遙感原理的基本概念

1、第一章 遙感原理的基本概念主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1 遙感的電磁輻射原理1.2 遙感數(shù)據(jù)及其特點(diǎn)1.3 遙感成像原理 1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理1.1.1 1.1.1 遙感遙感( ( Remote Sensing )Remote Sensing )概念概念 廣義：泛指一切無接觸的遠(yuǎn)距離探測(cè)，包括對(duì)電 磁場(chǎng)、力場(chǎng)、機(jī)械波（聲波、地震波）的 探測(cè) 遙感定義：是從遠(yuǎn)處探測(cè)感知物體，也就是不直 接接觸物體，從遠(yuǎn)處通過探測(cè)儀器接收 來自目標(biāo)地物的電磁波信息，經(jīng)過對(duì)信 息的處理，判別出目標(biāo)地物的屬性。 1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理1.1.1 1.1.1 遙感遙感( ( Rem

2、ote Sensing )Remote Sensing )概念概念 遙感技術(shù)從信息流的角度來看，可以分成： 信息獲取、 信息處理 信息應(yīng)用 1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理 1.1.2 1.1.2 電磁波與電磁波譜電磁波與電磁波譜電磁波 :根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,變化的電場(chǎng)能夠在它的周圍引起變化的磁場(chǎng),這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在較遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)引起新的變化電場(chǎng),并在更遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)引起新的變化磁場(chǎng).這種變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生,以有限的速度由近及遠(yuǎn)在空間內(nèi)傳播的過程 1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理 1.1.2 電磁波與電磁波譜電磁波與電磁波譜電磁波 :根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,變化的電

3、場(chǎng)能夠在它的周圍引起變化的磁場(chǎng),這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在較遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)引起新的變化電場(chǎng),并在更遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)引起新的變化磁場(chǎng).這種變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生,以有限的速度由近及遠(yuǎn)在空間內(nèi)傳播的過程 1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理 1.1.2 1.1.2 電磁波與電磁波譜電磁波與電磁波譜 1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理 1.1.2 1.1.2 電磁波與電磁波譜電磁波與電磁波譜 遙感常用波段：遙感常用波段： 紫外線(UV)：0.01-0.4m，碳酸鹽巖分布、水面油污染。可見光：0.4-0.76 m，鑒別物質(zhì)特征的主要波段；是遙感最常用的波段。紅外線(IR) ：0.76-1000 m。

4、近紅外0.76-3.0 m中紅外3.0-6.0 m；遠(yuǎn)紅外6.0-15.0 m；超遠(yuǎn)紅外15-1000 m。（近紅外又稱光紅外或反射紅外；中紅外和遠(yuǎn)紅外又稱熱紅外。微波：1mm-1m。全天候遙感；有主動(dòng)與被動(dòng)之分；具有穿透能力；發(fā)展?jié)摿Υ?1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理 1.1.2 1.1.2 電磁波與電磁波譜電磁波與電磁波譜 1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理 1.1.3 1.1.3 地物的反射光譜地物的反射光譜地物的反射率地物的反射率（反射系數(shù)或亮度系數(shù)）反射系數(shù)或亮度系數(shù)）：地物對(duì)某一波段的反射能量與入射總能量之比。反射率隨入射波長(zhǎng)而變化。影響地物反射率大小的因素

5、：入射電磁波的波長(zhǎng)入射角的大小地表顏色與粗糙度土壤的光譜曲線常見地物的光譜曲線比較 1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理 1.1.4 1.1.4 地物的發(fā)射光譜曲線地物的發(fā)射光譜曲線發(fā)射光譜：地物的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律。發(fā)射光譜曲線：按照發(fā)射率和波長(zhǎng)之間的關(guān)系繪成的曲線。巖石的發(fā)射光譜分析 1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理 1.1.5 1.1.5 大氣窗口大氣窗口大氣窗口：通過大氣而較少被反射、吸收或散射的投射率較高的電磁輻射波段。 大氣窗口是選擇遙感工作波段的重要依據(jù)。大氣窗口大氣窗口大氣窗口波段波段透射率透射率/%/%應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例紫外可見光紫外可見光近紅外近紅外0

6、.30.31.3 m1.3 m9090TM1-4TM1-4、SPOTSPOT的的HRVHRV近紅外近紅外1.51.51.8 m1.8 m8080TM5TM5近近- -中紅外中紅外2.02.03.5 m3.5 m8080TM7TM7中紅外中紅外3.53.55.5 m5.5 mNOAANOAA的的AVHRRAVHRR遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外8 814 m14 m60607070TM6TM6微波微波0.80.82.5cm2.5cm100100RadarsatRadarsat 1.1 遙感的電磁輻射原理遙感的電磁輻射原理 1.1.5 1.1.5 大氣窗口大氣窗口大氣的吸收作用O2吸收帶吸收帶0.2m，0.155

7、m最強(qiáng)最強(qiáng)O3吸收帶吸收帶0.20.36 m，0.6 mH2O吸收帶吸收帶0.50.9 m , 0.952.85 m，6.25 mCO2吸收帶吸收帶1.352.85 m, 2.7 m,4.3 m,14.5 m塵埃塵埃吸收量很小吸收量很小 1.2 遙感數(shù)據(jù)及其特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)及其特點(diǎn) 1.2.1 1.2.1 遙感分類遙感分類按平臺(tái)高度分類： 航空 平臺(tái) 航攝平臺(tái) 航空平臺(tái)按遙感應(yīng)用分類： 陸地資源型 SAR 類衛(wèi)星 氣象衛(wèi)星等（1）航空遙感平臺(tái)（2）航攝平臺(tái)）航攝平臺(tái)運(yùn)五運(yùn)五High altitudeModerate altitudeAirborne PlatformLow altitudeUnma

8、nned航空遙感影像無人機(jī)遙感衛(wèi)星平臺(tái)IKONOSORBVIEWRADSATQUICKBIRDFY-2SPOTCBERSEOS AM-1 1.2 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù) 1.2.2 1.2.2 遙感數(shù)據(jù)格式遙感數(shù)據(jù)格式圖像（image）、影像：定義：對(duì)一個(gè)事物或者對(duì)象的表達(dá)、類比、模仿，或者形象的描述。類型：可視圖像：照片（photo）、繪畫（painting）、畫像（picture）、影像（image）；非可視圖像，亦即物理圖像，表示物質(zhì)、能量的實(shí)際分布，如溫度場(chǎng)、氣壓場(chǎng)、人口密度度、聲音圖像；數(shù)學(xué)函數(shù)圖像，連續(xù)的數(shù)學(xué)函數(shù)；光學(xué)圖像、數(shù)字圖像；光學(xué)圖像和數(shù)字圖像之間的轉(zhuǎn)換：A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換SR

9、TM數(shù)據(jù)的影像 1.2 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù) 1.2.2 1.2.2 遙感數(shù)據(jù)格式遙感數(shù)據(jù)格式 遙感數(shù)字圖像（Digital Image）概念：以數(shù)字形式表述的遙感圖像基本組成單元：像素或象元（pixels），取值大小代表灰度高低；一幅數(shù)字圖像可以表示和記錄為M行N列像素組成的矩陣 1.2 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù) 1.2.2 1.2.2 遙感數(shù)據(jù)格式遙感數(shù)據(jù)格式mnmmnnaaaaaaaaa212222111211 1.2 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù) 1.2.2 1.2.2 遙感數(shù)據(jù)格式遙感數(shù)據(jù)格式數(shù)字化圖像概念：圖像數(shù)字化的過程，就是把一幅遙感模擬圖像劃分成規(guī)整的格網(wǎng)單元或像素，并賦予每一像素一整數(shù)值，以表征其

10、灰度值的大小。數(shù)字化過程：采樣、量化 1.2 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù) 1.2.2 1.2.2 遙感數(shù)據(jù)格式遙感數(shù)據(jù)格式采樣：連續(xù)圖像的離散化，采樣間隔對(duì)圖像質(zhì)量的影響量化：以有限的整數(shù)值表示圖像的灰度和灰階數(shù)二值圖像：量化值只有0、1兩個(gè)量；灰度圖像：一般量化為256個(gè)灰階，即0255，單字節(jié)記錄；編碼彩色圖像：圖像編碼為256種彩色，即0255，每一編碼代表一種顏色；真彩色圖像：分別對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)三個(gè)波段，每一波段有256個(gè)灰階，最多允許的色彩數(shù)224=1.67107種圖像數(shù)據(jù)量：行數(shù)（M）列數(shù)（N）灰階數(shù)（G）波段數(shù)（D) 1.2 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù) 1.2.2 1.2.2 遙感數(shù)據(jù)格式遙感數(shù)據(jù)格

11、式BSQ（Band SeQuential）：按照波段順序依次記錄各波段的圖像BIP（Band Interleaved by Pixel）：每個(gè)像元按波段次序交叉排序BIL（Band Interleaved Line）：逐行按波段次序排列其他常見圖像數(shù)據(jù)格式：BMP, TIFF, GIF, PCX, PSD, MrSID, HDF, 1.2 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù) 1.2.2 1.2.2 遙感數(shù)據(jù)格式遙感數(shù)據(jù)格式遙感制圖的步驟：遙感制圖的步驟：圖像轉(zhuǎn)換（數(shù)字化）：A/D變換、D/A變換圖像校正（預(yù)處理）：輻射校正、幾何校正圖像增強(qiáng)：光譜增強(qiáng)、空域增強(qiáng)、頻域增強(qiáng)、色彩變換圖像融合：多源信息復(fù)合圖像分析與

12、識(shí)別：監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類、模式識(shí)別遙感制圖：平面圖、三維立體圖1.2 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù)1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感技術(shù)的發(fā)展、遙感采集手段的多樣性，觀測(cè)條件的可控性，確保了所獲得的遙感數(shù)據(jù)的多源性，即多平臺(tái)、多波段、多視場(chǎng)、多時(shí)相、多角度、多極化等1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)空間分辨率1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)空間分辨率1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)空間分辨率1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)幾何特征1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)幾何特征1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)幾何特征地面目標(biāo)是個(gè)復(fù)雜的多維模型，他有一個(gè)特定的空間分布特征（位置、形狀、

13、大小、相互關(guān)系）。從地面原型（一個(gè)無限的、連續(xù)的多維信息源），經(jīng)遙感過程轉(zhuǎn)為遙感信息（一個(gè)有限化、離散化的二維平面記錄）后，受大氣傳輸效應(yīng)和遙感器成像特征的影像，這些地面目標(biāo)的空間特征會(huì)被部分歪曲、或者變形。在進(jìn)行遙感制圖過程中，就必須進(jìn)行幾何校正。1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)幾何特征1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)光譜分辨率1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)幾何特征1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)光譜分辨率一個(gè)波段就是一個(gè)二維的矩陣，多光譜數(shù)據(jù)就是一個(gè)多維矩陣，即矩陣的第一維是波段數(shù)，第二、第三維就是對(duì)應(yīng)的行和列。也可以理解為一個(gè)像元是一個(gè)波段的序列觀測(cè)值。1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)幾何特征1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)時(shí)間分辨率1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)幾何特征1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)輻射分辨率1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)幾何特征1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)輻射分辨率1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)幾何特征1.2.3 遙感數(shù)據(jù)特