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1、名师精编优秀资料遥感重点章节1.3.5.8 绪论1.1 遥感的概念狭义的遥感：应用探测仪器，不与探测目相接触，从远处把目标的电磁波特性纪录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。广义的遥感：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁波、机械波（声波、地震波）、重力场、地磁场等的探测。遥感探测的基本过程辐射源：目标的电磁辐射能量（自身发射，散射、反射）记录设备（传感器，或有效载荷）:扫描仪（多光谱扫描仪） ，相机（ CCD 相机、全景相机、高分辨率相机等）、雷达、辐射计、散射计等。存储设备：胶片、磁带、磁盘传送系统：人造卫星的信号是地面发送到卫星的，在卫星中经过放大、变频转发到
2、地面，由地面接收站接收。分析解译（人工解译、计算机解译）1）国外航天遥感的发展第一代 1G 1957年10月4日，苏联第一颗人造地球卫星发射成功1960年4月1日，美国发射第一颗气象卫星Tiros 1，为真正航天器对地球观测开始。1960年Evelyn L. Pruitt 提出 “ 遥感 ” 一词。 1962年在美国密歇根大学召开的第一次环境遥感国际讨论会上，美国海军研究局的 Eretyn Pruitt （伊 普鲁伊特）首次提出“ Remote Sensing” 一词，会后被普遍采用至今。1972年7月23日第一颗陆地卫星ERTS-1（Earth Resources Technology Sa
3、tellite 1 ）发射（后改名为Landsat-1） ，装有 MSS传感器，分辨率为79米。 1975年 1月22日， Landsat-2发射， 1978年3月5日， Landsat-3发射。1978年6月，美国发射了第一颗载有SAR （Synthetic Aperture Radar ，合成孔径雷达）卫星的Seasat ，以后不同国家陆续发射载有 SAR的卫星。1982年7月16日， Landsat-4反射，装载 MSS，TM 传感器，分辨率提高到30米。 1985年3月1日， Landsat-5发射， 1993年10月， Landsat-6发射失败， 1999年4月15日， Lands
4、at-7发射，装载 ETM+ ，分辨率提高到15米。1986年2月，法国发射 SPOT-1，装有 PAN和 XS遥感器， 分辨率提高到 10米多光谱波段， SPOT-5全色波段分辨率达到5m，2.5m。2000年初美国发射 MODIS 是 Terra （EOS-AM1 ）卫星的主要探测仪器，地面分辨率较低 （星下点离间分辨率为250米,500米,1000米等）。2000年7月15日，第一颗重力卫星CHAMP 发射成功，它是由德国GFZ独自研制的 ,也是世界上首先采用SST技术的卫星。2002年，重力卫星 GRACE 发射，它是美国(NASA) 和德国 (GFZ) 共同开发研制的。2）中国航天遥
5、感的发展1970 年 4 月 24 日发射第一颗人造卫星“ 东方红 1 号” 通信卫星。1988 年 9 月 7 日中国发射第一颗气象卫星“ 风云 1 号” 。1999 年 10 月 14 日发射第一颗地球资源卫星“ 中国 -巴西地球资源遥感卫星” （CBERS-1） （China Brazil Earth Resources Satellite） ，最高空间分辨率：19.5 米。3）小卫星重量在 1000 公斤以下的卫星称为小卫星。小卫星质量小于500kg，占卫星总量的70%。1.3 遥感的类型1）按遥感平台据地面的高低划分地面遥感： 100m 以下平台与地面接触，平台有：汽车、船舰、三角架
6、、塔等。为航空和航天遥感作校准和辅助工作。航空遥感： 100m-100km 以下的平台，平台有：飞机和气球。可以进行各种遥感实验和校正工作。特点：灵活大、图像清晰、分辨率高。1.2 遥感发展简史无记录的地面遥感阶段（1608-1838 年）有记录的地面遥感阶段（1839-1857 年）空中摄影遥感阶段（1858-1956 年）航天遥感阶段（1957-）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 12 页名师精编优秀资料航天遥感： 100km 以上的平台，平台有：火箭、卫星、航天飞机。特点：周期性、不受国界、地理条件的影响。2）按探测
7、波段划分紫外遥感：波段在0.050.38 m 之间。可见光遥感：波段在0.380.76m 之间。红外遥感：波段在0.761000 m 之间。微波遥感：波段在1m m 1 m 之间。3）按工作方式划分被动遥感：直接接收与记录目标物反射的太阳辐射或者目标物本身发射的热辐射和微波的遥感。（辐射计）主动遥感：使用人工辐射源从平台上先向目标发射电磁辐射，然后接收和记录目标物反射或散射回来的电磁波的遥感。（雷达）4）按用途划分军事遥感：低高度、短寿命卫星：150 350 km。地球资源遥感：中高度、长寿命卫星：3501800 km 。包括：海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感、水利遥感、环境遥感等。通信
8、和气象卫星：高高度、长寿命卫星：约36000 km。5）按重量划分巨型卫星： 3.5 吨。大型卫星：2-3.5 吨。中型卫星：1-2 吨。小型卫星：1 吨。小型卫星又可细分为小卫星（0.51吨） 、超小卫星（ 0.10.5 吨） 、微型卫星（ 10100 公斤）、纳型卫星（小于10 公斤）、皮型卫星（小于1 公斤）和飞型卫星（小于100 克） 。6）按显示形式划分图像遥感。非图像遥感。1.5 遥感图像处理软件美国： ERDAS 、ENVI 、IDRISI （Taiga） ；加拿大： PCI；澳大利亚：ER-Mapper；中国： TITAN Image 。第一章电磁波及电磁波谱1） 电磁波：交互
9、变化的电场和磁场在空间的传播。2）电磁波的特性：（1）波动性：是横波，具有波长、频率（周期）、振幅、相位、角频率等参数。电磁波的波动性形成光的干涉、衍射、偏振等现象。（2）粒子性：光电效应：光子作为一种基本粒子，具有能量和动量。电磁波谱序列 ： 按波长递增的序列依次为：射线 X 射线 紫外线 可见光 红外线 微波 无线电波。近红外： 0.76-3m，中红外： 3-6 m，远红外： 6-15m，超远红外：15-1000m。任何温度高于绝对零度(即 -273.15)的物体都能产生红外辐射，例如太阳、大地、云雾、冰块、建筑物、车辆等，由于其内部分子热运动的结果，都会产生红外辐射。人眼却无能感知红外辐
10、射。微波 ：波长在 1mm-1m 的波段范围内。该范围内可再分为：毫米波、厘米波、分米波。用特定的字母表示，如Ka，K， Ku，X，C，S，L，P。电磁波传播的基本性质：1）叠加 2）干涉 3）衍射4）极化（偏振）定义：横波在垂直于波的传播方向上，电场强度振动矢量偏于某些方向的现象。在微波技术中称为“极化”。极化波（偏振波） ：电磁波在空间传播时，若电场矢量的方向保持固定或按一定规律旋转，这种电磁波便叫极化波。极化方向：极化电磁波的电场方向；极化面：极化方向与传播方向所构成的平面。平面极化（也称线极化）：电磁波的极化方向保持在固定的方向上的极化。水平极化和垂直极化都是平面极化的特例。平面极化方
11、式分为： （1）垂直（ V）极化：极化面与地面垂直的极化。（2）水平（ H）极化：极化面与地面平行的极化。极化的组合类型：HH 极化：发射波为水平极化，接收回波为水平极化；VV 极化：发射波为垂直极化，接收回波为垂直极化。正交极化：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 12 页名师精编优秀资料VH 极化：发射波为垂直极化，接收回波为水平极化。HV 极化：发射波为水平极化，接收回波为垂直极化。5） 多普勒效应电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播介质的运动，而使观察者接收到的频率发生变化的现象，称为多普勒效应。物体的发射辐射1）绝对
12、黑体 （简称黑体） ：对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体。2）黑体辐射定律：普朗克定律、斯忒藩-玻尔兹曼定律、维恩位移定律普朗克定律：在给定温度、单位时间、面积、波长范围内黑体的辐射通量密度为：W()分谱辐射通量密度， 单位 W （cm2 m） ； 波长，单位是m； h普朗克常数(6.625610-34Js)；c光速 (31010cm/s)；k玻耳兹曼常数(1.3810-23JK)；T绝对温度 （绝对温度 =摄氏温度+273.15） ，单位是K。（1）斯忒藩 -玻尔兹曼定律与曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W 是随温度T 的增加而迅速增加。 总辐射通量密度W 可在从零到无穷大的波长范围内
13、。普朗克公式积分，可得到从1cm2面积的黑体辐射到半球空间里的总辐射通量密度的表达式为： 为斯忒藩 玻耳兹曼常数5.669710-12 w/cm2 K4，T 为绝对黑体的绝对温度（K） 。（2）维恩位移定律分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动。普朗克公式微分，并求极值。遥感辐射源 ：辐射源：凡是能够产生电磁辐射的物体。分为两大类：人工辐射源（主动遥感）和天然辐射源（被动遥感）。天然辐射源：太阳和地球。太阳辐射的特点：（1）太阳光谱是连续的。 （2）辐射特性与黑体基本一致。（3）主要能量集中在0.2-3 m 紫外到中红外波段区间。（4）遥感最常用的波段为：0.32-1.15m 可
14、见光、 红外波段等稳定辐射，占太阳对地面辐射总通量密度的85%以上。（5）海平面处的太阳辐射照度分布曲线与大气层外的曲线有很大不同，这主要是地球大气层对太阳辐射的吸收和散射造成的。3 大气对太阳辐射的吸收、散射及反作用在紫外、红外与微波区，电磁波衰减的主要原因是大气吸收，造成遥感影像暗淡主要成分：水、臭氧、二氧化碳、氧气大气对紫外线有很强的吸收作用，遥感中很少用紫外波段。水蒸气：对电磁辐射的吸收最显著。主要吸收峰为1.38 m、1.87 m、2.7 m、6.3 m、15 m -1 mm 间的超远红外区，以及微波中0.164 cm 和 1.348 cm 处。臭氧：主要吸收带0.3 m、在 9.6
15、 m、4.75 m 和 14 m 处有弱吸收。二氧化碳：主要吸收峰为2.7 m、4.3 m、10.0 m、14.4 m，以及全在红外区。氧气：在 入射波长 时，发生均匀散射。介质中不均匀颗粒的直径a小于入射波长 的十分之一时，发生瑞利散射。443245152TThckW精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 12 页名师精编优秀资料(3)大气窗口：“ 大气屏障”：在大气中电磁波透过率很小，甚至完全无法透过电磁波。“ 大气窗口”：电磁辐射通过大气后衰减较小，透过率较高的电磁波段。可以用作遥感的大气窗口：0.32 - 1.15 m
16、大气窗口：这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段，是遥感技术应用最主要的窗口之一。1.3-2.5 m 大气窗口：属于近红外波段，主要应用于地质遥感。3.5-5.0 m 大气窗口：属于中红外波段，火灾、火山、核爆炸探测。8-14 m 大气窗口：热红外窗口，透射率为80%左右，属于地物的发射波谱。1.0 mm-1 m 微波窗口。反射波谱：反射波谱：某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律。反射波谱特性曲线：以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤其是后两个波段。地物的反射辐射典型地物的反射波谱特性曲线(如何出题？ ) 1.城市道路
17、、建筑物的反射波谱特性曲线城市道路、建筑物的光谱反射特性红外波段较可见光波段反射强石棉瓦、水泥面较其他材料反射强沥青较其他材料反射弱2.水体的反射波谱特性曲线水体的光谱反射特性蓝、绿波段为反射带近、中红外波段为完全吸收带水中含泥沙时，可见光波段反射率会增加3.植被的反射波谱特性曲线植被的光谱反射特性蓝、红波段为吸收带（叶绿素吸收）绿波段为弱反射带近红外波段有强反射带,但含水量造成反射吸收（细胞散射）叶绿素：引起0.45 m 、0.67 m 为吸收带， 0.55 m 反射峰。植物含水量：引起1.45 m、1.95 m、2.7 m 吸收带。4.植被的反射波谱特性曲线红边：一般为680-750 nm
18、 波长范围内反射率光谱的一阶微分最大值对应的波长。红边位移用于长势、产量和灾害程度等预测红移：植株生长旺盛时，红边向长波方向移动几个-十几个纳米。蓝移：营养缺乏或病虫害时，红边向短波方向移动几个-十几个纳米。红边结构：红边用一定的曲线表示其结构，数学模型植被指数：近红外和红光波段反射率的线性或非线性组合植被指数主要有：比值植被指数RVI：RVI=NIR/RED 归一化植被指数NDVI ：NDVI=(NIR-RED)/（NIR+RED ）差值植被指数DVI ：DVI=NIR-RED 其中， NIR 表示近红外波段反射率，RED 表示红光波段反射率。NDVI 是目前应用最广泛的一种植被指数。精选学
19、习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 12 页名师精编优秀资料5.土壤的反射波谱特性曲线土壤的光谱反射特性自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值。土壤的反射波谱特性曲线受：土壤的机械组成（颗粒的粗细）、颜色、土壤含水量、土壤类型等的影响。土质越细反射率越高，有机质及含水量越高反射率越低。在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显。植被、水体、土壤的反射波谱特性曲线：第二章遥感平台及运行特点轨道特征 1：太阳 /地球同步轨道遥感卫星一般有两种绕地球飞行方式：（1）地球同步卫星：定点观测（2）太阳同步卫星：定期观测（圆形）地
20、球同步卫星：卫星的公转角速度和地球自转角速度相等。运动周期为23 小时 56 分 04 秒，相对地球静止，可以观测地球表面三分之一的固定区域，在地球赤道上空约36000km，又称为 静止卫星，或地球静止卫星。太阳同步卫星：指卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的交角，不随地球绕太阳公转而改变，使资料获得时具有相似的照明条件。卫星绕地球南北极运行，又称近极地太阳同步轨道卫星，简称极轨卫星。轨道特征 2：近圆形轨道?使在不同地区获取的图像比例尺一致。?使得卫星的速度也近于匀速。?便于扫描仪用固定扫描频率对地面扫描成像，避免造成扫描行之间不衔接的现象。轨道特征 3：可重复轨道? 卫星每绕地面一圈，
21、卫星进动修正后，地球赤道由西往东旋转了约2866km，即第二条运行轨迹相对前一条运行轨迹在地面上西移2866km。? 一天 24 小时绕地13.944 圈，第 14 圈时已进入第二天，称为第二天第一条轨道，这一条轨道与前一天第一条轨道之间 差 0.056 圈，在地面上赤道处为159km。陆地卫星类Landsat （美国）（1）传感器：Landsat-13：装载 MSS 多光谱扫描仪（MultiSpectral Scanner ） ，返束光导管（RBV ：Return Beam Vidicon ）摄像机。 Vidicon ：光导摄像管。Landsat-4：1982 年：装有MSS，RBV ， T
22、M（Thematic Mapper ：专题绘图仪） 。Landsat-7：1999 年：装有MSS，RBV ，采用ETM+ （增强 -加型专题绘图仪） ，增加了全色（pan）波段，分辨率为： 15m。全色（ Panchromatic，简写： Pan） ：对可见光范围内所有波长的光都敏觉的。（2）特点轨道：太阳同步近圆形近极地轨道平均高度：705km（Landsat4 5，7） ， 915km（Landsat 13） 。重访周期：周期 16 天（ Landsat 45，7） ，18 天（ Landsat 13） 。扫描宽度：185km。分辨率： 30m（TM 、ETM+ ：15，7） ，120m
23、（TM ：6） ，60m（ETM+ ：6） ，15m（ETM+ ：Pan） ，80m（RBV ：1，2，3；MSS：4，5，6，7） ，40m（RBV ：Pan） ，240m（MSS：8） 。6轨道特点：太阳同步近极地、近圆形、可重复SPOT （法国）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 12 页名师精编优秀资料（1）传感器SPOT 13：HRV （High Resolution Visible ）高分辨率可见光成像仪；SPOT4：HRVIR （ High Resolution Visible and Infrared）高分辨
24、率红外成像仪和（VEGETA TION ）植被成像装置。 （也有缩写： VI ，VGT ） 。SPOT5：高分辨率几何装置（HRG：High Resolution Geometry ） ， （VEGETATION ）植被成像装置， HRS（High Resolution Stereoscopic）高分辨率立体成像装置。（2）特点轨道：太阳同步圆形近极地轨道，平均高度： 832km 左右。重访周期： 26 天。扫描宽度： 60km （HRV， HRVIR ） ，117km（HRS） ，2250km（VI ） 。分辨率： SPOT 14：20m（MS） ，10m（Pan） ；SPOT5：10m（H
25、RG：MS，HRS：立体像对），5m， 2.5m（HRG：Pan） ，1.15km（ VI ） 。高光谱类卫星?多光谱（ Multispectral）： 几个到十几个光谱通道，光谱分辨率在/10 数量级范围（10nm ）。?高光谱（ Hyperspectral）： 几十到几百个光谱通道，光谱分辨率在/100 数量级范围（ 1-10nm）。?超光谱（ Ultraspectral）： 光谱分辨率在/1000 数量级范围（HI S 。5.将 HI S 逆变换 到 RGB 空间，即得到融合图像。第七章遥感图像判读2. 传感器特性的影响几何分辨率辐射分辨率光谱分辨率时间分辨率精选学习资料 - - - -
26、 - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 12 页名师精编优秀资料几何分辨率空间分辨率 ：传感器瞬时视场（像元）内所观察到地面的大小。（地面分辨率 ）几何分辨率 ：能分辨出的最小地物的大小。几何分辨力3 倍空间分辨力影像分辨率 ：地面分辨率在不同比例尺的具体影像上的反映。影像分辨率影像分辨率随影像的比例尺不同而变化。辐射分辨率传感器区分两种辐射强度最小差别的能力传感器的输出包括信号和噪声两大部分。如果信号小于噪声，则输出的是噪声。如果两个信号之差小于噪声，则在输出的记录上无法分辨这两个信号。辐射分辨率用等效噪声功率衡量。光谱分辨率光谱探测能力，包括：传感器
27、总的探测波段的宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔。波段太多，输出数据量太大，加大处理工作量和判读难度。最佳探测波段，是指这些波段中探测各种目标之间和目标与背景之间，有最好的反差或波谱响应特性的差别。时间分辨率定义：我们把传感器对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔成为遥感图像的时间分辨率。第八章遥感图像自动识别分类特征变换 将原有的m 量值集合通过某种变换，然后产生n 个（ n m ）特征特征选择 从原有的m个测量值集合中，按某一准则选择出n 个特征常用的特征变换：主分量变换、哈达玛变换、穗帽变换、比值变换、生物量指标变换。(1) 对训练样区的要求准确性、代表性和统计性。准确性 ：
28、要确保选择的样区与实际地物一致；代表性 ：所选样区为某一地物的代表，还要考虑到地物本身的复杂性，反映同类地物光谱特性的波动情况；统计性 ：指选择的训练样区内必须有足够多的像元，以保证由此计算出的类别参数符合统计规律。监督分类的缺点主观性由于图像中间类别的光谱差异，使得训练样本没有很好的代表性训练样本的获取和评估花费较多人力时间只能识别训练中定义的类别非监督分类 分类方法：K-均值聚类法ISODATA算法聚类分析平行管道法聚类分析非监督分类特点优点：不需要预先对所分类别的区域有广泛的了解，需要用一定的知识来解释得到的集群组；人为误差的机会减少；量小的类别能被区分。缺点：得到的集群组类别不一定对应
29、分析者想要的类别；难对产生的类别进行控制；不同图像之间的对比困难。8.5 非监督分类和监督分类的结合精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 12 页名师精编优秀资料监督分类和非监督分类方法的比较监督分类和非监督分类的根本区别在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识。监督分类必须建立训练场。相比之下，非监督分类方法简单，且分类具有一定的精度。当光谱特征能够和唯一地物类型相对应时 ，非监督分类 可取得较好的分类效果。当两个地物类型对应的光谱特征类差异很小时 ， 监督分类 效果较好。监督分类与非监督分类的结合具体可按以下 步骤 进行：（1）选择一些有代表性的区域进行非监督分类。这些区域尽可能包括所有工作区的地物类别。（2）获得多个聚类类别的先验知识 。这些先验知识的获取可以通过解译和实地调查来得到。聚类的类别作为监督分类的训练样区。（3）特征选择 。选择最适合的特征图像进行后续分类。（4）使用 监督法 对整个影像进行分类 。根据前几步获得的先验知识以及聚类后的样本数据设计分类器。并对整个影像区域进行分类。（5）输出标记图像。由于分类结束后影像的类别信息也已确定。所以可以将整幅影像标记为相应类别输出。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 12 页
