)Canadian remote sensing society (CRS)IEEE geoscience and remote sensing society The remote sensing society(UK) International Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS)国家遥感中心 中国遥感卫星地面站中科院遥感应用研究所中