遥感技术基础03
遥感技术基础与应用
▶1.3S:R S、G I S、G P S遥感(R e mo t e S e n s i n g)，地理信息系统(G e o g r a p h i c I n f o r ma t i o n S y s t e m)与全球定位系统(G l o b a l P o s i t i o n i n g S y s t e m)的英文名称中最后一个单词均含有"S",人们习惯将这三种技术合称之为"3S"技术。
遥感的主要作用是提供对地观测数据和信息，全球定位系统的主要作用是提供空间定位数据，地理信息系统的主要作用是对数据进行空间分析。
2.广义的遥感：广义的角度来理解遥感，泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震）等的探测。
狭义的遥感：狭义的角度来理解遥感，指应用探测仪器，不与探测目标接触，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性探测技术。
本课程采用的概念：遥感是一种以物理手段、数学方法和地学分析为基础的综合性应用技术。
3.遥感技术系统一般由四部分组成：遥感平台、传感器、遥感数据接收与处理系统、遥感资料分析解译系统。
4.遥感技术过程由数据获取，数据传输、接收和处理，数据解译、分析与应用三部分组成，这三部分是遥感技术过程的相辅相成、不可分割的三个阶段。
5.遥感技术的特点：①大面积的同步观测：遥感平台越高，视角越宽广，可以同步探测到的地面范围越大，从而可观测地物的空间分布规律。
②时效性：遥感技术可以在短时间内对同一地区进行重复探测。
③数据的综合性和可比性：遥感技术获取的数据反映地表的综合特性，包括自然、人文等方面。
④经济性：可节省大量的人力、物力和财力。
⑤局限性：波谱的有限性、电磁波段的准确性、空间分辨率低等。
6.遥感的分类①按遥感平台划分：宇航遥感、航天遥感、航空遥感、地面遥感②按探测的电磁波段划分紫外遥感：波段在0.05-0.4μm可见光/反射红外遥感：可见光波段在0.38-0.76μm，近红外波段在0.7-2.5μm热红外遥感：波段在8-14μm微波遥感：波段在1m m-1m③按传感器的工作原理划分：被动遥感，主动遥感④按应用领域划分：地质遥感、农业遥感、林业遥感、城市遥感、海洋遥感、环境遥感、气象遥感、军事遥感等。
遥感技术基础
4 物体的反射辐射
太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收， 一部分透射，即： 到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量 ＋透射能量。
一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射 能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波则 透射能力较强，特别是0. 45~0. 56μm的蓝绿光波 段。一般水体的透射深度可达10～20 m，清澈水 体可达100 m的深度。
电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方 向三者互相垂பைடு நூலகம்。振幅沿传播方向的垂直方向作 周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本 身带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方 成正比。
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有向反射
有向反射比较复杂，反射率是入射角、反射 角、入射方位角、反射方位角的函数。
混合反射一部分镜面反射，一部分朗伯反 射。 有向反射和混合反射与电磁波的入射方向 和观察方向有关，在航空遥感中具有重要 意义。如水面的逆向反光。
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了解物体表面性质对反射影响的意义
遥感图像上记录的辐射亮度，既与辐射入射方位角 和天顶角有关，也与反射方向的方位角和天顶角有 关。 由于镜面反射会造成太阳光直接进入遥感器，在成 像时间选择上，应避免中午成像，防止形成镜面反 射。否则水体会形成非常亮的耀斑，周围地物的反 射信息有受到干扰和削弱。
绝大部分地物的波谱值具有一定的变幅，它们 的波谱特征不是一条曲线，而是具有一定宽度的 曲带。
地物存在“同物异谱”和“异物同谱”现象。
“同物异谱”是指两个类型的个体地物，在某 个波段上波谱特征不同；“异物同谱”是指不同 类型的地物具有相同的波谱特征。
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地物波谱特性的测量
可见光和近红外波段是研究地表的主要波段。 可见光和近红外地物光谱测试的作用： （1）传感器波段的选择、验证、评价； （2）建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系； （3）地物光谱数据与地物特征的相关分析。
遥感基础知识(很全适合初学者)
☆ 基础资料 ☆ 遥感基础知识 光谱成像技术实验室 整 理： 扬帆远航 来 源： 互 联 网 版 权： Free
中国科学院西安光学周密机械研究所 二零零五年十月 目 录 A．基础篇--------------------------------------------------------------------------1 1．--------------------------------------------------------------2 2．-----------------------------------------------------------------------2 3．-----------------------------------------------------------------------4 4．----------------------------------------------------------------8 5．----------------------------------------------------------------9 6．----------------------------------------------------------10 B．理论篇------------------------------------------------------------------------13 1．------------------------------------------------------------14 2．-----------------------------------------------------------------14 3．-------------------------------------------------------15 4．--------------------------------------------------------------16 5．-------------------------------------------------------------------17 6．--------------------------------------------------------------------- 20 7．----------------------------------------------------------- 22 8．---------------------------------------------------------24 C．应用篇----------------------------------------------------------------------- 27 1．-----------------------------------28 2．---------------------------------------------------------28 3．--------------------------------------------------29 4．-----------------------------------------------------29 5．----------------------------------------------------------30 6．----------------------------------------------------------31 7．----------------------------------------------------------31 A 基础篇 1．什么是成像光谱仪 成像光谱确实是在特定光谱域以高光谱分辨率同时取得持续的地物光谱图像，这使得遥感应用能够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进程与参数。 70年代末80年代初，在研究归纳各类地物光谱特点的基础上，形成如此一个概念：若是能实现持续的窄波段成像，那么就有可能实现地面矿物的直接识别，由此产生了光谱和图像结合为一体的成像光谱技术。1983 年美国喷气推动实验室研制出第一台航空成像光谱仪（AIS-1）,随后包括中国在内的许多国家都研制成功了一系列成像光谱仪，其中有以线阵探测器为基础的光机扫描型，有以面阵探测器为基础的固态推扫型，也有以面阵探测器加光机的并扫型。 成像光谱仪要紧性能参数是：（1）噪声等效反射率差（NEΔp ），表现为信噪比（SNR）；（2）瞬时视场角（IFOV），表现为地面分辨率；（3）光谱分辨率，直观地表现为波段多少和波段谱宽。 高光谱分辨率遥感信息分析处置，集中于光谱维上进行图像信息的展开和定量分析，其图象处置模式的关键技术有：⑴超多维光谱图像信息的显示，如图像立方体的生成；⑵光谱重建，即成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图像-光谱转换；⑶光谱编码，尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特点参数的算法；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进程与参数的识别和反演算法。 高光谱分辨率成像光谱遥感起源于地质矿物识别填图研究，慢慢扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤和大气的研究中。
遥感技术基础
三种格式优缺点：BIP： 便于从整幅图像中提取小的子区，因为一个子区往往 在一、 二个条带之内。 便于作多维波谱向量的处理运算和样式识别及分类。 BSQ： 便于单波段的选取和处理。BIL： 适用于多波段运算和分类。便于作多维波谱 向量的处理运算和样式识别及分类。 栅格数据： 最低值（低或无） 、高（最大值） 、其他（处于中间） 。
电磁波:电磁场是由电场和磁场组成的,电场和磁场彼此正交,并沿着垂直于传 播方向的轴进行,并时刻发生变化. 电磁波的三个属性：波长： 波长是两个相邻波峰或波谷之间的距离。 频率： 频率指的是在给定时间内通过某一特定点的波峰的数量。 振幅： 振幅即每个波峰的高度。通常用能量水平（一般为光谱的入射辐射） 来量测，可以表达为瓦/m2/um（即能量水平/波长间隔） 斯蒂芬—波尔滋曼定律： 黑体辐射的能量（单位为 W/m2）与其绝对温度的 四 次 方 成 正 比 ： 即 M= σ T4 （ 其 中 ， σ 是 斯 蒂 芬 — 波 尔 滋 曼 常 数 5.6697*10[-8]W/m2/K4）这一定律阐述了地球（或太阳）发射的能量是其温度 的函数。温度越高，其辐射能量越大。 维恩位移定律：辐射的最大波长可以通过下式进行计算：λ max=k/T（其中 k 为常数 2898，T 为绝对温度，单位 K） 红边效应： 在红外与近红外交界处发生反射率急剧上升的现象。 植被的光谱： 可见光（0.4μ m~0.7μ m） ：低反射、低投射、高吸收。主要是 由于叶绿素集中的蓝和红波段。由于其他色素对吸收的影响，在黄—绿区域 即 0.55μ m 为中心的区域有比较小的反射峰。近红外（0.7μ m~1.3μ m） ：低 吸收、高反射、高透射。主要是由于叶片结构和叶片的投射性决定的。在近 红外附近具有高反射数据， 构成反射高原。 中红外 （1.3μ m~2.5μ m） 在 1.4,1.9 ： 和 2.7μ m 水的强烈吸收影响了植被的反射光源。 水的光谱： 水的电磁波谱曲线与水的性质及其状况有关。大部分水体易于从 近红外波段中勾勒出来。在自然状况下，水体在近红外和中红外波段几乎吸 收了所有的入射辐射。 散射： 散射指的是电磁能量被悬浮在大气中的例子或者大气中的大分子改变 其行进方向。 瑞利散射： 晴空，大气中仅含有大气气体分子，其对入射辐射的散射强度随 着波长的变短而增强，其散射强度的大小与波长的四次方成反比（蓝最小） 。 发生条件：大气颗粒粒径远小于辐射波长。 米反射： 是由大气中大颗粒如尘埃、划分、烟和水滴等引起的，这些颗粒的 粒径是瑞利散射的很多倍。米散射可以影响从可见光到可见光附近比较宽范 围的电磁辐射。米散射与波段相关，但是其关系不像瑞利散射那样一种简单 的形式。在富含大颗粒的底层大气约 0~5m，米反射比较强烈。发生条件：大 气中粒子粒径与入射辐射波长相当。 非选择性散射： 当大气中粒子其直径远大于入射辐射波长时发生。在可见光 及其附近波段中，发生非选择性散射的粒子包括大的水滴或是飞机尘埃。非 选择性意味着与波长无关，因此阴霾天气就是因为所有波长的入射辐射都同 等成都的发生非选择性散射的结果。 折射： 折射的发生是由于光线在两个不同的介质传输时发生弯曲的结果。当 光线穿过的大气层具有不同的清晰度、浑浊度或者温度时，因其影响了大气 层的密度，造成的密度分层现象，因此当光线从其中穿过时也会发生折射。 大气窗口： 相对而言比较容易穿过大气的波段范围称为大气窗口。大气窗口 对遥感作用明显。遥感可利用这些大气窗口造成。在大气窗口之下，其他波 段的电磁能量要受到大气的严重衰减，因此对遥感几乎没有意义。在远红外 区域，两个重要的窗口是从 3.5~4.1μ m，以及 10.5~12.5μ m，后者尤为重要， 因为这个波段范围与地球发射辐射波段范围相近。
遥感基础知识
遥感基础知识第二章遥感基础知识2.1遥感定义遥感是遥远感知事物的意思，即：不直接接触目标物和现象，在距离地物几公里到几百公里、甚至上千公里的飞机、飞船、卫星上，使用传感器接收地面物体反射或发射的电磁波信号，并以图像胶片或数据磁带记录下来，传送到地面，经过信息处理、判读、分析和野外实地验证，最终服务于资源勘探、动态监测或规划决策。
将这一接收、传输、处理、分析、判读和应用遥感信息的全过程称为遥感技术，具有感测面积大、获取资料速度快、受地面条件限制少，以及可连续进行、反复观察等优点。
遥感之所以能够根据收集的电磁波信息来判度地面目标物和现象，是因为一切物体由于种类、特征和环境条件的不同，具有完全不同的电磁波的反射或发射辐射特征，因此，遥感技术主要是建立在物体反射或发射电磁波的原理基础上的。
随着航天技术、传感器技术、计算机技术和其他相关科学的快速发展，在航空摄影的基础上发展起来的遥感技术得到了极大发展，尤其是高分辨率CCD传感器的出现，使遥感图像的空间分辨率由Landsat-MSS的80m提高到目前的2-3m，甚至QuickBird的0.61m；高光谱分辨率成像光谱仪的出现，是多光谱遥感图像的光谱分辨率可达到5-10nm。
遥感技术的这些成果为遥感从定性化到定量化的研究提供了保障，使遥感图像应用于地图的测绘和GIS基础信息的获取成为可能，并在国民经济建设和国防建设的许多领域发挥着重要作用，可应用于测绘、城市规划、水利、电力、通讯、交通、军事、农业、林业、环境监测等领域。
遥感技术主要特点为：可获取大范围数据资料。
遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，从而，可及时获取大范围的信息。
例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多km2。
这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。
获取信息的速度快，周期短。
由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。
遥感基础学习知识原理与应用知识点
遥感基础学习知识原理与应用知识点一、遥感的基本概念与分类1.遥感的定义：遥感是指通过遥远距离采集并记录地球表面信息的科学技术。
2.遥感的分类：按照遥感的数据类型可分为光学遥感、微波遥感和热红外遥感；按照数据获取平台可分为航空遥感和卫星遥感。
二、遥感的基本原理1.辐射传输原理：地球表面物体受到太阳辐射照射后，会发生反射、散射和吸收，这些辐射经过大气层的传输和变化后达到遥感仪器，形成遥感数据。
2.遥感数据的获取原理：通过遥感仪器记录地球表面物体的辐射或能量信息，如通过遥感卫星的光学传感器记录地球表面反射光谱。
3.遥感数据的处理原理：遥感数据需要经过预处理、解译和分析等过程，以提取有价值的信息。
三、遥感的主要技术与方法1.遥感图像解译：通过对遥感图像进行目视或计算机辅助解译，识别和判读地表物体。
2.遥感数字化：遥感图像通过扫描或数字相机获取，然后通过数字化处理，得到数字图像。
3.遥感分类：将遥感图像中的地表物体划分成不同的类别或类型，如土地利用分类、植被类型分类等。
4.遥感定量分析：通过对遥感图像进行数学模型和算法的分析，提取地表物体的数量信息，如土地覆盖变化分析、物质迁移分析等。
5.遥感辅助决策：通过利用遥感图像数据进行地表资源调查、规划设计和决策支持等。
四、典型遥感应用领域1.地质勘探与矿产资源：通过遥感技术可以探测到地下的地质信息和矿产资源分布情况。
2.土地利用与土地覆盖：通过遥感图像可以对土地利用类型进行分类和监测，了解土地利用变化和土地覆盖的动态变化情况。
3.植被监测与农业信息提取：通过遥感技术可以获取到植被的生长状况、植被类型和叶面积指数等信息，对农业生产进行监测和评估。
4.城市规划与环境监测：通过遥感技术可以获取到城市的用地分布、建筑物高度和环境污染等信息，对城市规划和环境保护进行监测和分析。
5.自然灾害监测与评估：通过遥感技术可以实时获取地震、火灾、洪水等自然灾害的信息，进行监测和评估，为应急救灾提供支持。
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遥感器能分辨的最小波长间隔，是遥感器的性能指标。遥感器的波 段划分得越细，光谱的分辨率就越高，遥感影像区分不同地物的能 力越强。
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现在的技术可以达到5~6nm（纳米）量级，400多个波段。
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第三讲 遥感数据
全色传感器（ Panchromatic sensors ）
全色是指全部可见光波段0.38~0.76um，全色图像为这一波段范围的混合图
像，一般为黑白图像
吸收不同色彩的光检测器能一次将蓝、绿、红三种基色的光线进行转化。
The spectral information contained in a panchromatic image is rather limited,
but such images generally have a higher spatial
遥感技术基础
学年学期：2010-2011学年第一学期 学 班 教
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院：测绘与地理科学学院 级：地理081-3班 师：李 玉
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第三讲 遥感数据
内容简介
一、遥感数据采集 二、遥感数据特征
三、常用遥感数据
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第三讲 遥感数据
一、遥感数据采集
遥感卫星：星载遥感传感器提供大量的遥感数据。遥
The satellite's orbit and the rotation of the Earth work together to allow
complete coverage of the Earth's surface, after it has completed one complete cycle of orbits.
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第三讲 遥感数据
空间分辨率(Spatial Resolution)：
是指遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离。 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，则是像 元所对应的地面实际尺寸（米）。
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第三讲 遥感数据
8 bits (left) and 11 bits (right) IKNOS remotely sensed images.
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第三讲 遥感数据
2 bits radiometric resolution.
8 bits radiometric resolution.
resolution。
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第三讲 遥感数据
多光谱传感器（ multi-
spectral sensors ）：
Many remote sensing systems record energy
over several separate
wavelength ranges at various spectral
point on the Nadir Point .
Revisit Period: The interval of time required for the satellite to revisiting the same Earth’s surface point.
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第三讲 遥感数据
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第三讲 遥感数据
二、遥感数据特征
数字化(digitization )
指按照一定规则，用数字表示字 母、符号、图形或连续变化的物
理量的变换方法。
卫星遥感图像是空间 连续变化的地表辐射
能量的数字化结果。
数字化图像是以二维数组形式表示的图像。该数组对连续变 化的图像作等间隔抽样所产生的抽样点（像元或像素）组成。
paired with spectral bands.
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第三讲 遥感数据
高光谱分辨率遥感传感器（Hyperspectral Sensor)
在电磁波谱的可见光，近红外，中红外和热红外波段范围内，获取许多非
常窄的光谱连续的影 像数据的技术。
其成像光谱仪可以收
集到上百个非常窄的 光谱波段信息。
感卫星有许多独特的特性使得它们更适用于地球表面
遥感。
卫星轨道
卫星在太空中行进的轨迹。 卫星轨道的选择取决于卫星的用途，运行高度、方向和相对于 地球的旋转。
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第三讲 遥感数据
地球同步轨道（Geostationary Orbits）：是运行周期与地球自转周期相同的顺行
轨道。但其中有一种十分特殊的轨道，叫地球静止轨道。这种轨道的倾角为零，
Each pixel in a hyperspectral image contains the information sampled over wide windows within the visible and
infrared parts of the
electromagnetic spectrum。
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盖范围愈大。
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第三讲 遥感数据
全景摄影机(Panoramic ): 又称扫描摄影机。依结构和工作方式可分为缝隙
式摄影机和镜头转动式摄影机。
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第三讲 遥感数据
多光谱摄影机(Multi-spectral）：可同时直接获取可见光和近红外范围内若
干个分波段影像。有三种类型：多相机组合型、 多镜头组合型和光束分离型。
数码摄影机。成像原理与一般摄影机同，结构也类似。所不同的是其记录介 质不是感光胶片，而是光敏电子器件。
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第三讲 遥感数据
扫描成像：依靠探测元件和扫描镜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。其探测波段可包括紫外、红外、可见光和微波波段。成像
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第三讲 遥感数据
遥感传感器
摄影成像：通过成像设备获取物体影像的技术。传统摄影依靠光 学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影则 通过放置在焦平面的光敏元件，经光电转换，以数字信号来记录 物体的影像。
画幅式摄影机(Frame)：一次曝光得 到目标物一幅像片，镜头分常角（视 场角50o～70o）、宽角（视场角70o～ 105o）和特宽角（视场角105o～135o）， 同平台高度下，视场角愈大，地面覆
扫描仪中，由于探测元件需要靠机械
摆动进行扫描，如果要立即测出每个 瞬时视场的辐射特征，就要求探测元
件的响应时间足够快（0.2微秒）。
固体自扫描时，用一竖列的10个探测 元件同时进行扫描
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第三讲 遥感数据
高光谱成像光谱扫描: 通常的多波段扫描仪将可见光和红外波段分割成几个到 十几个波段。对遥感而言，在一定波长范围内，被分割的波段数愈多，即波谱 取样点愈多，愈接近于连续波谱曲线，因此可以使得扫描仪在取得目标地物图 像的同时也能获取该地物的光谱组成。这种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 描仪称为成像光谱 仪。光谱仪成像时 多采用扫描式或推 帚式，可以收集200 或200以上波段的数据。
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第三讲 遥感数据
Nadir Point : Earth‘s surface directly below the satellite。
Orbit Cycle: An orbit cycle will be completed when the satellite retraces its path, passing over the same
的卫星每圈都要经过地球两极上空，可以俯视整个地球表面。气象卫星，地球
资源卫星，侦察卫星常采用此轨道。 Near-polar orbits, which means that the satellite travels northwards on one side of the Earth and then toward the southern pole on the second half of it orbit. These
are called ascending and descending
passes, respectively.
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第三讲 遥感数据
Swath: As a satellite revolves around the Earth, the sensor "sees" a certain
从卫星到像元面积间构成的空间立体角
称瞬时视场（Instantaneous Field Of View
- IFOV）。遥感传感器不能分辩出小于瞬 时视场的目标。
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第三讲 遥感数据
卫星的空间分辨率与卫星的高度有关，卫星高度越高，分辨率越低， 而且与卫星瞬时视场有关，视角越倾斜，观测面积越大，分辨率就差。
在地球赤道上空35786千米。地 面上的人看来，在这条轨道上 运行的卫星是静止不动的。一 般通信卫星，广播卫星，气象 卫星选用这种轨道比较有利。
地球同步轨道有无数条，而地
球静止轨道只有一条。