遙感概論課件

大氣和環(huán)境對(duì)遙感的影響大氣的成分和結(jié)構(gòu)大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響大氣窗口環(huán)境對(duì)地物光譜特性的影響一、大氣的成分大氣的傳輸特性：大氣對(duì)電磁波的吸收、散射和透射的特性。這種特性與波長(zhǎng)和大氣的成分有關(guān)。大氣的成分：多種氣體、固態(tài)和液態(tài)懸浮的微粒混合組成的。大氣物質(zhì)與太陽(yáng)輻射相互作用，是太陽(yáng)輻射衰減的重要原因。二、大氣的結(jié)構(gòu)大氣的垂直分層：對(duì)流層、平流層、中氣層、熱層和大氣外層。對(duì)流層：航空遙感活動(dòng)區(qū)。遙感側(cè)重研究電磁波在該層內(nèi)的傳輸特性。平流層：較為微弱。中氣層：溫度隨高度增加而遞減。熱層：增溫層。電離層。衛(wèi)星的運(yùn)行空間。大氣外層：1000公里以外的星際空間。三、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響太陽(yáng)輻射的衰減過程：30%被云層反射回；17%被大氣吸收；22%被大氣散射；31%到達(dá)地面。（圖2-3）大氣的透射率公式：透射率與路程、大氣的吸收、散射有關(guān)。（一）大氣的吸收作用氧氣：小于0.2

μm；0.155為峰值。高空遙感很少使用紫外波段的原因。臭氧：數(shù)量極少，但吸收很強(qiáng)。兩個(gè)吸收帶；對(duì)航空遙感影響不大。水：吸收太陽(yáng)輻射能量最強(qiáng)的介質(zhì)。到處都是吸收帶。主要的吸收帶處在紅外和可見光的紅光部分。因此，水對(duì)紅外遙感有極大的影響。二氧化碳：量少；吸收作用主要在紅外區(qū)內(nèi)?？梢院雎圆挥?jì)。AbsorptionIncontrasttoscatter,atmosphericabsorptionresultsintheeffectivelossofenergytoatmosphericconstituents.Thisnormallyinvolvesabsorptionofenergyatagivenwavelength.Themostefficientabsorbersofsolarradiationinthisregardare:WaterVapourCarbonDioxideOzoneAbsorptionofEMenergybytheatmosphere（二）大氣的散射作用

散射作用：太陽(yáng)輻射在長(zhǎng)波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。改變了電磁波的傳播方向；干擾傳感器的接收；降低了遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量、影像模糊，影響判讀。大氣散射集中在太陽(yáng)輻射能量最強(qiáng)的可見光區(qū)。因此，散射是太陽(yáng)輻射衰減的主要原因。ScatteringAtmosphericscatteringistheunpredictablediffusionofradiationbyparticlesintheatmosphere.Threetypesofscatteringcanbedistinguished,dependingontherelationshipbetweenthediameterofthescatteringparticle(a)andthewavelengthoftheradiation(

).ScatteringofEMenergybytheatmosphereRayleighScattera<

Rayleighscatteriscommonwhenradiationinteractswithatmosphericmolecules(gasmolecules)andothertinyparticles(aerosols)thataremuchsmallerindiameterthatthewavelengthoftheinteractingradiation.TheeffectofRayleighscatterisinverselyproportionaltothefourthpowerofthewavelength.Asaresult,shortwavelengthsaremorelikelytobescatteredthanlongwavelengths.Rayleighscatterisoneoftheprincipalcausesofhazeinimagery.Visuallyhazediminishesthecrispnessorcontrastofanimage.RelationshipbetweenpathlengthofEMradiationandthelevelofatmosphericscatterMieScattera<=>

Miescatterexistswhentheatmosphericparticlediameterisessentiallyequaltotheenergywavelengthsbeingsensed.WatervapouranddustparticlesaremajorcausesofMiescatter.ThistypeofscattertendstoinfluencelongerwavelengthsthanRayleighscatter.AlthoughRayleighscattertendstodominateundermostatmosphericconditions,Mie

scatterissignificantinslightlyovercastones.Non-selectivescattera>

Non-selectivescatterismoreofaproblem,andoccurswhenthediameteroftheparticlescausingscatteraremuchlargerthanthewavelengthsbeingsensed.Waterdroplets,thatcommonlyhavediametersofbetween5and100mm,cancausesuchscatter,andcanaffectallvisibleandnear-to-mid-IRwavelengthsequally.Consequently,thisscatteringis“non-selective”withrespecttowavelength.Inthevisiblewavelengths,equalquantitiesofbluegreenandredlightarescattered.Non-SelectivescatterofEMradiationbyacloud三種散射作用瑞利散射：當(dāng)微粒的直徑比輻射波長(zhǎng)小得多時(shí)，此時(shí)的散射稱為瑞利散射。散射率與波長(zhǎng)的四次方成反比，因此，瑞利散射的強(qiáng)度隨著波長(zhǎng)變短而迅速增大。紫外線是紅光散射的30倍，0.4微米的藍(lán)光是4微米紅外線散射的1萬(wàn)倍。瑞利散射對(duì)可見光的影響較大，對(duì)紅外輻射的影響很小，對(duì)微波的影響可以不計(jì)。多波段中不使用藍(lán)紫光的原因：顏色紅橙黃黃綠青蘭紫紫外線波長(zhǎng)0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0無(wú)云的晴天，天空為什么呈現(xiàn)藍(lán)色？朝霞和夕陽(yáng)為什么都偏橘紅色？米氏散射：當(dāng)微粒的直徑與輻射波長(zhǎng)差不多時(shí)的大氣散射。云、霧的粒子大小與紅外線的波長(zhǎng)接近，所以云霧對(duì)對(duì)紅外線的米氏散射不可忽視。無(wú)選擇性散射：當(dāng)微粒的直徑比輻射波長(zhǎng)大得多時(shí)所發(fā)生的散射。符合無(wú)選擇性散射條件的波段中，任何波段的散射強(qiáng)度相同。水滴、霧、塵埃、煙等氣溶膠常常產(chǎn)生非選擇性散射。云霧為什么通常呈現(xiàn)白色？結(jié)論

太陽(yáng)輻射衰減的原因是什么？在可見光和近紅外波段，大氣最主要的散射作用是什么？無(wú)云的晴天，天空為什么呈現(xiàn)藍(lán)色？朝霞和夕陽(yáng)為什么都偏橘紅色？微波為什么具有極強(qiáng)的穿透云層的作用？為什么在選擇遙感工作波段時(shí)，要考慮大氣層的散射和吸收作用？四、大氣窗口1、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)。常見的大氣窗口：AtmosphericWindowsSomesensors,especiallythoseonmeteorologicalsatellites,seektodirectlymeasureabsorptionphenomenasuchasthoseassociatedwithCO2andothergaseousmolecules.NotethattheatmosphereisnearlyopaquetoEMradiationinthemidandfarIRInthemicrowaveregion,bycontrast,mostoftheEMradiationmovesthroughunimpeded-sothatradaratcommonlyusedwavelengthswillnearlyallreachtheEarthsurfaceunimpeded-althoughspecificwavelengthsarescatteredbyraindrops.五、環(huán)境對(duì)地物光譜特性的影響地物的物理性狀光源的輻射強(qiáng)度：緯度與海拔高度季節(jié)：太陽(yáng)高度不同探測(cè)時(shí)間：時(shí)間不同，反射率不同。氣象條件地物的光譜特性

任何地物都有自身的電磁輻射規(guī)律，如反射、發(fā)射、吸收電磁波的特性。少數(shù)還有透射電磁波的特性。地物的這種特性稱為：地物的光譜特性。地物的反射率、吸收率和透射率對(duì)于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即為弱輻射體；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。一、地物的反射光譜特性地物的反射率（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：入射電磁波的波長(zhǎng)入射角的大小地表顏色與粗糙度地物的反射光譜：地物的反射率隨入射波長(zhǎng)變化的規(guī)律。地物反射光譜曲線：根據(jù)地物反射率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系而繪成的曲線。地物電磁波光譜特征的差異是遙感識(shí)別地物性質(zhì)的基本原理。不同地物在不同波段反射率存在差異：雪、沙漠、濕地、小麥的光譜曲線傳感器探測(cè)波段的設(shè)計(jì)，是通過分析比較地物光譜數(shù)據(jù)而確定的。多光譜掃描儀（MSS）的波段設(shè)計(jì)：

MSS1(0.5-0.6μm)MSS2(0.6-0.7μm)MSS3(0.7-0.8μm)MSS4(0.8-1.1μm)同類地物的反射光譜具有相似性，但也有差異性。不同植物；植物病蟲害地物的光譜特性具有時(shí)間特性和空間特性。時(shí)間特性空間特性不同植物光譜曲線比較植被的病蟲害時(shí)間特征

地物發(fā)射電磁波的能力以發(fā)射率作為衡量標(biāo)準(zhǔn)；地物的發(fā)射率是以黑體輻射作為參照標(biāo)準(zhǔn)。黑體：在任何溫度下，對(duì)各種波長(zhǎng)的電磁輻射的吸收系數(shù)等于1（100%）的物體。黑體輻射(BlackBodyRadiation)：黑體的熱輻射稱為黑體輻射。二、地物的發(fā)射光譜特性1.

PowerSource:BlackbodyRadiation

Planck’sLaw:TheamountandspectrumofradiationemittedbyablackbodyisuniquelydeterminedbyitstemperatureMaxPlanck(1858–1947)NobelPrize1918Emissionfromwarmbodiespeakatshortwavelengthswavelength620K380K3、黑體輻射定律(1)朗克熱輻射定律表示出了黑體輻射通量密度與溫度的關(guān)系以及按波長(zhǎng)分布的規(guī)律。黑體輻射的三個(gè)特性(p20)

輻射通量密度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化，每條曲線只有一個(gè)最大值。溫度越高，輻射通量密度越大，不同溫度的曲線不同。隨著溫度的升高，輻射最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。(2)玻耳茲曼定律

Stefan-Boltzmann'slaw

即黑體總輻射通量隨溫度的增加而迅速增加，它與溫度的四次方成正比。因此，溫度的微小變化，就會(huì)引起輻射通量密度很大的變化。是紅外裝置測(cè)定溫度的理論基礎(chǔ)。溫度3005001000200030004000500060007000波長(zhǎng)9。665。802。901。450。970。720。580。480。41(3)維恩位移定律：Wien'sdisplacementlaw

隨著溫度的升高，輻射最大值對(duì)應(yīng)的峰值波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。4、地物的發(fā)射率和基爾霍夫定律發(fā)射率(Emissivity)：地物的輻射出射度（單位面積上發(fā)出的輻射總通量）W與同溫下的黑體輻射出射度W黑的比值。它也是遙感探測(cè)的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。影響地物發(fā)射率的因素：

地物的性質(zhì)、表面狀況、溫度（比熱、熱慣量）：比熱大、熱慣量大，以及具有保溫作用的地物，一般發(fā)射率大，反之發(fā)射率就小。按照發(fā)射率與波長(zhǎng)的關(guān)系，把地物分為：黑體或絕對(duì)黑體：發(fā)射率為1，常數(shù)?；殷w(greybody)：發(fā)射率小于1，常數(shù)選擇性輻射體：反射率小于1，且隨波長(zhǎng)而變化?；鶢柣舴蚨桑涸谝欢囟认拢匚飭挝幻娣e上的輻射通量W和吸收率之比，對(duì)于任何物體都是一個(gè)常數(shù)，并等于該溫度下同面積黑體輻射通量W黑。在給定的溫度下，物體的發(fā)射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，發(fā)射率也越大。地物的熱輻射強(qiáng)度與溫度的四次方成正比，所以，地物微小的溫度差異就會(huì)引起紅外輻射能量的明顯變化。這種特征構(gòu)成了紅外遙感的理論基礎(chǔ)。5、黑體的微波輻射

任何物體在一定的溫度下，不僅向外發(fā)射紅外輻射，也發(fā)射微波輻射。二者基本相似。但微波是地物低溫狀態(tài)下的重要輻射特性，溫度越低，微波輻射越明顯。微波輻射比紅外輻射弱得多，但技術(shù)上可以經(jīng)過處理來(lái)接收。瑞里—金斯公式黑體輻射的微波功率與溫度成正比，與波長(zhǎng)的平方成反比。

微波波段與紅外波段發(fā)射率的比較：不同地物之間微波發(fā)射率的差異比紅外發(fā)射率要明顯得多，因此，在可見光和紅外波段中不易識(shí)別的地物，在微波波段中則容易識(shí)別。（表2-6）6、地物的發(fā)射光譜發(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（圖2-12）

亮度溫度：衡量地物輻射特征的重要指標(biāo)。指等物體的輻射功率等于某一黑體的輻射功率時(shí)，該黑體的絕對(duì)溫度即為亮度溫度。

Thetemperatureoftheblackbodywhichradiatesthesameradiantenergyasanobservedobjectiscalledthebrightnesstemperatureoftheobject.

亮度溫度與實(shí)地溫度的關(guān)系：總小于實(shí)地溫度。透射率：入射光透射過地物的能量與入射總能量的百分比。透射率隨著電磁波的波長(zhǎng)和地物的性質(zhì)而不同?？梢姽?、紅外、微波的透射能力。三、地物的透射光譜特性電磁波與電磁波譜電磁波及其特性電磁波譜電磁輻射源一、電磁波及其特性波的概念：波是振動(dòng)在空間的傳播。機(jī)械波：聲波、水波和地震波電磁波（ElectroMagneticSpectrum)

由振源發(fā)出的電磁振蕩在空氣中傳播。演示電磁波是通過電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間相互聯(lián)系傳播的：原理電磁輻射:這種電磁能量的傳遞過程（包括輻射、吸收、反射和透射）稱為電磁輻射。電磁波的特性電磁波是橫波在真空中以光速傳播電磁波具有波粒二象性：電磁波在傳播過程中，主要表現(xiàn)為波動(dòng)性；在與物質(zhì)相互作用時(shí)，主要表現(xiàn)為粒子性，這就是電磁波的波粒二象性。波動(dòng)性：電磁波是以波動(dòng)的形式在空間傳播的，因此具有波動(dòng)性粒子性：它是由密集的光子微粒組成的，電磁輻射的實(shí)質(zhì)是光子微粒的有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。電磁波的粒子性，使得電磁輻射的能量具有統(tǒng)計(jì)性波粒二象性的程度與電磁波的波長(zhǎng)有關(guān)：波長(zhǎng)愈短，輻射的粒子性愈明顯；波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，輻射的波動(dòng)特性愈明顯。二、電磁波譜電磁波譜：將各種電磁波在真空中的波長(zhǎng)按其長(zhǎng)短，依次排列制成的圖表。

在電磁波譜中，波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是無(wú)線電波，其按波長(zhǎng)可分為長(zhǎng)波、中波、短波和微波。波長(zhǎng)最短的是γ射線

電磁波的波長(zhǎng)不同，是因?yàn)楫a(chǎn)生它的波源不同。2、遙感常用的電磁波波段的特性TheElectromagneticSpectrumMorethanmeetstheeye!ExamplesfromSpace!WavelengthThedistancefromonewavecresttothenextRadiowaveshavelongestwavelengthandGammarayshaveshortest!WavelengthUnitsMeters(likeonlastslideandinbook,p.613)Morecommonlyinnanometers(1nm=10-9

meters)AngstromsstillusedNamedforSwedishAstronomerwhofirstnamedthesewavelengths1nanometer=10AoSpeedoflight=wavelength(l)xfrequency

=3x108m/sinvacuumWavenumber=1/wavelength(cm-1)FrequencyinGHz(1Hz=sec–1)LanguageoftheEnergyCycle:

TheElectromagneticSpectrumEnergyWavelengthlSolarSpectrum=Shortwavespectrum=visiblespectrum:

Sunat6000K;peakemissionat0.5mmCO2H2OO3TerrestrialSpectrum=LongwaveSpectrum=InfraredSpectrum=ThermalSpectrum:

SaharaDesertonNimbus4SatelliteTheoreticalPlanckcurves:Earth~300K,peakemission~15mmEarthSpectrumIncomingfromSun:Highenergy,shortwavelengthOutgoingfromEarthLowenergyLongwavelength0.5mm10mm20mmElectromagneticSpectrumHighenergyShortwavelength/highfrequencyEmittedathighTSunEarth紫外線(UV)：0.01-0.4μm，碳酸鹽巖分布、水面油污染?？梢姽猓?.4-0.76μm，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)

：0.76-1000μm。近紅外0.76-3.0μm’中紅外3.0-6.0μm；遠(yuǎn)紅外6.0-15.0μm；超遠(yuǎn)紅外15-1000μm。（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蟆?、遙感常用的電磁波波段的特性三、電磁輻射源自然輻射源太陽(yáng)輻射：是可見光和近紅外的主要輻射源；常用5900的黑體輻射來(lái)模擬；其輻射波長(zhǎng)范圍極大；輻射能量集中-短波輻射。大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射和散射。地球的電磁輻射：小于3μm的波長(zhǎng)主要是太陽(yáng)輻射的能量；大于6μm的波長(zhǎng)，主要是地物本身的熱輻射；3-6μm之間，太陽(yáng)和地球的熱輻射都要考慮。太陽(yáng)輻射照度分布曲線太陽(yáng)與地球輻射的電磁波譜人工輻射源：主動(dòng)式遙感的輻射源。雷達(dá)探測(cè)。分為微波雷達(dá)和激光雷達(dá)。微波輻射源：0.8-30cm激光輻射源：激光雷達(dá)—測(cè)定衛(wèi)星的位置、高度、速度、測(cè)量地形等。陸地衛(wèi)星系列---

Landsat

Characteristic

LaunchedbyDateoflaunchDateofterminationAltitudeSensorRecurrentperiodLANDSAT-1NASA1972.7.231978.1.6915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-2NASA1975.1.221982.2.25915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-3NASA1978.3.51983.3.31915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-4NASA1982.7.162001.6.15705kmMSS/TM16daysLANDSAT-5NASA1984.3.1Operating*1705kmMSS/TM16daysLANDSAT-6NASA1993.10.51993.10.5-ETM16daysLANDSAT-7NASA1999.4.15Operating*2705kmETM+16days*1:ThedatareceptionbyNASDAwasfinishedtoJun30,2001.

*2:ThedatareceptionbyNASDAwasfinishedtoNov30,2002.\Overview

LANDSAT-1istheworldfirstearthobservationsatellitelaunchedbytheUnitedStatesin1972andamemorablesatellitewhichhasbeenrecognizedinavailabilitybeingcapableofobservingtheearthfarfromspace.Itsexcellentobservationabilitybroughtabouttheimportanceofstate-of-the-artremotesensing.FollowingLANDSAT-1,LANDSAT-2,3,4,5and7werelaunched,andcurrentlyLANDSAT-7isoperatedasamainsatellite.LANDSAT-5isequippedwithMultispectralScanner(MSS)andThematicMapper(TM).MSSisanopticalsensortoobservethereflectedsolarradiationfromtheearthsurfaceinfourdifferentspectralbandsbyacombinationoftheopticalsystemandthesensor.TMisamoreadvancedversionofobservationequipmentthanMSS,whichobservestheearth'ssurfacein7spectralbandsrangingfromvisibletothermalinfraredregions.LANDSAT-7isequippedwithEnhancedThematicMapperPlus(ETM+),thesuccessorofTM.TheobservationbandsarebasicallysamesevenbandsasTMandthenewlyaddedband8witha15mofhighresolution.

WavelengthVisible:2bands

Near-infrared:2bandsSpatialResolution83mSwathWidth185km

WavelengthVisible:3bands

Near-infraredandMiddle-infrared:3bands

Thermal-infrared:1bandSpatialResolutionVisible,Near-infraredandMiddle-infrared:30m

Thermal-infrared:120mSwathWidthAbout180kmOverview

TheETM+isanimprovedversionoftheLandsat4/5ThematicMapper(TM)payloads,butstillprovidesdatacontinuitywithallpriorLandsatmissions.ImprovementsintheinstrumentincludeincreasedspatialresolutionofthethermalIRband(Band6),improvementoftheradiometriccalibrationequipment,andtheadditionofapanchromaticband(Band8).BelowisasimplifieddiagramoftheETM+.

Characteristic

BandwavelengthbandResolution10.45-0.52mm30m20.52-0.60mm30m30.63-0.69mm30m40.76-0.90mm30m51.55-1.75mm30m610.4-12.5mm60m72.08-2.35mm30m80.50-0.90mm15mOrbitsofEarthObservationSatellites

Theorbitisthepathtakenbytheartificialsatellitesincludingearthobservationsatelliteswhentheyflyaroundtheearth.Thereareseveraltypesoforbits,andtheorbitisselecteddependingonpurposesofthesatellites.Earthobservationsatelliteshaveamajormissiontoobservetheentireearth,sotheycirclethemostsuitableSun-synchronoussub-recurrentorbit.Sun-synchronoussub-recurrentorbit

Sun-synchronoussub-recurrentorbitisacombinationofsun-synchronousorbitandsub-recurrentorbit.

Withsun-synchronousorbit

Withsun-synchronousorbit,positioningbetweenthesatelliteandthesunisalwaysthesame,whichmeanstheareathesatellitefliesoveralwaysgetssamesunlightangle.Withthisorbit,theincidenceangle（入射角）

ofsunlighttothelandsurfaceisalwaysthesame,anditallowstoobserveradiationandreflectionfromthelandsurfaceaccurately.

Asub-recurrentorbit

Asub-recurrentorbitmeansthatafteracertainnumberofdays,thesatelliterepeatsitsoriginalorbit.Thisorbitenablesthesatellitetoobservethesameareaatregularintervals.

Sun-synchronousorbit

Sub-recurrentorbit

SunSynchronousOrbitofLandsat7

SunElevationAngle

Satellitesandobits陸地衛(wèi)星系列---SPOT衛(wèi)星86878889909192939495969798992000010203040506070809

SPOT5

SPOT4衛(wèi)星運(yùn)行服務(wù)中斷發(fā)射日或重新開始服務(wù)日

SPOT1

SPOT2SPOT3

Overview

TheFrenchearthobservationsatellitesSPOT-1,2,3and4werelaunchedintoasun-synchronoussub-recurrentorbitatanaltitudeofabout822kmin1986,1990,1993and1998respectively.SPOTcanobservenotonlytheearth'ssurfacejustunderneaththesatellitebutalsoslantwisetothesatellite'spathbychangingthescandirectionofthesensors.Itcanshortenthetimeperiodforobservingaspecifiedarearepetitively.SPOT-1,-2and-3areequippedwithCCDsensorscalledHighResolutionVisibleImagingSystem(HRV).SPOT-4isequippedwithtwoCCDsensors,HRV'ssuccessor,HighResolutionVisibleandInfrared(HRVIR)andVegetation(VGT)*1.TheobservationbandsofHRVIRarebasicallysameasHRVandthenewlyaddedband4,shortwaveinfrared(SWIR:1.58to1.75mm).VGTobserveswideareawithaswathof2,250km.

ObservationBandVisible:2bands

Near-infrared:1band

Panchromatic-Band:1bandSpatialResolutionMultispectoral-Band:20m

Panchromatic-Band:10mSwathWidthAbout60km

HRVIRScanningImage

Spot立體像對(duì)

軌道旁向傾斜，像對(duì)最短時(shí)間差為0.5小時(shí)自動(dòng)相關(guān)生成DEM，高程精度為7-11米(VirtuoZo)

SPOT的傾斜觀測(cè)功能重復(fù)觀測(cè)能力單星：2－3天/次，多星：1天/次20°20°600KmmaxiHRS120Km立體成像裝置HRSSpot-5基本產(chǎn)品10米多光譜5米全色2.5米全色+Spot-5增值產(chǎn)品

10米多光譜5米PanSpot5同軌立體像對(duì)Spot5HRS立體像對(duì)生成的10米高程精度DEM二、陸地衛(wèi)星系列---IKONOSIKONOS:1米全色4米多光譜1米全色-銳化軌道:680km,太陽(yáng)同步,98.2o傾斜

IKONOS光譜波段紅波段.63-.69microns(4m)近紅外.76-.90microns(4m)藍(lán)波段.45-.52microns(4m)綠波段.52-.60microns(4m)全色.45-.90微米的圖像(1m）Overviewof

IKONOSSinceitslaunchinSeptember1999,SpaceImaging'sIKONOSearthimagingsatellitehasprovidedareliablestreamofimagedatathathasbecomethestandardforcommercialhigh-resolutionsatellitedataproducts.TheIKONOSsatelliteistheworld'sfirstcommercialsatellite

tocollectblack-and-whiteimageswith1-meterresolutionandmultispectralimagerywith4-meterresolution.SensorCharacteristics

TheIKONOSsatelliteweighsabout1600pounds.ItorbitstheEarthevery98minutesatanaltitudeofapproximately680kilometersor423miles.IKONOSwaslaunchedintoasun-synchronousorbit,passingagivenlongitudeataboutthesamelocaltime(10:30A.M.)daily.IKONOScanproduce1-meterimageryofthesamegeographyevery3days.SpectralRange

1-meterblack-and-white(panchromatic)

0.45-0.90mm.4-metermultispectral

Blue:0.45-0.52mm

Green:0.51-0.60mm

Red:0.63-0.70mm

NearIR:0.76-0.85mmThisone-meterresolutionsatelliteimageofManhattan,NewYorkwascollectedat11:43a.m.EDTonSept.12,2001bySpaceImaging'sIKONOSsatellite.Theimageshowsanareaofwhitedustandsmokeatthelocationwherethe1,350-foottowersoftheWorldTradeCenteroncestood.SinceallaircraftweregroundedfollowingtheattackonAmericait'stheonlyhigh-resolution'viewfromabove'ofthefireanddestructionofthetwintowersThisone-meterresolution,colorsatelliteimageoftheLingshuimilitaryairfieldonthesoutheasterncoastofHainanIslandintheSouthChinaSea,wascollectedat10:32a.m.localtimeonApril10,2001bySpaceImaging'sIKONOSsatellite.AUSNavyplanemadeanemergencylandingthereafteramid-aircollisionwithaChinesefighter.Thenavyaircraftisclearlyvisibleandparkedonthetaxiwayadjacenttothenorthendoftherunway(northisup).陸地衛(wèi)星系列---QuickBird

遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)一、彩色變換把數(shù)字圖像組合轉(zhuǎn)換成彩色圖形，或者把各種增強(qiáng)或分類圖像組合疊加，以彩色圖像顯示出來(lái)。（彩色的視覺分辨能力比黑白高）方法：假彩色密度分割；彩色合成概念：?jiǎn)尾ǘ魏诎走b感圖像可按亮度分層，對(duì)每層賦予不同的色彩，使之成為一幅彩色圖像。這種方法又叫密度分割。分層方案的確定：分層方案與地物光譜差異對(duì)應(yīng)合適，可以較好地區(qū)分地物類別。處理過程效果分析1、單波段彩色變換（假彩色密度分割）處理過程輸入圖像顯示直方圖確定分割的等級(jí)數(shù)，并計(jì)算分割的間距像元亮度值轉(zhuǎn)換為像元新值賦色HOME以不同的色彩表示圖像的色調(diào)變化，增強(qiáng)了圖像的顯示能力同一地物或現(xiàn)象可能被分割成兩種不同密度并以不同的顏色顯示出來(lái)，或同一色彩卻表示兩種以上不同的地物，造成判讀錯(cuò)誤。HOME效果分析2、多波段色彩變換概念：利用計(jì)算機(jī)將同一地區(qū)不同波段的圖像存放在不同通道的存儲(chǔ)器中，并依照彩色合成原理，分別對(duì)各通道的圖像進(jìn)行單基色變換，在彩色屏幕上進(jìn)行疊置，從而構(gòu)成彩色合成圖像。合成方案：彩色合成圖像分為真彩色圖像和假彩色圖像。方法演示ColourCompositesColourCompositesAcolourcompositeisacolourimageproducedthroughopticalcombinationofmultibandimagesbyprojectionthroughfilters.TrueColourComposite:Acolourimagingprocesswherebythecolouroftheimageisthesameasthecolouroftheobjectimaged.FalseColourComposite:Acolourimagingprocesswhichproducesanimageofacolourthatdoesnotcorrespondtothetruecolourofthescene(asseenbyoureyes).TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7LandsatTM5sub-sceneshowingtheregionaroundtheAlpinforschungszentrumRudolfshütteTM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2ERDAS彩色合成演示3、HLS變換RGB模式與HLS模式將RGB模式轉(zhuǎn)換成HLS模式，對(duì)于定量地表示色彩特性，以及在應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)兩種表達(dá)方式的轉(zhuǎn)換具有重要意義。二、對(duì)比度變換直方圖與圖像的質(zhì)量概念：是一種通過改變圖像像元的亮度值來(lái)改變圖像像元對(duì)比度，從而改善圖像質(zhì)量的圖像處理方法。將圖像中過于集中的像元分布區(qū)域（亮度值分布范圍）拉開擴(kuò)展，擴(kuò)大圖像反差的對(duì)比度，增強(qiáng)圖像表現(xiàn)的層次性。又叫輻射增強(qiáng)。方法：對(duì)比度線性變換和非線性變換。二、對(duì)比度變換線性變換：在改善圖像對(duì)比度時(shí)，如果采用線性或分段線性的函數(shù)關(guān)系，那么這種變換就是線性變換。調(diào)整線性參數(shù)，改變變換效果分段式線性變換非線性變換：變換函數(shù)為非線性函數(shù)時(shí)，即為非線性變換。Alinearstretchinvolvesidentifyinglowerandupperboundsfromthehistogram(usuallytheminimumandmaximumbrightnessvaluesintheimage)andapplyingatransformationtostretchthisrangetofillthefullrange.

Thisgraphicillustratestheincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)alinearcontraststretch.Iftheinputrangeisnotuniformlydistributed.Inthiscase,ahistogram-equalisedstretchmaybebetter.Thisstretchassignsmoredisplayvalues(range)tothefrequentlyoccurringportionsofthehistogram.Inthisway,thedetailintheseareaswillbebetterenhancedrelativetothoseareasoftheoriginalhistogramwherevaluesoccurlessfrequentlyThisgraphicillustratestheratherunevenincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)ahistogramequalisedstretch.三、空間濾波以重點(diǎn)突出圖像上某些特征為目的。濾波增強(qiáng)的原理:任何一個(gè)復(fù)雜的波形曲線都可以分解成具有不同頻率（波長(zhǎng)）的較為簡(jiǎn)單的波形曲線。概念:根據(jù)需要，舍棄不需要的頻率曲線，選擇適宜和需要的頻率波形曲線，重新構(gòu)成新的圖像，使一些地物或現(xiàn)象得到突出顯示。三、空間濾波空間濾波：以突出圖像上的某些特征為目的，通過像元與周圍相鄰像元的關(guān)系，采取空間域中的鄰域處理方法進(jìn)行圖像增強(qiáng)方法。圖像卷積運(yùn)算：在圖像的左上角開一個(gè)與模板同樣大小的活動(dòng)窗口，圖像窗口與模板像元的亮度值相乘再相加，得到新像元的灰度值。SpatialFilteringSpatialfilteringencompassesanothersetofdigitalprocessingfunctionswhichareusedtoenhancetheappearanceofanimage.Spatialfiltersaredesignedtohighlightorsuppress（抑制）specificfeaturesinanimagebasedontheirspatialfrequency.Spatialfrequencyisrelatedtotheconceptofimagetexture,andreferstothefrequencyofthevariationsintonethatappearinanimageAcommonfilteringinvolvesmovinga‘window’（活動(dòng)窗口）ofafewpixelsindimension(e.g.3x3,5x5,etc.)overeachpixelintheimage,applyingamathematicalcalculationusingthepixelvaluesunderthatwindow,andreplacingthecentralpixelwiththenewvalue.ImageofCHURNFarmDaedalus1268ATMChannel3Alow-passfilter（低通濾波）

isdesignedtoemphasiselarger,homogeneousareasofsimilartoneandreducethesmallerdetailinanimage.Thus,low-passfiltersgenerallyservetosmooth（平滑）

theappearanceofanimage.

A

high-passfilter

（高通濾波）doestheopposite,andservestosharpentheappearanceoffinedetailinanimage.

Directionaloredgedetectingfiltershighlightlinearfeatures,suchasroadsorfieldboundaries.Verticaledges（垂直邊緣）HorizontaledgesDirectionalEdgefilterscanalsobedesignedtoenhancefeatureswhichareorientedinspecificdirectionsandareusefulinapplicationssuchasgeology,forthedetectionoflineargeologicstructures.

1、平滑--圖像中出現(xiàn)某些亮度值過大的區(qū)域，或出現(xiàn)不該有的亮點(diǎn)時(shí)，采用平滑方法可以減小變化，使亮度平緩或去掉不必要的亮點(diǎn)。比值平滑：將每個(gè)像元在以其為中心的區(qū)域內(nèi)，取平均值來(lái)代替該像元值，以達(dá)到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目的。中值濾波：將每個(gè)像元在以其為中心的鄰域內(nèi)，取中間亮度值來(lái)代替該像元值，以達(dá)到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目的。2、銳化—突出圖像的邊緣、線性目標(biāo)或某些亮度變化率大的部分。羅伯特梯度：找到了梯度較大的位置，也就找到了邊緣，用不同的梯度值代替邊緣處像元的值，也就突出了邊緣。索伯爾梯度拉普拉斯算法定向檢測(cè)Low-andHigh-PassFilteringWhenwelookatspatialstructure,wecanusuallyseeacharacteristiclengthscale(e.g.sizeoffields,widthandlengthofroads,etc)ImagesusuallyhavefeaturesonlotsofdifferentlengthscalesSometimes,insteadoftalkingabout“l(fā)engthscale”,wetalkinsteadabout“spatialfrequency”.Highfrequenciescorrespondtoshortdistancescales;lowfrequenciescorrespondtolongdistancescalesWecandescribetheactionofsomefiltersinthisway.EdgeEnhancementedgeenhancementmathematicallymanipulatesanimagetoprovideanewimageinwhichedgesaremadetostandout.

Smoothingsmoothingaveragesthevaluesofthepixelanditsneighbors.Ifthereis‘noise’intheimage(randompixelwithrandomvalues)thesmoothingprocesswillremovethese.

四、圖像運(yùn)算概念：兩幅或多幅單波段影像，完成空間配準(zhǔn)后，通過一系列運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)，達(dá)到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。原理：地物不同波段的光譜差異。比值運(yùn)算：兩幅同樣行、列數(shù)的圖像，對(duì)應(yīng)像元的亮度值相除（除數(shù)不為0）就是比值運(yùn)算。該運(yùn)算常用于突出遙感影像中的植被特征、提取植被類型或估算植被生物量，這種算法的結(jié)果稱為植被指數(shù)。常用算法：近紅外波段/紅波段;或（近紅外-紅）/（近紅外+紅）.對(duì)于區(qū)分和增強(qiáng)光譜亮度值雖不明顯，而不同波段的比值差異較大的地物有明顯效果。典型例子比值處理的方式：根據(jù)實(shí)際情況，采取加、減、乘、除四則運(yùn)算。差值運(yùn)算：兩幅同樣行、列數(shù)的圖像，對(duì)應(yīng)像元的亮度值相減就是差值運(yùn)算。五、多光譜變換多光譜變換:針對(duì)多光譜影象存在的一定程度上的相關(guān)性以及數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，通過函數(shù)變換，達(dá)到保留主要信息，降低數(shù)據(jù)量,增強(qiáng)或提取有用信息目的的方法。其變換的本質(zhì):對(duì)遙感圖像實(shí)行線性變換，使光譜空間的坐標(biāo)按一定規(guī)律進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。1、K-L變換離散變換的簡(jiǎn)稱，又稱主成分變換。它是對(duì)某一多光譜圖像X.利用K-L變換矩陣A進(jìn)行線性組合,而產(chǎn)生一組新的多光譜圖像Y.K-L變換的特點(diǎn):變換后的主分量空間與變換前的多光譜空間坐標(biāo)系相比旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度。新坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸一定指向數(shù)據(jù)量較大的方向?？蓪?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮和圖像增強(qiáng)。2、K-T變換K-T變換

是kauth-Thomas變換的簡(jiǎn)稱，也稱纓帽變換.是一種坐標(biāo)空間發(fā)生旋轉(zhuǎn)的線性變換，旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)軸指向與地面景物有密切關(guān)系的方向K-T變換的應(yīng)用:主要針對(duì)TM圖像數(shù)據(jù)和MSS數(shù)據(jù).對(duì)于擴(kuò)大陸地衛(wèi)星TM影像數(shù)據(jù)分析在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用有重要意義.143遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類144一、分類原理與基本過程遙感圖像計(jì)算機(jī)分類的依據(jù)是遙感圖像像素的相似度。常使用距離和相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量相似度。采用距離衡量相似度時(shí)，距離越小相似度越大。采用相關(guān)系數(shù)衡量相似度時(shí)，相關(guān)程度越大，相似度越大。遙感圖像計(jì)算機(jī)分類方法監(jiān)督分類法：選擇具有代表性的典型實(shí)驗(yàn)區(qū)或訓(xùn)練區(qū)，用訓(xùn)練區(qū)中已知地面各類地物樣本的光譜特性來(lái)“訓(xùn)練”計(jì)算機(jī)，獲得識(shí)別各類地物的判別函數(shù)或模式，并以此對(duì)未知地區(qū)的像元進(jìn)行分類處理，分別歸入到已知的類別中。非監(jiān)督分類：是在沒有先驗(yàn)類別（訓(xùn)練場(chǎng)地）作為樣本的條件下，即事先不知道類別特征，主要根據(jù)像元間相似度的大小進(jìn)行歸類合并（即相似度的像元?dú)w為一類）的方法。145一、分類原理與基本過程遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)分類基本過程根據(jù)圖像分類目的選取特定區(qū)域的遙感數(shù)字圖像，需考慮圖像的空間分辨率、光譜分辨率、成像時(shí)間、圖像質(zhì)量等。根據(jù)研究區(qū)域，收集與分析地面參考信息與有關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)分類要求和圖像數(shù)據(jù)的特征，選擇合適的圖像分類方法和算法。制定分類系統(tǒng)，確定分類類別。找出代表這些類別的統(tǒng)計(jì)特征為了測(cè)定總體特征，在監(jiān)督分類中可選擇具有代表性的訓(xùn)練場(chǎng)地進(jìn)行采樣，測(cè)定其特征。在非監(jiān)督分類中，可用聚類等方法對(duì)特征相似的像素進(jìn)行歸類，測(cè)定其特征。對(duì)遙感圖像中各像素進(jìn)行分類。分類精度檢查。對(duì)判別分析的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。146二、圖像分類方法1、監(jiān)督分類

（1）、最小距離分類法Step2–foreachunclassifiedpixel,calculatethedistancetoaverageforeachtrainingarea147二、圖像分類方法1、監(jiān)督分類

（1）、最小距離分類法最近鄰域分類法

NearestNeighbour

。DefinesatypicalpixelforeachclassAssignspixelsonthebasisofspectraldistanceCanseparatediverseclassesBoundaryproblemsremainunresolved148二、圖像分類方法1、監(jiān)督分類

（2）、多級(jí)切割分類法通過設(shè)定在各軸上的一系列分割點(diǎn)，將多維特征空間劃分成分別對(duì)應(yīng)不同分類類別的互不重疊的特征字空間的分類方法。對(duì)于一個(gè)未知類別的像素來(lái)說，它的分類取決于它落入哪個(gè)類別特征字空間中。149二、圖像分類方法1、監(jiān)督分類

（3）、特征曲線窗口分類法特征曲線是地物光譜特征曲線參數(shù)構(gòu)成的曲線。以特征曲線為中心取一個(gè)條帶，構(gòu)造一個(gè)窗口，凡是落在此窗口內(nèi)的地物即被認(rèn)為是一類，反之，則不屬于該類。150二、圖像分類方法1、監(jiān)督分類

（4）、最大似然比分