04-遥感光学基础
遥感应用知识体系-地物波谱特性与遥感光学基础
量互相关。反射总量是叶内水分含
量以及叶片厚度的函数。
由于植物叶子内水的强烈吸收，在 1.45 μm ，1.95 μm ，2.7 μm处有吸 收带。
植被 (Vegetation)
植被 (Vegetation)
归一化植被指数
NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)，检测植被生长状态、植被 覆盖度和消除部分辐射误差。 为什么NDVI检测植被有效？ 健康的绿色植被在NIR和R的反射差异比较大，原因 在于R对于绿色植物来说是强吸收的，NIR则是高反 射高透射的。所以NDVI越大，植被长势越好。
瑞利准则
当相位差小 即
光滑表面。
4
h
，两波偏于相重合，则呈反射为主、 8 cos
4
h 8 cos
增大， 增大， 有利于形成光滑表面。
减小， 减小，有利于形成粗糙表面。
对于可见光， 在 m 范围内，所有地物都是粗糙面，而对 在 cm 到 m 之间，地物表面呈粗糙与光滑临界状态。 于微波，
在近红外波段，植被的反射光谱取决于叶片内部的细
胞结构。
0.7 μm 1.3 μm ：吸收能量少，反射来自叶片内部结 构，形成强反射。 因叶片内部结构差别大，植被在近红外的反射差异比 可见光区域大，所以在近红外波段内测量植物的反射 率来区别不同的植物。
在短波红外波段
植物基本上吸收或反射电磁波能量， 透射很少。 植物的光谱特性受叶片总含水量的 控制，叶片的反射率与叶内总含水
• 光谱反射率：地物对应于某个波长电磁波的反射率。 • 反射波谱: 地物的反射系数（率）随入射波长的变化
规律叫做该地物的反射波谱。
遥感基础知识
遥感在地面、空中和外层空间的各种平台上，用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输、变换和处理等，提取有用的信息，实现研究地物的空间形状、位置、性质、变化及其与周围环境的相互关系的一门现代应用技术。
电磁波谱:电磁波在真空中传播的波长或频率，按递增或递减排列就构成了电磁波谱。
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。
绝对白体：是一种只向外辐射而不吸收任何电磁辐射的理想物体大气窗口：有些波段的电磁辐射通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利，这些波段通常称为大气窗口光谱反射特性曲线：反射光谱是某种物体的反射率对波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线称为该物体的反射波谱特性曲线太阳同步轨道：是指卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的夹角，不随地球绕太阳公转而改变。
MODIS：Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer 是EOS-AM1系列卫星的主要探测仪器。
MODIS光谱区间：0.4 --14.4 μm覆盖范围±55°，2330 km 扫描宽度，空间分辨率250 m (2bands)，500 m (5 bands)，1000 m (29 bands)全景畸变：由于地面分辨率随扫描角发生变化，使红外扫描影像产生畸变，这种畸变通常称之为全景畸变共线方程：(5－5)公式5－5即为描述像点、传感器投影中心和地物点之间关系的共线方程几何校正：是解决遥感图像的几何变形问题，消除遥感图像的几何误差的过程。
灰度重采样：若输出图像阵列中的像素在原始图像中的投影点位坐标计算值不为整数，原始图像阵列中该非整数点位上并无现成的亮度存在，于是就必须采用适当的方法把该点位周围领进整数点位上亮度值对该点的亮度贡献累积起来，构成该点位的新亮度值，这个过程为数字图像灰度值的重采样。
大气校正：消除因为大气散射引起的辐射误差的处理称为大气校正。
遥感基础知识
遥感基础知识(转）一.什么是遥感？“遥感”，顾名思义，就是遥远地感知。
传说中的“千里眼”、“顺风耳”就具有这样的能力。
人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的形式――电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。
遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。
例如，大兴安岭森林火灾发生的时候，由于着火的树木温度比没有着火的树木温度高，它们在电磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更多的能量，这样，当消防指挥官面对着熊熊烈火担心不已的时候，如果这时候正好有一个载着热红外波段传感器的卫星经过大兴安岭上空，传感器拍摄到大兴安岭周围方圆上万平方公里的影像，因为着火的森林在热红外波段比没着火的森林辐射更多的电磁能量，在影像着火的森林就会显示出比没有着火的森林更亮的浅色调。
当影像经过处理，交到消防指挥官手里时，指挥官一看，图像上发亮的范围这么大，而消防队员只是集中在一个很小的地点上，说明火情逼人，必须马上调遣更多的消防员到不同的地点参加灭火战斗。
上面的例子简单的说明了遥感的基本原理和过程，同时涉及到了遥感的许多方面。
除了上文提到的不同物体具有不同的电磁波特性这一基本特征外，还有遥感平台，在上面的例子中就是卫星了，它的作用就是稳定地运载传感器。
除了卫星，常用的遥感平台还有飞机、气球等；当在地面试验时，还会用到地面象三角架这样简单的遥感平台。
传感器就是安装在遥感平台上探测物体电磁波的仪器。
针对不同的应用和波段范围，人们已经研究出很多种传感器，探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。
传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。
原始图像被地面站接收后，要经过一系列复杂的处理，才能提供给不同的用户使用，他们才能用这些处理过的影像开展自己的工作。
由于遥感在地表资源环境监测、农作物估产、灾害监测、全球变化等等许多方面具有显而易见的优势，它正处于飞速发展中。
遥感重点知识点总结初中
遥感重点知识点总结初中一、遥感基本概念遥感是通过人工或自然传感器对地球表面地物进行探测、记录、存储、处理和解译的科学技术。
遥感技术可以分为主动遥感和被动遥感两种类型。
主动遥感是指传感器主动向地面发射能量，并接收反射或散射回来的能量信号，如雷达遥感；被动遥感是指传感器接收来自地面目标发射的电磁波能量，并对其进行分析和处理，如光学遥感。
二、遥感技术基本原理1. 电磁波辐射原理：地球表面物体对太阳辐射的反射、辐射和吸收是遥感技术的基础。
2. 光学遥感：通过接收太阳光照射地表后反射、散射的电磁波，在不同波长的电磁波成像可获取地表物体的信息。
3. 热红外遥感：地表物体受太阳辐射后，有自身温度辐射，通过接收地面物体的红外辐射信息，可以获取地表物体的温度等信息。
4. 雷达遥感：通过合成孔径雷达（SAR）等探测手段获取地表地形、地貌等信息。
三、遥感数据获取遥感数据获取的主要手段包括卫星、飞机、无人机等，这些载具可以携带各种类型的传感器，如摄影机、雷达、红外线传感器等，获取不同波段的地表信息。
四、遥感数据处理1. 资料编目和建库：将获取的遥感数据进行整理、编目及存储，形成遥感数据库。
2. 影像地图生成：将遥感数据进行图像处理，生成数字影像地图。
3. 遥感数据融合：将多种遥感数据进行融合，形成多源数据，以获取更为全面的地表信息。
4. 遥感数据解译：通过图像处理技术对遥感数据进行解译，提取地表对象的信息。
五、遥感应用遥感技术在农业、林业、城市规划、环境保护、气象、国土资源调查、地质勘探等领域有着广泛的应用。
例如，在农业方面，可以通过遥感技术对农作物生长情况进行监测和预测，提高农业生产效率；在环境保护方面，可以通过遥感技术监测空气、水质等环境指标，及时发现环境问题，采取相应措施。
六、遥感发展趋势随着科技的不断发展，遥感技术也在不断创新和进步。
未来，遥感技术发展趋势包括高分辨率遥感技术、超分光遥感技术、高性能遥感卫星技术、人工智能与遥感技术相结合等。
中科院遥地所定量遥感_第一讲_光学遥感基础
1.1 方向性反射光谱的定义与测量
(3) 方向－半球反射率波谱：入射能量照明方式为平行直射光，没有
或可以忽略散射光；波谱测定仪器测定的半球空间的平均反射能量。利用 积分球原理测定的物体反射率波谱就是方向－半球反射率波谱。
Lu (i , i ) 0 E (i , i )
2
Reflectance (%)
2003-07-19
Reflectance (%)
20 15 10 5 0 350 R01-G R01-H R01-Z
20 15 10 5 0
01漫 01-G 01-H 01-Z
850
1350 1850 Wavelength (nm) 2003-07-28
2350
350 40 35 30 25 20 15 10 5 0 350
第一讲 光学遥感概述与基础
第1节 光学遥感与反射率 第2节 典型光学成像系统 第3节 遥感数据资源 第4节 光学遥感瓶颈问题与挑战
刘良云
2014年4月1日
第一节 光学遥感与反射率
Wave model of electromagnetic Radiation
Q1：电磁波作为横波，与纵波相比，什么信息在遥感中能够发掘？
L( r , r ) (i , i , r ,r ) E (i , i )
dLT ( r , r , ) BRDF( i , i , r , r , ) dE( i , i , )
1.1 方向性反射光谱的定义与测量
(2)半球－方向反射率波谱：入射能量在半球空间内分布，波谱测定仪
L
E
由于测定方式的差异，反射率波谱又可以根据入射能量的照明方式及反射能 量测定方式给定如下4种定义：
光学遥感 标准
光学遥感标准
光学遥感的标准涉及多个方面，如空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率、时间分辨率和几何精度等。
具体标准取决于应用领域和观测目标。
在空间分辨率方面，根据观测对象的尺度，可以选择不同的空间分辨率。
例如，对于大尺度的全球观测，可能需要较低的空间分辨率，而对于小尺度的目标或区域观测，则需要较高的空间分辨率。
在光谱分辨率方面，不同波段和光谱范围的观测数据可以提供不同的信息。
例如，可见光波段可以提供地表覆盖和植被状况的信息，红外波段可以提供地表温度和热辐射的信息。
在辐射分辨率方面，遥感器应该能够区分不同地物之间的辐射差异，以获取更准确的地表信息。
在时间分辨率方面，不同卫星轨道和观测周期决定了遥感数据的时间分辨率。
对于动态变化的观测目标，需要高时间分辨率的遥感数据来捕捉其变化。
在几何精度方面，遥感数据的几何定位精度和几何校正精度对于后续的数据处理和应用非常重要。
此外，光学遥感还需要遵循一系列的技术标准和规范，以确保数据的可比性和可重复性。
例如，数据格式标准、元数据标准、辐射定标标准等。
总之，光学遥感的标准需要根据具体的应用需求和观测目标来制定。
遥感概论 第三章 遥感的光学基础
加色法与减色法
RGB 相加混色 000 001 010 011 100 101 110 111
CMY 相减混色 111 110 101 100 011 010 001 000
对应色彩
第三章 遥感光学基础
➢颜色性质和颜色立体 ➢加色法和减色法
第一节 颜色性质和颜色立体
❖ 人们热常看到的太阳光是白色的，但实际上它是由 各种光波组成的。我们见到的是可见光谱，它是由 红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光组合而成的。
❖ 当太阳光照射到地物时，由于地物具有的光谱特性 不同，它吸收、反射、辐射太阳光的能力不同，便 反映出各种各样的颜色。
光和颜色
❖ 颜色对比:在视场中相邻区域的不同颜色的相互影响。 ❖ 颜色对比受视觉影响很大。例如，在一张品红的背景
上放一小块白纸或灰纸，用眼睛注视白纸几分钟，白 纸就表现出绿色。如背景是黄色，白纸灰出现蓝色。 这便是颜色对比的效果。 ❖ 两种颜色互相影响的结果， 使每种颜色会向其影响色的 补色变化（绿是品红的补色， 蓝是黄的补色）。在两种 颜色的边界，对比现象更为明显。
减色法
✓减色法中黄色染料是由于吸收了白光 中的蓝光，反射红光和绿光的结果：黄=白-蓝；品红 染料由于吸收了白光中的绿光，反射红光和蓝光的结果： 品红=白-绿；青染料是由于吸收了白光中的红光，反 射蓝光和绿光的结果：青=白-红。 ✓品红与黄染料混合叠印时呈红色：品红+黄=白-（绿 +蓝）=红；品红与青染料混合叠印时呈蓝色：品红+ 青=白-（绿+红）=蓝；黄与青染料混合叠印时呈绿色： 黄+青=白-（蓝+红）=绿；品红、黄、青染料叠印时 呈黑色：黄+青+红=黑。
亮
暗
“明度”有时称亮度(视亮度,Brightness, Illumination，
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。
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2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
大气散射
• 瑞利散射（Rayleigh scattering）
– 当大气中粒子的直径小于波长1/10或更小时发生的 散射 – 由大气中原子、分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧 分子等引起 – 散射强度与波长的四次方成反比
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色显示原理
遥感概论
遥感的光学基础
• 彩色显示原理
–加法原理 加法原理
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色显示原理
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色显示原理 R G
红色通道
绿色通道
B
蓝色通道
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色显示原理
光源 LCD 滤光片
Eye
电极
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色投影原理
投影系统
强光源 反射镜 反射镜 反射镜
Red LCD
Green LCD
Blue LCD
聚光器
LCD 阵列
透镜
透镜
透镜
反射镜 反射镜 反射镜 (wavelength selective) 反射镜 (wavelength selective)
邱永红
品红
–S：饱和度 S
–V：明度 V
2011-4-13
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色
V
H
2011-4-13 邱永红
S
31
遥感概论
遥感的光学基础
颜色立体 • RGB模型 模型
– R：红色 ：
– G：绿色 ： – B：蓝色 ：
• 取值范围 取值范围0-1 或0-255 • 取值范围0-1 取值范围 或0-255 • 取值范围 取值范围0-1 或0-255
2011-4-13
邱永红
11
遥感概论
遥感的光学基础
大气散射
• 无选择性散射（Non-selective scattering）
– 当大气中粒子的直径大于波长时发生的散射 – 散射强度与波长无关，任何波长的散射强度相同
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
大气散射
• 对遥感的影响
– 散射光直接进入 传感器，增加信 号中的噪声成分， 造成图象质量下 降 – 对可见光的短波 波段（蓝、绿） 影响较明显
黑白影象与彩色影象
• 彩色影象
– 真彩色 真彩色(true color)：红绿蓝三波段合成 ： – 假彩色 假彩色(false color)：真彩色之外的其它 ： 彩色合成方案 – 伪彩色 伪彩色(pseudo color)
• 灰度图象的彩色显示 • 将不同的灰度值赋予不同的颜色显示
2011-4-13
电磁波传播过程中通过两种介质的交界面上时，还会出现反射现象。而通过 大气时，气体、尘埃反射作用很小，反射现象主要发生在云层顶部，取决于 云量和云雾，而且各个波段均受到不同程度的影响，严重地削弱了电磁波强 度。因此，如果不是专门研究云层，尽量选择无云的天气接收遥感信号，则 不用考虑大气的反射。
2011-4-13 邱永红 6
2011-4-13 邱永红 26
遥感概论
遥感的光学基础
亮度对比和颜色对比
• 颜色对比
–指相邻区域不同颜色的相互影响 指相邻区域不同颜色的相互影响 – 所有颜色都是对某段波长有选择 地反射而对其它波长吸收的结果 – 人眼能分辨一百多种不同颜色， 彩色图象能表现更丰富的信息量
人眼对颜色的分辨力比对灰度的分辨力要强得多
水体中含有其它物质时， 水体的反射光谱曲线会发 生 变化
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
岩石的反射波谱
• 无统一特征
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
• 同类地物的反射光谱具有相似性，但 也有差异性。
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
本讲的主要内容
遥感概论
遥感的光学基础
上一讲思考题
• 什么是大气窗口，遥感中常用的大气窗口有哪 些？ • 大气散射有哪几种类型? • 大气散射对遥感有何影响？ • 主动遥感和被动遥感有何区别？ • 植被、土壤、水体的反射波谱有何特点?
2011-4-13
邱永红
3
遥感概论
遥感的光学基础
大气对辐射的影响
• 主要是大气成分 的作用 • 对电磁辐射具有 折射、反射、 折射、反射、吸 散射作用 收、散射
横坐标表示波长λ，纵坐标表示反射率ρ
2011-4-13 邱永红
波长（λ）
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遥感概论
遥感的光学基础
植被的反射波谱
• 可分为三段：
– 0.4-0.76µm: 绿色波段（0.55 µm）有一小反射峰，两边（蓝、红）为吸 收带 – 0.76-1.3 µm: 高反射，在0.7 µm处反射率迅速增大，至1.1处有峰值 – 1.3-2.5 µm: 受植物含水量影响，吸收率增加，反射率下降，形成几个 低谷
遥感概论
遥感的光学基础
遥 感 概论
第五讲
====遥感光学基础====
遥感概论
遥感的光学基础
上一讲回顾
• 主要内容
– 大气对辐射的影响 – 地物波谱特征 – 几种常见地物的反射波谱特征
• 重点
– 大气窗口，大气散射对遥感的影响 – 地物波谱特征概念 – 几种常见地物的反射波谱特征
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TM321
2011-4-13 邱永红 13
遥感概论
遥感的光学基础
大气窗口
• 通过大气时 较少被反射、 吸收或散射 的，透过率 较高的电磁 电磁 波段
2011-4-13
邱永红
14
遥感概论
遥感的光学基础
地物反射波谱特征
遥感概论
遥感的光学基础
物体的反射
• 反射的类型
– – – 三种反射：镜面反射、漫反射、方向反射 三种反射 镜面反射 漫反射
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
黑白影象与彩色影象
• 黑白相片成像原理
负像
显影、定影 显影
曝光
正像
潜像
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
三层感光原理
彩色相片成像原理
遥感的光学基础
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邱永红
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遥感概论
三层感光原理
2011-4-13
邱永红
4
遥感概论
遥感的光学基础
大气折射
• 因为电磁波传播过程中折射率的变化，使电磁 波在大气中传播的轨迹是一条曲线，到达地面 后，地面接收的电磁波方向与实际上太阳辐射 的方向相比偏离了一个角度，称为折射值
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
大气反射
• 主要发生在云层顶部
彩色数码相机成像原理
遥感的光学基础
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色红外成像原理
单波段
彩色红外相片
三波段
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色红外相片
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色红外相片
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
遥感概论
遥感的光学基础
黑白影象与彩色影象
• 伪彩色 彩色影象 彩色
– 将不同的灰度值 赋予不同的颜色 显示
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
TM4
密度分割结果 （伪彩色） 伪彩色）
TM
1 -蓝
4-近红外
2 -绿
5-近红外
3 -红
2011-4-13 邱永红
7-近红外
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遥感概论
遥感的光学基础
真彩色： 真彩色：TM321 假彩色
2011-4-13
TM432
邱永红
TM741
54
遥感概论
遥感的光学基础
绿—> B 红—> G 红外—> R 红外 各种地物在影 象上的颜色？
2011-4-13 邱永红 55
2011-4-13
邱永红
10
遥感概论
遥感的光学基础
大气散射
• 米氏散射（Mie scattering）
– 当大气中粒子的直径大于波长1/10到与辐射的波长 相当时发生 – 由烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起 – 散射强度与波长的二次方成反比，且散射光的向前 方向比向后方向的散射强度更强，方向性较明显 – 云雾对红外线的散射主要是米氏散射
• 不同波长的光刺激人眼引起色彩 感觉， 感觉，即颜色
2011-4-13 邱永红 25
遥感概论
遥感的光学基础