遥感概论复习资料

遥感概论复习资料第1页共29页遥感概论复习资料第一章遥感的基本概念（1）广义：泛指一切无接触的远距离探测技术。包括对电磁场、力场、机械波(声波、地震波)等的探测。（2）狭义：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，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。不同于遥测和遥控。遥感系统包括（1）被测目标的信息特征（2）信息的获取（通过传/遥感器、遥感平台）（3）信息的传输与记录（4）信息的处理（5）信息的应用遥感的类型（1）按遥感平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感（2）按遥感器的探测波段分类紫外遥感：探测波段在0.05-0.38m之间可见光遥感：探测波段在0.38-0.76m之间红外遥感：探测波段在0.76-1000m之间微波遥感：探测波段在1mm-1m之间多波段遥感：探测波段在可见光和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。（3）按工作方式分类：主动遥感和被动遥感（4）按是否成像分类：成像遥感和非成像遥感遥感的特点（1）大面积同步观测传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。（2）时效性可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。因此，遥感大大提高了观测的时效性。这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。（3）数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。（4）经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。（5）局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。遥感概论复习资料第2页共29页第二章电磁波谱概念按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，构成电磁波谱。电磁波谱区段的界线是渐变的，一般按产生电磁波的方法或测量电磁波的方法来划分。可见光电磁波谱划分（表）可见光红橙黄绿青蓝紫0.38-0.76μm0.62-0.76μm0.59-0.62μm0.56-0.59μm0.50-0.56μm0.47-0.50μm0.43-0.47μm0.38-0.43μm电磁波的性质（1）是横波；（2）在真空以光速传播；（3）满足（4）电磁波具有波粒二象性。朗伯源概念P18辐射亮度L与观察角θ无关的辐射源，称为朗伯源。太阳通常近似地被看成朗伯源，使太阳辐射的研究简单化。严格的说，只有绝对黑体才是朗伯源。绝对黑体概念（自然界中不存在绝对黑体）如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。定律（计算题）看P23的2个例题1、斯忒藩—玻尔兹曼定律（计算题）P20对普朗克定律在全波段内积分，得到斯忒藩－玻尔兹曼定律。绝对黑体的总辐射出射度与温度的4次方成正比：4TM遥感概论复习资料第3页共29页σ:斯忒藩－玻尔兹曼常数，4281067.5KmW由图2．7可以看出每条曲线下面所围面积为积分值，即该温度时绝对黑体的总辐射出射度M。右图可以看出，温度越高，绝对黑体的总辐射出射度（曲线下面所围面积）越大。2、维恩位移定律（计算题）P20当温度一定时，对普朗克公式求最大值，可导出维恩位移定律，即，黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与黑体绝对温度T成反比：bTmaxb:常数，Kmb310898.2从图2．7也可以看出，黑体温度越高，其曲线的峰顶就越往左移，即往波长短的方向移动，这就是位移的含义。如果辐射最大值落在可见光波段，物体的颜色会随着温度的升高而变化．波长逐渐变短，颜色由红外到红色再逐渐变蓝变紫(表2．2)将太阳、地球和其他恒星都看作球形绝对黑体．则与这些天体同样大小和同样辐射出射度的黑体温度可作为其有效温度，对太阳来说就是光球层的温度。如太阳（短波辐射）最强辐射对应的λmax为0.47µm，用公式可算出有效温度T是6150K，因此太阳辐射在可见光段最强，而地球（长波辐射）在温暖季节的白天λmax约为9.66µm,可以算出温度T为300K，所以遥感概论复习资料第4页共29页这时地球主要是红外的热辐射，这一定律在红外遥感中有重要的作用。高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。常温（如人体300K左右，发射电磁波的峰值波长9.66μm）实际物体的辐射(计算题）P21（1）基尔霍夫定律（2）实际物体的辐射MoM按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：1）黑体2）灰体3）选择性辐射体23页-----例1、例2大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。大气散射的（类型、发生条件、散射特点、典型自然现象）P29（1）瑞利散射发生条件：大气中粒子的直径比波长小得多，即dλ，一般认为（dλ/10）散射特点：散射强度与波长的四次方(4)成反比，4I即波长越长，散射越弱。当向四面八方的散射光线较弱时，原传播方向上的透过率便越强。当太阳辐射垂直穿过大气层时，可见光波段损失的能量可达10％。遥感概论复习资料第5页共29页典型自然现象：瑞利散射对可见光的影响很大。无云的晴空呈现蓝色，就是因为蓝光波长短，散射强度较大，因此蓝光向四面八方散射，使整个天空蔚蓝，使太阳辐射传播方向的蓝光被大大削弱。这种现象在日出和日落时更为明显，因为这时太阳高度角小，阳光斜射向地面，通过的大气层比阳光直射时要厚得多。在过长的传播中，蓝光波长最短，几乎被散射殆尽，波长次短的绿光散射强度也居其次，大部分被散射掉了。只剩下波长最长的红光，散射最弱，因此透过大气最多。加上剩余的极少量绿光，最后合成呈现橘红色、所以朝霞和夕阳都偏橘红色。瑞利散射对于红外和微波，由于波长更长，散射强度更弱，可以认为几乎不受影响。（2）米氏散射发生条件：大气中粒子的直径与辐射的波长相当（d≈λ）散射特点：（1）散射强度与波长的二次方(2)成反比2I（2）散射在光线向前方向比向后方向更强，方向性比较明显。典型自然现象：主要是大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴及气溶胶引起的散射。云雾的粒子大小与红外线(0.76—15um)的波长接近，所以云雾对红外线的散射主要是米氏散射。因此，潮湿天气米氏散射影响较大。（3）无选择性散射发生条件：大气中粒子的直径比波长大得多（dλ）。散射特点：散射强度与波长没有关系也就是说，在符合无选择性散射的条件的波段中，任何波长的散射强度相同。典型自然现象：云、雾粒子直径虽然与红外线波长接近，但相比可见光波段，云雾中水滴的粒子直径就比波长大很多，因而对可见光中各个波长的光散射强度相同，所以人们看到云雾呈白色，并且无论从云下还是乘飞机从云层上面看．都是白色。大气窗口概念通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段称为大气窗口。大气窗口的主要光谱段：1）0.3—1.3m，即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星传感器扫描成像的常用波段，如Landsat卫星的TM1—4波,段，SPOT卫星的HRV遥感概论复习资料第6页共29页波段。2）1.5一l.8m和2.0一3.5m,即近、中红外波段。是白天日照条件好时扫描成像的常用波段，如TM的5，7波段等，用以探测植物含水量以及云、雪，或用于地质制图等。3）3.5—5.5m，即中红外波段。该波段除通透反射光外，也通透地面物体自身发射的热辐射能量。如NOAA卫尽的AVHRR传感器用3.55—3.93um探测海面温度，获得昼夜云图。4）8—14m，即远红外波段。主要通透来白地物热辐射的能量．适于夜间成像。5）0.8—2.5cm，即微波波段。由于微波穿云透雾能力强，这一区间可以全天候观测，而且是主动遥感方式，如侧视雷达。Radarsat的卫星雷达影像也在这一区间，常用的波段为0.8cm，3cm,5cm，10cm，甚至可将该窗口扩展至0．05—300cm。太阳是被动遥感最主要的辐射源（地球也是被动遥感）主动遥感：微波（如侧视雷达）（题：从地球辐射的分段特性说明为什么对于卫星影像解译必须了解地物反射波谱特性）太阳辐射近似于温度为6000K的黑体辐射，而地球辐射则接近于温度为300K的黑体辐射。太阳辐射主要集中在0.3—2.5m，在紫外、可见光到近红外区段。地球自身的辐射主要集中在长波，即6m以上的热红外区段。在2.5—6m，即中红外波段，是两种辐射共同起作用的部分，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身的热辐射均不能忽略。如表所示：地球辐射的分段特性名称可见光与近红外中红外远红外波长0.3-2.5m2.5-6m6m辐射特性地表反射太阳辐射为主地表反射太阳辐射和自身的热辐射地表物体自身热辐射为主在可见光与近红外波段(0.3—2.5m)，地表物体自身的热辐射几乎等于零。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主，当然，太阳辐射到达地面后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用，如黑色物体的吸收能力较强。最后，电磁辐射未被吸收和反射的剩余部分则是透过的部分，即：到达地面的太阳辐射能量=反射能量+吸收能量+透射能量物体的反射状况分为三种：镜面反射、漫反射和实际物体反射地物反射波谱曲线（植被、土壤、水体、岩石）P38-41地物反射波谱曲线除随不同地物（反射率）不同外，同种地物在不同结构和外部条件下形态表现（反射率）也不同。（1）植被植被的反射波谱曲线（光谱特征）规律性明显而独特（如图2.25），主要分三段：1）可见光波段(0.4-0.76m)有一个小的反射峰，位置在0.55m（绿）处，两侧0.45m(蓝)和0.67m(红)则有两个吸收带。成因：由于叶绿素的影响，叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，而对绿光反射作用强。2）在近红外波段有一反射的“陡坡”，至1.1m附近有一峰值，形成植被的独有特征。成因：由于植被叶细胞结构的影响，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。3）在中红外波段（1.3-2.5m）受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率大大下降，特别以1.45m、1.95m和2.7m为中心是水的吸收带，形成低谷。遥感概论复习资料第7页共29页不同健康状态松树的反射光谱曲线不同植物的反射波谱曲线遥感概论复习资料第8页共29页第三章遥感平台是搭载传感器的工具，根据运载工具的类型，可分为航天平台航空平台地面平台在遥感平台中，航天遥感平台目前发展最快，应用最广，根据航天遥感平台的服务内容，可分为：气象卫星系列、陆地卫星系列和海洋卫星系列。气象卫星特点P48-49(1)轨道低轨轨道高度：800km～1600km近极地太阳同步轨道（简称极地轨道）高轨轨道高度：36000km地球同步轨道（相对于地球，似乎静止）(2)短周期重复观测静止气象卫星具有较高的重复周期（0．5小时1次）；极轨卫星如NOAA等具有中等重复覆盖周期，约0．5～1天／次。总的来说，气象卫星时间分辨率较高，有助于对地面快速变化的动态监测。(3)成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量气象卫星扫描宽度约2800km，只需2～3条轨道就可以覆盖我国。相对于其他卫星资料（如陆地卫星）更加容易获得完全同步、低云量或无云的影像。(4)资料来源连续、实时性强、成本低气象卫星获得的遥感资料包括：可见光和红外云图等图像资料；云量、云分布。大气垂直温度、大气水汽含量、臭氧含量、云顶温度、海面温度等数据资料；太阳质子、射线和X射线的高空大气物理参数等空间环境监测资料；以及对于图像资料和数据资料等加工处理后的派生资料。另外，由于气象卫星兼有通讯卫星的作用，利用气象卫星上的数据收集系统（DCS）可以同时收集来自气球、飞机、