第三章 遥感光学基础
3遥感技术基础
中国风云1号（续）
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中国风云2号卫星
中國的地球靜止軌 道氣象衛星.1997年 6月10日中國用長征 三號運載火箭在西 昌衛星
發射中心首次發射 成功.主要任務是獲 取白天可見雲圖,晝 夜紅外線和水汽雲 圖;從分佈廣泛的氣 象,海洋,水文數據收 集平臺獲取觀測數 據;播發展寬數字圖 像廣播,低分辨率雲 圖廣播和S波段天氣 圖廣播資料,收集空 間,環境監測數據.
如陆地卫星14.56圈， △Ω =0.0677
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太阳同步与遥感
卫星与太阳同步，光照角保持不变化
有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测。但是 由于季节和地理位置的变化，太阳高度角并不是任何时 间都一致的。 有利于卫星在固定的时间飞临地面接收站上空，并使卫 星上的太阳电池得到稳定的太阳照度。
LANDSAT-4/5： 经过赤道9：45AM, 北京：10：00AM左右
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A false color JERS-1 image of Tokyo and Tokyo Bay
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ADEOS
Advanced Earth Observation Satellite
1996年发射，主要进行全球变暖，臭氧层、热带雨林破坏，气候异常，为下 一代地球观测系统铺路。装备有海洋水色仪，高级可见光－近红外辐射计等。
（航天遥感）
宇宙飞船 航天飞机 飞机
遥 感 平 台
空中运载工具
（航空遥感）
气球 遥感用汽车
地面运载工具
遥感用艇船
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各种遥感平台的相对高度
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2.2 地面遥感平台和航空遥感平台
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2.2.1 地面遥感汽车
三角架、遥感吊车：5米－50米 遥感塔：30米－400米 滑翔机，遥控飞机：50米－500米 气球：500米－800米 用途：
遥感考点总结
第一章遥感概述一、遥感概念遥感(Remote Sensing)泛指对地表事物的遥远感知。
遥感定义：是从远处探测感知物体，也就是不与目标对象直接接触的情况下，通过某种平台上装载的传感器获取其特征信息，然后对所获取信息进行提取、判定、加工处理及解译应用的综合性技术。
二、遥感的分类按遥感平台分类：近地面遥感；航空遥感；航天遥感。
按传感器的探测波段分类：紫外0.05-0.38；可见光0.38-0.76；红外0.76-1000微米；微波1mm-10m；多波段遥感按传感器工作方式分类：主动遥感；被动遥感。
按遥感资料获取方式：成像遥感；非成像遥感获得信号是曲线、数据。
按波段宽度及波谱的连续性：高光谱遥感；常规遥感。
按应用领域分类：陆地遥感、海洋遥感；农业遥感；城市遥感……三、遥感的特点宏观观测，大范围获取数据(…)。
动态监测，更新快(…)。
技术手段多样，信息量大(…)。
应用领域广，经济效益高(…)。
局限性(…)。
四、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。
环境监测：水污染、海洋油污染、大气污染、固体垃圾等及其预报。
测绘：航空摄影测量测绘地形图、编制各种类型的专题地图和影像地图。
城市：城市综合调查、规划及发展。
考古：遗址调查、预报。
地理信息系统：基础数据、更新数据。
五、遥感技术系统组成1、遥感平台；遥感平台(Remote Platform)是安放遥感仪器的载体，包括气球、飞机、人造卫星、航天飞机以及遥感铁塔等。
按遥感平台的高度不同，遥感分为近地遥感（150m以下）、航空遥感（80 km以下的平台，包括飞机和气球）和航天遥感等。
2、遥感器；遥感器或传感器( Remote Sensor)是接收与记录地表物体辐射、反射与散射信息的仪器。
第三章遥感图讲义像处理
大气顶层反射率再经 过大气校正后，就是 地物反射率，能本质 地反映地物的辐射特 性。
辐射亮温
日地距离（天文单位）
太阳天顶角
大气顶层的平均太阳光谱辐照度
大气顶层反射率
2）大气校正
大气是介于遥感传感器与地球表层 之间的一层有多种气体及气溶胶组成的 介质层。当电磁波由地球表层传至遥感 传感器时，必须经过大气。因而在消除 由遥感器灵敏度引起的畸变后，还需对 遥感影像进行大气校正。
3.1 遥感数据存储格式
1. 模拟影像与数字影像 2. 数字影像的特点 3. 遥感数据的存储格式
1.模拟影像与数字影像
模拟影像：普通像片那样的灰度级及颜色连续变化的影像 数字影像：把模拟影像分割成同样形状的小单元，以各个小
单元的平均亮度值或中心部分的亮度值作为该单元的亮度值 进行数字化的影像。
（2）BIL格式（band interleaved by line）
对每一行中代表一个波
段的光谱值进行排列，然 后按波段顺序排列各行， 最后对各行进行重复。
（3）BIP格式（band interleaved by pixel） 在一行中，每个像元按光谱波段次序进行排列，
然后对该行的全部像元进行这种波段次序排列， 最后对各行进行重复。
影像信息损失低：由于遥感数字影像是用二进制表示的， 因此在获取、传输和分发过程中，不会因长期存储而损失 信息，也不会因多次传输和复制而产生影像失真。而模拟 方法表现的遥感影像会因多次复制而使影像质量下降。
抽象性强：尽管不同类别的遥感数字影像，有不同的视觉 效果，对应不同的物理背景，但由于它们都采用数字形式 表示，便于建立分析模型，进行计算机解译和运用遥感影 像专家系统。
把前一部分的空间离散化处理叫采样（sampling）， 而后一部分的亮度值的离散化处理叫量化（quantization）， 以上两种过程结合起来叫影像的数字化
第三章遥感传感器及其成像原理1剖析
红外扫描仪工作原理
利用光学系统的机械 转动和飞行器向前飞 行的两个相互垂直的 运动方向，形成对地 物目标的二维扫描， 逐点逐行将不同目标物的红外辐射能汇聚到红外探测 器上，红外探测器将光能转变成电信号，电信号通过 放大处理后记录下来，经过电光能转换器件把电信号 在普通胶片上成像。
像元小影像分辨率高，信息量大； 反之，影像分辨率低，信息量小。
（3）瞬时视场（IFOV）
S
指遥感器内单个探测元件的观测视野。
f
S
f
➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，
空间分辨率越高
➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小
H
➢一个瞬时视场内的信息，表示一个像元
S: 探测元件的尺寸；H: 遥感平台的航高；IFfOV: 望
远镜系统的焦距
（4）地面分辨率的计算（扫描影响）①
IFOV也可理解成：扫描成像过程中一个光敏探
测元件通过望远镜系统投射到地面上的直径或
S
者边长。 IFOV H H S
f
f
S: 探测元件的边长
H: 遥感平台的航高
H
f : 望远镜系统的焦距
IFOV
（4）地面分辨率的计算（摄影影像）②
摄影比例尺： 1/ m l / L f / H
成像传感器是目前最常见的传感器类型
成像传感器
被动式
光学摄影类型
（摄影成像类型）
光电成像类型
（扫描成像类型）
成像光谱仪
主动式
（雷达成像类型）
全景雷达 侧 视 雷达
地球科学概论课件内容摘要
地球科学概论课件内容摘要（第三部分：遥感、地理信息系统与全球导航卫星系统技术概论）第一讲遥感原理一、遥感概述狭义的遥感：遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，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科学及综合性探测技术。
广义的遥感：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、地震波）等的探测（实际工作中，重力、磁力、声波、地震波等的探测为物理探测的范畴。
因而，只有电磁波探测属于遥感的范畴。
二、遥感技术系统（一）遥感过程的要素1、能量来源：电磁能量2、辐射与大气3、与目标的作用4、用传感器记录电磁辐射5、传输、接收和处理6、解释和分析7、应用（二）遥感技术系统的组成传感器、平台、地面接收站（三）传感器及遥感平台1、传感器概念：接收从目标中反射或发射来的电磁波的装置。
（如照相机、扫描仪）2、遥感中使用的传感器类型：（1）成像传感器（摄影传感器，扫描成像传感器，雷达成像传感器）（2）非成像传感器3、遥感平台：搭载遥感传感器的载体（如地面三角架、遥感车、气球、航天飞机、人造地球卫星等）4、遥感平台的分类按高度分：近地平台（地基）航空平台（空基）航天平台（天基）（四）遥感卫星地面站1、是复杂的高技术系统。
2、其任务是：接收、处理、存档和分发各类遥感卫星数据，并进行卫星接收方式、数据处理方法和相关技术的研究，3、其生产运行系统包括接收站、数据处理中心和光学处理中心（五）遥感的分类1、按工作平台：地面遥感、航空遥感、航天遥感2、按电磁波工作波段：紫外遥感：0.05-0.38μm可见光遥感：0.38-0.76μm 此三者为光学遥感红外遥感：0.76-1000μm微波遥感：1mm-10m3、按传感器工作原理：主动遥感：传感器从传感平台主动发射出能源，然后接受目标反射或辐射回来的电磁波。
被动遥感：传感器不向目标发射电磁波，仅接受目标地物反射及辐射外部能源的电磁波，如对太阳辐射的反射和地球辐射。
第3章遥感数据
1978年 退役
1982年 退役
1983年 退役
1983年 退役
2011/11 退役
(27年)
发射 失败
2003/5 故障 退役
RBV反光束导管摄像机，MSS多光谱扫描仪，TM专题制图仪
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历次陆地卫星发射时间展示：
第二代
第一代 第三代
2013.2.11
50周年,2023
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框幅式摄影航空遥感影像
hr
H
真彩色
彩红外
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4、按比例尺分类 ：
➢ 大比例尺航空摄影：比例尺大于1/1万 ➢ 中比例尺航空摄影：1/3万<比例尺≤1/1万 ➢ 小比例尺航空摄影：1/10万<比例尺≤1/3万 ➢ 超小比例尺航空摄影：1/25万<比例尺≤1/10万
像和负像之分。
• 根据透镜成像原理，若 物体和投影面位于投影 中心的两侧，其投影像 为负像；
• 物体和投影面位于投影 中心的同一侧则为正像。
• 感光胶片上的像是负像， 经晒印所获得的航片是 正像。
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航片是中心投影，即摄影光线交于同一点 地图是垂直（正射）投影，即摄影光线平行且垂直投影面。
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二、 轨道特征
1、轨道高度为700～920 km（中等高度卫星） 2、近圆形轨道、近极地（低轨/极轨卫星）——使不同地区获
取的图像比例尺基本一致。 3、运行周期：18d（第一代卫星）/16d 4、轨道运行与太阳同步——每次成像获取的光照条件近似。
轨道近似圆形并经 过南北极附近，叫
极轨卫星。
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《遥感信息光学》课件
遥感信息光学在各领域的应用
资源调查
环境监测
利用遥感信息光学技术，可以对土地、森 林、水域等资源进行调查和评估，为资源 管理和开发提供科学依据。
遥感信息光学技术可以对大气、水体、土 壤等进行监测，及时发现环境污染和生态 破坏问题，为环境保护提供支持。
城市规划
灾害监测
遥感信息光学技术可以为城市规划提供空 间信息和数据支持，帮助规划师更好地了 解城市空间布局和土地利用情况。
遥感信息光学技术可以对地震、洪涝、火 灾等灾害进行监测和预警，为灾害救援和 防灾减灾提供支持。
02
遥感信息光学的基本原理
电磁波与光谱
01
02
03
电磁波的波长范围
从短波的X射线到长波的 无线电波，不同波长对应 不同的光谱。
遥感信息的解译与分类
解译标志
根据不同地物在遥感图像上表现 出的色调、纹理、形状等特征，
进行地物识别和解译。
分类方法
基于解译标志，采用监督分类、非 监督分类等方法对遥感图像进行地 物分类。
精度评价
对分类结果进行精度评价，不断优 化分类算法和参数，提高分类精度 。
03
遥感信息光学的主要技术与方 法
卫星遥感技术
遥感信息的光学与数字融合
遥感信息的光学与数字融合是指将光 学技术和数字技术相结合，实现遥感 数据的快速获取、处理和分析。
数字技术的引入可以提高遥感数据的 处理速度和精度，同时也可以降低对 硬件设备的要求，提高遥感技术的实 用性和可推广性。
遥感信息的光学与地学融合
遥感信息的光学与地学融合是指将遥感技术与地学相结合，利用地学知识对遥感 数据进行解释和分析。
第三章可见光反射红外遥感3.1摄影系统
• 立体像对经过正射投影处理将中心投影的像片转 换为正射投影的图像，纠正了摄影像片倾斜和高 度的位移
12Biblioteka 314FOV 为透镜视场角 d 为位于焦平面上的场光阑半径（胶 片对角线距离的一半） f 为透镜的焦距
图3.3
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3.1.2 航空像片的光学特征
• • • • 黑白全色片Black-and-white panchromatic film 黑白红外片Color infrared film 天然彩色片 彩色片color film 彩色红外片 (又称“假彩色片”)color infrared film， false color film • 多光谱摄影像片Multi spectral photography
第三章
可见光-反射红外遥 感
Author：祝明明
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遥感数据类型
• 按遥感平台分 • 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。 • 按工作方式分 • 主动遥感、被动遥感 • 按应用领域分 • 外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感、 资源遥感、环境遥感……
《遥感导论》P61（3）像点位移 H为摄影高度。 9
•
•2）空间分辨率
•空间分辨率用以表示一个特定摄影系统产生的图像的 光学质量，反映像片上分辨地物的能力。 •空间分辨率与镜头分辨率、胶片分辨率和像片比例尺 有关。 •胶片分辨率被表示为每毫米的线对数。其对比度越强， 分辨率越高。 •像片比例尺: 其中： H’=H•G=
摄影图像为地面中心投影，即反射光线通过固定 点投射到摄影面上，由于地面起伏、物体高度、像片 倾斜导致像点位移、图像变形。其规律为以像主点为 中心呈辐射状，越往边沿变形越大，地形起伏越大变 形越大，正地形向外移，负地形向内移。
光学遥感常用基础知识_V1.0_20110314
光学遥感常用基础知识1. 遥感与摄影测量概述遥感Remote Sensing遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，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。
遥感的分类（1）按遥感平台分地面遥感：传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等。
航空遥感：传感器设置于航空器上，主要是飞机、气球等。
航天遥感：传感器设置于环地球的航天器上，如人造地球卫星、航天飞机、空间站、火箭等。
光学和雷达都属于航天遥感范畴。
航宇遥感：传感器设置于星际飞船上，指对地月系统外的目标的探测。
（2）按传感器的探测波段分紫外遥感：探测波段在0.05~0.38μm之间。
可见光遥感：探测波段在0.38~0.76μm之间。
因受太阳光照条件的极大限制，加之红外摄影和多波段遥感的相继出现，可见光遥感已把工作波段外延至近红外区（约0. 9μm）。
在成像方式上也从单一的摄影成像发展为包括黑白摄影、红外摄影、彩色摄影、彩色红外摄影及多波段摄影和多波段扫描，其探测能力得到极大提高。
因此我们常见的光学遥感属于可见光遥感范畴。
红外遥感：探测波段在0.76~1000μm之间。
微波遥感：探测波段在1mm~10m之间。
雷达属于微波遥感范畴。
多波段遥感：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分为若干窄波段来探测目标。
（3）按传感器类型分主动遥感：主动遥感由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号。
我们常用的雷达属于主动遥感范畴。
被动遥感：被动遥感的传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。
我们常用的光学属于被动遥感范畴。
（4）按记录方式分成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成（数字或模拟）图像。
非成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。
（5）按应用领域分可分为环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感等等。
第三章 遥感技术系统
缺点：易损坏仪器，代价大，取得的资料不
多。
航天平台——宇宙飞船
宇宙飞船：载人宇宙飞船有“双子星座”飞船 系列、“阿波罗”飞船系列、“礼炮”号轨道 站、“和平”号空间站。 较卫星优越之处：有较大负载容量，可带多种 仪器，可及时维修，资料回收方便。 缺点：飞行时间短（7－30天），重复率小。天平台——航天飞机
气象卫星系列——极轨卫星
太阳同步的极轨卫星，以NOAA系列气象卫星 为代表，还有我国1989年开始发射的风云系列 卫星。 NOAA系列卫星为近极地、太阳同步、近圆形 轨道，双星系统，轨道高度分别为833KM和 870KM。倾角分别为98.7和98.9，周期分别为 101.6分和102分。
传感器的基本组成及工作原理 传感器的分类 传感器的主要类型
传感器的基本组成及工作原理
传感器主要由四个系统组成：收集系统、分光系统、 探测系统和信号转化系统、记录系统
地 物 电 磁 波
收 集 系 统
分 光 系 统
信转 号换 探系 测统 和
需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖 的观测。 以微波为主。 电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段 的一条新路。 海面实测资料的校正。
航天平台—海洋卫星系列
Seasat 1：1978年6月发射，是世界上第一颗海 洋卫星，开创了海洋遥感和微波遥感的新阶段。 近极地太阳同步近圆形轨道。
航天平台
指在大气层外飞行的飞行器，高度几百、几 千至几万公里。 优点：可以对地球进行宏观的、综合的、动 态的、快速的观察。 主要有高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙 飞船、航天飞机。
航天平台——高空探测火箭