遥感导论 (复习)

遥感导论复习重点

遥感的基本概念

广义:泛指一切无接触的远距离探测，包括电磁波遥感(光、热、无线电波);力场遥感(重力、磁力);声波遥感;地震波遥感等

狭义:是指从不同高度的平台上，使用各种传感器(即探测仪器) ，不与探测目标物相接触，从远处把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出目标物的特征性质及其变化的综合性探测技术

遥感系统

遥感系统:是一个从地面到空中直至空间;从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统

遥感系统的组成:被测目标物的信息特征(目标物的电磁波特性)、信息的获取、信息的接受，信息的处理、信息的应用

遥感的特点

大面积同步观测(宏观性:宏观观测，能大范围获取数据资料，大面积同步观测时效性:获得资料的速度快、周期短，时效性强(多时相性，重复探测，有利于进行动态分析，动态监测，快速更新监控范围数据，获取信息快、更新周期短) 数据的综合性和可比性(多波段性):技术手段多样，可获取海量信息，数据具有综合性、可比性

经济性:成本低，经济效益高，用途广

局限性:遥感技术所利用的电池波还很有限，仅有其中的几个波段范围

遥感的分类

按遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感

按传感器的探测波段分；

紫外遥感：探测波段在0.05~0.38um之间

可见光遥感：探测波段在0.38~0.76um之间

红外遥感：探测波段在0.76~1000um之间

微波遥感：探测波段在1mm~10m之间

多波段遥感：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标

按工作方式分:主动遥感、被动遥感

按遥感获取的数据形式分：成像方式遥感、非成像方式遥感

按遥感的应用领域分：大气遥感，陆地遥感，海洋遥感等

电磁波谱:

根据电磁波在真空中传播的波长或频率的大小，按递增或递减顺序依次排列所构成的图谱。该波谱以频率从高到低排列(即按波长从小(短)到大(长)排列)，可以划分为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波。

电磁辐射度量单位

辐射能量(W):电磁辐射的能量。

辐射通量(Ф):单位时间内通过某一面积的辐射能量。辐射通量是波长的函数。

辐射通量密度(E):单位时间内通过单位面积的辐射能量。 ! 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。辐照度(I)与辐射出射度(M)都是辐射通量密度的概念，不过I为物体接收的辐射，M为物体发出的辐射。它们都与波长λ有关。

辐射照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量

辐射亮度(L)：面辐射源在某一方向，单单位投影表面，单位立体角内的辐射通量，具有方向性。

朗伯源

辐射亮度L与观察角无关的辐射源，称为朗伯源。

严格地说，只有绝对黑体才是朗伯源

黑体:所谓黑体是绝对黑体的简称，指在任何温度下，对于各种波长的电磁辐射都能全部吸收的物体，即吸收系数恒等于1(100%)的物体。绝对黑体的吸收率恒等于1，与物体的温度和入射电磁波波长无关。显然，绝对黑体的反射率恒等于0，透射率也等于0。

有最大的吸收与发射率，丝毫不存在反射。

黑体辐射的特性:辐射出射度(辐射通量密度)随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。温度愈高，辐射出射度(辐射通量密度)也愈大，不同温度的曲线不相交。随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长移向短波方向。

普朗克公式:

普朗克公式描述出黑体辐射出射度与黑体温度及黑体辐射电磁波波长关系。利用普朗克公式，可以计算出既定温度和既定波长下黑体辐射出射度。

斯忒藩—玻尔兹曼定律:

黑体的总辐射出射度 M=σ乘T^4:黑体总辐射出射度随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。

维恩位移定律：

黑体辐射光谱中最强辐射波长λmax乘T=b b为常数

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。

实际地物的发射波普特性：

基尔霍夫定律: 在给定温度下，物体对任意波长的发射本领与它的吸收本领成正比，比值与物体的性质无关，只是波长和温度的函数。

按照发射率与波长的关系，把地物分为:

1黑体:发射率为1。

2白体：发射率为0。

3灰体:发射率小于1而且为常数，发射率不随波长变化。

4选择性辐射体:发射率小于1，且随波长而变化。

黑体辐射发射光谱特征

黑体辐射出射度随着辐射波长变化而连续变化,而且每条辐射出射度曲线只有一个最大值;

黑体自身温度越高,黑体辐射出射度越大,而且不同温度黑体辐射出射度曲线互不相交;

随着黑体自身温度升高,黑体辐射出射度最大值向着辐射波长较短方向移动;只要黑体自身温度稍微变化,其总辐射出射度就会发生较大变化;辐射出射度峰值对应波长与黑体温度乘积为一常数为何得到后两点结论，可从普朗克公式计算求证

反射波普曲线：地物的反射率随波长变化的规律称为地物的反射波谱

发射波普曲线：地物的发射率随波长变化的规律称为地物的发射波谱

地物的反射波谱特征：

雪在蓝光0.49um附近有个峰值，随着波长增加，反射率逐渐降低，但可见光的蓝绿红波段反射率均较高

沙漠在橙光0.6um附近有个峰值

小麦在绿光0.54um附近有个峰值，两侧红光和蓝光有明显的吸收，在近红外波段有强反射

湿地在各个波段反射都较弱

太阳常数:通常把垂直于太阳辐射方向上、与太阳的距离等于日地平均距离处的单位面积、单位时间内接受的太阳总辐射能量称为太阳常数，或称太阳平均辐射强度。

大气对太阳辐射的影响：（太阳辐射的去向）

30%被云层反射回宇宙空间，17%被大气吸收，22%被大气散射，31%到达地表

散射:辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开，称为散射。

影响:削弱了原传播方向的辐射强度，增加了其他各方向的辐射，即改变了电磁波的传播方向;干扰传感器的接收;降低了遥感数据的质量、影像模糊，影响判读.

大气散射的类型:

1瑞利散射(大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射).

2米氏散射(当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射)

3无选择性散射(当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射).

晴朗的天空为蓝色的原因是什么,夕阳呈现橘红色的原因是什么,云雾呈白色,

晴朗的天空为蓝色是因为:蓝光波长短，散射强度大。因此蓝光向四面八方散射，使整个天空蔚蓝，使太阳辐射传播方向的蓝光被大大削弱。

夕阳呈现橘红色是因为:日落时太阳高度角小，阳光斜射向地面，通过的大气层比阳光直射时要厚得多。蓝光波长最短，几乎被散射殆尽，波长次短的绿光散射强度也居其次，大部分被散射掉了。只剩下波长最长的红光，散射最弱，因此透过大气最多。加上剩余的极少量绿光，最后合成呈现橘红色、所以夕阳都偏橘红色。

云雾成白色是因为:在可见光波段，云雾中水滴的粒子直径就比波长大很多，因而对可见光中各个波长的光散射强度相同，所以人们看到云雾呈白色，并且无论从云下还是乘飞机从云层上面看，都是白色。

大气窗口：我们把受到大气衰减作用较轻，透射率较高的波段叫做大气窗口

地球同步轨道

地球同步轨道的运行周期等于地球的自转周期，即卫星与地球转动的角速度相同，其传感器总是朝向地球固定的位置，如果从地面上各地方看过去，卫星在赤道上的一点是静止不动的，所以又称静止轨道。

太阳同步轨道

太阳同步轨道是指卫星轨道面始终与太阳至地心连线保持恒定的角度

气象卫星、资源卫星通常选择太阳同步轨道的原因：

选择太阳同步轨道,能保证卫星每天在特定的时刻经过指定地区,这便于我们获得最好的太阳光条件,从而得到高质量的地面目标图像而且卫星以同一地方时、同一方向通过同一地点,保证遥感观测条件基本一致,利于图像的对比。

传感器：是收集，探测，记录电磁波辐射能量的装置，是遥感技术的核心。

由收集器，探测器，处理器，输出器组成

传感器的分类：

摄影方式传感器，扫描方式传感器，微波传感器

摄影成像

垂直摄影，倾斜摄影

单片摄影，单航线摄影，多航线摄影

航向重叠

沿一条航线，对地面狭长地区或沿线状地物（如铁路、公路、河流）进行的连续摄影。为了使相邻像片的地物能互相衔接以及满足立体观察的需要，相邻像片间需要有一定的重叠，称为航向重叠。重叠一般应达到60%，至少不小于53%

旁向重叠

沿数条航线对较大区域进行连续摄影，称为多航线摄影。多航线摄影要求各航线互相平行。在同一条航线上相邻像片间的航向重叠为60%-53%，相邻航线间的像片也要有一定的重叠，这种重叠称为旁向重叠，一般应为30%-15%

地面距离分辨率（GRD）：影像所记录的最小目标物的大小

每毫米线对（LPM）：1毫米宽度内能够清楚地识别出黑、白相间的平行线对数。是一种用标准化分辨目标测算影像分辨率的方法。

每毫米线对和地面分辨距离可以相互转换

，

GRD是地面分辨距离，单位为m；H是相对地面的飞行高度，单位是m；

f是焦距，单位是mm；R是系统分辨率，用每毫米线对表示。

航空相片的几何特性:

（1）航空像片属于中心投影

（2）航片的比例尺

（3）像点位移

地形的起伏和投影面的倾斜会引起航片上像点位置的变化，叫像点位移。

因地形起伏引起的像点位移，又称投影误差

因像片倾斜引起的像点位移，又称倾斜误差

扫描成像

扫描成像:依靠探测元件和扫描仪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性信息，形成一定谱段的图像。

根据成像方式不同，分为3种

光机扫描仪

推扫式扫描仪CCD

成像光谱仪

光机扫描仪：

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。

常见的几种光机扫描仪有红外扫描仪、MSS、TM。ETM+

推扫式扫描仪：SPOT采用

工作原理: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成像的一种成像方式

雷达成像

微波遥感分为主动和被动，主动微波遥感主要是雷达，雷达按是否成像分为成像雷达和非成像雷达，成像雷达有真实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达

雷达：无线电测距和定位，它是由发射机通过天线主动发射微波（1-1000mm）,然后用同一天线接收目标反射的回波信号以进行探测的一种传感器。

将探测到的雷达回波记录在一幅图像上就成了雷达图像

侧视雷达一般由脉冲发射机、接收机、发射接收开关、天线和显示记录器组成。

侧视雷达成像原理：

侧视雷达在随飞行器前进过程中，--边从发射器经天线向距离方向侧向发射一个很窄的波束，这个波束在航向上很窄，在距离方向上很宽，覆盖了地面上一个很窄的条带。波束从离飞行器较近的距离（近距点)一直照射到离飞行器较远的距离( 远距点)。每个波束，由以一定时间间隔( 脉冲宽度)的具有特定波长的微波脉冲组成。脉冲遇到地上目标后，与之相互作用，-部分能量(回波)由地物反射返回雷达天线，由接收器接收。这些回波被记录装置按时间先后顺序记录下来，就形成了一个窄条带上各种地物的图像。在这个时间段内，飞行器已经往前又飞行了一段，接着发射下一条波束，然后记录回波，地表_维信息，就以这种连续带状形式，被逐行扫描记录下来。

侧视雷达分为真实孔径侧视雷达（RA-SLR）与合成孔径侧视雷达（SA-SLR）

与可见光和红外遥感相比，微波遥感有什么特点？

（1）微波遥感可以全天候、全天时工作。可见光和近红外是利用太阳辐射，只能白天成像；而热红外影像可以在夜间可成像，但受天气雨云的影响，若天气不好，则成像效果较差，微波因为波长较长，具有穿云透雾的能力，可不受天气影响，同时多为主动遥感，夜间亦可成像。

（2）微波对冰、雪、森林、土壤等有一定的穿透能力，而可见光和红外几乎不具备穿透能力。

（3）具有精确测距能力、测量土壤含水量能力。微波差分干涉测量技术可计算地形高度、微地形变化，且微波对土壤含水量的敏感性强。

（4）对海洋遥感有特殊意义，由于其不受天气的影响，同时对地形起伏比较敏感，在海洋监测中有很重要的应用。

（5）对某些地物具有特殊的波谱特征

（6）分辨率低，但特性明显。

评价遥感图像质量的技术指标主要有哪些（遥感数字图像有什么特征）

主要有空间分辨率、波谱分辨率、辐射分辨率、时间分辨率

空间分辨率:像素所代表的地面范围的大小，或地面物体能分辨的最小单元，对于航空摄影成像遥感而言，地面分辨率取决于系统分辨率和焦距和航高，不同的遥感目的要求不同的空间分辨率。

波谱分辨率:传感器在接收目标地物辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔。不同波谱分辨率的传感器对同一地物探测效果有很大区别，此外，传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征。

辐射分辨率:指传感器接收波谱信号时，能分班的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一个象元的辐射量化级。决定了一幅遥感图像的信息量。

时间分辨率:是指在同一区域进行的相邻两次遥感观测的最小时间间隔。时间间隔大，时间分辨率低，反之时间分辨率高。时间分辨率是评价遥感系统动态监测能力和“多日摄影”系列遥感资料在多时相分析中应用能力的重要指标。根据地球资源与环境动态信息变化的快慢.