遙感概論-教案

1、一、學(xué)生情況分析遙感概論這門課是土管14級(jí)本科班學(xué)生首次接觸遙感知識(shí)的基礎(chǔ)課程，之 前對(duì)于遙感知識(shí)的理論內(nèi)容從未涉及，只在大一時(shí)期學(xué)習(xí)過土地信息系統(tǒng)課程中 數(shù)據(jù)源遙感圖像，如遙感的物理基礎(chǔ)、遙感數(shù)據(jù)平臺(tái)、光學(xué)電磁波的內(nèi)容均尚未 涉及。該專業(yè)的培養(yǎng)方案注重學(xué)生的地理信息技能人才，本課程應(yīng)按照培養(yǎng)方案的 培養(yǎng)目標(biāo)，啟發(fā)和調(diào)動(dòng)本專業(yè)同學(xué)對(duì)遙感知識(shí)的興趣， 開拓地理知識(shí)，激發(fā)同學(xué) 空間研究潛力，為遙感學(xué)科儲(chǔ)備人才。二、課程教學(xué)目標(biāo)本課程的主要目的是通過學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握遙感的基礎(chǔ)知識(shí)，在內(nèi)容上著重于遙感基本原理和方法的介紹。遙感概論課程主要介紹現(xiàn)代遙感技術(shù)的發(fā)展與 最新成果，系統(tǒng)、全面地介紹遙感基本理論與

2、基礎(chǔ)知識(shí)和遙感技術(shù)的基本原理及 其應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容主要包括：遙感的基本概念，遙感的物理基礎(chǔ)，傳感器，航空 遙感數(shù)據(jù)，地球資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，微波遙感數(shù)據(jù)，熱紅外遙感數(shù)據(jù)，高光譜遙感數(shù) 據(jù)，遙感數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)，遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理，遙感圖像處理，遙感圖像目視解 譯原理與方法，計(jì)算機(jī)遙感圖像解譯，遙感應(yīng)用等。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以為 后續(xù)其它課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。三、課程教學(xué)內(nèi)容第一章概述主要內(nèi)容：遙感概念、遙感的特性、遙感的分類、遙感技術(shù)系統(tǒng)、遙感的幾 個(gè)基本術(shù)語(yǔ)、遙感的發(fā)展歷程、遙感的現(xiàn)狀與趨勢(shì)、遙感的應(yīng)用。本章重點(diǎn)：掌握遙感概念、遙感的特性，基本了解遙感的幾個(gè)基本術(shù)語(yǔ)，以 及遙感應(yīng)用。本章無難點(diǎn)。第

3、二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)主要內(nèi)容：對(duì)電磁波譜進(jìn)行介紹，了解輻射的基本定律，以及太陽(yáng)輻射過程， 掌握太陽(yáng)輻射與大氣、地面的相互作用，同時(shí)介紹了三種遙感模式。本章重點(diǎn)：掌握太陽(yáng)輻射與大氣、地面的相互作用。本章難點(diǎn)：輻射的基本定律，太陽(yáng)輻射過程。第三章傳感器主要內(nèi)容：了解傳感器的組成、傳感器的分類，掌握攝影型傳感器以及掃描 式傳感器的知識(shí)，了解傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。本章重點(diǎn)：攝影型傳感器以及掃描式傳感器，以及常見的掃描式傳感器。本章難點(diǎn)：傳感器的構(gòu)造及運(yùn)行原理。第四章航空遙感數(shù)據(jù)主要內(nèi)容：了解航空遙感平臺(tái)、航空攝影、航空像片的基本知識(shí)，及航空像 片的立體觀測(cè)和量測(cè)原理，掌握航空像片的目視判讀方法，熟練掌握常

4、見地物的 像片判讀知識(shí)。本章重點(diǎn)：常見地物包括水體、植被、居民地、道路的判讀規(guī)律。本章難點(diǎn)：立體觀測(cè)與量測(cè)的原理。第五章地球資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)主要內(nèi)容：地球資源衛(wèi)星的概述，主要講解Landsat衛(wèi)星的知識(shí)，包括簡(jiǎn)介、 軌道、各項(xiàng)衛(wèi)星參數(shù)、工作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)特征等方面，同時(shí)介紹了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的 目視判讀特點(diǎn)及方法步驟，及常見地物的判讀規(guī)律，最后列舉了其它地球資源衛(wèi) 星數(shù)據(jù)與氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征。本章重點(diǎn)：Landsat衛(wèi)星有關(guān)的內(nèi)容，其它地球資源衛(wèi)星與氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)的 介紹。本章難點(diǎn)：Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征、工作系統(tǒng)。第六章微波遙感數(shù)據(jù)主要內(nèi)容：了解主動(dòng)微波遙感的傳感器，機(jī)載側(cè)視雷達(dá)的遙感系統(tǒng)，

5、以及星 載雷達(dá)遙感系統(tǒng)的基本參數(shù)，掌握雷達(dá)的特點(diǎn)，了解激光雷達(dá)的基本知識(shí)。本章重點(diǎn)：雷達(dá)圖像的亮度、波長(zhǎng)、穿透力、極化及幾何特性，圖像的輻射 特征。本章難點(diǎn)：雷達(dá)的特點(diǎn)。第七章熱紅外遙感數(shù)據(jù)主要內(nèi)容：了解熱紅外遙感原理，熱紅外遙感圖像特征與解譯，熱容量制圖 系統(tǒng)的簡(jiǎn)介，掌握Landsat TM熱紅外數(shù)據(jù)基礎(chǔ)知識(shí)，熱紅外遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用。本章重點(diǎn)：掌握Landsat TM熱紅外數(shù)據(jù)基礎(chǔ)知識(shí)，熱紅外遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用。本章難點(diǎn)：熱紅外遙感原理，熱紅外遙感的輻射定標(biāo)。第八章高光譜遙感數(shù)據(jù)主要內(nèi)容：了解高光譜遙感數(shù)據(jù)的概述，基本概念和高光譜遙感原理，了解 高光譜遙感的傳感器，掌握高光譜遙感影像分析技術(shù)原理及

6、應(yīng)用。本章重點(diǎn)：高光譜遙感影像分析技術(shù)，高光譜遙感的應(yīng)用。本章難點(diǎn)：高光譜遙感原理及傳感器工作原理，混合光譜分解技術(shù)。第九章遙感數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)主要內(nèi)容：掌握遙感數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)各種存儲(chǔ)格式， 圖像輸入與輸出，數(shù)字圖像的 統(tǒng)計(jì)特征，了解遙感圖像的處理軟件。本章重點(diǎn)：遙感數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式，圖像的統(tǒng)計(jì)特征。本章難點(diǎn)：各存儲(chǔ)格式的差別。第十章遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理主要內(nèi)容：掌握遙感數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)特征提取內(nèi)容及方法， 熟練掌握輻射預(yù)處理的 原理及輻射校正方法，幾何誤差類型和幾何校正原理及方法， 校正地面控制點(diǎn)的 選取，衛(wèi)星影像的地圖投影，掌握數(shù)據(jù)融合的幾種常用方法。本章重點(diǎn)：輻射校正方法、幾何校正方法、地圖投影原理、數(shù)據(jù)

7、融合方法。本章難點(diǎn)：輻射誤差和幾何誤差形成原因，數(shù)據(jù)融合方法的原理。第十一章遙感圖像的增強(qiáng)處理主要內(nèi)容：了解遙感圖像的彩色合成，圖像中直方圖對(duì)比度調(diào)整的各種變換 方法，單波段黑白遙感圖像的密度分割與灰度顛倒，掌握幾種領(lǐng)域法增強(qiáng)處理方 法的作用原理，及圖像問灰度值運(yùn)算基本原理，掌握以Landsat TM為例的多波 段壓縮處理方法。本章重點(diǎn)：遙感圖像的領(lǐng)域法增強(qiáng)處理，主成分分析法與纓帽變換方法壓縮 多波段冗余信息。本章難點(diǎn)：密度分割與灰度顛倒原理，領(lǐng)域法增強(qiáng)處理方法的作用原理。第十二章遙感圖像的分類主要內(nèi)容：了解遙感影像分類器的基本介紹，遙感圖像的信息類別與光譜類 別，熟練掌握非監(jiān)督分類的特點(diǎn)、方

8、法、運(yùn)行步驟，監(jiān)督分類的特點(diǎn)，監(jiān)督分類 訓(xùn)練區(qū)選擇原則與步驟，監(jiān)督分類的方法原理及一般步驟，掌握其它分類方法及 分類策略，了解分類中應(yīng)用的輔助數(shù)據(jù)類型，圖像分類的有關(guān)問題。本章重點(diǎn)：非監(jiān)督分類方法，監(jiān)督分類方法及一般步驟。本章難點(diǎn)：監(jiān)督分類方法原理，其它分類方法。第十三章分類精度評(píng)價(jià)主要內(nèi)容：了解精度的概念與意義，掌握分類誤差的來源，誤差特征，熟練 掌握精度評(píng)價(jià)方法及誤差矩陣的應(yīng)用。本章重點(diǎn)：精度評(píng)價(jià)方法及誤差矩陣的應(yīng)用。本章難點(diǎn)：精度評(píng)價(jià)方法原理，誤差矩陣的比較分析。第一講：概述一、教學(xué)目標(biāo).掌握遙感概念、遙感的特性、遙感技術(shù)系統(tǒng).了解遙感的幾個(gè)基本術(shù)語(yǔ)、遙感的發(fā)展歷程、遙感的現(xiàn)狀與趨勢(shì).了

9、解遙感的應(yīng)用二、重點(diǎn)與難點(diǎn)分析.重點(diǎn)：理解遙感概念，了解遙感的特性和遙感技術(shù)系統(tǒng).難點(diǎn):無三、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程.進(jìn)行自我介紹姓名，聯(lián)系方式，專業(yè)方向。建議學(xué)生用電子郵件方式聯(lián)系。.進(jìn)行課程簡(jiǎn)介介紹課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)、參考書及資料、課程教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容框架、學(xué)習(xí)方法、 作業(yè)與實(shí)驗(yàn)、考核方式、上課時(shí)間與地點(diǎn)等情況，研究性學(xué)習(xí)的安排。強(qiáng)調(diào)本課 程與相關(guān)課程的關(guān)系。教學(xué)提示:考核方式為平時(shí)占10 %,實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30%,期末筆試占60%。 研究性學(xué)習(xí)任務(wù)部分章節(jié)會(huì)布置，采用分組完成的方式，承接任務(wù)的小組或個(gè)人 應(yīng)提供本任務(wù)的分工、研究結(jié)果和收獲。.演示第一講 PPTW件，進(jìn)入主題。(1)解釋名詞。遙感：遙感

10、(Remote sensing ,即遙遠(yuǎn)的感知，是指不接觸目標(biāo)物用探測(cè) 儀器接受目標(biāo)物的電磁波并記錄下來，根據(jù)其數(shù)據(jù)處理結(jié)果對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別、 分析、測(cè)定、解譯的一門技術(shù)。相應(yīng)的英文介紹： The acquisition andmeasurement of data/information on some property(ies) of a phenomenon, object,or material by a recording device not in physical, intimate contact with thefeature(s) under surveillance遙感一

11、詞，最早是1960年由美國(guó)海軍研究局的艾弗林.普魯伊特所使用，1962 式使用，最早是指非攝影的方式取得目標(biāo)物的數(shù)據(jù)或圖像，后來將攝影和非攝影的方式均包括在內(nèi)。概念按照廣義和狹義分別介紹：廣義遙感：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)等的探測(cè)。狹義遙感：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。教學(xué)提示:遙感即遙遠(yuǎn)的感知，英文名稱為 RemoteSensing利用911前 后的紐約世貿(mào)中心和汶川地震前后北川的遙感圖，解釋遙感圖前后的差異。(2)解釋遙感的特性共有3

12、個(gè)特性，分別為空間特性、時(shí)相特性、波譜特性，其中：1.空間特性是宏觀性，大尺度觀測(cè): 1萬航空像片可以表示2.3km 2.3km范圍的地面，連續(xù)拍攝的航空像片 又可以鑲嵌為更大的區(qū)域，而衛(wèi)星影像能覆蓋更大的范圍，例如 Landsat5衛(wèi)星能掃描地面185k亦185km的范圍，圖上是一景TM數(shù)據(jù)，而左下角是滁州市的 位置，形象表示TM 一景所覆蓋大小。.時(shí)相特性是周期成像，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)Landsat5每天環(huán)繞地球14.5圈，覆蓋地球一遍所需時(shí)間16天，如果兩顆衛(wèi) 星同時(shí)運(yùn)行，只需8天，氣象衛(wèi)星的周期更短，只有 0.5天。航空像片則需要聯(lián) 系飛行機(jī)構(gòu)安排飛行拍攝任務(wù)。前面所看到的遙感圖正是動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)最好

13、的例子。3.波譜特性是波譜段廣，觀測(cè)范圍大目前遙感能探測(cè)的電磁波段有紫外線、可見光、紅外線、微波。教學(xué)提示:以上優(yōu)勢(shì)決定了遙感具有信息量巨大、受地面限制條件少、經(jīng) 濟(jì)效益好、用途廣等優(yōu)勢(shì)。(3)介紹遙感的分類1按遙感對(duì)象分(1)宇宙遙感以外太空其它星體為感測(cè)對(duì)象(2)地球遙感地球表層環(huán)境 一一環(huán)境遙感；在環(huán)境遙感中若地球表層資源 為對(duì)象稱為資源遙感2按遙感平臺(tái)分(1)航天遙感平臺(tái)H150km火箭、人造衛(wèi)星、飛船、航天飛機(jī)等(2)航空遙感平臺(tái)1kmH12km普通飛機(jī)、氣球、飛艇等(3)地面遙感平臺(tái)貼近地面遙感車、遙感塔、遠(yuǎn)洋測(cè)量船”、三腳架等3按遙感媒介分(1)電磁波遙感常用的電磁波波段是紫外、

14、可見光、紅外和微波等(2)聲波遙感潛水艇的聲納技術(shù)、探測(cè)珍貴魚群的回游路線和遷徙規(guī)律(3)重力場(chǎng)遙感地質(zhì)探礦，通過重力值的變化來推斷地層中是否有某種元 素富積(4)地震波遙感4按遙感器的工作方式分(1)被動(dòng)遙感遙感本身并不發(fā)射任何人工探測(cè)信號(hào)，只是被動(dòng)接收來自于 目標(biāo)的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)性質(zhì)、數(shù)量、空間位置等特征進(jìn)行識(shí)別的遙感方式， 例如：無源遙感”，如中午拍照。(2)主動(dòng)遙感遙感器發(fā)射人工探測(cè)信號(hào)，到達(dá)目標(biāo)后信號(hào)反射回來被傳感 器接收從而對(duì)目標(biāo)性質(zhì)、數(shù)量、空間位置進(jìn)行識(shí)別的遙感方式。如，夜晚拍照通 常要在相機(jī)上裝閃光燈。主要是 微波遙感”。5按遙感獲取的數(shù)據(jù)形式分(1)成像方式遙感(能獲得

15、目標(biāo)的圖像Image,圖形Graphics)A攝影方式，照相機(jī)B掃描方式，TM與雷達(dá)(2)非成像方式遙感(不能獲得目標(biāo)物的圖像，常是一些曲線，如氣象中 溫度輻射計(jì))6按應(yīng)用領(lǐng)域分地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草原、水文、測(cè)繪、環(huán)境、災(zāi)害、城市、海洋、大氣、 軍事等。(4)介紹遙感技術(shù)系統(tǒng)1遙感平臺(tái)(Platform)：搭載遙感儀器的裝置，如：汽車，汽球，飛機(jī)，衛(wèi)星地面平臺(tái)：主要指用于安置傳感器的三腳架、遙感塔、遙感車等，高度在 100米以下。航空平臺(tái)：指高度在12千米以內(nèi)的飛機(jī)和氣球。航天平臺(tái)：指高度在150千米以上的人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、空間軌道站 和航天飛機(jī)等。人造地球衛(wèi)星：1、低高度/短壽命( 1

16、50-350km,幾天到幾十天)；2、中高 度/長(zhǎng)壽命(350-1800km, 3-5年)；3、高高度/長(zhǎng)壽命(36000km, 10年以上)。2傳感器(Remote sensor)接收，記錄和傳送遙感信息的裝置，如，照相機(jī)， 攝像機(jī)，掃描儀。傳感器也稱遙感器或者探測(cè)器，是遠(yuǎn)距離感測(cè)和記錄地物環(huán)境輻射或反射電 磁能量的遙感儀器。根據(jù)記錄方式不同，主要分為成像方式和非成像方式兩類。傳感器一般由信息收集、探測(cè)系統(tǒng)、信息處理和信息輸出4部分組成。3遙感信息的獲取與接收(Acquisition)：通過傳感器，如掃描儀，攝影機(jī)等接 收或記錄目標(biāo)物的電磁波。傳感器可以裝載在地面(如車載)，空中或空間等遙

17、感平臺(tái)上。記錄在傳感器介質(zhì)上的電磁波信息傳輸給地面的接受站接受。如美國(guó)陸地資源衛(wèi)星(landsat)的地面接收站。4遙感信息的處理(ImageProcessing)為了便于應(yīng)用接收到的電磁波數(shù)字信 息通過計(jì)算機(jī)要進(jìn)行一系列的處理，如幾何和大氣校正，圖像的增強(qiáng)，變換，融 合等。專用的遙感圖像處理軟件有 ERDAS, ENVI , PCI等。5遙感信息的應(yīng)用(Application)：根據(jù)遙感信息的特點(diǎn)和應(yīng)用的目的，遙感 信息的應(yīng)用十分廣泛。在國(guó)土資源(土地利用，地質(zhì)勘探，農(nóng)林資源監(jiān)測(cè))，測(cè) 繪，軍事，城鎮(zhèn)規(guī)劃，環(huán)境監(jiān)測(cè)，交通運(yùn)輸，海洋，水文等許多方面都有應(yīng)用。(5)介紹遙感的幾個(gè)基本術(shù)語(yǔ)1地物光

18、譜差異：不同地面地面物體反射或發(fā)射能量之間的光譜差異，如玉 米和小麥的光譜特征差異；不同地面物體反射或發(fā)射能量隨波長(zhǎng)變化， 如多波段 圖像識(shí)別地物；不同時(shí)期地物的反射或發(fā)射能量之間的光譜差異，如農(nóng)作物的物候時(shí)期光譜變化。2輻射記錄差異：傳感器對(duì)物體和目標(biāo)地物的亮度差異的記錄。3空間分辨差異：空間分辨率決定了影像的空間細(xì)節(jié)水平。取決于傳感器、 成像高度、地面景觀的空間復(fù)雜度。4幾何誤差：由于傳感器鏡頭的觀察角度、掃描儀的運(yùn)動(dòng)，地形起伏和地球 的曲率造成的，遙感器獲得影像與地面景觀不能形成一致的幾何關(guān)系，存在位置誤差。5像片格式與數(shù)字格式的可轉(zhuǎn)換性6遙感成像系統(tǒng)：成像系統(tǒng)中包括鏡頭，膠片。7大氣作

19、用：所有能量達(dá)到遙感儀器前都經(jīng)過了大氣的衰減作用。教學(xué)提示:像片格式與數(shù)字格式分別用例子來闡述。(6)簡(jiǎn)述遙感的發(fā)展歷程遙感最初是隨著望遠(yuǎn)鏡，攝影技術(shù)，航空和航天技術(shù)以及電子和計(jì)算機(jī)技術(shù) 的發(fā)展而發(fā)展起來的。1608年和1609年的漢斯.李波爾的第一架望遠(yuǎn)鏡和伽里略的放大望遠(yuǎn)鏡。無 記錄時(shí)期1839年法國(guó)人達(dá)蓋爾發(fā)明了第一臺(tái)可攜式木箱照相機(jī)。開始了有記錄時(shí)期。1858年納喬士用氣球上的照相機(jī)拍攝了巴黎的鳥瞰圖。開始了空中攝影。1860年美國(guó)人華萊士乘氣球拍攝了波士頓市1903年萊特兄弟發(fā)明了世界第一架飛機(jī)。1909年威爾伯賴特(Wilber Wright )在飛機(jī)上拍攝了最早的航拍照片， 從空

20、中鳥瞰一座叫做森托切利的意大利城鎮(zhèn)。1913年航空攝影用于油田測(cè)量。此后航空攝影技術(shù)逐漸用于農(nóng)業(yè)，林業(yè)，礦業(yè)，城市規(guī)劃等其它領(lǐng)域。二次 大戰(zhàn)航空攝影技術(shù)廣泛用于軍事偵察，并得到了迅速的發(fā)展。航天遙感是伴隨著 人造衛(wèi)星的上天而發(fā)展起來的。1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一個(gè)人造衛(wèi)星。開始了航天遙感。1960年美國(guó)的太陽(yáng)同步氣象衛(wèi)星。1972年美國(guó)的陸地資源衛(wèi)星(landsat)。1986年法國(guó)的spot資源衛(wèi)星。90年代以后高分辨率的遙感衛(wèi)星，如ikonos、quickbird等相繼出現(xiàn)，分辨 率可達(dá)到米級(jí)以下。與此同時(shí)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的出現(xiàn)。發(fā)展歷程階段分為：攝影術(shù)階段、空中氣球攝影階段

21、、飛機(jī)攝影階段、航空 遙感階段、衛(wèi)星遙感階段。中國(guó)的遙感發(fā)展簡(jiǎn)況：我國(guó)的遙感技術(shù)始于上個(gè)世紀(jì)30年代，以航空攝影為主。上世紀(jì)50年代引入前蘇聯(lián)的航空攝影技術(shù)，航空遙感測(cè)量和監(jiān)測(cè)在我國(guó)開 始廣泛應(yīng)用。上世紀(jì)70年代以后，開始對(duì)應(yīng)用于各種遙感平臺(tái)的各種傳感器進(jìn)行了廣泛 深入的研究，如多光譜掃描儀，紅外照相機(jī)，成像光譜儀，雷達(dá)微波技術(shù)。1970年我國(guó)發(fā)射了 東方紅一號(hào)人造衛(wèi)星，標(biāo)志著我國(guó)自主研發(fā)的航天遙 感技術(shù)的到來。1988年發(fā)射了我國(guó)第一顆氣象衛(wèi)星 風(fēng)云一號(hào)1999年又發(fā)射了中巴資源衛(wèi)星”在此期間航空航天遙感技術(shù)在氣象、國(guó)土 資源、環(huán)境、地質(zhì)勘探，水利，海洋、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、交通、城市規(guī)劃、軍

22、 事等許多方面都有全方位的應(yīng)用和研究。(7)遙感的現(xiàn)狀與趨勢(shì)1多分辨率多遙感平臺(tái)并存，空間分辨率、時(shí)間分辨率及光譜分辨率普遍提 高全色0.85m,多光譜3.330m的多空間分辨率。美國(guó)的 ORBVIEW 可獲取 1m精度，美國(guó)EOS衛(wèi)星的MODIS-N有35個(gè)波段，美國(guó)NOAA的單顆衛(wèi)星每 天對(duì)同一區(qū)域可觀測(cè)2次。2微波遙感、高光譜遙感迅速發(fā)展微波遙感技術(shù)是近十年發(fā)展起來的具有良好應(yīng)用前景的主動(dòng)式探測(cè)方法，具有穿透性強(qiáng)、不受天氣影響的特性，可全天時(shí)、全天候工作。成像雷達(dá)、激光雷 達(dá)。能探測(cè)寬波段遙感中不能探測(cè)的物質(zhì)。有高光譜儀的衛(wèi)星為EO-1、MERIS、 ADEOS-2、ORBVIEW4。3

23、遙感的綜合應(yīng)用不斷深化4商業(yè)遙感時(shí)代到來(8)遙感的應(yīng)用1農(nóng)林方面的應(yīng)用：農(nóng)作物類型區(qū)分、種植面積的估算、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)和病蟲 害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、作物估產(chǎn)、土地資源與肥力監(jiān)測(cè)、森林、草場(chǎng)資源的清查、評(píng)價(jià)和 調(diào)控、森林、草場(chǎng)的火災(zāi)和病蟲害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。2地質(zhì)、礦產(chǎn)方面的應(yīng)用：成礦條件的地質(zhì)分析、指導(dǎo)礦產(chǎn)普查勘探的方向、 預(yù)估礦區(qū)的發(fā)展前景。在工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、石油地質(zhì)以及地震地質(zhì)等方面均有應(yīng)用。3水文、海洋方面的應(yīng)用：水資源調(diào)查、水資源動(dòng)態(tài)研究、冰雪研究以及海 洋研究等。其中海洋研究，例如漁業(yè)資源調(diào)查，海岸帶地質(zhì)地貌分類、海岸帶資 源開發(fā)、灘涂面積、海岸線長(zhǎng)度量算。4環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用：大氣污染監(jiān)測(cè)、土地污

24、染監(jiān)測(cè)、赤潮監(jiān)測(cè)、海洋污 染監(jiān)測(cè)、其它污染監(jiān)測(cè)。5測(cè)繪方面的應(yīng)用：地形圖測(cè)繪、專題地圖的編繪作用。6地理學(xué)方面的應(yīng)用：獲取地理空間信息和定量數(shù)據(jù)、為規(guī)劃制圖和空間分 析、獲取全球信息、遙感考古、城市規(guī)劃、旅游規(guī)劃、環(huán)境規(guī)劃等。3s技術(shù)的密切結(jié)合，共同作用。4.教學(xué)小結(jié)本講首先介紹了本課程的基本情況與要求， 介紹了遙感的有關(guān)概念、特性和 分類，并通過圖片的形式直觀地介紹了遙感的應(yīng)用。第二講：遙感電磁輻射基礎(chǔ)一、教學(xué)目標(biāo).對(duì)電磁波譜進(jìn)行介紹，了解輻射的基本定律，以及太陽(yáng)輻射過程.掌握太陽(yáng)輻射與大氣、地面的相互作用3. 了解三種遙感模式二、重點(diǎn)與難點(diǎn)分析重點(diǎn)：掌握太陽(yáng)輻射與大氣、地面的相互作用難點(diǎn)：

25、輻射的基本定律，太陽(yáng)輻射過程三、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程.電磁波譜與電磁輻射(1)波：振動(dòng)的傳播，質(zhì)點(diǎn)在平衡位置振動(dòng)而能量向前傳播，如抖動(dòng)繩索產(chǎn) 生的波。如果質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同，稱為縱波。如果質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，稱為橫波。(2)電磁波：電磁振動(dòng)的傳播，交互變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播。當(dāng)電磁振蕩進(jìn)入空間，變化的磁場(chǎng)激發(fā)了渦旋電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)又激發(fā)了渦 旋磁場(chǎng)，使電磁振蕩在空間傳播，這就是電磁波，其方向是由電磁振蕩向各個(gè)不 同方向傳播的。按電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率、遞增或遞減依次排列為一個(gè)序譜，將 此序譜稱為電磁波譜。電磁波譜按波長(zhǎng)從小到大(或按頻率從高到低)排列，可 以

26、劃分為咖嗎射線、x射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波。教學(xué)提示:遙感中較多地使用可見光、紅外和微波波段，特別是可見光 近紅外波段。(3)各波段的主要特性紫外線：波長(zhǎng)范圍為0.010.38小叫太陽(yáng)光譜中，只有0.30.38 pm波長(zhǎng)的 光到達(dá)地面，且探測(cè)高度在 2000 m以下?？梢姽猓翰ㄩL(zhǎng)范圍：0.380.76以叫人眼對(duì)可見光有敏銳的感覺。紅外線：波長(zhǎng)范圍為0.761000 pm,根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅 外和超遠(yuǎn)紅外。微波：波長(zhǎng)范圍為1 mm1 m,對(duì)云層、地表植被、松散沙層和干燥冰雪有 一定的穿透能力。伽馬射線和X射線屬于能量高、穿透能力強(qiáng)的電磁輻射。無線電波主要用于廣播、通訊

27、等方面。.紅外線的劃分近紅外：0.763.0 m,與可見光相似，所以又稱光紅外。中紅外：3.06.0四，地面常溫下的輻射波長(zhǎng)，有熱感，又叫熱紅外。遠(yuǎn)紅外：6.015.0加，地面常溫下的輻射波長(zhǎng)，有熱感，又叫熱紅外。超遠(yuǎn)紅外：15.01000嚴(yán)，多被大氣吸收，遙感探測(cè)器一般無法探測(cè)。.電磁輻射的度量1輻射源：廣義：任何物體；狹義：太陽(yáng)及發(fā)熱、發(fā)光物體。2輻射測(cè)量：輻射能量(W):電磁輻射的能量，單位：J輻射通量（）：=dW/dt單位時(shí)間內(nèi)通過某一面積的輻射能量。輻射通量密度：E=dO/ds （w/s2單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的輻射能量。輻照度（I） : I=d/ds（w/s2）,是在某一指定表面上

28、單位面積上所接受的 輻射通量。輻射出射度（M） : M=dD/ds （w/s2 ,輻射源物體表面單位面積的輻射通 量。輻照度和輻射出射度都是輻射通量密度的概念， 不過，I為物體接受的輻射， M為物體發(fā)出的輻射，它們都與波長(zhǎng)有關(guān)。輻射亮度（L）:面輻射源上某點(diǎn)在一定方向上的輻射強(qiáng)弱的度量，具體是 指輻射源在某一方向上，單位投影表面，單位立體角內(nèi)的輻射通量。L=/Q（Acos 9）其中Q=s/R?說明：。立體角，單位是球面度，無量綱； s為與球半徑垂直的某小面元的面積，R為球半徑。8方向看到的源面積是A的 投影面積即為Acos 8。輻射源向外輻射電磁波時(shí)，L往往隨角8而改變，也就是說，接收輻射的觀

29、 察者以不同的8角觀察輻射源時(shí)，L值不同。輻射亮度（L）與觀察角（9）無關(guān)的輻射源，稱為郎伯源。.黑體輻射絕對(duì)黑體：吸收任何波長(zhǎng)電磁輻射的物體，簡(jiǎn)稱黑體。絕對(duì)黑體是一種理想的吸收體，自然界沒有真正的絕對(duì)黑體。.黑體輻射定律1普朗克輻射定律2斯蒂芬-玻爾茲曼定律3維恩位移定律4基爾霍夫（Kirchho u輻射定律教學(xué)提示:實(shí)際物體輻射中，把實(shí)際物體看作是輻射源研究其輻射特性， 是將其與絕對(duì)黑體進(jìn)行比較。.太陽(yáng)輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽(yáng)是被動(dòng)遙感最主要的輻射源，太陽(yáng)輻射實(shí)際上就是太陽(yáng)光。它通過地球 大氣層照射到地面，經(jīng)過地面物體反射后又返回，再經(jīng)過大氣到達(dá)傳感器，而這 時(shí)傳感器探測(cè)到的輻射強(qiáng)度與太

30、陽(yáng)輻射到達(dá)地球大氣上空時(shí)的輻射強(qiáng)度相比已 經(jīng)有了很大的變化。1太陽(yáng)輻射太陽(yáng)常數(shù)：不受大氣影響，在距離一個(gè)天文單位內(nèi)，垂直于太陽(yáng)光輻射方向 上，單位面積單位時(shí)間黑體所接受的太陽(yáng)輻射能量。太陽(yáng)光譜曲線：在大氣上界測(cè)得的太陽(yáng)輻射光譜曲線為平滑的連續(xù)的光譜曲 線，它近似于6000K的黑體輻射曲線。2太陽(yáng)輻射特征太陽(yáng)光譜相當(dāng)于6000 K的黑體輻射；太陽(yáng)輻射的能量主要集中在可見光； 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射主要集中在近紫外、可見光、近紅外和中紅外；經(jīng)過大氣層 的太陽(yáng)輻射有很大的衰減；各波段的衰減是不均衡的。教學(xué)提示:太陽(yáng)輻射從近紫外到中紅外這一波段區(qū)間能量最為集中而且穩(wěn) 定性最好。這也是遙感特別是被動(dòng)遙感利用

31、的主要電磁波譜。3大氣成分大氣主要由分子和其他微粒組成。分子主要有：N2和O2約占99%、03、C02、H20及其他。微粒主要有：煙、塵埃、霧霾、小水滴及氣溶膠，等等。4大氣散射散射：輻射在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，并向各個(gè)方向散開的現(xiàn)象。散射使原傳播方向的輻射強(qiáng)度減弱，而增加其他方向的輻射。從遙感角度看， 太陽(yáng)輻射在照到地面又反射到傳感器的過程中，二次通過大氣。在照到地面時(shí)， 由于散射增加了漫入射的成分，使反射的輻射成分有所改變。在返回傳感器時(shí)， 除反射光之外還增加了散射光進(jìn)入傳感器。增加了信號(hào)噪聲，影響遙感影象質(zhì)量。瑞利散射（原子和分子）：當(dāng)大氣中粒子的直徑比波長(zhǎng)小得多時(shí)發(fā)生的

32、散射。 主要影響可見光和近紅外波段。接瑞利散射：晴空天藍(lán)，就是因?yàn)樗{(lán)光波長(zhǎng)短、散射強(qiáng)度大，藍(lán)光向四面八 方散射使整個(gè)天空蔚藍(lán)。米氏散射（微粒）：當(dāng)大氣中粒子的直徑與輻射的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)發(fā)生的散射。主要有大氣中的微粒、如煙、塵埃、氣溶膠等引起。對(duì)于近紫外和紅外線波段都 有影響。波長(zhǎng)進(jìn)入紅外線波段后，米氏散射超過瑞利散射。無選擇性散射：當(dāng)大氣中粒子的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)發(fā)生的散射。 具特點(diǎn)是 散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)無關(guān)。5大氣反射電磁波傳播過程中，若通過兩種介質(zhì)的交界面，還會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象（鏡面反 射和漫反射）。主要是大氣中的云層，大的塵埃。云量越多、云層越厚，反射越強(qiáng)。6大氣窗口通過大氣層時(shí)較少被反射、吸收或散

33、射的，透過率較高的電磁波段。也就是 能夠?yàn)檫b感所利用的波段。.太陽(yáng)輻射與地面的相互作用概念：地面物體類別不同，其反射、發(fā)射電磁波譜的特性和特征也不盡相同。 這些特征和特性就稱之為地物波譜特征。反射率p： p = P p /P0X 100%體反射的輻射能量Pp占總?cè)肷淠芰縋0的百 分比。不同物體的反射率是不一樣的。這主要取決于物體表面的性質(zhì)。因此地物波 譜特征是整個(gè)遙感的基礎(chǔ)。反射率的特性：不同物體的反射率不同；地物在不同波段的反射率是不同的； 反射率是可以 測(cè)定的；反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關(guān)。植被在可見光波段有一個(gè)小的反射峰， 在近紅外波段有一突起峰值，葉綠素 對(duì)綠色反射作用

34、強(qiáng)，對(duì)紅色和蘭色吸收強(qiáng)，因此常處理為紅色。反射光譜曲線：以波長(zhǎng)作為橫坐標(biāo)，反射率作為縱坐標(biāo)，將地物反射率隨波 長(zhǎng)的變化繪制成曲線，即地物的反射率隨波長(zhǎng)變化的曲線，叫地物的反射光譜曲 線。不同地物的該曲線是不同的。.常見地物的光譜曲線1植被光譜曲線呈現(xiàn)明顯的雙峰雙谷的特點(diǎn)。2水體光譜曲線水體的反射率總體很低，小于10%,遠(yuǎn)低于其他大多數(shù)地物。因此，遙感影 像上水體或濕地都呈現(xiàn)為深色調(diào)甚至黑色。3土壤光譜曲線土壤表面反射光譜曲線都比較平滑，沒有明顯的峰谷。土質(zhì)越細(xì)反射率越高， 有機(jī)質(zhì)含量越高和含水量越高反射率越低。4巖石光譜曲線巖石的反射光譜曲線都較平緩，沒有明顯的波段起伏。受礦物成分、礦物含 量

35、、風(fēng)化程度、含水狀況、顆粒大小、表面光滑程度、色澤等影響，反射率的值 相差很大。透射作用太陽(yáng)輻射到達(dá)地面時(shí)，能穿透地面一定深度，這種現(xiàn)象叫透射。自然界絕大多數(shù)地物對(duì)可見光沒有透射能力。紅外線只對(duì)具有半導(dǎo)體特性的地物，才有一定的透射能力。微波對(duì)地物具有明顯的透射能力，其透射深度由入射微波的波長(zhǎng)決定。水體對(duì)可見光波段的電磁波透射能力較強(qiáng)。.三種遙感模式依據(jù)傳感器探測(cè)能量的波長(zhǎng)和研究需要：(1)可見光/近紅外遙感：傳感器記錄地球表面反射太陽(yáng)輻射的能量，此類遙 感主要集中在可見光和近紅外波段(2)熱紅外遙感：傳感器記錄地表自身所發(fā)射的輻射能量，此類遙感主要集 中在熱紅外波段(3)主動(dòng)遙感：傳感器自身發(fā)

36、射出能量，然后探測(cè)并記錄地表對(duì)該能量的反射第三講：傳感器、教學(xué)目標(biāo).掌握傳感器的組成、分類知識(shí).了解傳感器的發(fā)展趨勢(shì)二、重點(diǎn)與難點(diǎn)分析.重點(diǎn)：掌握傳感器的分類情況及各類傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，攝影型傳感器、 掃描式傳感器，以及常見的掃描式傳感器.難點(diǎn)：各類傳感器運(yùn)行原理及其數(shù)據(jù)獲取的成像原理和方式三、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程.傳感器的組成傳感器基本上都由收集器、探測(cè)器、處理器、輸出器等 4部分組成。傳感器 對(duì)電磁波波段的響應(yīng)能力、空間分辨率及圖像的幾何特性、傳感器獲取地物電磁 波信息量的大小和可靠程度等性能決定了遙感的能力。收集器：收集來自目標(biāo)地物的電磁波能量。 如航空攝像機(jī)的透鏡、掃描儀的 反射鏡等。對(duì)

37、于多波段，還需要進(jìn)行分光處理，即把光分解成不同波長(zhǎng)的波段范 圍。探測(cè)器：將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能或電能。如攝影感光膠片、光電晶體 管等光敏探測(cè)元件和熱敏探測(cè)元件。處理器：將探測(cè)后的化學(xué)能或電能等信號(hào)進(jìn)行處理。如膠片顯影及定影、電信號(hào)的放大處理、濾波、調(diào)制、變換等。輸出器：輸出獲得的圖像、數(shù)據(jù)。如攝影膠片、磁帶記錄儀、掃描儀等。.傳感器的分類傳感器的種類很多，分類的方式也多種多樣，常見以下幾種：(1)按傳感器工作方式可分為 主動(dòng)式和被動(dòng)式傳感器。如合成孔徑雷達(dá)和攝 影相機(jī)、多光譜掃描儀；(2)按傳感器記錄方式可分為 成像方式和非成像方式傳感器。成像方式的傳 感器把地物的電磁波能量強(qiáng)度用圖像的形

38、式表示，如：航空攝像機(jī)、掃描儀、成 像光譜儀和成像雷達(dá)；非成像方式的傳感器把所探測(cè)到的地物電磁波能量強(qiáng)度用 數(shù)字或曲線圖形表示，如：輻射計(jì)、紅外輻射計(jì)、微波輻射計(jì)等；(3)按成像原理和所獲取圖像的性質(zhì)不同，分為攝影方式、掃描方式和雷達(dá) 傳感器等。攝影方式按感光膠片性質(zhì)不同分為黑白、彩色、紅外、彩紅外和多波 段攝影等；掃描方式按掃描成像的方式分為光機(jī)掃描儀、推帚式掃描儀和成像光 譜儀；雷達(dá)按天線形式又分為真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)和合成孔徑側(cè)視雷達(dá)。.攝影型傳感器常用的航空攝影機(jī)常見的攝影機(jī)有分幅式攝影機(jī)、全景式攝影機(jī)、多光譜攝影機(jī)、數(shù)碼攝影機(jī)。A.分幅式攝影機(jī)：一次曝光得到目標(biāo)物一幅相片，主要用于遙感探

39、測(cè)和制 圖。視場(chǎng)4:以光學(xué)儀器的鏡頭為頂點(diǎn)，以被測(cè)目標(biāo)的物象可通過鏡頭的最大范 圍的兩條邊緣構(gòu)成的夾角，稱為視場(chǎng)角。常角： 50 -70;寬角：70-105;特寬 角：105 -135 o視場(chǎng)角愈大，地面覆蓋范圍愈大。焦距：也稱為焦長(zhǎng)，是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指從透鏡中心到光聚集之焦點(diǎn)的距離。亦是照相機(jī)中，從鏡片光學(xué)中心到底片、CCD 或CMOS等成像平面的距離。具有短焦距的光學(xué)系統(tǒng)比長(zhǎng)焦距的光學(xué)系統(tǒng)有更 佳聚集光的能力。短焦距： 100mm；中焦距：100-200mm,航空攝影機(jī)的焦距： 150mm；長(zhǎng)焦距： 200mm,航天攝影機(jī)的焦距：300mm,甚至1000mm。像幅

40、:像片的構(gòu)像幅面尺寸。通常：575pxX575px和450PxX450px;小相幅：60mm 60mm；大相幅：575PxM150px。光學(xué)分辨率:指掃描儀物理器件所具有的真實(shí)分辨率。遙感攝影機(jī)鏡頭中心 的光學(xué)分辨率通常在70-100線對(duì)/mm。攝影機(jī)的焦距和光學(xué)分辨率是決定攝影像片質(zhì)量和性能的關(guān)鍵因子。B.全景式攝影機(jī)又稱掃描式攝影機(jī)。縫隙式攝影機(jī)：通過焦平面前方設(shè)置的與飛行方向垂直的狹縫快門獲取橫向的狹帶影像； 鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)式攝影機(jī)：一種是 轉(zhuǎn)動(dòng)鏡頭的物鏡：狹縫設(shè)在物鏡筒的后端，隨著物鏡筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，在后方弧形膠片 上聚焦成像，另一種是用棱鏡鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)、連續(xù)卷片成像。C.多光譜攝影機(jī)多相機(jī)組合型：將

41、幾架相機(jī)同時(shí)組裝在一個(gè)平臺(tái)上， 每架相機(jī)配置不同的濾 光片和膠片，用以獲取同一地物不同波段的影像。多鏡頭組合型：在同一架相機(jī)上裝置多個(gè)鏡頭，配置不同波長(zhǎng)的濾光片，在 一張大膠片上拍攝同一地物不同波長(zhǎng)的影像。光束分離型：用一個(gè)鏡頭，通過二向反射鏡或光柵分光，將不同波段在個(gè)像 平面或焦平面上記錄影像?？赏瑫r(shí)直接獲取可見光和近紅外范圍內(nèi)若干個(gè)分波段影像。D.數(shù)碼攝影機(jī)一次曝光得到目標(biāo)物一幅像片，記錄介質(zhì)為光敏電子器件，如：CCD （Charge CoupledDevice,電子耦合裝置）?？赏瑫r(shí)直接獲取可見光和近紅外范圍內(nèi)若干 個(gè)分波段影像。目前較新型的航攝儀還帶有 GPS自動(dòng)導(dǎo)航和GPS控制的攝影

42、系統(tǒng)，它能自 動(dòng)控制飛機(jī)按預(yù)先設(shè)計(jì)的航線飛行和控制攝影機(jī)按時(shí)曝光，并能及時(shí)記錄曝光時(shí) 刻的攝站坐標(biāo)，精度約為250px。（4）航空攝影機(jī)需解決的問題a）由于外界真空和攝影機(jī)大氣之間的差異，會(huì)造成窗口變形。再者艙內(nèi)的 合成材料揮發(fā)出的沉淀物，會(huì)附著于窗口上，降低圖像質(zhì)量。必須選擇表面質(zhì)量、 光學(xué)均勻性和抗彎強(qiáng)度極好的玻璃作為窗口，并有清除窗口污染的裝置；b）攝影機(jī)在空間攝影地區(qū)的地理經(jīng)緯度相差很大，太陽(yáng)高度角各不相同， 且不同地區(qū)的地物反射能力也不盡相同。 為了隨時(shí)得到合適的曝光量，必須裝備 自動(dòng)暴光控制裝置；c）攝影機(jī)在空間工作時(shí)的環(huán)境溫度變化（如衛(wèi)星向陽(yáng)和背陽(yáng)會(huì)使相機(jī)內(nèi)部 溫差大），會(huì)直接影

43、響光學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)，改變焦面位置和膠片靈敏度，如溫度變 化而導(dǎo)致內(nèi)壓力變化，使物鏡焦面產(chǎn)生變化，使膠片溶劑揮發(fā)產(chǎn)生靜電現(xiàn)象和導(dǎo) 致窗口結(jié)晶等。控制窗口內(nèi)合適的溫度、壓力和濕度，盡量減少這些因素對(duì)空間 攝影機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的影響；d）由于星體的快速移動(dòng)、平臺(tái)高度大，須采用高感光度的膠片；e）為了補(bǔ)償膠片變形，一般帶有格網(wǎng)攝影。.掃描式傳感器由于受膠片感光范圍的限制，攝影像片一般僅能記錄波長(zhǎng)在1.1um以內(nèi)的電 磁波輻射能量。另外，由于在航天遙感時(shí)采用攝影型相機(jī)的衛(wèi)星所帶的膠片有限， 這類遙感衛(wèi)星工作壽命也較短。掃描方式:探測(cè)可見光至紅外線，并用專門的光敏或熱敏探測(cè)器把收集到的 地物電磁波能量變成電信號(hào)記

44、錄下來， 之后通過無線電向地面發(fā)送，來實(shí)現(xiàn)遙感 信息的實(shí)時(shí)傳輸。掃描成像:探測(cè)元件和掃描鏡對(duì)目標(biāo)地物以瞬時(shí)視場(chǎng)為單位進(jìn)行的逐點(diǎn)、逐行取樣，以得到目標(biāo)地物電磁輻射特征信息,形成一定譜段的二維圖像。（1）常見的掃描式傳感器光機(jī)掃描儀、推帚式掃描儀（CCD固體掃描儀）、高光譜傳感器、側(cè)視雷 達(dá)傳感器。掃描成像可探測(cè)波段包括：紫外、紅外、可見光和微波波段。掃描成像的方式：分離探測(cè)器和掃描鏡的光/機(jī)掃描成像；線性陣列的固體 自掃描成像；線陣或面陣高光譜成像光譜掃描成像。A.光機(jī)掃描儀光機(jī)掃描儀是借助于遙感平臺(tái)沿飛行方向運(yùn)動(dòng)和傳感器本身光學(xué)機(jī)械橫向 掃描達(dá)到地面覆蓋、得到地面條帶圖像的成像裝置。主要有多光

45、譜掃描儀（MSS） 和紅外掃描儀兩種，它們主要由收集器、分光器、探測(cè)器、處理器和輸出器等幾 部分組成。依靠機(jī)械傳動(dòng)裝置使鏡頭擺動(dòng)，通過遙感平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，形成對(duì)目標(biāo)地物的逐 點(diǎn)、逐行掃描。然后，探測(cè)元件把接受到的電磁波能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在磁介質(zhì) 上記錄或再經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換成為光能量，在設(shè)置于焦平面的膠片上形成影像。掃描儀可分為單波段和多波譜兩種。工作原理:掃描鏡在機(jī)械驅(qū)動(dòng)下，隨遙感平臺(tái)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)而擺動(dòng)，依次對(duì)地 面進(jìn)行掃描，地面物體的輻射波束經(jīng)掃描鏡反射， 并經(jīng)透鏡聚焦和分光分別將不 同波長(zhǎng)的波段分開，再聚焦到感受不同波長(zhǎng)的探測(cè)元件上。B.推帚式掃描儀推帚式掃描儀是把多CCD探測(cè)元件按線性排列方式，裝

46、置成與衛(wèi)星前進(jìn)方 向垂直，而且探測(cè)元件的數(shù)目等于掃描線上的像元數(shù)，沿衛(wèi)星前進(jìn)方向推帚式掃描成像。CCD掃描儀按其探測(cè)器的排列形式不同，分為線陣列掃描儀和面陣掃 描儀兩種。固體自掃描成像：用固定的探測(cè)元件，通過遙感平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)目標(biāo)地物進(jìn) 行掃描的一種成像方式。探測(cè)元件一般采用：電子藕合器件（CCD）,是一種用電荷量表示信號(hào)大小， 用耦合方式傳輸信號(hào)的探測(cè)元件。具有感受波譜范圍寬、畸變小、體積小、重量 輕、系統(tǒng)噪聲低、靈敏度高、動(dòng)耗小、壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；探測(cè)元件數(shù)目 越多，體積越小，分辨率就越高。電子藕合器件 CCD逐步替代光學(xué)機(jī)械掃描系 統(tǒng)。C.高光譜傳感器多波段掃描儀（MSS、TM ）

47、將可見光和近紅外波段分割成幾個(gè)到十幾個(gè)波 段，較攝影遙感（單波段或少量波段）有許多優(yōu)勢(shì)。但是十分有限的波段、較寬 的波段間隔均難以真實(shí)地反映地物的光譜反射特性的細(xì)微差異。成像技術(shù)和光譜技術(shù)是兩門不同的科學(xué)技術(shù)，前者針對(duì)目標(biāo)的空間維信息，而后者針對(duì)的是光譜 維信息。傳統(tǒng)的多光譜遙感可以獲得觀測(cè)目標(biāo)的面上信息，即空間信息，但僅能 獲得少數(shù)幾個(gè)離散波段的光譜信息；另一方面，以超精細(xì)光譜分辨率為特點(diǎn)的地 面光譜輻射計(jì)雖然能獲得目標(biāo)詳盡的光譜信息， 但只能進(jìn)行點(diǎn)上的光譜測(cè)量，無 法成像。成像光譜技術(shù)將傳統(tǒng)的二維成像遙感技術(shù)與光譜技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起， 有效地解決了傳統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域成像無光譜”和光譜不成像的矛

48、盾”。高光譜成像掃描儀的特點(diǎn)：高光譜成像儀是遙感進(jìn)展的新技術(shù)，其圖像是多 達(dá)數(shù)百個(gè)波段的非常窄的連續(xù)的光譜波段組成， 光譜波段覆蓋了可見光、近紅外、 中紅外和熱紅外區(qū)域全部光譜帶；光譜儀成像時(shí)多采用掃描式和推帚式，可以收 集200或200以上波段的數(shù)據(jù)。使圖像中的每一像元均得到連續(xù)的反射率曲線， 而不像其他一般傳統(tǒng)的成像光譜儀在波段之間存在間隔。D.側(cè)視雷達(dá)傳感器側(cè)視雷達(dá)（side lookingradar）屬于主動(dòng)式遙感傳感器。成像時(shí)雷達(dá)本身發(fā)射 一定波長(zhǎng)的電磁波波束，然后接收該波束被目標(biāo)地物發(fā)射回的信號(hào)， 從而探測(cè)目 標(biāo)地物的特性。側(cè)視雷達(dá)發(fā)射的波長(zhǎng)主要在微波范圍內(nèi)，因此雷達(dá)圖像又叫微波圖

49、像。側(cè)視雷達(dá)分為真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)（SLAR）和合成孔徑側(cè)視雷達(dá)（SAR）兩 種。通過傳感器，獲取目標(biāo)地物在1mm1m光譜范圍內(nèi)發(fā)射或反射的電磁輻射， 以此為依據(jù)，通過判讀處理來識(shí)別地物的技術(shù)。微波遙感的分類：（1）主動(dòng)微波遙感：通過向目標(biāo)地物發(fā)射微波并接受起其后向散射信號(hào)， 以此為依據(jù)，通過判讀處理來識(shí)別地物的技術(shù)。主要傳感器為雷達(dá)、側(cè)視雷達(dá)和 合成孔徑雷達(dá)。（2）被動(dòng)微波遙感：通過傳感器 ,接受地面目標(biāo)反射或發(fā)射 的微波信息，以此為依據(jù)，通過判讀處理來識(shí)別地物的技術(shù)。微波遙感的特點(diǎn)：全天候、全天時(shí)，對(duì)地物有特殊的波譜特征（地物表面、 結(jié)構(gòu)），精確的測(cè)量、表面穿透能力。.傳感器的發(fā)展趨勢(shì)1）更

50、高分辨率傳感器2）更精細(xì)的光譜分辨率傳感器3）多波段、多極化、多模式合成孔徑衛(wèi)星雷達(dá)傳感器4）可進(jìn)行立體觀測(cè)和測(cè)量的傳感器第四講：航空遙感數(shù)據(jù)一、教學(xué)目標(biāo).掌握航空遙感平臺(tái)的類型.掌握航空攝影的類型、航空像片的基礎(chǔ)知識(shí)，以及掌握航空像片的立體觀 測(cè)與立體量測(cè)的原理.熟練掌握目視判讀和像片判讀的基本知識(shí)二、重點(diǎn)與難點(diǎn)分析.重點(diǎn)：掌握航片目視判讀的標(biāo)志、方法和步驟，以及熟練掌握常見地物的 像片判讀.難點(diǎn)：航空像片立體觀察的原理，用立體鏡像對(duì)立體觀察，以及航片的立 體量測(cè)原理三、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程航空遙感是指以飛機(jī)或氣球?yàn)槠脚_(tái)所進(jìn)行的遙感。航空遙感主要特點(diǎn)是靈活 性大、資料回收方便、圖像分辨率高，同

51、時(shí)也不受地面條件限制。.航空遙感平臺(tái)航空遙感平臺(tái)一般在海拔12km以下的大氣(平流層、對(duì)流層)，主要包括 氣球和飛機(jī)兩種。氣球:低空氣球：發(fā)送到對(duì)流層中的氣球。大多數(shù)可人工控制在空中固定位 置上進(jìn)行遙感。用繩子拴著的氣球叫系留氣球，可升至地面上空 5km處；高空 氣球：發(fā)送到平流層中的氣球。大多是自由漂移的，可升至 1240km。飛機(jī):按飛行高度不同，低空飛機(jī)：高度在 2000m以下。利用它能獲得大 比例尺、中比例尺航空遙感圖像。直升飛機(jī)可以低至 10m,遙感實(shí)驗(yàn)時(shí)，飛機(jī)一 股在10001500m高度范圍內(nèi)飛行；中空飛機(jī)：高度在 20006000m,通常遙 感實(shí)驗(yàn)時(shí)的飛行高度在3000m以上。

52、一般用它獲得中小比例尺的航空遙感圖像； 高空飛機(jī)：高度在1200030000m,有人駕駛機(jī)飛行高度一般在 12000m 左右，無人機(jī)可達(dá)2000030000m高度。.航空攝影航空攝影機(jī)是航空遙感的傳感器，一般安裝在飛機(jī)平臺(tái)上，從空中對(duì)地面進(jìn) 行像片拍攝。航空攝影機(jī)的種類主要有四種，即單鏡頭框幅航空攝影機(jī)、多鏡頭框幅航空 攝影機(jī)、條帶航空攝影機(jī)和全景航空攝影機(jī)。其中以單鏡頭航空攝影機(jī)最為常用。航空攝影的類型：(1)按航攝傾角分類航空攝影機(jī)主光軸與通過鏡頭中心的鉛垂線之間的夾角。傾斜角小于3度的為垂直攝影，是獲取航空遙感圖像的主要方法。傾斜角大于3度的為傾斜攝影。(2)按攝影實(shí)施方式分類單片攝影單

53、航線攝影：航向重疊應(yīng)達(dá)到60%面積攝影(多航線攝影)：同向重疊 60%-53%,相鄰重疊30%-15%0(3)按感光片和波段分類普通黑白攝影，對(duì)可見光內(nèi)的各色光都能感光，我國(guó)早期為測(cè)制國(guó)家基本地 形圖航攝方式；黑白紅外攝影，對(duì)可見光、近紅外感光，對(duì)水體植被反應(yīng)靈敏，像片具有較 高的反差和分辨率；天然彩色攝影，圖像更清晰，提高了影像判讀精度；彩色紅外攝影，對(duì)可見光、近紅外感光，色彩鮮艷，適合城市航空攝影。（4）按比例尺分類大比例尺航空攝影：所獲像片比例尺大于1/10000,用于小范圍全面詳細(xì)調(diào) 查或?qū)ｎ}調(diào)查編圖，城市詳細(xì)規(guī)劃和大比例尺制圖；中比例尺航空攝影：像片比例尺為 1/100001/300

54、00,用于大范圍普查 和專題制圖，城市綜合調(diào)查等；小比例尺航空攝影：像片比例尺為 1 /300001 /100000;超小比例尺航空攝影：比例尺為 1 /1000001 / 2500000航空攝影測(cè)量航空攝影測(cè)量是應(yīng)用光學(xué)原理，利用光學(xué)儀器通過有一定重疊率的像對(duì)來獲 得地物和地形的光學(xué)立體模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行立體測(cè)圖。包括單像的像片糾 正和雙像的立體測(cè)圖。航空攝影測(cè)量的作業(yè)分外業(yè)和內(nèi)業(yè)， 外業(yè)：像片控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)像片調(diào)繪 綜合法測(cè)圖，內(nèi)業(yè)：加密測(cè)圖控制點(diǎn)測(cè)制地形原圖航空攝影測(cè)量所用的測(cè)圖方法主要有綜合法、全能法、分工法（微分法）。航空掃描成像航空掃描成像主要指在航空平臺(tái)上以掃描方式進(jìn)行的成像。包

55、括：雷達(dá)掃描成像、熱紅外掃描成像、多光譜掃描成像以及高光譜掃描成像。.航空像片航空像片的物理特性是指航空像片的色調(diào)或色彩、灰階、亮度系數(shù)等，主要 由地物的反射特性和感光材料的感光特性決定的。航空像片的物理特性（1）地物反射特性航空像片上物體的色調(diào)，主要取決于攝影時(shí)的照度和物體對(duì)入射光的反射率。 攝影時(shí)照度越大，地物反射率越高，地物亮度就越大，像片的色調(diào)就越淺。一般 用亮度系數(shù)來表示地物的反射率大小。亮度系數(shù)（P）是指在相同照度條件下，某物體表面亮度（B）與絕對(duì)白體（全白的物體）理想表面亮度（Bo）之比，即：P=B/ B0O物體的亮度系數(shù)不同，在像片上反映為色調(diào)的差異。一般亮度系數(shù)大，像片 上的

56、色調(diào)淺；亮度系數(shù)小，其色調(diào)就深。亮度系數(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：.物體的亮度系數(shù)變化范圍很大；.同種物體，由于干濕程度的不同，其亮度系數(shù)也不同，潮濕的物體亮度系數(shù)小，干燥的物體亮度系數(shù)大；.表面粗糙的物體比表面光滑的物體亮度系數(shù)?。?物體的亮度系數(shù)與顏色有關(guān)。通常白色物體為白色，黑色物體為黑色；.性質(zhì)完全不同的物體也可能具有相同的亮度系數(shù)。（2）感光材料的特性感光材料（膠片或印像紙）主要是由感光乳劑層和片基構(gòu)成。普通黑白膠片一般是全色片，它能感受全部可見光（但對(duì)綠光感受較差）。黑白紅外膠片的感光層中含有感受紅外光的物質(zhì)，能直接記錄人眼看不見的 近紅外光。彩色膠片是由對(duì)藍(lán)、綠、紅三種波長(zhǎng)分別敏感的三層乳

57、劑組成， 能感受全部 可見光，形成天然彩色像片。彩色紅外膠片是由對(duì)綠、紅、近紅外三種波長(zhǎng)分別敏感的三層乳劑組成，能感受可見光-近紅外波段，形成彩色紅外像片，其顏色與天然彩色像片不同，其 中植被為紅色。感光度：感光的快慢程度。反差：感光材料最大光學(xué)密度與最小光學(xué)密度之差，也稱為黑白差。分辨率：對(duì)景物細(xì)微部分的表現(xiàn)能力，通常用一毫米寬度內(nèi)能夠清楚地識(shí)別 出黑、白相間的平行線對(duì)數(shù)來表示。感光特性曲線：對(duì)于同一種感光材料，在同一標(biāo)準(zhǔn)光源下，同一距離作不同 時(shí)間的曝光，經(jīng)過相同條件的攝影處理，一起測(cè)定感光片的密度值。ab不受曝光量影響，稱為灰霧密度，b為初感點(diǎn)。bc為曝光不足部分，密 度增加與曝光量對(duì)數(shù)

58、的增加不成正比，影像黑白比例與景物的陰暗差別不一致。 cd段為直線，為正確曝光，密度增加與曝光量對(duì)數(shù)的增加成正比，影像黑白比 例與景物的陰暗差別一致，攝影時(shí)應(yīng)使曝光量對(duì)數(shù)處于cd段。de段為曝光過度部分，e點(diǎn)的密度最大，ef段曝光量增加，密度降低，成為影像反轉(zhuǎn)。航空攝影時(shí)需要選擇感光度高、反差適中、有較高分辨率的感光材料。以獲 得影像清晰、層次豐富的高質(zhì)量航空像片。航空像片的幾何特性(1)航空像片屬于中心投影中心投影：是物體通過物鏡中心投射到承影面上，形成透視影像。航片的特征點(diǎn)線在一般條件下，絕對(duì)水平的像片是很少的，一般航空像片總會(huì)有傾斜。(3)像點(diǎn)位移地形的起伏和投影面的傾斜會(huì)引起航片上像點(diǎn)

59、位置的變化，叫像點(diǎn)位移。因地形起伏引起的像點(diǎn)位移，又稱投影差；因像片傾斜引起的像點(diǎn)位移，又 稱傾斜誤差。由于地形起伏的影響，地面點(diǎn)在中心投影像片上的像點(diǎn)位置相對(duì)水平面上的 位置比較，產(chǎn)生了位移，這就是因?yàn)榈匦纹鸱南顸c(diǎn)位移，也稱為投影誤差(投 影差)。投影差像點(diǎn)位移規(guī)律：(1)位移量與地形高差成正比，即高差越大引起的像點(diǎn)位移量也越大。當(dāng) 高差為正時(shí)，像點(diǎn)位移為正，是背離像主點(diǎn)方移動(dòng)；高差為負(fù)時(shí)，像點(diǎn)位移為負(fù)， 是朝向像主點(diǎn)方向移動(dòng)。(2)位移量與像點(diǎn)距離像主點(diǎn)的距離成正比，即距像主點(diǎn)越遠(yuǎn)的像點(diǎn)位移 量越大，像片中心部分位移量較小。像主點(diǎn)無位移。(3)位移量與攝影高度(航高)成反比。即攝影高度越

60、大，因地表起伏的 位移量越小。因航空攝影時(shí)，像面未能保持水平，即因投影面傾斜，而使航片上像點(diǎn)的位 置發(fā)生變化，這種因像片傾斜引起的像點(diǎn)位移，稱為傾斜誤差。傾斜誤差的方向是在像點(diǎn)與等角點(diǎn)的連線上； 傾斜誤差與像點(diǎn)距等角點(diǎn)距離 的平方成正比；當(dāng)4=00或4=180時(shí)，a =0即在等比線上的像點(diǎn)不因像片傾斜而 產(chǎn)生位移；像片邊緣的傾斜誤差是相當(dāng)大的，因此盡可能地使用像片中心部分。通常使用的水平像片，誤差主要來源于地形起伏，像片邊緣部分誤差大。工 作中一般只使用像片的中間部分，為航片的使用面積。（4）像片的比例尺航空像片上某一線段長(zhǎng)度與地面相應(yīng)線段長(zhǎng)度之比，稱為像片比例尺。在平坦地區(qū)，像片的比例尺處處