林业遥感总复习

第一章概论1.遥感的概念遥感广义概念：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波等的探测科学定义：不直接接触物体本身，从远处通过仪器（传感器）探测和接收来自目标物体的信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。目前，主要有两个研究领域：遥感技术研究和遥感应用研究2.遥感的特点宏观性、综合性：覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185×185平方公里；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。多波段性：波段的延长使对地球的观测走向了全天候。多时相性：重复探测，有利于进行动态分析。6.遥感的分类按遥感对象分：（1）宇宙遥感，以外太空其它星体为感测对象（2）对地遥感地球表层环境——环境遥感；在环境遥感中若地球表层资源为对象称为资源遥感按遥感平台分：（1）航天遥感平台H80km火箭、人造卫星、飞船、航天飞机等（2）航空遥感平台H80km普通飞机、气球、飞艇等（3）地面遥感遥感车、遥感塔、“远洋测量船”按遥感媒介分：（1）电磁波遥感常用的电磁波波段是紫外、可见光、红外和微波等（2）声波遥感潜水艇的声纳技术、探测珍贵鱼群的回游路线和迁徙规律（3）重力场遥感地质探矿，通过”g”值的变化来推断地层中是否有某种元素富积（4）地震波遥感按遥感器的工作方式分：（1）被动遥感：遥感本身并不发射任何人工探测信号，只是被动接收来自于目标的信号，从而实现对目标性质、数量、空间位置等特征进行识别的遥感方式。“无源遥感”，如中午拍照。（2）主动遥感：遥感器发射人工探测信号，到达目标后信号反射回来被传感器接收从而对目标性质、数量、空间位置进行识别的遥感方式。如，夜晚拍照通常要在相机上装闪光灯。主要是“微波遥感”按遥感所获资料的形式分：（1）成像方式遥感（能获得目标的图像Image,图形Graphics)a摄影方式b扫描方式（2）非成像方式（不能获得目标物的图像，常是一些曲线，如气象中温度辐射计)按应用领域分：地质、农业、林业、草原、水文、测绘、环境、灾害、城市、海洋、大气、军事等按遥感所利用的电磁波谱段形式分：（1）光学遥感：电磁波的辐射源:太阳和人工光源观测采用的电磁波波长范围:可见光,近红外,短波红外区域，探测目标物的反射与散射特征（2）热红外遥感：电磁波的辐射源:目标物观测采用的电磁波波长范围：热红外，探测目标物的发射特征（温度与发射率）（3）微波遥感：电磁波的辐射源:目标物；观测采用的电磁波波长范围：微波，探测目标物的后向散射特征（主动微波）；发射率和温度（被动）第二章遥感的物理基础第一节电磁波与电磁波谱一、电磁波及其特性3.电磁波（ElectroMagneticSpectrum)：交变的电场和交变的磁场交替激发，相互套环向远方传播的运动形式，就称为电磁波电磁辐射:电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。5.电磁波的特性1)电磁波是横波2)在真空中以光速传播3)电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。二、电磁波谱1.电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。从左到右按波长增加排列为：宇宙射线—r射线—X射线—紫外线—可见光—红外—微波—无线电波和工业用波2、遥感常用的电磁波波段的特性1)紫外线（Ultraviolet）：波长范围为0.01—0.38μm(远紫外0.01-0.2；中紫外0.2-0.3；近紫外0.3-0.38)2)可见光（Visible）：波长0.38—0.76μm3)红外线（Infrared）：波长范围为0.76—1000μm为了实际应用方便，又将其划分为：近红外（0.76—3.0μm），中红外（3.0—6.0μm），远红外（6.0—15.0μm）和超远红外（15—1000μm）。4)微波：波长范围1mm——1m，微波又可分为：毫米波、厘米波和分米波。2)不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、沙漠、湿地、小麦的光谱曲线雪：雪的反射光谱和太阳光谱很相似，在0.4—0.6μm波段有一个很强的反射峰，反射率几乎接近100%，因而看上去是白色，随着波长的增加，反射率逐渐降低，进入近红外波段吸收逐渐增强，而变成了吸收体。雪的这种反射特性在这些地物中是独一无二的。沙漠：在橙光波段0.6μm附近有一个强反射峰，因而呈现出橙黄色，在波长达到0.8μm以上的长波范围，其反射率比雪还强。湿地：潮湿地在整个波长范围内的反射率均较低，当含水量增加时，其反射率就会下降，尤其在水的各个吸收带处，反射率下降更为明显。因而，在黑白像片上，其色调常呈深暗色调。绿色植物：其反射光谱曲线主要反映了植物叶子的反射率，在蓝光波段（中心波长为0.45μm）和红光波段（中心波段为0.65μm）上有两个吸收带，其反射率较低，在两个吸收带之间，即在0.55μm附近有一个反射峰，这个反射峰的位置正好处于可见光的绿光波段，故而叶子的天然色调呈现绿色。大约在0.7μm附近，由于绿色叶子很少吸收该波段的辐射能，其反射率骤然上升，至1.1μm近红外波段范围内反射率达到高峰。小麦反射率的这一特性主要受到叶子内部构造的控制。这种反射光谱曲线是含有叶绿素植物的共同特点（即叶绿素陡坡反射特征）。二、地物的发射光谱特性地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。1.黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。2.黑体辐射(BlackBodyRadiation)：黑体的热辐射称为黑体辐射。3、黑体辐射定律(1)普朗克热辐射定律：表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。(2)玻耳兹曼定律：即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。(3)维恩位移定律：随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。4、地物的发射率和基尔霍夫定律1)发射率(Emissivity)：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。影响地物发射率的因素：地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。按照发射率与波长的关系，把地物分为：黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。灰体(greybody)：发射率小于1，常数选择性辐射体：发射率小于1，且随波长而变化。2)基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W黑。第三节大气和环境对遥感的影响三种散射作用1.瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？2.米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。3.无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。云雾为什么通常呈现白色？四、大气窗口1、大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或散射的投射率较高的电磁辐射波段。大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。第三章航空摄影第一节航空摄影一、概念利用安装在飞机上的航摄仪器，按照预定的计划从空中向地面摄影取得航空像片（AerialPhotos）的全部作业过程（包括飞行摄影、暗室冲洗、质量评定等环节）就称为航空摄影。4.感光材料的主要性能1）曝光量（H，ExposureAmount）：感光片所受到的光照度和曝光时间的乘积，光照度由相机（Camera、Lens、Focus）的光圈（Aperture）控制暴光时间由快门（Shutter）调节2）阻光率（Q）：感光片上某点的入射光通量与透射光通量的比值3）透光率：阻光率的倒数4）光学密度（D，OpticalDensity）：感光片上某一点的阻光率的常用对数值，指感光片经过感光显影后，影像表现出的深浅程度。光学密度越大，点越黑，越不透明5）感光特征曲线（FeatureCurve）是表征感光材料感光后变黑的程度与暴光量关系的曲线。对于同一种感光材料，在同一种标准光源下，同一距离作不同时间的曝光，经过相同条件的摄影处理，用仪器测定感光片的光学密度值，感光片的光学密度D与其所受到的曝光量对数的函数关系可表示为一根曲线，即为感光特征曲线。黑白感光材料的特性曲线对特性曲线的理解1A0至A“灰雾密度“（密度不受曝光量的影响）生产或存贮过程有轻微暴光所致，对摄影的影响不大；2A初感点3A至B“趾部”暴光不足部分，密度增加与lgH的增加不成正比，即影像的黑白比例与景物的明暗差别不相一致4B至C“直线部分”感光材料唯一能正确记录景物明暗差异部分越长，表明该感光材料对景物明暗差异的记录能力越强5C至D“肩部”暴光过度部分，表达地物较亮部分间的差异能力强6超过D“反转部分”,暴光量继续增加而光学密度反而降低6）感光度（片速）：感光材料对光的灵敏程度的定量表达，表明感光材料感光的快慢程度，是确定摄影曝光时间的主要参数。在摄影环境相同条件下，感光材料感光度愈大，曝光时间则愈短。7）反差性：感光片上记录的景物影像的明暗差异与被摄景物实际明暗差异之比，即：表达的是特性曲线的直线部分的斜率，称为反差系数。8）宽容度（ExposureLatitude）：是指感光材料按比例记录被摄景物明暗范围的大小。范围越大，能正确记录景物明暗层次越丰富。就是特性曲线中ΔlgH的宽度。9）颗粒度（GrainSize）：是指感光乳剂层中AgBr微粒直径的大小，越小生成影像越细腻。10）分辨率（Resolution）与清晰度（Definition）：分辨率反映感光材料对景物细微结构清晰记录的能力影响航空像片分辨率的因素有：A相机镜头分辨率B感光材料中银盐颗粒D的大小C冲洗水平。三者综合作用后的分辨率即为航片分辨率。感光材料分辨率的大小通常用一毫米宽度内能够清楚地识别出黑、白相间的平行线对数来表示。11）感色性感光材料对色光的敏感范围和敏感程度12）保存性（QualityofPreservation）是指感光材料的主要性能不发生明显变化所经历的一定时间和所需要的一定条件。时间越短，条件越苛刻，则这种感光材料的保存性越差。航空摄影时需要选择感光度高、反差适中、有较高分辨率的感光材料。以获得影像清晰、层次丰富的高质量航空像片。彩色红外片成色原理从上述成色原理看出：彩红外片上成像色彩与景物的颜色不一致，因此称为“假彩色”分析：1健康的绿色植被在彩红外片上呈什么色调？2感病初期的绿色植被在此片种上呈什么色调？3濒临死亡的植被在此片种上呈什么色调？1健康植被反射绿光在负片上形成黄色染料，到正片后为蓝色（黄色的补色）；同时健康植被强烈反射红外，在负片上形成青色染料，在正片上为红色（青的补色）。因此，正片上就是红+蓝=品红，但由于健康植被反射红外的能力是反射绿光能力的3—5倍，因此正片上应是红占优势，所以，健康的绿色植被在彩红外片上应是红品红2感病初期绿色植被从肉眼看还呈现绿色，但此时其光谱特性已经有了明显的变化，其反射绿光和红外的能力迅速下降，并且由于细胞结构的病变其反射红外的能力与绿光的能力基本一致，所以理论上正片应该是品红色调，但品红变淡，就是俗称“暗红”色调。3濒临死亡的植被，肉眼检测呈现黄色并不再反射红外，因此在负片上为红色，到正片后“青”色。6.彩色原理色彩分为消色和彩色两种：消色指黑、白以及界于两者间灰色；彩色根据人眼视觉特征区分为