遥感导论复习重点Word下载.docx
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一切物体固有的对电磁波反射、透射、吸收的能力。
由于环境不同，物体的反射、辐射电磁波是不同的。
遥感是一个接收、传送、处理和分析遥感信息，并最后识别目标的复杂技术过程。
1-4遥感的发展简史
从以下四个阶段了解遥感发展过程
无记录的地面遥感阶段（1608-1838）有记录的地面遥感阶段（1839-1857）
空中摄影遥感阶段（1858-1956）航天遥感阶段（1957-）
第二章遥感的物理基础——电磁辐射理论
2-1电磁波谱与电磁辐射
电磁波是电磁振荡在空间的传播。
1.电磁波的性质：
电磁波的波动性：
电磁波的粒子性：
电磁波的波粒二象性：
的程度与电磁波的波长有关：
2.电磁波谱：
按电磁波在真空中传播的波长（或频率）以递增或递减的顺序排列，制成的图表称电磁波谱。
二、电磁辐射的度量
1.辐射源：
任何地物都有向周围空间辐射红外线和微波的能力。
辐射能量（W）：
以辐射形式发射、转移，或接收的能量。
辐射通量（Φ）：
单位时间内通过某一面积的各种波长辐射的辐射能量。
辐射通量密度（E）：
指单位时间内，单位面积上所接受的辐射能量。
辐照度（I）：
在某一指定表面上单位面积上所接受的辐射能量。
辐射出射度（M）：
从辐射源表面单位面积发射出的辐射通量。
辐射亮度（L）：
表示面辐射源上某点在一定方向上的辐射强弱的物理量
1.黑体辐射——完全的辐射体
绝对黑体：
对于任何波长的电磁波都全部吸收的物体称为绝对黑体。
黑体能够在热力学定律所允许的范围内最大限度地把热能转变成辐射能，所以说黑体是一个完全的吸收体和完全的发射体。
太阳，恒星，无色的烟煤的辐射都可近似看作是黑体辐射源。
2.黑体的热辐射规律：
⑴普郎克辐射定律：
⑵斯忒藩——波尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann）：
M=σT4其中σ=5.67×
10-8W·
m-2·
K-4
⑶维恩位移定律（Wien’sdisplacementlaw）：
反射：
当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时，入射能量的一部分或全部返回原介质的现象，称之为反射。
发射率：
地物发射电磁辐射的能力，以黑体辐射作为基准，即m‘/m。
其中M’指单位面积上观测地物发射的某一波长的辐射通量密度。
M指与观测地物同温度下黑体的辐射通量密度。
透射：
当电磁波入射到两种介质的分界面时，部份入射能穿越两介质的分界面的现象。
透射的能量穿越介质时，往往部分被介质吸收并转换成热能再发射。
透射率：
介定透射能量的能力，用透射率τ来表示。
透射率就是入射光透射过地物的能量与入射总能量的百分比。
地物的透射率随着电磁波的波长和地物的性质而不同。
目视解译的认知：
自上向下过程：
特征匹配，提出假设，图像辨识
自下向上过程：
图像信息获取，特征提取识别，证据选取
解译的方法：
1直判法：
根据遥感影像目视判读直接标志，直接确定目标地物属性与范围的一种方法。
2对比分析法：
对比分析法包括同类地物对比分析法、空间对比分析法和时相动态对比法。
不仅是同一遥感影像3图进行对比，而且要借助不同时相的遥感影像图之间进行对比。
4综合推理法：
综合考虑遥感图像多种解译特征，分析、推理某种目标地物的方法。
5信息复合法：
利用专题图和地形图等信息与遥感影像图重合，根据这些辅助信息识别遥感影像图上目标地物的方法。
6地理相关分析法：
根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存，相互制约的关系，借助专业知识，分析和推理某种地理要素性质、类型、状况与分布的方法。
2-3太阳辐射和地球辐射
一、太阳辐射（太阳光）
2.太阳光谱特征
①太阳的光谱是连续光谱，且辐射特性与绝对黑体辐射特性基本一致。
②太阳的辐射能量分布范围广，各个波段所占比例不同。
③大气对太阳辐射产生了衰减作用（通过大气层上下太阳辐照度曲线比较知）
二、地球辐射
地球是被动遥感的另一辐射源，地球又是地学遥感探测的对象，因此探测地球作为辐射源的辐射特性和作为太阳辐射接收的反射特性，以及不同地物反射率与波长关系，在地学遥感中有十分重要意义。
发射波谱曲线：
某种地物的比辐射率（发射率）随波长的变化曲线，称该物体的发射波谱曲线。
2-4地球大气及其对太阳辐射的影响
太阳光—大气—地物—大气—传感器，二次经过大气产生了较大变化。
一、大气组成
1.大气分层：
按热力结构：
对，平，中间，热，逸散层。
化学成分：
均质与非均质层。
电磁特性：
电离层和磁层。
2.大气组成：
干洁大气，水汽，大气气溶胶，其他。
大气的传输特性：
大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。
这种特性与波长和大气的成分有关。
二、大气折射：
使电磁波方向改变，但不影响辐射强度。
三、大气反射：
主要发生在云层顶部，强度取决于云量。
削弱了电磁波到达地面的强度。
四、大气吸收：
吸收电磁辐射是物质的普通性质，是指电磁辐射与物体作用后，转化为物体的内能。
非选择性吸收。
选择吸收。
氧气：
小于0.2μm；
0.155为峰值。
高空遥感很少使用紫外波段的原因。
臭氧：
数量极少，但吸收很强。
两个吸收带；
对航空遥感影响不大。
水：
吸收太阳辐射能量最强的介质。
到处都是吸收带。
主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。
因此，水对红外遥感有极大的影响。
二氧化碳：
量少；
吸收作用主要在红外区内。
可以忽略不计。
五、大气散射
散射：
辐射在传播过程中遇到小微粒而改变传播方向，并向各个方向散开的现象。
实质是电磁波在传播过程中遇微粒而产生的衍射现象。
散射种类：
1.瑞利散射（Rayleigh）
条件：
当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射，主要由大气中的原子和分子引起，如N，CO2，O3，O2等
特点：
1、散射强度与波长的四次方成反比；
2、波长越短散射越强，而且前向散射与后向散射相同；
3、对可见光影响大
2.米氏散射（Mie）
当大气中粒子的直径与波长相当时发生的散射；
主要由大气中的微粒、烟、尘埃、小水滴和气溶胶等引起。
1、散射强度与波长的二次方成反比；
2、米氏散射在光线前进方向比向后方的散射更强；
3、云雾对红外线（0.76——15μｍ）散射影响较大。
3.非选择性散射：
当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射；
散射强度与波长无关。
大气窗口：
将电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的、透过率较高的波段称为大气窗口。
大气窗口的光谱段主要有：
（P32）
⏹0.3～1.3μｍ,紫外～近红外，摄影成像最佳波段，如TM1～4
⏹1.5～1.8和2.0～3.5μｍ,近～中红外,日照充足时扫描成像常用波段，如TM5，7等，探测植物含水量以及云、雪，或地质制图
⏹3.5～5.5μｍ,中红外，除反射外，还有地物自身热辐射
⏹8～14μｍ,远红外，主要是来自地物的热辐射能量
⏹0.8～2.5cｍ,微波，有穿云透雾能力，是主动遥感，如侧视雷达
I（到达地面的太阳辐射总能量）=R（反射能量）+A（吸收能量）+T（透射能量）
一、地物的反射
1.反射率：
物体反射的辐射能量R占入射总能量I的百分比，称为反射率ρ。
ρ=R/I*100%
影响地物反射率大小的因素：
入射电磁波的波长，入射角的大小，物体本身的性质：
地表颜色与粗糙度
利用反射率可以判断物体的性质。
2.物体的反射分类：
镜面反射（specularreflection）:
当入射能量全部或几乎全部按相反方向反射，且反射角等于入射角，称为镜面反射。
漫反射（diffusereflection）：
当入射能量在所有方向均匀反射，即入射能量以入射点为中心，在整个半球空间内向四周各向同性的反射能量的现象，称为漫反射。
方向反射（directionalreflection）：
自然界大多数地表既不完全是粗糙朗伯漫反射表面，也不完全是光滑的镜面，而是介于两者之间的非朗伯表面。
其反射并非各向同性，而具有明显的方向性，即方向反射。
镜面反射也可认为是方向反射的一个特例。
二、地物的反射波谱曲线
1.反射波谱：
是指地物反射率随波长的变化规律。
地物反射光谱曲线：
按地物反射率与波长之间关系绘成的曲线称为地物反射光谱曲线。
地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。
不同地物在不同波段反射率存在差异：
利用反射率随波长的变化规律可以识别和区分物体。
1.同一物体的波谱曲线反映了物体在不同波段的反射率，将此与传感器的对应波段接收的辐射数据相对照，可以得到遥感数据与对应地物的识别规律。
2.不同地物有不同的反射波谱曲线
3.同种地物在不同内部结构和外部条件下，其反射波谱曲线也有差异。
根据这一点，可以识别不同的地物及同一地物的不同表现形式。
4.同一地物不同时间的反射光谱曲线不同。
三、地物波谱特性的测量
地物波谱特性测量的目的
1、传感器波段选择、验证、评价的依据；
2、建立地面、航空和航天遥感数据的关系；
3、将地物光谱数据直接与地物特征进行相关分析并建立应用模型；
（一）地物反射波谱测量理论：
双向反射分布函数（BRDF）
双向反射比因子R（BRF）：
第三章遥感的探测基础
3-1传感器
传感器是直接获得目标物信息的仪器，用以测量和记录目标物的电磁辐射强度和特性，是遥感技术系统的重要组成部分。
一、传感器组成
传感器通常由收集器、探测器、信号处理器和输出设备组成。
二、传感器的分类
按工作方式分：
主动式：
人工辐射源向目标物发射辐射能量，然后接收目标物反射回来的能量，如雷达。
被动式：
接收地物反射的太阳辐射或地物本身的热辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪。
按工作波段分：
紫外、可见光、红外、微波、多波段传感器等
按数据记录方式分：
成像式、非成像式传感器
按成像原理分：
摄影方式、扫描方式传感器
1.摄影方式传感器：
快门打开瞬间收集目标信息。
（P54）摄影方式传感器主要是摄影机。
如框幅摄影机、缝隙摄影机、全景摄影机（缝隙式、镜头转动式）、多光谱摄影机等
2.扫描方式传感器：
逐点逐行收集目标信息。
（P67）分为对目标面扫描的传感器，对影像面扫描的传感器
3-2传感器的性能
传感器的性能指标表现在很多方面，其中最具有实用意义的指标是传感器的分辨率。
一、空间分辨率：
遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离，是用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标。
即像素所代表的地面范围的大小，扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。
通常用像元大小、像解率和视场角表征。
像元（pixel）瞬时视域所对应的地面面积象元（pixe1），即与一个象元大小相当的地面尺寸，单位：
米（m）。
像解率：
单位为线/毫米或线对/毫米。
一个线对为一对能分辨的明暗相间的线。
视场角（FOV）：
指传感器的张角，即传感器的瞬时视域。
对于扫描影像：
瞬时视场角（IFOV）（毫弧度），即像元，是扫描影像中能够分辨的最小面积。
地面分辨率：
空间分辨率数值在地面上的实际尺寸称为地面分辨率。
二、时间分辨率类型：
1.超短周期时间分辨率：
2.中周期时间分辨率：
3.长周期时间分辨率：
意义：
动态监测与预报；
自然历史变迁和动力学分析；
利用时间差提高遥感的成像率和解像率；
更新数据库
三、光谱分辨率
光谱分辩率是指传感器所选用的波段数量的多少、各波段的波长位置、及波长间隔的大小。
开拓遥感应用领域，专题研究中波段选择针对性，图像处理中多波段的应用提高判识效果
一般来说，传感器的波段数越多，波段越窄，地面物体的信息越容易区分和识别，针对性越强。
四、辐射分辨率
辐射分辨率是指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。
在遥感图象上表现为每一个像元的辐射量化级。
遥感图像的信息量取决于空间分辨率P、波谱分辨率K和辐射分辨率D的大小。
五、温度分辨率
指热红外传感器地表热辐射（温度）最小差异的能力。
第四章航空遥感简介
4-1航空遥感系统：
航空遥感是以中低空遥感平台为基础进行进行摄影或扫描成像的遥感方式。
1.图像空间分辨率高且具有较大的灵活性。
2.平台的高度和航线可在一定范围内变化，而且便于资料回收以及设备的检修更换。
3.航空遥感的摄影费用昂贵，不可能在短期内对同一区域反复摄影成像，因而限制了它在监测方面的应用。
航空遥感成像：
航空摄影成像；
航空扫描成像；
航空微波雷达成像
一、航空遥感平台
1.气球2.飞机:
飞机平台在高度和速度上可以控制，也可以根据需要在特定的地区、时间飞行，它可以携带多种传感器，信息回收方便，而且仪器可以及时得到维修。
分类：
低空飞机、中空飞机和高空飞机三种。
三、航空遥感特点
1.空间分辨率高，信息量大。
2.灵活，适用于一些专题遥感研究。
3.实验技术系统，是各种星载遥感仪器的先行检验者。
4.信息获取方便。
5.缺点:
受天气等条件的限制大；
观测范围受到限制；
数据的周期性和连续性不如航天遥感。
一、航空像片属于中心投影
中心投影：
空间任意直线均通过一固定点（投影中心）投射到一平面（投影平面）上而形成的透视关系。
（二）中心投影成像特征
1.点的像还是点。
2.直线的像一般仍是直线，但如果直线的延长线通过投影中心时，则该直线的像就是一个点。
3.空间曲线的像一般仍为曲线。
但若空间曲线在一个平面上，而该平面又通过投影中心时，它的像则成为直线。
（三）中心投影和垂直投影的区别
两类投影的区别主要表现在三个方面：
1.投影距离的影响。
2.投影面倾斜的影响。
3.地形起伏的影响。
航空像片是中心投影，地形图是垂直投影。
（四）航空像片的主要点和线
像主点（o）：
航空摄影机主光轴SO与像面的交点，称为像主点。
像底点（n）：
通过镜头中心S的地面铅垂线（主垂线）与像面的交点，称为像底点。
等角点（c）：
主光轴与主垂线的夹角是像片倾斜角α，像片倾角的分角线与像面的交点称为等角点。
当地面平坦时，只有以等角点为顶点的方向角，才是地面与像片上对应相等的角度。
主纵线与主横线：
包括主垂线与主光轴的平面称为主垂面，主垂面与像面的交线VV称为主纵线，它在像片上是通过像主点和像底点的直线。
与主纵线垂直且通过像主点的h0h0称为主横线。
主纵线与主横线构成像片上的直角坐标轴。
等比线：
通过等角点且垂直于主纵线的直线hch0称为等比线。
在等比线上比例尺不变。
在水平像片上，像主点、像底点和等角点重合，主横线和等比线重合。
像点位移：
在中心投影的相片上，地形起伏除引起相片比例尺的变化外，还会引起平面上的点在相片位置上的移动，称像点位移。
投影差—因地形起伏引起的像点位移
1.投影差大小与像点距离像主点的距离成正比，即距离像主点愈远，投影差愈大。
像片中心部分投影差小，像主点是唯一不因高差而产生投影差的点。
2.投影差大小与高差成正比，高差愈大，投影差也愈大。
高差为正时，投影差为正即像点离像点向外移动；
高差为负时（即低于起始面），投影差为负，即像点向着中心点移动。
3.投影差与航高成反比，即航高愈高，投影差愈小。
倾斜误差—因像片倾斜引起的像点位移
1.倾斜误差的方向是在像点与等角点的连线上。
2.倾斜误差与像点距等角点距离的平方成正比。
第五章航天遥感简介
5-1航天遥感及特点
与航空遥感相比具有以下特点
1.平台高度高，观察的地面范围大，可以发现地表大面积内宏观的、整体的特征；
2.造地球卫星等航天平台发送上天后，自动运转，不需供给燃料和其他物资，取得同样的资料，费用比航空遥感低廉。
3.遥感可以对地球进行周期性的、重复的观察，有利于对地球表面的资源、环境、灾害等实行动态监测。
4.航天平台远高于航空平台，通常航天遥感的分辨率小于航空遥感，但是随着新一代高分辨率的传感器的研制，航天遥感的分辨率将有很大的提高。
如Quikbird的分辨率达到了几米。
遥感卫星的轨道类型：
太阳同步轨道：
特点:
每天同一时间通过地面某一固定点。
800~1500km
地球同步轨道：
卫星公转角速度和地球自传角速度相同，相对于地面静止于空中某一点。
36000km
5-2航天遥感分类按照航天遥感平台的服务内容可以分为：
陆地卫星系列、气象卫星系列和海洋卫星系列。
1、气象卫星简介
气象卫星是广泛应用于国民经济领域和军事领域的一种卫星，是太空中的自动化高级气象站。
它能连续、快速、大面积地探测全球大气变化情况。
2、气象卫星的特点（见P48）
⑴轨道：
低轨和高轨。
低轨即近极地太阳同步轨道，高轨即地球同步轨道。
⑵成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。
⑶短周期重复观测：
静止气象卫星30分钟一次；
极轨卫星半天一次。
利于动态监测。
⑷资料来源连续、实时性强、成本低。
气象卫星观测的优势和特点
1.空间覆盖优势：
时间取样优势：
资料一致性优势：
综合参数观测优势：
3、应用领域：
天气分析与气象预报；
气候研究与气候变迁的研究；
海洋研究、森林火灾、水污染
二、陆地卫星系列
1、美国Landsat系列
陆地卫星Landsat，1972年发射第一颗，已连续42年为人类提供陆地卫星图像，共发射了8颗，产品主要有MSS,TM,ETM，OLI，属于中高度、长寿命的卫星。
特点1近极地、近圆形的轨道；
2轨道高度为700～900km；
3运行周期为99～103min/圈；
4轨道与太阳同步。
2、法国SPOT
1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系统”（SPOT）的卫星，也叫做“地球观测实验卫星”。
中等高度（832km）圆形近极地太阳同步轨道。
主要成像系统:
高分辨率可见光扫描仪（HRV，HRG），VEGETATION，HRS。
3、中巴地球资源卫星CBERS特点
数据来源：
中巴地球资源卫星。
太阳同步极地轨道。
传感器：
CBERS具有三台成像传感器：
高分辨率CCD像机、红外多谱段扫描仪（IR-MSS）、广角成像仪（WFI）。
4、IKONOS1999年9月24日空间成像公司率先将IKONOS-2高分辨率（全色1m，多光谱4m）卫星，由加州瓦登伯格空军基地发射升空。
5、Quikbird
•美国DigitalGlobe公司的高分辨率商业卫星，于20XX年10月18日在美国发射成功。
•卫星轨道高度450km,倾角98°
卫星重访周期1～6d（与纬度有关）。
•QuickBird图像，空间分辨率为0.61m，幅宽16.5km。
•应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。
•Quickbird传感器为推扫式成像扫描仪。
6、JERS数据
•数据来源：
日本地球资源卫星。
•近圆形、近极地、太阳同步、中等高度轨道。
•是一颗将光学传感器和合成孔径雷达系统置于同一平台上的卫星，观测地球陆域，进行地学研究等。
•共有3台遥感器：
可见光近红外辐射计（VNR）、短波红外辐射（SWIR）、合成孔径雷达（SAR）
7、IRS数据及特点1印度遥感卫星1号。
2太阳同步极地轨道。
3卫星载有三种传感器：
全色像机（PAN）线性成像自扫描仪（LISS）广域传感器（WiFS）
三、海洋卫星系列：
2.海洋卫星探测的特点
（1）全天候全天时探测
（2）半球或全球探测（3）长期不间断监测（4）定性定量探测（5）轨道定位精度高（6）海洋水色探测器接收的是离水辐射率（7）探测海洋水色要素，需要细分波段，即波段多而狭窄
（8）探测器配套性好
3.卫星海洋探测的发展阶段
（1）探索试验阶段（1970～1978）
（2）试验研究阶段（1978～1985）（3）应用研究阶段（1985～）
第六章微波遥感
1.微波遥感概念:
电磁波中波长在1mm～1m的波段范围称微波波段。
微波遥感是指通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来识别地物的技术。
微波遥感两种方式:
主动方式，如合成孔径雷达、微波散射计、雷达高度计等。
被动方式，即观测地表目标的辐射方式，如微波辐射计等。
微波特性：
频率特性与极化特性
微波散射计：
向有起伏的物体表面发射微波，然后对其反射信号接受。
微波辐射计：
被动接受来自地面的辐射。
2、微波遥感特点
（1）穿透云层能力强，能全天时、全天候工作
（2）对目标的鉴别能力强，对某些地物具有特殊的波谱特性。
（3）对物体的穿透能力强。
（4）获得信息不同。
（5）分辨率低，但特性明显；
（6）对海洋遥感具有特殊意义。
二、微波辐射特征
微波属于电磁波，具有电磁波的基本特征，包括反射、吸收、散射、透射等规律。
叠加：
相干性：
衍射：
极化：
当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量的方向具有固定的规律，这种现象称为电磁波的极化。
极化方式是卫星电视信号的电磁场振动方向的变化方式。
极化方式分为垂直极化和水平极化。
三、微波传感器
1、非成像传感器
微波遥感应用的非成像传感器主要有微波散射计和雷达高度计。
主要用来测量地物的散射和反射特性。
通过变换发射雷达波束的入射角，或变换极化特征以及变换波长，研究在不同条件下对目标物散射特性的影响。
雷达高度计：
测量目标与遥感平台的距离，从而可以准确得知地表高度的变化，海浪高度等参数。
2、成像传感器
主动遥感如侧视雷达、合成孔径雷达；
被动遥感如微波辐射计；
主要用于探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图象。
地面物体发射微波强度与自身的亮度温度有关。
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脉冲，覆盖地面上这一侧的一个条带，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，又不断接收回波，从而形成一副一副的图象。
合成孔径雷达：
与侧视雷达类似，在平台上由传
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