遥感概论重点

讲稿2009~2010学年第一学期第一章遥感概述§1.1遥感概念遥感(remotesensing)的定义：在远离被测物体或现象的位置上，使用一定的仪器设备，接收、记录物体或现象反射或发射的电磁波信息，经过对信息的传输、加工处理及分析与解译，对物体及现象的性质及其变化进行探测和识别的理论与技术。光谱特性(spectralcharacteristics)：地球上每一物质作为其固有的性质都会反射、吸收、透射及辐射电磁波，物体的这种对电磁波固有的波长特性叫做光谱特性。§1.2遥感技术系统遥感技术系统：是一个从地面到空中，乃至空间，从信息收集、存储、处理到判读分析和应用的完整技术体系。一、 遥感过程：是指遥感信息的获取、传输、处理及其判读分析和应用的全过程。二、 传感器及遥感平台传感器(remotesensor)：接收从目标中反射或辐射来的电磁波的装置。如：照相机，扫描仪等。遥感平台(remoteplatform)：指搭载传感器的载体。如：地面三角架、遥感车、气球、航空飞机、航天飞机、人造地球卫星等。三、 遥感探测的特点宏观观测，大范围获取数据资料动态监测，快速更新监控范围数据技术手段多样，可获取海量信息应用领域广泛，经济效益高四、 遥感分类1、 按遥感平台分地面遥感：传感器设置在地面平台上航空遥感：传感器设置在航空器上航天遥感：传感器设置在环地球的航天器上航宇遥感：传感器设置在星际飞船上2、 按传感器的探测波段分紫外遥感：探测波段0.05〜0.38um可见光遥感：探测波段0.38〜0.76um红外遥感：探测波段0.76〜1000um微波遥感：探测波段1mm〜10m多波段遥感：在可见光波段和红外波段的范围内，在分成若干窄波段来探测3、 按传感器的工作原理分主动遥感：探测器主动发射一定电磁波能量被动遥感：探测器不向目标发射电磁波4、 按遥感资料的获取方式分成像遥感：目标电磁辐射信号能转换成图象非成像遥感：目标电磁辐射信号不能形成图象5、 按波段宽度及波谱的连续性分高光谱遥感(hyperspectralremotesensing)：是利用很多狭窄的电磁波波段(波段宽度通常小于10nm)产生光谱类型的图像数据。常规遥感(宽波段遥感)：波段宽度一般大于100nm，且波段在波谱上不连续。6、按遥感的应用领域分从大的研究领域可分为：外层空间遥感，大气层遥感，陆地遥感，海洋遥感。从具体应用领域可分为：资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥感、气象遥感、城市遥感、工程遥感、灾害遥感、军事遥感。§1.3遥感技术的简史与发展（了解，不考）美国海军研究局的EvelynLPruitt（艾佛林•普鲁伊特）于I960年首次提出“RemoteSensing"—词，1962年在美国密歇根大学召开的第一次国际环境遥感讨论会上，这一名词被正式通过，普遍采用至今，从此标志着遥感这门新学科的形成。一、 遥感发展的三个阶段：-萌芽阶段（常规航空遥感阶段）-航空遥感阶段-航天遥感阶段二、 我国遥感发展概况三、 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，是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。＞高光光谱分辨率传感器是指既能对目标物成像有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。＞GIS的概念＞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。§1.4、遥感在地理学中的作用和意义（了解）一、 遥感已成为地理研究的重要信息源地理学研究的传统方法：地图及其特点遥感信息的准确性、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，拓宽了地理学研究的深度和广度。二、 遥感已成为地理研究的重要手段和方法遥感方法改变了地理研究的工作模式遥感方法为地理分析提供了基础，也为地理分析从定性到定量，从静态到动态创造了条件。遥感与地理信息系统的结合，为地理研究提供了广阔的发展前景。三、遥感的应用1、 遥感在资源调查方面的应用2、 遥感在环境监测评价等方面的应用3、 在区域分析及建设规划方面的应用4、 遥感在全球性宏观研究中的应用5、 遥感在其它方面的应用第二章遥感电磁辐射基础§2.1概述、一、电磁波与电磁波的传输特性1、电磁波与电磁波谱1） 波：振动的传播称为波。2） 电磁波（电磁辐射）：电磁振源产生的电磁振荡在空间的传播。3） 电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长（或频率）按其长短，依次排列制成的图表称为电磁波谱。4） 电磁波的性质：波长与频率成反比；两者的乘积为光速；电磁波传播到气体、固体、液体介质时，会发生反射、折射、透射、吸收等现象。2、遥感技术使用的电磁波分类名称和波长（入）范围：名称波长范围紫外线100A----0.38um可见光0.38----0.76um近红外0．76 3.0um中红外3．0 8.0um热红外8．0 15.0um远红外15 1000um微波1 1000mm无线电波二、电磁辐射与黑体辐射>1000mm(1m)辐射源：任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐射，也能够向外（发出）辐射。辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位：J（焦耳）。辐射通量（①）：单位时间内通过某一面积的辐射能量,单位:W（瓦）。辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量。辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，单位：W/m2。辐射通量密度、辐射亮度绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。光谱吸收系数（吸收率）：a（入，T）光谱反射系数（反射率）：P（入，T）绝对黑体：a（入，T）=1 ；P（入，T）=0黑体辐射规律：（1） 黑体的辐射（发射）能量——辐射出射度（M）是波长入和温度T的函数；某一波长下黑体的辐射出射度M入是指在某一单位波长间隔（入〜A入）的辐射出射度。在紫外、可见光和红外波段M入与入5成反比；在微波波段，M入与入2成反比与T成正比。（2） 黑体的总辐射出射度M：黑体对所有波长的（发射）辐射能量的总和。在这种情况下M〜M（T）。即： M*T4表明总辐射出射度M与温度T的关系是：随着温度的升高，M的值急剧增大；不同温度下的M值在波长一能量曲线图中，展现为一系列互不相交的曲线（族）（3）黑体辐射出射度M入的最大值所对应的波长入max与黑体自身温度T的关系：入max与T成反比。即：黑体温度越高，其总辐射出射度M的曲线的峰值就越向短波方向偏移。（太阳的入max=0.47口m；地球入max=9.0口m）8、实际物体的辐射发射率£（比辐射率）的概念：物体（地物）的辐射出射度与同温度下黑体的辐射出射度之比。物体的发射率等于该物体的吸收率：a入=£入一般情况下，物体的发射率：0V£入VI物体的发射率是温度和波长的函数。物体的发射率与身的性质、物理状况（如粗糙度、颜色等）有关；物体的表面温度受自身的比热、热惯量、热导率、热扩散率等影响较大。黑体的£入=£=1;灰体的£入=£=常数V1；选择性辐射体的£入＜1,且随波长而变。 （P21,表2.3；P22,F2.10）9、 太阳辐射太阳常数：在不受大气影响的情况下,距太阳一个天文单位（通常指日地平均距离，约1.496X108公里）内，垂直于太阳辐射方向上，单位面积单位时间内黑体接受到的太阳辐射能量。其数量为：1.360X103瓦/平方米。太阳辐射（太阳光谱）的主要特征（1） 太阳辐射到达大气层顶时与60000K黑体的辐射能特征基本相同:辐射能的强度特征、辐射能随波长的分布特征。（2） 太阳辐射穿过大气层到达地面后，被大气反射、散射和吸收强度有所减少，而且存在多个03、CO2、H2O的吸收带。（3） 在0.3〜0.47口m范围内，随波长的增加太阳辐射能急剧增长，在0.47口m左右达到极大值；随波长的继续增大，太阳辐射能逐渐减少，在中红外波段，太阳辐射能已相当微弱。（4） 在0.6um附近有一个03的吸收带；在0.7、0.9、1.1um附近有三个水汽的吸收带、在1.4和1.9um附近太阳辐射能完全被吸收；CO2的强吸收带在2.7和4.3um附近。（5） 到达地面的太阳辐射能43.5%集中在可见光波段38.6%集中在近红外波段。10、 大气吸收、大气散射与大气窗口大气层次与成分（自行阅读）大气对太阳辐射的吸收作用瑞利散射：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射；主要由大气中的原子和分子引起。散射强度与波长的四次方成反比，I8入-4。 天为什么是蓝的？日出日落时天空是橙红色？米氏散射：当大气中粒子的直径与波长相当时发生的散射；主要由大气中的烟尘、小水滴和气溶胶引起。散射强度与波长的二次方成反比，I8入-2。米氏散射在光线前进方向比向后方的散射更强。非选择性散射：当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射；散射强度与波长无关。 云雾中水滴粒子的直径与可见光相比；云为什么是白色的？散射作用与波长的关系：瑞利散射主要发生在紫外、可见光和近红外波段；米氏散射发生在近紫外~红外波段，但在红外波段米氏散射的影响超过瑞利散射；在微波波段，由于微波波长远大于云层中水滴的直径，因而属于瑞利散射类型；此时，散射强度与波长的四次方成反比，散射强度相对很弱，透射能力很强，故微波具有穿透云雾的能力。大气的折射与反射：大气的折射率与大气密度有关，密度越大折射率越大。因而，电磁波（太阳辐射）在大气中的传播轨迹是一条曲线。大气反射主要发生在云层顶部，并与云量密切相关。大气窗口：将电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的、透过率较高的波段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有：0.3-1.3um~1.8um和2.0~3.5um~5.5um8~14um0.8~2.5cm7、 地球电磁辐射的基本特征8、 地球表面的热辐射特征温度为300K的黑体，其电磁辐射的波长范围是：2.5~50um。地球表面的发射辐射能量集中于近红外波段和热红外波段；在热红外波段，地球的发射辐射能量远远大于太阳的电磁辐射能量，通常称地球的发射辐射为热辐射。☆地球表面的热辐射（能量）与自身的发射率、波长、温度有关： M（入，T）=£（入，T）XM0（入，T）发射光谱曲线：某种地物的发射率随波长变化曲线。观察图2.22可以发现：随着二氧化硅含量的减少（酸性---基性）岩石发射率的最小值向长波方向偏移。由于地表温度的日变化，热红外遥感应在一天中的何时进行？§2.3地物的反射辐射2.3.1地物反射光谱特性反射率与镜面反射、漫反射（朗伯面）、实际物体反射（方向反射）对于地球表面而言，入射辐射能量（入射辐照度）由太阳的直接辐射和经大气散射后又漫入射到地面的能量组成。在晴朗、干燥的天气下，后者可以忽略不计。地物反射光谱曲线：地物反射率随波长入的变化曲线。四种典型地物 雪、小麦、沙漠、湿地在可见~近红外波段的反射光谱特征。植物、土壤、水体、岩石的反射光谱特征地物反射光谱的实验室测量和野外测量2.3.2、 地物的透射光谱1、 可见光波段：透明地物2、 红外波段：半导体3、 微波2.3.3、 人工辐射源（1） 微波辐射源全天时、全天候的探测能力对干燥、松散的物质有一定的穿透能力（2） 激光辐射源§2.4地物波谱特征的测量（了解，不考）地物反射波谱测量理论：双向反射分布函数（BRDF）对于地物表面dA,设入射时辐照度为dli（di,Gi）,在dr和Or方向上，由dIi产生的反射亮度为dLr,随着入射方向和反射方向的不同，产生一个函数fr,称双向反射分布函数，简称BRDF，表示为：dL（^0,ee）

f= r iir——r-r dI（e,0）iii对于给定的入射角和反射角，这一函数值表示在给定方向上每单位立体角内的反射率。fr还是波长的函数。BRDF完全描述了反射空间分布特性的规律。但是由于BRDF函数值本身是两个无穷小量的比，且实际想要测量dIi也十分困难，因此实际测量中很少采用。地物反射波谱测量理论：双向反射比因子R（BRF）这一函数比较容易测量，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。而这一标准参考面即为前面讲过的朗伯反射面。R=目标的反射辐射通量标准参考面的反射辐射通量地物光谱测量方法：样品的实验室测量实验室测量常用分光光度计，仪器由微机控制，测量数据也直接传给计算机。分光光度计的测量条件是一定方向的光照射，半球接收，因此获得的反射率与野外测定有区别。室内测量时要有严格的样品采集和处理过程。例如，植被样品要有代表性，采集后迅速冷藏保鲜，并在12h内送实验室测定；土壤和岩矿应按专业要求并制备成粉或块。由于实验室的测量条件高，应用不够广泛。地物光谱测量方法：野外测量1） 垂直测量：为使所有数据能与航空、航天传感器所获得的数据进行比较，一般情况下测量仪器均用垂直向下测量的方法，以便与多数传感器采集数据的方向一致。由于实地情况非常复杂，测量时常将周围环境的变化忽略，认为实际目标与标准板的测量值之比就是反射率之比。垂直测量所用标准板通常用硫酸钡或氧化镁制成，在反射天顶角W45o时，接近朗伯体，并且经过计量部门标定，其反射率为已知值。因没有考虑入射角度变化时造成的反射辐射值的变化（对实际地物在一定程度上取近似朗伯体），其测量值也有一定的适用范围2） 非垂直测量：在野外更精确的测量是测量不同角度的方向反射比因子，考虑到辐射到地物的光线由来自太阳的直射光（近似定向入射）和天空的散射光（近似半球入射），因此方向反射比因子取两者的加权和。非垂直测量步骤・自然光照射时测量一次为I值；・用挡板遮住太阳光使阴影盖过标准板，再测一次为ID；自然条件下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的辐射值和地物的辐射值，计算野外测量出的方向反射比因子RS；用黑挡板遮住太阳直射光，在只有天空漫入射光时分别迅速测量标准板和地物的辐射值，计算比值得到漫入射的半球一一定向反射比系数RD；由公式计算出直射光照射下双向反射比因子R。第二章遥感平台及运行特点§2.1.遥感平台的种类1．地面平台：三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等与地面接触的平台称为地面平台或近地面平台。它通过地物光谱仪或传感器来对地面进行近距离遥感，测定各种地物的波谱特性及影像的实验研究。＞三角架：0.75-2.0米；对测定各种地物的波谱特性和进行地面摄影。＞遥感塔：固定地面平台；用于测定固定目标和进行动态监测；高度在6米左右。＞遥感车、船：高度的变化；测定地物波谱特性、取得地面图像；遥感船除了从空中对水面进行遥感外，可以对海底进行遥感。2．航空平台：包括飞机和气球。飞机按高度可以分为低空平台、中空平台和高空平台。＞低空平台：2000米以内，对流层下层中。＞中空平台：2000-6000米，对流层中层。A咼空平台：12000米左右的对流层以上。＞气球：低空气球：凡是发放到对流层中去的气球称为低空气球；高空气球：凡是发放到平流层中去的气球称为高空气球。可上升到12-40公里的高空。填补了高空飞机升不到，低轨卫星降不到的空中平台的空白。3．航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。§2.2.卫星轨道及运行特点轨道参数：用于表示遥感卫星轨道特征的数值组。1、 轨道形状：固定的椭圆轨道绕地球周期性的运行。轨道高度：卫星离地面的平均距离。2、 轨道参数（开普勒的六个参数）・升交点赤经Q：是赤道轨道的升交点与春分点之间的角距。・近地点角距3：卫星轨道的近地点与升交点之间的角距。・轨道倾角i：卫星轨道面与地球赤道面之间的两面角。即升交点一侧的轨道面至赤道面的夹角。卫星轨道长半轴a：卫星轨道远地点到椭圆轨道中心的距离。卫星轨道偏心率（扁率）e：e=c/a・卫星过近地点时刻如以近地点为基准表示轨道面内卫星位置的量。2.2.2卫星坐标的测定和解算1、星历表法解算卫星坐标2、用全球定位系统（GPS）测定卫星坐标2.2.3卫星姿态角＞滚动（3）：绕X轴旋转的姿态角。＞俯仰（©）：绕y轴旋转的姿态角。＞偏航（K）：绕z轴旋转的姿态角。§2.3陆地卫星及轨道特征一、Landsat系列陆地卫星Landsat,1972年发射第一颗，已连续31年为人类提供陆地卫星图像，共发射了7颗，产品主要有MSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。2．陆地卫星的运行特点：（1）近极地、近圆形的轨道；（2） 轨道高度为700〜900km；（3） 运行周期为99〜103min/圈；（4）轨道与太阳同步。在陆地卫星1〜3号上装载的传感器有反束光导管摄像机（RBV）及多光谱扫描仪（MSS）。在陆地卫星4、5号上，除装载多光谱扫描仪（MSS）外，还装载有专题制图仪（TM）；在陆地卫星7号，安装了增强型的专题制图仪（ETM+）1）MSS多光谱扫描仪多光谱扫描仪是把来自地面上地物的电磁波辐射（反射或发射）分成几个不同的光谱段，同时扫描成像的一种传感器，在陆地卫星1〜5号上均装有这种传感器。它是由扫描反射镜、校准器、聚光系统、旋转快门、成像板、光学纤维、滤光器和探测器等所组成。MSS各个波段：4、 0.5-0.6（绿色）：对水体有一定透射能力，清洁水体中透射深度可达10-20m，可判读浅水地形和近海海水泥沙。可探测健康绿色植被反射率。5、 0.6-0.7（红色）：用于城市研究，对道路、大型建筑工地、砂砾场和采矿区反映明显。可用于地质研究。用于水中泥沙含量研究。进行植被分类。6、 0.7-0.8（近红外）：区分健康与病虫害植被。水陆分界。土壤含水量研究。7、 0.8-1.1（近红外）：测定生物量和监测作物长势。水陆分界。地质研究。2） TM专题制图仪陆地卫星4、5号上的TM（ThematicMapper）是一个高级的多光谱扫描型的地球资源传感器，与多光谱扫描仪MSS的性能相比，它具有更高的空间分辨率，更好的频谱选择性，更好的几何保真度，更高的辐射准确度和分辨率。TM中增加了一个扫描行改正器，目的之一是使扫描行垂直于飞行轨道（MSS扫描行不垂直于飞行轨道）。其二是使往返双向都对地面进行扫描，收集图像数据（MSS仅仅从西向东扫描式单向收集图像数据，从东往西回扫时，关闭望远镜与地物之间的光路）。TM各个波段：（1） 、0.45-0.52（蓝色）：对水体有透射能力，可区分土壤和植被。（2） 、0.52-0.6（绿色）：同MSS-4。（3） 、0.63-0.69（红色）：同MSS-5。（4） 、0.76-0.9（近红外）：同MSS-6。（5） 、1.55-1.75（短波红外）：同MSS-7。（6） 、10.4-12.5（热红外）：探测地球表面不同物质的自身热辐射，可用于热辐射制图、岩石识别和地质探矿等。（7） 、2.08-2.35（短波红外）：探测高温辐射源，如监测森林火灾、火山活动等。3） ETM+增强型专题制图仪陆地卫星7号安装的是增强型专题制图仪,它是在TM传感器的基础上增加了一个波长为0・5〜0.9um的全色波段，称为pan波段，其瞬间视场为13mX15m，其他7个波段的波长范围：如表2-2所示，瞬时视场与TM相同。只是热红外波段的探测器阵列从4个增加到8个，从而提高了地面分辨率。二、SPOT对地观测卫星系统是由法国空间研究中心研制开发，比利时、瑞典等国参与。中等高度（832km）圆形、近极地、太阳同步、可重复轨道。白天自北向南（略偏西）航行，夜晚自南向北（略偏西）航行。主要成像系统:高分辨率可见光扫描仪（HRV,HRG）,VEGETATIONHRS。1、HRV结构和成像原理探测元件为4根平行的CCD线列，每根探测一个波段，每线含3000（HRV1〜3）或6000（PAN波段）个CCD元件。SPOT的HRV波谱段光谱段光谱特性分辨率0・50~0・59um绿20m0.61~0・68um红20m0・79~0・89um近红外20m0・51~0・73um绿一红全波段10m三、 IKONOS数据1、 具有太阳同步轨道，倾角为98.1°。设计高度681km（赤道上），轨道周期为98.3min,下降角在上午10:30，重复周期1〜3do2、 携带一个全色1m分辨率传感器和一个四波段4m分辨率的多光谱传感器。3、 传感器由三个CCD阵列构成三线阵推扫成像系统。四、 高分辨率商业卫星QucikbirdQuickbird-2卫星的全色波段地面分辨率为0・61m,目前是世界上分辨率最高的遥感数据，幅宽16・5km。多光谱波段地面分辨率为2・44m。卫星轨道高度450km,倾角98°，卫星重访周期1〜6d（与纬度有关）。可应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。五、 CBERS数据特点1、 数据来源：中巴地球资源卫星。2、 太阳同步极地轨道。CBERS具有三台成像传感器：高分辨率CCD像机（CCD）、红外多谱段扫描仪（IR-MSS）、广角成像仪（WFI）o七、 海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界线、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水团的温度、盐度、颜色、叶绿素含量，海冰的类型、密集度、数量、范围以及水下信息、海洋环境、海洋净化等方面的动态监测。主要的海洋卫星简介美国的海洋卫星（SEASAT）:1978年发射；近极地太阳同步轨道；扫描覆盖海洋的宽度1900km；五种传感器，以微波为主。・日本的海洋观测卫星系列（MOS-1）:获取大陆架浅海的海洋数据。欧洲海洋卫星系列（ERS）：主要用于海洋学、海冰学、海洋污染监测等领域。加拿大的雷达卫星（RADARSAT）:加、美、德、英共同设计，1995年发射。八、 气象卫星是广泛应用于国民经济领域和军事领域的一种卫星，是太空中的自动化高级气象站。它能连续、快速、大面积地探测全球大气变化情况。第三章遥感传感器与成像原理一、 传感器的定义和功能传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。是遥感技术系统的核心。它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。二、 传感器的组成：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。收集器：收集来自地物目标镜、天线。探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。输出器：将获取的数据输出。三、传感器的分类按数据记录方式分为：成像方式传感器：非成像方式传感器：记录的是地物的一些物理参数。按工作的波段分为：可见光传感器、红外传感器和微波传感器根据传感器的工作方式分为：主动式和被动式两种。主动式：人工辐射源向目标物发射辐射能量，然后接收目标物反射回来的能量，如雷达。被动式:接收地物反射的太阳辐射或地物本身的热辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪(MSS、TM、ETM、HRV)。五、传感器的性能表现在多方面，其中最具实用意义的指标是传感器的分辨率。分辨率是遥感技术及其应用中的一个重要概念，也是衡量遥感数据质量特征的一个重要指标。它包括：空间分辨率、光谱分辨率、温度分辨率和时间分辨率。空间分辨率(Spatialresolution)指遥感图像像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场或地面物体能分辨的最小单元。是用来表征影像分辨地面目标能力的指标。通常用像元大小、像解率或视场角来表示。像元(pixel)：是指将地面信息离散化而形成的格网单元，单位为米。像解率(photograghicresolution)：是一单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行细线的条数来表示，单位为线/毫米或线对/毫米。视场角(fieldofview,FOV):是指传感器的张角即瞬时视域，又称为传感器的角分辨率。对于现代的光电传感器图像，空间分辨率通常用地面分辨率和影像分辨率来表示。>地面分辨率:影像能够详细区分的最小单元(像元)所代表的地面实际尺寸的大小。>影像分辨率:地面分辨率在不同比例尺的具体影像上的反映，会随影像比例尺的变化而变化。光谱分辨率(SpectralResolution)光谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高。传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值。一般来说，传感器的波段数越多，波段宽度越窄，地面物体的信息越容易区分和识别，针对性越强。时间分辨率(TemporalResolution)时间分辨率指对同一地点进行釆样的时间间隔，即釆样的时间频率，也称重访周期。温度分辨率(temperatureResolution)温度分辨率是指热红外传感器分辨地表热辐射(温度)最小差异的能力。摄影型传感器，如航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪器，它通过光学系统采用胶片或磁带记录地物的反射光谱能量。记录的波长范围以可见光〜近红外为主。照相技术的弱点：乳胶片感光技术本身存在着致命的弱点，它所传感的辐射波段仅限于可见光及其附近；其次，照相一次成型，图象存储、传输和处理都不方便。光电成像类传感器是将收集到的电磁波能量，通过仪器内的光敏或热敏元件（探测器）转变成电能后再记录下来。其优点：（1）扩大了探测的波段范围；（2）便于数据的存储与传输，航天遥感探测多用这类传感器§3.1 扫描成像类传感器扫描成像类传感器是依靠探测元件和扫描镜对物体以瞬时视场为单位进行逐点、逐行取样，获取目标电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像。其探测波段包括紫外、可见光、红外和微波波段。•两种主要形式：对物面扫描的成像仪：特点是对地面直接扫描成像。一、红外扫描仪：1．红外扫描仪是对被测的目标物自身的红外辐射进行扫描成像或显示的一种仪器。它是把目标的热辐射变成探测器的一种电信号，然后用磁带记录这些信号并通过阴极射线管回收图像的一种扫描仪。2．工作原理：利用光学系统的机械转动和飞行器向前飞行的两个方向相互垂直的运动，形成对地物目标的二维扫描，逐点将不同目标物的红外辐射功率会聚到能将其能量转变成电信号的光电转换器件 红外探测器上。电信号通过放大处理后记录下来，记录的方式在显像管上显示或经电光转换器件把电信号在普通全色胶片上成像，亦可记录在模拟磁带上。3．全景畸变：由于地面分辨率随扫描角发生变化，而使红外扫描影像产生畸变。形成原因：像距保持不变，总在焦面上，而物距随探测角e发生变化而致。温度分辨率：与探测器的响应率R和传感器系统内噪声N有直接关系。解决：红外系统的噪声等效温度限制在0.1~0.5K之间，而系统的温度分辨率一般为等效噪声温度的2~6倍。5．热红外像片的色调特征：色调的深浅与地物的温度、发射能力密切相关。二、 多光谱扫描仪（MultispectralScanner,MSS）：1．结构：它是由扫描反射镜、校准器、聚光系统、旋转快门、成像板、光学纤维、滤光器和探测器等所组成。在陆地卫星1〜5号上均装有这种传感器。2．工作原理：多光谱扫描仪主要由两个部分组成：机械扫描装置和分光装置。它是由扫描镜收集地面目标的电辐射，通过聚光系统把收集到的电磁辐射会聚成光束，然后通过分光装置分成不同波长的电磁波，它们分别被一组探测器中的不同探测器所接收，经过信号放大，然后记录在磁带上，或通过电光转换后记录在胶片上。与红外扫描仪基本类似，其不同之处是，外加一个分光系统，把来自地物的电磁波信号，分成若干个不同的波段，同时用多个探测器同步记录相应波段的信息。而红外扫描仪只在红外波段工作。扫描过程:当卫星在向阳面从北向南飞行时,MSS以星下点为中心自西向东在地面上扫描185km,此时为有效扫描，可得到地面185kmX475km的一个窄条的信息；接着MSS进行自东向西的回扫，此时为无效扫描，不获取信息。这样卫星在向阳面自北向南飞行时，共获得以星下点轨迹为中轴、东西宽185km，南北长约20000km的一个地面长带的信息。三、 专题制图仪（ThematicMapper，TM）：第二代多光谱段光学一机械扫描仪专题制图仪TM是一个高级的多光谱扫描型的地球资源传感器，成像原理与MSS一致，与MSS相比，空间分辨率由80米提高到30米；探测波段由4个增加到7个。与多光谱扫描仪MSS的性能相比，它具有更高的空间分辨率，更好的频谱选择性，更好的几何保真度，更高的辐射准确度和分辨率。陆地卫星4、5号上的TM采取双向扫描，正扫和回扫都有效，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，提高了检测器的接收灵敏度。TM中增加了一个扫描行改正器，目的之一是使扫描行垂直于飞行轨道（MSS扫描行不垂直于飞行轨道）。其二是使往返双向都对地面进行扫描，收集图像数据（MSS仅仅从西向东扫描式单向收集图像数据，从东往西回扫时，关闭望远镜与地物之间的光路）。四、ETM+增强型专题制图仪（EnhancedThematicMapperPlus）陆地卫星7号安装的是增强型专题制图仪,它是在TM传感器的基础上增加了一个波长为0.5〜0.9um的全色波段，称为pan波段，其瞬间视场为13mX15m，其他7个波段的波长范围，瞬时视场与TM相同。只是热红外波段的探测器阵列从4个增加到8个，从而提高了地面分辨率到60m。对像面扫描的成像仪：瞬间在像面上先形成一条线图像，甚至是一幅二维影像，然后对影像进行扫描成像。1．固体自扫描是用固定的探测元件，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。电子藕合器件CCD：是一种由硅等半导体材料制成的固体器件，受光或电激发产生的电荷靠电子或空穴运载，在固体内移动，达到一路以产生输出信号。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、可靠性高等一系列优点。扫描方式上具有刷式扫描成像特点。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CCD线阵列传感器：将若干个CCD元器件排成一行。CCD面阵列传感器：将若干个CCD元器件排列在一个矩形区域中。每个CCD元器件对应于一个像元。目前，长线阵、大面阵CCD传感器已经问世，长线阵可达12000个像素，长为96mm；大面阵可达5120X5120个像素，像幅为61.4mmX61.4mm。每个像素的地面分辨率可达到2~3m，甚至lm以上。HRV线阵列推帚式扫描仪探测元件为4根平行的CCD线列，每根探测一个波段，每线含3000（HRV1〜3）或6000（PAN波段）个CCD元件。HRV图像特点：1） 、垂直图像每幅为近于正方形的菱形，各边对应地面长度为60km；倾斜图像横向宽度对应于地面舷向宽度60~80km。2） 、在正常情况下以垂直观测图像覆盖全球，在有某些特殊要求时，也可以调整瞄准轴而获得一些倾斜观测图像。3） 、相邻轨道垂直图像间的旁向重叠，在赤道上是4.3km左右，越向两极走，这种重叠越大；在垂直观测时，两台HRV的图像之间重叠3km，固定不变。4） 、SPOT处在不同轨道上时，可对同一地区从不同角度观测成像，得到立体像对，这有利于摄影测量、地学及水文等方面的研究。5） 、地面几何分辨率较高，多谱段为20m，全色为10m（均指在天底点附近）。成像光谱仪：1.既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术，称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪，即在获取大量地物目标窄波段连续光谱图像的同时，获得每个像元几乎连续的光谱数据，因而称为成像光谱仪。2、 特点：高光谱成像仪是遥感进展的新技术，其图象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以上波段的收据数据。使图象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谱光仪在波段之间存在间隔。两种类型：（1） 面阵列探测器加推扫式扫描仪的成像光谱仪：利用线阵列探测器进行扫描，利用色散元件将收集到的光谱信息分散成若干个波段后，分别成像于面阵列的不同行。这种仪器利用色散元件和面阵列探测器完成光谱扫描,利用线阵列探测器及其沿轨道方向的运动完成空间扫描。空间分辨率高。（2） 用线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪：利用点探测器收集光谱信息，经色散元件后分成不同的波段，分别成像于线阵列探测器的不同元件上，通过点扫描镜在垂直于轨道方向的面内摆动以及沿轨道方向的运动完成空间扫描，而利用线探测器完成光谱扫描。§3.2雷达成像仪遥感技术是一门新兴的多学科交叉的综合性科学技术，是空间技术与电子技术相结合的产物,它是在一定距离以外感受、探测和识别所需要研究的对象。微波遥感是遥感技术的重要分支之一,它是以地球为研究对象，通过电磁波传感器，收集地面目标辐射或反射的电磁波，获得其特征信息,经过接收记录、数据传输和加工处理，变成人们可以直接识别的信号或图像，从而揭示被测目标的性质和变化规律。一、 概述微波：波长在1mm~1m的波段的电磁波。微波遥感是指通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来识别地物的技术。微波遥感的主要波段：X：2.42〜3.75cm；C：3.75〜7.5cm；L：15〜30cm二、 微波遥感的一般过程地面目标的电磁辐射通过周围环境（如大气）进入遥感器后，遥感器将目标的特征信息加以接收、记录和处理后，再以无线电方式送给信息处理系统；信息处理系统将遥感信息进行加工处理，变成人们能够识别和分析的信号或图像。微波遥感之所以能够根据收集到的电磁辐射信息识别地面目标和现象，是基于电磁波与物质的相互作用 切物质由于其种类（性质、形状、结构等）和环境条件的不同，它就具有完全不同的电磁辐射特性。当电磁波与物体（不论是固体、液体、气体还是等离子体）相遇时，会发生各种相互作用，并满足动量和能量守恒定律。在物质表面发生的相互作用称为面效应，电磁波透入物体表面以下一定距离发生的相互作用称为体效应，相互作用的结果会使入射波的振幅、方向、频率、相位和极化等发生变化，从而产生各种有用的特征信息，以此便能识别不同的物体。三、 微波遥感的特点（1） 穿透能力强，全天候、全天时的信息获取能力，（2） 对某些地物的特殊识别能力，如水和冰（微波波段发射率的差异），具有特殊的波谱特征（3）对冰、雪、森林、土壤（尤其对干燥、松散物质）有一定的穿透能力（4） 适宜对海面动态情况（海面风、海浪）进行监测，对海洋遥感具有特别意义（5） 分辨率较低，但特性明显四、 分类主动微波遥感和被动微波遥感1） 主动微波遥感是指通过向目标地物发射微波并接受其后向辐射信号来实现对地观测的遥感方式。主要传感器为雷达，此外还有微波高度计和微波散射计。2） 被动微波遥感是指通过传感器，接受来自目标地物发射的微波，而达到探测目的的遥感方式。被动接受目标地物微波辐射的传感器为微波辐射计，被动探测目标地物微波散射特性的传感器为微波散射计。成像传感器和非成像传感器1）成像传感器共同特征是获得在地面扫描所得到的带有地物信息的电磁波信号并形成图像。主要传感器有主动遥感如雷达，被动遥感如微波辐射计。2)非成像传感器：一般都属于主动式遥感系统。通过发射装置发射雷达信号，再通过接收回波信号测定参数。这种设备不以成像为目的。如微波散射计，雷达高度计。其中：.微波辐射计：主要用来探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的能力，其发射强度与自身的亮度温度有关。通过扫描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图，对地面物体状况的探测很有意义。我们知道，任何温度高于绝对零度的物体，都会有热辐射，热辐射的波长范围从1um到1m左右，而热辐射的频率主要取决于物体的温度和比辐射率。比辐射率表示物质通过辐射释放热量的难易程度，两个在同样环境中温度相同的物体，具有较高比辐射率的物体将更强烈地辐射出热射线。进一步研究还发现，在微波波段，各种物质的比辐射率相差很大，这种差别为识别物体提供了有用的信息。如油脂的比辐射率比海水高得多，在同样的温度下，油脂对微波辐射计的辐射能量比海水大很多，因此在海面上有油脂污染时，若将微波辐射计测得的信号转换成图片，就会看到浅色的油污漂浮在深色的海面上。这就是微波辐射计的遥感原理。.微波散射计：主要用来测量地物的散射或反射特性。通过变换发射雷达波束的入射角或变换极化特征以及变换波长，研究在不同条件下对目标物散射特性的影响。.雷达高度计：测量目标物与遥感平台的距离，从而可以准确得知地表高度的变化，海浪的高度参数。原理主要是根据发射波和接收波之间的时间差，测出距离。雷达(RADAR)是微波的最早应用之一°RADAR—词是英文无线电探测与测距(RadioDetectionAndRanging)的缩写。3.2.1真实孔径侧视雷达1.侧视雷达系统SLR(Side-LookingRadarsystem):侧视雷达的天线不是安装在遥感平台的正下方，而是与遥感平台的运动方向形成角度，朝向一侧或两侧倾斜安装，向侧下方发射微波，接收回波信号(包括振幅、位相、极化等)的。这样，侧向发射范围可以设计的宽一些。有的机载侧视雷达各可探测100km，同时，波束向侧下方发射可使不同地形显示出更大的差别，使雷达图像更具有立体感。以实际孔径天线进行工作的侧视雷达，称为真实孔径侧视雷达。要提高这种雷达的方位分辨力，只有加大天线孔径、缩短探测距离和工作波长。但实现这些要求在技术上有一定困难。2.机载侧视雷达SLAR机载侧视雷达是将一个长的水平孔径天线装在飞机的一侧或两侧，天线将微波能量集中成一个窄的扇形波束并在地面形成窄带，如图所示。天线将脉冲微波能量相继照射到窄带上各点，不同距离目标反射回来的回波在接收机中按时间先后分开，一个同步的强度调制光点在摄影胶片或显示器上横扫一条线，以便在与目标的地面距离成比例的地方记录目标的回波，当各条回波记录好后,再发另一个脉冲进行另一次扫描，从而产生条带状的雷达图像。3•距离分辨率与方位分辨率雷达图像的分辨率就是在图像上一个像元大小对应于水平地面的大小。由于一个像元的长和宽对应的地面长度和宽度距离常常不相等，因此将