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1、遥感原理及图像特征,2,一、遥感基础 二、遥感成像机理 三、遥感图像特征 四、遥感图像处理技术 五、遥感技术的发展趋势,3,一、遥感基础,遥感概念 遥感类型 遥感特点 发展简史,4,1.遥感的概念（Remote Sensing）,遥感一词来自英语Remote Sensing，即“遥远感知”。 广义理解，泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波(声波、地震波)等的探测。 实际工作中，重力、磁力、声波、地震波等的探测被划为物探(物理探测)的范畴。因而，只有电磁波探测属于遥感的范畴。 狭义的遥感： 遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示
2、出物体的特征性质及其变化的科学及综合性探测技术。,5,综合技术 对象：地面 载体：电磁波（主要） 目的：地面物质的性质和运动状态（周期性、重复性）过程：成像、传输、处理、应用,1.遥感的概念（Remote Sensing）,6,7,遥感系统,1）目标物的电磁波特性 2）信息的获取（传感器和遥感平台） 3）信息的接收 4）信息的处理 5）信息的应用,8,遥感系统（Remote Sensing System）,1）目标物的电磁波特性_遥感信息源 任何目标物都具有发射、反射、吸收电磁波的性质。,9,遥感系统（Remote Sensing System）,2）信息的获取,10,遥感系统（Remote
3、Sensing System）,3）信息的接收,11,接收、处理、存档、分发各类地球资源遥感卫星数据并进行相关技术研究，为遥感应用提供数据服务。,遥感系统（Remote Sensing System）,4）信息的处理遥感卫星地面站,China Remote Sensing Satellite Ground Station,中、美签字仪式,中国遥感卫星地面站是1979年邓小平与美国总统卡特签定的中美科技合作备忘录中的重大合作项目。于1986年建成并正式运行,14,电磁波谱,15,可见光： 蓝：0.4-0.5 m 绿：0.5-0.6 m 红：0.6-0.7 m,电磁波谱遥感常用波段,16,红外(I
4、nfrared, IR) 反射红外（reflective IR）：0.7-3.0m 热红外(Thermal IR)：3.0-100m 以往用法： 近红外：0.7-1.1 m 中红外：1.1-3.0 m 远红外：8.0-100 m 目前遥感界习惯用法： 近红外（NIR, near-infrared）：0.7-1.1 m 短波红外(SWIR, shortwave IR）：1.1-3.0（2.5） m 中红外(MWIR, Mid wave IR)：3.0-6.0（8.0） m 热红外(TIR, Thermal IR)：8.0-15 m,电磁波谱遥感常用波段,17,微波波段(1mm-1m, 最常用1c
5、m-1m) 遥感常用波段符号： P：30-100cm L: 15-30cm S: 7.5-15cm C: 3.75-7.5cm X: 2.4-3.75cm Ku: 1.57(1.7)-2.4cm K: 1.1-1.57(1.7)cm Ka: 0.75-1.1cm,电磁波谱遥感常用波段,18,航天遥感（卫星）,航空遥感（飞机）,地面遥感,按遥感平台分,2.遥感的类型,探测器（探月）航宇遥感,19,按平台高度分类,20,21,22,23,按传感器的探测波段分 ： 紫外遥感：0.05-0.38m 可见光遥感：0.38-0.76m 红外遥感：0.76-1000m 微波遥感：1mm-10m 多波段遥感：
6、指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测。,2.遥感的类型,24,按工作方式划分 ： 主动遥感与被动遥感 光学遥感和微波遥感 成像遥感与非成像遥感 成像传感器 摄影传感器 扫描成像传感器 雷达成像传感器 非成像传感器 高度辐射计,2.遥感的类型,25,按应用领域划分 ： 地质遥感 林业遥感 农业遥感 军用遥感 气象遥感 海洋遥感 资源遥感 城市遥感 环境遥感 。,2.遥感的类型,农业估产 农业灾情 水、火、旱、雪、虫等灾情 地热资源、林业资源、草场资源监测管理 土地利用动态监测、土地利用规划 海洋渔业 天气预报 环境污染 精确农业（种植结构调整）,26,3.遥感的特点,大
7、面积同步观测、时效性强、综合性好,27,3.遥感的特点,28,3.遥感的特点,较高的经济和社会效益 节约成本（人、财、物） 美国陆地卫星 1 : 80,29,3.遥感的特点,一定的局限性,30,遥感原理及成像特征,一、遥感基础 二、遥感成像机理 三、遥感图像特征 四、遥感图像处理技术 五、遥感技术的发展趋势,31,二、成像机理,不同类型的传感器,航空摄影机外观,航空摄影机内部构造,光机扫描仪 用光学系统接收来自目标地物的辐射，并分成几个不同的光谱段，使用探测仪器把光信号转变为电信号，同时发射信号回地面，如MSS、TM等。 分为红外扫描仪和多光谱扫描仪。 推帚式扫描仪 用平行排列的CCD探测杆收
8、集地面辐射信息，每根探测杆由3 000/6 000个CCD元件呈一字排列，负责收集某一波段的地面辐射信息，是推帚式扫描成像。,34,光学扫描仪,35,光/机扫描成像实例（MSS）,多光谱扫描成像,36,光/机扫描成像实例（MSS）,37,固体自扫描成像（推帚式扫描仪）,38,高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）,成像光谱仪是新一代传感器，20世纪80年代正式开始研制； 目的：在获取大量目标窄波段连续光谱图象的同时，获得每一个像元几乎连续的光谱数据 （成像光谱仪） 主要应用于高光谱航空遥感，在航天遥感领域高光谱也开始应用,39,高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）,1 面阵探测器加推扫式扫描仪的成像光谱
9、仪,2 线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪,40,高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）,42,高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）,43,微波遥感与成像,微波波段划分,雷达遥感与光学遥感的区别,光学遥感 与人的视觉原理与效果类似 传感器采集在一个或几个频率宽率内地球表面反射的能量 每一个波段的数据都是一幅反映地面特性的图象 不同波段数据的组合可以生成彩色图象，用于解译 雷达遥感（RADAR）：Radio Detection and Ranging 无线电检测与测距） 传感器发射处于某一微波频率的信号并接收地面的回波 微波的波长一般在几厘米至百余厘米间，人眼无法感受 除非经过“成像”处理，否则，雷达信
10、号不是我们熟悉的地面图象 单一波段的图象 形成彩色图象必须使用多时相或者多极化的数据,45,微波遥感的特点： 全天候成像 微波可以穿透云层和小雨 全天时成像 雷达成像不依赖于太阳照射目标的能量 对地物几何形状、地球表面粗糙度、土壤湿度敏感 对土壤和植物冠体具有一定的穿透力，可以提供部分地物表面以下的信息,RADARSAT (3-100） 798km,TerraSAR(1-16米 ） 514km,X-band,C-band,L-band,ALOS (7-44：operation halted） 568km,ALOS （10）,RADARSAT (3）,TerraSAR-X （1m）,46,不同波
11、段的SAR传感器特征,- L-band (15-30cm wavelength): L波段的微波可以穿透树叶，茎干土壤等. - C-band (3.75-7.5cm): C波段微波用于海洋方面的应用，如海冰监测。 - X-band (2.4-3.75cm): X波段的微波可透过云，烟，但是无法透过树叶，茎干。X波段的雷达还能有效地获取地球表面的形状.,47,侧视雷达工作原理,雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能量很强的脉冲波，当遇到地面物体时，被反射回来的信号再被天线接收。 由于系统与地物距离不同，同时发出的脉冲，接收的时间不同。,图象的亮度值正比于雷达受到的回波（后向散射）信号的
12、强度 后向散射强的地物在图象上显示为明亮 后向散射弱的地物在图象上显示为黑暗 后向散射的强度由两方面因素决定 - 地物本身的特性：形状、表面粗糙度、体散射、介电常数、当地入射角 - 传感器特性：波长/频率、入射角、极化方式、探测方向 其中任何一个参数的变化都可能影响到后向散射的强度，即造成图象亮度的变化,地表的粗糙度,表面粗糙度影响的实例：海洋中油泄露污染的监测,介电特性 与目标物质组成的化学特性及观测频率相关，以介电常数表示物体吸收入射波的量化值。介电常数越大，回波强度越强。如金属材质、水塔、烟囱、森林树冠等反射强烈，呈明亮色调，水泥路面的反射强度要大于沥青路面。,几何结构 由于地物高差与微
13、波入射角的不同而形成构像的几何形变（叠掩、远点缩进、遮挡/雷达阴影）。,影像特征-叠掩,TSX SPOT5,概念 雷达遥感中，极化是指电磁波中电场的方向 一般而言，极化分为水平极化和垂直极化两种 - 垂直极化是指电场方向位于由地球表面法线和雷达距离方向所组成的平面内，用V表示 - 水平极化是指电场方向垂直于由地球表面法线和雷达距离方向所组成的平面，用H表示 HH 发射水平极化信号，接收反射的水平极化信号 VV 发射垂直极化信号，接收反射的垂直极化信号 HV 发射水平极化信号，接收反射的垂直极化信号 VH 发射垂直极化信号，接收反射的水平极化信号,极化方式,信息的发现与提取,HH,HV,VV,5
14、7,遥感原理及成像特征,一、遥感基础 二、遥感成像机理 三、遥感图像特征 四、遥感图像处理技术 五、遥感技术的发展趋势,58,三、遥感图像的特征,几何特征：目标地物的大小、形状及空间分布特点； 物理特征：目标地物的属性特点； 时间特征：目标地物的变化动态特点,59,60,烟台市,61,遥感图象上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来表征图象分辨地面目标细节能力的指标。通常用像元大小、像解率或视场角来表示。 像元（pixel）：将地面信息单元离散化而形成的格网单元，单位为米，是组成图象的基本单元。像元越小，空间分辨率越高； 像解率是用单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行细线的条数来表示，如线/毫
15、米或线对/毫米； 瞬时视场角(instantaneous field of view, IFOV): 指传感器的张角及瞬时视域，又称角分辨率。 传感器在某一时刻所能感测的外来光（或其它电磁波）所来自的空间角度区域,空间分辨率,62,不同空间分辨率的图象,63,64,65,66,传感器在接收目标辐射的光谱时能分辨的最小波长间隔。 间隔愈小，分辨率愈高 或：所记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，越宽，分辨率越低 不同光谱分辨率的传感器对同一地物的探测效果有很大区别；如MSS（100-200nm）、AVIRIS（10 nm ） 传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值，才能取得好效果,波谱分辨率
16、,67,波谱分辨率,68,辐射分辨率,传感器接收光谱信号时，能分辨的最小辐射差。在遥感图象上表现为每一像元的辐射量化级(D)。 如6bit, 7bit, 8bit, 11bit, 一个6-bit 的传感器可以记录26级（ 64 ）的亮度值， 一个8-bit 的传感器可以记录28级（ 256 ）的亮度值， 一个12-bit 的传感器可以记录212级（4096）的亮度值,69,8-bit 256 greys,6-bit 64 greys,4-bit 16 greys,3-bit 8 greys,2-bit 4 greys,1-bit 2 greys,辐射分辨率,70,Maximum brightness = 255,Maximum brightness = 127,辐射亮度范围,71,对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔， （重访周期） 短：一天内的变化，小时为单位 中：一年内的变化，以天为单位 长：
