《遥感导论》课程教学大纲.docx

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《遥感导论》课程教学大纲

课程编号:

507610

课程名称：

遥感导论

英文名称：

IntroductiontoRemoteSensing

课程类型:

专业核心课

总学时：

64讲课学时：

60实验学时：

学　　分：

适用对象:

资源环境与城乡规划、地理信息系统、地理科学

先修课程：

相关基础课程

执笔人：

汤庆新审定人：

张保华

一、课程性质、目的和任务　

《遥感导论》是资源环境、地理信息系统及地理科学专业的一门专业基础课。

课程注重反映现代遥感技术的最新成果与应用内容，并结合经济建设实际，详细介绍了遥感的基本概念、电磁辐射与地物波谱、遥感成像原理、遥感图像特征、遥感图像分析的原理与方法、图像信息的提取与分类处理、遥感的应用及实例，3S集成，以及新型遥感平台与传感器等。

该课程的目的和任务：

通过本课程学习，要求学生牢固掌握遥感技术的基本概念和基本原理；掌握运用遥感技术原理、方法解释和解决实际问题的能力；了解遥感技术的前沿动态和发展趋势。

尤其注重培养学生的实际动手和应用能力，为学习专业课程、从事专业技术工作和进行科学研究打下基础。

二、课程教学和教改基本要求　

1.本课程主讲授遥感基本理论。

内容比较枯燥，所以在教学中应尽量采用通俗易懂和形象化语言表述，着重讲清地物电磁波谱的基本遥感理论问题。

2.对于有关物理学公式，不须推导过程，重点理解其基本原理。

3.根据课程进程的需要，适当的布置课外阅读文献报告和体会，以加深对所学理论知识的理解和了解本学科的研究动态。

三、课程各章重点与难点、教学要求与教学内容　

第一章绪论

一、教学重点：

遥感的定义（广义与狭义）、遥感系统组成、遥感的类型与特点。

二、难点:

遥感系统组成

三、教学要求：

（一）从广义与狭义两方面掌握遥感的定义，了解遥感系统的组成；

（二）掌握遥感的分类；

（三）与常规方法相比，掌握遥感的主要特点；

（四）了解遥感发展简史及我国遥感事业的成就。

四、教学内容：

第一节遥感概述

1遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门综合性探测技术。

2遥感技术与现代物理学、空间技术、计算机技术、数学和地理学密切相关。

3遥感技术已广泛应用于各种领域，成为地球环境资源的调查和规划不可缺少的有效手段。

第二节遥感概念和遥感数据

1遥感（RemoteSensing）概念

广义：

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。

遥感定义：

是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性

2遥感数据

太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。

传感器将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据。

第三节遥感的特性

1大面积的同步观测。

2时效性。

3数据的综合性和可比性。

4经济性。

5局限性。

第四节遥感平台

1遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为：

地面平台：

为航空和航天遥感作校准和辅助工作。

航空平台：

80km以下的平台，包括飞机和气球。

航天平台：

80km以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。

2人造地球卫星的类型：

低高度、短寿命卫星：

150～350km，用于军事。

中高度、长寿命卫星：

350～1800km，地球资源。

高高度、长寿命卫星：

约3600km，通信和气象。

第五节遥感数据的类型

1按平台高度分类

航空遥感、航天遥感、地面遥感

2按传感器的工作方式分

主动式遥感、被动式遥感

3按电磁波段分

　紫外（0.3-0.4mm）、可见光（0.4-0.7mm）、红外（0.7-14mm）、微波（0.1-100cm）

第六节遥感数据的应用领域

1林业：

清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。

2农业：

作物估产、作物长势及病虫害预报。

3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。

4国土资源：

国土资源调查、规划和政府决策,土地利用变化。

5气象：

天气预报、气候预报、全球气候演变研究。

6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。

7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。

8城市：

城市综合调查、规划及发展。

9考古：

遗址调查、预报。

10地理信息系统：

基础数据、更新数据

第七节遥感的发展简况

1国外概况

2国内概况

第二章电磁辐射与地物光谱特征

一、教学重点:

电磁波谱、电磁辐射、黑体辐射及黑体辐射规律、实际物体辐射规律、太阳光谱、大气吸收、大气散射（瑞利散射、米氏散射、无选择性散射）、大气窗口及投射分析、地表自身的热辐射、反射率、反射的类型及地物反射波谱特征、地物波谱特性的测量。

二、难点:

黑体辐射及黑体辐射规律、大气散射（瑞利散射、米氏散射、无选择性散射）、大气窗口及投射分析、地物波谱特性的测量

三、教学要求

（一）掌握什么是电磁波谱、电磁辐射，电磁辐射的度量；

（二）掌握什么是黑体辐射、黑体辐射与实际物体辐射的规律；

（三）了解太阳光谱的特点；

（四）理解太阳辐射传播到地表面又返回到传感器的过程中所发生的物理现象；

（五）掌握大气散射的类型与其特点；

（六）掌握大气窗口的概念及大气窗口的主要光谱段；

（七）掌握反射率及其类型；

（八）理解太阳辐射与地表之间的相互作用；

（九）掌握植被、土壤、水体及岩石的光谱特征；

（十）地物波谱特性的测量。

四教学内容

第一节遥感的电磁波原理

1电磁波

交互变化的电磁场在空间的传播。

2描述电磁波特性的指标

波长、频率、振幅、位相等。

3电磁波的特性

3.1电磁波是横波

3.2在真空中以光速传播

3.3电磁波具有波粒二象性

4电磁波谱

5遥感应用的电磁波波谱段

第二节电磁辐射的度量

1辐射源

2辐射测量

辐射能量（W）

辐射通量（Φ=dW/dt）

辐射通量密度（E=dΦ/ds）

辐照度（I=dΦ/ds）

辐射出射度（M=dΦ/ds）

3黑体辐射

第三节　太阳辐射与大气的作用

1大气结构与成分

2大气吸收作用

大气吸收：

太阳辐射通过大气层时，大气层中某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。

3大气反射作用

大气对太阳辐射的反射作用主要是水蒸气造成的。

影响最大的就是——云。

其影响程度与云量和云的厚度有关。

4大气散射

5大气窗口

第四节太阳辐射与地物的作用

1太阳辐射与地表的相互作用（…）

2地物的反射率（…）

3漫反射（…）

4镜面反射（…）

第五节地物的热辐射

第六节微波与地物的作用

1在电磁波谱中，波长在1mm～1m范围的波称微波。

（微波波段划分）

2微波遥感特性：

第七节各典型地物的光谱曲线

1植被光谱曲线

2土壤光谱曲线

3水体光谱曲线

4岩石光谱曲线

5常见地物比较光谱曲线

第三章遥感成像原理与遥感图像特征

一、教学重点

主要的遥感平台及各自的特点、摄影像片的几何特征、微波、微波遥感及微波遥感的特点与方式、遥感图像的空间、时间、光谱、辐射分辨率。

二、难点:

摄影像片的几何特征、微波、微波遥感及微波遥感的特点与方式

三、教学要求

（一）掌握三大遥感平台：

气象卫星系列、陆地卫星系列及海洋卫星系列的特点；

（二）了解摄影与扫描成像的基本原理，两者所形成的图像有什么区别？

（三）了解摄影像片的几何特征。

掌握像片比例尺的计算方法；

（四）掌握什么是微波、微波遥感，微波遥感的特点；

（五）掌握微波遥感的方式（主动与被动）及其传感器，什么是距离分辨力和方位分辨力；

（六）掌握图像的空间分辨率、波谱分辨率、辐射分辨率与时间分辨率。

四、教学内容：

第一节气象卫星系列

1气象卫星特点

轨道、短周期重复观测、成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量、资料来源连续、实时性强、成本低

2我国情况

FY-1A（1988年9月7日，太阳同步轨道）：

我国第一颗环境遥感卫星，主要任务是获取全球的昼夜云图资料及进行空间海洋水色遥感试验。

FY-1B（1990年9月3日）：

用于天气预报、提供植被指数、区分云雪、进行海洋水色观测。

FY-1C（1999年5月,太阳同步轨道）：

获取全球的昼夜云图资料。

FY-1D（2002年5月

3气象卫星资料的应用领域

天气分析和气象预报

气候研究

资源与环境

第二节　陆地卫星系列

1Landsat：

轨道及图像特征

2SPOT：

轨道及图像特征

3CBERS：

轨道及图像特征

4EOSModis：

轨道及图像特征

5其它陆地卫星：

轨道及图像特征

第三节　海洋卫星系列

1日本海洋观测卫星（MOS1）

2ERS（欧空局）

3加拿大雷达卫星（RADARSAT）

4海洋遥感的特点

第二节　摄影成像

1．摄影机：

分幅式摄影机

全景摄影机（扫描摄影机）：

缝隙式摄影机（航带摄影机）

镜头转动式摄影机

多光谱摄影机：

多相机组合型

多镜头组合型

光束分离型

数码摄影机

2．摄影像片的几何特性

垂直摄影：

摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在3°以内。

倾斜摄影：

摄影机主光轴偏离垂线大于3°。

垂直像片的几何特征

像片的投影

中心投影与垂直投影的区别

中心投影的透视规律

中心投影与垂直投影的区别

投影距离的影响

投影面倾斜的影响

地形起伏的影响

3．像片的比例尺

像片比例尺即像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。

平均比例尺：

以各点的平均高程为起始面，并根据这个起始面计算出来的比例尺。

主比例尺：

由像主点航高计算出来的比例尺，它可以概略地代表该张航片的比例尺。

感光特征曲线：

横坐标为曝光量的对数值，纵坐标为胶片的光学密度。

感光度：

指胶片的感光速度。

遥感需用感光度高的胶片。

光学密度：

指胶片竟感光显影后，影像表现出的深浅程度。

反差与反差系数：

反差指胶片的明亮部分与阴暗部分的密度差。

反差系数是指拍摄后负片影像与景物亮度差之比。

灰雾度：

未经感光的胶片，显影后仍产生轻微的密度，呈浅灰色，故称灰雾度

宽容度：

指表达被摄物体亮度间距的能力。

遥感摄影希望用宽容度大胶片。

解像力（感光胶片的分辨力）：

解像力的大小以每毫米范围内分辨出的线条数表示。

单位：

线对/毫米。

4．感色性

黑白摄影胶片

彩色胶片

天然（真彩）色片：

能够真实地还原被摄物体的自然色彩。

红外彩色片：

由感红外层、感红层和感绿层

第三节扫描成像

1光/机扫描成像

工作原理：

扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运动而摆动，依次对地面进行扫描，地面物体的辐射波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开，再聚焦到感受不同波长的探测元件上。

几种光机扫描一仪

红外扫描仪：

接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元件。

多光谱扫描仪（MSS）：

与红外扫描仪基本类似，其不同之处是，外加一个分光系统，把来自地物的电磁波信号，分成若干个不同的波段，同时用多个探测器同步记录相应波段的信息。

而红外扫描仪只在红外波段工作。

专题制图仪TM：

专题制图仪TM的成像原理与MSS一致，与MSS相比，空间分辨率由80米提高到30米；探测波段由4个增加到7个。

2固体自扫描成像

固体自扫描是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。

基本属于光学／机械式扫描。

推帚式面阵列成像光谱仪

3推帚式扫描仪

概念

结构

常用遥感数据及其特征

4微波遥感与成像

5遥感图像的特征

遥感图像的空间分辨率（Spatialresolution）

`图象的光谱分辨率（SpectralResolution）

辐射分辨率（RadiometricResolution）

图象的时间分辨率（TemporalResolution）

第四章遥感图像处理

一、教学重点:

亮度对比与颜色对比、颜色的性质、孟赛尔颜色立体、加色法与减色法、互补色与三原色、色度图、光学增强处理、数字图像及其辐射校正与几何校正、数字图像的增强。

二、难点:

孟赛尔颜色立体、数字图像及其辐射校正与几何校正、数字图像的增强。

三、教学要求

（一）了解亮度对比与颜色对比、颜色的性质。

（二）理解孟赛尔颜色立体。

（三）掌握三原色、互补色，掌握加色法与减色法的基本原理。

（四）理解色度图。

（五）了解基本的光学增强处理方法。

（六）理解数字图像，了解数字图像辐射校正的基本方法：

直方图最小值去除法、回归分析法。

（七）掌握遥感影像几何畸变的原因及几何畸变的校正方法。

（八）控制点选区的原则。

（九）掌握数字图像增强的几种方法：

对比度变换、空间滤波、彩色变换、图像运算及多光谱变换

（十）了解遥感与非遥感信息复合的意义

四、教学内容：

第一节光学原理与光学处理

1颜色视觉

亮度对比和颜色对比

亮度对比：

对象相对于背景的的明亮程度。

改变对比度，可以提高图象的视觉效果。

颜色对比：

在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比。

两种颜色相互影响的结果，使每种颜色会向其影响色的补色变化。

在两种颜色的边界，对比现象更为明显。

因此，颜色的对比会产生不同的视觉效果。

2加色法与减色法

颜色相加原理

颜色相减原理

3学增强处理

彩色合成

加色法彩色合成

减色法彩色合成

光学增强处理

光学信息的处理

图像的相加和相减

遥感黑白影象的假彩色编码

第二节　数字图像增强

1数字图像及其直方图

2数字图像增强

2.1对比度变换

又称反差增强、辐射增强

主要通过改变图像灰度分布态势，扩展灰度分布区间，达到增强反差的目的。

通过调整直方图来实现

调整后的直方图应达到：

分布好（较均匀），没有大量暗或亮的象元集中分布

直方图均衡

非线性的增强方法；

直方图匹配

2.2空间滤波

图像卷积运算

平滑：

均值平滑、中值滤波平滑

2.3彩色变换

单波段彩色变换

2.4图像运算

差值运算：

两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相减就是差值运算。

2.5多光谱变换

其变换的本质:

对遥感图像实行线性变换，使光谱空间的坐标按一定规律进行旋转。

K-L变换

K-T变换

2.5多源信息复合

1）遥感信息复合

2）遥感与非遥感数据复合

第三节　遥感图像的校正

1遥感图像的辐射校正

遥感图像的辐射误差主要有三个因素：

2遥感图像的几何畸变

遥感影像几何变形的原因

遥感器的内部畸变：

由遥感器结构引起的畸变。

遥感平台位置和运动状态变化的影响

地形起伏的影响

地球表面曲率的影响

大气折射的影响

3遥感图像的几何校正

几何粗校正：

几何精校正：

利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。

具体步骤：

重采样的两种方法：

内插计算（确定亮度）

控制点的选取

4遥感图像的配准

图像配准的定义

图像配准的必要性

图像配准的方式

图像配准的一般过程

第五章遥感图像目视解译与制图

一、教学重点:

遥感图像目标地物识别特征、摄影像片的种类、解译标志及判读方法,扫描影像的种类、解译标志及判读方法、微波影像的特点、解译标志及判读方法、目视解译的基本步骤、遥感影像制图。

二、难点:

扫描影像的种类、解译标志及判读方法、微波影像的特点、解译标志及判读方法

三、教学要求

1理解遥感图像目视解译与计算机解译；

2掌握摄影像片的种类、解译标志及判读方法。

重点掌握热红外像片的判读；

3掌握扫描影像（MSS,TM.SPOT）的特征、解译标志及判读方法；

4掌握微波影像的特点、解译标志及判读方法；

5了解目视解译的基本步骤

四、教学内容；

第一节遥感图像的目视解译原理

1目标地物的特征

色：

指目标地物在遥感影像上的颜色，包括色调、颜色和阴影。

形：

指目标地物在遥感影像上的形状，包括形状、纹理、大小、图形等。

位：

指目标地物在遥感影像上的空间位置，包括目标地物分布的空间位置、相关布局等。

2目标地物识别特征

色调：

全色遥感图像中从白到黑的密度比例叫色调（也叫灰度）

颜色：

是彩色图像中目标地物识别的基本标志。

阴影：

是图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子。

据此可判读物体性质或高度。

形状：

目标地物在遥感图像上呈现的外部轮廓。

纹理：

也叫内部结构，指遥感图像中目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构。

大小：

指遥感图像上目标物的形状、面积与体积的度量。

位置：

指目标地物分布的地点。

图形：

目标地物有规律的排列而成的图形结构。