Remote sense.doc

1、遥感：广义：不直接接触有关目标物或现象而收集信息，并对其进行分析、解译和分类的技术。狭义：在空间和空中的各种平台上（卫星、飞船、 航天飞机、飞机） ，运用各种传感器（摄影机、扫描仪、雷达）获取地表信息，经数据传输和处理，从而实现研究地面物体形状、大小、位置、性质及环境的相互关系的一门技术。遥感系统：目标物的电磁波特性、信息的获取、信息的接收、信息的处理、信息的应用。遥感技术的特点：1、范围广，综合性强，便于客观分析；2、提供的信息量大；3、获取信息的速度快，更新周期短，利于动态监测；4、经济效益高。遥感技术的分类：根据遥感平台、传感器、应用目的的不同进行分类；1、 按平台高度分类（地面、航空、

2、航天、宇航） 2、按传感器工作方式分类（主动遥感、被动遥感）3、按传感器探测波段分类（紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多光谱遥感）4、按遥感的应用领域分类（资源、环境、城市、农业、林业、灾害、军事等） 振动的传播称为波，电磁振动的传播是电磁波。电磁波是横波，在横波中，传播方向可以是垂直振动方向的任何方向。1889 年郝兹用电磁震荡的方法产生了电磁波。 所有的物体（-273）都发射电磁波。电磁波的特性：1、是横波；2、在真空中以光速传播；3、满足：c=f*,E=h*f； 4、具有波粒二象性。电磁波谱：按辐射波长或频率的大小，依次排列成图表。任何物体都是辐射源，能辐射也能吸收能量，不同物

3、体辐射不同强度和波长的电磁波。辐射能量（w）：电磁辐射的能量，单位：J；辐射通量 ：单位时间内通过某一面积的辐射能量， dW/dt，单位：w；辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的辐射能量，Ed /dS，单位：w/。辐照度（I）：被辐射物体表面单位面积上的辐射通量，Id /dS，单位：w/。辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，Id /dS，单位：w/。辐照度、辐射出射度都是辐射通量密度的概念。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。绝对黑体的吸收率 （ ，T） 1，反射率 （ ，T） 0，与物体的温度和电磁波波长无关。依发射率与波长的关系，将

4、地物分为三种类型 ：1.黑体或绝对黑体，其发射率 =1；2.灰体，其发射率 =常数1； 3.选择性辐射体，其发射率随波长而变化，而且 1（因吸收率 也随波长而变化并且 1） 。太阳辐射是被动遥感最主要的辐射源。太阳常数 是指不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量：I1.36010 3w/。大气对通过的电磁波产生吸收、散射和透射的特性，称为大气传输特性，这种特性除了取决于电磁波的波长（随波长不同而不同） ，还决定于大气成分，以及环境的变化。大气结构：对流层、平流层、电离层、大气外层。大气对辐射的吸收：太阳辐射通过大气层时，大气层中某

5、些成分对太阳辐射产生选择性的吸收，即把部分太阳辐射能转换为本身内能，使温度升高。吸收最强的是 O2、H 2O 和 CO2 。O2主要吸收小于 0.2m 的太阳辐射能量，在波长 0.155m 处吸收最强，由于氧的吸收，在低层大气内几乎观测不到小于 0.2m 的紫外线，在 0.6m 和 0.76m 附近，各有一个窄吸收带，吸收能力较弱。因此，在高空遥感中很少应用紫外波段。H2O 在大气中以气态和液态的形式存在，是吸收太阳辐射能量最强的介质。从可见光、红外直至微波波段，到处都有水的吸收带，主要吸收带是处于红外和可见光中的红光波段，其中红外部分吸收最强。因此，水气对红外遥感有很大影响，而水气的含量随时

6、间、地点而变化。大气散射：大气的特点是吸收带主要位于太阳辐射的紫外和红外区，而对可见光区基本上是透明的。大气散射集中于太阳辐射能量较强的可见光区。因此，大气对太阳辐射的散射是太阳辐射衰减的主要原因。散射的特点：改变电磁波传播的方向，干扰传感器的接收，降低遥感数据的质量，造成影像的模糊，影响遥感资料的判读。根据辐射的波长与散射微粒的大小之间的关系，散射可分为三种：瑞利散射、米氏散射、非选择性散射。瑞利散射：大气中的粒子的直径比波长小得多时发生的散射。米氏散射：当微粒的直径与辐射光的波长差不多时（即 d） ，引起的散射。非选择性散射：当微粒的直径比波长大得多时（即 d）所发生的散射瑞利散射是最重要

7、的散射形式、主要在可见光内。对可见光来说，由于波长较短，瑞利散射影响较大。如晴朗天空呈碧蓝色，就是由于大气中的气体分子把波长较短的蓝光散射到天空中的缘故。常见到的云或雾都是由比较大的水滴组成的，符合 d，云或雾之所以看起来是白色，是因为它对各种波长的可见光散射均是相同的。 （非选择性散射）通常把通过大气而较少被反射、吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段称为大气窗口。遥感技术目标探测工作原理：不同的物体由于：组成成分不同；内部结构不同；表面状态（颜色等）不同； 时间空间环境不同。它们反射、发射、吸收、透射电磁波的特性也不同，即不同地物有不同的波谱特征。遥感技术对目标物体进行探测和识别的工作原理，

8、就是以各种物体对电磁波的反射辐射或发射辐射的不同波谱特征作为理论基础的。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。太阳辐射与地表的相互作用：在 0.32.5 m 的短波区域（紫外、可见光、近红外波段） ，地表物体自身的辐射几乎等于零。 地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。资源遥感传感器的探测波段主要在上述范围内。 地球自身的辐射主要集中在 6 m 以上的热红外区域，该区域太阳辐射的影响很小。地物的反射率随入射波长变化的规律，叫做地物反射波谱。地物波谱特性的测量目的： 1.传感器波段的选择；2. 建立地面、航空、航天遥感数据的关系；3.地物光谱数据与地物特征作相关分析， 建立应用模型。测定方法：实

9、验室测量、野外测量仪器：分光光度计、光谱仪、摄谱仪地面遥感的特点：1.空间分辨力高；2.传感器易更换；3.平台固定、随时可用。用途：用于遥感基础研究，近距离测定地物的波谱特征、做各种遥感试验。航空遥感的特点：1.空间分辨率高；2.范围较大；3.灵活、用于突发事件。 用途：用于城市遥感。航天遥感的特点：1.大范围；2.便于宏观、综合分析；3.周期性数据获取；4.可用于动态监测。陆地卫星轨道特点：1.近圆形轨道，轨道高度为 905918之间。目的：比例尺一致、便于扫描仪扫描2.近极地轨道，i=99.125目的：增大对地观测范围。3.与太阳同步（与地方时同步）过赤道时间为 9 时分，目的：有利于卫星

10、在相同的光照条件下对地观测。4.可重复轨道 有利于动态监测 18 天传感器的构成：收集系统，把收集到的电磁波信息聚焦，并送到探测系统。收集元件有：透镜、反射镜和 天线。探测系统，接收电磁波，并探测电磁波的性质和强度，将辐射能转化为化学能或电能。不同探测器所响 应的波谱段不同。信号处理系统，将探测器检测的信号进行处理。如显影定影、信号放大、变换、校正、编码等。记录系统，将传感器接收到的电磁信号按一定方式记录、输出。摄影成像类型传感器：画幅（分幅）式摄影机、缝隙式（航带）摄影机、全景（扫描）摄影机、多光谱摄影机画幅（分幅）式摄影机特点：1.温差大，窗口易变形，选用高质量玻璃作窗口；2.地理纬度差异

11、大，太阳高度角不同，照度不同，设有自动曝光装置；3.飞行运动产生影像位移，选用高感胶片。全景影像存在明显的全景奇变。扫描成像：光/机扫描成像、固体自扫描成像、高光谱成像光谱扫描。微波遥感的特点： 1. 全天候、全天时工作（气候、时间） ；2. 易于探测某些地物（水和冰） ；3. 对冰雪、森林、土壤有一定的穿透力；4. 分辨率较低；5.不能记录与颜色有关的信息，较难解译；6.图像有特有畸变，校正复杂，技术难度高；7.设备大而复杂，价格贵。遥感图像的特征：几何特性、物理特性和时间特性遥感图像空间分辨率是指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪探测器的瞬间视场。波谱分辨率是指传感器在接收目标辐射的波谱

12、所能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高。辐射分辨率是指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。 时间分辨率是指对同一地点进行遥感探测的时间间隔，即监测的时间频率，也称重访周期。遥感图像处理的分类：按处理性质可分为预处理、图像增强、图像解译。预处理：对原始数据加工处理，得到一定精度的资料。预处理包括：粗加工，粗加工是用于消除图像的系统误差（几何畸变、辐射误差） ；图像分幅；加注记。精加工， 利用地面控制点精确地校正图像的几何误差，以达到一定的几何精度。图像增强 是为了突出影像中的某些特定信息而作的处理，如反差增强、彩色合成、图像变换等。图像解译

13、就是地表信息的识别和提取。 按处理技术手段可分为：光学图像处理和数字图像处理光学图像处理使用光学、电子仪器进行反差增强、边缘增强、密度分割、彩色合成。遥感图像的校正：是图像预处理的工作，包括辐射校正和几何校正。 引起辐射畸变的原因有两个：传感器本身的误差和大气对辐射的影响。几何校正就是改正原图像的几何变形，产生一幅符合某种地图投影和一定几何精度的图像。几何校正的目的：1、为了资源、环境调查结果及专题图的可量测性，达到一定的几何精度。2、不同传感器、时间的同一地区图像的复合，必须配准。3、 遥感图像用于地图测绘或修测，需几何校正。几何变形产生的原因：遥感平台位置和运动状态的影响（航高、航速、等）

14、 ；地形起伏的影响；地球曲率的影响；大气折射的影响；地球自转的影响。几何校正的方法有：光学纠正和数字纠正。几何校正的步骤：1、准备工作；2、输入原始图像；3、建立纠正变换函数；4、确定纠正后图像的边界；5、数字图像亮度的重抽样当算得的原始图像坐标不为整数时，并无现成的亮度存在，此时，就必须采用适当的方法，把该点周围整数点位上亮度值对该点的亮度贡献积累起来，构成该点位新的亮度值。此过程称为数字图像亮度的重抽样。重抽样方法有：最邻近法； 双线性内插法； 双三次卷积内插法。数字图像增强：反差增强、空间滤波、图像运算、多光谱变换。直方图即图像亮度（灰度）分布的概率密度函数的离散化图形。反差增强是通过单

15、个像元的运算，从整体上改善图像的质量，称为点运算如果要突出图像的某些特征，如边缘、纹理等，必须在相邻像元之间进行运算，即邻域运算。邻域运算可用于突出图像中有意义的纹理细节，即边缘增强；（在数字图像处理学中称为锐化）也可以消除无意义的影像噪声，即平滑。邻域运算可以在空间域作卷积运算，也可以在频率域进行滤波来实现。图像卷积运算是在空间域对图像作局部检测的运算，以实现平滑和锐化的目的。遥感图像解译（判读或识别或分类）是从遥感图像上获取目标地物信息的过程。遥感解译有两种方法：目视解译、计算机解译。目视解译（目视判读）是指专业人员通过直接观察或借助辅助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。计算

16、机解译，也称遥感图像自动分类，是借助于计算机系统，利用模式识别技术、人工智能技术和专家系统相结合，根据遥感图像中目标地物的成像规律和各种影像特征（颜色、形状、纹理和空间位置等） ，实现对遥感图像的自动分类。遥感图像上的影像与相应目标在形状、大小、色调（或颜色） 、阴影、纹理、布局和位置等方面的特征有着密切的联系，这些特征称为解译标志，也称判读特征。目视解译方法：直接判读法、对比分析法、信息复合法、综合推理法、相关分析法。目视解译步骤：1、准备工作；2、初步解译和判读区的野外考察；3、室内详细判读；4、野外验证与补判；5、成果转绘与制图。遥感影像地图是一种以遥感影像和一定地图符号来表现制图对象地

17、理空间分布和环境状况的地图。特点有：详细丰富、形象直观、具有一定的数学基础、现势性强常规制作遥感影像地图步骤：1、影像地图设计；2、影像选择与处理；3、地理底图的选取；4、几何纠正；5、地图注记；6、地图印刷。计算机辅助遥感制图：1、影像选取与数字化；2、地理底图的选取与数字化；3、遥感影像的几何纠正与图像处理；4、影像镶嵌与地理底图拼接；5、地理底图与遥感影像的复合；6、符号注记层的生成；7、影像地图图面配置；8、影像地图制作与印刷。遥感图像计算机分类的主要依据是地物的光谱特征。遥感图像计算机分类的一般过程：1、明确分类目的，选择合适的遥感图像（波段、分辨率、成像时间） ，收集相关资料；2

18、、图像预处理和图像增强；3、确定分类方法、分类系统和分类类别；4、各类别特征统计；5、对遥感图像中各像素进行分类；6、分类精度检查。监督法分类：首先从研究区域选取有代表性的训练场地作为样本。根据已知训练区提供的样本，通过选择特征参数（像素亮度均值、方差等） ，建立判别函数，据此对样本像元进行分类，依据样本类别的特征来识别非样本像元的类别。最小距离法是一种简便易行的分类方法。首先，利用训练样本数据，计算出每一类别的均值向量和标准差向量，然后以均值向量作为该类在特征空间中的中心位置，计算每个待分类像元到各类中心的距离，最后把各像元归入到距离最小的一类中去。这里，距离最小就是判别准则。非监督法分类：分类之前不需先验知识，仅根据数据本身的内在数据特征，用一定的统计方法，将全部待分类的图像数据划分成若干类别，归类完成后，再根据实地情况确定类别。