遥感期末复习题

遥感定义：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。

遥感的特点：大面积的同步观测；时效性；数据的综合性和可比性；经济性；局限性

遥感数据的类型：按平台分（地面遥感、航空遥感、航天遥感数据）

按电磁波段分（可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外遥感数据等）

按传感器的工作方式分（主动遥感、被动遥感数据）

遥感数据的应用领域

林业：清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。

农业：作物估产、作物长势及病虫害预报。

水文与海洋：水资源调查、水资源动态研究、冰雪监控、海洋渔业。

国土资源：国土资源调查、规划和政府决策。

气象：天气预报、气候预报、全球气候演变研究。

遥感的发展简况

照相机、气球、飞机构成初期遥感技术系统。

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，美国海军研究局的Eretyn Pruitt（伊·普鲁伊特）首次提出“Remote Sensing”一词，会后被普遍采用至今。

二次大战中的航空侦察促进了航空摄影技术的发展。

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。

电磁波的特性

电磁波是横波在真空中以光速传播电磁波具有波粒二象性（包括波动性和粒子性）

辐射测量

区分辐射能量（W）、辐射通量、辐射通量密度（E）、辐照度（I）、辐射出射度（M）、辐射亮度（L）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。它的吸收率α(λ,T)≡1，反射率ρ (λ,T) ≡0，与物体的温度和电磁波长无关。黑色的烟煤、恒星、太阳被认为是最接近黑体辐射的辐射源。黑体辐射的三个特性

1、辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。

2、温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。

3、随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。

维恩位移定律：随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。

基尔霍夫定律：

（2）实际物体的辐射

基尔霍夫定律表现了实际物体的辐射出射度Mi与同温度、同波长绝对黑体辐射出射度的关系，αi 是此条件下的吸收系数（0<α<1).有时也称为比辐射率或发射率ε，表示实际物体辐射与黑体辐射之比，M= εM0

按照发射率与波长的关系，把地物分为：黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。

灰体(grey body)：发射率小于1，常数选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。

从太阳辐射光谱曲线可以看出：

1、太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；

2、太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～0.76 μm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 μm左右；

3、到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～3.0 μm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；

4、经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；

5、各波段的衰减是不均衡的。

地球的电磁辐射：小于2.5 μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6 μm的波长，主要是地物本身的热辐射；2.5-6 μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。

地表自身热辐射

1、温度一定时，物体的热辐射遵循基尔霍夫定律。

2、地物的发射率随波长变化的曲线叫发射光谱曲线。

3、地物的发射率与地表的粗糙度、颜色和温度有关。

4、表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。

5、地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、热惯性大的地物，发射率大。

6、探测地物的热辐射特性的热红外遥感在夜间和白天进行的结果是不同的。

7、热红外遥感探测的地物热辐射量用亮度温度表示，它不同于地面温度，是接收的热辐射能量的转换值，图像上表示为亮度。

地物反射波谱特征

三种散射作用（重点掌握）

1、瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。

散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。

瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。

多波段中不使用蓝紫光的原因。

2、米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。

云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。

3、无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。

水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。

云雾为什么通常呈现白色？

大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射的，透射率较高的波段称为大气窗口

植被的波谱特征

在可见光波段

在0.45um附近（蓝色波段）有一个吸收谷；

在0.55um附近（绿色波段）有一个反射峰；

在0.67um附近（红色波段）有一个吸收谷。

从0.76um处反射率迅速增大，形成一个爬升的“陡坡”,至1.1um

附近有一个峰值，反射率最大可达50％，形成植被的独有特征。

1.5～1.9um光谱区反射率增大；

以1.45um，1.95um，2.70um为中心是水的吸收带，其附近区间受到绿色植物含水量的影响，反射率下降，形成低谷。

水体光谱曲线的特点：

1、纯净水体的反射主要在可见光中的蓝绿光波段，

在可见光其它波段的反射率很低。

2、近红外和中红外纯净的自然水体的反射率很低，

几乎趋近于0。

3、水中含有泥沙，在可见光波段的反射率会增加，

峰值出现在黄红区。

4、水中含有水生植物叶绿素时，近红外波段反射率明

显抬高。

环境对地物光谱曲线的影响

1.与地物的物理性状有关。如地物表面的颜色、粗糙度、风化状况及含水量等。

2.与光源的辐射强度有关。同一地物的反射光谱强度，由于它所处的纬度和海拔高度不同有所差异。

3.与季节有关。同一地物，在同一地点的反射光谱强度，由于季节不同而有所差异。因为季节不同，太阳高度角也不相同，太阳光到地表面的距离也有所不同。

4.与探测时间有关。一般地说，中午测得反射率大于上午或下午测得的反射率。

5.与气象条件有关。一般来说，晴天测得的反射率大于阴天测得的反射率。

图像的空间分辨率：指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。

波谱分辨率：传感器能分辨的最小波长间隔。间隔越小，波谱分辨率越高。

图像的时间分辨率：是指对同一地点进行遥感采样的时间间隔，也称重访周期。

图像的辐射分辨率：传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。

（三）按摄影实施方式分

1.单片摄影

为特定目标或小块地区进行的摄影，一般获得一张、一对或数张不连续的像片。

2.单航线摄影

沿一条航线对地面上狭长地带或线状地物（如铁路、公路、河流、管道等）进行的连续摄影。

航向重叠：60%，不得小于53%。

3.多航线摄影（面积摄影）

沿数条互相平行的直线航线对一个广大区域进行的连续的、布满区的摄影。

航向重叠：60%，旁向重叠:15%-30%;

中心投影的透视规律

1、点的像仍然是点。

2、与像面平行的直线的像还是直线；如果直线垂直于地面，有两种情况：第一；当直线与像片垂直并通过投影中心时，该直线在像片上的像为一个点；第二；直线的延长线不通过投影中心，这时直线的投影仍为直线，但该垂直线状目标的长度和变形情况则取决于目标在像片中的位置。

3、平面上的曲线，在中心投影的像片上一般仍为曲线。但若空间曲线在一个平面上，而该平面又通过投影中心，它的像则是直线。

航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比，称为像片比例尺。

（1）平均比例尺：以各点的平均高程为起始面，并根据这个起始面计算出来的比例尺。

（2）主比例尺：由像主点航高计算出来的比例尺，它可以概略地代表该张航片的比例尺。

像点位移：

概念：在中心投影的像片上，地形的起伏除引起像片 比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片 上的位置移动，这种现象称为像点位移。 （1）位移量与地形高差成正比，即高差越大引起的像点位 移量也越大。当高差为正时，像点位移为正，是背离像主点 方移动；高差为负时，像点位移为负，是朝向像主点方向移动。

（2）位移量与像点距离像主点的距离成正比，即距像主点越远的像点位移量越大，像片中心部分位移量较小。像主点无位移。

（3）位移量与摄影高度（航高）成反比。即摄影高度越大，因地表起伏的位移量越小。

2.投影差的改正

像片上改正：投影差在像上的改正是指从含有投影差的像点a 向a0改正。改正方向：h>0，像点a 朝向像主点方向改正；h<0,像点a 背离像主点方向改正。

目前，主要的陆地资源卫星有：

（1）美国陆地卫星(Landsat)；（2）法国陆地观测卫星(SPOT)；（3）欧空局地球资源卫星(ERS)；

（4）俄罗斯钻石卫星(ALMAZ)；（5）日本地球资源卫星(JERS)；（6）印度遥感卫星(IRS)；

（7）中-巴地球资源卫星（CBERS ）

侧视雷达

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 , 发射一个窄的波束 , 覆盖地面上这一侧面的一个条带 , 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 , 又不断地接收回波 , 从而形成一幅一幅的雷达图像。

雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标不同部位时，要有时间先后差异，这样从目标反射的回波也同时出现时间差，才有可能区分目标的不同部位。

侧视雷达工作原理

雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能量很强的脉冲波，当遇到地面物体时，被反射回来的信号再被天线接收。

由于系统与地物距离不同，同时发出的脉冲，接收的时间不同。

在侧视方向的分辨率—距离分辨率

脉冲持续期（脉冲宽度）， 视角， φ俯角，c 光速

沿航线方向的分辨率—方位分辨率，沿迹分辨率

为波瓣角， R 天线到该像元的倾斜距离

波长， D 天线孔径

波长越短、天线孔径越大、距离目标地物越近， Pa 越小，方位分辨率越高

颜色的性质：

所有颜色都是对某段波长有选择地反射而对其他波长吸收的结果。

颜色的性质由明度、色调、饱和度来描述。

（1）明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。

物体反射率越高，明度就越高。

（2）色调：是色彩彼此相互区分的特性。

（3）饱和度：是色彩纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。

颜色立体：中间垂直轴代表明度 ；中间水平面的圆周代表色调；圆周上的半径大小代表饱和度。

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