遥感概论 教案课件

1、一、学生情况分析遥感概论这门课是土管14级本科班学生首次接触遥感知识的基础课程，之前对于遥感知识的理论内容从未涉及，只在大一时期学习过土地信息系统课程中数据源遥感图像，如遥感的物理基础、遥感数据平台、光学电磁波的内容均尚未涉及。该专业的培养方案注重学生的地理信息技能人才，本课程应按照培养方案的培养目标，启发和调动本专业同学对遥感知识的兴趣，开拓地理知识，激发同学空间研究潜力，为遥感学科储备人才。二、课程教学目标本课程的主要目的是通过学习使学生掌握遥感的基础知识，在内容上着重于遥感基本原理和方法的介绍。遥感概论课程主要介绍现代遥感技术的发展与最新成果，系统、全面地介绍遥感基本理论与基础知识和遥感

2、技术的基本原理及其应用。教学内容主要包括：遥感的基本概念，遥感的物理基础，传感器，航空遥感数据，地球资源卫星数据，微波遥感数据，热红外遥感数据，高光谱遥感数据，遥感数字图像处理基础，遥感数据预处理，遥感图像处理，遥感图像目视解译原理与方法，计算机遥感图像解译，遥感应用等。通过本课程的学习，可以为后续其它课程的学习打下良好的基础。三、课程教学内容第一章概述主要内容：遥感概念、遥感的特性、遥感的分类、遥感技术系统、遥感的几个基本术语、遥感的发展历程、遥感的现状与趋势、遥感的应用。本章重点：掌握遥感概念、遥感的特性，基本了解遥感的几个基本术语，以及遥感应用。本章无难点。第二章遥感电磁辐射基础主要内容

3、：对电磁波谱进行介绍，了解辐射的基本定律，以及太阳辐射过程，掌握太阳辐射与大气、地面的相互作用，同时介绍了三种遥感模式。本章重点：掌握太阳辐射与大气、地面的相互作用。本章难点：辐射的基本定律，太阳辐射过程。第三章传感器主要内容：了解传感器的组成、传感器的分类，掌握摄影型传感器以及扫描式传感器的知识，了解传感器的发展趋势。本章重点：摄影型传感器以及扫描式传感器，以及常见的扫描式传感器。本章难点：传感器的构造及运行原理。第四章航空遥感数据主要内容：了解航空遥感平台、航空摄影、航空像片的基本知识，及航空像片的立体观测和量测原理，掌握航空像片的目视判读方法，熟练掌握常见地物的像片判读知识。本章重点：常

4、见地物包括水体、植被、居民地、道路的判读规律。本章难点：立体观测与量测的原理。第五章地球资源卫星数据主要内容：地球资源卫星的概述，主要讲解Landsat卫星的知识，包括简介、轨道、各项卫星参数、工作系统、数据特征等方面，同时介绍了卫星遥感数据的目视判读特点及方法步骤，及常见地物的判读规律，最后列举了其它地球资源卫星数据与气象卫星数据的数据特征。本章重点：Landsat卫星有关的内容，其它地球资源卫星与气象卫星数据的介绍。本章难点：Landsat卫星数据的数据特征、工作系统。第六章微波遥感数据主要内容：了解主动微波遥感的传感器，机载侧视雷达的遥感系统，以及星载雷达遥感系统的基本参数，掌握雷达的特

5、点，了解激光雷达的基本知识。本章重点：雷达图像的亮度、波长、穿透力、极化及几何特性，图像的辐射特征。本章难点：雷达的特点。第七章热红外遥感数据主要内容：了解热红外遥感原理，热红外遥感图像特征与解译，热容量制图系统的简介，掌握Landsat TM热红外数据基础知识，热红外遥感数据的应用。本章重点：掌握Landsat TM热红外数据基础知识，热红外遥感数据的应用。本章难点：热红外遥感原理，热红外遥感的辐射定标。第八章  高光谱遥感数据主要内容：了解高光谱遥感数据的概述，基本概念和高光谱遥感原理，了解高光谱遥感的传感器，掌握高光谱遥感影像分析技术原理及应用。本

6、章重点：高光谱遥感影像分析技术，高光谱遥感的应用。本章难点：高光谱遥感原理及传感器工作原理，混合光谱分解技术。第九章遥感数字图像处理基础主要内容：掌握遥感数字数据各种存储格式，图像输入与输出，数字图像的统计特征，了解遥感图像的处理软件。本章重点：遥感数字数据的存储格式，图像的统计特征。本章难点：各存储格式的差别。第十章遥感数据预处理主要内容：掌握遥感数字数据特征提取内容及方法，熟练掌握辐射预处理的原理及辐射校正方法，几何误差类型和几何校正原理及方法，校正地面控制点的选取，卫星影像的地图投影，掌握数据融合的几种常用方法。本章重点：辐射校正方法、几何校正方法、地图投影原理、数据融合方法。本章难点：

7、辐射误差和几何误差形成原因，数据融合方法的原理。第十一章遥感图像的增强处理主要内容：了解遥感图像的彩色合成，图像中直方图对比度调整的各种变换方法，单波段黑白遥感图像的密度分割与灰度颠倒，掌握几种领域法增强处理方法的作用原理，及图像间灰度值运算基本原理，掌握以Landsat TM为例的多波段压缩处理方法。本章重点：遥感图像的领域法增强处理，主成分分析法与缨帽变换方法压缩多波段冗余信息。本章难点：密度分割与灰度颠倒原理，领域法增强处理方法的作用原理。第十二章遥感图像的分类主要内容：了解遥感影像分类器的基本介绍，遥感图像的信息类别与光谱类别，熟练掌握非监督分类的特点、方法、运行步骤，监督分

8、类的特点，监督分类训练区选择原则与步骤，监督分类的方法原理及一般步骤，掌握其它分类方法及分类策略，了解分类中应用的辅助数据类型，图像分类的有关问题。本章重点：非监督分类方法，监督分类方法及一般步骤。本章难点：监督分类方法原理，其它分类方法。第十三章分类精度评价主要内容：了解精度的概念与意义，掌握分类误差的来源，误差特征，熟练掌握精度评价方法及误差矩阵的应用。本章重点：精度评价方法及误差矩阵的应用。本章难点：精度评价方法原理，误差矩阵的比较分析。第一讲：概述 一、教学目标1.掌握遥感概念、遥感的特性、遥感技术系统2.了解遥感的几个基本术语、遥感的发展历程、遥感的现状与趋势3.了解遥感的

9、应用二、重点与难点分析1.重点：理解遥感概念，了解遥感的特性和遥感技术系统2.难点：无三、教学内容与教学过程1.进行自我介绍姓名，联系方式，专业方向。建议学生用电子邮件方式联系。2.进行课程简介介绍课程的学习目标、参考书及资料、课程教学目标和内容框架、学习方法、作业与实验、考核方式、上课时间与地点等情况，研究性学习的安排。强调本课程与相关课程的关系。教学提示：考核方式为平时占10 %，实验报告占30%，期末笔试占60% 。研究性学习任务部分章节会布置，采用分组完成的方式，承接任务的小组或个人应提供本任务的分工、研究结果和收获。3. 演示“第一讲”PPT课件，进入主题。(1)

10、 解释名词。遥感：遥感（Remote sensing），即遥远的感知，是指不接触目标物用探测仪器接受目标物的电磁波并记录下来，根据其数据处理结果对目标物进行识别、分析、测定、解译的一门技术。相应的英文介绍："The acquisition andmeasurement of data/information on some property(ies) of a phenomenon, object,or material by a recording device not in physical, intimate contact with thefeature(s) un

11、der surveillance"遥感一词，最早是1960年由美国海军研究局的艾弗林.普鲁伊特所使用，1962式使用，最早是指非摄影的方式取得目标物的数据或图像，后来将摄影和非摄影的方式均包括在内。概念按照广义和狭义分别介绍：广义遥感：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。狭义遥感：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。教学提示：遥感即遥远的感知，英文名称为RemoteSensing。利用911前后的纽约世贸中心和汶川地震前后北川的遥感图，解释遥感图

12、前后的差异。(2) 解释遥感的特性共有3个特性，分别为空间特性、时相特性、波谱特性，其中：1.      空间特性是宏观性，大尺度观测1：1万航空像片可以表示2.3km×2.3km范围的地面，连续拍摄的航空像片又可以镶嵌为更大的区域，而卫星影像能覆盖更大的范围，例如Landsat5卫星能扫描地面185km×185km的范围，图上是一景TM数据，而左下角是滁州市的位置，形象表示TM一景所覆盖大小。2.      时相特性是周期成像，动态监测Land

13、sat5每天环绕地球14.5圈，覆盖地球一遍所需时间16天，如果两颗卫星同时运行，只需8天，气象卫星的周期更短，只有0.5天。航空像片则需要联系飞行机构安排飞行拍摄任务。前面所看到的遥感图正是动态监测最好的例子。3.      波谱特性是波谱段广，观测范围大目前遥感能探测的电磁波段有紫外线、可见光、红外线、微波。教学提示：以上优势决定了遥感具有信息量巨大、受地面限制条件少、经济效益好、用途广等优势。(3)介绍遥感的分类1 按遥感对象分（1）宇宙遥感以外太空其它星体为感测对象（2）地球遥感地球表层环境环境遥感；在环境遥感中若地

14、球表层资源为对象称为资源遥感2 按遥感平台分（1）航天遥感  平台H>150km 火箭、人造卫星、飞船、航天飞机等（2）航空遥感  平台1km<H<12km  普通飞机、气球、飞艇等（3）地面遥感  平台贴近地面遥感车、遥感塔、“远洋测量船”、三脚架等3 按遥感媒介分（1）电磁波遥感常用的电磁波波段是紫外、可见光、红外和微波等（2）声波遥感潜水艇的声纳技术、探测珍贵鱼群的回游路线和迁徙规律（3）重力场遥感地质探矿，通过重力值的变化来推断地层中是否有某种元素富积（4）地

15、震波遥感 4 按遥感器的工作方式分（1）被动遥感遥感本身并不发射任何人工探测信号，只是被动接收来自于目标的信号，从而实现对目标性质、数量、空间位置等特征进行识别的遥感方式，例如：“无源遥感”，如中午拍照。（2）主动遥感遥感器发射人工探测信号，到达目标后信号反射回来被传感器接收从而对目标性质、数量、空间位置进行识别的遥感方式。如，夜晚拍照通常要在相机上装闪光灯。主要是“微波遥感”。5 按遥感获取的数据形式分（1）成像方式遥感（能获得目标的图像Image，图形Graphics）A 摄影方式，照相机B 扫描方式，TM与雷达（2）非成像方式遥感（不能获

16、得目标物的图像，常是一些曲线，如气象中温度辐射计）6 按应用领域分地质、农业、林业、草原、水文、测绘、环境、灾害、城市、海洋、大气、军事等。(4) 介绍遥感技术系统1遥感平台(Platform)：搭载遥感仪器的装置，如：汽车，汽球，飞机，卫星等。地面平台：主要指用于安置传感器的三脚架、遥感塔、遥感车等，高度在100米以下。航空平台：指高度在12千米以内的飞机和气球。航天平台：指高度在150千米以上的人造地球卫星、宇宙飞船、空间轨道站和航天飞机等。人造地球卫星：1、低高度/短寿命（150-350km，几天到几十天）；2、中高度/长寿命（350-1800km，3-5年）；3、高

17、高度/长寿命（36000km，10年以上）。2传感器(Remote sensor)：接收，记录和传送遥感信息的装置，如，照相机，摄像机，扫描仪。传感器也称遥感器或者探测器，是远距离感测和记录地物环境辐射或反射电磁能量的遥感仪器。根据记录方式不同，主要分为成像方式和非成像方式两类。传感器一般由信息收集、探测系统、信息处理和信息输出4部分组成。3遥感信息的获取与接收(Acquisition)：通过传感器，如扫描仪，摄影机等接收或记录目标物的电磁波。传感器可以装载在地面（如车载），空中或空间等遥感平台上。记录在传感器介质上的电磁波信息传输给地面的接受站接受。如美国陆地资源卫星(landsat)的地面

18、接收站。4遥感信息的处理(ImageProcessing)：为了便于应用接收到的电磁波数字信息通过计算机要进行一系列的处理，如几何和大气校正，图像的增强，变换，融合等。专用的遥感图像处理软件有ERDAS，ENVI，PCI等。5遥感信息的应用(Application)：根据遥感信息的特点和应用的目的，遥感信息的应用十分广泛。在国土资源（土地利用，地质勘探，农林资源监测），测绘，军事，城镇规划，环境监测，交通运输，海洋，水文等许多方面都有应用。 (5) 介绍遥感的几个基本术语1地物光谱差异：不同地面地面物体反射或发射能量之间的光谱差异，如玉米和小麦的光谱特征差异；不同地面物体反

19、射或发射能量随波长变化，如多波段图像识别地物；不同时期地物的反射或发射能量之间的光谱差异，如农作物的物候时期光谱变化。2辐射记录差异：传感器对物体和目标地物的亮度差异的记录。3空间分辨差异：空间分辨率决定了影像的空间细节水平。取决于传感器、成像高度、地面景观的空间复杂度。4几何误差：由于传感器镜头的观察角度、扫描仪的运动，地形起伏和地球的曲率造成的，遥感器获得影像与地面景观不能形成一致的几何关系，存在位置误差。5像片格式与数字格式的可转换性6遥感成像系统：成像系统中包括镜头，胶片。7大气作用：所有能量达到遥感仪器前都经过了大气的衰减作用。教学提示：像片格式与数字格式分别用例子来阐述。(6)简述

20、遥感的发展历程遥感最初是随着望远镜，摄影技术，航空和航天技术以及电子和计算机技术的发展而发展起来的。1608年和1609年的汉斯.李波尔的第一架望远镜和伽里略的放大望远镜。无记录时期1839年法国人达盖尔发明了第一台可携式木箱照相机。开始了有记录时期。1858年纳乔士用气球上的照相机拍摄了巴黎的鸟瞰图。开始了空中摄影。1860年美国人华莱士乘气球拍摄了波士顿市。1903年莱特兄弟发明了世界第一架飞机。1909年威尔伯赖特（Wilber Wright）在飞机上拍摄了最早的航拍照片，从空中鸟瞰一座叫做森托切利的意大利城镇。1913年航空摄影用于油田测量。此后航空摄影技术逐渐用于农业，林业，矿业，城

21、市规划等其它领域。二次大战航空摄影技术广泛用于军事侦察，并得到了迅速的发展。航天遥感是伴随着人造卫星的上天而发展起来的。1957年前苏联发射了世界上第一个人造卫星。开始了航天遥感。1960年美国的太阳同步气象卫星。1972年美国的陆地资源卫星（landsat）。1986年法国的spot资源卫星。90年代以后高分辨率的遥感卫星，如ikonos、quickbird等相继出现，分辨率可达到米级以下。与此同时相应的计算机图像处理软件的出现。发展历程阶段分为：摄影术阶段、空中气球摄影阶段、飞机摄影阶段、航空遥感阶段、卫星遥感阶段。中国的遥感发展简况：我国的遥感技术始于上个世纪30年代，以航空摄影为主。上

22、世纪50年代引入前苏联的航空摄影技术，航空遥感测量和监测在我国开始广泛应用。上世纪70年代以后，开始对应用于各种遥感平台的各种传感器进行了广泛深入的研究，如多光谱扫描仪，红外照相机，成像光谱仪，雷达微波技术。1970年我国发射了“东方红一号”人造卫星，标志着我国自主研发的航天遥感技术的到来。1988年发射了我国第一颗气象卫星“风云一号”。1999年又发射了“中巴资源卫星”在此期间航空航天遥感技术在气象、国土资源、环境、地质勘探，水利，海洋、农业、林业、地质、交通、城市规划、军事等许多方面都有全方位的应用和研究。(7)遥感的现状与趋势1多分辨率多遥感平台并存，空间分辨率、时间分辨率及光谱分辨率普

23、遍提高全色0.85m，多光谱3.330m的多空间分辨率。美国的ORBVIEW可获取1m精度，美国EOS卫星的MODIS-N有35个波段，美国NOAA的单颗卫星每天对同一区域可观测2次。2微波遥感、高光谱遥感迅速发展微波遥感技术是近十年发展起来的具有良好应用前景的主动式探测方法，具有穿透性强、不受天气影响的特性，可全天时、全天候工作。成像雷达、激光雷达。能探测宽波段遥感中不能探测的物质。有高光谱仪的卫星为EO-1、MERIS、ADEOS-2、ORBVIEW4。3遥感的综合应用不断深化4商业遥感时代到来(8)遥感的应用1农林方面的应用：农作物类型区分、种植面积的估算、农作物长势和病虫害动态监测、作

24、物估产、土地资源与肥力监测、森林、草场资源的清查、评价和调控、森林、草场的火灾和病虫害动态监测。2地质、矿产方面的应用：成矿条件的地质分析、指导矿产普查勘探的方向、预估矿区的发展前景。在工程地质、水文地质、石油地质以及地震地质等方面均有应用。3水文、海洋方面的应用：水资源调查、水资源动态研究、冰雪研究以及海洋研究等。其中海洋研究，例如渔业资源调查，海岸带地质地貌分类、海岸带资源开发、滩涂面积、海岸线长度量算。4环境保护方面的应用：大气污染监测、土地污染监测、赤潮监测、海洋污染监测、其它污染监测。5测绘方面的应用：地形图测绘、专题地图的编绘作用。6地理学方面的应用：获取地理空间信息和定量数据、为

25、规划制图和空间分析、获取全球信息、遥感考古、城市规划、旅游规划、环境规划等。3S技术的密切结合，共同作用。4. 教学小结本讲首先介绍了本课程的基本情况与要求，介绍了遥感的有关概念、特性和分类，并通过图片的形式直观地介绍了遥感的应用。 第二讲：遥感电磁辐射基础 一、教学目标1.       对电磁波谱进行介绍，了解辐射的基本定律，以及太阳辐射过程2.       掌握太阳辐射与大气、地面的相互作用3.  &#

26、160;    了解三种遥感模式二、重点与难点分析重点：掌握太阳辐射与大气、地面的相互作用难点：辐射的基本定律，太阳辐射过程三、教学内容与教学过程1.电磁波谱与电磁辐射(1)     波：振动的传播，质点在平衡位置振动而能量向前传播，如抖动绳索产生的波。如果质点的振动方向与波的传播方向相同，称为纵波。如果质点的振动方向与波的传播方向垂直，称为横波。(2)     电磁波：电磁振动的传播，交互变化的电磁场在空间的传播。当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋

27、电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波，其方向是由电磁振荡向各个不同方向传播的。按电磁波在真空中传播的波长或频率、递增或递减依次排列为一个序谱，将此序谱称为电磁波谱。电磁波谱按波长从小到大（或按频率从高到低）排列，可以划分为咖吗射线、x射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波。教学提示：遥感中较多地使用可见光、红外和微波波段，特别是可见光近红外波段。(3)     各波段的主要特性紫外线：波长范围为0.010.38m，太阳光谱中，只有0.30.38m波长的光到达地面，且探测高度在2000 m以下。可见光：波长范围：0

28、.380.76m，人眼对可见光有敏锐的感觉。红外线：波长范围为0.761000m，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。微波：波长范围为1 mm1 m，对云层、地表植被、松散沙层和干燥冰雪有一定的穿透能力。伽马射线和X射线属于能量高、穿透能力强的电磁辐射。无线电波主要用于广播、通讯等方面。3.红外线的划分近红外：0.763.0µm，与可见光相似，所以又称光红外。中红外：3.06.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。远红外：6.015.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。超远红外：15.01000µm，多被大气吸收，遥感

29、探测器一般无法探测。4.电磁辐射的度量1辐射源：广义：任何物体；狭义：太阳及发热、发光物体。2辐射测量：辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位：J辐射通量（ ）：=dW/dt  单位时间内通过某一面积的辐射能量。辐射通量密度：E=d/ds（w/s²）单位时间内通过单位面积的辐射能量。辐照度（I）：I=d/ds（w/s²），是在某一指定表面上单位面积上所接受的辐射通量。辐射出射度（M）：M=d/ds（w/s²），辐射源物体表面单位面积的辐射通量。辐照度和辐射出射度都是辐射通量密度的概念，不过，I为物体接受的辐射，M为物体发出的辐射，它们都

30、与波长有关。辐射亮度（L）：面辐射源上某点在一定方向上的辐射强弱的度量，具体是指辐射源在某一方向上，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量。L=/（Acos）其中=s/R²，说明：立体角，单位是球面度，无量纲；s为与球半径垂直的某小面元的面积，R为球半径。方向看到的源面积是A的投影面积 即为Acos。辐射源向外辐射电磁波时，L往往随角而改变，也就是说，接收辐射的观察者以不同的角观察辐射源时，L值不同。辐射亮度（L）与观察角（）无关的辐射源，称为郎伯源。5.黑体辐射绝对黑体：吸收任何波长电磁辐射的物体，简称黑体。绝对黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的绝对黑体。6.黑体辐射

31、定律1普朗克辐射定律2斯蒂芬玻尔兹曼定律3维恩位移定律4基尔霍夫（Kirchho)辐射定律教学提示：实际物体辐射中，把实际物体看作是辐射源研究其辐射特性，是将其与绝对黑体进行比较。7. 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳辐射实际上就是太阳光。它通过地球大气层照射到地面，经过地面物体反射后又返回，再经过大气到达传感器，而这时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射到达地球大气上空时的辐射强度相比已经有了很大的变化。1太阳辐射太阳常数：不受大气影响，在距离一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。太阳光谱曲线：在大气上界测得的太阳

32、辐射光谱曲线为平滑的连续的光谱曲线，它近似于6000K的黑体辐射曲线。2太阳辐射特征太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；太阳辐射的能量主要集中在可见光；到达地面的太阳辐射主要集中在近紫外、可见光、近红外和中红外；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的。教学提示：太阳辐射从近紫外到中红外这一波段区间能量最为集中而且稳定性最好。这也是遥感特别是被动遥感利用的主要电磁波谱。3大气成分大气主要由分子和其他微粒组成。分子主要有：N2和O2 约占99%、O3、CO2、H2O及其他。微粒主要有：烟、尘埃、雾霾、小水滴及气溶胶，等等。4大气散射散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而使

33、传播方向改变，并向各个方向散开的现象。散射使原传播方向的辐射强度减弱，而增加其他方向的辐射。从遥感角度看，太阳辐射在照到地面又反射到传感器的过程中，二次通过大气。在照到地面时，由于散射增加了漫入射的成分，使反射的辐射成分有所改变。在返回传感器时，除反射光之外还增加了散射光进入传感器。增加了信号噪声，影响遥感影象质量。瑞利散射（原子和分子）：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射。主要影响可见光和近红外波段。接瑞利散射：晴空天蓝，就是因为蓝光波长短、散射强度大，蓝光向四面八方散射使整个天空蔚蓝。米氏散射（微粒）：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。主要有大气中的微粒、如烟、尘埃、

34、气溶胶等引起。对于近紫外和红外线波段都有影响。波长进入红外线波段后，米氏散射超过瑞利散射。无选择性散射：当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射。其特点是散射强度与波长无关。5大气反射电磁波传播过程中，若通过两种介质的交界面，还会出现反射现象（镜面反射和漫反射）。主要是大气中的云层，大的尘埃。云量越多、云层越厚，反射越强。6大气窗口通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的电磁波段。也就是能够为遥感所利用的波段。8.太阳辐射与地面的相互作用概念：地面物体类别不同，其反射、发射电磁波谱的特性和特征也不尽相同。这些特征和特性就称之为地物波谱特征。反射率：= P/P0×100%。

35、物体反射的辐射能量P占总入射能量P0的百分比。不同物体的反射率是不一样的。这主要取决于物体表面的性质。因此地物波谱特征是整个遥感的基础。反射率的特性：不同物体的反射率不同；地物在不同波段的反射率是不同的；反射率是可以测定的；反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。植被在可见光波段有一个小的反射峰，在近红外波段有一突起峰值，叶绿素对绿色反射作用强，对红色和兰色吸收强，因此常处理为红色。反射光谱曲线：以波长作为横坐标，反射率作为纵坐标，将地物反射率随波长的变化绘制成曲线，即地物的反射率随波长变化的曲线，叫地物的反射光谱曲线。不同地物的该曲线是不同的。9. 常见地物的光谱曲线1植被光

36、谱曲线呈现明显的双峰双谷的特点。2水体光谱曲线水体的反射率总体很低，小于10%，远低于其他大多数地物。因此，遥感影像上水体或湿地都呈现为深色调甚至黑色。3土壤光谱曲线土壤表面反射光谱曲线都比较平滑，没有明显的峰谷。土质越细反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低。4岩石光谱曲线岩石的反射光谱曲线都较平缓，没有明显的波段起伏。受矿物成分、矿物含量、风化程度、含水状况、颗粒大小、表面光滑程度、色泽等影响，反射率的值相差很大。9.透射作用太阳辐射到达地面时，能穿透地面一定深度，这种现象叫透射。自然界绝大多数地物对可见光没有透射能力。红外线只对具有半导体特性的地物，才有一定的透射能力。微波对地

37、物具有明显的透射能力，其透射深度由入射微波的波长决定。水体对可见光波段的电磁波透射能力较强。10.三种遥感模式依据传感器探测能量的波长和研究需要：(1)可见光/近红外遥感：传感器记录地球表面反射太阳辐射的能量，此类遥感主要集中在可见光和近红外波段(2)热红外遥感：传感器记录地表自身所发射的辐射能量，此类遥感主要集中在热红外波段(3)主动遥感：传感器自身发射出能量，然后探测并记录地表对该能量的反射  第三讲：传感器 一、教学目标1.掌握传感器的组成、分类知识2.了解传感器的发展趋势二、重点与难点分析1.重点：掌握传感器的分类情况及各类传感器的基础知识，摄影型传感器、

38、扫描式传感器，以及常见的扫描式传感器2.难点：各类传感器运行原理及其数据获取的成像原理和方式三、教学内容与教学过程1.传感器的组成传感器基本上都由收集器、探测器、处理器、输出器等4部分组成。传感器对电磁波波段的响应能力、空间分辨率及图像的几何特性、传感器获取地物电磁波信息量的大小和可靠程度等性能决定了遥感的能力。收集器：收集来自目标地物的电磁波能量。如航空摄像机的透镜、扫描仪的反射镜等。对于多波段，还需要进行分光处理，即把光分解成不同波长的波段范围。探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。如摄影感光胶片、光电晶体管等光敏探测元件和热敏探测元件。处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。如

39、胶片显影及定影、电信号的放大处理、滤波、调制、变换等。输出器：输出获得的图像、数据。如摄影胶片、磁带记录仪、扫描仪等。2.传感器的分类传感器的种类很多，分类的方式也多种多样，常见以下几种：(1)按传感器工作方式可分为主动式和被动式传感器。如合成孔径雷达和摄影相机、多光谱扫描仪；(2)按传感器记录方式可分为成像方式和非成像方式传感器。成像方式的传感器把地物的电磁波能量强度用图像的形式表示，如：航空摄像机、扫描仪、成像光谱仪和成像雷达；非成像方式的传感器把所探测到的地物电磁波能量强度用数字或曲线图形表示，如：辐射计、红外辐射计、微波辐射计等；(3)按成像原理和所获取图像的性质不同，分为摄影方式、扫

40、描方式和雷达传感器等。摄影方式按感光胶片性质不同分为黑白、彩色、红外、彩红外和多波段摄影等；扫描方式按扫描成像的方式分为光机扫描仪、推帚式扫描仪和成像光谱仪；雷达按天线形式又分为真实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达。3. 摄影型传感器常用的航空摄影机常见的摄影机有分幅式摄影机、全景式摄影机、多光谱摄影机、数码摄影机。A.    分幅式摄影机：一次曝光得到目标物一幅相片，主要用于遥感探测和制图。视场角：以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物象可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。常角：50°-70°；宽角：70&

41、#176;-105°；特宽角：105°-135°。视场角愈大，地面覆盖范围愈大。焦距：也称为焦长，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜中心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片光学中心到底片、CCD或CMOS等成像平面的距离。具有短焦距的光学系统比长焦距的光学系统有更佳聚集光的能力。短焦距：100mm；中焦距：100-200mm，航空摄影机的焦距：150mm；长焦距：200mm，航天摄影机的焦距：300mm，甚至1000mm。像幅：像片的构像幅面尺寸。通常：575px×575px和450px×450px；小相幅：60mm

42、15;60mm；大相幅：575px×1150px。光学分辨率：指扫描仪物理器件所具有的真实分辨率。遥感摄影机镜头中心的光学分辨率通常在70-100线对/mm。摄影机的焦距和光学分辨率是决定摄影像片质量和性能的关键因子。B.     全景式摄影机又称扫描式摄影机。缝隙式摄影机：通过焦平面前方设置的与飞行方向垂直的狭缝快门获取横向的狭带影像；镜头转动式摄影机：一种是转动镜头的物镜：狭缝设在物镜筒的后端，随着物镜筒的转动，在后方弧形胶片上聚焦成像，另一种是用棱镜镜头转动、连续卷片成像。C.    &#

43、160;  多光谱摄影机多相机组合型：将几架相机同时组装在一个平台上，每架相机配置不同的滤光片和胶片，用以获取同一地物不同波段的影像。多镜头组合型：在同一架相机上装置多个镜头，配置不同波长的滤光片，在一张大胶片上拍摄同一地物不同波长的影像。光束分离型：用一个镜头，通过二向反射镜或光栅分光，将不同波段在个像平面或焦平面上记录影像。可同时直接获取可见光和近红外范围内若干个分波段影像。D.      数码摄影机一次曝光得到目标物一幅像片，记录介质为光敏电子器件，如：CCD（Charge CoupledDevice，电子耦

44、合装置）。可同时直接获取可见光和近红外范围内若干个分波段影像。目前较新型的航摄仪还带有GPS自动导航和GPS控制的摄影系统，它能自动控制飞机按预先设计的航线飞行和控制摄影机按时曝光，并能及时记录曝光时刻的摄站坐标，精度约为250px。(4)航空摄影机需解决的问题a)      由于外界真空和摄影机大气之间的差异，会造成窗口变形。再者舱内的合成材料挥发出的沉淀物，会附着于窗口上，降低图像质量。必须选择表面质量、光学均匀性和抗弯强度极好的玻璃作为窗口，并有清除窗口污染的装置；b)     

45、 摄影机在空间摄影地区的地理经纬度相差很大，太阳高度角各不相同，且不同地区的地物反射能力也不尽相同。为了随时得到合适的曝光量，必须装备自动暴光控制装置；c)      摄影机在空间工作时的环境温度变化（如卫星向阳和背阳会使相机内部温差大），会直接影响光学系统的性质，改变焦面位置和胶片灵敏度，如温度变化而导致内压力变化，使物镜焦面产生变化，使胶片溶剂挥发产生静电现象和导致窗口结晶等。控制窗口内合适的温度、压力和湿度，尽量减少这些因素对空间摄影机光学系统的影响；d)     由于

46、星体的快速移动、平台高度大，须采用高感光度的胶片；e)      为了补偿胶片变形，一般带有格网摄影。4.扫描式传感器由于受胶片感光范围的限制，摄影像片一般仅能记录波长在1.1um以内的电磁波辐射能量。另外，由于在航天遥感时采用摄影型相机的卫星所带的胶片有限，这类遥感卫星工作寿命也较短。扫描方式：探测可见光至红外线，并用专门的光敏或热敏探测器把收集到的地物电磁波能量变成电信号记录下来，之后通过无线电向地面发送，来实现遥感信息的实时传输。扫描成像：探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特征

47、信息，形成一定谱段的二维图像。(1)常见的扫描式传感器光机扫描仪、推帚式扫描仪（CCD固体扫描仪）、高光谱传感器、侧视雷达传感器。扫描成像可探测波段包括：紫外、红外、可见光和微波波段。扫描成像的方式：分离探测器和扫描镜的光/机扫描成像；线性阵列的固体自扫描成像；线阵或面阵高光谱成像光谱扫描成像。A.      光机扫描仪光机扫描仪是借助于遥感平台沿飞行方向运动和传感器本身光学机械横向扫描达到地面覆盖、得到地面条带图像的成像装置。主要有多光谱扫描仪（MSS）和红外扫描仪两种，它们主要由收集器、分光器、探测器、处理器和输出器等几部分组成。

48、依靠机械传动装置使镜头摆动，通过遥感平台的运动，形成对目标地物的逐点、逐行扫描。然后，探测元件把接受到的电磁波能量转换成电信号，在磁介质上记录或再经电/光转换成为光能量，在设置于焦平面的胶片上形成影像。扫描仪可分为单波段和多波谱两种。工作原理：扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运动而摆动，依次对地面进行扫描，地面物体的辐射波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开，再聚焦到感受不同波长的探测元件上。B.       推帚式扫描仪推帚式扫描仪是把多CCD探测元件按线性排列方式，装置成与卫星前进方向垂直，而且

49、探测元件的数目等于扫描线上的像元数，沿卫星前进方向推帚式扫描成像。CCD扫描仪按其探测器的排列形式不同，分为线阵列扫描仪和面阵扫描仪两种。固体自扫描成像：用固定的探测元件，通过遥感平台的运动，对目标地物进行扫描的一种成像方式。探测元件一般采用：电子藕合器件（CCD），是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件。具有感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、灵敏度高、动耗小、寿命长、可靠性高等优点；探测元件数目越多，体积越小，分辨率就越高。电子藕合器件CCD逐步替代光学机械扫描系统。C.       高

50、光谱传感器多波段扫描仪（MSS、TM）将可见光和近红外波段分割成几个到十几个波段，较摄影遥感（单波段或少量波段）有许多优势。但是十分有限的波段、较宽的波段间隔均难以真实地反映地物的光谱反射特性的细微差异。成像技术和光谱技术是两门不同的科学技术，前者针对目标的空间维信息，而后者针对的是光谱维信息。传统的多光谱遥感可以获得观测目标的面上信息，即空间信息，但仅能获得少数几个离散波段的光谱信息；另一方面，以超精细光谱分辨率为特点的地面光谱辐射计虽然能获得目标详尽的光谱信息，但只能进行点上的光谱测量，无法成像。成像光谱技术将传统的二维成像遥感技术与光谱技术有机地结合在一起，有效地解决了传统科学领域“成像

51、无光谱”和“光谱不成像的矛盾”。高光谱成像扫描仪的特点：高光谱成像仪是遥感进展的新技术，其图像是多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成，光谱波段覆盖了可见光、近红外、中红外和热红外区域全部光谱带；光谱仪成像时多采用扫描式和推帚式，可以收集200或200以上波段的数据。使图像中的每一像元均得到连续的反射率曲线，而不像其他一般传统的成像光谱仪在波段之间存在间隔。D.      侧视雷达传感器侧视雷达（side lookingradar）属于主动式遥感传感器。成像时雷达本身发射一定波长的电磁波波束，然后接收该波束被目标地物发射回的信号，

52、从而探测目标地物的特性。侧视雷达发射的波长主要在微波范围内，因此雷达图像又叫微波图像。侧视雷达分为真实孔径侧视雷达（SLAR）和合成孔径侧视雷达（SAR）两种。通过传感器，获取目标地物在1mm1m光谱范围内发射或反射的电磁辐射，以此为依据，通过判读处理来识别地物的技术。微波遥感的分类：（1）主动微波遥感：通过向目标地物发射微波并接受起其后向散射信号，以此为依据，通过判读处理来识别地物的技术。主要传感器为雷达、侧视雷达和合成孔径雷达。（2）被动微波遥感：通过传感器<微波辐射计>，接受地面目标反射或发射的微波信息，以此为依据，通过判读处理来识别地物的技术。微波遥感的特点：全天候、全天时

53、，对地物有特殊的波谱特征（地物表面、结构），精确的测量、表面穿透能力。5.传感器的发展趋势1)       更高分辨率传感器2)       更精细的光谱分辨率传感器3)       多波段、多极化、多模式合成孔径卫星雷达传感器4)       可进行立体观测和测量的传感器  第四讲：航空遥感数据&

54、#160;一、教学目标1.掌握航空遥感平台的类型2.掌握航空摄影的类型、航空像片的基础知识，以及掌握航空像片的立体观测与立体量测的原理3.熟练掌握目视判读和像片判读的基本知识二、重点与难点分析1.重点：掌握航片目视判读的标志、方法和步骤，以及熟练掌握常见地物的像片判读2.难点：航空像片立体观察的原理，用立体镜像对立体观察，以及航片的立体量测原理三、教学内容与教学过程航空遥感是指以飞机或气球为平台所进行的遥感。航空遥感主要特点是灵活性大、资料回收方便、图像分辨率高，同时也不受地面条件限制。1.航空遥感平台航空遥感平台一般在海拔12km以下的大气（平流层、对流层），主要包括气球和飞机两种。气球：低

55、空气球：发送到对流层中的气球。大多数可人工控制在空中固定位置上进行遥感。用绳子拴着的气球叫系留气球，可升至地面上空5km处；高空气球：发送到平流层中的气球。大多是自由漂移的，可升至1240km。飞机：按飞行高度不同，低空飞机：高度在2000m以下。利用它能获得大比例尺、中比例尺航空遥感图像。直升飞机可以低至10m，遥感实验时，飞机一般在10001500m高度范围内飞行；中空飞机：高度在20006000m，通常遥感实验时的飞行高度在3000m以上。一般用它获得中小比例尺的航空遥感图像；高空飞机：高度在1200030000m，有人驾驶机飞行高度一般在12000m左   

56、;             右，无人机可达2000030000m高度。2.航空摄影航空摄影机是航空遥感的传感器，一般安装在飞机平台上，从空中对地面进行像片拍摄。航空摄影机的种类主要有四种，即单镜头框幅航空摄影机、多镜头框幅航空摄影机、条带航空摄影机和全景航空摄影机。其中以单镜头航空摄影机最为常用。l  航空摄影的类型：(1)按航摄倾角分类航空摄影机主光轴与通过镜头中心的铅垂线之间的夹角。倾斜角小于3度的为垂直摄影，是获取航空遥感图像的主要方法。倾

57、斜角大于3度的为倾斜摄影。(2)按摄影实施方式分类单片摄影单航线摄影：航向重叠应达到60%面积摄影（多航线摄影）：同向重叠60%-53%，相邻重叠30%-15%。(3)按感光片和波段分类普通黑白摄影，对可见光内的各色光都能感光，我国早期为测制国家基本地形图航摄方式；黑白红外摄影，对可见光、近红外感光，对水体植被反应灵敏，像片具有较高的反差和分辨率；天然彩色摄影，图像更清晰，提高了影像判读精度；彩色红外摄影，对可见光、近红外感光，色彩鲜艳，适合城市航空摄影。(4)按比例尺分类大比例尺航空摄影：所获像片比例尺大于1l0000，用于小范围全面详细调查或专题调查编图，城市详细规划和大比例尺制图；中比例

58、尺航空摄影：像片比例尺为110000130000，用于大范围普查和专题制图，城市综合调查等；小比例尺航空摄影：像片比例尺为1300001l00000；超小比例尺航空摄影：比例尺为11000001250000。l  航空摄影测量航空摄影测量是应用光学原理，利用光学仪器通过有一定重叠率的像对来获得地物和地形的光学立体模型，并在此基础上进行立体测图。包括单像的像片纠正和双像的立体测图。航空摄影测量的作业分外业和内业，外业：像片控制点联测像片调绘综合法测图，内业：加密测图控制点测制地形原图航空摄影测量所用的测图方法主要有综合法、全能法、分工法（微分法）。l  航

59、空扫描成像航空扫描成像主要指在航空平台上以扫描方式进行的成像。包括：雷达扫描成像、热红外扫描成像、多光谱扫描成像以及高光谱扫描成像。3. 航空像片航空像片的物理特性是指航空像片的色调或色彩、灰阶、亮度系数等，主要由地物的反射特性和感光材料的感光特性决定的。n  航空像片的物理特性(1)地物反射特性航空像片上物体的色调，主要取决于摄影时的照度和物体对入射光的反射率。摄影时照度越大，地物反射率越高，地物亮度就越大，像片的色调就越浅。一般用亮度系数来表示地物的反射率大小。亮度系数（P）是指在相同照度条件下，某物体表面亮度（B）与绝对白体（全白的物体）理想表面亮度（B0）

60、之比，即：P=B/ B0。物体的亮度系数不同，在像片上反映为色调的差异。一般亮度系数大，像片上的色调浅；亮度系数小，其色调就深。亮度系数有以下几个特点：1物体的亮度系数变化范围很大；2同种物体，由于干湿程度的不同，其亮度系数也不同，潮湿的物体亮      度系数小，干燥的物体亮度系数大；3表面粗糙的物体比表面光滑的物体亮度系数小；4物体的亮度系数与颜色有关。通常白色物体为白色，黑色物体为黑色；5性质完全不同的物体也可能具有相同的亮度系数。(2)感光材料的特性感光材料（胶片或印像纸）主要是由感光乳剂层和片基构成。普通黑白胶片一般是全色片

61、，它能感受全部可见光（但对绿光感受较差）。黑白红外胶片的感光层中含有感受红外光的物质，能直接记录人眼看不见的近红外光。彩色胶片是由对蓝、绿、红三种波长分别敏感的三层乳剂组成，能感受全部可见光，形成天然彩色像片。彩色红外胶片是由对绿、红、近红外三种波长分别敏感的三层乳剂组成，能感受可见光-近红外波段，形成彩色红外像片，其颜色与天然彩色像片不同，其中植被为红色。感光度：感光的快慢程度。反差：感光材料最大光学密度与最小光学密度之差，也称为黑白差。分辨率：对景物细微部分的表现能力，通常用一毫米宽度内能够清楚地识别出黑、白相间的平行线对数来表示。感光特性曲线：对于同一种感光材料，在同一标准光源下，同一距离作不同时间的曝光，经过相同条