2016-2017(1)微波遥感-3.4典型地物的散射特性
第7章_微波遥感与成像
30
探测目标表面粗糙程度是影响雷达后向散射 的重要因素，粗糙程度与雷达波长有关，波 长长时，粗糙度对后向散射的影响小。
31
在平滑表面A处，雷达波全部被 反射，没有产生后向散射，在 雷达图像上呈现黑色。在比较 粗糙的B处，有部分后向散射被 雷达天线接收，在图像上呈现 明亮。
32
Local incidence angle
41
先进雷达技术应用
42
立体雷达测量成图技术 --相反的观测方向得到 的立体像对，非常有用。
43
相位差与相干雷达
44
干涉雷达系统 原理就是在平 台上安装两个 天线，但要求 错开一点距离， 对地面目标探 测后，通过计 算A便可求出 地面高程。
45
通过干涉雷达获得的地面高程图像
46
聚 束 图 像
ERS-
57
加拿大的RADASAT卫星雷达系统
RADASAT覆盖500公里， 可选择多种模式
58
机载三维成像仪
பைடு நூலகம்59
60
61
29
在雷达图像影响最大的因素包括：
1：Surface roughness of the target 2：Radar viewing and surface geometry relationship 3：Moisture content and electrical properties of the target
亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度。 5
3.4 微波遥感与成像
微波遥感传感器分类
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 。
2016-2017(1)微波遥感-2.1非成像微波传感器
静止气象卫星云图和微波辐射计
n
目前，常见的方法是将卫星散射计资料与静止气象卫星 云图和微波辐射计SSM/I图象相互补充。静止气象卫星 (如GMS)资料，具有较高的时间分辨率，每隔15～ 20min接收一次温度和水汽的图象数据。卫星散射计资 料具有较高的精度和空间分辨率。SSM/I也具有较高的 时间分辨率(每3天覆盖全球一次)。
q
ERS-1星载散射计介绍
n n
n
n
ERS-1，全称为European Space Agency Remote Sensing Satellite，简 称“欧洲遥感卫星1号”。 以研究海洋为主，进而服务于全球气候学研究 的实用卫星。 ERS-1核心仪器为：（1）主动式微波仪（AMI），C波段（5.3GHz）， 具有成像、测风和测浪3种工作模式，相当于一部合成孔径雷达和两部散 射计的组合，但3种工作模式只能择一工作；（2）雷达高度计（RA）， Ku波段（13GHz，7GHz，K波段中最长的）； （3）沿轨迹扫描辐射计 （ATSR），由微波探测仪和红外辐射计组成。 ERS-1星载的主动微波遥感仪器（Active Microwave instrumentation）， 其中的AMI Wind Mode即散射计。散射计利用微波雷达的后向散射信号， 可以确定平均海面雷达反射率。然后，使用经验模式反演出海平面风场特 性，如海平面的风速大小、风向。为了消除散射计数据解译时的风向模糊， ERS-1卫星上的散射计采用前、中、后不同角度的三根单极化天线，使用 C波段，三个天线分别从45°、90°、135°三个方向上进行海面雷达后向散 射截面的测量， 刈幅为500km。 此资料包括了风速、风向等信息。风速范围1-24m/s, 误差精度2m/s, 风向 范围0-3600，误差精度200。风场产品是一组分布在500*500km海域内 19×19个格点的风矢量，其空间分辨率为25×25公里。
2016-2017(1)微波遥感-4.3微波图像的处理
原始图像
高通滤波
强反射回波通过-顶面
强反射回波通过-边缘
方向滤波增强
阴影增强明显
边缘增强明显
Laplacian边缘增强滤波
顶面增强
边缘增强
ROBERTS边缘增强
边缘及顶面增强-连续
边缘增强-不连续
图形学-膨胀运算
顶面连续正常
强回波面积夸大
图像密度分割
灰度差较小Βιβλιοθήκη 灰度差较大图像密度分割
灰度差较小，边界模糊
第四章 微波图像的 解译与处理
4.1 微波图像解译标志 4.2 典型地物的图像特征 4.3 微波图像的处理
多视处理去噪 n 滤波去噪 n 单视复图像预处理 n 彩色合成 n 图像变换
n
多视处理
n
n n n
SAR所采用的相干波成像方式使影像受到斑点噪 声(speckle)的干扰，斑点噪声给图像分类带来较 大困难，并使SAR影像的可解译性变差。 对斑点噪声抑制技术的研究一直是SAR成像技术 的重要课题之一。 斑点噪声的抑制技术可分为两大类，即成像之前 的多视处理技术和成像后的滤波技术。 多视处理能有效地平滑噪声,但降低空间分辨率; 基于空间域滤波算法能有效地平滑斑点噪声,但不 同程度地损失边缘和细节信息。
R：JERS-1，G：TM6，B：RADARSAT-1
n
n
利用8m RADARSAT-2全极 化数据与2.4m Q MickBird多 光谱数据，对2008年初，中 国南方雪灾破坏最严重的贵 州省进行了森林雪灾破坏状 况的协同监测。 图片为RADARSAT-2全极化 数据与QuickBird多光谱数据 的融合结果,显示出受雪灾破 坏的森林与健康森林之间存 在较大差异，表明利用全极 化雷达与光学遥感数据协同 监测雪灾森林破坏是有效的。 特别是全极化雷达数据‘在 森林破坏监测方面具有明显 优势，为中国西南地区的森 林资源调查和灾害监测提供 了全天候的遥感数据源及应 用可能
微波遥感图像特征
信号起源：系统本身发射微波辐射，并接受从目 旳后向散射回来旳电磁波。
主要传感器：雷达，高度计、散射计。
二.微波遥感方式和传感器
2.被动微波遥感 信号起源：系统本身不发射微波波束，只是接 受目旳物发射旳微波辐射（用亮温表达）。 经典传感器：
二.微波遥感方式和传感器
1.主动微波遥感 微波主动遥感：微波散射计，雷达高度计，雷达 （1）雷达 雷达（Radar – Radio Detection and Ranging）
意为无线电波探测物体并测定物体距离。 应用波段：微波（主要），红外，激光； 类型：非成像雷达，
成像雷达
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二.微波遥感方式和传感器
强回波
二.微波遥感方式和传感器
3)波长 波长越短反射能力越强。
ERS-1 C-band
JERS-1 L-band
二.微波遥感方式和传感器
4）极化方式： 极化：表达电磁波电场振动方向旳变化。
水平极化：电场振动 方向平行于水平面 （“H”极化） 垂直极化：电场振动 方向垂直于水平面 （“V”极化）
二.微波遥感方式和传感器 根据发射旳及接受旳极化旳差别，能够有四种组合。
二.微波遥感方式和传感器
1)距离辨别率：垂直于飞行方向上 对目旳物旳辨别能力（所能辨别旳 目旳间最小距离）。由脉冲宽度 （脉冲连续时间）和俯角决定。
二.微波遥感方式和传感器
距离向辨别率涉及斜距和地距
斜距旳距离辨别率理论上等于脉
冲宽度旳二分之一。
Pg
C
2 cos
Ps
C
2
Pg
C
2 cos
设俯角50,脉冲宽度0.1s，则距离辨别力
遥感基础知识试题及答案
1、多波段遥感：探测波段在可见光与近红外波段范围内，再分为若干窄波段来探测目标。
2、维恩位移定律：黑体辐射光谱中最强辐射的波长与黑体的绝对温度成反比。
黑体的温度越高，其曲线的峰顶就越往左移，即往短波方向移动。
3、瑞利散射与米氏散射：前者是指当大气中的粒子直径比波长小得多的时候所发生的大气散射现象。
后者是指气中的粒子直径与波长相当时发生的散射现象。
4、大气窗口；太阳辐射通过大气时，要发生反射、散射、吸收，从而使辐射强度发生衰减。
对传感器而言，某些波段里大气的投射率高，成为遥感的重要探测波段，这些波段就是大气窗口。
5、多源信息复合：遥感信息图遥感信息，以及遥感信息与非遥感信息的复合。
6、空间分辨率与波谱分辨率：像元多代表的地面范围的大小。
后者是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。
7、辐射畸变与辐射校正：图像像元上的亮度直接反映了目标地物的光谱反射率的差异，但也受到其他严肃的影响而发生改变，这一改变的部分就是需要校正的部分，称为辐射畸变。
通过简便的方法，去掉程辐射，使图像的质量得到改善，称为辐射校正。
8、平滑与锐化；图像中某些亮度变化过大的区域，或出现不该有的亮点时，采取的一种减小变化，使亮度平缓或去掉不必要的“燥声”点，有均值平滑和中值滤波两种。
锐化是为了突出图像的边缘、线状目标或某些亮度变化大的部分。
9、多光谱变换；通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量；增强或提取有用信息的目的。
本质是对遥感图像实行线形变换，使多光谱空间的坐标系按照一定的规律进行旋转。
10、监督分类：包括利用训练样本建立判别函数的“学习”过程和把待分像元代入判别函数进行判别的过程。
1、遥感与遥感技术系统：遥远地感知；目标地物的电磁波，信息获取，信息接受，信息处理，信息应用。
2、动遥感与被动遥感：前者是探测器主动发射电磁波并接受信息。
后者是被动接受目标地物的电磁波。
3、磁波与电磁波谱：电磁振动的传播；按电磁波在真空中的传播的波长排列。
微波遥感-3.4
含水量高，散射系数增大，波长较长的雷达波 束，散射系数要小； 同一作物，不同长势散射特性有所差异。
森林
体散射效应明显； 一般HH比VV后向散射系数要大。
土壤
与入射角，粗糙度， 含水量有关； 散射系数随入射角增 大而减小； 在某一入射角，散射 系数与粗糙度无关； 仅与含水量有关，这 是侧视雷达探测土壤 湿度的依据。
第三章微波图像的特点
§3.4 典型地物的散射特性 §3.5 典型地物的亮度温度
§3.4 典型地物的散射特性
1. 2. 3.
4.
5. 6.
农作物和草地 森林 土壤 岩石 海风 冰雪
农作物和草地
同极化散射特 性差异较小； 一般地，散射 为植物与土壤 的信号叠加； 与作物叶型， 密度，方向， 含水量相关。
er ( ) 1 r e
h‘
cos
2
粗糙度参数
土壤含水量决定 介电常数，正相 关。
复介电常数 实部
不同含水量， 光滑表面归一 化天线温度。
植被覆盖下，土 壤辐射亮度温度 随土壤含水量增 加而减小的变化 幅度要小的多。
裸露土壤亮 度温度
植被
植被覆盖率
T ( , ) [1 C( , )]Tbare C( , )Tcan [1 C( , )]Tint
T ( , P, u) T ( , P, u) ( , P)u
垂直极化辐亮度对风速不敏感；水平极化辐亮度对风速敏感。
雪
雪的发射率是 亮温与实体温 度之比。 d-雪深 Θ-入射角 ρ-密度 W-含水量
微波遥感复习
微波遥感复习一、概论1.微波遥感：利用微波传感器接收地面各种地物发射和反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取所需的信息。
2.极化：电磁波的电场振动方向的变化趋势3.后向散射：散射波的方向和入射方向相反，这个方向上的散射就称作后向散射4.微波与物质相互作用的形式：反射、散射、吸收、透射5.大气对微波的衰减作用主要是大气中水分子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的散射。
大气微粒可分为三类，水滴、冰粒和尘埃。
水粒组成的云粒子，瑞利散射；降水云层中的粒子，米氏散射。
6.氧气分子的吸收中心波长位于和处；水气吸收谱线随电磁波频率增高而增强，在23GHZ处有一个突变。
7.雷达卫星所采用的波段（一般是C（4~8GHz）、L（1~2GHz）波段）C波段：ERS,RADASAT,ENVISAT,XSAR/SRTM;L波段：SEASAT,SIR,JERS,S波段：ALMAZ8.微波遥感的优点微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。
全天时工作能力。
微波对地物具有一定穿透性。
微波能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的信息。
微波遥感的主动方式不仅记录电磁波振幅信号，而且可以记录电磁波相位信息。
行星际探测的主要手段。
缺点雷达图像分辨率较低—雷达成像处理困难数据源较少二、微波遥感系统9.相干与非相干性从远处两个靠得较近的物体反射回来的波是高度相干的。
因而用这类电磁波的遥感器进行成像时，获取的图像上有的地方可能没有接收到任何功率，有的地方从这两个物体接收到的反射功率则可能是其中一个物体的平均反射功率的四倍。
正因为波的相干性，微波雷达图像的像片上会出现颗粒状或斑点状的特征，这是一般非相干的可见光像片所没有的，也是对解译很有意义的信息。
10.微波主动遥感：微波散射计，雷达高度计，侧视雷达（固定孔径雷达，合成孔径雷达）微波被动遥感：微波辐射计11.微波散射计作用：测量地物表面的散射或反射特性，主要用于测量目标的散射特性随雷达波束入射角变化的规律，也可用于研究极化和波长对目标散射的影响。
第五章-微波遥感
距离（Range）与 方位（Azimuth）
大多数成像雷达是侧视系统。雷达天线随飞行器前进，发出 的波束依次向前扫描（航向或方位向-E）；天线发出的能量短脉冲 指向飞行器的一侧扫描（距离向-D）。侧视成像雷达就是以这种
连续带状形式对地表进行扫描，产生二维图像。
B - 星下点（Nadir)：平台的
地面轨迹； C - 幅宽（Swath )：雷达在垂 直于传感器运动方向照射的 区域； D -距离（Range )：横跨轨迹
表面散射 体散射
3）散射系数
• “后向散射系数”，即指入射方向目标单位截面积的雷达的 反射率，用σ°表示。它是入射方向上的散射强度（雷达后
向回波强度）的参数，除了与雷达系统参数有关外，主要取决 于物体的介电常数、表面粗糙度因素等。
2、雷达方程
雷达方程 是描述由雷达天线接收到的回波功率与 雷达系统参数 及 目标散射特征（目标参数）关系的 数学表达式。
组成，可产生多次散射，增强后向散射能量。
光滑
C
粗糙
角反射
体散射：指在介质内部产 生的散射，经多次散射后产 生的总有效散射。
当介质不均匀，或不同介 质混合的情况下，往往发生 体散射。如土壤或积雪内部、 植被等。
对于复杂地表植被，如树 木的散射特征，包括：树冠 的表面散射、树叶、树枝、 树干的多次体散射，以及树 下地面的表面散射，可看作 是多层次多成分散射介质、 多次散射的结果。
第5章 微波遥感
（一）微波遥感原理 --- 雷达回波强度的影响因素
三、雷达回波强度的影响因素
雷达回波（即雷达后向散射- Radar Backscatter ）的强度，可 简单地理解为雷达图像的亮度值。它取决于以下两方面因素：
• 雷达遥感系统参数：波长/频率、入射角/俯角、 极化方式/探测方向等；
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海水
n
n n
与极化方式、入 射角和水体实际 温度有关。 与盐浓度有关。 与海风有关。
T ( , P) [1 ( , P)]T0
n
海水表面实际温度T0 增大时，辐亮度温度 TB对盐浓度反映敏感， 盐浓度越低，辐亮度 与T0线性关系越强。
T ( , P, u ) T ( , P, u ) ( , P)u
( ) (0) cos
0 0
岩石
n n n
与表面形状，粗糙度，物质组成有关； 有角反射器效应； 由于植被覆盖，散射特性差异较大。
海风
n
n n
海面散射系数与入射角、风速有关（海面粗糙 度）； 逆风向散射系数比其它方向要大； 油污覆盖区降低了粗糙度，减弱了雷达回波强 度，图像呈暗色调。
第三章微波图像的特点
§3.4 典型地物的散射特性 §3.5 典型地物的亮度温度
§3.4 典型地物的散射特性
1. 2. 3. 4. 5. 6.
农作物和草地 森林 土壤 岩石 海风 冰雪
( ) (0) cos
0 0
农作物和草地
n
n
n
同极化散射特 性差异较小； 一般地，散射 为植物与土壤 的信号叠加； 与作物叶型， 密度，方向， 含水量相关。
裸露土壤亮 度温度
植被
植被覆盖率
T ( , ) [1 C ( , )]Tbare C ( , )Tcan [1 C ( , )]Tint
两种间接贡献土壤表面辐射 经枝叶散射部分和植物辐射 经土壤反射的部分
还需考虑辐射频率，当频率高于 10GHZ时，可以认为只有植被辐 射。
土壤表面发射率： 水平极化和垂直极化 发射曲线随均方根高 度增大而上升。粗糙 度越大两种曲线间隔 越小，趋向与极化无 关。
er ( ) 1 r e
h‘
cos 2
粗糙度参数Байду номын сангаас
n
土壤含水量决定 介电常数，正相 关。
复介电常数 实部
n
不同含水量， 光滑表面归一 化天线温度。
n
植被覆盖下，土 壤辐射亮度温度 随土壤含水量增 加而减小的变化 幅度要小的多。
作业
n n n n n n n
9，为什么植被含水量越大，其图像灰度值越大，而 湖水在图像上却很暗？ lo，不同粗糙度土壤的散射系数曲线的交点说明了什 么? 11，为什么逆风观测海面的散射系数一般比顺风观测 时大? 12，为什么裸土的粗糙度越大，归一化天线温度越高? 13，为什么含水量越大，土壤发射率越小? 14，为什么有植被覆盖的土壤亮度温度与无植被土壤 相比要高一些? 15，试说明无风浪时海水亮度温度随辐射计工作频率 增大而上升的原因。
n
垂直极化辐亮度对风速不敏感；水平极化辐亮度对风速敏感。
雪
n
n n n n
雪的发射率是 亮温与实体温 度之比。 d-雪深 Θ-入射角 ρ-密度 W-含水量
冰雪
n
光滑冰面后向散射系数 小于积雪冰面。
n n
雷达波可以穿透干雪； 积雪厚度探测可以指导农业、水利、预测洪涝。
§3.5 典型地物的亮度温度
n n n n
土壤 植被 海水 雪
q q
辐射计图像反映地物表观亮度温度。 归一化天线温度即辐射计测定的温度，忽略天空以 下辐射温度贡献。
土壤
n n
极化镜面反射率
n
n
2008年初，中国南方出现50多 年来最严重的一次强降雪及冰 冻灾害天气,给南方森林资源造 成了严重破坏。中国科学院遥 感应用研究所、国家林业局调 查规划设计院、贵州省林业厅 资源管理站，在国家高技术研 究发展计划(863)项目的支持下， 利用8m RADARSAT-2全极化 数据与2.4m Quick Bird多光谱 数据，对受雪灾破坏最严重的 贵州省进行了森林雪灾破坏状 况的协同监测。 封面图片为RADARSAT-2全极 化数据与QuickBird多光谱数据 的融合结果,显示出受雪灾破坏 的森林与健康森林之间存在较 大差异，表明利用全极化雷达 与光学遥感数据协同监测雪灾 森林破坏是有效的。特别是全 极化雷达数据‘在森林破坏监 测方面具有明显优势，为中国 西南地区的森林资源调查和灾 害监测提供了全天候的遥感数 据源及应用可能
n
n
含水量高，散射系数增大，波长较长的雷达波 束，散射系数要小； 同一作物，不同长势散射特性有所差异。
森林
n n
体散射效应明显； 一般HH比VV后向散射系数要大。
( ) (0) cos
0 0
土壤
n
n
n
与入射角，粗糙度， 含水量有关； 散射系数随入射角增 大而减小； 在某一入射角，散射 系数与粗糙度无关； 仅与含水量有关，这 是侧视雷达探测土壤 湿度的依据。