第三部分 遥感类别(345章)

1、第三章：可见光反射红外遥感，3.1:概述3.2:摄影系统3.3:扫描成像系统，3.1.1:遥感系统根据探测能量的波长、探测方法和应用目的可分为三种基本形式：可见光反射红外遥感、热红外遥感和微波遥感。前两种是光学遥感，属于被动遥感，微波遥感是主动遥感。可见光反射红外遥感：记录地球表面对太阳辐射的反射辐射能，其关键变量包括大气纯度、地面物体的pop特性、太阳辐射强度、太阳高度角等变量。数据采集方法一般分为摄影系统和扫描系统。热红外遥感：它记录从地球表面发出的辐射能。3.1.2光学遥感器的基本部件(1)收集器：收集地面物体的辐射能。如照相机的镜头和滤光器。(2)探测器：将辐射能转化为化学能或电能。如

2、光电二极管和感光胶片。(3)处理器：处理采集的信号。例如胶片显影和定影。(4)输出装置：输出获得的图像和数据。比如摄影胶片。3.2摄影系统摄影系统选择光学摄影波段，即紫外近红外(0 . 30 . 9米)光谱中的电磁辐射能量，并通过照相机(摄像机)直接成像。短波紫外线大部分被大气吸收和散射，但很少用于遥感。摄影系统的光谱响应范围窄，但空间分辨率高，几何完整性好，有利于精确测量和分析。3.2.1航空照片的几何特性航空照片分为倾斜照片和垂直照片。下面讨论垂直照片。1)像点位移的摄影图像是地面的中心投影，即反射光通过固定点投射到摄影面上，像点位移和图像变形是由地面的起伏、物体的高度和照片的倾斜引起的。

3、规则是它是以图像的主要点为中心的径向的，并且朝向边缘的变形越大，地形起伏越大，变形越大，正地形向外移动，负地形向内移动。2)空间分辨率空间分辨率用于表示由特定摄影系统产生的图像的光学质量，反映了在照片上辨别地面物体的能力。胶片分辨率用每毫米的行数来表示。对比度越强，分辨率越高。空间分辨率与镜头分辨率、胶片分辨率和照片比例有关。测量胶片分辨率的方法：(1)用胶片调制传递函数表示。(2)用乳剂中卤化银颗粒的粒度分布函数表示。(3)用相机/胶片系统的分辨率表示，即系统分辨率。3)航空立体成像平面携带照相机，以获得沿飞行路线的垂直航空照片。由于航拍立体像对大多用于实际应用，一般航线重叠至少为50%；横

4、向重叠为30%。在一定距离的不同位置拍摄同一目标，视差可以形成立体图像对，进而获得三维立体模型。其特点：(1)立体观察可以测量物体的相对高度。(2)立体观察有垂直夸大，垂直尺度大于水平尺度。(3)摄影图像存在几何误差，尤其是像点位移。3)航空立体成像立体对将中心投影照片经过正投影处理后转化为正投影图像，并校正摄影照片的倾斜和高度位移，3.2.2航空照片的光学性质，1)黑白全色胶片和黑白红外胶片黑白全色胶片：可对整个摄影带(0.30.9米)中的所有感光乳胶层作出响应。黑白红外胶片：它只对近红外波段的感光乳胶层有反应。2)天然彩色胶片和彩色红外胶片天然彩色胶片由红色、绿色和蓝色感光层组成。胶片对整

5、个可见光波段的光敏感，因此3.3扫描系统3.3.1光机扫描系统1)成像原理：当平台移动并旋转扫描镜以获得二维遥感数据时，光机扫描系统在垂直方向上扫描地面，也称为物面扫描系统。2)陆地卫星/移动卫星和陆地卫星是美国航天局的陆地卫星，移动卫星是一种四波段光学机械扫描仪。TM是一个专题成像仪和一个多光谱扫描仪。在波段内选择陆地卫星上的移动卫星和陆地卫星时，要考虑到在各自条件下不同类型地球资源的最大差异和监测。MSS采用可见光-近红外(0.51.1米)光谱，由四个波段组成。TM采用可见光-热红外(0.4512.5米)光谱，由七个更窄但更合适的波段组成。TM20 . 520 . 60米的绿带与MSS4(

6、0 . 50 . 6米)密切相关，MSS 4位于健康绿色植物的绿色反射率附近，对植物的绿色反射率敏感，可用于识别植物种类和评价植物生产力。它对水有一定的穿透力，能反映水下特征、水浊度、海岸泥沙流动、水下地形等。对水污染，特别是金属和化学污染有很好的研究效果。从TM7波段的数据中可以得到五个具有明确物理意义的特征变量：亮度、绿色度、湿度、透光率和热量。(3)诺阿/高级甚高分辨率辐射计和风云气象卫星诺阿是美国极地轨道气象卫星，诺阿-6号卫星装有高级甚高分辨率辐射计等5个遥感器。它包括：(1)高分辨率红外辐射探测器(2)平流层探测装置(3)微波探测装置(4)数据采集系统(5)空间环境监测；(3)风云

7、一号气象卫星是中国设计和发射的第一颗实验性极轨气象卫星。以Fy-1C为例，该卫星搭载了两台可见光和红外扫描仪AVHRR，对地扫描角为55.4。瞬时视角IFOV为1.2弧度，子卫星点的地面分辨率为1.1千米，总扫描宽度约为3000千米。4)气象卫星提供的遥感数据(1)可见光和红外云图(2)一系列气象和环境数据，如云量、云分布、大气水汽含量、臭氧含量、地球表面和大气系统发射的长波辐射等。(3)气象要素来源于气象环境数据，如由云迁移计算的高、低空风场和由海面温度分布计算的海流速度。(4)空间环境监测数据(5)资源与环境科学，如文献学、植物学、资源与环境监测、灾害监测等。3.3.2推扫扫描系统1)推扫

8、扫描系统，也称为“像面”扫描系统，使用广角光学系统在整个视场中成像。由固态光电转换元件CCD完成。它记录的光谱图像数据是沿飞行方向的旗帜。(2)SPOT/HRVSPOT是法国地球观测卫星，采用线阵传感器、推扫扫描技术和旋转平面镜，能够获得倾斜图像，具有倾斜观测能力和立体成像能力。HRV是一台高分辨率可见光扫描仪，有两种工作模式：一种是全色单波段(PA)，空间分辨率为10.73米；二是多波段(XS)，可见光和近红外波段为0.500.89米，空间分辨率为20米。SOPT产品主要分为三个等级：(1)一级经过基本辐射和几何校正后分为1A和1B。(2)二级利用地面控制点进行图像几何校正，但不校正高程位移

9、，以保持视觉效果，便于立体观察。(3)级别3使用DTM校正由高程引起的图像点的位移，并产生正交图像。此外，还有一些特殊产品，如空间分辨率为10米的“XS”4波段合成图像。3.3.3成像光谱1)概述虽然多光谱遥感(MSS/TM/SPOT)比照相遥感有许多优点，但其波段也非常有限(最多为TM7)，而且很难真正反映表面材料光谱反射和辐射特性的细微差异，识别地面物体的类型并继续科学研究。因此，产生了成像光谱仪。成像光谱仪的发展欧洲极轨道平台环境卫星的分区域观测系统有15个波段，空间分辨率为250-1000米。ADEOS卫星的GLI计划由日本开发，有34个波段。中国成像光谱仪的发展与世界同步，FIMS

10、2.02.5米红外细分光谱仪分为六个波段；先后开发了19个波段的AMSS和244个波段的PHI，空间分辨率为1.5毫拉德。目前，人们可以获得中分辨率的空间成像光谱仪MODIS。其特点是：(1)36和光谱通道(0。414.3米)；(2)大空间分辨率，CH1和CH2的最大空间分辨率为250米。(3)宽视野(4)获得的数据量大，频率高。(5)更高的辐射分辨率。2)成像光谱特征(1)高光谱分辨率(2)地图集成(3)高空间分辨率(4)辐射分辨率和信噪比(SNR)；3)数据处理和分析方法是针对成像光谱仪的，成像光谱仪的波段多、波段窄、数据量大，因此需要特殊的技术方法进行数据处理。(1)多光谱图像信息的三维

11、显示模式(2)图像-光谱转换(3)成像光谱图像的光谱曲线提取(4)光谱特征参数提取(5)基于光谱数据库的光谱匹配识别模型，第4章，热红外遥感，4.1概述4.2热辐射原理4.3热红外遥感器和辐射定标4.4热扫描图像的特征和解释，4.1.1红外光谱波段概述在发射红外波段(波长318米)， 物体有少量的能量反射，但是物体的热辐射能量大于太阳的反射能量。 热红外遥感是通过热红外探测器收集地面物体辐射的不可见热红外辐射通量，并将其转换成能量转换后的图像，供人眼观察。热红外遥感技术的发展是为了获取地面物体的热信息，从而推断地面物体的特征和环境相互作用的过程，可以应用于科学和生产。简而言之，热红外遥感是确定

12、表面温度和发射率及其应用！4.1.2热红外遥感的特点由于被遥感物体随时都在不断向外辐射热红外线，因此热红外遥感在白天或夜晚无需人工光源即可实现，是一种全天时的遥感手段。热红外遥感比可见光反射红外遥感更复杂，主要是因为：1)热红外遥感对大气的影响更复杂。它的大气效应不仅包括大气吸收和散射，还包括大气发射。2)热红外信息受地表热条件的影响，如风速、风向、气温、湿度等微气象参数、土壤参数、植被覆盖、地形等因素。3)地面物体本身的热过程是复杂的，从热辐射的能量吸收到能量发射有一个蓄热和放热的过程。4)传递热能的方式有很多(传导、对流和辐射)。各种热交换过程相互交织，这使得人们很难分解并建立与温度相关的

13、定量关系。5)热探测器获得的辐射信息包含两个重要信息，即物体的温度和指示物体辐射能力的发射率。温度和发射率的分离是热红外遥感的难点。6)热红外遥感图像的空间分辨率普遍低于可见光-近红外遥感图像，因此“混合像元”问题相当突出。4.2热辐射原理理论上讲，自然界中任何温度高于热力学温度(0K或-273)的物体都会不断向外发射电磁波，即向外辐射一定能量和波普尔分布位置的电磁波。热辐射取决于温度，温度是一种电磁波振动，以光速直接传播。4.2.1黑体辐射黑体的概念是理解热辐射的基础。黑体被定义为一个完整的吸收体和发射体，它吸收并重新发射它所接收到的所有能量它是一个无量纲单位，其值介于0和1之间。它是温度t

14、和波长下物体的辐射出射度与相同温度和波长下黑体辐射出射度的比值。2)发射率的影响因素通常，物体的发射率在很宽的温度变化范围内是一个常数，因此它通常不是温度t的函数，而是波长的函数，而波长是由材料的性质决定的。物体的发射率是其发射能力的表征，它不仅取决于表面物体的成分，还取决于表面状态(表面粗糙度等)。)和物理特性(介电常数、含水量、温度等。)并随着测量的辐射能量波长和观察角度而变化。3)发射率的测量和计算*日夜法、模型发射率/参考法、归一化发射率法(NEM :归一化发射率法)灰体发射率法、分类法、发射率定义法、热对数剩余法(ade:导数发射率法)剩余法、比率法、加权比例法、平均最大最小法、TE

15、S算法、SplidWindowMethod法、三种常用方法：主动法：教科书P109被动法：教科书P109主动和被动法：教科书P109，4它只是温度和波长的函数，与物体的性质无关。这是基尔霍夫定律。基尔霍夫定律表明，任何物体的辐射出射度与其吸收率之比等于相同温度下黑体的辐射出射度。(2)普朗克定律，其中波长/通道数为11 stradinaccount，k2=C1/5 c22 dradinaccount，k1=C2/t温度(t)弧度，绝对黑体的辐射谱对研究所有物体的辐射规律具有重要意义。普朗克在1900年引入了量子的概念，并认为辐射是不连续的量子发射。他成功地从理论上获得了绝对黑体辐射出射度随波长

16、的分布函数，这与实验完全一致。(3)维恩位移定律，也可由普朗克方程导出，表明黑体辐射谱中最强辐射的波长最大值与黑体绝对温度t成反比：maxT=bb为常数，b=2.89810-3mk，表明绝对黑体温度与对应最大辐射的波长之间的关系，(4)斯特凡玻尔兹曼定律的整个电磁波谱的总辐射发射度m，对于某一单位波长， 将波长从0到无穷大积分，即：再用普朗克公式积分，然后推导出森凡玻尔兹曼定律，即绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比。 2)热辐射传输方程，3)热红外遥感波段的选择，热红外区有35m和814m两个大气窗口。814m光谱主要用于研究表面一般物体的热辐射特性，探测常温下的温度分布，目标的温度场，并进行热图绘制。如地热调查、土壤分类、水资源调查、城市热岛、地质勘