《遙感原理》期末復(fù)習(xí)8

遙感原理課程大綱

遙感原理課程大綱.................................................................1

第一章遙感概述..................................................................2

§1.1遙感的概念.............................................................2

§1.2遙感技術(shù)系統(tǒng)...........................................................2

§1.3遙感技術(shù)的簡(jiǎn)史與發(fā)展...................................................3

第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ).........................................................3

§2.1電磁波譜與黑體輻射.....................................................3

§2.2太陽(yáng)輻射和地球輻射.....................................................9

§2.3地球大氣及其對(duì)太陽(yáng)輻射的影響..........................................9

§2.4地物的反射輻射........................................................11

第三章遙感的光學(xué)基礎(chǔ)..........................................................12

§3.1顏色性質(zhì)和顏色立體....................................................12

§3.2加色法和減色法........................................................14

第四章遙感平臺(tái).................................................................14

§4.1遙感平臺(tái)的種類(lèi)........................................................14

§4.2衛(wèi)星軌道及運(yùn)行特點(diǎn)....................................................14

第五章遙感傳感器...............................................................15

§5.1掃描成像類(lèi)傳感器......................................................16

§5.2雷達(dá)成像類(lèi)傳感器......................................................16

第六章遙感圖像幾何處理........................................................18

§6.1遙感傳感器的構(gòu)像方程..................................................18

§6.2遙感圖像的幾何變形....................................................18

§6.3遙感圖像的幾何處理....................................................19

§6.4圖像間的自動(dòng)配準(zhǔn)和數(shù)字鑲嵌...........................................21

第七章遙感圖像輻射處理........................................................22

§7.1遙感圖像的輻射處理....................................................22

§7.2遙感圖像輻射增強(qiáng)......................................................24

§7.3多光譜圖像運(yùn)算........................................................25

§7.4圖像融合..............................................................25

第八章遙感圖像判讀............................................................27

§8.1景物特征和判讀標(biāo)志....................................................27

§8.2目視判讀的??般過(guò)程和方法..............................................28

第九章遙感圖像自動(dòng)識(shí)別分類(lèi)....................................................28

§9.1分類(lèi)預(yù)處理............................................................29

§9.2監(jiān)督分類(lèi)..............................................................30

§9.3非監(jiān)督分類(lèi)............................................................31

§9.4分類(lèi)后處理和誤差分析.................................................34

第一章遙感概述

§1.1遙感的概念

遙感即遙遠(yuǎn)感知，是在不直接接觸的情況下，對(duì)目標(biāo)或自然現(xiàn)象遠(yuǎn)距離探測(cè)和感知的

一種技術(shù)。

遙感的基本內(nèi)容：

(1)遙感技術(shù)

遙感技術(shù)主要解決獲取地球表層信息的手段問(wèn)題，它包括傳感器的設(shè)計(jì)與制造，傳感

器的掃描姿態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸以及原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理等。

(2)遙感理論

遙感理論的主要任務(wù)是將數(shù)據(jù)(傳感器所提供的可測(cè)參數(shù)值)轉(zhuǎn)化為有用的信息，即

可被人類(lèi)理解的關(guān)于地球表層的某種物理的、幾何的、生物學(xué)的及化學(xué)的參數(shù)。

(3)遙感應(yīng)用

遙感應(yīng)用的任務(wù)是將信息轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)，所謂知識(shí)是對(duì)地球表層系統(tǒng)的物理過(guò)程及內(nèi)在

變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)和表達(dá)。遙感應(yīng)用的特點(diǎn)是必須將由遙感手段獲取的信息與母學(xué)科知識(shí)緊密

結(jié)合，才能對(duì)地球表層系統(tǒng)的現(xiàn)狀作出正確的描述，對(duì)它的發(fā)展作出準(zhǔn)確的判斷。

§1.2遙感技術(shù)系統(tǒng)

遙感技術(shù)系統(tǒng)：是一個(gè)從地面到空中，乃至空間，從信息收集、存儲(chǔ)、處理到判讀分

析和應(yīng)用的完整技術(shù)體系。

遙感過(guò)程：指遙感信息的獲取、傳輸、處理及其判讀分析和應(yīng)用的全過(guò)程。

遙感平臺(tái)：裝載傳感器的工具或設(shè)備，主要有地面平臺(tái)(如遙感車(chē)、手提平臺(tái)、地面觀

測(cè)臺(tái)等)、空中平臺(tái)(如飛機(jī)、氣球、其他航空器等)、空間平臺(tái)(如火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛

船、空間實(shí)驗(yàn)室、航天飛機(jī)等)。

傳感器：接收、記錄目標(biāo)物電磁波特征的儀器(各種光學(xué)、無(wú)線(xiàn)電儀器)，如掃描儀、

雷達(dá)、攝影機(jī)、攝像機(jī)、輻射計(jì)等。

遙感探測(cè)的特點(diǎn)：

(1)宏觀觀測(cè)，大范圍獲取數(shù)據(jù)資料；

(2)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、快速更新監(jiān)控范圍數(shù)據(jù)；

(3)技術(shù)手段多樣，可獲取海量信息

(4)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，經(jīng)濟(jì)效益高

遙感的分類(lèi)

(1)按遙感平臺(tái)分

地面遙感：傳感器設(shè)置在地面平臺(tái)上，如車(chē)載、船載、手提、固定或活動(dòng)高架平臺(tái)等；

航空遙感：傳感器設(shè)置于航空器上，主要是飛機(jī)、氣球等；

航天遙感：傳感器設(shè)置于環(huán)地球的航天器匕如人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站、火箭等；

宇航遙感：傳感器設(shè)置于星際飛船上，指對(duì)地月系統(tǒng)外的目標(biāo)的探測(cè)。

(2)按傳感器的探測(cè)波段分

紫外遙感：探測(cè)波段在0.05-0.38pm之間；

可見(jiàn)光遙感：探測(cè)波段在0.38-0.76pm之間；

紅外遙感：探測(cè)波段在0.76-lOOOgm之間；

微波遙感：探測(cè)波段在1mm-1m之間。

(3)按傳感器的工作原理分

主動(dòng)遙感：由探測(cè)器主動(dòng)發(fā)射一定電磁波能量并接收目標(biāo)的后向散射值量；

被動(dòng)遙感：傳感器不向目標(biāo)發(fā)射電磁波，僅被動(dòng)接收目標(biāo)物的自身發(fā)射和對(duì)自然輻射源的反

射能量。

(4)按遙感資料的獲取方式分

成像遙感：將探測(cè)到的目標(biāo)電磁輻射轉(zhuǎn)換成可以顯示為圖像的遙感資料，如航空像片、衛(wèi)星

影像等；

非成像遙感：將所接收的目標(biāo)電磁輻射數(shù)據(jù)輸出或記錄在磁帶上而不產(chǎn)生圖像。

(5)根據(jù)波段寬度及波譜的連續(xù)性分

高光譜遙感：

常規(guī)遙感：又稱(chēng)為寬波段遙感

(5)按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域分

從大的研究領(lǐng)域可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等；

從具體應(yīng)用領(lǐng)域可分為資源遙感、環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、漁業(yè)遙感、地質(zhì)遙

感、氣象遙感、水文遙感、城市遙感、工程遙感及災(zāi)害遙感、軍事遙感等，還可以劃分為更

細(xì)的研究對(duì)象進(jìn)行各種專(zhuān)題應(yīng)用。

§1.3遙感技術(shù)的簡(jiǎn)史與發(fā)展

當(dāng)前遙感發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)：

(-)多分辨率傳感器的發(fā)展；

(-)多波段、多極化、多角度遙感并用；

(三)小衛(wèi)星及衛(wèi)星群的發(fā)展；

第二章遙感電磁輻射基礎(chǔ)

§2.1電磁波譜與黑體輻射

2.1.1電磁波與電磁波譜

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(guò)程稱(chēng)為電磁波。

按照電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率遞增或遞減順序排列制成的圖表，稱(chēng)為電磁波

譜圖。

X熱

II分子*功分子或*I____________________________________

電于gut1]—1電?場(chǎng)力備_____________

io>io>io?1io?|(P10'40；伏*'‘°，‘°’’°，10W101110u1?！?1°"電子■量

io??io-nio??ioi?ia?ioJ,io?io?io34io?io?io17io?IO^io*ioJ,ioaiolwL^.^_

?K(J)

全力酎豉X.wa原子■收分成像,單使WMMft.■動(dòng)0*熱電?打墨

環(huán)境■虜?shù)?/p>

ilft.T-成像尤度計(jì)技術(shù).頭■多■人無(wú)⑦氣定.XMtt.需

*本技術(shù)

射嫉光詁機(jī)械線(xiàn)門(mén)偏??.”不111匕泰達(dá)或像

M定法同九旅收片

建行多光詁

物步

電磁波譜區(qū)段的界限是漸變的，一般按產(chǎn)生電磁波的方法或測(cè)量電磁波的方法來(lái)劃分。

電磁波譜表

波段波長(zhǎng)

長(zhǎng)波大于3000m

中波和短波10?3000m

超短波1?10m

微波1mm?1m

紅超遠(yuǎn)紅外0.7615?1000pm

外遠(yuǎn)紅外?6?1511m

波中紅外1000pm3?611m

段近紅外0.76?3Hm

可紅0.62?0.76pm

見(jiàn)橙0.380.59?0.62pm

光黃?0.56?0.59pm

綠0.76gm0.50?0.56pm

青0.47~0.50pm

藍(lán)0.43?0.47pm

紫0.38?0.43|im

紫外線(xiàn)10-3?3.8xlO-l|im

X射線(xiàn)10-6?10-3|im

Y射線(xiàn)小于10-6gm

2.1.2電磁輻射的有關(guān)概念

輻射源:能夠向外輻射電磁波的物體。任何物體都能夠吸收其他物體對(duì)它的輻射，也能

夠向外輻射電磁波。

自然輻射源：

-太陽(yáng)輻射：可見(jiàn)光及近紅外遙感的重要輻射源。

-地球電磁輻射：遠(yuǎn)紅外遙感的輻射源。

人工輻射源：

人為發(fā)射，如雷達(dá)（微波雷達(dá)輻射源，激光雷達(dá)輻射源）。

基本物理名詞：輻射能量（Q）、輻射通量（輻射功率，中）、輻射出射度（輻射通量密

度W）、輻射照度（E）、輻射強(qiáng)度（I）、輻射亮度（L）

輻射能量Q：電磁輻射是具有能量的，它表現(xiàn)在：

?使被輻照的物體溫度升高

?改變物體的內(nèi)部狀態(tài)

?使帶電物體受力而運(yùn)動(dòng)

輻射能量（Q）的單位是焦耳（J）

輻射通量（radiantflux）＜1＞：在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的輻射能量稱(chēng)為輻射通量。

0=3Q/dt

輻射通量（?）的單位是瓦特=焦耳/秒（W=J/S）

輻射通量密度（irradiance）E、（radiantexistence）M：?jiǎn)挝幻娣e上的輻射通量稱(chēng)為輻射通量

密度。

E精煦度=。＜?/HAM輻射出射度=50/3A

輻射通量密度的單位是瓦/米z（W/m2）

輻

射

出

射

度

圖1

輻射強(qiáng)度（radiantintensity）I：輻射強(qiáng)度是描述點(diǎn)輻射源的輻射特性的，指在某一方向上單

位立體角內(nèi)的輻射通量。

I=/ac

輻射強(qiáng)度（D的單位是瓦/球面度（W/Sr）

摘射強(qiáng)度

點(diǎn)輻射源

圖2

輻射亮度（radiance）L：?jiǎn)挝幻娣e、單位波長(zhǎng)、單位立體角內(nèi)的輻射通量稱(chēng)為輻射亮度。

L=，@/以喝。

輻射亮度（L）的單位是瓦/米z?微米?球面度（W/m2?jim?Sr）

圖3

分譜輻射通量:輻射通量是波長(zhǎng)人的函數(shù)，單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射通量稱(chēng)為分譜輻射通量:

0;=/縱

分譜輻射通量的單位是瓦/微米（W/〃m）

輻

射

通

量

波長(zhǎng),

圖4

分譜輻射通量、分譜輻照度、分譜輻射出射度、分譜輻射強(qiáng)度

2.1.3黑體輻射

1860年，基爾霍夫得出了好的吸收體也是好的輻射體這一定律。它說(shuō)明了凡是吸收熱

輻射能力強(qiáng)的物體，它們的熱發(fā)射能力也強(qiáng)；凡是吸收熱輻射能力弱的物體，它們的熱發(fā)射

能力也就弱。

4,T

如果一個(gè)物體對(duì)于任何波長(zhǎng)的電磁輻射都全部吸收，則這個(gè)物體是絕對(duì)黑體。一個(gè)不透

明的物體對(duì)入射到它上面的電磁波只有吸收和反射作用，且此物體的光譜吸收率a&T)與光

譜反射率p(3T)之和恒等于1,實(shí)際上對(duì)于一般物體而言，上述系數(shù)都與波長(zhǎng)和溫度有

關(guān)，但絕對(duì)黑體的吸收率a(LT)三1,反射率p("T)三0；與之相反的絕對(duì)白體則能反射所有

的入射光，即：反射率p(LT)N,吸收率a(LT)三0,與溫度和波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。

1900年普朗克用量子理論概念推導(dǎo)黑體輻射通量密度W).和其溫度的關(guān)系以及按波長(zhǎng)X

分布的輻射定律：

當(dāng)了=竿上得一1尸=今?(6務(wù)一1尸

/tA

式中：分譜輻射通量密度，單位?用；

EXT(W-2-1)

X——波長(zhǎng)，單位pm；h——普朗克常數(shù)=6.6256xl0/j.s；

c——光速3xl08m/s；k——玻耳茲曼常數(shù)=1.38x10=3J/K；

T——絕對(duì)溫度K?

15

式中：-1第一輻射常量，其值為3.7418乂117.(：|?，；

.第二輻射常量,其值為1.43886TK。

圖中可直觀地看出黑體輻射的三個(gè)特性：

(1)與曲線(xiàn)下的面積成正比的總輻射通量密度W是隨溫度T的增加而迅速增加?？?/p>

輻射通量密度W可在從零到無(wú)窮大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)普朗克公式進(jìn)行積分得到，即：

MLfM(W=——T4=<TT4

"J)15C2/J3

其中b=￡66%x10-0亞2-C稱(chēng)為斯忒藩-玻爾茲曼常量。

從上式可以看出：絕對(duì)黑體表面上，單位面積發(fā)出的總輻射能與絕對(duì)溫度的四次方成

正比，稱(chēng)為斯忒藩―玻耳茲曼公式。對(duì)于一般物體來(lái)講，傳感器檢測(cè)到它的輻射能后就可

以用此公式概略推算出物體的總輻射能量或絕對(duì)溫度(T)。熱紅外遙感就是利用這一原理

探測(cè)和識(shí)別目標(biāo)物的。

(2)分譜輻射能量密度的峰值波長(zhǎng)4m隨溫度的增加向短波方向移動(dòng)?？晌⒎制绽士斯?

并求極值:

網(wǎng)I0

6L

__ch

令X=----,簿出XX.96511,為此

kTA

%

AnaxT=———=2897.8

2姓4.96511

稱(chēng)為維恩位移定律。它表明：黑體的絕對(duì)溫度增高時(shí)，它的最大輻射本領(lǐng)向短波方向位移。

若知道了某物體溫度，就可以推算出它所輻射的波段。在遙感技術(shù)上，常用這種方法選擇遙

感器和確定對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行熱紅外遙感的最佳波段。

(3)每根曲線(xiàn)彼此不相交，故溫度T越高所有波長(zhǎng)上的波譜輻射通量密度也越大。

2.1.4一般物體的發(fā)射輻射

黑體熱輻射山普朗克定律描述，它僅依賴(lài)于波長(zhǎng)和溫度。然而，自然界中實(shí)際物體的發(fā)

射和吸收的輻射量都比相同條件下絕對(duì)黑體的要低。而且，實(shí)際物體的輻射不僅依賴(lài)于波長(zhǎng)

和溫度，還與構(gòu)成物體的材料、表面狀況等因素有關(guān)。我們用發(fā)射率￡來(lái)表示它們之間的關(guān)

系：E=W7W

即：發(fā)射率￡就是實(shí)際物體與同溫度的黑體在相同條件下輻射功率之比。

依據(jù)光譜發(fā)射率隨波長(zhǎng)的變化形式，將實(shí)際物體分為兩類(lèi)：一類(lèi)是選擇性輻射體，在各

波長(zhǎng)處的光譜發(fā)射率￡入不同，即￡=出入)；另一類(lèi)是灰體，在各波長(zhǎng)處的光譜發(fā)射率以相等,

BP：￡=ev與絕對(duì)黑體、絕對(duì)白體相比較列于下面：

①絕對(duì)黑體0=￡=1

②灰體&=￡但0<￡<：1

③選擇性輻射體￡=f（X）

④理想反射體（絕對(duì)白體）￡>.=￡=0

發(fā)射率是一個(gè)介于0和1的數(shù)，用于比較此輻射源接近黑體的程度。各種不同的材料，表面

磨光的程度不一樣，發(fā)射率也不一樣，并且隨著波長(zhǎng)和材料的溫度而變化。

§2.2太陽(yáng)輻射和地球輻射

2.2.1太陽(yáng)輻射

地球上的能源主要來(lái)源于太陽(yáng)，太陽(yáng)是被動(dòng)遙感最主要的輻射源。傳感器從空中或空間

接收地物反射的電磁波，主要是來(lái)自太陽(yáng)輻射的一種轉(zhuǎn)換形式。

太陽(yáng)常數(shù)：指不受大氣影響，在距離太陽(yáng)一個(gè)天文單位內(nèi)，垂直于太陽(yáng)光輻射的方向

上，單位面積單位時(shí)間黑體所接收的太陽(yáng)輻射能量。

太陽(yáng)光譜：太陽(yáng)發(fā)射的電磁輻射在地球大氣頂層隨波長(zhǎng)的分布稱(chēng)為太陽(yáng)光譜。

2.2.2地球輻射

地球輻射可分為：短波0.3-2.5nm,長(zhǎng)波輻射6Hm以上。

地球的短波輻射以地球表面對(duì)太陽(yáng)的反射為主，地球自身的熱輻射可以忽略。

地球的長(zhǎng)波輻射只考慮地表物體自身的熱輻射，這個(gè)區(qū)域太陽(yáng)照度的影響很小。

中紅外波段（2.5-6pm）：太陽(yáng)輻射和地球熱輻射均有。

§2.3地球大氣及其對(duì)太陽(yáng)輻射的影響

2.3.1地球大氣

地球大氣從垂直方向可劃分成四層，對(duì)流層、平流層、電離層和外大氣層。

大氣成分主要有氮、氧、氨、二氧化碳、氧、甲烷、氧化氮、氫（這些氣體在80km以

下的相對(duì)比例保持不變，稱(chēng)不變成分）、臭氧、水蒸氣、液態(tài)和固態(tài)水（雨、霧、雪、冰等）、

鹽粒、塵煙（這些氣體的含量隨高度、溫度、位置而變、稱(chēng)為可變成分）等。

2.3.2大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的衰減作用

在可見(jiàn)光波段，引起電磁波衰減的主要原因是分子散射。在紫外、紅外與微波區(qū)，引起

電磁波衰減的主要原因是大氣吸收。引起大氣吸收的主要成分是氧氣、臭氧、水、二氧化碳

等。

在可見(jiàn)光波段范圍內(nèi)，大氣分子吸收的影響很小，主要是散射引起衰減。電磁波在傳播

過(guò)程中遇到小微粒而使傳播方向發(fā)生改變，并向各個(gè)方向散開(kāi)，稱(chēng)散射。散射的方式隨電磁

波波長(zhǎng)與大氣分子直徑、氣溶膠微粒大小之間的相對(duì)關(guān)系而變，主要有米氏（Mie）散射、均

勻散射、瑞利（Rayleigh）散射等。如果介質(zhì)中不均勻顆粒的直徑a與入射波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)，

發(fā)生米氏散射；當(dāng)不均勻顆粒的直徑a>A.時(shí)，發(fā)生均勻散射；而瑞利散射的條件是介質(zhì)的

不均勻程度a小于入射電磁波波長(zhǎng)的十分之一。

2.3.3大氣窗口

太陽(yáng)輻射在到達(dá)地面之前穿過(guò)大氣層，大氣折射只是改變太陽(yáng)輻射的方向，并不改變輻

射的強(qiáng)度。但是大氣反射、吸收和散射的共同影響卻衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分才為透射部

分。不同電磁波段通過(guò)大氣后衰減的程度是不一樣的，因而遙感所能夠使用的電磁波是有限

的。有些大氣中電磁波透過(guò)率很小，甚至完全無(wú)法透過(guò)電磁波。這些區(qū)域就難于或不能被遙

感所使用，稱(chēng)為“大氣屏障”；反之，有些波段的電磁輻射通過(guò)大氣后衰減較小，透過(guò)率較高,

對(duì)遙感十分有利，這些波段通常稱(chēng)為“大氣窗口”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，大氣窗口表示了電磁波在大

氣傳輸過(guò)程中吸收和散射很小，透射率很高的波段。

常用大氣窗口：

令O.3O-1.3gm?主要是反映地物對(duì)太陽(yáng)光的反射。通常采用攝影或掃描的方式在白天感測(cè)、

收集目標(biāo)信息成像。

令1.5-3.5「im大氣窗口白天夜間都可應(yīng)用，是以?huà)呙璧某上穹绞礁袦y(cè)、收集目標(biāo)信息，主

要應(yīng)用于地質(zhì)遙感。

令3.5?5.5|im大氣窗口，包含地物反射及發(fā)射光譜，用來(lái)探測(cè)高溫目標(biāo)。

令8-14/m熱紅外窗口，屬于地物的發(fā)射波譜，是常溫下地物熱輻射能量最集中的波段，

所探測(cè)的信息主要反映地物的發(fā)射率及溫度。

令1.0cm-1m微波窗口，分為毫米波、厘米波、分米波。遙感中常采用被動(dòng)式遙感（微波

輻射測(cè)量）和主動(dòng)式遙感，前者主要測(cè)量地物熱輻射，后者是用雷達(dá)發(fā)射一系列脈沖，

然后記錄分析地物的回波信號(hào)。

2.3.4輻射傳輸過(guò)程

傳感器從高空探測(cè)地面物體時(shí)，所接收到的電磁波能量包括：1、太陽(yáng)經(jīng)大氣衰減后照

射地面，經(jīng)地物反射后，又經(jīng)大氣第二次衰減進(jìn)入傳感器的能量；2、地面物體本身輻射的

能量經(jīng)大氣后進(jìn)入傳感器；3、大氣散射和輻射的能量等。

§2.4地物的反射輻射

2.4.1地物的反射類(lèi)別

物體對(duì)電磁波的反射有三種形式：

(1)鏡面反射是指物體的反射滿(mǎn)足反射定律。當(dāng)發(fā)生鏡面反射時(shí)，對(duì)于不透明物

體，其反射能量等于入射能量減去物體吸收的能量。自然界中真正的鏡面很少，

非常平靜的水面可以近似認(rèn)為是鏡面O

(2)漫反射如果入射電磁波波長(zhǎng)X不變，表面粗糙度h逐漸增加，直到h與入

同數(shù)量級(jí)，這時(shí)整個(gè)表面均勻反射入射電磁波，入射到此表面的電磁輻射按照朗

伯余弦定律反射。

(3)方向反射實(shí)際地物表面由于地形起伏，在某個(gè)方向上反射最強(qiáng)烈，這種現(xiàn)象

稱(chēng)為方向反射。是鏡面反射和漫反射的結(jié)合。它發(fā)生在地物粗糙度繼續(xù)增大的情

況下，這種反射沒(méi)有規(guī)律可尋。

鏡面反射漫反射方向反射

第三章遙感的光學(xué)基礎(chǔ)

§3.1顏色性質(zhì)和顏色立體

3.1.1光和顏色

正常的人眼可以看見(jiàn)電磁波譜中0.3即m至0.76/m的波段，所以這一波段被稱(chēng)作可見(jiàn)

光譜。人眼所能反映出的顏色都可以和電磁波的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。

亮度對(duì)比和顏色對(duì)比

(1)亮度對(duì)比：對(duì)象相對(duì)于背景的明亮程度。改變對(duì)比度，可以提高圖像的視覺(jué)效果。

(2)顏色對(duì)比：在視場(chǎng)中，相鄰區(qū)域的不同顏色的相互影響叫做顏色對(duì)比。兩種顏色

相互影響的結(jié)果，使每種顏色會(huì)向其影響色的補(bǔ)色變化。在兩種顏色的邊界，對(duì)比現(xiàn)象更為

明顯。因此，顏色的對(duì)比會(huì)產(chǎn)生不同的視覺(jué)效果。

3.1.2顏色的性質(zhì)

所有顏色都是對(duì)某段波長(zhǎng)有選擇地反射而對(duì)其他波長(zhǎng)吸收的結(jié)果。

顏色的性質(zhì)由明度、色調(diào)、飽和度來(lái)描述。

(1)明度：是人眼對(duì)光源或物體明亮程度的感覺(jué)。物體反射率越高，明度就越高。

￥

亮

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姚物

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，?

圖

(2)色調(diào)：是色彩彼此相互區(qū)分的特性。

圖6

(3)飽和度：是色彩純潔的程度，即光譜中波長(zhǎng)段是否窄，頻率是否單一的表示。

圖7

3.1.3顏色立體

(1)顏色立體：中間垂直軸代表明度；中間水平面的圓周代表色調(diào)；圓周上的半徑大小代

表飽和度。

圖8

§3.2加色法和減色法

3.2.1顏色相加原理

三原色：若三種顏色，其中的任一種都不能由其余二種顏色混合相加產(chǎn)生，這三種顏

色按一定比例混合，可以形成各種色調(diào)的顏色，則稱(chēng)之為三原色。紅、綠、藍(lán)。

互補(bǔ)色：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，這兩種顏色就稱(chēng)為互補(bǔ)色。黃和藍(lán)、紅和青、綠

和品紅。

第四章遙感平臺(tái)

§4.1遙感平臺(tái)的種類(lèi)

遙感中搭載遙感器的工具統(tǒng)稱(chēng)為遙感平臺(tái)。按平臺(tái)距地面的高度大體上可分為三類(lèi):地

面平臺(tái)、航空平臺(tái)、航天平臺(tái)。

§4.2衛(wèi)星軌道及運(yùn)行特點(diǎn)

4.2.1軌道參數(shù)

衛(wèi)星軌道在空間的具體形狀位置，可由六個(gè)軌道參數(shù)來(lái)確定。

1、升交點(diǎn)赤經(jīng)。

升交點(diǎn)赤經(jīng)。為衛(wèi)星軌道的升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的角距。所謂升交點(diǎn)為衛(wèi)星由南向北

運(yùn)行時(shí)，與地球赤道面的交點(diǎn)。反之，軌道面與赤道面的另一個(gè)交點(diǎn)稱(chēng)為降交點(diǎn)。春分點(diǎn)

為黃道面與赤道面在天球上的交點(diǎn)。

2、近地點(diǎn)角距3

3是指衛(wèi)星軌道的近地點(diǎn)與升交點(diǎn)之間的角距。

3、軌道傾角i

i角是指衛(wèi)星軌道面與地球赤道面之間的兩面角。也即從升交點(diǎn)一側(cè)的軌道量至赤道面。

4、衛(wèi)星軌道的長(zhǎng)半軸a

a為衛(wèi)星軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)到橢圓軌道中心的距離。

5、衛(wèi)星軌道的偏心率（或稱(chēng)扁率）e

e=c/a

式中，C——衛(wèi)星橢圓軌道的焦距。

6、衛(wèi)星過(guò)近地點(diǎn)時(shí)刻T

在六個(gè)軌道參數(shù)中，。、3、i和T決定了衛(wèi)星軌道面與赤道面的相對(duì)位置，而a和e

則決定了衛(wèi)星軌道的形狀。

4.2.2衛(wèi)星坐標(biāo)的測(cè)定和解算

4.2.3衛(wèi)星姿態(tài)角

影像幾何變形與衛(wèi)星姿態(tài)角也有直接的關(guān)系。為了進(jìn)行幾何校正，必須提供衛(wèi)星姿態(tài)角

參數(shù)。現(xiàn)定義衛(wèi)星質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿軌道前進(jìn)的切線(xiàn)方向?yàn)閄軸，垂直軌道面的方向?yàn)閥

軸，垂直xy平面的為z軸，則衛(wèi)星的姿態(tài)有三種情況：繞x軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱(chēng)之為滾動(dòng)；

繞y軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱(chēng)俯仰；繞z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱(chēng)航偏。

4.2.4其它一些常用參數(shù)

1、衛(wèi)星速度

2、衛(wèi)星運(yùn)行周期

衛(wèi)星運(yùn)行周期是指衛(wèi)星繞地一圈所需要時(shí)間，即從升交點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)行到下次過(guò)升交點(diǎn)時(shí)

的時(shí)間間隔。

3、衛(wèi)星高度

4、同一天相鄰軌道間在赤道處的距離

5、每天衛(wèi)星繞地圈數(shù)

6、重復(fù)周期

衛(wèi)星重復(fù)周期是指衛(wèi)星從某地上空開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)過(guò)若干時(shí)間的運(yùn)行后，回到該地空時(shí)

所需要的天數(shù)。

第五章遙感傳感器

遙感傳感器是獲取遙感數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備，由于設(shè)計(jì)和獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)不同，傳感器的種

類(lèi)也就繁多，就其基本結(jié)構(gòu)原理來(lái)看，目前遙感中使用的傳感器大體上可分為如下一些類(lèi)型：

(1)攝影類(lèi)型的傳感器；

(2)掃描成像類(lèi)型的傳感器；

(3)雷達(dá)成像類(lèi)型的傳感器；

(1)收集器：收集地物輻射來(lái)的能量。

(2)探測(cè)器：將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能或電能。

(3)處理器：對(duì)收集的信號(hào)進(jìn)行處理。

(4)輸出器：輸出獲取的數(shù)據(jù)。

§5.1掃描成像類(lèi)傳感器

掃描成像類(lèi)型的傳感器是逐點(diǎn)逐行地以時(shí)序方式獲取二維圖像，有兩種主要的形式，一

是對(duì)物面掃描的成像儀，它的特點(diǎn)是對(duì)地面直接掃描成像，這類(lèi)儀器如紅外掃描儀、多光

譜掃描儀、成像光譜儀、自旋和步進(jìn)式成像儀及多頻段頻譜儀等；二是瞬間在像面上先形成

一條線(xiàn)圖像，甚至是一幅二維影像，然后對(duì)影像進(jìn)行掃描成像，這類(lèi)儀器有線(xiàn)陣列CCD推

掃式成像儀，電視攝像機(jī)等。

5.1.1對(duì)物面掃描的成像儀

一、紅外掃描儀

二、MSS多光譜掃描儀

三、TM專(zhuān)題制圖儀

四、ETM+增強(qiáng)型專(zhuān)題制圖儀

5.1.2對(duì)像面掃描的成像儀

一、HRV線(xiàn)陣列推掃式掃描儀

5.1.3成像光譜儀（ImagingSpectrometer）

成像光譜儀按其結(jié)構(gòu)的不同，可分為兩種類(lèi)型。一種是面陣探測(cè)器加推掃式掃描儀的

成像光譜儀。另一種是用線(xiàn)陣列探測(cè)器加光機(jī)掃描儀的成像光譜儀。

§5.2雷達(dá)成像類(lèi)傳感器

5.2.1真實(shí)孔徑雷達(dá)

真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)的分辨力包括距離分辨力和方位分辨力兩種。距離分辨力是在脈沖

發(fā)射的方向上，能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離，它與脈沖寬度有關(guān)。方位分辨力是指相鄰的

兩束脈沖之間，能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離。它與波瓣角B有關(guān)。

距離分辨力（率）

＞斜距分辨力

&=巴

d2

＞地距分辨力

R,=,ec（p

方位分辨力（率）

3.2.2合成孔徑雷達(dá)

合成孔徑雷達(dá)的方位分辨力與距離無(wú)關(guān)，只與實(shí)際使用的天線(xiàn)孔徑有關(guān)，即Rs=d。此

外由于雙程相移，方位分辨力還可提高一倍，即Rs=d/2。

5.2.3側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征

1、斜距圖像的比例失真(ScaleDistortion)

離雷達(dá)近的比例尺小，而遠(yuǎn)的反而大。

2、透視收縮(Foreshortening)

雷達(dá)圖像上的地面斜坡被明顯縮短的現(xiàn)象。

3、疊掩現(xiàn)象(Layover)

發(fā)射雷達(dá)脈沖的曲率使近目標(biāo)(即高目標(biāo)的頂部)回波先到達(dá)，遠(yuǎn)目標(biāo)(即高目標(biāo)的底

部)后到達(dá)。因而頂部先成像，并向近射程方向位移。

4、陰影現(xiàn)象

5、高差產(chǎn)生的投影差亦與中心投影影像投影差位移的方向相反，位移量也不同。

投影差：a=Rpo—Rp,而

222

Rp0-Rp=-H+2H/\h-^h+H

(Rpo-Rp)(Rpq+&>)=2H\h-A/i2

2

Sh(RP0-RP+2RP)=277A/z-A/z

&=—Rp±+2HAh

由于加《Rp,所以可=-Rp+

5.2.4相干雷達(dá)(INSAR)

INSAR數(shù)據(jù)處理的般流程主要步驟包括：影像配準(zhǔn)、干涉圖生成、噪聲濾除，基線(xiàn)

估算，平地效應(yīng)消除，相位解纏，高程計(jì)算和糾正(地理編碼處理)等。

第六章遙感圖像幾何處理

§6.1遙感傳感器的構(gòu)像方程

遙感圖像的構(gòu)像方程是指地物點(diǎn)在圖像上的圖像坐標(biāo)(x,y)和其在地面對(duì)應(yīng)點(diǎn)的大地坐

標(biāo)(X、Y、Z)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

6.1.1遙感圖像的通用構(gòu)像方程

主要的坐標(biāo)系有：

1.傳感器坐標(biāo)系s-uvw,S為傳感器投影中心，作為傳感器坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)，U軸的

方向?yàn)檫b感平臺(tái)的飛行方向，V軸垂直于U,W軸則垂直于UV平面，該坐標(biāo)系描述了像

點(diǎn)在空間的位置。

2.地面坐標(biāo)系O—XYZ,主要采用地心坐標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)傳感器對(duì)地成像時(shí).，Z軸與原點(diǎn)處的

天頂方向一致，XY平面垂直于Z軸。

3.圖像(像點(diǎn))坐標(biāo)系。一xyf,(x,y)為像點(diǎn)在圖像上的平面坐標(biāo)，f為傳感器成像時(shí)的等

效焦距，其方向與S—UVW方向一致。

在地面坐標(biāo)系與傳感器坐標(biāo)系之間建立的轉(zhuǎn)換關(guān)系稱(chēng)為通用構(gòu)像方程。

§6.2遙感圖像的幾何變形

遙感圖像成圖時(shí)，由于各種因素的影響，圖像本身的兒何形狀與其對(duì)應(yīng)的地物形狀往往

是不一致的。遙感圖像的幾何變形是指圖像上像元在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)與其在地圖坐標(biāo)

系等參考坐標(biāo)系統(tǒng)中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)之間的差異。研究遙感圖像幾何變形的前提是必須確定一

個(gè)圖像投影的參照系統(tǒng)，即地圖投影系統(tǒng)。

遙感圖像的變形誤差可分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差兩大類(lèi)。靜態(tài)誤差是在成像過(guò)程中，

傳感器相對(duì)于地球表面呈靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所具有的各種變形誤差。動(dòng)態(tài)誤差主要是在成像過(guò)程

中由于地球的旋轉(zhuǎn)等因素所造成的圖像變形誤差。變形誤差又可分為內(nèi)部誤差和外部誤差

兩類(lèi)。內(nèi)部誤差主要是由于傳感器自身的性能技術(shù)指標(biāo)偏移標(biāo)稱(chēng)數(shù)值所造成的。內(nèi)部誤差

隨傳感器的結(jié)構(gòu)不同而異，其數(shù)據(jù)和規(guī)律可以在地面通過(guò)檢校的方式測(cè)定，其誤差值不大，

本書(shū)不予討論。外部變形誤差是在傳感器本身處在正常工作的條件下，由傳感器以外的各

種因素所造成的誤差，如傳感器的外方位元素變化，傳感器介質(zhì)不均勻，地球曲率，地形

起伏以及地球旋轉(zhuǎn)等因素引起的變形誤差。本節(jié)主要討論外部誤差對(duì)圖像變形的影響。此

外把某些傳感器特殊的成像方式所引起的圖像變形，如全景變形、斜距變形等也加以討論。

6.2.1傳感器成像方式引起的圖像變形

傳感器的成像方式有中心投影，全景投影，斜距投影以及平行投影等幾種。

6.2.2傳感器外方位元素變化的影響

傳感器的外方位元素，是指?jìng)鞲衅鞒上駮r(shí)的位置（Xs,Ys,Zs）和姿態(tài)角（；，二，父，）。

6.2.3地形起伏引起的像點(diǎn)位移

投影誤差是由地面起伏引起的像點(diǎn)位移，當(dāng)?shù)匦斡衅鸱鼤r(shí)，對(duì)于高于或低于某一基準(zhǔn)面

的地面點(diǎn)，其在像片上的像點(diǎn)與其在基準(zhǔn)面上垂直投影點(diǎn)在像片上的構(gòu)像點(diǎn)之間有直線(xiàn)位

移。

1、中心投影

投影誤差的大小與底點(diǎn)至像點(diǎn)的距離，地形高差成正比，與平臺(tái)航高成反比。投影差發(fā)

生在底點(diǎn)輻射線(xiàn)上，對(duì)于高于基準(zhǔn)面的地面點(diǎn)，其投影差離開(kāi)底點(diǎn)；對(duì)于低于基準(zhǔn)面的地

面點(diǎn)，其投影差朝向底點(diǎn)。

2、側(cè)視雷達(dá)

地形起伏對(duì)側(cè)視雷達(dá)圖像的影響發(fā)生在y方向上，且投影差的方向與中心投影相反。

6.2.4地球曲率引起的圖像變形

地球曲率引起的像點(diǎn)位移與地形起伏引起的像點(diǎn)位移類(lèi)似。

6.2.5大氣折射引起的圖像變形

大氣層不是個(gè)均勻的介質(zhì)，它的密度是隨離地面高度的增加而遞減，因此電磁波在大

氣層中傳播時(shí)的折射率也隨高度而變化，使得電磁波的傳播路徑不是??條直線(xiàn)而變成了曲

線(xiàn)，從而引起像點(diǎn)的位移，這種像點(diǎn)位移就是大氣層折射的影響。

6.2.6地球自轉(zhuǎn)的影響

在常規(guī)框幅攝影機(jī)成像的情況下，地球自轉(zhuǎn)不會(huì)引起圖像變形，因?yàn)槠湔鶊D像是在瞬

間一次曝光成像的。地球自轉(zhuǎn)主要是對(duì)動(dòng)態(tài)傳感器的圖像產(chǎn)生變形影響，特別是對(duì)衛(wèi)星遙感

圖像。當(dāng)衛(wèi)星由北向南運(yùn)行的同時(shí)，地球表面也在由西向東自轉(zhuǎn)，由于衛(wèi)星圖像每條掃描線(xiàn)

的成像時(shí)間不同，因而造成掃描線(xiàn)在地面上的投影依次向西平移，最終使得圖像發(fā)生扭曲。

§6.3遙感圖像的幾何處理

6.3.1遙感圖像的粗加工處理

遙感圖像的粗加工處理也稱(chēng)為粗糾正，它僅做系統(tǒng)誤差改正。

6.3.2遙感圖像的精糾正處理

遙感圖像的精糾正是指消除圖像中的幾何變形，產(chǎn)生一幅符合某種地圖投影或圖形表

達(dá)要求的新圖像。它包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是像素坐標(biāo)的變換，即將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榈貓D或地

面坐標(biāo)；二是對(duì)坐標(biāo)變換后的像素亮度值進(jìn)行重采樣。數(shù)字圖像糾正主要處理過(guò)程如下：

(1)根據(jù)圖像的成像方式確定影像坐標(biāo)和地面坐標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型。

(2)由地面控制點(diǎn)和對(duì)應(yīng)像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行平差計(jì)算變換參數(shù)，評(píng)定精度。

(3)對(duì)原始影像進(jìn)行幾何變換計(jì)算，像素亮度值重采樣。

目前的糾正方法有多項(xiàng)式法，共線(xiàn)方程法、有理函數(shù)法和隨機(jī)場(chǎng)插值法等。

1、遙感圖像的多項(xiàng)式糾正

多項(xiàng)式糾正回避成像的空間幾何過(guò)程，直接對(duì)圖像變形的本身進(jìn)行數(shù)字模擬。多項(xiàng)式的

項(xiàng)數(shù)(即系數(shù)個(gè)數(shù))N與其階數(shù)n有著固定的關(guān)系：

N=(n+1)(n+2)/2

根據(jù)糾正圖像要求的不同選用不同的階數(shù)，當(dāng)選用一次項(xiàng)糾正時(shí)，可以糾正圖像因平移、

旋轉(zhuǎn)、比例尺變化和仿射變形等引起的線(xiàn)性變形。當(dāng)選用二次項(xiàng)糾正時(shí)，則在改正一次項(xiàng)各

種變形的基礎(chǔ)上，還改正二次非線(xiàn)性變形。如選用三次項(xiàng)糾正則改正更高次的非線(xiàn)性變形。

遙感圖像多項(xiàng)式糾正的基本過(guò)程為：

(-)利用已知地面控制點(diǎn)求解多項(xiàng)式系數(shù)；

(-)遙感圖像的糾正變換

(三)數(shù)字圖像亮度(或灰度)值的重采樣

采用適當(dāng)?shù)姆椒ò涯滁c(diǎn)位周?chē)徑麛?shù)點(diǎn)位上亮度值對(duì)該點(diǎn)的亮度貢獻(xiàn)累積起來(lái)，構(gòu)

成該點(diǎn)位的新亮度值，這個(gè)過(guò)程即稱(chēng)為數(shù)字圖像亮度(或圖像灰度)值的重采樣。常用的

數(shù)字圖像重采樣方法包括：

1)最鄰近像元采樣法

取距離被采樣點(diǎn)最近的已知像素元素的(N)亮度h作為采樣亮度。

2)雙線(xiàn)性?xún)?nèi)插法

三角形線(xiàn)性函數(shù)

3)雙三次卷積重采樣法

2、遙感圖像的共線(xiàn)方程糾正

共線(xiàn)方程糾正是建立在圖像坐標(biāo)與地面坐標(biāo)嚴(yán)格數(shù)學(xué)變換關(guān)系的基礎(chǔ)上的，是對(duì)成像空

間幾何形態(tài)的直接描述。該方法糾正過(guò)程需要有地面高程信息(DEM),可以改正因地形起

伏而引起的投影差。因此當(dāng)?shù)匦纹鸱^大，且多項(xiàng)式糾正的精度不能滿(mǎn)足要求時(shí)，要用共線(xiàn)

方程進(jìn)行糾正。

§6.4圖像間的自動(dòng)配準(zhǔn)和數(shù)字鑲嵌

6.4.1圖像間的自動(dòng)配準(zhǔn)

圖像配準(zhǔn)的實(shí)質(zhì)就是前述的遙感圖像的幾何糾正，根據(jù)圖像的幾何畸變特點(diǎn)，采用一

種幾何變換將圖像歸化到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中。圖像之間的配準(zhǔn)一般有兩種方式：

①圖像間的匹配，即以多源圖像中的一幅圖像為參考圖像，其他圖像與之配準(zhǔn)，其坐標(biāo)系

是任意的；

②絕對(duì)配準(zhǔn)，即選擇某個(gè)地圖坐標(biāo)系，將多源圖像變換到這個(gè)地圖坐標(biāo)系以后來(lái)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)

系的統(tǒng)一。

6.4.2數(shù)字圖像鑲嵌

當(dāng)感興趣的研究區(qū)域在不同的圖像文件時(shí)，需要將不同的圖像文件合在一起形成一幅完

整的包含感興趣區(qū)域的圖像，這就是圖像的鑲嵌。

數(shù)字圖像鑲嵌的過(guò)程如下：

1)圖像的幾何糾正；

2)搜索鑲嵌邊；

3)亮度和反差調(diào)整；

4)平滑邊界線(xiàn)。

第七章遙感圖像輻射處理

§7.1遙感圖像的輻射處理

傳感器接收的電磁波能量與目標(biāo)本身輻射的能量是不一致的。傳感器輸出的能量包含了

由于太陽(yáng)位置和角度條件、大氣條件、地形影響和傳感器本身的性能等所引起的各種失真,

這些失真不是地面目標(biāo)本身的輻射，因此對(duì)圖像的使用和理解造成影響，必須加以校正或消

除。

輻射定標(biāo)和輻射校正是遙感數(shù)據(jù)定量化的最基本環(huán)節(jié)。輻射定標(biāo)：指?jìng)鞲衅魈綔y(cè)值的

標(biāo)定過(guò)程方法，用以確定傳感器入口處的準(zhǔn)確輻射值。輻射校正：指消除或改正遙感圖像

成像過(guò)程中附加在傳感器輸出的輻射能量中的各種噪聲的過(guò)程。

7.1.1輻射誤差

從輻射傳輸方程可以看出，傳感器接收的電磁波能量包含三部分：

1）太陽(yáng)經(jīng)大氣衰減后照射到地血，經(jīng)地面反射后，又經(jīng)大氣第二次衰減進(jìn)入傳感器的能量;

2）地面本身輻射的能量經(jīng)大氣后進(jìn)入傳感器的能量；

3）大氣散射、反射和輻射的能量。

傳感器輸出的能量還與傳感器的光譜響應(yīng)系數(shù)有關(guān)。因此遙感圖像的輻射誤差主要包

括：

1）傳感器本身的性能引起的輻射誤差；

2）地形影響和光照條件的變化引起的輻射誤差；

3）大氣的散射和吸收引起的輻射誤差。

7.1.2傳感器誤差定標(biāo)

傳感器的輻射定標(biāo)包括絕對(duì)定標(biāo)和相對(duì)定標(biāo)0絕對(duì)定標(biāo)：對(duì)目標(biāo)作定量的描述，要得

到目標(biāo)的輻射絕對(duì)值。相對(duì)定標(biāo)：只得出目標(biāo)中某一點(diǎn)輻射亮度與其他點(diǎn)的相對(duì)值。絕對(duì)

定標(biāo)要建立傳感器測(cè)量的數(shù)字信號(hào)與對(duì)應(yīng)的輻射能量之間的數(shù)量關(guān)系，即定標(biāo)系數(shù)，在衛(wèi)星

發(fā)射前后都要進(jìn)行。

7.1.3大氣校正

大氣的影響是指大氣對(duì)陽(yáng)光和來(lái)自目標(biāo)的輻射產(chǎn)生吸收和散射，消除大氣影響的校正

過(guò)程稱(chēng)為大氣校正。

1.基于地面場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)或輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正

在遙感成像的同時(shí).，同步獲取成像目標(biāo)的反射率，或通過(guò)預(yù)先設(shè)置已知反射率的目標(biāo)，

把地面實(shí)況數(shù)據(jù)與傳感器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來(lái)消除大氣的影響。

2、利用波段特性進(jìn)行的大氣校正

a.回歸分析法

在不受大氣影響的波段圖像和待校正的某一波段圖像中，選擇由最亮至最暗的一系列

目標(biāo)，將每一目標(biāo)的兩個(gè)待比較的波段亮度值進(jìn)行回歸分析，得到回歸系數(shù)，然后對(duì)整個(gè)

圖像進(jìn)行大氣校正。

b.直方圖法

若圖像中存在亮度為零的目標(biāo)，如深海水體、陰影等，則其對(duì)應(yīng)圖像的亮度值應(yīng)為零,

實(shí)際上只有在沒(méi)有受大氣影響的情況下，其亮度值才可能為零，其他目標(biāo)由于受水氣散射、

輻射使得目標(biāo)的亮度值不為零。根據(jù)具體大氣條件，各波段要校正的大氣影響是不同的。

為確定大氣影響，顯示有關(guān)圖像的直方圖，從圖上可以得知最黑的目標(biāo)亮度為零，即第七

波段圖像的最小亮度值為零，第四波段的亮度最小值為a4,則a4就是第四波段圖像的大氣

校正。其它波段同理可以得到大氣校正。

7.1.4太陽(yáng)高度角、日地距離和地形起伏引起的輻射誤差校正

太陽(yáng)高度角引起的輻射畸變校正是將太陽(yáng)光線(xiàn)傾斜照射時(shí)獲取的圖像校正為太陽(yáng)光垂

直照射時(shí)獲取的圖像，因此在做輻射校正時(shí):需要知道成像時(shí)刻的太陽(yáng)高度角。太陽(yáng)高度角

可以根據(jù)成像時(shí)刻的時(shí)間、季節(jié)和地理位置確定。由于太陽(yáng)高度角的影響，在圖像上會(huì)產(chǎn)生

陰影現(xiàn)象，陰影會(huì)覆蓋陰坡地物，對(duì)圖像的定量分析和自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)生影響。一般情況下陰影

是難以消除的，但對(duì)多光譜圖像可以用兩個(gè)波段圖像的比值產(chǎn)生一個(gè)新圖像以消除地形的

影響。在多光譜圖像上，產(chǎn)生陰影區(qū)的圖像亮度值是無(wú)陰影時(shí)的亮度和陰影亮度值之和，

通過(guò)兩個(gè)波段的比值可以基本消除。

具有地形坡度的地面，對(duì)進(jìn)入傳感器的太陽(yáng)光線(xiàn)的輻射亮度有影響，但是地形坡度引起

的輻射亮度校正需要知道成像地區(qū)的數(shù)字地面模型，校正不方便。同樣也可以用比值圖像來(lái)

消除其影響。

對(duì)于不同太陽(yáng)高度角照射條件下的圖像數(shù)據(jù)的像元亮度值,被標(biāo)準(zhǔn)化到假設(shè)太陽(yáng)在天頂

時(shí)的像元亮度值。同理，對(duì)于地形起伏區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，也可以被標(biāo)準(zhǔn)化到假設(shè)太陽(yáng)在地平

而法線(xiàn)方向時(shí)的像元亮度值。E=E0cosa

日地距離校正用于標(biāo)準(zhǔn)化地球和太陽(yáng)間的距離的季節(jié)變化。太陽(yáng)輻射隨日地距離的平方

減小。在忽略大氣的影響下，太陽(yáng)天頂角和日地距離對(duì)于地球表面輻射的影響：

E_E°c°s仇

―-干

7.1.5像元灰度值DN和輻射率的轉(zhuǎn)換

1、可見(jiàn)光

利用頭文件中記錄的輻射校正參數(shù)，用戶(hù)可方便地計(jì)算出地物在大氣頂部的輻射亮度

或反射率。計(jì)算式如下：

L=gainxDN+bias

2

p=7iLds1Eocos0

其中：L,DN,gain和bias可從頭文件中得到，p是地物反射率，ds是日地天文單位距離,

E0太陽(yáng)輻照度，。是太陽(yáng)天頂角。

§7.2遙感圖像輻射增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容。遙感圖像增強(qiáng)是為特定目的，突出遙感圖像中的

某些信息，削弱或除去某些不需要的信息，使圖像更易判讀。圖像增強(qiáng)的實(shí)質(zhì)是增強(qiáng)感興趣

目標(biāo)和周?chē)尘皥D像間的反差。它不能增加原始圖像的信息，有時(shí)反而會(huì)損失一些信息。

目前常用的圖像增強(qiáng)處理技術(shù)可以分為兩大類(lèi)：空間域和頻率域的處理?？臻g域處理

是指直接對(duì)圖像進(jìn)行各種運(yùn)算以得到需要的增強(qiáng)結(jié)果。頻率域處理是指先將空間域圖像變換

成頻率域圖像，然后在頻率域中對(duì)圖像的頻譜進(jìn)行處理，以達(dá)到增強(qiáng)圖像的目的。以卜介紹

的內(nèi)容都屬于空間域的增強(qiáng)處理。

7.2.1圖像灰度的直方圖

灰度直方圖可以看成是一個(gè)隨機(jī)分布密度函數(shù)，其分布狀態(tài)用灰度均值和標(biāo)準(zhǔn)差兩個(gè)參

數(shù)來(lái)衡量。

■a圖像直方圖靠近低灰度區(qū)，該圖像屬于低反射率景物圖像；

?b圖像為高反射率景物圖像；

■c圖像直方圖標(biāo)準(zhǔn)差偏小，為低反差景物圖像；

■d圖像直方圖的標(biāo)準(zhǔn)差較大，為高反差景物的圖像；

?e圖像直方圖呈現(xiàn)出多峰，圖中有多種地物出現(xiàn)的頻率較高；

■f圖像直方圖呈現(xiàn)出雙峰，并且高亮度地物（如云、白背景等）出現(xiàn)頻率高。

7.2.2圖像反差調(diào)整

1、線(xiàn)性變換

簡(jiǎn)單線(xiàn)性變換是按比例拉伸原始圖像灰度等級(jí)范圍。

4；=Ad》+B

f

A_dsmax-d"'mi.n

~~d~-d.

maxmin

B=—Admin+dm'i'n

設(shè)增強(qiáng)前灰度最大值為159,最小值為0,則線(xiàn)性變換中的系數(shù)A、B表達(dá)式為:

A_"max-4］而_255一°?

""EO*

B=-