(整理)遥感导论复习重点

精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档第一章遥感概述§1-1遥感的基本概念及其特点一、遥感概念遥感（RemoteSensing）是20世纪60年代发展起来对地观测综合性技术。有广义和狭义之分。1、广义遥感：泛指一切无接触的远距离探测（对电磁场、力场、机械波等）2、狭义遥感：即是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析揭示出物体的特征性质及其变化的综合测控技术。遥测：对目标的某些运动参数和性质进行远距离册测量的技术。分接触和非接触测量。遥控：远距离控制目标的运动状态和过程的技术。二、遥感的特点1•大面积同步观测：探测范具有综合、宏观的特点，受地面条件限制少。时效性：获取信息速度快，更新周期短，具有动态监测特点。数据综合性先进性：信息屋大，具有手段多，技术先进的特点。经济性：用途广，效益高的特点。局限性：利用的电磁波段有限。§1-2遥感过程及系统一、遥感过程的实现光谱特性：一切物体固有的对电磁波反射、透射、吸收的能力。由于环境不同，物体的反射、辐射电磁波是不同的。数据获取f数据处理分析一数据应用遥感是一个接收、传送、处理和分析遥感信息，并最后识别目标的复杂技术过程。二、遥感的技术系统依据遥感过程遥感系统分为：1•信息源信息的获取和接收传感器遥感平台地面站：是为了接收和记录遥感平台传送来得图像胶片或数字磁带数据而建立的。由地面数据接收和记录系统（TRRS）和图像数据处理系统（IDPS）两部分组成。信息的处理信息的应用§1-3遥感的类型遥感的分类方法多种多样，主要有以卞几种分类方法：1•按照遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感按照传感器的探测波段分：紫外遥感、町见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感按工作方式分：主动遥感、被动遥感；成像遥感、非成像遥感按信息获取方式分：按照波段宽度及波谱的连续性分：按应用领域分：较多§1-4遥感的发展简史一、遥感发展概况(一)遥感的萌芽及其初期发展时期(-)现代遥感发展时期从以下四个阶段了解遥感发展过程无记录的地面遥感阶段(1608-1838)有记录的地面遥感阶段(1839-1857)空中摄影遥感阶段(1858-1956)航天遥感阶段(1957-)二、我国遥感发展概况及其特点三、当前遥感发展主要特点与展望新一代传感器的研制，获得分辨率更高，质屋更好的图象和数据；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新动向；复习题试述遥感的探测系统及其实现过程。了解遥感发展史及我国遥感班业成就表现在哪些方面，有何特点？遥感概念、类型及特点。第二章遥感的物理基础——电磁辐射理论主要内容：电磁波的概念及一些性质；黑体辐射及黑体辐射的特点;实际物体的辐射：太阳及地球的辐射：精品文档地物的波谱特性；地物波谱特性的测量等方面的知识。§2-1电磁波谱与电磁辐射一、电磁波及电磁波谱电磁波是电磁振荡在空间的传播。电磁波的性质：电磁波的波动性：①是横波②在真空以光速传播③满足C=x*/电磁波的粒子性：光电效应电磁波的波粒二象性：E=h*/P=li/X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。电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长(或频率)以递増或递减的顺序排列，制成的图表称电磁波谱。二、电磁辐射的度量辐射源：任何地物都有向周闱空间辐射红外线和微波的能力。辐射测就：辐射能量(W)：辐射通量(O)：辐射通量密度(E)：辐照度(0：辐射出射度(M)：辐射亮度(L)：§2-2黑体辐射及其规律一、黑体辐射及规律1•黑体辐射——完全的辐射体绝对黑体：对于任何波长的电磁波都全部吸收的物体称为绝对黑体。照体能够在热力学定律所允许的范I制内最大限度地把热能转变成辐射能，所以说黑体是一个完全的吸收体和完全的发射体。太阳，恒星，无色的烟煤的辐射都可近似看作是黑体辐射源。研究黑体辐射的原因黑体辐射规律(1X郎克辐射定律：斯忒藩尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann)：M=aT4其中o=5.67X10-8Wm-2K-4⑶维恩位移定律(Wieifsdisplacementlaw)；二、实际物体的辐射(D基尔霍夫定律：MX/aX=f(X.T)如果一物体的吸收本领大，那么它的发射本领也人。发射本领用(MNo)表示。实际物体的辐射出射度与同温度同波长的绝对黑体辐射出射度之比，是比辐射率，也称发射率£。所以吸收率常常被称做比辐射率精品文档精品文档或发射率。基尔霍夫定律：根据M、I定义，对于绝对黑体：Mo=Io引入实际物体M,得：MM°=MIo变换得：M=Io（MM）是实际物体的辐射出射度与同温度同波长的绝对黑体辐射出射度之比，是吸收系数a。则上式变为:M=aIo艮卩M/a=Io对于不同物体：Mi/ai=M2/a2=MVa3=Mj/a1=I0这就是基尔霍夫定律⑵实际物体的辐射e=M/M（）M=cM（）对于250K的石英，做出其在不同波长的辐射出射度MX和250K的黑体辐射出射度变化曲线M。，如p22图2.9所示。比辐射率£实际物体的辐射M=£Mo比辐射率e影响因素比辐射率£是物体发射本领的表征，它不仅依赖于地表物体的组成成分，而且与物体的表面状态（粗糙度）及物理性质（介电常数，含水量，等）有关，并随着测定辐射能的波长入、温度T及观测角度0等条件的变化而变化。把物体的辐射分三类：接近黑体的物体，发射率接近1，如水在6〜14um,e=0.98-0.99灰体，发射率与波长无关，自然界人多数物体都是接近照体的灰体。选择性辐射体，发射率随波长变化，如毎灯，水银灯。§2-3太阳辐射和地球辐射辐射源分两类：人工辐射源和天然辐射源在自然界最大的天然辐射源是太阳和地球，它们是遥感信息的主要提供者。一、太阳辐射（太阳光）•太阳常数：不受犬气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间内照体所吸收的太阳辐射能量。IO=1.360X10A5瓦/平方米小练习：依据太阳常数和口地距离计算太阳总辐射通量•太阳光谱特征太阳的光谱是连续光谱，且辐射特性与绝对黑体辐射特性基本一致。太阳的辐射能量分布范围广，各个波段所占比例不同。遥感探测时，主要利用可见光、红外等稳定的辐射；利用微波的时候主要采用主动微波遥感。大气对太阳辐射产生了衰减作用（通过人气层上下太阳辐照度曲线比较知）二、地球辐射地球是被动遥感的另一辐射源，地球又是地学遥感探测的对彖，因此探测地球作为辐射源的辐射特性和作为太阳辐射接收的反射特性，以及不同地物反射率与波长关系，在地学遥感中有十分重要意义。从卫星上测出的地球的辐射接近300K的黑体辐射。由维恩位移定律知，峰值Xniax=9.66um。研究证明了地球辐射的分段特性：二、地球自身的热辐射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精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档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(X,T)=£(X,T)XMo(X,T)问：由于地表温度的口变化，热红外遥感应在一天中的何时进行？答：午夜。热红外遥感主要探测16微米以上区段，是探测地球自身的辐射性质，应避免对太阳辐射的吸收。比辐射率波谱特性曲线的形态特征可以反映地面物体本身的特性，包括物体本身的组成、温度、表面粗糙度等物理特性。当曲线形态特征特殊时可以用发射率曲线来识别地面物体。发射波谱曲线：某种地物的比辐射率(发射率)随波长的变化曲线，称该物体的发射波谱曲线。观察P36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。§2-4地球大气及其对太阳辐射的影响太阳光一大气一地物一人气一传感器，二次经过大气产生了较人变化。一、大气组成1•大气分层：略。大气组成人气的传输特性：人气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。这种特性与波长和人气的成分有关。大气的成分：多种气体、固态和液态悬浮的微粒混合组成的。人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、大气折射：使电磁波方向改变，但不影响辐射强度。三、大气反射：主要发生在云层顶部，强度取决于云量。削弱了电磁波到达地面的强度。四、大气吸收氧气：小于0.2Um：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；对航空遥感影响不人。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。五、大气散射散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而改变传播方向，并向各个方向散开的现彖。实质是电磁波在传播过程中遇微粒而产生的衍射现象。散射种类：瑞利散射(Rayleigh)条件：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射，主要由人气中的原子和分子引起，如N,CO2,03,02等特点：1、散射强度与波长的四次方成反比；2、波长越短散射越强，而且前向散射与后向散射相同；3、对可见光影响大■思考：无云的晴天天空为什么是蓝的，而口出口落时天空是橙红色？2.米氏散射(Mie)条件：当大气中粒子的直径与波长相当时发生的散射；主要由人气中的微粒、烟、尘埃、小水滴和气溶胶等引起。特点：1、散射强度与波长的二次方成反比；2、米氏散射在光线前进方向比向后方的散射更强；3、云雾对红外线(0.7——15Um)散射影响较大。精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档3・非选择性散射：条件：当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射；特点：散射强度与波长无关。瑞利散射主要发生在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；人气云层中小雨滴的直径相对其他微粒较大，对可见光只有无选择性散射，对各波段的散射强度相同，因而云层呈现白色；在微波波段，由于微波波长远人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，故微波具有最小散射、最人透射，具有穿云透雾的能力。六、大气透射及大气窗口大气窗口：将电磁波通过人气层时较少被反射、吸收或散射的、透过率较高的波段称为人气窗II。大气窗口的光谱段主要有：（P32）0.3〜1.3um,紫外〜近红外，摄影成像最佳波段，如TM1〜41.5〜1.8和2.0〜3.5um,近〜中红外，口照充足时扫描成像常用波段，如TM5,7等，探测植物含水量以及云、雪，或地质制图3.5〜5.5pm,中红外，除反射外，还有地物自身热辐射8〜14um,远红外，主要是来自地物的热辐射能量0.8〜2.5cm,微波，有穿云透雾能力，是主动遥感，如侧视雷达§2-5地物的反射波谱及其测量I（到达地面的太阳辐射总能量）=R（反射能量）+A（吸收能量）+T（透射能量）即E入射能=E反射能+E吸收能+E透射能或I=P（X,T）+a（A,T）+t（A,T）在一般遥感中，t（入，T）=0,a（入，T）=£（X,T）贝lj上式变为：£（X,T）+P（X,T）=1一、地物的反射1•反射率：物体反射的辐射能量R占入射总能量I的百分比，称为反射率P。p=RH^100%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•物体本身的性质：地表颜色与粗糙度利用反射率可以判断物体的性质。物体的反射自然界物体的反射状况可以分为三种：镜面反射；漫反射；实际物体的反射观察方向的反射亮度:Lr（①rOr）=P，（①iOi,0r）XIi（0i,D）+P”（①r0r）XID简化为Lr=p，XIi+p”XID*D是下标二、地物的反射波谱曲线1•反射波谱：是指地物反射率随波长的变化规律。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、小麦的光谱曲线精品文档利用反射率随波长的变化规律可以识别和区分物体。同一物体的波谱曲线反映了物体在不同波段的反射率，将此与传感器的对应波段接收的辐射数据相对照，可以得到遥感数据与对应地物的识别规律。不同地物有不同的反射波谱曲线（见P38-41植被、土壤、水体、岩石的反射波谱曲线特征）；同种地物在不同内部结构和外部条件下，其反射波谱曲线也有差异。根据这一点，可以识别不同的地物及同一地物的不同表现形式。同一地物不同时间的反射光谱曲线不同。2.几种典型地物的反射波谱曲线植被的反射波谱曲线：波长A/pm土壤的反射波谱曲线三种土壊的反射波谱曲线%/J土壤的反射波谱曲线三种土壊的反射波谱曲线%/J水体的反射波谱曲线精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档貝有不I司叶紈素浓度的海水的波膚曲线岩石的反射波谱曲线波&A/pm几种岩石的反射波谱曲线三、地物波谱特性的测量地物波谱特性测量的目的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：（一）地物反射波谱测量理论：双向反射分布函数（ERDF）双向反射比因子R（BRF）：（二）地物光谱的测量方法1、样品的实验室测量2、野外测量：垂直测量：P（入）=V（X）Xps（A）/Vs（X）非垂直测量：R（50i,50r）=K1RS（501,①r0r）+K2RD（①r0r）复习题1•电磁波及其性质；电磁波谱；辐射通量①；辐射通量密度E；辐照度I；辐射出射度M；辐射亮度L；黑体与灰体；比辐射率&;太阳常数；大气窗口；双向反射比因子R斯状藩一尔兹曼定律；维恩位移定律；基尔霍夫定律瑞利散射；米氏散射；无选择性散射发射波谱曲线太阳及地球的光谱特征被动遥感主要的辐射源是什么？遥感研究他们哪些波段的波谱特征，为什么？试述在遥感探测过程中大气对太阳辐射的影响。从地球辐射的分段特性说明为什么对于卫星影像解译必须了解地物反射波谱特性。结合遥感探测过程谈谈大气窗口在地学遥感中的作用。第三章遥感的探测基础§3-1传感器传感器是直接获得目标物信息的仪器，用以测量和记录目标物的电磁辐射强度和特性，是遥感技术系统的重要组成部分。一、传感器组成传感器通常由收集器、探测器、信号处理器和输出设备组成，如卜•图所示。二、传感器的分类按工作方式分：被动式、主动式按工作波段分：紫外、可见光、红外、微波、多波段传感器等按数据记录方式分：成像式、非成像式传感器按成像原理分：摄影方式、扫描方式传感器三、摄影式和扫描式传感器1•摄影方式传感器：快门打开瞬间收集目标信息。（P54）摄影方式传感器主要是摄影机。如框幅摄影机、缝隙摄影机、全景摄影机（缝隙式、镜头转动式）、多光谱摄影机等扫描方式传感器：逐点逐行收集目标信息。（P67）（1）对目标面扫描的传感器（2）对影像面扫描的传感器四、成像光谱仪（P70）成像光谱技术：将传统的空间成像技术与地物光谱技术冇机地结合在一起，实现对同一地区同时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像。成像光谱：就是在特定光谱域以高光谱分辨率同时获得的连续地物光谱图像，使得遥感应用町以在光谱维上进行空间展开，定量分析地球表层生物物理化学过程与参数。成像光谱仪按其结构可分为两种类型：面阵探测器加推打式打描仪的成像光谱仪线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪集光系统要求尽量使用反射式光学系统，并且要求具有消去球面像差、像散差及畸变像差的非球面补偿镜头的光学系统。2•分光系统，分色滤光片和干涉滤光片改为由狭缝、平行光管、棱镜以及绕射光栅组成的分光方式，绕射光栅能对由光导纤维导入的各波谱带的入射光进行高精度的分光，能用于从紫外至红外范用3•探测器敏感元件，要求由成千上万个探测元件组成的线阵，并且能够感受可见光和红外谱区的电磁波。关键技术⑴超多维光谱图彖信息的显示：如图象立方体的生成；⑵光谱重建：成像光谱数据的定标、定量化和人气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图彖-光谱转换；⑶光谱编码：尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征参数的算法；⑷基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法；⑸混合光谱分解模型；⑹基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算法。成像光谱的特点波段数量多（几十至几百个）、波段窄、数据量大。高的光谱分辨率：可获得可见光、近红外、中红外、热红外波段多而窄的连续的光谱。波段间隔亳微米（纳米），一般10—20个纳米，个别2.5纳米。图谱合一：在获得数十、数百个光谱图象的同时，可以显示影像中每个像元的连续光谱。它所提供的这种每个像元或像元组的连续光谱，可以较客观的反映地物光谱特征以及光谱特征的微弱变化，进行波谱形态分析，与实验室、野外及光谱数据库进行匹配，从而检测具有诊断意义的地物光谱特征，至使利用光谱信息直接识别地物。高的空间分辨率：一般瞬时视场IFOV以1.0-3.0nuad,空间分辨率几米到几十米不等。高的辐射分辨率和信噪比（S/N）：用仪器的噪声等效反射比表示，通常用信噪比（S/N）。信噪比的高低直接影响成像光谱图彖对地物的识别能力。§3-2传感器的性能传感器的性能指标表现在很多方面，其中最具有实用意义的指标是传感器的分辨率。空间分辨率时河分辨率光谱分辨率辐射分辨率温度分辨率一、空间分辨率：遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离，是用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标。即像素所代表的地面范围的大小，扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。通常用像元大小、像解率和视场角表征。像元（pixel）像解率：单位为线/亳米或线对/毫米，一个线对为一对能分辨的明暗相河的线。视场角（FOV）：指传感器的张角，即传感器的瞬时视域。对于摄影影像：（线对/亳米）；对于扫描影像：瞬时视场角（IFOV）（亳弧度），即像元，是扫描影像中能够分辨的最小面枳。空间分辨率数值在地面上的实际尺寸称为地面分辨率"对于摄影影像，用线对在地面的覆盖宽度表示（米）：对于扫描影像，是像元所对应的地面实际尺寸（米）。空间分辨率是评价传感器性能和遥感信息的重要指标之一，也是识别地物形状人小的重要依据。二、时间分辨率根据回归周期的长短，时间分辨率可分为三种类型：1•超短周期时间分辨率：中周期时间分辨率：3•长周期时间分辨率：利用时间分辨率可以进行动态监测和预报。三、光谱分辨率光谱分辩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。一般来说，传感器的波段数越多，波段越窄，地面物体的信息越容易区分和识别，针对性越强。四、辐射分辨率辐射分辨率是指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图象上表现为每一个像元的辐射屋化级。（P82）如landsat5的TM3,已知最人、最小辐射量值Rmax、Rmin和量化级D,则其辐射分辨率为R）=（Rinax—Riiiui）ZD,用％表示为R=R"（Rinax—Riiuii）*100%遥感图像的信息量:假设图彖上像元取各灰度值的概率相同，即图彖上各像元所取的灰度值不同，但是各灰度值出现的概率相同，设灰度量化级为D（辐射分辩率），根据信息论的研究公式，则每个像元所能包含的最人信息量为LogzD，一幅图象内有n个像元（空间分辩率）,则一个单波段图彖所包含的最人信息量为Im=n*log2D一幅图象有K个波段，则信息总量为I：=K*Im=K*n*log2D=K*（AP2）*log2D其中A为一景图彖所对应的地面面积，P为图彖的空间分辨率，D为量化级数。町见，遥感图像的总信息屋取决于空间分辨率P、波谱分辨率K和辐射分辨率D的大小。五、温度分辨率指热红外传感器地表热辐射（温度）最小差异的能力。与探测器的响应率和传感器系统内的噪声有直接关系，一般为噪声等效温度的2〜6倍。为了获得更好的温度鉴别力，红外系统的噪声等效温度限制在0.1〜0.5K之间，而使系统的分辨率达到0.2〜3.1Ko目前TM6图象的温度分辨率可达到0.5K。复习题传感器的组成和分类了解摄影式和打描式传感器成像光谱仪（重点）掌握传感器的性能第四章航空遥感简介§4-1航空遥感系统概念：航空遥感是以中低空遥感平台为基础进行进行摄影或扫描成像的遥感方式。特点：1•图像空间分辨率高且具有较大的灵活性。平台的高度和航线可在一定范围内变化，而且便于资料回收以及设备的检修更换。航空遥感的摄影费用昂贵，不町能在短期内对同一区域反复摄影成像，因而限制了航空遥感在监测方面的应用。_、航空遥感平台气球飞机:飞机平台在高度和速度上可以控制，也可以根据需要在特定的地区、时间飞行，它可以携带多种传感器，信息回收方便，而且仪器可以及时得到维修。按飞机高度可以分低空飞机、中空飞机和高空飞机三种。二、航空摄影方式（一）按摄影机主光轴与铅垂线之间的关系分主光轴像主点航摄倾角或像片倾角

按照主光轴与铅垂线之间的关系，可将航空摄影分为垂直摄影和倾斜摄影垂直摄影：航摄倾角aW3°的航空摄影;垂直摄影是航空遥感图象的主要获取方法。倾斜摄影：航摄倾角a>3°的航空摄影（二）按像片所采用的波段分1•普通黑白摄影：天然彩色摄影：与地物颜色一致。黑白红外摄影：彩色红外摄影：滤掉了可见光。多光谱摄影：6•机载侧视雷达（三）按照摄影的实施方式分1•单片摄影：2•单航线摄影：航向重叠一般为60%,不得小于53%o*航向重叠度：两个航线重叠的面积占整个摄影相片的比多航线摄影（面积摄影）：旁向重叠一般为15%〜30%。航向重叠与旁向重叠：航片的有效使用面积：（四）按航摄比例尺分1•大比例尺航空摄影：像片比例尺大于1：1万；中比例尺航空摄影：像片比例尺为1:1万〜1:3万；小比例尺航空摄影：像片比例尺为1：3万〜1:10万；超小比例尺航空摄影：像片比例尺为1:10万〜1：25万;三、航空遥感特点空间分辨率高，信息量大。灵活，适用于一些专题遥感研究。实验技术系统，是各种星载遥感仪器的先行检验者。信息获取方便。缺点:受天气等条件的限制人；观测范閑受到限制；数据的周期性和连续性不如航天遥感。§4-2航空像片的几何特性一、航空像片属于中心投影（一）中心投影中心投影：空间任意直线均通过一固定点（投影中心）投射到一平面（投影平面）上而形成的透视关系。照相机摄影是中心投影的实例。S是镜头，投影面（远离实物一侧）是胶片，影相为负片。摄影中心投影中的几个术语定义：1）固定点s称作投影中心2）过投影中心垂直于投影面P的直线称作主光轴3）主光轴垂直于地面的投影称作垂直中心投影精品文档精品文档精品文档精品文档4）投影中心S到投影面（胶片）的距离称作焦距f,S到投影面的垂足称作像中心点（二）中心投影成像特征在中心投影上：点的像还是点。直线的像一般仍是直线，但如果直线的延长线通过投影中心时，则该直线的像就是一个点。空间曲线的像一般仍为曲线。但若空间曲线在一个平面上，而该平面又通过投影中心时，它的像则成为直线。（三）中心投影和垂直投影的区别两类投影的区别主要表现在三个方面：1•投影距离的影响。投影面倾斜的影响。地形起伏的影响。航空像片是中心投影，地形图是垂直投影。由上可知，将中心投影变为垂直投影必须统一像片比例尺，纠正因像片倾斜和地形起伏所引起的误差，这是在用航空像片绘制地形图时必须要解决的问题。（四）航空像片的主要点和线像主点（o）：航空摄影机主光轴SO与像面的交点，称为像主点。像底点（11）：通过镜头中心S的地面铅垂线（主垂线）与像面的交点，称为像底点。等角点（c）：主光轴与主垂线的夹角是像片倾斜角a,像片倾角的分角线与像面的交点称为等角点。当地面平坦时，只有以等角点为顶点的方向角，才是地面与像片上对应相等的角度。主纵线与主横线：包扌舌主垂线与主光轴的平面称为主垂面，主垂面与像面的交线W称为主纵线，它在像片上是通过像主点和像底点的直线。与主纵线垂直且通过像主点的hOhO称为主横线。主纵线与主横线构成像片上的直角坐标轴。等比线：通过等角点且垂直于主纵线的直线hchO称为等比线。在等比线上比例尺不变。在水平像片上，像主点、像底点和等角点重合，主横线和等比线重合。二、航空像片比例尺及其测定（一）像片比例尺在平坦地区地形起伏区（二）像片比例尺测定平坦地区。丘陵地区。三、像点位移像点位移：在中心投影的相片上，地形起伏除引起相片比例尺的变化外，还会引起平面上的点在相片位置精品文档上的移动，称像点位移。（一）因地形起伏引起的像点位移（又称投影差）1•投影差大小与像点距离像主点的距离成正比，即距离像主点愈远，投影差愈人。像片中心部分投影差小,像主点是唯一不因高差而产生投影差的点。投影差大小与高差成正比，高差愈犬，投影差也愈人。高差为正时，投影差为正即像点离像点向外移动;高差为负时（即低于起始面），投影差为负，即像点向着中心点移动。投影差与航高成反比，即航高愈高，投影差愈小。（二）因像片倾斜引起的像点位移（又称倾斜误差）4＞为辐射角，即在投影面上点位辐射线与主横线的夹角；a为投影面与水平面的夹角；ra为辐射距；f为焦距。特点：倾斜误差的方向是在像点与等角点的连线上。倾斜误差与像点距等角点距离的平方成正比。当＜1＞=0°或e=180°,6a=0,即在等比线上的像点不因像片倾斜而产生位移。当e=90”或＜1）=270°时，Ism4＞I=1,即在主纵线上像点倾斜误差最大。投影面倾斜角a—般不大于3°,sm□是正值，而（1）取值却从0°到360"变化，使辐射距覆盖整个影像，因而使误差§a可正可负。具体分析如下：当0°〈4）〈180°,则误差为负值，即向内收缩：当180。〈4）＜360°,则误差§a为正值，即向外扩张；复习题航空遥感的特点航空摄影的分类摄影像片的主要特征：投影方式（投影距离的影响、投影面倾斜的影响、地形起伏的影响）；像片比例尺；像点位移（以地形起伏引起的）第五章航天遥感简介§5-1航天遥感及特点与航空遥感相比具有以下特点平台高度高，观察的地面范围大，可以发现地表大面积内宏观的、整体的特征；造地球卫星等航天平台发送上天后，自动运转，不需供给燃料和其他物资，取得同样的资料，费用比航空遥感低廉。遥感可以对地球进行周期性的、重复的观察，有利于对地球表面的资源、环境、灾害等实行动态监测。航天平台远高于航空平台，通常航天遥感的分辨率小于航空遥感，但是随着新一代高分辨率的传感器的研精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档制，航天遥感的分辨率将有很犬的提高。如Quikbird的分辨率达到了几米。航天遥感平台采集信息的方式宇航员操作，如在“阿波罗”飞船上宇航员利用组合像机拍摄地球照片：卫星舱体回收，如中国的科学实验卫星回收的卫星像片；通过扫描将图像转换成数字编码，传输到地面接收站；卫星数据采集系统收集地球或其它行星、卫星上定位观测站发送的探测信号，中继传输到地面接受站。遥感卫星的轨道类型：通常遥感卫星的轨道可以分为太阳同步轨道和地球同步轨道两种。太阳同步轨道：特点:每天同一时间通过地面某一固定点。800-1500kin地球同步轨道：特点:卫星公转角速度和地球自传角速度相同，相对于地面静止于空中某一点。36000km§5-2航天遥感分类按照航天遥感平台的服务内容可以分为：陆地卫星系列、气象卫星系列和海洋卫星系列。一、气象卫星系列1、气象卫星简介美国的“泰诺斯”(TIROS)卫星系列：第一代实验气彖卫星，60-65年共发射10颗，极轨气彖卫星。美国的雨云(Nimbus)卫星系列：64-78年共发射了7颗，太阳同步轨道。美国的艾萨(ESSA)卫星系列：66-69年共发射了9颗。美国的NOOA卫星系列：70-94年共发射了16颗。太阳同步轨道。I960年4月美国发射了第一颗气彖卫星泰罗斯-l(Tiros-l).随后，前苏联也相继发射了自己的气彖卫星。目前，在轨道上运行的大多数气象卫星是由美国和俄罗斯发射的，其中很大一部分为极地轨道卫星，简称极轨卫星。1966年美国发射第一颗业务气象卫星艾萨(ESSA)是极轨卫星，主要提供可见光云图。1970年、1978年美国又相继发射诺阿(NOAA)和泰罗斯一N系列业务气象卫星。这些卫星都属于极轨气彖卫星。极轨气象卫星的飞行高度一般在800-1500公里左右。由于卫星的飞行高度低，因此卫星照片分辨率高，图象清晰。1974年，美国成功地研制了第一颗静止业务环境监测卫星(GOES)。静止业务坏境监测卫星在赤道的某一经度、约36000公里高度上，它环绕地球一周约需24小时，几乎与地球自转同步。从地球上看好彖卫星是相对静止的，故又称为地球静止卫星。目前，口本GMS系列静止气彖卫星、俄罗斯的GOMES卫星、欧盟METEOSAT-3卫星、印度的INSAT以及美国的两颗静止卫星(GOES-E和GOES-W)共6颗卫星组成地球静止气象卫星监测网。这些卫星位于赤道上空约36000公里高，每半小时向地球发送一次图片。中国也先后成功地发射了6颗气象卫星(3颗风云一1和3颗风云一2)。依靠这些卫星，中国建立了自己的卫星天气预报和监测系统。风云一1是一种极地轨道气彖卫星。风云一2是一种静止气彖卫星。2、气象卫星的特点(见P48)⑴轨道：低轨和高轨。低轨即近极地太阳同步轨道，高轨即地球同步轨道。⑵成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。⑶短周期重复观测：静止气彖卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次。利于动态监测。⑷资料来源连续、实时性强、成本低。气象卫星观测的优势和特点1•空间覆盖优势极轨气彖卫星在约900kin的高空对地观测，一条轨道的打描宽度可达2800kim每天都可以得到覆盖全球的资料。地球静止卫星在3.6万公里的高空观测地球，一颗静止卫星的观测面枳就可达1亿7「万平方公里，约为地球表面的1/3。只有通过卫星的人范I韦I观测，才使人类获得了几乎无常规观测的人范闱海洋、两极和沙漠地区的资料。目前已经可以通过卫星观测系统，获取全球或任何感兴趣区域的空间连续的高分辨率气彖和坏境资料，不受国界限制。时间取样优势气象卫星观测可以人人地改善资料的时间取样频次。特别是静止气彖卫星可以获得每小时一次的大范闱实时资料，必要时甚至可以获取半小时的资料。有利于对灾害性天气的动态监测。双星组网的极轨气彖卫星也可以每天提供4次全球覆盖的图象资料和垂直探测资料。而常规高空站每天只在00时12时（世界时）进行两次观测，且无法观测海洋和无人地区。资料一致性优势与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均一性和良好的代表性。尽管世界气彖组织（WMO）已经颁布了一系列规范来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料的不一致性。测站分布的不均匀等，也使资料的不确定性增加。气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进行观测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。卫星资料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有较好的区域代表性。综合参数观测优势与其它观测方法相比，气象卫星是从大气层外这个新视角观测地球系统的，所以有些重要的气候变量，特别是通过整个垂直方向人气层的积分参数，如地气系统的反照率、犬气顶的地气系统的射出长波辐射，只能通过气彖卫星观测才能获得。目前已成功地从气彖卫星观测资料中导出了全球大气温度和湿度廓线、辐射平衡、海陆表面温度及云顶温度、风场、云参数、冰雪覆盖、云中液态水含量和降水量、臭氧总量和廓线、陆地卞垫面状态、植被状况等诸多重要气候和坏境参数，这是任何其他观测手段所不能观测的。FY・1C\D通道编号、波长范围及其主要用途通道1、2的探测波段分别处于植被反射的低谷和高峰区，利用二者的差值可以计算各种植被指数，植被指数能反映作物、森林、草场的生长情况，病虫害及作物缺水状况，并能进行作物估产，这个通道还可以做判识水陆边界，河口泥沙海冰等。通道3处在红外短波窗区，它对检测地面高温热源，比如，森林和草场的火灾特别有效。通道4、5处于红外窗区，用以测量地面温度，这两个通道相结合的目的在于对海面温度反演中对大气削弱进行订正，计算的地表和海表温度在农业、渔业、洋流、城市热岛等方面有广泛的应用。通道6对雪的反射率较低，与其它通道结合有助于云、雪的判识，同时此通道对土壤湿度比较敏感，有助于干旱监测。通道7-9是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中叶绿素的含量，他还可以反映海洋浑浊度和海洋污染以及赤潮等情况。通道10是低层水汽通道，用于犬气修正和人气透过率的计算。火情监测在AVHRR图彖中，由于高温目标在通道三的亮温人人高于背景彖元的亮温，因而在通道三图象上，含火点象元与周围彖元产生明显反差。利用增强，多通道彩色合成、阈值判断等处理技术，可以从AVHRR资料中得到反映地面明火区、过火区、未燃区（森林、草原、农田）、烟雾范闱和方向等各种反映林火和草原火的信息。并可探测到面积低于一个象元的亚象元火点。极轨气彖卫星（FY、NOAA）覆盖范|制宽广，每天观测频次在中高纬度达8-10次，可以多频次的监测火情。沙尘暴监测3、气象卫星的应用领域（见P49）天气分析与气彖预报气候研究与气候变迁的研究资源环境领域：海洋研究、森林火灾、水污染精品文档二、陆地卫星系列1、美国Landsat系列（1）轨道参数：Landsat-4.5、6号采用飞行高度为705km,轨道倾角为98度的太阳同步准回归轨道，通过赤道时刻为地方平均时上午9:39。它用16天时间对整个地球观测一遍，第17天返回到同一地点的上空（17口回归）。（2）观测仪器：星上搭载多光谱扫描仪（MSS）和专题扫描仪（TM）两种遥感器。TM是4号星以后搭载的，观测参数见表。TM数据是第二代多光谱段光学——机械打描仪，是在MSS基础上改进和发展而成的一种遥感器。TM采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。ETM数据是第三代推帚式扫描仪，是在TM基础上改进和发展而成的一种遥感器。两种遥感器都是采用打描镜进行机械扫描的方式，MSS的IFOV为80m,TM的IFOV除6波段的热红外以外为30m。地面上的观测宽度约185KMo此外，6号星以后仅搭载ETM,并予定追加IFOV为15m的全色波段。数据通过跟踪及数据中继卫星TDRS（trackinganddatarelaysatellite）传送到地面站。各景的位置根据卫星轨道所确定的轨道号和由中心纬度所确定的行号进行确定。这一系统称AVRS（worldreferencesystem）,中国全土可用轨道号从113到151,行号从23到45的约530景覆盖。数据通常用CCT提供给用户，在CCT上，每个数据单位（称为像元）是把与遥感器的分辨率几乎相同的地面面枳上的反射亮度强度记录到每个波段上，各波段强度用8比特的数值来表示。如果是系统校正过的数据，那么根据下式，可以把数据值（V）变换成绝对辐射亮度R（mW/cm2.sr）R=V（Rmax-Rmin）/Dma.x+Rmin式中：Rmax.加加分别为探测器的最人及最小辐射亮度，D”处对于MSS和TM分别为128和256。TM和MSS的Rmax.血加分别表示于表2和3中。要注意的是，L是在卫星上的观测值，由于大气的影响，它与地面上的观测值是不一致的。2、法国SPOTSpot是近极地卫星，轨道近极地有利于增大卫星对地面总的观测范亂考虑到地球绕极轴的自转和卫星98度的轨道倾斜面，Spot卫星能在其26天的运行周期内飞过地球上任何一点的上空。特点是立体观察、立体成像。3、中巴地球资源卫星CBERS中巴资源卫星由中国与巴西1999年10月14口合作发射，是我国的第一颗数字传输型资源卫星卫星参数：太阳同步轨道轨道高度778公里，倾角:98.5。重访周期26天；平均降交点地方时为上午10：30；相邻轨道间隔时间为4天：扫描带宽度:185公里；星上搭载了CCD传感器、IRNISS红外扫描仪、广角成像仪，由于提供了从20米一256米分辨率的11个波段不同幅宽的遥感数据，成为资源卫星系列中有特色的一员。■CCD相机■红外多光谱打描仪■广角成像仪高分辨率CCD像机具有与陆地卫星的TM类似的几个谱段（5个谱段），其星下点分辨率为19.5m,高于TM（30m）；覆盖宽度为113km。B1:0.45〜B1:0.45〜0.52um,E2:0.52〜0.59um,E3:0・63〜0.69um,B4:0.77〜0.89unitE5O51〜0.73unit蓝,相当于TM1o绿,相当于TM2。红,相当于TM3。近红外，相当于TM4全波段。红外多光谱打描仪IRMSS（4个谱段），覆盖宽度为119.5kinoB6:0.50-1.10um,蓝绿〜近红外，分辨率77.8nioB7:1.55—1.75Um,近红外相当于TM5,分辨率为77.8m。

E8208〜2・35Um,近红外相当于TM7,分辨率为77.8iiioB9:10.4~12.5um,热红外相当于TM6,分辨率为156m。广角成像仪WFI（2个谱段），覆盖宽度890km。B10O63〜0・69um,红，分辨率为256m。B1L0.77〜0.89um,近红外，分辨率为256m。4、IKONOS自从1994年3月1O口美国克林顿政府颁布关于商业遥感数据销售新政策以来，解禁了过去不准10-1m级分辨率图像商业销售，使得高分辨率卫星遥感成像系统迅速发展起来。美国空间成像公司（Space-Imaging）的IKONOS卫星是最早获得许可之一。经过5年的努力，于1999年9月24口空间成像公司率先将IKONOS-2高分辨率（全色lm,多光谱4m）卫星，由加州瓦登伯格空军基地发射升空。具有太阳同步轨道，倾角为98.1°。设计高度681kin（赤道上），轨道周期为98.3min,卞降角在上午10:30,重复周期1〜3d。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。传感器由三个CCD阵列构成三线阵推扫成像系统。全色光谱响应范围:0.15〜0.90um而多光谱则相应于Landsat-TM的波段:MSI-10.45〜0.52umMSI-20.52MSI-10.45〜0.52umMSI-20.52〜0.60umMSI-30.63〜0.69umMSI-40.76^0.90um蓝绿波段，相当于TM1绿红波段，相当于TM2红波段，相当于TM3近红外波段，相当于TM45>QuikbirdQuickBud是美国DigitalGlobeg公司于2001年10月18口发射成功的高分辨率遥感卫星，其空间分辨率达到了0.61米，是目前全球最高分辨率商业卫星，除了分辨率高优势之外，快鸟还在多光谱成像（1个全色通道、4个多光谱通道）、成像幅宽（16.5公里X16.5公里）、成像摆角等方面具有显著的优势。■是美国DigitalGlobe公司的高分辨率商业卫星，于2001年10月18口在美国发射成功。■卫星轨道高度450kill,倾角98°，卫星重访周期1〜6d（与纬度有关）。■QuickBird图像，目前是世界上分辨率最高的遥感数据，为0.61m，幅宽16.5kirn■可应用于制图、城市详细规划、坏境管理、农业评估。三、海洋卫星系列：海洋卫星简弁世界海洋卫星包括三大类：海洋水色卫星：海洋地形卫星：海洋坏境卫星：海洋卫星探测的特点（1）全天候全天时探测（2）半球或全球探测（3）长期不间断监测（4）定性定量探测（5）轨道定位精度高（6）海洋水色探测器接收的是离水辐射率（7）探测海洋水色要素，需要细分波段，即波段多而狭窄（8）探测器配套性好卫星海洋探测的发展阶段（1）探索试验阶段（1970〜1978）精品文档精品文档精品文档精品文档试验研究阶段(1978〜1985)应用研究阶段(1985〜)我国海洋卫星状况海洋一号(HY-1A〉卫星是中国第一颗用于海洋水色探测的试验型业务卫星。星上装载两台遥感器，一台是十波段的海洋水色扫描仪，另一台是四波段的CCD成像仪。HY-1A卫星主要任务是用于探测海洋水色坏境要素(包扌舌叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、可溶性有机物)、水温、海洋污染物等。HY-1A卫星于北京时间2002年5月15口9时50分在太原卫星发射中心与FY-1D卫星由长征四号乙火箭一箭双星发射升空。复习题比较航天遥感和航空遥感的特点。了解遥感卫星的轨道类型(太阳同步轨道和地球同步轨道)3•了解陆地卫星、气彖卫星和海洋卫星各自的特点及应用。第六章微波遥感§6-1微波遥感概述一、微波遥感及特点1•微波遥感概念:电磁波中波长在1mm〜Im的波段范围称微波波段。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。微波遥感两种方式:主动方式，如合成孔径雷达、微波散射计、雷达高度计等。被动方式.即观测地表目标的辐射方式，如微波辐射计等。微波特性：频率特性与极化特性微波散射计：向有起伏的物体表面发射微波，然后对其反射信号接受。微波辐射计：被动接受来自地面的辐射。2、微波遥感特点穿透云层能力强，能全天时、全天候工作对目标的鉴别能力强，对某些地物具有特殊的波谱特性。如钢、水和混凝土，在同温度卜，红外比辐射率分别是0.6,0.9,0.9和0.9,差别是不明显的，而相应的微波比辐射则分别人0.0,0.4和0.9,根据遥感的辐射强度，就能辨认出目标对物体的穿透能力强。获得信息不同。例如，可见光和红外照片上土壤及植物的颜色，主要由它们的表面层分子谐振所决定,而微波遥感照片的颜色，则反映了土壤和植物的几何体及介质特性。将这两方面信息综合起来，就获得了目标的全面信息。因此，微波遥感，红外遥感和可见光遥感也是相互补充的。分辨率低，但特性明显；对海洋遥感具有特殊意义。二、微波辐射特征微波属于电磁波，具有电磁波的基本特征，包括反射、吸收、散射、透射等规律。叠加：相干性：衍射：极化：当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量的方向具有固定的规律，这种现象称为电磁波的极化。极化方式是卫星电视信号的电磁场振动方向的变化方式。极化方式分为垂直极化和水平极化。考虑到发射天线和接收天线的架设方便，减少重影，以及避开其它电精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档波的干扰等因素，垂直极化波大多用于中波广播、移动通讯、卫星电视广播等，水平极化波大多用于短波广播、地面电视广播、调频广播和卫星电视广播等。现代远程教育的卫星信号极化方式既有水平极化又有垂直极化。三、微波传感器1、非成像传感器微波遥感应用的非成像传感器主要有微波散射计和雷达高度计。微波散射计：主要用来测屋地物的散射和反射特性。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：测屋目标与遥感平台的距离，从而町以准确得知地表高度的变化，海浪高度等参数。2、成像传感器主动遥感如侧视雷达、合成孔径雷达；被动遥感如微波辐射计；微波辐射计：主要用于探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图彖。地面物体发射微波强度与自身的亮度温度有关。侧视雷达：是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射一个窄的脉冲，覆盖地面上这一侧的一个条带，然后接收在这一条带上地物的反射波，从而形成一个图像带。随着飞行器前进，不断地发射这种脉冲波束，又不断接收回波，从而形成一副一副的图象。合成孔径雷达：与侧视雷达类似，在平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射信号。所不同的是将发射和接收天线分成许多小的单元，每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位置不同，记录的回波相位和强度都不同。优点是提高了图彖在飞行方向上的分辨率。天线的孔径越小，分辨率越高。§6-2侧视雷达的工作原理_、雷达概述雷达(说眄原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方向、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分组成。侧视雷达成像与航空摄影不同，航空摄影利用太阳光作为照明源，而侧视雷达利用发射的电磁波作为照射源。它与普通脉冲式雷达的结构人体上相近。图为脉冲式雷达的一般组成格式。它由一个发射机，一个接收机，一个转换开关和一根天线等构成。雷达测距：根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=cT/2S：目标距离T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间C：光速雷达测方向雷达测速度：多普勒效应:(P74)雷达的战术指标：作用距离、威力范【韦I、测距分辨率与精度、测角分辨率与精度、测速分辨率与精度、系统机动性等。二、侧视雷达工作原理雷达遥感的信息特征雷达影像的色调差异主要取决于回波的强弱一般来说,距离近的物体回波强，距离远的物体回波较弱金属物体往往都有较强的回波

平行于航向的物体回波较强受地形起伏的影响，雷达波不能到达之处,形成雷达阴影受天线角度影响,地面镜面目标无回波在雷达影像上，线状地物一般比较清晰雷达影像的立体感较强1、真实孔径侧视雷达真实孔径侧视雷达的分辨力包括:距离分辨力;方位分辨力距离分辨力:是在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标的最小距离，它与脉冲宽度有关(理论上为脉冲宽度的一半)。可用下式表示：式中：t——脉冲宽度；e——俯角。(P16)上式还说明了距离分辨力与距离无关。方位分辨力：相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离。它与波瓣角B有关，这时的方位分辨力为：Rb=BR式中：B——波瓣角；R一斜距。波瓣角B与波长入成正比，与天线孔径d成反比，因此方位分辨力又为：合成孔径雷达合成孔径雷达与真实孔径雷达的区别：在于天线结构。合成孔径雷达是利用小的结构单元在不同时刻发射、接受脉冲信号。合成孔径雷达优点为提高了方位分辨力。合成孔径雷达方位分辨力：天线最人的合成孔径为：由以上两式得：Rs=d§6-3侧视雷达图像的几何特征1、垂直飞行方向(y)的比例尺由小变大地面上有A、B、C三段距离相等，投影至雷达图像上为a、b、Co由于Ob>a,贝ij地面上AB线段投影到影像上为ab,比例尺为：2、山体前倾，朝向传感器的山坡影像被压缩而背向传感器的山坡被拉长(前视收缩)，与中心投影相反，还会出现不同地物点重影现彖(叠掩)。3、高差产生的投影差与中心投影影像投影差位移的方向相反，位移量也不同。见图。复习题微波遥感及其特点雷达的距离分辨率和方位分辨率侧视雷达图像的几何特征前视收缩、叠掩现象、雷达阴影遥感图像处理遥感图像处理第七章遥感光学图像及其处理§7-1颜色性质和颜色立体一、颜色性质1、亮度对比和颜色对比亮度对比（反差）：观察对象的明暗程度，是视场中对象弓背景的亮度差与背景亮度之比。记作：C=|L对g-L卄瑕|/L肯彊多个对彖之间的亮度对比C=AL枠/L甌，选择适宜的对彖及背景的亮度可以提高对比，从而提高视觉效果。颜色对比（色差）：视场中相邻区域的不同颜色相互影响称颜色对比。人眼对颜色（分辨100多种颜色）的敏感度高于对亮度的，所以彩色图像可以表现更为丰富的信息量。2、颜色的性质明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉（与物体的反射率成正比）。明度受视觉感受性和经验的影响。色调：指色彩彼此相互区分的特性（色彩的差异）。与视觉接收到的波长有关，通常是一定波长的组合饱和度：指色彩纯洁的程度，在波谱中指波段是否窄（与波长成反比），频率是否单一。对于黑白色只用明度，不用色调和饱和度表示。二、颜色立体颜色立体孟赛尔颜色立体（Munsellcoloursystem）§7-2加色法与减色法光对于色虽然有着单一的一一对应关系，而色对光并不存在单一的对应关系。因此，一些色彩可以由不同波长的光按一定比例叠加混合而成，亦即可以用少数几种色光合成出众多的色彩来。彩色合成就是依照眼睛的这一色觉现象，通常利用三种基本色光（称为基色）按一定比例混合叠加而成各种色彩，基色与三原色（三基色）一、加色法加色法适用于色光的叠加混合，采用红、绿、蓝三种色光为基色，按一定比例混合叠加产生其它色彩。1•两种基色光等量混合叠加，产生一种补色光。即红+绿一黄；红+蓝一品红；蓝+绿一青；黄、品红、青称为补色（光）。红、绿、蓝三种基色光等量相加为白光（自然光）。即红+绿+蓝f白（光）。互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色称为互补色。如红与青，黄与蓝，绿与品红。当两种色光相加成为消色（白色或黑色）时，称这两种色光为互补色。黄与蓝；品红与绿；青与红为互补色。非互补色（光）不等量相加混合，产生不同的中间色（光）女U：红（多）+绿（少）一橙；红（少）+绿（多）〜黄绿等。加色法适用于色光的叠加混合，对于加色法原理可进一步用色度图来表示。色度图:P88色度立体图：二、减色法减色法是从自然光（白光）中，减去一种或二种基色光而生成色彩的方法。精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档减色法三原色指加色法三原色（红绿蓝）的补色（青品黄）遥感中通常采用减色法（如在镜头前加滤光片）黄原色一蓝色品红色减绿色青原色减红色§7・3黑白影像与彩色影像一、黑白片感光原理感光：显影：定影：经过感光、显影、定影后的胶片，光强之处银颗粒层厚而发照，透过率低：光弱处银颗粒层薄而发白，透过率高，刚好与自然景物的黑白程度相反，所以此时为负片。一般常用底片的特性曲线反映被照射景物的真实程度。底片的特性曲线是底片露光部分的光学密度（D）和曝光量（H）之间的关系曲线。黑白胶片的结构组成各种银盐型黑白胶片虽然其用途各有不同，但其结构却基本相似,一般都是由保护层、乳剂层、防光晕层、底层、片基、背涂层等几个部分组成。二、彩色像片生成原理（一）彩色合成的原理1、彩色的分解与还原彩色分解：彩色还原：2、真彩色合成与假彩色合成真彩色合成：形色合成:标准假彩色合成图像：由krndsat的TM4、3、2（或MSS4、2、1）波段的黑白透明正片分别通过红、绿、蓝滤光系统合成的多波段彩色合成图像。3、多波段彩色合成处理：多波段彩色合成处理是依照彩色合成原理，将同一地区或同一幅彩色图像不同波段的分光黑白图像，分别通过不同的滤光系统，并使各图像相应影像准确套合，生成彩色图像的技术处理。（-）彩色摄影像片生成原理1、彩色胶片的结构：由保护层、感蓝层、感绿层、感红层、底层、片基和防光晕层组成。2、彩色影像的生成过程:（三）彩色红外像片生成原理1、彩色红外胶片的结构上层乳剂是感近红外层，对0.7-0.9微米部分较为敏感，对红、绿部分不敏感，这一层含有青色染料成色剂;中层乳剂是感绿层，0.5—0.6微米部分敏感，对绿光感光，并含有黄色染料成色剂；精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档卞层乳剂是感红层，0.6—0.7微米部分敏感，对红光敏感，而对绿光不敏感，含有品红染料成色剂。2、彩色红外像片生成过程§7-4遥感图像光学处理方法一、利用加色法或减色法实现彩色合成光学法是利用彩色加色法原理进行的合成黑白正片1黑白正片黑白正片1黑白正片2黑白正片3二、彩色像纸分层曝光法三、彩色印刷法四、图像相关掩膜增强处理（P92）（_）反差增强（二）边缘增强复习题名词：亮度对比，颜色对比，明度，色调，饱和度，三原色，互补色，位相介质及其色散简述加色法与减色法合成原理。理解彩色合成原理；彩色分解与彩色还原什么是真彩色合成？什么是假彩色合成？两者之间有何区别，试举例说明。标准假彩色合成图彖光学增强处理方法有哪些？假彩色的编码过程？第八章遥感数字图像及校正§8-1遥感数字图像及直方图一、数字图像：将某一特定波长范閑内（波段）物体（地物）的发射或反射能量做等间隔的量化，形成一幅以数字形式表示每个像元明暗特征，可以被计算机存储、处理和使用的图像。数字图像基本单元像元精品文档精品文档精品文档精品文档数字图像特征（1）数字图像是将传感器接受到的电磁辐射强度转化为以数字（亮度级）表示的图像。（2）电磁辐射强度的量化等级通常为27,即0~127；数字图像处理的亮度范閑是28,即0〜255。两者之间存在差异是为了给图像处理留出必要的“空间”。（3）数字图像每个像元代表的地面范围取决于传感器的空间分辨率。（4）每景数字图像的行数、每行的像元个数与传感器（及其空间分辨率）有关（见P160,表5.8）o（5）数字图像多个波段的几何位置经过精确配准。二、数字图像直方图：以每个像元为统计单元，表示图像中各亮度值或亮度区间出现频率的分布图。数字图像直方图既表示出一幅（一景）图像亮度的整体特征，也表示出这幅图像中地物的类别特征。通常横坐标表示图彖中像元的亮度值，纵坐标表示每一亮度值或亮度间隔的像元数（或占总像元数的百分比）。从数字图彖直方图可以直观的了解图彖的亮度值分布范怜I、峰值位置、均值以及亮度分布的离散程度。由于一副图彖包含众多的像元，像元亮度值又是随机分布的，因此数字直方图应该接近正态分布，说明图彖反差适中、亮度分布均匀，层次丰富，图彖质量高。若直方图峰值偏向一侧则说明图彖偏亮或偏暗，缺少层次，质量较差，可以通过调整直方图形态来改善图象的显示质量，使图彖得到增强。数字图像直方图的形态直接反映了图像的质量。§8-2遥感数字图像的辐射校正遥感图像的辐射校正是指对图像辐射失真和辐射畸变而进行的校正。影响亮度的主要因素：太阳辐射照射到地面的辐射强度地物的光谱反射率。当太阳辐射相同时，图彖上像元亮度值的差异直接反映了地物目标光谱反射率的差异（理想状态）。（图4-16）传感器获得的能量信息：地物对太阳辐射的反射（L1X）人气层对太阳辐射的散射，散射光到达地面后，被地物反射后再进入传感器（向下光）（L2入）人气层对太阳辐射的散射光向上直接通过人气层进入传感器（向上光）（程辐射LpX）传感器获得的辐射亮度（LX）为LX=L1X+L2X+LpX产生辐射畸变的原因：传感器仪器本身的误差大气对辐射的影响大气影响的粗略校正（数字图像的辐射校正）目的：消除程辐射的影响，提高改善图彖的质量。基本原理：在可见光波段同一幅图象的面积内，程辐射度是一近于常数的附加值，其值的人小只与波段有关。方法：直方图最小值去除法、回归分析法每幅图像中地物的亮度特征与该幅图像的波段密切相关。直方图最小值去除法：（P100）回归分析法：（P102）精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档以上两种方法都是基于图象特征的模型，此外还有光谱波段间的数学变换(NDVI,RVI,PVI等)，平面场模型，对数残差修正模型等。这些都是利用图象自身信息的像元值直接取代人气程辐射。地面经验线性模型：获取遥感影彖上特定地物的灰度值及其成像时相应的地面地物反射光谱的测量值，建立两者之间的回归方程式，在此基础上对整幅遥感图彖进行•辐射灰度校正。这种模型简单，但需要进行实地同步定标点的光谱测量，而且对地面定标点的要求较高(均匀表面、区域不宜过大等)。§8-3遥感数字图像的几何校正一、几何畸变几何畸变：遥感图像的几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元人小与地面人小对应不准确，地物形状不规则变化等变形。几何畸变种类：平移、旋转、缩放、偏扭、弯曲产生几何畸变原因：遥感平台或传感器姿态、地形起伏、地球曲率、人气折射、地球自转等遥感平台位置和运动状态变化的影响(P104航高变化的影响一地面分辨率不均匀航速变化的影响一航向位移俯仰变化的影响一旁向位移翻滚变化的影响一扭曲变形偏航变化的影响一倾斜畸变地形起伏的影响一产生像点位移大气折射的影响一产生像点位移地球曲率的影响一产生全景畸变地球自转的影响一影像变形二、几何崎变校正几何畸变校正：指对遥感图彖上目标的空间分布进行地面实况的校正。•基本思想：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。(P107)校正方法地面控制点校正法1.地面控制点(GCP)的选取对于整幅图象分别在地形图和遥感图象上选取若干对GCP,选取原则：定位标志明确，容易分辨且较精细：GCP不随时间变化(尽量选取永久性建筑物)以及在未做地形校正的图像上应尽量在同一高度；GCP分布要均匀，因为图像变形是非线性的；要有一定的数量保证，否则不足以作为平差的依据。若是n次多项式则至少为(n+l)(n+2)/2个GCP；像元坐标的变换：建立起控制点的地图空河和对应的图彖空间之间的坐标换算函数式，通过地面控制点求出图彖像元的正确坐标位置，建立新的图象空间一即对图彖中的每个像元进行重新定位。即像元位置校正：计算校正后每一点所对应原图中的位置，建立两图像像元点之间的对应关系像元亮度值的重采样一般通过对周闱像元亮度值的插值计算求出新的像元亮度值，可以采用最近邻法、双线性内插法、三重卷积内插法等多种内插方法。复习题1•数字图像与光学图像区别试分析进入传感器的辐射有哪几部分，如何进行辐射校正（大气校正）。产生遥感图像几何畸变的原因是什么？几何畸变的种类有哪些？如何对遥感图像进行几何畸变的校正。（简述遥感图像几何校正的过程）在进行遥感图像的几何校正时，地面控制点（GCP）的选取至关重要，其选取的原则是什么？第九章遥感数字图像的增强§9-1数字图像的增强增强目的：改善图彖的显示质量，以利于信息的提取和识别；从方法上讲就是设法摒弃一些认为不必要或干扰的信息，而将所需要的信息得以突出出来。主要方法：对比度变换、空间滤波，图象变换等。图象增强是对视觉效果或识别效果而言的，是针对应用领域中的被识别目标而言的。（被识别目标本身必须存在差异）一、对比度变换（辐射增强）概念：对比度变换是一种通过改变图彖像元的亮度值来改变图象像元对比度，从而改善图象质量的图彖处理方法（将图像中过于集中的像元分布区域（亮度值分布范怜I）拉开扩展，扩人图像反差的对比度，增强图像表现的层次性）因为亮度值是辐射强度的反映，所以也称辐射增强。每幅图彖的像元亮度值的直方图形态应接近正态分布（人量的像元亮度值应符合统计分布规律），如果直方图的峰值偏向一方，说明图象偏亮或偏暗：峰值提升过陡、过窄说明图彖亮度值过于集中等，这些都说明图象的对比度较小，图彖质量较差。精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档对比度变换的方法常用的主要有线性变换和非线性变换（P113）：线性拉伸：以线性函数加大图像的对比度。效果:整幅图像的质量改善。分段线性拉伸：以分段线性函数加人图像中某个（或某几个）亮度区间的对比度。效果:局部亮度区间的质量改善。非线性变换指数增强：按指数函数所做的反差增强.效果：是一个渐变增强过程（线性增强是突变），主要增强高亮度部分，亮度越高，增强效果越明显。对数增强：按对数函数所做的反差增强.效果：是一个渐变增强过程（线性增强是突变），主要增强低亮度部分，亮度越低，增强效果越明显。二、空间滤波（spatialfiltering）•…图像的平滑与锐化任何一幅图彖都是顺序的数字“点阵”构成的，点阵中的每一行（扫描行）包括相同的若干个像元点。如果以每一行的像元点位置为横坐标，以像元点的亮度值为纵坐标，这样每一行都可绘制成一波形曲线。滤波增强处理从数学上可知，任何一条复杂的波形曲线都可分解成具有不同频率的数条简单波形曲线的叠加。空间滤波原理：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,使一些地物或现彖得到突出显示。滤波增强处理根据所选择（或滤波器）的波形曲线的频率（或波长）高低，可分为高通滤波、中通滤波和低通滤波。高通滤波：把低频滤掉，突出高频，突出图象细节，使图彖锐化。节理、裂隙及小型地质构造的分布具有较高的空间频率，波长以几米至几十米，可采用高通滤波得到增强。低通滤波：把高频滤掉，突出低频，平滑掉原图象细节，使图彖粗化。对于人规模的地形在图彖上的形迹具有较低的空河频率，町用低通滤波得到突出。中通滤波：突出图像中等频率的信息，抑制高频和低频信息。对于一般的背斜、向斜构造，具有中等规模的空间频率特征，可用中通滤波增强去突出。空间滤波滤波处理的方法一般通过像元与周闱相邻像元的关系，采用空间邻域的处理方法，因此也称空间滤波。空间滤波概念图象卷积运算PU6图像平滑：邻域平均；多图像平均锐化（图像锐化、边缘检测（如图））：图像与模板之间进行卷枳运算。不同的模板产生不同的边缘检测效果。三、彩色变换彩色的数字表达：RGE与HLS彩色变换（彩色技术）：采用不同的彩色坐标系统把不同传感器的数据或不同性质的数据融合起來，产生彩色合成图像的过程。单波段彩色变换（P120）假彩色密度分割：单波段黑白遥感图像把整个亮度值分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像的方法，称为假彩色密度分割。假彩色密度分割原理：将图彖亮度值，按一定量进行分割，划分为若干等级，每一等级用一种颜色表示，生成一幅彩色图象。图彖上的颜色是人为加上的，每层的色彩可以与地物的真实色彩不同，而称为假彩色；要求：每层亮度范I制的确定尽可能与某类实际地物的亮度范闱相一致；相邻亮度层的色彩，尽可能区别鲜明。假彩色等密度分割将图象输入计算机，存入存储器中。对图象中像元亮度值进行统计，产生显示直方图，确定亮度值分布范怜I，定出其最人值(Imax)、最小值(Imin)确定分割的等级数(N),计算出分割的间隔A1=(Imax-Iinin)/'N对输入图彖的每一个像元亮度值进行转换。为像元新值赋色。如0赋予深灰色，1赋予灰，2赋予浅灰，3赋予蓝，。依次输出像元的赋色像元“点阵”构成假彩色等密度分割图像。优点：增强图像显示、表现能力。缺点：由于同一地物或现象可能处理分割成两种不同密度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或现象，造成判读错误。多波段色彩变换(P120)RGE彩色空间：以加色法彩色合成原理，选择遥感图像的某三个波段，分别赋以红、绿、蓝进行彩色合成,所构成的彩色空间。加色法彩色合成：根据信息识别的目的和传感器的光谱效应，从多个波段中选取三个波段，分别赋以红、绿、蓝，得到一幅彩色图像的方法。模拟真彩色合成：TM3+TM2+TM1(R、G、B)标准假彩色合成：TM4+TM3+TM2(R、G、B)彩色空间变换(P121)HLS彩色空间的概念：以色调、明度、饱和度构成的彩色空间。步骤：(1)由RGB彩色空间变换到HLS彩色空间；在HIS空间中，对H、L、S分量(波段)分别增强；由HLS空间变换到RGB空间中，再次按加色法合成，可以达到好的识别效果;原理：对色调H增强，使色调变化更多，层次缤纷；对亮度L增强，使亮度“间距”加大；对饱和度S增强，便颜色饱合程度更人，提高色彩的纯度，加大了相邻色彩的差异。IHS色度变换，先把颜色表示成1(强度)、H(色度)、饱和度(S)。模型变换公式：四、图象运算两幅或多幅单波段影象，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图彖的增强，达到提取某些信息或去掉某些不必要的信息目的。差值运算(Difference):两幅或多幅经空间配准的图像(通常是指同一景图像的不同波段)，对应像元亮度值之间的减法运算，运算结果生成一幅差值影像。同一地区的动态变化。利用同一地区不同时相的影像进行差值运算，反映变化特征。如：城市扩张等。2.比值运算(Ratio)：两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相除(除数不为0),运算结果得到一幅比值图彖。比值植被指数：近红外波段/红波段精品文档归一化植被指数：(近红外-红)/(近红外+红)(P122)NDVI=(TM4-TM3)/(TM4+TM3)加与乘运算(addingandmultiplication)：目的是增加图象的对■比度，应注意避免图彖数据相加可能产生的“填平补齐”作用，即部分地物波段差异减少。混合运算：需要根据不同的目的、不同的地物波谱特性、图象特征以及图彖处理者的先验知识来选择和进行图彖的各种运算，才能达到增强有用信息，消除噪声的目的。五、多光谱变换原因：信息处理量大，存在数据冗余。目的：通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量，增强或提取有用信息的目的。实质：本质是对遥感图彖实行线性变换，使多光谱空间的坐标系统按一定规律进行旋转。多光谱空间(P123)：K・・L变换(P124)：是从一个多维空间到另一正交多维空间的变换，又称主成分变换或主成分分析(PCA)。概念：主成分分析原理：原始数据为二维数据，两个分量X】、小之间存在相关性，具有如图所示的分布。通过投影，各数据可以表示为儿轴上的一维点数据。从二维空间中的数据变成一维空间中的数据会产生信息损失，为了使信息损失最小，必须按照使一维数据的信息量(方差)最大的原则确定八轴的取向，新轴yi称作第一主成分。为了进一步汇集剩余的信息，可求出与第一轴yi正交、且尽可能多地汇集剩余信息第二轴)、，新轴旳称作第二主成分。K-L变换性质：是多波段图像的线性变换(原图像*线性矩阵)；是从仿射空间到正交空间的变换；线性变换矩阵是原图像空间的特征向量矩阵的转置矩阵，所以变换后第1个结果图像是原图像空间各个分量以第1个特征分量为权重的加权和。变换后图像的协方差矩阵是一个对角阵，对角线上的元素是原图像空间协方差矩阵的特征值，而且对角线上的元素按从大到小顺序的排列。设原图像维数是N,取M<N,用前M个变量来表示原始图像空间，则其均方误差是所有正交换中最小的。在实际应用中，常常利用主成分分析算法来消除特征向量中各特征之间的相关性，并进行特征选择。过程：1•求原变量的协方差矩阵S;求S的特征向量V和特征值X；主分量为Y=VTXK-L变换应用的特点：(1)去相关：把该一幅图像中的主要地物类型全部选上。(2)提取主要信息：针对要提的信息选取训练区。K—T变换(缨帽变换)1976年，Kauth和Thomas发现了一种线性变换，它使坐标空间发生旋转