最新《遥感原理与应用》期末复习重点.docx

1、最新遥感原理与应用期末复习重点遥感重点章节1.3.5.8绪论1.1遥感的概念 狭义的遥感：应用探测仪器，不与探测目相接触，从远处把目标的电磁波特性纪录下来，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。 广义的遥感：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁波、机械波（声波、地震波）、重力场、地磁场等的探测。1.2 遥感发展简史 无记录的地面遥感阶段（1608-1838年） 有记录的地面遥感阶段（1839-1857年） 空中摄影遥感阶段（1858-1956年） 航天遥感阶段（1957-）遥感探测的基本过程 辐射源：目标的电磁辐射能量（自身发射，散射、反射） 记录设备（传感器，或有效载荷）

2、:扫描仪（多光谱扫描仪），相机（CCD相机、全景相机、高分辨率相机等）、雷达、辐射计、散射计等。 存储设备：胶片、磁带、磁盘 传送系统：人造卫星的信号是地面发送到卫星的，在卫星中经过放大、变频转发到地面，由地面接收站接收。 分析解译（人工解译、计算机解译）1）国外航天遥感的发展 第一代1G1957年10月4日，苏联第一颗人造地球卫星发射成功1960年4月1日，美国发射第一颗气象卫星Tiros 1，为真正航天器对地球观测开始。1960年Evelyn L. Pruitt提出“遥感”一词。1962年在美国密歇根大学召开的第一次环境遥感国际讨论会上，美国海军研究局的Eretyn Pruitt（伊普鲁伊

3、特）首次提出“Remote Sensing”一词，会后被普遍采用至今 。1972年7月23日第一颗陆地卫星ERTS-1（Earth Resources Technology Satellite 1 ）发射（后改名为Landsat-1），装有MSS传感器，分辨率为79米。1975年1月22日，Landsat-2发射，1978年3月5日，Landsat-3发射。1978年6月，美国发射了第一颗载有SAR（Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达）卫星的Seasat，以后不同国家陆续发射载有SAR的卫星。1982年7月16日，Landsat-4反射，装载MSS，TM传感器，分辨

4、率提高到30米。1985年3月1日，Landsat-5发射，1993年10月，Landsat-6发射失败，1999年4月15日，Landsat-7发射，装载ETM+，分辨率提高到15米。1986年2月，法国发射SPOT-1，装有PAN和XS遥感器，分辨率提高到10米多光谱波段，SPOT-5全色波段分辨率达到5m，2.5m。2000年初美国发射MODIS是Terra（EOS-AM1）卫星的主要探测仪器，地面分辨率较低（星下点离间分辨率为250米,500米,1000米等）。2000年7月15日，第一颗重力卫星CHAMP发射成功，它是由德国GFZ独自研制的,也是世界上首先采用SST技术的卫星。200

5、2年，重力卫星GRACE发射，它是美国(NASA)和德国(GFZ)共同开发研制的。2）中国航天遥感的发展 1970年4月24日发射第一颗人造卫星“东方红1号”通信卫星。1988年9月7日中国发射第一颗气象卫星“风云1号”。1999年10月14日发射第一颗地球资源卫星“中国-巴西地球资源遥感卫星”（CBERS-1）（China Brazil Earth Resources Satellite），最高空间分辨率：19.5米。3）小卫星重量在1000公斤以下的卫星称为小卫星。小卫星质量小于500kg，占卫星总量的70%。1.3 遥感的类型1）按遥感平台据地面的高低划分 地面遥感：100m以下平台与地

6、面接触，平台有：汽车、船舰、三角架、塔等。为航空和航天遥感作校准和辅助工作。 航空遥感：100m-100km以下的平台，平台有：飞机和气球。可以进行各种遥感实验和校正工作。特点：灵活大、图像清晰、分辨率高。 航天遥感：100km以上的平台，平台有：火箭、卫星、航天飞机。特点：周期性、不受国界、地理条件的影响。2）按探测波段划分 紫外遥感：波段在0.050.38 m之间。 可见光遥感：波段在0.380.76m之间。 红外遥感：波段在0.761000 m之间。 微波遥感：波段在1m m 1 m之间。3）按工作方式划分 被动遥感：直接接收与记录目标物反射的太阳辐射或者目标物本身发射的热辐射和微波的遥

7、感。（辐射计） 主动遥感：使用人工辐射源从平台上先向目标发射电磁辐射，然后接收和记录目标物反射或散射回来的电磁波的遥感。（雷达） 4）按用途划分 军事遥感：低高度、短寿命卫星：150350 km。 地球资源遥感：中高度、长寿命卫星：3501800 km。包括：海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感、水利遥感、环境遥感等。 通信和气象卫星：高高度、长寿命卫星：约36000 km。5）按重量划分 巨型卫星：3.5吨。大型卫星：2-3.5吨。中型卫星：1-2吨。小型卫星：1吨。小型卫星又可细分为小卫星（0.51吨）、超小卫星（0.10.5吨）、微型卫星（10100公斤）、纳型卫星（小于10公斤）、皮

8、型卫星（小于1公斤）和飞型卫星（小于100克）。6）按显示形式划分 图像遥感。 非图像遥感。1.5 遥感图像处理软件美国：ERDAS、ENVI、IDRISI（Taiga）；加拿大：PCI；澳大利亚：ER-Mapper；中国：TITAN Image。第一章电磁波及电磁波谱1） 电磁波 ：交互变化的电场和磁场在空间的传播。2）电磁波的特性：（1）波动性：是横波，具有波长、频率（周期）、振幅、相位、角频率等参数。电磁波的波动性形成光的干涉、衍射、偏振等现象。（2）粒子性：光电效应：光子作为一种基本粒子，具有能量和动量。电磁波谱序列： 按波长递增的序列依次为：射线X射线紫外线可见光红外线微波无线电波。

9、近红外：0.76-3m，中红外：3-6m，远红外：6-15m，超远红外：15-1000m。任何温度高于绝对零度(即-273.15)的物体都能产生红外辐射，例如太阳、大地、云雾、冰块、建筑物、车辆等，由于其内部分子热运动的结果，都会产生红外辐射。人眼却无能感知红外辐射。微波：波长在1mm-1m的波段范围内。该范围内可再分为：毫米波、厘米波、分米波。用特定的字母表示，如Ka，K，Ku，X，C，S，L，P。电磁波传播的基本性质：1）叠加2）干涉3）衍射4）极化（偏振）定义：横波在垂直于波的传播方向上，电场强度振动矢量偏于某些方向的现象。在微波技术中称为“极化”。极化波（偏振波）：电磁波在空间传播时，

10、若电场矢量的方向保持固定或按一定规律旋转，这种电磁波便叫极化波。极化方向：极化电磁波的电场方向； 极化面：极化方向与传播方向所构成的平面。平面极化（也称线极化）：电磁波的极化方向保持在固定的方向上的极化。水平极化和垂直极化都是平面极化的特例。平面极化方式分为：（1）垂直（V）极化：极化面与地面垂直的极化。（2）水平（H）极化：极化面与地面平行的极化。极化的组合类型：HH极化：发射波为水平极化，接收回波为水平极化；VV极化：发射波为垂直极化，接收回波为垂直极化。正交极化： VH极化：发射波为垂直极化，接收回波为水平极化。HV极化：发射波为水平极化，接收回波为垂直极化。5）多普勒效应电磁辐射因辐射

11、源或观察者相对于传播介质的运动，而使观察者接收到的频率发生变化的现象，称为多普勒效应。物体的发射辐射1）绝对黑体（简称黑体）：对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体。2）黑体辐射定律：普朗克定律、斯忒藩-玻尔兹曼定律、维恩位移定律 普朗克定律：在给定温度、单位时间、面积、波长范围内黑体的辐射通量密度为：W()分谱辐射通量密度，单位W（cm2m）； 波长，单位是m；h普朗克常数(6.625610-34Js)；c光速(31010cm/s)；k玻耳兹曼常数(1.3810-23JK)；T绝对温度（绝对温度=摄氏温度+273.15），单位是K。（1）斯忒藩-玻尔兹曼定律与曲线下的面积成正比的总辐射通量密

12、度W是随温度T的增加而迅速增加。总辐射通量密度W可在从零到无穷大的波长范围内。普朗克公式积分，可得到从1cm2面积的黑体辐射到半球空间里的总辐射通量密度的表达式为：为斯忒藩玻耳兹曼常数5.669710-12 w/cm2K4，T为绝对黑体的绝对温度（K）。（2）维恩位移定律分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动。普朗克公式微分，并求极值。遥感辐射源： 辐射源：凡是能够产生电磁辐射的物体。 分为两大类：人工辐射源（主动遥感）和天然辐射源（被动遥感）。 天然辐射源：太阳和地球。太阳辐射的特点：v（1）太阳光谱是连续的。（2）辐射特性与黑体基本一致。（3）主要能量集中在0.2-3 m紫外

13、到中红外波段区间。 v（4）遥感最常用的波段为：0.32-1.15m可见光、红外波段等稳定辐射，占太阳对地面辐射总通量密度的85%以上。（5）海平面处的太阳辐射照度分布曲线与大气层外的曲线有很大不同，这主要是地球大气层对太阳辐射的吸收和散射造成的。 3 大气对太阳辐射的吸收、散射及反作用v在紫外、红外与微波区，电磁波衰减的主要原因是大气吸收，造成遥感影像暗淡 v主要成分：水、臭氧、二氧化碳、氧气v大气对紫外线有很强的吸收作用，遥感中很少用紫外波段。v水蒸气：对电磁辐射的吸收最显著。主要吸收峰为1.38 m、1.87 m、2.7 m、6.3 m、15 m-1 mm间的超远红外区，以及微波中0.1

14、64 cm和1.348 cm处。臭氧：主要吸收带0.3 m、在9.6 m、4.75 m和14 m处有弱吸收。二氧化碳：主要吸收峰为2.7 m、4.3 m、10.0 m、14.4 m，以及全在红外区。氧气：在入射波长时，发生均匀散射。介质中不均匀颗粒的直径a小于入射波长的十分之一时，发生瑞利散射。(3)大气窗口：v “大气屏障”：在大气中电磁波透过率很小，甚至完全无法透过电磁波。 v “大气窗口”：电磁辐射通过大气后衰减较小，透过率较高的电磁波段。可以用作遥感的大气窗口：0.32 - 1.15 m大气窗口：这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段，是遥感技术应用最主要的窗口之一。

15、 1.3-2.5 m大气窗口：属于近红外波段，主要应用于地质遥感。3.5-5.0 m大气窗口：属于中红外波段，火灾、火山、核爆炸探测。8-14 m大气窗口：热红外窗口，透射率为80%左右，属于地物的发射波谱。 1.0 mm-1 m微波窗口。反射波谱：v 反射波谱：某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律。 v 反射波谱特性曲线：以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。 v 物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤其是后两个波段。地物的反射辐射典型地物的反射波谱特性曲线(如何出题？)1.城市道路、建筑物的反射波谱特性曲线v城市道路、建筑物的光谱反射特性红外波段较可见光波段反射强石棉瓦、

16、水泥面较其他材料反射强沥青较其他材料反射弱2.水体的反射波谱特性曲线v水体的光谱反射特性蓝、绿波段为反射带近、中红外波段为完全吸收带 水中含泥沙时，可见光波段反射率会增加 3.植被的反射波谱特性曲线v植被的光谱反射特性蓝、红波段为吸收带（叶绿素吸收）绿波段为弱反射带 近红外波段有强反射带,但含水量造成反射吸收（细胞散射） 叶绿素：引起0.45 m、0.67 m为吸收带，0.55 m反射峰。植物含水量：引起1.45 m、1.95 m、2.7 m吸收带。4.植被的反射波谱特性曲线v红边：一般为680-750 nm波长范围内反射率光谱的一阶微分最大值对应的波长。v红边位移用于长势、产量和灾害程度等预

17、测 红移：植株生长旺盛时，红边向长波方向移动几个-十几个纳米。 蓝移：营养缺乏或病虫害时，红边向短波方向移动几个-十几个纳米。 v红边结构：红边用一定的曲线表示其结构，数学模型 v植被指数：近红外和红光波段反射率的线性或非线性组合 v植被指数主要有： 比值植被指数RVI：RVI=NIR/RED 归一化植被指数NDVI：NDVI=(NIR-RED)/（NIR+RED） 差值植被指数DVI：DVI=NIR-RED 其中，NIR表示近红外波段反射率，RED表示红光波段反射率。NDVI是目前应用最广泛的一种植被指数。5.土壤的反射波谱特性曲线v 土壤的光谱反射特性 自然状态下土壤表面的反射率没有明显的

18、峰值和谷值 。 土壤的反射波谱特性曲线受：土壤的机械组成（颗粒的粗细）、颜色、土壤含水量、土壤类型等的影响。 土质越细反射率越高，有机 质及含水量越高反射率越低。 在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显。植被、水体、土壤的反射波谱特性曲线：第二章 遥感平台及运行特点轨道特征1：太阳/地球同步轨道 遥感卫星一般有两种绕地球飞行方式：（1）地球同步卫星：定点观测 （2）太阳同步卫星：定期观测（圆形） 地球同步卫星：卫星的公转角速度和地球自转角速度相等。运动周期为23小时56分04秒，相对地球静止，可以观测地球表面三分之一的固定区域，在地球赤道上空约36000km，又称为静止卫星，或地球静止

19、卫星。 太阳同步卫星：指卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的交角，不随地球绕太阳公转而改变，使资料获得时具有相似的照明条件。卫星绕地球南北极运行，又称近极地太阳同步轨道卫星，简称极轨卫星。轨道特征2：近圆形轨道使在不同地区获取的图像比例尺一致。使得卫星的速度也近于匀速。便于扫描仪用固定扫描频率对地面扫描成像，避免造成扫描行之间不衔接的现象。轨道特征3：可重复轨道 卫星每绕地面一圈，卫星进动修正后，地球赤道由西往东旋转了约2866km，即第二条运行轨迹相对前一条运行轨迹在地面上西移2866km。 一天24小时绕地13.944圈，第14圈时已进入第二天，称为第二天第一条轨道，这一条轨道与前一天

20、第一条轨道之间 差0.056圈，在地面上赤道处为159km。陆地卫星类 Landsat （美国）（1）传感器： Landsat-13：装载MSS多光谱扫描仪（MultiSpectral Scanner），返束光导管（RBV：Return Beam Vidicon）摄像机。Vidicon：光导摄像管。 Landsat-4：1982年：装有MSS，RBV，TM（Thematic Mapper：专题绘图仪）。 Landsat-7：1999年：装有MSS，RBV，采用ETM+（增强-加型专题绘图仪），增加了全色（pan）波段，分辨率为：15m。 全色（Panchromatic，简写：Pan）：对可见光

21、范围内所有波长的光都敏觉的。（2）特点轨道：太阳同步近圆形近极地轨道平均高度：705km（Landsat45，7），915km（Landsat 13）。重访周期：周期16天（Landsat 45，7），18天（Landsat 13）。扫描宽度：185km。分辨率：30m（TM、ETM+：15，7），120m（TM：6），60m（ETM+：6），15m（ETM+：Pan），80m（RBV：1，2，3；MSS：4，5，6，7），40m（RBV：Pan），240m（MSS：8）。轨道特点：太阳同步近极地、近圆形、可重复SPOT （法国）（1）传感器 SPOT 13：HRV（High Resoluti

22、on Visible）高分辨率可见光成像仪； SPOT4：HRVIR（High Resolution Visible and Infrared）高分辨率红外成像仪和（VEGETATION）植被成像装置。（也有缩写：VI，VGT）。 SPOT5：高分辨率几何装置（HRG：High Resolution Geometry），（VEGETATION）植被成像装置，HRS（High Resolution Stereoscopic）高分辨率立体成像装置。（2）特点轨道：太阳同步圆形近极地轨道，平均高度：832km左右。重访周期：26天。扫描宽度：60km（HRV，HRVIR），117km（HRS），22

23、50km（VI）。分辨率：SPOT 14：20m（MS），10m（Pan）；SPOT5：10m（HRG：MS，HRS：立体像对），5m，2.5m（HRG：Pan），1.15km（VI）。高光谱类卫星 多光谱（Multispectral）：几个到十几个光谱通道，光谱分辨率在/10数量级范围（10nm）。 高光谱（Hyperspectral）：几十到几百个光谱通道，光谱分辨率在/100数量级范围（1-10nm）。 超光谱（Ultraspectral）：光谱分辨率在/1000数量级范围（0.2nm）。静止轨道气象卫星：又称为高轨气象卫星，或地球同步轨道气象卫星极地轨道气象卫星：又称为低轨气象卫星，或

24、太阳同步轨道气象卫星小卫星主要特点 ：重量轻、体积小 研制同期短，成本低 （一箭多星）发射灵活，启用速度快，抗毁性强 系统本身和有效载荷性能高 第三章 遥感传感器及其成像原理瞬时视场：指在扫描成像过程，一个光敏探测元件通过望远镜系统投影到地面上的直径或边长。同义词：空间分辨率。 在仪器设计时已经确定。 d探测器尺寸（直径或宽度）；f扫描仪焦距。3. 成像光谱仪以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息的仪器 。 基本上属于多光谱扫描仪，其构造与CCD线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪相同，区别仅在于通道数多，各通道的波段宽度很窄。 3.3.1 微波遥感的基础在微波遥感中，广泛应用L、C、X波

25、段，有时也用P波段。3. 微波特点（1）微波能在夜间工作，因此能全天候工作； （2）对某些地物具有特有的波谱特征。如：微波波段冰、水的比辐射率悬殊，分别为0.4和0.99，可以很好区分。对金属有强烈反射。（3）微波对某些地物有穿透能力。如对冰、雪、森林、土壤等，可以探测林中的军事目标、地下古墓等。L和P波比K或X波段更有穿透力。对于森林，C 波段波长较短，树冠就反射了，没有穿透力；但其它较长波段，由于大于树叶不影响传播。式中：H穿透深度；地物介电常数；地物导电率（4）微波遥感器可采用多频率、多极化、多视角方式工作，具有多普勒效应，从而获取目标的多种信息。（5）可以记录目标的相位信息，通过相位差

26、，确定两点间距离的方法。（6）微波频率很高，在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，其信息容量大。3.3.2.1 真实孔径雷达v 真实孔径雷达（RAD：Real Aperture Radar）：以实际孔径天线进行工作的侧视雷达。 1. 真实孔径雷达分辨率 分辨率：距离分辨率和方位分辨率。 距离分辨率：在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标的最小距离。 距离分辨率与俯角和脉冲宽度有关。俯角越小，脉冲宽度越小，距离分辨率越高。但减小脉冲宽度，将使作用距离减小。为了保持一定的作用距离，这时需加大发射功率，造成设备庞大，费用昂贵。目前一般采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率。方位分辨率：指相邻的两束脉冲之间，能

27、分辨两个目标的最小距离。 公式见PPT重要合成孔径雷达（SAR：Synthetic Aperture Radar）：利用遥感平台的匀速前进移动，将小孔径的天线以一定的时间间隔发射脉冲信号，天线在不同位置接收回波信号的幅度和相位，起到大孔径天线的作用，提高方位分辨率的雷达。3.3.2.3 侧视雷达图像的几何特点（1）垂直于飞行方向的比例尺 垂直飞行方向（y）由星下点向外的比例尺：由小变大。（2）变形压缩与拉长 造成山体前倾，朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长，与中心投影相反。还会出现不同地物点重影现象。 （3）高差产生的投影差 高差产生的投影差与中心投影影像投影差位移的方向相反

28、，位移量也不同。（4）雷达立体图像的构像特点 从不同摄站对同一地区获取的雷达图像也能构成立体影像。相干雷达（INSAR：Interference Synthetic Aperture Radar）：利用SAR在平行轨道上对同一地区获取两幅（或两幅以上）的单视复数影像来形成干涉，进而得到该地区的三维地表信息。激光雷达（LASER：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）：工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。第四章遥感图像数字处理的基础知识4.1 图像的表示形式v 遥感图像的表示形式：遥感传感器记录地物电磁波的形式 光学

29、图像：胶片或其它光学成像载体形式 数字图像：数字形式 3.光学图像与数字图像的转换v 光学图像变成数字图像 把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数 空间坐标离散化采样 幅度（光密度）离散化 量化 整个过程称为图像数字化 4.2.2 存贮格式v BSQ（Band SeQuential）：按照波段顺序依次记录各波段的图像v BIL（Band Interleaved Line）：逐行按波段次序排列v BIP（Band Interleaved by Pixel）：每个像元按波段次序交叉排序3.1 可见光与色彩 2.色彩概念 色调（H：Hue）：色彩相互区分的特性。 明度（L：Lightness

30、）：光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉，范围为从黑到白。 亮度（V：Value或I：Intensity）：颜色的相对明暗程度，范围为灰色部分，小于明度的范围。 饱和度（S：Saturation）：彩色浓淡的程度，即渗白程度4.3.2 颜色视觉理论互补色：若两种色光以适当地比例混合产生白色或灰色，这两种颜色成为互补色。 例如红色光和青色光，绿与品红、蓝与黄互补色。三原色：若三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，其中任一种都不能由其余两种颜色混合相加产生，这三种颜色称之为三原色。能量相同的加法三原色混合成白色。 例如：三原色：红（R）、绿（G）、蓝（B）；橙，绿，紫。4.3.3.2多波段彩色变换v 真彩图像：选择遥感影像的红、绿、蓝三个波段，对应赋予红、绿、蓝三种颜色，合成的彩色图像。 例：TM影像真彩合成波段： R: 3（0.66m） G: 2（0.56m）