遥感原理与应用课件

绪论*§1、遥感概述

一、遥感的概念遥感（RemoteSensing)：从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。*二、遥感技术的特点宏观性、综合性

*

覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185×185平方公里；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。二、遥感技术的特点*多波段性

波段的延长使对地球的观测走向了全天候。©SpaceImaging©SpaceImagingGreenReflectanceNIRReflectance多波段图像Hereisanexampleofthreebands,green,redandnearinfra-reddisplayedseparatelyasgrayscalegreenredNear-infrared多波段图像二、遥感技术的特点*多时相性重复探测，有利于进行动态分析。LasVegas,1992LasVegas,1986LasVegas,1972二、遥感技术的特点*多时相性重复探测，有利于进行动态分析。198620021992三、遥感的分类按照遥感的工作平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感。按照探测电磁波的工作波段分类：可见光遥感、红外遥感、微波遥感等。3、按照遥感应用的目的分类：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感等4、按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式5、按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感*四、遥感技术系统遥感技术系统的组成遥感试验：对电磁波特性、信息获取、传输和处理技术的试验。遥感信息获取：中心工作。遥感平台和传感器。遥感信息处理：处理的原因遥感信息应用：*

遥感技术系统：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。四、遥感技术系统*卫星传感器信息接收、处理用户制图实况调查分析判断物体四、遥感技术系统*Theprocessofremotesensing1.EnergySourceorIllumination照度(A)-thefirstrequirementforremotesensingistohaveanenergysourcewhichilluminatesorprovideselectromagneticenergytothetargetofinterest.2.RadiationandtheAtmosphere(B)-astheenergytravelsfromitssourcetothetarget,itwillcomeincontactwithandinteractwiththeatmosphereitpassesthrough.Thisinteractionmaytakeplaceasecondtimeastheenergytravelsfromthetargettothesensor.*Theprocessofremotesensing3.InteractionwiththeTarget(C)-oncetheenergymakesitswaytothetargetthroughtheatmosphere,itinteractswiththetargetdependingonthepropertiesofboththetargetandtheradiation.(与目标地物的相互作用）

4.RecordingofEnergybytheSensor(D)-aftertheenergyhasbeenscatteredby,oremittedfromthetarget,werequireasensor(remote-notincontactwiththetarget)tocollectandrecordtheelectromagneticradiation.5.Transmission,Reception,andProcessing(E)-theenergyrecordedbythesensorhastobetransmitted,ofteninelectronicform,toareceivingandprocessingstationwherethedataareprocessedintoanimage(hardcopyand/ordigital).*Theprocessofremotesensing6.InterpretationandAnalysis(F)-theprocessedimageisinterpreted,visuallyand/ordigitallyorelectronically,toextractinformationaboutthetargetwhichwasilluminated.7.Application(G)-thefinalelementoftheremotesensingprocessisachievedwhenweapplytheinformationwehavebeenabletoextractfromtheimageryaboutthetargetinordertobetterunderstandit,revealsomenewinformation,orassistinsolvingaparticularproblem.Thesesevenelementscomprisetheremotesensingprocessfrombeginningtoend.Wewillbecoveringalloftheseinsequentialorder,buildingupontheinformationlearnedaswego.Enjoythejourney!*§2、遥感发展概况与展望RemoteSensing的提出：美国学者布鲁伊特于1960年提出，61年正式通过。遥感发展的三个阶段：萌芽阶段航空遥感阶段航天遥感阶段*一、遥感发展概况

萌芽阶段1839年，达格雷发表第一张空中相片；1858年，法国人用气球携带照相机拍摄了巴黎的空中照片。1882年，英国人用风筝拍摄地面照片；*HistoryofaerialphotographyandaerialplatformsJNNiepce(1826,France)Theworld’sfirstphotographicimage

UpperleftofthehousePeartree&apatchofskyshowingAnotherwingofthehouseTheslantingroofofthebarn

GFTournachon(1820-1910),hecallhimselfNadar.Thefirst-knownaerialphotographwasobtainedfromaballoonbyaParisianphotographerin1858nearParis,France.Intrepidballoon,1862TheballoonbeinginflatedbyusingportablehydrogengeneratingsystemduringtheCivilWar.

1906,Kitesfigure“SanFranciscoinruins”,GRLawrence,Aerialphotographof“SanFranciscoinruins”obtainedafterApril18,1906earthquakeusingacaptiveairshipconsistingof17kites.Thekitesachievedataltitudeof2000ftabovesealevel.Pigeons,1903.Asquadronofpigeonsequippedwithlightweight70-mmaerialcameras.Forobviousreasons,pigeonsarenotidealplatform.

航空遥感阶段1903年，莱特兄弟发明飞机，创造了条件。1909年，意大利人首次利用飞机拍摄地面照片。一战中，航空照相技术用于获取军事情报。一战后，航空摄影用于地形测绘和森林调查与地质调查。1930年，美国开始全国航空摄影测量。1937年，出现了彩色航空像片。*

1903，WrightBrothers

发明了飞机，使航空摄影测量成为可能。Engine-poweredflightonDecember17,1903.Itlasted12secondsandcovered120ft.

AerialphotographyinWorldwarIFigureClose-up(特写镜头)viewofaworldwarIFigureVerticalphotographyofWorldWarItrenches(战壕)inEurope.AerialphotographyinWorldwarIIFigureVerticalaerialphotographofaV2rocketlaunchingfacilityaPeenemundeinWorldWarII.

航天遥感阶段1957年，苏联发射第一颗人造地球卫星；意义重大。70年代美国的陆地卫星法国的Spot卫星发展中国家的情况：中国，印度，巴西等。*二、我国遥感发展概况50年代航空摄影和应用工作。60年代，航空摄影工作初具规模，应用范围不断扩大。70年代，腾冲遥感实验获得巨大成功。70.4.24发射第一颗人造地球卫星。80年代是大发展阶段。目前，某些方面已经进入世界先进水平行列。*二、我国遥感发展概况

我国遥感发展的特点*国家的重视和支持，为遥感的快速发展奠定了基础。集中人力、物力重点公关，重点突破。全国性、大区域遥感工程的完成，充分显示了我国遥感的特色和水平。三、当前遥感发展主要特点与展望多国发射卫星的局面已经形成高分辨率小型商业卫星发展迅速雷达卫星遥感日益受到青睐星载主动式遥感的发展，使探测手段更趋多样化。高光谱分辨率传感器是未来空间遥感发展的核心内容。高光谱分辨率传感器是指既能对目标物成像又可以测量目标物波谱特性的光学传感器。遥感应用不断深化*三、当前遥感发展主要特点与展望地理信息系统的发展与支持是遥感发展的又一进展和动向。遥感手段获得的丰富信息GIS的科学管理遥感应用有赖于GIS提供多种信息源进行信息复合及其综合分析。因此，GIS是遥感的进一步发展和延伸，成为遥感发展的一个新动向。*§3、遥感在地理信息学中的作用一、遥感已成为地理信息学研究的重要信息源遥感信息的准确性、客观性遥感信息的实时性与及时性遥感信息的周期性：动态研究遥感信息的多样性：多波段信息；图像信息与数字化信息；二维平面信息与三维空间信息；从而使获得的信息形成多层次、多方式、多侧面全方位，拓宽了地理信息学研究的深度和广度。*§3、遥感在地理信息学中的作用二、遥感已成为地理信息研究的重要手段和方法遥感方法为地理信息分析提供了基础，也为地理信息分析从定性到定量，从静态到动态创造了条件。遥感与地理信息系统的结合，为地理信息研究提供了广阔的发展前景。*§4、遥感的应用

遥感应用从内容上可以概括为资源调查与应用、环境监测评价、区域分析规划及全球宏观研究四大领域。*一、遥感在资源调查方面的应用在农业、林业方面的应用：农、林土地资源调查、病虫害、土壤干旱、盐化沙化的调查及监测。土地利用类型调查精细农业作物估产“三北”防护林遥感综合调查*一、遥感在资源调查方面的应用遥感在地质矿产方面的应用客观真实地反映各种地质现象，形象地反映区域地质构造,地质找矿工程地质、地震地质、水文地质和灾害地质*一、遥感在资源调查方面的应用在水文、水资源方面的应用水资源调查、流域规划、水土流失调查、海洋调查等。青藏高原水资源调查夏威夷群岛淡水资源*二、遥感在环境监测评价等方面的应用在环境监测方面的应用污染物位置、性质、动态变化及对环境的影响；环境制图长江三峡库区环境本底调查、环境演变分析、动态监测等在对抗自然灾害中的应用灾害性天气的预报旱情、洪水、滑坡、泥石流和病虫害森林火灾*二、遥感在环境监测评价等方面的应用*三、在区域分析及建设规划方面的应用腾冲、长春、三北防护林等都是遥感区域分析的典范。城市化和城市遥感的兴起：城市土地利用、环境监测、道路交通分析、环境地质、城市规划等*四、遥感在全球性宏观研究中的应用全球性问题与全球性研究（GlobalStudy）人口问题、资源危机、环境恶化等利用GPS监测和研究板块的运移；深大断裂活动；全球性气候研究和灾情预报；世界冰川的进退。*五、遥感在其它方面的应用在测绘制图方面的应用卫星遥感可以覆盖全球的每一个角落，不再有资料的空白区重复探测，为动态制图和利用地图进行动态分析提供了信息保障可以缩短成图周期，降低制图成本数字卫星遥感信息可直接进入计算机进行处理，省去了图像扫描数字化的过程改变了传统的从大比例尺逐级缩编小比例尺地图的逻辑程序在历史遗迹、考古调查方面的应用在军事上的应用*思考题1、遥感的基本概念是什么？2、遥感探测系统包括哪几部分？3、作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？4、中国遥感事业的成就表现在哪些方面，有何特点？**

遥感的物理基础第一节电磁波与电磁波谱电磁波及其特性电磁波谱电磁辐射源*一、电磁波及其特性波的概念：波是振动在空间的传播。*机械波：声波、水波和地震波电磁波（ElectroMagneticSpectrum)

由振源发出的电磁振荡在空气中传播。电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：原理电磁辐射:电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。*电磁波的特性电磁波是横波在真空中以光速传播电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的，因此具有波动性粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运动。电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性*波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。*二、电磁波谱电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。

在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波长可分为长波、中波、短波和微波。波长最短的是γ射线

电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。2、遥感常用的电磁波波段的特性*TheElectromagneticSpectrumMorethanmeetstheeye!*WavelengthThedistancefromonewavecresttothenextRadiowaveshavelongestwavelengthandGammarayshaveshortest!*WavelengthUnitsMetersmicronMorecommonlyinnanometers(1nm=10-9

meters)*LanguageoftheEnergyCycle:

TheElectromagneticSpectrumSpeedoflight=wavelength(l)xfrequency

=3x108m/sinvacuumWavenumers=1/wavelength(cm-1)FrequencyinGHz(1Hz=sec–1)*EnergyWavelengthl*SolarSpectrum=Shortwavespectrum=visiblespectrum:

Sunat6000K;peakemissionat0.5mmTerrestrial(陆地)Spectrum=LongwaveSpectrum=InfraredSpectrum=Thermal(热)Spectrum:

SaharaDesertonNimbus(大型气象实验卫星)4Satellite*CO2H2OO3TheoreticalPlanck(普朗克)curves:Earth~300K,peakemission~15mmEarthSpectrum*IncomingfromSun:Highenergy,shortwavelengthOutgoingfromEarthLowenergyLongwavelength0.5mm10mm20mmElectromagneticSpectrum*HighenergyShortwavelength/highfrequencyEmittedathighTSunEarth*2、遥感常用的电磁波波段的特性紫外线(UV)：0.01-0.38μm，碳酸盐岩分布、水面油污染。可见光：0.38-0.76μm，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段。红外线(IR)

：0.76-1000μm。近红外0.76-3.0μm，中红外3.0-6.0μm；远红外6.0-15.0μm；超远红外15-1000μm。（近红外又称光红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外。微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大。*三、电磁辐射源自然辐射源太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900K的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。地球的电磁辐射：小于3μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6μm的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。*太阳辐射照度分布曲线**太阳与地球辐射的电磁波谱人工辐射源：主动式遥感的辐射源。雷达探测。分为微波雷达和激光雷达。微波辐射源：0.8-30cm激光辐射源：激光雷达—测定卫星的位置、高度、速度、测量地形等。*第二节地物的光谱特性

任何地物都有自身的电磁辐射规律，如反射、发射、吸收电磁波的特性。少数还有透射电磁波的特性。地物的这种特性称为：地物的光谱特性。*地物的反射率、吸收率和透射率对于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即为弱辐射体；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。*一、地物的反射光谱特性地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。反射率随入射波长而变化。影响地物反射率大小的因素：入射电磁波的波长入射角的大小地表颜色与粗糙度*地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、沙漠、湿地、小麦的光谱曲线**传感器探测波段的设计，是通过分析比较地物光谱数据而确定的。多光谱扫描仪（MSS）的波段设计：

MSS1(0.5-0.6μm)MSS2(0.6-0.7μm)MSS3(0.7-0.8μm)MSS4(0.8-1.1μm)*同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。时间特性空间特性**不同植物光谱曲线比较*植被的病虫害*时间特征

地物发射电磁波的能力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：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(BlackBodyRadiation)：黑体的热辐射称为黑体辐射。*二、地物的发射光谱特性1.

PowerSource:BlackbodyRadiation

*Planck’sLaw:TheamountandspectrumofradiationemittedbyablackbodyisuniquelydeterminedbyitstemperatureMaxPlanck(1858–1947)NobelPrize1918Emissionfromwarmbodiespeakatshortwavelengthswavelength620K380K3、黑体辐射定律(1)普朗克热辐射定律表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。黑体辐射的三个特性辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。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。*(2)玻耳兹曼定律

Stefan-Boltzmann'slaw

即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。温度3005001000200030004000500060007000波长9。665。802。901。450。970。720。580。480。41(3)维恩位移定律：Wien'sdisplacementlaw

随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。4、地物的发射率和基尔霍夫定律发射率(Emissivity)：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。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。按照发射率与波长的关系，把地物分为：黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。灰体(greybody)：发射率小于1，常数选择性辐射体：发射率小于1，且随波长而变化。*基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W黑。在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率也越大。地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这种特征构成了红外遥感的理论基础。5、黑体的微波辐射

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。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。*6、地物的发射光谱发射光谱：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曲线。岩石的发射光谱分析（图2-9石英）*第三节大气和环境对遥感的影响大气的成分大气的结构大气对太阳辐射的影响大气窗口环境对地物光谱特性的影响*一、大气的成分大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分有关。大气的成分：多种气体、固态和液态悬浮的微粒混合组成的。大气物质与太阳辐射相互作用，是太阳辐射衰减的重要原因。*二、大气的结构大气的垂直分层：对流层、平流层、中间层、热层和大气外层。对流层：航空遥感活动区。遥感侧重研究电磁波在该层内的传输特性。平流层：较为微弱。中间层：温度随高度增加而递减。热层：增温层。电离层。卫星的运行空间。大气外层：1000公里以外的星际空间。*三、大气对太阳辐射的影响太阳辐射的衰减过程：___%被云层反射回；___%被大气吸收；___%被大气散射；___%到达地面。（下页图）大气的透射率公式：透射率与路程、大气的吸收、散射有关。***（一）大气的吸收作用(P28)氧气：小于0.2

μm；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥感影响不大。水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽略不计。*AbsorptionIncontrasttoscatter,atmosphericabsorptionresultsintheeffectivelossofenergytoatmosphericconstituents.Thisnormallyinvolvesabsorptionofenergyatagivenwavelength.Themostefficientabsorbersofsolarradiationinthisregardare:WaterVapourCarbonDioxideOzone96AbsorptionofEMenergybytheatmosphere（二）大气的散射作用

散射作用：太阳辐射在传波过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。改变了电磁波的传播方向；干扰传感器的接收；降低了遥感数据的质量、影像模糊，影响判读。大气散射集中在太阳辐射能量最强的可见光区。因此，散射是太阳辐射衰减的主要原因。*ScatteringAtmosphericscatteringistheunpredictablediffusionofradiationbyparticlesintheatmosphere.Threetypesofscatteringcanbedistinguished,dependingontherelationshipbetweenthediameterofthescatteringparticle(a)andthewavelengthoftheradiation(

).ScatteringofEMenergybytheatmosphereRayleighScatter(瑞利散射)a<

Rayleighscatteriscommonwhenradiationinteractswithatmosphericmolecules(gasmolecules)andothertinyparticles(aerosols)thataremuchsmallerindiameterthatthewavelengthoftheinteractingradiation.TheeffectofRayleighscatterisinverselyproportionaltothefourthpowerofthewavelength.Asaresult,shortwavelengthsaremorelikelytobescatteredthanlongwavelengths.Rayleighscatterisoneoftheprincipalcausesofhazeinimagery.Visuallyhaze(霾)diminishesthecrispness(脆)orcontrastofanimage.101RelationshipbetweenpathlengthofEMradiationandthelevelofatmosphericscatterMie(米氏)Scattera=

Miescatterexistswhentheatmosphericparticlediameterisessentiallyequaltotheenergywavelengthsbeingsensed.WatervapouranddustparticlesaremajorcausesofMiescatter.ThistypeofscattertendstoinfluencelongerwavelengthsthanRayleighscatter.AlthoughRayleighscattertendstodominateundermostatmosphericconditions,Mie

scatterissignificantinslightlyovercastones.Non-selectivescattera>

Non-selectivescatterismoreofaproblem,andoccurswhenthediameteroftheparticlescausingscatteraremuchlargerthanthewavelengthsbeingsensed.Waterdroplets,thatcommonlyhavediametersofbetween5and100mm,cancausesuchscatter,andcanaffectallvisibleandnear-to-mid-IRwavelengthsequally.Consequently,thisscatteringis“non-selective”withrespecttowavelength.Inthevisiblewavelengths,equalquantitiesofbluegreenandredlightarescattered.Non-SelectivescatterofEMradiationbyacloud三种散射作用瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。多波段中不使用蓝紫光的原因：**颜色红橙黄黄绿青兰紫紫外线波长0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。云雾为什么通常呈现白色？*结论

太阳辐射衰减的原因是什么？在可见光和近红外波段，大气最主要的散射作用是什么？无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？微波为什么具有极强的穿透云层的作用？为什么在选择遥感工作波段时，要考虑大气层的散射和吸收作用？*四、大气窗口1、大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或散射的投射率较高的电磁辐射波段。大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。常见的大气窗口：*AtmosphericWindowsSomesensors,especiallythoseonmeteorologicalsatellites,seektodirectlymeasureabsorptionphenomenasuchasthoseassociatedwithCO2andothergaseousmolecules.Notethattheatmosphereisnearlyopaque(不透明)toEM(Electromagnetic)radiationinthemidandfarIR.Inthemicrowaveregion,bycontrast,mostoftheEMradiationmovesthroughunimpeded(未受到阻碍)-sothatradaratcommonlyusedwavelengthswillnearlyallreachtheEarthsurfaceunimpeded-althoughspecificwavelengthsarescatteredbyraindrops.五、环境对地物光谱特性的影响地物的物理性状光源的辐射强度：纬度与海拔高度季节：太阳高度不同探测时间：时间不同，反射率不同。气象条件**咸宁市卫星影像*荆州市(老江陵县和沙市市)卫星影像*鄂州市航片*1998年武汉及周边卫星影像*不同地物的遥感影像波谱曲线4、地物波谱特征的测量测量的目的

1、传感器波段选择、验证、评价的依据；

2、建立地面、航空和航天遥感数据的关系；

3、将地物光谱数据直接与地物特征进行相关分析并建立应用模型；地物反射波谱测量理论1、双向反射比因子其定义是：在给定的立体角锥体所限制的方向内，在一定辐照度和观测条件下，目标的反射辐射通量与处于同一辐照度和观测条件下的标准参考面的反射辐射通量之比。式(2.12)*测量的方法

1、样品实验室测量；可采用分光光度计。

2、野外测量；可采用地物光谱辐射计。*野外测量方法(P42)*1、垂直测量方法野外测量方法(P42)2、非垂直测量**测量步骤：1、先测K2和K1。地面上平放标准板，用光谱辐射计垂直测量:1)自然光照射时测量一次，相当于I值；2）用档板遮住太阳光使阴影盖过标准板，再测一次相当于Id,；3）求出两者比值K2＝Id/I;

4）再求出K1=1-K22、再测自然光下的反射比因子选择太阳方向和观测角，在同一地面位置分别迅速测量标准板反射和地物反射的辐射值，计算比值R。3、用黑挡板遮住太阳直射光，在只散射时分别迅速测量标准板和地物的辐射值，计算得到定向反射比因子4、由式(2.16)计算出双向反射比因子。测量时可以保持太阳方位角始终为0度。*作业：1、P44第1题2、P44第4题3、P44第5题4、P44第6题5、P44第7题实习一地物光谱反射率的测定一、实习目的1、学习地物光谱的测定方法2、认识地物光谱反射率规律二、实习仪器1、可见红外光谱辐射计，波长0.4~1.1um。2、标准参考板（白板或灰板）三、实习步骤1、测量目标和条件的选择*环境：无严重污染，光照稳定，无卷云，风力小于3级，避开阴影和强反射体影响（测量者不穿白衣）。时间：9:30-14:30取样：选择自然状态地表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场标准板：标准板表面与被测地物的表面相平行，与观测仪器等距，并充满仪器视场。2、记录测量目标基本信息：土壤、植被、水体、人工目标、岩矿等3、记录4、安装仪器并开始测量环境参数：如地点和天气状况（风力、云量）等*采用垂直测量，接近卫星传感器状况，步骤如下：1）对标准板，读取数据Vs。2）移开标准板对地物，读取数据Vg。3）重复步骤1）2），测量5－9次，记录数据并计算平均值。4）更换目标，做好信息记录，重复1~3步骤。5）整理数据，根据公式计算反射率。*仪器安装注意事项如下：1）测量高度：仪器保持水平，与被测表面不小于1m。2）几何关系：仪器轴线与天顶的倾斜角＜2度，标准面水平放置。5、分析实测结果要求如下：1）根据计算结果，准确绘出光谱反射率曲线图（每一目标一图）2）根据所绘曲线比较不同地物光谱特征3）分析实习过程中可能引起误差的因素。6、完成实习报告：内容同上。*

遥感图像处理第一节光学原理与光学处理一、颜色视觉1、亮度对比和颜色对比（1）亮度对比：对象相对于背景的明亮程度。改变对比度，可以提高图象的视觉效果。（2）颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比。两种颜色相互影响的结果，使每种颜色会向其影响色的补色变化。在两种颜色的边界，对比现象更为明显。因此，颜色的对比会产生不同的视觉效果。

3、颜色立体（1）颜色立体：中间垂直轴代表明度；中间水平面的圆周代表色调；圆周上的半径大小代表饱和度。图4.1（2）孟赛尔颜色立体：中轴代表无色彩的明度等级；在颜色立体的水平剖面上是色调；颜色立体中央轴的水平距离代表饱和度的变化。图4.2新遥感精品\多媒体课件\yanseliti.swf二、加色法与减色法颜色相加原理三原色：若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。红、绿、蓝。互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色就称为互补色。黄和蓝、红和青、绿和品红。色度图：可以直观地表现颜色相加的原理,更准确地表现颜色混合的规律.图4.53、颜色相减原理减色过程:白色光线先后通过两块滤光片的过程.颜色相减原理:当两块滤光片组合产生颜色混合时,入射光通过每一滤光片时都减掉一部分辐射，最后通过的光是经过多次减法的结果.加色法与减色法的区别:减法三原色:黄、品红、青三、光学增强处理图像的光学增强处理方法具有精度高，反映目标地物更真实，图像目视效果好等优点，是遥感图像处理的重要方法之一。计算机图像处理的优点在于速度快、操作简单、效率高等优点，有逐步取代光学方法的趋势。

三、光学增强处理彩色合成加色法彩色合成减色法彩色合成光学增强处理光学信息的处理图像的相加和相减遥感黑白影象的假彩色编码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。

HOME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。HOME光学增强处理相关掩膜处理方法：把几何位置完全配准的原片，制成不同密度、不同反差的正片或负片，通过它们的各种不同叠加方案改变原有影像的显示效果，达到信息增强目的的方法。改变对比度：使用两张同波段同地区的负片（或正片）进行合成，一张反差适中，另一张反差较小，合成后反差一般加大，从而提高了对比度；显示动态变化：不同时相同一地区的正负片影像叠合掩膜，当被叠合影像反差相同时，凡密度发生变化的部分就是动态变化的位置。边缘突出：先将两张反差相同的正片和负片叠合，叠合配准后，再沿希望突出的线形特征的垂直方向错位。目的在于突出线形特征。HOME图像的相加和相减

（光栅滤波法）

两个图像所发出的光波在空间重叠并且同位相，则图像相加。如果两列光波在空间重叠且反相，则图像相减。HOME遥感黑白影象的假彩色编码将黑白图像经过光栅进行依次编码处理，将振幅型编码图像转换成位相型编码图像。将位相介质片放入非相干光信息处理系统的输入平面，经过白光照射，在输出平面上获得等密度的假彩色图像。假彩色编码处理卫星图像可以使单波段影像彩色化，实现图像增强效果。HOME新遥感精品\多媒体课件\caisehecheng.swf第二节数字图像的校正遥感数字图像处理：利用计算机对遥感图像及其资料进行的各种技术处理。数字图像处理的优点快捷、准确、客观地提取遥感信息适应地理信息系统的发展一、数字图像及其直方图数字图像：遥感数据有光学图像和数字图像之分。数字图像是能被计算机存储、处理和使用的用数字表示的图像。数字化：将连续的图像变化，作等间距的抽样和量化。通常是以像元的亮度值表示。数字量和模拟量的本质区别：连续变量，离散变量。数字图像的表示：矩阵函数数字图象HOME数字图像直方图：以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图。直方图的作用：直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。直方图的曲线可以反映图像的质量差异。正态分布：反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质量高。偏态分布：图像偏亮或偏暗，层次少，质量较差。小结

图像直方图是描述图像质量的可视化图表。在图像处理中，可以通过调整图像直方图的形态，改善图像显示的质量，以达到图像增强的目的。直方图TheImageHistogramInrawimagery,theusefuldataoftenpopulatesonlyasmallportionoftheavailablerangeofdigitalvalues(commonly8bitsor256levels).Contrastenhancementinvolveschangingtheoriginalvaluessothatmoreoftheavailablerangeisused,therebyincreasingthecontrastbetweentargetsandtheirbackgrounds.ThekeytounderstandingcontrastenhancementsistounderstandtheconceptofanimagehistogramAhistogramisagraphicalrepresentationofthebrightnessvaluesthatcompriseanimage.Thebrightnessvalues(i.e.0-255)aredisplayedalongthex-axisofthegraph.Thefrequencyofoccurrenceofeachofthesevaluesintheimageisshownonthey-axis.

HOME二、辐射校正（Radiometriccorrection）辐射畸变：地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时，受到传感器本身、大气辐射等其他因素的影响而发生改变。这种改变称为辐射畸变。影响辐射畸变的因素(P98)传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音。大气对辐射的影响StripingwascommoninearlyLandsatMSSdataduetovariationsanddrift

intheresponseovertimeofthesixMSSdetectors.The'drift'wasdifferentforeachofthesixdetectors,causingthesamebrightnesstoberepresenteddifferentlybyeachdetector.ThecorrectiveprocessmadearelativecorrectionamongthesixsensorstobringtheirapparentvaluesinlinewitheachotherDroppedlinesoccurwhentherearesystemserrorswhichresultinmissingordefectivedataalongascanline.Droppedlinesarenormally'corrected'byreplacingthelinewiththepixelvaluesinthelineaboveorbelow,orwiththeaverageofthetwo.大气影响的定量分析：大气的主要影响是减少了图像的对比度，使原始信号和背景信号都增加了因子，图像质量下降。大气影响的粗略校正：通过简单的方法去掉程辐射度（散射光直接进入传感器的那部分），从而改善图像质量。直方图最小值去除法回归分析法:校正的方法是将波段b中每个像元的亮度值减去a，来改善图像，去掉程辐射。

直方图最小值去除法基本思路:每幅图像上都有辐射亮度或反射亮度应为0的地区，而事实上并不等于0,说明亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。校正方法:将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值。使图像亮度动态范围得到改善，对比度增强，从而提高了图像质量。HOME三、几何校正几何畸变：遥感图像的几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等变形。P103几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等作用的结果。GeometricCorrectionAllremotesensingimageryareinherentlysubjecttogeometricdistortions.Thesedistortionsmaybeduetoseveralfactors,including:theperspectiveofthesensoroptics;themotionofthescanningsystem;themotionoftheplatform;theplatformaltitude,andvelocity;theterrainrelief;and,thecurvatureandrotationoftheEarth.

Geometriccorrectionsareintendedtocompensateforthesedistortionssothatthegeometricrepresentationoftheimagerywillbeascloseaspossibletotherealworld.

Thegeometricregistrationprocessinvolvesidentifyingtheimagecoordinates(i.e.row,column)ofseveralclearlydiscerniblepoints,calledgroundcontrolpoints(orGCPs),inthedistortedimage(A-A1toA4),andmatchingthemtotheirtruepositionsingroundcoordinates(e.g.latitude,longitude).Thetruegroundcoordinatesaretypicallymeasuredfromamap(B-B1toB4),eitherinpaperordigitalformat.1、遥感影像变形的原因遥感平台位置和运动状态变化的影响：航高、航速、俯仰、翻滚、偏航。P104地形起伏的影响：产生像点位移。地球表面曲率的影响：一是像点位置的移动；二是像元对应于地面宽度不等，距星下点愈远畸变愈大，对应地面长度越长。大气折射的影响：产生像点位移。地球自转的影响：产生影像偏离。2、几何畸变校正(P107)基本思路：把存在几何畸变的图像，纠正成符合某种地图投影的图像，且要找到新图像中每一像元的亮度值。具体步骤1）计算校正后每一点所对应原图中的位置；

2）计算每一点的亮度值。计算方法1）建立两图像像元点之间的对应关系；2）求出原图所对应点的亮度：最近邻法、双线性内插法、三次卷积内插法。2、几何畸变校正控制点的选取(P111)数目的确定:最小数目；6倍于最小数目。选择的原则易分辨、易定位的特征点：道路的交叉口，水库坝址，河流弯曲点等。特征变化大的地区应多选些。尽可能满幅均匀选取。SpatialFeatureEnhancementImageEnhancementEnhancementsareusedtomakeiteasierforvisualinterpretationandunderstandingofimagery.TheadvantageofdigitalimageryisthatitallowsustomanipulatethedigitalpixelvaluesinanimageTherearethreemaintypesofimageenhancement:ContrastenhancementSpatialfeatureenhancementMulti-imageenhancement第三节遥感数字图像增强一、彩色变换把数字图像组合转换成彩色图形，或者把各种增强或分类图像组合叠加，以彩色图像显示出来。（彩色的视觉分辨能力比黑白高）方法：假彩色密度分割；彩色合成概念：单波段黑白遥感图像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像。这种方法又叫密度分割。分层方案的确定：分层方案与地物光谱差异对应合适，可以较好地区分地物类别。处理过程效果分析1、单波段彩色变换（假彩色密度分割）处理过程输入图像显示直方图确定分割的等级数，并计算分割的间距像元亮度值转换为像元新值赋色HOME以不同的色彩表示图像的色调变化，增强了图像的显示能力同一地物或现象可能被分割成两种不同密度并以不同的颜色显示出来，或同一色彩却表示两种以上不同的地物，造成判读错误。HOME效果分析2、多波段色彩变换概念：利用计算机将同一地区不同波段的图像存放在不同通道的存储器中，并依照彩色合成原理，分别对各通道的图像进行单基色变换，在彩色屏幕上进行叠置，从而构成彩色合成图像。合成方案：彩色合成图像分为真彩色图像和假彩色图像。方法演示ColourCompositesColourCompositesAcolourcompositeisacolourimageproducedthroughopticalcombinationofmultibandimagesbyprojectionthroughfilters.TrueColourComposite:Acolourimagingprocesswherebythecolouroftheimageisthesameasthecolouroftheobjectimaged.FalseColourComposite:Acolourimagingprocesswhichproducesanimageofacolourthatdoesnotcorrespondtothetruecolourofthescene(asseenbyoureyes).TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7LandsatTM5sub-sceneshowingtheregionaroundtheAlpinforschungszentrumRudolfshütteTM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2ERDAS彩色合成演示3、HLS变换RGB模式与HLS模式将RGB模式转换成HLS模式，对于定量地表示色彩特性，以及在应用程序中实现两种表达方式的转换具有重要意义。二、对比度变换直方图与图像的质量概念：是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。将图像中过于集中的像元分布区域（亮度值分布范围）拉开扩展，扩大图像反差的对比度，增强图像表现的层次性。又叫辐射增强。方法：对比度线性变换和非线性变换。二、对比度变换线性变换：在改善图像对比度时，如果采用线性或分段线性的函数关系，那么这种变换就是线性变换。调整线性参数，改变变换效果分段式线性变换非线性变换：变换函数为非线性函数时，即为非线性变换。Alinearstretchinvolvesidentifyinglowerandupperboundsfromthehistogram(usuallytheminimumandmaximumbrightnessvaluesintheimage)andapplyingatransformationtostretchthisrangetofillthefullrange.

Thisgraphicillustratestheincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)alinearcontraststretch.Iftheinputrangeisnotuniformlydistributed.Inthiscase,ahistogram-equalisedstretchmaybebetter.Thisstretchassignsmoredisplayvalues(range)tothefrequentlyoccurringportionsofthehistogram.Inthisway,thedetailintheseareaswillbebetterenhancedrelativetothoseareasoftheoriginalhistogramwherevaluesoccurlessfrequentlyThisgraphicillustratestheratherunevenincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)ahistogramequalisedstretch.三、空间滤波以重点突出图像上某些特征为目的。滤波增强的原理:任何一个复杂的波形曲线都可以分解成具有不同频率（波长）的较为简单的波形曲线。概念:根据需要，舍弃不需要的频率曲线，选择适宜和需要的频率波形曲线，重新构成新的图像，使一些地物或现象得到突出显示。三、空间滤波空间滤波：以突出图像上的某些特征为目的，通过像元与周围相邻像元的关系，采取空间域中的邻域处理方法进行图像增强方法。图像卷积运算：在图像的左上角开一个与模板同样大小的活动窗口，图像窗口与模板像元的亮度值相乘再相加，得到新像元的灰度值。SpatialFilteringSpatialfilteringencompassesanothersetofdigitalprocessingfunctionswhichareusedtoenhancetheappearanceofanimage.Spatialfiltersaredesignedtohighlightorsuppress（抑制）specificfeaturesinanimagebasedontheirspatialfrequency.Spatialfrequencyisrelatedtotheconceptofimagetexture,andreferstothefrequencyofthevariationsintonethatappearinanimageAcommonfilteringinvolvesmovinga‘window’（活动窗口）ofafewpixelsindimension(e.g.3x3,5x5,etc.)overeachpixelintheimage,applyingamathematicalcalculationusingthepixelvaluesunderthatwindow,andreplacingthecentralpixelwiththenewvalue.ImageofCHURNFarmDaedalus1268ATMChannel3Alow-passfilter（低通滤波）

isdesignedtoemphasiselarger,homogeneousareasofsimilartoneandreducethesmallerdetailinanimage.Thus,low-passfiltersgenerallyservetosmooth（平滑）

theappearanceofanimage.

A

high-passfilter

（高通滤波）doestheopposite,andservestosharpentheappearanceoffinedetailinanimage.

Directionaloredgedetectingfiltershighlightlinearfeatures,suchasroadsorfieldboundaries.Verticaledges（垂直边缘）HorizontaledgesDirectionalEdgefilterscanalsobedesignedtoenhancefeatureswhichareorientedinspecificdirectionsandareusefulinapplicationssuchasgeology,forthedetectionoflineargeologicstructures.

1、平滑--