武汉大学遥感原理与应用复习要点(详细版)

遥感原理与应用复习要点武汉大学XX绪论1、遥感的定义：在不直接接触的情况下，对目标物或自然现象远距离感知的一门探测技术。具体的讲：指在高空和外层空间的各种平台上，运用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输，变换和处理，提取有用的信息，实现研究地物空间形状、位置、性质、变化及其与环境的相互关系的一门现代应用技术科学。2、遥感技术特点：a)宏观性、综合性b)多源性：多平台、多时相、多波段、多尺度c)周期性、时效性3、遥感技术系统：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。组成：目标地物的电磁波特性、信息的采集与获取、信息的传输和接收、地面定标及实况调查、信息的处理和加工、信息的分析与应用。或者：（1）遥感试验：对电磁波特性、信息获取、传输和处理技术的试验。（2）遥感信息获取：遥感平台和传感器。（3）遥感信息处理：几何和辐射处理、影像分类等。（4）遥感信息应用：生成4D产品、各种专题图等。4、遥感的分类：（1）按工作平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感。（2）按照探测电磁波的工作波段分类：可见光遥感、红外遥感、微波遥感等（3）按照遥感应用的目的分类：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感等（4）按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式（5）按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感。5、当前遥感发展主要特点与展望：（1）多国发射卫星的局面已经形成；（2）高分辨率小型商业卫星发展迅速；（3）星载主动式遥感的发展使探测手段更趋多样化；（4）高光谱分辨率传感器成为未来空间遥感发展的核心内容；（5）与GIS结合，使得遥感应用不断深化。第一章电磁波及遥感物理基础1、遥感之所以能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象，是因为一切物体，由于其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征。2、遥感信息获取，一般指收集、探测、记录地物的电磁波特征，即地物的发射辐射或反射电磁波特性。由于电磁波传播的是能量，实际上也是记录辐射能量的过程。3、遥感采用的电磁波段可以从紫外线一直到微波波段。4、遥感就是根据感兴趣的地物的波谱特性，选择相应的电磁波段，通过传感器探测不同的电磁波谱的发射或反射辐射能量而成像的。5、电磁波谱：将电磁波在真空中传播的波长或频率、递增或递减依次排列为一个序谱，将此序谱称为电磁波谱。次序为：γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。6、可见光（380nm—760nm）：蓝光：0.43～0.47μm、绿光：0.50～0.56μm、红光：0.62～0.76μm；近红外光：0.76um—3um；中红外光：3um—6um；远红外光：6um—15um；微波：毫米波（1—10mm）、厘米波（1—10cm）、分米波（10cm—1m）7、黑体：对任何波长的电磁辐射都全吸收的假想的辐射体。8、黑体辐射三大特性：（1）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。4TW（2）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。8.2897maxT（维恩位移定律）（3）每根曲线彼此不相交，故温度T越高所有波长上的波谱辐射通量。在微波波段，黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。9、小于3μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6μm的波长主要是地物本身的热辐射；3-6μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。10、太阳是被动遥感最主要的辐射源，遥感传感器从空中或空间接收地物反射的电磁波。太阳辐射：–5%紫外线–45%可见光–50%红外线。被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射，因而太阳的活动对遥感的影响没有太大影响,可以忽略。太阳能量的99%集中在0.2—4微米。11、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）近紫外到中红外波段区间能量集中、稳定。（4）被动主要利用可见光、红外波段等稳定辐射。（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。地球的电磁辐射：近似300K的黑体辐射。12、在紫外、红外与微波区，电磁波衰减的主要原因是大气吸收。（1）引起大气吸收的主要成分：氧气、臭氧、水、二氧化碳。（2）大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡。（3）大气对紫外线有很强的吸收作用，因此，现阶段中很少使用紫外线波段。13、大气散射：辐射在传播过程中遇到小微粒（气体分子或悬浮微粒等）而使传播方向改变，并向各个方向散开，从而减弱了原方向的辐射强度、增加了其他方向的辐射强度的现象。14、在可见光波段范围内，大气分子吸收的影响很小，主要是散射引起的衰减。（1）介质中不均匀颗粒的直径a与入射波长λ同数量级时，发生米氏散射（如气溶胶引起的）（2）介质中不均匀颗粒的直径a入射波长λ时，发生均匀散射（3）介质中不均匀颗粒的直径a小于入射波长λ的十分之一时，发生瑞利散射。瑞利认为散射的强度I反比与λ4。15、天空呈蓝色：蓝光波长比红光短，因此蓝光散射较强，而红光较弱。在晴朗的天空，可见光中蓝光受散射影响最大，所以天空呈蓝色。太阳呈红色：清晨太阳光通过较厚的大气层，直射光中红光成分大于蓝光成分，因而太阳呈红色。云呈白色：当天空有云层或雨层时，满足均匀反射的条件，各个波长的可见光散射强度相同，因而云呈现白色。微波穿透能力强：微波波长比粒子直径大属于瑞利散射，散射强度与波长的四次方成反比，波长越大散射越小，所以微波有最小散射最大透射，因而具有穿透云雾的能力。16、大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段。有些大气中电磁波透过率很小，甚至完全无法透过电磁波。这些区域就难于或不能被遥感所使用，称为“大气屏障”；17、我们用发射率ε来表示它们之间的关系：ε=W′/W。发射率ε就是实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比。常常用一个最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照，这时的黑体辐射温度称为等效黑体辐射温度（或称等效辐射温度）18、基尔霍夫定律：在任一给定温度下，辐射通量密度与吸收率之比对任何材料都是一个常数，并等于该温度下黑体。推导出：ε=α任何材料的发射率等于其吸收率。1（反射率）19、地物反射率：地物的反射能量与入射总能量的比，即ρ=(Pρ/P0)×100%。表征物体对电磁波谱的反射能力。20、地物反射波谱：反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线即称为该物体的反射波谱特性曲线。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。正因为不同地物在不同波段有不同的反射率这一特性，物体的反射特性曲线才作为判读和分类的物理基础，广泛地应用于遥感影像的分析和评价中。21、水体的反射波谱特性：（1）水体的反射主要在蓝绿光波段；（2）近红外、中红外波段有很强的吸收带，反射率几乎为零；（3）但是当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。植物对绿色发射作用强，在近红外有一个反射的陡坡，形成植被独有特征。22、地物波谱特性是指各种地物各自所具有的电磁波特性（发射辐射或反射辐射）。测量地物的反射波谱特性曲线主要作用：（1）它是选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据（2）在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础资料（3）它是有效地进行遥感图像数字处理的前提之一，是用户判读、识别、分析遥感影像的基础。23、测定原理：（1）对于不透明的物体，其发射率与反射率有下列关系：ε(λ)=1-ρ(λ)（2）各种地物发射辐射电磁波的特性可以通过间接地测试各种地物反射辐射电磁波的特性得到。因此，地物波谱特性通常是用地物反射辐射电磁波来描述，即地物反射波谱特性曲线。第二章遥感平台及运行特点1、遥感平台：(platform)是搭载传感器的工具的统称。根据运载工具的类型，可分为航天平台、航空平台和地面平台。(天基、空基、地基)。根据航天遥感平台的服务内容，可以将其分为陆地卫星系列、气象卫星系列和海洋卫星系列。2、6个轨道参数：升交点赤经Ω、近地点角距ω、轨道倾角i、卫星过近地点时刻T、卫星轨道的长半轴a、卫星轨道的偏心率e。其中Ω、ω、i、T决定卫星轨道平面和赤道平面的相对位置，a、e决定轨道形状。3、卫星坐标的计算：星历表法解算卫星坐标：卫星在地心直角坐标系中的坐标、卫星在大地地心直角坐标系中的坐标、卫星的地理坐标；用GPS测定卫星坐标。4、卫星姿态角：定义卫星质心为坐标原点，沿轨道前进的切线方向为x轴，垂直轨道面的方向为y轴，垂直xy平面的为z轴，则卫星的姿态有三种情况：绕x轴旋转的姿态角，称之为滚动；绕y轴旋转的姿态角，称俯仰；绕z轴旋转的姿态角，称航偏。影像的几何变形与卫星姿态角有直接的关系，所以进行几何校正，必须提供卫星姿态角。5、卫星姿态角的测定：姿态测量仪（利用地球与太空温差达287K这一特点）：红外姿态测量仪、星相机、陀螺仪；恒星摄影机（至少摄取3-5颗五等以上的恒星）；GPS（使用3台接收机测定姿态）。6、陆地卫星：用于陆地资源和环境探测的卫星称为陆地卫星。分类为：陆地卫星类（Landsat）、高分辨率陆地卫星、高光谱卫星、合成孔径雷达、小卫星。7、陆地卫星系列：Landsat系列、SPOT系列、IRS系列、ALOS系列。8、Landsat系列：轨道特点：近圆形轨道（使在不同地区获取的图像比例尺一致、使卫星速度近于均匀、便于扫描仪用固定扫描频率对地面扫描）、近极地轨道（有利于增大卫星对地面总的观测范围）、与太阳同步轨道（有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测，有利于卫星在固定的时间飞临地面接收站上空、有利于太阳电池得到稳定太阳照度）、可重复轨道（有利于对地面地物和自然现象的变化做动态监测）。9、遥感卫星一般有两种绕地球飞行方式：静止轨道和近极地轨道。静止轨道可以定点观测，而极地轨道（圆形）则可定期观测。地球静止轨道：又称“地球同步轨道”。地球同步轨道中倾角为0°时的一种特殊圆形轨道。人造卫星与地面相对静止，固定在赤道上空。10、Landsat1—3：轨道高度915KM，重复周期18d，图像幅宽：185KM；传感器：反束光导管摄像机（RBV）、多光谱扫描仪（MSS4bands）、宽带视频记录机（WBVTR）数据收集系统（DCS）————空间分辨率80米11、Landsat4-5:轨道高度下降为705KM，重复周期为16d，图像幅宽：185KM；传感器：多光谱扫描仪（MSS4bands）、专题制图仪（TM7bands）————空间分辨力30米。13、Landsat—7：传感器：多光谱扫描仪（MSS4bands）、增强型专题制图仪（ETM+7bands）————空间分辨力30米————全色波段分辨率为15米。14、SPOT系列：重复周期26d、单台HRV图像幅宽60KM————传感器：2台相同的高分辨率可见光扫描仪（HRV）、VI植被测量仪、Poam3极地臭氧和气溶胶测量仪———分辨率：SPOT1—4：多光谱20m，全色10m；SPOT5：多光谱10m全色：5m超级模式：2.5mSPOT5通过立体成像装置HRS可进行立体测量。15、高空间分辨率陆地卫星：IKONOS1/4（全色/多色，11KM）QuickBird（16.5KM）0.61/2.44Orbview-31/4GeoEye（15KM）0.4/1.64。高光谱类卫星：16、这类卫星的主要特点是采用高分辨率成像光谱仪，波段数为36—256个，光谱分辨率为5—10nm，地面分辨率为30—1000m。MODIS（美国）、ASTER（美日）。17、雷达类卫星：Radarsat（加拿大）、ERS（欧盟）、SRTM（美国）、LIDAR合成孔径雷达是一种高分辨率、二维成像雷达，特别适合大面积的地表成像。雷达成像的特点：能穿透云雾、雨雪，全天候工作能力；弥补可见光和红外遥感的不足；电磁波振幅信号和相位信号；缺少纹理信息18、小卫星：指目前设计质量小于500kg的小型近地轨道卫星，其空间分辨率为1—3m（全色）和4-15m（多波段），