遥感原理与应用课件

緒論*§1、遙感概述

一、遙感的概念遙感（RemoteSensing)：從遠處探測、感知物體或事物的技術。即不直接接觸物體本身，從遠處通過各種感測器探測和接收來自目標物體的資訊，經過資訊的傳輸及其處理分析，來識別物體的屬性及其分佈等特徵的綜合技術。*二、遙感技術的特點宏觀性、綜合性

*

覆蓋範圍大、資訊豐富。一景TM影像為185×185平方公里；影像包含各種地表景觀資訊，有可見的，也有潛在的。二、遙感技術的特點*多波段性

波段的延長使對地球的觀測走向了全天候。©SpaceImaging©SpaceImagingGreenReflectanceNIRReflectance多波段圖像Hereisanexampleofthreebands,green,redandnearinfra-reddisplayedseparatelyasgrayscalegreenredNear-infrared多波段圖像二、遙感技術的特點*多時相性重複探測，有利於進行動態分析。LasVegas,1992LasVegas,1986LasVegas,1972二、遙感技術的特點*多時相性重複探測，有利於進行動態分析。198620021992三、遙感的分類按照遙感的工作平臺分類：地面遙感、航空遙感、航太遙感。按照探測電磁波的工作波段分類：可見光遙感、紅外遙感、微波遙感等。3、按照遙感應用的目的分類：環境遙感、農業遙感、林業遙感、地質遙感等4、按照資料的記錄方式：成像方式、非成像方式5、按照感測器工作方式分類：主動遙感、被動遙感*四、遙感技術系統遙感技術系統的組成遙感試驗：對電磁波特性、資訊獲取、傳輸和處理技術的試驗。遙感資訊獲取：中心工作。遙感平臺和感測器。遙感資訊處理：處理的原因遙感資訊應用：*

遙感技術系統：是一個從地面到空中直至空間；從資訊收集、存儲、傳輸處理到分析判讀、應用的完整技術系統。四、遙感技術系統*衛星感測器資訊接收、處理用戶製圖實況調查分析判斷物體四、遙感技術系統*Theprocessofremotesensing1.EnergySourceorIllumination照度(A)-thefirstrequirementforremotesensingistohaveanenergysourcewhichilluminatesorprovideselectromagneticenergytothetargetofinterest.2.RadiationandtheAtmosphere(B)-astheenergytravelsfromitssourcetothetarget,itwillcomeincontactwithandinteractwiththeatmosphereitpassesthrough.Thisinteractionmaytakeplaceasecondtimeastheenergytravelsfromthetargettothesensor.*Theprocessofremotesensing3.InteractionwiththeTarget(C)-oncetheenergymakesitswaytothetargetthroughtheatmosphere,itinteractswiththetargetdependingonthepropertiesofboththetargetandtheradiation.(與目標地物的相互作用）

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、遙感發展概況與展望RemoteSensing的提出：美國學者布魯伊特於1960年提出，61年正式通過。遙感發展的三個階段：萌芽階段航空遙感階段航太遙感階段*一、遙感發展概況

萌芽階段1839年，達格雷發表第一張空中相片；1858年，法國人用氣球攜帶照相機拍攝了巴黎的空中照片。1882年，英國人用風箏拍攝地面照片；*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.

航空遙感階段1903年，萊特兄弟發明飛機，創造了條件。1909年，義大利人首次利用飛機拍攝地面照片。一戰中，航空照相技術用於獲取軍事情報。一戰後，航空攝影用於地形測繪和森林調查與地質調查。1930年，美國開始全國航空攝影測量。1937年，出現了彩色航空像片。*

1903，WrightBrothers

發明了飛機，使航空攝影測量成為可能。Engine-poweredflightonDecember17,1903.Itlasted12secondsandcovered120ft.

AerialphotographyinWorldwarIFigureClose-up(特寫鏡頭)viewofaworldwarIFigureVerticalphotographyofWorldWarItrenches(戰壕)inEurope.AerialphotographyinWorldwarIIFigureVerticalaerialphotographofaV2rocketlaunchingfacilityaPeenemundeinWorldWarII.

航太遙感階段1957年，蘇聯發射第一顆人造地球衛星；意義重大。70年代美國的陸地衛星法國的Spot衛星發展中國家的情況：中國，印度，巴西等。*二、我國遙感發展概況50年代航空攝影和應用工作。60年代，航空攝影工作初具規模，應用範圍不斷擴大。70年代，騰沖遙感實驗獲得巨大成功。70.4.24發射第一顆人造地球衛星。80年代是大發展階段。目前，某些方面已經進入世界先進水準行列。*二、我國遙感發展概況

我國遙感發展的特點*國家的重視和支持，為遙感的快速發展奠定了基礎。集中人力、物力重點公關，重點突破。全國性、大區域遙感工程的完成，充分顯示了我國遙感的特色和水準。三、當前遙感發展主要特點與展望多國發射衛星的局面已經形成高解析度小型商業衛星發展迅速雷達衛星遙感日益受到青睞星載主動式遙感的發展，使探測手段更趨多樣化。高光譜解析度感測器是未來空間遙感發展的核心內容。高光譜解析度感測器是指既能對目標物成像又可以測量目標物波譜特性的光學感測器。遙感應用不斷深化*三、當前遙感發展主要特點與展望地理資訊系統的發展與支持是遙感發展的又一進展和動向。遙感手段獲得的豐富資訊GIS的科學管理遙感應用有賴於GIS提供多種資訊源進行資訊複合及其綜合分析。因此，GIS是遙感的進一步發展和延伸，成為遙感發展的一個新動向。*§3、遙感在地理資訊學中的作用一、遙感已成為地理資訊學研究的重要資訊源遙感資訊的準確性、客觀性遙感資訊的即時性與及時性遙感資訊的週期性：動態研究遙感資訊的多樣性：多波段資訊；圖像資訊與數位化資訊；二維平面資訊與三維空間資訊；從而使獲得的資訊形成多層次、多方式、多側面全方位，拓寬了地理資訊學研究的深度和廣度。*§3、遙感在地理資訊學中的作用二、遙感已成為地理資訊研究的重要手段和方法遙感方法為地理資訊分析提供了基礎，也為地理資訊分析從定性到定量，從靜態到動態創造了條件。遙感與地理資訊系統的結合，為地理資訊研究提供了廣闊的發展前景。*§4、遙感的應用

遙感應用從內容上可以概括為資源調查與應用、環境監測評價、區域分析規劃及全球宏觀研究四大領域。*一、遙感在資源調查方面的應用在農業、林業方面的應用：農、林土地資源調查、病蟲害、土壤乾旱、鹽化沙化的調查及監測。土地利用類型調查精細農業作物估產“三北”防護林遙感綜合調查*一、遙感在資源調查方面的應用遙感在地質礦產方面的應用客觀真實地反映各種地質現象，形象地反映區域地質構造,地質找礦工程地質、地震地質、水文地質和災害地質*一、遙感在資源調查方面的應用在水文、水資源方面的應用水資源調查、流域規劃、水土流失調查、海洋調查等。青藏高原水資源調查夏威夷群島淡水資源*二、遙感在環境監測評價等方面的應用在環境監測方面的應用污染物位置、性質、動態變化及對環境的影響；環境製圖長江三峽庫區環境本底調查、環境演變分析、動態監測等在對抗自然災害中的應用災害性天氣的預報旱情、洪水、滑坡、泥石流和病蟲害森林火災*二、遙感在環境監測評價等方面的應用*三、在區域分析及建設規劃方面的應用騰沖、長春、三北防護林等都是遙感區域分析的典範。城市化和城市遙感的興起：城市土地利用、環境監測、道路交通分析、環境地質、城市規劃等*四、遙感在全球性宏觀研究中的應用全球性問題與全球性研究（GlobalStudy）人口問題、資源危機、環境惡化等利用GPS監測和研究板塊的運移；深大斷裂活動；全球性氣候研究和災情預報；世界冰川的進退。*五、遙感在其他方面的應用在測繪製圖方面的應用衛星遙感可以覆蓋全球的每一個角落，不再有資料的空白區重複探測，為動態製圖和利用地圖進行動態分析提供了資訊保障可以縮短成圖週期，降低製圖成本數字衛星遙感資訊可直接進入電腦進行處理，省去了圖像掃描數位化的過程改變了傳統的從大比例尺逐級縮編小比例尺地圖的邏輯程式在歷史遺跡、考古調查方面的應用在軍事上的應用*思考題1、遙感的基本概念是什麼？2、遙感探測系統包括哪幾部分？3、作為對地觀測系統，遙感與常規手段相比有什麼特點？4、中國遙感事業的成就表現在哪些方面，有何特點？**

遙感的物理基礎第一節電磁波與電磁波譜電磁波及其特性電磁波譜電磁輻射源*一、電磁波及其特性波的概念：波是振動在空間的傳播。*機械波：聲波、水波和地震波電磁波（ElectroMagneticSpectrum)

由振源發出的電磁振盪在空氣中傳播。電磁波是通過電場和磁場之間相互聯繫傳播的：原理電磁輻射:電磁能量的傳遞過程（包括輻射、吸收、反射和透射）稱為電磁輻射。*電磁波的特性電磁波是橫波在真空中以光速傳播電磁波具有波粒二象性：電磁波在傳播過程中，主要表現為波動性；在與物質相互作用時，主要表現為粒子性，這就是電磁波的波粒二象性。波動性：電磁波是以波動的形式在空間傳播的，因此具有波動性粒子性：它是由密集的光子微粒組成的，電磁輻射的實質是光子微粒的有規律的運動。電磁波的粒子性，使得電磁輻射的能量具有統計性*波粒二象性的程度與電磁波的波長有關：波長愈短，輻射的粒子性愈明顯；波長愈長，輻射的波動特性愈明顯。*二、電磁波譜電磁波譜：將各種電磁波在真空中的波長按其長短，依次排列製成的圖表。

在電磁波譜中，波長最長的是無線電波，其按波長可分為長波、中波、短波和微波。波長最短的是γ射線

電磁波的波長不同，是因為產生它的波源不同。2、遙感常用的電磁波波段的特性*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(陸地)Spectrum=LongwaveSpectrum=InfraredSpectrum=Thermal(熱)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、遙感常用的電磁波波段的特性紫外線(UV)：0.01-0.38μm，碳酸鹽岩分佈、水面油污染。可見光：0.38-0.76μm，鑒別物質特徵的主要波段；是遙感最常用的波段。紅外線(IR)

：0.76-1000μm。近紅外0.76-3.0μm，中紅外3.0-6.0μm；遠紅外6.0-15.0μm；超遠紅外15-1000μm。（近紅外又稱光紅外或反射紅外；中紅外和遠紅外又稱熱紅外。微波：1mm-1m。全天候遙感；有主動與被動之分；具有穿透能力；發展潛力大。*三、電磁輻射源自然輻射源太陽輻射：是可見光和近紅外的主要輻射源；常用5900K的黑體輻射來模擬；其輻射波長範圍極大；輻射能量集中-短波輻射。大氣層對太陽輻射的吸收、反射和散射。地球的電磁輻射：小於3μm的波長主要是太陽輻射的能量；大於6μm的波長，主要是地物本身的熱輻射；3-6μm之間，太陽和地球的熱輻射都要考慮。*太陽輻射照度分佈曲線**太陽與地球輻射的電磁波譜人工輻射源：主動式遙感的輻射源。雷達探測。分為微波雷達和鐳射雷達。微波輻射源：0.8-30cm鐳射輻射源：鐳射雷達—測定衛星的位置、高度、速度、測量地形等。*第二節地物的光譜特性

任何地物都有自身的電磁輻射規律，如反射、發射、吸收電磁波的特性。少數還有透射電磁波的特性。地物的這種特性稱為：地物的光譜特性。*地物的反射率、吸收率和透射率對於某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即為弱輻射體；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。*一、地物的反射光譜特性地物的反射率（反射係數或亮度係數）：地物對某一波段的反射能量與入射能量之比。反射率隨入射波長而變化。影響地物反射率大小的因素：入射電磁波的波長入射角的大小地表顏色與粗糙度*地物的反射光譜：地物的反射率隨入射波長變化的規律。地物反射光譜曲線：根據地物反射率與波長之間的關係而繪成的曲線。地物電磁波光譜特徵的差異是遙感識別地物性質的基本原理。不同地物在不同波段反射率存在差異：雪、沙漠、濕地、小麥的光譜曲線**感測器探測波段的設計，是通過分析比較地物光譜數據而確定的。多光譜掃描器（MSS）的波段設計：

MSS1(0.5-0.6μm)MSS2(0.6-0.7μm)MSS3(0.7-0.8μm)MSS4(0.8-1.1μm)*同類地物的反射光譜具有相似性，但也有差異性。不同植物；植物病蟲害地物的光譜特性具有時間特性和空間特性。時間特性空間特性**不同植物光譜曲線比較*植被的病蟲害*時間特徵

地物發射電磁波的能力以發射率作為衡量標準；地物的發射率是以黑體輻射作為參照標準。黑體：在任何溫度下，對各種波長的電磁輻射的吸收係數等於1（100%）的物體。黑體輻射(BlackBodyRadiation)：黑體的熱輻射稱為黑體輻射。*二、地物的發射光譜特性1.

PowerSource:BlackbodyRadiation

*Planck’sLaw:TheamountandspectrumofradiationemittedbyablackbodyisuniquelydeterminedbyitstemperatureMaxPlanck(1858–1947)NobelPrize1918Emissionfromwarmbodiespeakatshortwavelengthswavelength620K380K3、黑體輻射定律(1)普朗克熱輻射定律表示出了黑體輻射通量密度與溫度的關係以及按波長分佈的規律。黑體輻射的三個特性輻射通量密度隨波長連續變化，每條曲線只有一個最大值。溫度越高，輻射通量密度越大，不同溫度的曲線不同。隨著溫度的升高，輻射最大值所對應的波長向短波方向移動。*(2)玻耳茲曼定律

Stefan-Boltzmann'slaw

即黑體總輻射通量隨溫度的增加而迅速增加，它與溫度的四次方成正比。因此，溫度的微小變化，就會引起輻射通量密度很大的變化。是紅外裝置測定溫度的理論基礎。溫度3005001000200030004000500060007000波長9。665。802。901。450。970。720。580。480。41(3)維恩位移定律：Wien'sdisplacementlaw

隨著溫度的升高，輻射最大值對應的峰值波長向短波方向移動。4、地物的發射率和基爾霍夫定律發射率(Emissivity)：地物的輻射出射度（單位面積上發出的輻射總通量）W與同溫下的黑體輻射出射度W黑的比值。它也是遙感探測的基礎和出發點。影響地物發射率的因素：

地物的性質、表面狀況、溫度（比熱、熱慣量）：比熱大、熱慣量大，以及具有保溫作用的地物，一般發射率大，反之發射率就小。按照發射率與波長的關係，把地物分為：黑體或絕對黑體：發射率為1，常數。灰體(greybody)：發射率小於1，常數選擇性輻射體：發射率小於1，且隨波長而變化。*基爾霍夫定律：在一定溫度下，地物單位面積上的輻射通量W和吸收率之比，對於任何物體都是一個常數，並等於該溫度下同面積黑體輻射通量W黑。在給定的溫度下，物體的發射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，發射率也越大。地物的熱輻射強度與溫度的四次方成正比，所以，地物微小的溫度差異就會引起紅外輻射能量的明顯變化。這種特徵構成了紅外遙感的理論基礎。5、黑體的微波輻射

任何物體在一定的溫度下，不僅向外發射紅外輻射，也發射微波輻射。二者基本相似。但微波是地物低溫狀態下的重要輻射特性，溫度越低，微波輻射越明顯。微波輻射比紅外輻射弱得多，但技術上可以經過處理來接收。*6、地物的發射光譜發射光譜：地物的發射率隨波長變化的規律。發射光譜曲線：按照發射率和波長之間的關係繪成的曲線。岩石的發射光譜分析（圖2-9石英）*第三節大氣和環境對遙感的影響大氣的成分大氣的結構大氣對太陽輻射的影響大氣窗口環境對地物光譜特性的影響*一、大氣的成分大氣的傳輸特性：大氣對電磁波的吸收、散射和透射的特性。這種特性與波長和大氣的成分有關。大氣的成分：多種氣體、固態和液態懸浮的微粒混合組成的。大氣物質與太陽輻射相互作用，是太陽輻射衰減的重要原因。*二、大氣的結構大氣的垂直分層：對流層、平流層、中間層、熱層和大氣外層。對流層：航空遙感活動區。遙感側重研究電磁波在該層內的傳輸特性。平流層：較為微弱。中間層：溫度隨高度增加而遞減。熱層：增溫層。電離層。衛星的運行空間。大氣外層：1000公里以外的星際空間。*三、大氣對太陽輻射的影響太陽輻射的衰減過程：___%被雲層反射回；___%被大氣吸收；___%被大氣散射；___%到達地面。（下頁圖）大氣的透射率公式：透射率與路程、大氣的吸收、散射有關。***（一）大氣的吸收作用(P28)氧氣：小於0.2

μm；0.155為峰值。高空遙感很少使用紫外波段的原因。臭氧：數量極少，但吸收很強。兩個吸收帶；對航空遙感影響不大。水：吸收太陽輻射能量最強的介質。到處都是吸收帶。主要的吸收帶處在紅外和可見光的紅光部分。因此，水對紅外遙感有極大的影響。二氧化碳：量少；吸收作用主要在紅外區內。可以忽略不計。*AbsorptionIncontrasttoscatter,atmosphericabsorptionresultsintheeffectivelossofenergytoatmosphericconstituents.Thisnormallyinvolvesabsorptionofenergyatagivenwavelength.Themostefficientabsorbersofsolarradiationinthisregardare:WaterVapourCarbonDioxideOzone96AbsorptionofEMenergybytheatmosphere（二）大氣的散射作用

散射作用：太陽輻射在傳波過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，並向各個方向散開。改變了電磁波的傳播方向；干擾感測器的接收；降低了遙感數據的品質、影像模糊，影響判讀。大氣散射集中在太陽輻射能量最強的可見光區。因此，散射是太陽輻射衰減的主要原因。*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三種散射作用瑞利散射：當微粒的直徑比輻射波長小得多時，此時的散射稱為瑞利散射。散射率與波長的四次方成反比，因此，瑞利散射的強度隨著波長變短而迅速增大。紫外線是紅光散射的30倍，0.4微米的藍光是4微米紅外線散射的1萬倍。瑞利散射對可見光的影響較大，對紅外輻射的影響很小，對微波的影響可以不計。多波段中不使用藍紫光的原因：**顏色紅橙黃黃綠青蘭紫紫外線波長0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0無雲的晴天，天空為什麼呈現藍色？朝霞和夕陽為什麼都偏橘紅色？米氏散射：當微粒的直徑與輻射波長差不多時的大氣散射。雲、霧的粒子大小與紅外線的波長接近，所以雲霧對對紅外線的米氏散射不可忽視。無選擇性散射：當微粒的直徑比輻射波長大得多時所發生的散射。符合無選擇性散射條件的波段中，任何波段的散射強度相同。水滴、霧、塵埃、煙等氣溶膠常常產生非選擇性散射。雲霧為什麼通常呈現白色？*結論

太陽輻射衰減的原因是什麼？在可見光和近紅外波段，大氣最主要的散射作用是什麼？無雲的晴天，天空為什麼呈現藍色？朝霞和夕陽為什麼都偏橘紅色？微波為什麼具有極強的穿透雲層的作用？為什麼在選擇遙感工作波段時，要考慮大氣層的散射和吸收作用？*四、大氣窗口1、大氣窗口：通過大氣而較少被反射、吸收或散射的投射率較高的電磁輻射波段。大氣窗口是選擇遙感工作波段的重要依據。常見的大氣窗口：*AtmosphericWindowsSomesensors,especiallythoseonmeteorologicalsatellites,seektodirectlymeasureabsorptionphenomenasuchasthoseassociatedwithCO2andothergaseousmolecules.Notethattheatmosphereisnearlyopaque(不透明)toEM(Electromagnetic)radiationinthemidandfarIR.Inthemicrowaveregion,bycontrast,mostoftheEMradiationmovesthroughunimpeded(未受到阻礙)-sothatradaratcommonlyusedwavelengthswillnearlyallreachtheEarthsurfaceunimpeded-althoughspecificwavelengthsarescatteredbyraindrops.五、環境對地物光譜特性的影響地物的物理性狀光源的輻射強度：緯度與海拔高度季節：太陽高度不同探測時間：時間不同，反射率不同。氣象條件**鹹寧市衛星影像*荊州市(老江陵縣和沙市市)衛星影像*鄂州市航片*1998年武漢及周邊衛星影像*不同地物的遙感影像波譜曲線4、地物波譜特徵的測量測量的目的

1、感測器波段選擇、驗證、評價的依據；

2、建立地面、航空和航太遙感數據的關係；

3、將地物光譜數據直接與地物特徵進行相關分析並建立應用模型；地物反射波譜測量理論1、雙向反射比因數其定義是：在給定的立體角錐體所限制的方向內，在一定輻照度和觀測條件下，目標的反射輻射通量與處於同一輻照度和觀測條件下的標準參考面的反射輻射通量之比。式(2.12)*測量的方法

1、樣品實驗室測量；可採用分光光度計。

2、野外測量；可採用地物光譜輻射計。*野外測量方法(P42)*1、垂直測量方法野外測量方法(P42)2、非垂直測量**測量步驟：1、先測K2和K1。地面上平放標準板，用光譜輻射計垂直測量:1)自然光照射時測量一次，相當於I值；2）用檔板遮住太陽光使陰影蓋過標準板，再測一次相當於Id,；3）求出兩者比值K2＝Id/I;

4）再求出K1=1-K22、再測自然光下的反射比因數選擇太陽方向和觀測角，在同一地面位置分別迅速測量標準板反射和地物反射的輻射值，計算比值R。3、用黑擋板遮住太陽直射光，在只散射時分別迅速測量標準板和地物的輻射值，計算得到定向反射比因數4、由式(2.16)計算出雙向反射比因數。測量時可以保持太陽方位角始終為0度。*作業：1、P44第1題2、P44第4題3、P44第5題4、P44第6題5、P44第7題實習一地物光譜反射率的測定一、實習目的1、學習地物光譜的測定方法2、認識地物光譜反射率規律二、實習儀器1、可見紅外光譜輻射計，波長0.4~1.1um。2、標準參考板（白板或灰板）三、實習步驟1、測量目標和條件的選擇*環境：無嚴重污染，光照穩定，無卷雲，風力小於3級，避開陰影和強反射體影響（測量者不穿白衣）。時間：9:30-14:30取樣：選擇自然狀態地表面作為觀測面，取樣面積大於地物自然表面起伏和不均勻的尺度，被測目標面要充滿視場標準板：標準板表面與被測地物的表面相平行，與觀測儀器等距，並充滿儀器視場。2、記錄測量目標基本資訊：土壤、植被、水體、人工目標、岩礦等3、記錄4、安裝儀器並開始測量環境參數：如地點和天氣狀況（風力、雲量）等*採用垂直測量，接近衛星感測器狀況，步驟如下：1）對標準板，讀取數據Vs。2）移開標准板對地物，讀取數據Vg。3）重複步驟1）2），測量5－9次，記錄數據並計算平均值。4）更換目標，做好資訊記錄，重複1~3步驟。5）整理數據，根據公式計算反射率。*儀器安裝注意事項如下：1）測量高度：儀器保持水準，與被測表面不小於1m。2）幾何關係：儀器軸線與天頂的傾斜角＜2度，標準面水準放置。5、分析實測結果要求如下：1）根據計算結果，準確繪出光譜反射率曲線圖（每一目標一圖）2）根據所繪曲線比較不同地物光譜特徵3）分析實習過程中可能引起誤差的因素。6、完成實習報告：內容同上。*

遙感圖像處理第一節光學原理與光學處理一、顏色視覺1、亮度對比和顏色對比（1）亮度對比：對象相對於背景的明亮程度。改變對比度，可以提高圖象的視覺效果。（2）顏色對比：在視場中，相鄰區域的不同顏色的相互影響叫做顏色對比。兩種顏色相互影響的結果，使每種顏色會向其影響色的補色變化。在兩種顏色的邊界，對比現象更為明顯。因此，顏色的對比會產生不同的視覺效果。

3、顏色立體（1）顏色立體：中間垂直軸代表明度；中間水平面的圓周代表色調；圓周上的半徑大小代表飽和度。圖4.1（2）孟賽爾顏色立體：中軸代表無色彩的明度等級；在顏色立體的水準剖面上是色調；顏色立體中央軸的水準距離代表飽和度的變化。圖4.2新遙感精品\多媒體課件\yanseliti.swf二、加色法與減色法顏色相加原理三原色：若三種顏色，其中的任一種都不能由其餘二種顏色混合相加產生，這三種顏色按一定比例混合，可以形成各種色調的顏色，則稱之為三原色。紅、綠、藍。互補色：若兩種顏色混合產生白色或灰色，這兩種顏色就稱為互補色。黃和藍、紅和青、綠和品紅。色度圖：可以直觀地表現顏色相加的原理,更準確地表現顏色混合的規律.圖4.53、顏色相減原理減色過程:白色光線先後通過兩塊濾光片的過程.顏色相減原理:當兩塊濾光片組合產生顏色混合時,入射光通過每一濾光片時都減掉一部分輻射，最後通過的光是經過多次減法的結果.加色法與減色法的區別:減法三原色:黃、品紅、青三、光學增強處理圖像的光學增強處理方法具有精度高，反映目標地物更真實，圖像目視效果好等優點，是遙感圖像處理的重要方法之一。電腦圖像處理的優點在於速度快、操作簡單、效率高等優點，有逐步取代光學方法的趨勢。

三、光學增強處理彩色合成加色法彩色合成減色法彩色合成光學增強處理光學資訊的處理圖像的相加和相減遙感黑白影象的假彩色編碼加色法彩色合成合成儀法：是將不同波段的黑白透明片分別放入有紅、綠、藍濾光片的光學投影通道中精確配准和重疊，生成彩色影像的過程。

分層曝光法：指利用彩色膠片具有的三層乳劑，使每一層乳劑依次曝光的方法。

HOME減色法彩色合成染印法：是一種使用特別浮雕片、接受紙和沖顯染印藥製作彩色合成影像的方法。印刷法：利用普通膠印設備，直接使用不同波段的遙感底片和黃、品紅、青三種油墨，經分色、加網、製版，套印成彩色合成圖像。重氮法：利用重氮鹽的化學反應處理彩色單波段影像透明片的方法。HOME光學增強處理相關掩膜處理方法：把幾何位置完全配准的原片，製成不同密度、不同反差的正片或負片，通過它們的各種不同疊加方案改變原有影像的顯示效果，達到資訊增強目的的方法。改變對比度：使用兩張同波段同地區的負片（或正片）進行合成，一張反差適中，另一張反差較小，合成後反差一般加大，從而提高了對比度；顯示動態變化：不同時相同一地區的正負片影像疊合掩膜，當被疊合影像反差相同時，凡密度發生變化的部分就是動態變化的位置。邊緣突出：先將兩張反差相同的正片和負片疊合，疊合配准後，再沿希望突出的線形特徵的垂直方向錯位。目的在於突出線形特徵。HOME圖像的相加和相減

（光柵濾波法）

兩個圖像所發出的光波在空間重疊並且同位相，則圖像相加。如果兩列光波在空間重疊且反相，則圖像相減。HOME遙感黑白影象的假彩色編碼將黑白圖像經過光柵進行依次編碼處理，將振幅型編碼圖像轉換成位相型編碼圖像。將位相介質片放入非相干光資訊處理系統的輸入平面，經過白光照射，在輸出平面上獲得等密度的假彩色圖像。假彩色編碼處理衛星圖像可以使單波段影像彩色化，實現圖像增強效果。HOME新遙感精品\多媒體課件\caisehecheng.swf第二節數字圖像的校正遙感數字圖像處理：利用電腦對遙感圖像及其資料進行的各種技術處理。數字圖像處理的優點快捷、準確、客觀地提取遙感資訊適應地理資訊系統的發展一、數字圖像及其直方圖數字圖像：遙感數據有光學圖像和數字圖像之分。數字圖像是能被電腦存儲、處理和使用的用數字表示的圖像。數位化：將連續的圖像變化，作等間距的抽樣和量化。通常是以像元的亮度值表示。數字量和模擬量的本質區別：連續變數，離散變數。數字圖像的表示：矩陣函數數字圖象HOME數字圖像直方圖：以每個像元為單位，表示圖像中各亮度值或亮度值區間像元出現的頻率的分佈圖。直方圖的作用：直觀地瞭解圖像的亮度值分佈範圍、峰值的位置、均值以及亮度值分佈的離散程度。直方圖的曲線可以反映圖像的品質差異。正態分佈：反差適中，亮度分佈均勻，層次豐富，圖像品質高。偏態分佈：圖像偏亮或偏暗，層次少，品質較差。小結

圖像直方圖是描述圖像品質的可視化圖表。在圖像處理中，可以通過調整圖像直方圖的形態，改善圖像顯示的品質，以達到圖像增強的目的。直方圖TheImageHistogramInrawimagery,theusefuldataoftenpopulatesonlyasmallportionoftheavailablerangeofdigitalvalues(commonly8bitsor256levels).Contrastenhancementinvolveschangingtheoriginalvaluessothatmoreoftheavailablerangeisused,therebyincreasingthecontrastbetweentargetsandtheirbackgrounds.ThekeytounderstandingcontrastenhancementsistounderstandtheconceptofanimagehistogramAhistogramisagraphicalrepresentationofthebrightnessvaluesthatcompriseanimage.Thebrightnessvalues(i.e.0-255)aredisplayedalongthex-axisofthegraph.Thefrequencyofoccurrenceofeachofthesevaluesintheimageisshownonthey-axis.

HOME二、輻射校正（Radiometriccorrection）輻射畸變：地物目標的光譜反射率的差異在實際測量時，受到感測器本身、大氣輻射等其他因素的影響而發生改變。這種改變稱為輻射畸變。影響輻射畸變的因素(P98)感測器本身的影響：導致圖像不均勻，產生條紋和噪音。大氣對輻射的影響StripingwascommoninearlyLandsatMSSdataduetovariationsanddrift

intheresponseovertimeofthesixMSSdetectors.The'drift'wasdifferentforeachofthesixdetectors,causingthesamebrightnesstoberepresenteddifferentlybyeachdetector.ThecorrectiveprocessmadearelativecorrectionamongthesixsensorstobringtheirapparentvaluesinlinewitheachotherDroppedlinesoccurwhentherearesystemserrorswhichresultinmissingordefectivedataalongascanline.Droppedlinesarenormally'corrected'byreplacingthelinewiththepixelvaluesinthelineaboveorbelow,orwiththeaverageofthetwo.大氣影響的定量分析：大氣的主要影響是減少了圖像的對比度，使原始信號和背景信號都增加了因數，圖像品質下降。大氣影響的粗略校正：通過簡單的方法去掉程輻射度（散射光直接進入感測器的那部分），從而改善圖像品質。直方圖最小值去除法回歸分析法:校正的方法是將波段b中每個像元的亮度值減去a，來改善圖像，去掉程輻射。

直方圖最小值去除法基本思路:每幅圖像上都有輻射亮度或反射亮度應為0的地區，而事實上並不等於0,說明亮度最小值必定是這一地區大氣影響的程輻射度增值。校正方法:將每一波段中每個像元的亮度值都減去本波段的最小值。使圖像亮度動態範圍得到改善，對比度增強，從而提高了圖像品質。HOME三、幾何校正幾何畸變：遙感圖像的幾何位置上發生變化，產生諸如行列不均勻，像元大小與地面大小對應不准確，地物形狀不規則變化等變形。P103幾何畸變是平移、縮放、旋轉、偏扭、彎曲等作用的結果。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、遙感影像變形的原因遙感平臺位置和運動狀態變化的影響：航高、航速、俯仰、翻滾、偏航。P104地形起伏的影響：產生像點位移。地球表面曲率的影響：一是像點位置的移動；二是像元對應於地面寬度不等，距星下點愈遠畸變愈大，對應地面長度越長。大氣折射的影響：產生像點位移。地球自轉的影響：產生影像偏離。2、幾何畸變校正(P107)基本思路：把存在幾何畸變的圖像，糾正成符合某種地圖投影的圖像，且要找到新圖像中每一像元的亮度值。具體步驟1）計算校正後每一點所對應原圖中的位置；

2）計算每一點的亮度值。計算方法1）建立兩圖像像元點之間的對應關係；2）求出原圖所對應點的亮度：最近鄰法、雙線性內插法、三次卷積內插法。2、幾何畸變校正控制點的選取(P111)數目的確定:最小數目；6倍於最小數目。選擇的原則易分辨、易定位的特徵點：道路的交叉口，水庫壩址，河流彎曲點等。特徵變化大的地區應多選些。盡可能滿幅均勻選取。SpatialFeatureEnhancementImageEnhancementEnhancementsareusedtomakeiteasierforvisualinterpretationandunderstandingofimagery.TheadvantageofdigitalimageryisthatitallowsustomanipulatethedigitalpixelvaluesinanimageTherearethreemaintypesofimageenhancement:ContrastenhancementSpatialfeatureenhancementMulti-imageenhancement第三節遙感數字圖像增強一、彩色變換把數字圖像組合轉換成彩色圖形，或者把各種增強或分類圖像組合疊加，以彩色圖像顯示出來。（彩色的視覺分辨能力比黑白高）方法：假彩色密度分割；彩色合成概念：單波段黑白遙感圖像可按亮度分層，對每層賦予不同的色彩，使之成為一幅彩色圖像。這種方法又叫密度分割。分層方案的確定：分層方案與地物光譜差異對應合適，可以較好地區分地物類別。處理過程效果分析1、單波段彩色變換（假彩色密度分割）處理過程輸入圖像顯示直方圖確定分割的等級數，並計算分割的間距像元亮度值轉換為像元新值賦色HOME以不同的色彩表示圖像的色調變化，增強了圖像的顯示能力同一地物或現象可能被分割成兩種不同密度並以不同的顏色顯示出來，或同一色彩卻表示兩種以上不同的地物，造成判讀錯誤。HOME效果分析2、多波段色彩變換概念：利用電腦將同一地區不同波段的圖像存放在不同通道的記憶體中，並依照彩色合成原理，分別對各通道的圖像進行單基色變換，在彩色螢幕上進行疊置，從而構成彩色合成圖像。合成方案：彩色合成圖像分為真彩色圖像和假彩色圖像。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變換RGB模式與HLS模式將RGB模式轉換成HLS模式，對於定量地表示色彩特性，以及在應用程式中實現兩種表達方式的轉換具有重要意義。二、對比度變換直方圖與圖像的品質概念：是一種通過改變圖像像元的亮度值來改變圖像像元對比度，從而改善圖像品質的圖像處理方法。將圖像中過於集中的像元分佈區域（亮度值分佈範圍）拉開擴展，擴大圖像反差的對比度，增強圖像表現的層次性。又叫輻射增強。方法：對比度線性變換和非線性變換。二、對比度變換線性變換：在改善圖像對比度時，如果採用線性或分段線性的函數關係，那麼這種變換就是線性變換。調整線性參數，改變變換效果分段式線性變換非線性變換：變換函數為非線性函數時，即為非線性變換。Alinearstretchinvolvesidentifyinglowerandupperboundsfromthehistogram(usuallytheminimumandmaximumbrightnessvaluesintheimage)andapplyingatransformationtostretchthisrangetofillthefullrange.

Thisgraphicillustratestheincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)alinearcontraststretch.Iftheinputrangeisnotuniformlydistributed.Inthiscase,ahistogram-equalisedstretchmaybebetter.Thisstretchassignsmoredisplayvalues(range)tothefrequentlyoccurringportionsofthehistogram.Inthisway,thedetailintheseareaswillbebetterenhancedrelativetothoseareasoftheoriginalhistogramwherevaluesoccurlessfrequentlyThisgraphicillustratestheratherunevenincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)ahistogramequalisedstretch.三、空間濾波以重點突出圖像上某些特徵為目的。濾波增強的原理:任何一個複雜的波形曲線都可以分解成具有不同頻率（波長）的較為簡單的波形曲線。概念:根據需要，捨棄不需要的頻率曲線，選擇適宜和需要的頻率波形曲線，重新構成新的圖像，使一些地物或現象得到突出顯示。三、空間濾波空間濾波：以突出圖像上的某些特徵為目的，通過像元與周圍相鄰像元的關係，採取空間域中的鄰域處理方法進行圖像增強方法。圖像卷積運算：在圖像的左上角開一個與範本同樣大小的活動窗口，圖像窗口與範本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’（活動窗口）ofafewpixelsindimension(e.g.3x3,5x5,etc.)overeachpixelintheimage,applyingamathematicalcalculationusingthepixelvaluesunderthatwindow,andreplacingthecentralpixelwiththenewvalue.ImageofCHURNFarmDaedalus1268ATMChannel3Alow-passfilter（低通濾波）

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

theappearanceofanimage.

A

high-passfilter

（高通濾波）doestheopposite,andservestosharpentheappearanceoffinedetailinanimage.

Directionaloredgedetectingfiltershighlightlinearfeatures,suchasroadsorfieldboundaries.Verticaledges（垂直邊緣）HorizontaledgesDirectionalEdgefilterscanalsobedesignedtoenhancefeatureswhichareorientedinspecificdirectionsandareusefulinapplicationssuchasgeology,forthedetectionoflineargeologicstructures.

1、平滑--圖像中出