1、遥感 -深度认识地球系统的高新技术第1章 绪论1.1 遥感的基本概念1. 广义：泛指各种非接触的、远距离的探测技术。 （遥感大词典）电磁波遥感 ：光、热、无线电力场遥感 ：重力、磁力声波遥感地震波遥感用传播信息载体或媒介来定义空对地地对空空对空用目标与观测者的相对位置关系来定义 2. 狭义： 是应用探测仪器,不与探测目标乡接触,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.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1.2 遥感系统 被测目标的信息特征 信息的获取遥感系统包括：信息的传输与
2、记录 信息的处理 信息的应用1.3 遥感的类型1.3.1 按遥感平台分地面遥感高塔 （300m)车船 （30m)观测架 （几米）航空遥感飞机气球飘浮气球 （50km）系留气球 （15km）中空飞机 （9-15km）低空飞机 （9km）航天遥感轨道卫星载人飞船 （500 km)航天飞机 （300 km)探空火箭 （100-650 km)地球同步卫星太阳同步卫星长寿命(500-1000 km)（36000 km）短寿命(150-500 km)航宇遥感星际飞船1.3.2 按传感器的探测波段分紫外(0.05-0.38mm)可见光(0.38-0.76mm)微波(1mm-10m)红外(0.7-14mm)反
3、射红外(0.7-3mm)近红外(0.7-1.3mm)短波红外(1.3-3mm)中红外(3-6mm)远红外(6-15mm)热红外(8-14mm)多波段遥感 探测波段在可见光和红外波段范围内 被动方式 扫描(图像方式)非扫描非图像方式微波辐射计地磁测量仪重力测量仪傅立叶光谱仪其他图像方式(照相机)黑白天然彩色红外彩色红外其他像面扫描电视摄像机固体扫描仪(CCD)物面扫描光机扫描仪固体扫描仪1.3.3 按工作方式分主动方式 扫描(图像方式)非扫描(非图像方式)微波散射计微波高度计激光光谱仪激光高度计像面扫描（被动型相控阵雷达）物面扫描激光水深计激光测距仪微波辐射计真实孔径雷达合成孔径雷达1.3.4
4、按遥感的应用领域分从大的研究领域分为外层空间、大气层、陆地、海洋遥感等；从具体应用领域分为资源、环境、农业、林业、城市等；农业方面：土地利用类型调查（非农业占地，土地种植面积）精细农业（水肥状况，缺素情况.）作物估产（产量，收获与成熟期）农业灾害评估（受灾面积，程度.）遥感在地质矿产方面的应用应用遥感技术，能观真实地反反各种地质质象，形象地反反区域地质构造,找矿工程地质、地震地质、水文地质和灾害地质等综合信息。在区域分析及建设规划方面的应用1. 大面积的同步观测 遥感平台越高,视角越宽广,可以同步探测的地面范围就越大,容易发质地球上一些重要目标物空间分布的宏观规律,而有些规律,是依靠地面观测难
5、以发质的.2. 时效性 遥感探测,可以在短时间内对同一地区进行重复探测,发质地球上许多事物的动态变化.遥感平台高度不同,重复的周期也不同,地球同步卫星可以半小时观测一次,太阳同步可以每天2次对同一地区进行观测;3. 数据的综合性和可比性 地球资源卫星可以综合地反反地质、地貌、土壤、植被等特征，具有广泛的应用领域；而且遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录等均可按要求设计，使数据具有同一性和可比性。4. 经济性 遥感的费用投入与所获得的效益比，可大大的节省人力、物力、才力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。5. 局限性 遥感技术的局限性主要表质在所利用的电磁波还很有限,仅是其中的几个波段
6、,有许多谱段资源有待进一步开发。另外，已被利用的谱段还不，准确反反地物的某些特征，还需要发展高光谱分辨率遥感；遥感的探测结果还需要其他手段相配合，特别是地面调查和验证。1. 无记录的遥感阶段 1608年，李波尔赛制造了世界上第一架望远镜，年，李波尔赛制造了世界上第一架望远镜，1609年年伽里略（伽里略（Galleo）制作了放大倍数）制作了放大倍数3倍的科学望远镜，从而为倍的科学望远镜，从而为观测远距离目标奠定了基础，促进了天文学的发展，开创了观测远距离目标奠定了基础，促进了天文学的发展，开创了地面遥感新纪元。但仅仅依靠望远镜观测的缺点是不，把观地面遥感新纪元。但仅仅依靠望远镜观测的缺点是不，把
7、观测到的事物用图像的方式记录下来。测到的事物用图像的方式记录下来。4. 航天遥感阶段1956年，Colwell,特殊目的的航摄试验，分类并识别植被类型，探测病虫害及受灾植被1957年，前苏联第一颗卫星1960年第一颗气象卫星TIROS-I，病虫害及受灾植被20世纪60年代中期，NASA资助，大量红外及多光谱彩色摄影1972年第一颗地球观测卫星Landsat发射成功。（原名地球资源技术卫星ERTS-1后命名为陆地卫星，遥感一词迅速普及，卫星已超过3000颗（军用60%）2.有记录的地面遥感阶段 对遥感目标的记录与成像，开始于摄影技术的发明，对遥感目标的记录与成像，开始于摄影技术的发明，并与望远镜
8、相结合发展为远距离摄影。并与望远镜相结合发展为远距离摄影。1839年，达盖尔年，达盖尔(Daguarre)发表了他和尼普斯拍摄的照片，第一次成功发表了他和尼普斯拍摄的照片，第一次成功地把拍摄到事物形象地记录在胶片上。地把拍摄到事物形象地记录在胶片上。1849年，法国人年，法国人劳塞达特劳塞达特(Aime Laussedat)制定了摄影测量计划，成为有制定了摄影测量计划，成为有目的有记录的地面遥感发展阶段的标志。目的有记录的地面遥感发展阶段的标志。l3. 空中摄影遥感阶段 1858年，陶纳乔年，陶纳乔( G a s p a r d F e l i x Tournachon)用系留用系留气球拍摄了
9、法国巴黎气球拍摄了法国巴黎的的“鸟瞰鸟瞰”像片。像片。 1860年，布莱克年，布莱克(James Wallace Black)与金与金(Sam King)教授乘气球升空至教授乘气球升空至630米，成功地拍摄米，成功地拍摄了美国波士顿市的照片。了美国波士顿市的照片。 同年，莱特兄弟同年，莱特兄弟(Wibour Wright & Orvilke Wright)发明发明了飞机，才真正地促进了航空遥感向实用化前进了一大步。了飞机，才真正地促进了航空遥感向实用化前进了一大步。 4.4. 航天遥感阶段航天遥感阶段 19561956年，年，Colwell,Colwell,特殊目的的航摄试验，分类并识别植特殊
10、目的的航摄试验，分类并识别植被类型，探测病虫害及受灾植被被类型，探测病虫害及受灾植被 19571957年，前苏联第一颗卫星年，前苏联第一颗卫星 19601960年第一颗气象卫星年第一颗气象卫星TIROS-ITIROS-I，病虫害及受灾植被，病虫害及受灾植被 2020世纪世纪6060年代中期，年代中期，NASANASA资助，大量红外及多光谱彩色资助，大量红外及多光谱彩色摄影摄影 19721972年第一颗地球观测卫星年第一颗地球观测卫星LandsatLandsat发射成功。（原名地发射成功。（原名地球资源技术卫星球资源技术卫星ERTS-1ERTS-1后命名为陆地卫星，遥感一词迅速后命名为陆地卫星，
11、遥感一词迅速普及，卫星已超过普及，卫星已超过30003000颗（军用颗（军用60%60%） 80年代法国的年代法国的SPOT卫星；卫星； 之后的之后的MODIS、QUICKBIRD等。等。1多分辨率多遥感平台并存2.新型传感器不断涌质,微波遥感、高光谱遥感迅速发展3.遥感的综合应用不断深化4.商业遥感时代的到来l 随着热红外成像、机载多极化合成随着热红外成像、机载多极化合成 孔径孔径雷达和高分辨力表层穿透雷达和星载合成孔雷达和高分辨力表层穿透雷达和星载合成孔径雷达技术日益成熟，径雷达技术日益成熟， 和星载合成孔径雷达和星载合成孔径雷达技术日益成熟，技术日益成熟， 遥感波谱域从最早的可见光遥感波
12、谱域从最早的可见光向近红向近红 遥感波谱域从最早的可见光向近红外、遥感波谱域从最早的可见光向近红外、 短波红外、热红外、微波方向发展，波谱域短波红外、热红外、微波方向发展，波谱域的扩展将进一步适应各种物质反射、辐射波的扩展将进一步适应各种物质反射、辐射波谱的特征谱的特征 峰值波长的宽域分布。峰值波长的宽域分布。 l大、中、小卫星相互协同，高、中、 低轨道相结合，在时间分辨率上从几 小时到 小时到18 天不等， 形成一个不同时 形成一个不同时间分辨率互补系列。 l 随着高空间分辨力新型传感器的应用， 遥感图像空间分辨率从 从1km、500m 、 250m、80m 、30m 、20m 、10m 、
13、5m 发展到1m, 军事侦察卫星传感器可达到 15cm 或者更高的分辨率。空间分辨 率的提高，有利于分类精度的提高， 但也增加了计算机分类的难度. l 高光谱遥感的发展，使得遥感波段宽度从高光谱遥感的发展，使得遥感波段宽度从 早早期的期的0.4 0.4m (黑白摄影黑白摄影)、 0.1m (多光谱多光谱 扫扫描描)到到5nm (成象光谱仪成象光谱仪)，遥感器波段宽，遥感器波段宽 度窄度窄化，针对性更强，可以突出特定地物化，针对性更强，可以突出特定地物 反射峰值反射峰值波长的微小差异；同时，成像光波长的微小差异；同时，成像光 谱仪等的应用，谱仪等的应用，提高了地物光谱分辨力，提高了地物光谱分辨力
14、， 有利于区别各类物质有利于区别各类物质在不同波段的光谱响在不同波段的光谱响 应特性。应特性。 l机载三维成像仪和干涉合成孔径雷达的发展和应用，将地面目标由二维测量为主发展到三维测量。 l各种新型高效遥感图像处理方法和算法将被用来解决海量遥感数据的处理、 校正、融合和遥感信息可视化。 l 遥感分析技术从“定性” 向“定量” 转变，定量遥感成为遥感应用发展的热点。 l建立适用于遥感图像自动解译的专家系统，逐步实质遥感图像专题信息提自动化。 5050年代组建专业飞行队伍，开展航摄和应用年代组建专业飞行队伍，开展航摄和应用7070年年4 4月月2424日，第一颗人造地球卫星日，第一颗人造地球卫星75
15、75年年1111月月2626日，返回式卫星，得到卫星像片日，返回式卫星，得到卫星像片8080年代空前活跃，六五计划遥感列入国家重点科年代空前活跃，六五计划遥感列入国家重点科技攻关项目技攻关项目2.1 电磁波谱与电磁辐射2.1.1 电磁波谱1.波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。 分为横波和纵波两种,如果质点的振动方向与波的传播方向相同,称纵波;若质点振动方向与波的传播方向垂直,称横波.2.电磁波:当电磁振荡进入空间,变化的磁场激发了涡旋电场,变化的电场又激发了涡旋磁场,使电磁振荡在空间传播. 方向:由电磁振荡向各个不同方向传播的.3.电磁波谱:按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依
16、次排列构成的图表，成为电磁波谱电磁波波段波长长波中波和短波超短波大于3000m 103000m 1 10 m微波1mm1m超远红外远红外 中红外近红外151000m615 m36 m0.763 m红橙黄绿青蓝紫0.620.76 m0.590.62 m0.560.59 m0.500.56 m0.470.50 m0.430.47 m0.380.43 m紫外线10-33.810-1 mX射线10-6 10-3 m 射线小于10-6m电磁波谱电磁波的波源不同,所产生的电磁波的波长是不同的： 无线电波是由电磁振荡发射的； 微波是利用谐振腔及波导管激励与传输，通过微波天线向空间发射的； 红外辐射是由于分子
17、的振动和转动，级跃迁时产生的； 可见光和近紫外辐射是由于原子、分子中的外层电子跃迁时产生的； 紫外线、X射线、 射线是由于内层电子的跃迁和原子核内状态的变化产生的；4. 电磁波的性质（1）是横波；（2）在真空以光速传播；（3）满足f= c ；（4）电磁波具有波粒二象性；2.1.2 电磁辐射的度量1. 辐射源 任何物体都是辐射源。不仅，够吸收其他物体对它的辐射，也，够向外辐射。 遥感的辐射源分为自然辐射源和人工辐射源两类。自然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射；太阳辐射是可见光及近红外遥感的主要辐射源，地球是远红外遥感的主要辐射源。人工辐射源是指人为发射的具有一定波长的波束；主动遥感采用人工辐
18、射源，目前较常用的人工辐射源为微波辐射源和激光辐射源。 2. 辐射测量 辐射，量（W）：电磁辐射的，量，电位：J 辐射通量（）：单位时间内通过某一面积的辐射通量，单位：W 辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的辐射，量，单位：W/m2 辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，单位： W/m2辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，单位：W/m2辐射亮度（L）：假定有一辐射源呈面状，向外辐射的强度随辐射方向而不同，则L定义为辐射源在某一方向，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量，单位：W/（srm2）朗伯源：辐射亮度L与观察角无关的辐射源，称为朗伯源。2.1.3
19、黑体辐射1. 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。 实验表明，当电磁波入射到一个不透明的物体上，在物体上只出质对电磁波的反射质象和吸收想象时，这个物体的光谱吸收系数与光谱反射系数之和恒等于1。 光谱吸收系数 ：当物体的温度为T，波长在 范围内， 为吸收，量与入射，量之比。 光谱反射系数：当物体的温度为T，波长在 范围内，为反射，量与入射，量之比。自然界中并不存在绝对的黑体，实用的黑体是由人工方法制成的，它只是一种理想的黑体模型，基本结构是，保持恒定温度的空腔。人工制造的接近黑体的吸收体2. 黑体辐射规律(1) 普郎克公式 描述黑体辐射通量密度与温度、波
20、长分布的关系。 ) 1(2),(5kThc2bechTMh: 普朗克常数6.6260755*10-34 Ws2k: 玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23 WsK-1 c: 光速; : 波长（m）; T: 绝对温度（K）(2) 斯蒂藩玻尔兹曼定律 对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂藩玻尔兹曼定律。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方成正比。TbW4: 斯蒂藩玻尔兹曼常数，5.66970.00297）108Wm-2K-4（3）维恩位移定律描述物体辐射的峰值波长与温度的定量关系bT maxb : 常数，2897.80.4 m K黑体温度越高，曲线的顶峰就越往左移，即往波长短的
21、方向移动。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9.66m ）3. 实际物体的辐射（1）基尔霍夫定律 给定温度下，任何地物的辐射出射度与吸收率之比是常数，即等于 同温度下黑体的辐射出射度。 ),(),(),(TMTMTb发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不发射该波长的电磁波。（2）实际物体的辐射 对于一般物体而言，需要引入发射率（热辐射率、比辐射率），表明物体的发射本领。),(),(),(TMTMTb实际物体的辐射出射度与同一温度下黑体辐射出射度的比值。发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还
22、与波长有关。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 (如线谱，带谱)一般辐射体和发射率2.2.1 太阳常数1.太阳常数：是指不受大气影响，在距离太阳一个天文单位内，垂直与太阳光辐射方向上，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射，量。 2. 太阳光谱：通常指光球产生的光谱，光球发射的，量大部分集中于可见光波段。如图 从图中可知，大气层外太阳辐射的光谱是连续光谱，且辐射特性与绝对黑体辐射特性基本一致。 海平面处的太阳辐照度曲线与大气层外的曲线有很大的不同，其差异主要是地球大气引起的。当太阳倾斜入射时，与太阳垂直入射时的辐照度测量值不同，如果太阳倾斜入射，则辐照度必然
23、产生变化并与太阳入射光线及地平面产生夹角，即与太阳高度角有关。如图2.2.2 大气吸收1.大气层次与成分大气层的厚度约1 000km，且在垂直方向自下而上分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。如图 在对流层中，温度随高度的增加而降低，空气作垂直运动而形成对流，由于热量的传递而产生天气质象；在平流层中没有明显的对流，几乎没有天气质象，温度由下部的等温层逐渐向上升高，平流层中由于存在臭氧层，臭氧吸收紫外线而升温。热层和散逸层又称电离层。从热层向上温度激增，热层与中间层由于空气稀薄，大气中O2、N2等分子受太阳辐射的紫外线、X射线影响，处于电离状态，形成了D层、E层、F层三个电离层。大气主要成分
24、为分子和其他微粒分子重要有： O2和N2，约占99%，其余1%是O3、CO2、H2O及其他。微粒主要有：烟、尘埃、雾霾、小水滴及气溶胶。2. 大气对辐射的吸收作用大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。水：分为气态水和液态水水：分为气态水和液态水 两个宽的强吸收带:2.53.0um和57um两个窄的强吸收带：波长为1.38um、1.86um一个弱的窄吸收带：0.71.23um二氧化碳二氧化碳 一个宽的强吸收带波长大于13um，两个窄的强吸收带，2.62.8和4.14.45um臭氧臭氧 ：吸收作用主要集中在紫外波段，对波长0.3um以下的波段全部吸收，在9.6um附近有个很窄的弱吸收带
25、氧：氧：对电磁辐射的吸收很弱2.2.3 大气散射散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开，称散射。散射的实质：电磁波在传输中遇到大气微粒而产生的一种衍射质象。大气散射有三种情况：1. 瑞利散射 当引起散射的大气粒子直径远小于入射电磁波波长时，出质瑞利散射。 发生条件：质点的直径 d (电磁波波长)时，一般认为（d ）, 散射率与波长没有关系 1)(散射特点：2.2.4 大气窗口及透射分析1. 折射质象电磁波穿过大气层时，除发生吸收和散射外，还会出质传播方向的改变，即发生折射。折射率与大气密度有关，密度越大折射率越大。由于折射的影响，使电磁波在大气中传播的轨迹是一条曲线
26、，到达地面后方向与实际方向比偏离了一个角度。早晨看到的太阳圆面比中午时看到的大，就是因为折射所引起的。2. 大气的反射3. 大气窗口大气窗口大气窗口：电磁波在大气中传输过程中吸收和散射很小，透射率很高的波段。 要获得地面的信息，必须在大气窗口中选择遥感波段。大气窗口的主要光谱段：1）0.31.3um： 以可见光为主体的窗口，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。摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目标电磁波辐射信息。2）1.51.8,2.0-3.5um： 近、中红外窗口，6095，扫描成像，白天记录3）3.55.5um： 中红外窗口，6070，白天夜间，扫描成像记录4）8
27、14 um： 远红外窗口，超过80， 白天夜间，扫描记录5）0.82.5cm： 微波窗口， 白天夜间，扫描记录。4. 大气透射的定量分析大气对太阳辐射的衰减总体规律大气对太阳辐射的衰减总体规律：大气吸收15， 散射和反射42，其余43 太阳辐射到达地面。又一说：大气吸收17， 散射22，反射30，其余31 太阳辐射到达地面。 2.3.1 太阳辐射与地表的相互作用太阳辐射近似于温度为6 000K的黑体辐射,辐射主要集中在0.32.5m，在紫外、可见光到近红外区段。当太阳辐射到达地表后,就短波而言,地表反射的太阳辐射成为地表的主要辐射来源，而来自地球自身的辐射，几乎可以忽略不计。波段名称可见光与近
28、红外中红外远红外波长0.32.5 m2.56 m6 m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地球辐射的分段特性2.3.2 地表自身热辐射根据黑体辐射规律及基尔霍夫定律知 M=M0式中, 为物体的比辐射率或发射率；M为黑体辐射出射度；M0为实际物体辐射出射度。此公式中的变量都与地表温度T和波长有关，因此又可写为： M（ ，T）= （ ，T） M0 （ ，T）T指地表温度，存在日变化和年变化，当温度一定时，物体的比辐射率随波长变化。2.3.3 地物反射波谱特征1.概述到达地面的太阳辐射，量=反射，量+吸收，量+透射，量2.反射率与反射波谱(1)反射率物体反
29、射的辐射，量P占总入射，量P0的百分比,称为反射率: = P/ P0100%不同的物体反射率不同,反射率的范围是1.(2)物体的反射物体的反射状况分为三种：镜面反射、漫反射和实际物体的反射镜面反射：是指物体的反射满足反射定律。入射波和反射波在同一平面内，入射角与反射角相等。漫反射：是指不论入射方向如何，虽然反射率与镜面反射一样，但反射方向却是“四面八方”。对于漫反射面，当入射辐照度I一定时，从任何角度观察反射面，其反射亮度是一个常数，这种反射面又叫朗伯面。 实际物体反射：介于镜面反射与朗伯面之间（3）反射波谱 地物的反射波谱是指地物反射率随波长的变化规律，如图3. 地物反射波谱曲线（1）植被植
30、被的反射波谱曲线规律性明显而独特，主要分三段：可见光波段有一个小的反射峰，位置在0.55m处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在1.32.5 m波段受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，形成低谷白橡树不同生长期的反射光谱曲线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（2）土壤自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土质越细，反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低。（3）水体水体的反射率主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别到了近红外波段，吸收就更强。（4）岩石岩石的反射波谱曲线无统一的特征，受矿物成分、含水量、颗粒大
31、小等的影响。l 航天遥感泛指利用各种空间飞行器为平台的遥感技术系统。它以地球人造卫星为主体，包括载人飞船、航天飞机和空间站，有时也把各种行星探测器包括在内。在航天遥感平台上采集信息的方式有四种：一是宇航员操作，如在“阿波罗”飞船上宇航员利用组合像机拍摄地球照片：二是卫星舱体回收，如中国的科学实验卫星回收的卫星像片；三是通过扫描将图像转换成数字编码，传输到地面接收站；四是卫星数据采集系统收集地球或其它行星、卫星上定位观测站发送的 探 测 信 号 ， 中 继 传 输 到 地 面 接 受 站 。l（1）根据运行轨道高度 、低高度、短寿命卫星，150-200km，1-3周，军事 、中高度、长寿命卫星，
32、300-1500km，1年以上，陆地卫星、气象卫星、海洋卫星 、高高度、长寿命卫星，35786km，3年以上，通讯卫星，静止气象卫星l（2）按照用途 、科学卫星：探测卫星、天文卫星 、技术卫星：试验卫星 、应用卫星：地球资源卫星、气象卫星、海洋卫星、通讯卫 星、测地卫星、导航卫星、侦察卫星、截击卫星等l遵守开普勒三定律：椭圆轨道、地球位于一个焦点上，卫星与地球连线在等时间内扫过面积相等。l（1）运行轨道类型 、地球同步轨道 运行周期与地球自转周期相同（其中的静止轨道，倾角为零，距地球赤道上空35786km，地球同步轨道有无数条，而地球静止轨道只有一条）（通讯卫星、广播卫星、气象卫星）l、太阳同
33、步轨道 轨道平面绕地球自转轴旋转，旋转方向与地球公转方向相同，旋转角速度等于地球公转角速度， 特点：相同方向经过同一纬度的当地时间相同。（地球资源卫星）l、极轨轨道 倾角为90o轨道，观察范围最大，可获得全球资料，静止轨道，可获得赤道附近小于三分之一的资料。（气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星）l（2）轨道形状 椭圆形，有近地点和远地点l（4）卫星坐标和姿态 、地心坐标：地心至春分点为X轴，Y轴在赤道平面内且垂直与X轴，Z轴垂直于X轴、Y轴的直角坐标系。卫星沿固定轨道运行，坐标一般以时间为参数，在星历表中可查。 、三轴定向：卫星运动方向X轴（滚动）、垂直轨道面的Y轴（俯仰）、垂直地球的Z轴（航偏
34、）l（1）范围大、宏观性l（2）周期性、动态性l（3）多谱段识别多种地物l（4）成图快l（5）收集资料方便，不受地形限制 l 原名地球资源技术卫星ERTS（Earth Resource Technology Satellite），它是美国国家航空和航天局NASA（National Aeronautics and Space Administration）发射的用来获取卫星图像的一种遥感平台，以探测陆地环境和资源为主。l Landsat卫星是目前世界范围内应用最广泛的载有光学传感器的民用对地观测卫星，在围绕地球的轨道上运转，获取了数百万幅有价值的图像。图像上载有丰富的地面信息，在农业、林业、生态
35、、地质、地理、气象、水文、海洋、环境污染、地图测绘等方面得到了广泛的应用。l（1）反束光导摄影管RBV Return Beam Vidicon Camera Landsat1、Landsat2、Landsat3l（2）多光谱扫描仪（MSS） MultiSpectral Scanner Landsat1-5l（3）专题制图仪（TM） Thematic Mapper Landsat4、Landsat5l（4）改进型增强专题制图仪（ETM+） Enhanced Thematic Mapper Plus Landsat7lTM1：0.450.52m，蓝波段；对水体的穿透力强，对叶绿素与叶色素浓度反反敏
36、感，有助于判别水深、水中叶绿素分布、沿岸水和近海水域制图等；lTM2：0.520.60m，绿波段；在两个叶绿素吸收带间，相应于健康植物的绿色；对健康茂盛植物反反敏感，对水的穿透力较强； lTM3：0.630.69m，红波段；为叶绿素的主要吸收波段；反反不同植物的叶绿素吸收、植物健康状况，用于区分植物种类与植物覆盖度；lTM4：0.760.90m，近红外波段；对绿色植物类别差异最敏感，用于生物量调查、作物长势测定、进行农作物估产等。lTM5：1.551.75m，中红外波段；处于水的吸收带（1.41.9m）内，反反含水量敏感，用于土壤湿度、植物含水量调查、水分状况、地质研究，作物长势分析等，提高区
37、分不同作物类型的，力，易于区分云、冰与雪。lTM6：10.412.5m，热红外波段；在这个波段来自表面发射的辐射量，按照发射，力和温度（表面）测定，根据辐射响应的差别，区分农、林覆盖类型，辨别表面湿度、水体、岩石以及监测与人类活动的热特征，进行热测量与制图，对于植物分类和估算收成很有用。lTM7：2.082.35m，近红外波段；处于水的强吸收带，为探测岩石发射光谱特性而选择的，用于城市土地利用与制图，岩石光谱反射及地质探矿与地质制图，特别是热夜变岩页环的制图。lSPOT卫星由瑞典、比利时等国家参加，法国国家空间研究中心（CNES）设计制造。1986年发射第一颗，到2002年已经发射了5颗。lS
38、POT的轨道是太阳同步圆形近极地轨道，高度822km左右，卫星的覆盖周期是26天，重复感测，力一般35天，部分地区达到1天。 波段分辨率高分辨率几何装置植被探测器高分辨率立体成像装置PA：0.510.73m2.5m或5m-10mB0：0.430.47m-1km-B1：0.490.61m10m-B2：0.610.68m10m1km-B3：0.780.89m10m1km-SWIR：1.581.75m20m1km-视场宽度60km2250km120kml图像空间分辨率高，可达10-20米。地面扫描宽度117公里（每台60公里，两台间重叠3公里）。l灵敏度高。在良好的光照条件下可探测出低于0.5%的地
39、面反射变化。l带有可定向的反射镜，使仪器具有偏离天顶点（倾斜）观察的，力（倾角27o）。l具有立体观测，力。 l1、气象卫星概述 （1）美国的“泰诺斯”(TIROS)卫星系列：第一代实验气象卫星，从60年-65年共发射了10颗，极轨气象卫星；美国的雨云（Nimbus）卫星系列：64-78年共发射了7颗，太阳同步轨道；美国的艾萨（ESSA）卫星系列：66-69年共发射了9颗，极轨气象卫星；美国的NOOA卫星系列：70-94年共发射了16颗。太阳同步轨道。l（2）日本GMS卫星、俄罗斯的GOMES卫星、欧盟METEOSAT-3卫星、印度的INSAT、美国的两颗静止卫星(GOES-E和GOES-W)
40、共6颗卫星组成地球静止气象卫星监测网。l（3）中国也先后成功地发射了8颗气象卫星（4颗FY-1和4颗FY-2）。依靠这些卫星，中国建立了自己的卫星天气预报和监测系统。FY-1是极轨气象卫星。FY-2是静止气象卫星。 l（1）轨道：低轨和高轨；l（2）成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量；l（3）短周期重复观测：静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次；l（4）资料来源连续、实时性强、成本低。l（1）空间覆盖优势l（2）时间取样优势l（3）资料一致性优势l（4）综合参数观测优势l（1）天气分析与气象预报；l（2）气候研究与气候变迁的研究；l（3）资源环境领域：海洋研究、森林火灾
41、、 水污染。 l中巴地球资源卫星是1988年中国和巴西两国政府联合议定书批准，在中国资源一号原方案基础上，由中、巴两国共同投资，联合研制的卫星（代号CBERS）。并规定CBRES投入运行后，由两国共同使用。lCBERS-1是我国第一代传输型地球资源卫星，星上三种遥感相机可昼夜观测地球，利用高码速率数传系统将获取的数据传输回地球地面接收站，经加工、处理成各种所需的图片，供各类用户使用。 lCBERS的波段设置l（1）可替代性l（2）自主性l（3）经济性l（4）高精度、高性，的太阳同步轨道卫星公用平台 l1、QuickBird（美）l2、IKONOS（美）l3、OrbView（美）l4、Formo
42、sat（台）l5、IRS（印）l6、RadarSat（加）l7、ASTER（美）l8、MODIS（美） l1、卫星数据查询网址： http:/ (2）光谱特征，否满足解译要求；（3）满足前两个要求下的卫星数据性价比。l（1）原始数据产品（Level0） 原始数据产品是卫星下行数据经过格式化同步、按景分幅、格式重整等处理后得到的产品，产品格式为HDF格式，其中包含用于辐射校正和几何校正处理所需的所有参数文件。原始数据产品可以在各个地面站之间进行交换并处理。l（2）系统几何校正产品（Level2） 系统几何校正产品是指经过辐射校正和系统级几何校正处理的产品，其地理定位精度误差为250米，一般可以达
43、到150米以内。如果用确定的星历数据代替卫星下行数据中的星历数据来进行几何校正处理，其地理定位精度将大大提高。几何校正产品的格式可以是FASTL7A格式、HDF格式或GeoTIFF格式。l（3）几何精校正产品（Level3） 几何精校正产品是采用地面控制点对几何校正模型进行修正，从而大大提高产品的几何精度，其地理定位精度可达一个象元以内，即30米。产品格式可以是FASTL7A格式、HDF格式或GeoTIFF格式。l（4）高程校正产品（Level4） 高程校正产品是采用地面控制点和数字高程模型对几何校正模型进行修正，进一步消除高程的影响。产品格式可以是FASTL7A格式、HDF格式或GeoTIF
44、F格式。要生成高程校正产品，要求用户提供数字高程模型数据。 l遥感图像处理是指对遥感探测所获取的图像或资料进行的各种技术处理。l遥感影像表征了地物波谱辐射，量的空间分布，辐射，量的强弱与地物的某些物性相关。为了挖掘遥感资料的信息潜力,提高解译效果,必须用先进技术方法对原始影像进行一系列处理图像处理，使影像更为清晰，目标物体的标志更明显突出，易于识别。 l遥感图像处理包括对原始图像复原的恢复处理；为使图像更加清晰，目标地物更为突出明显，便于信息提取和识别的增强处理；以及进行自动识别和信息提取的分类处理。l图像复原是指借助某些方法,改正成像过程中因仪器性，弱点和大气干扰等因素所导致的误差,并期望使
45、图像失真缩小到最低程度。l图像增强是指利用光学仪器或电子计算机等手段,改变图像的表质形式和影像特征,使图像变得更加清晰可判,目标物更加突出易辨。l图像分类则是通过电子计算对遥感图像上的目标进行自动识别和类型划分，直接得到解译结果。l方法主要有光学处理和计算机数字图像处理。 l1、光学图像、光学图像l电磁辐射，的平面分布图，表示的是地物的发射辐射，、反射辐射，或其他辐射，量。l光学图像的特点：灰度值在整个图像中的空间上是连续不间断的，非负的。l光学图像可以真实的反反再质被摄景物的状况，是被摄景物的一个模拟，称模拟信号。l2、数字图像、数字图像l，够被计算机存储、处理和使用的图像。l光学图像称为模
46、拟量，数字图像称为数字量，二者之间的转换称为A/D转换，即模/数转换analog-to-digital conversion (A/D)，反之，称D/A。l模拟量与数字量的本质区别：模拟量是连续变量，而数字量则是离散变量。 l3、A/D转换转换l采样/抽样；l量化：在连续灰度的极限取值范围内离散化，即分成若干个灰度等级值。最常用的是bit，即每个像元记录为一个字节，若用8bit，灰度区间从0-255共256个等级，0代表黑，255代表白，其它居中渐变。也可用4bit，16bit。l1、反差增强、反差增强l反差增强，又称“对比度扩展”，指调整影像反差，增大对比度的方法。l直方图histogram
47、：图像的灰度级（亮度值）的统计分布图，模拟灰度级（亮度值）的分布函数，横坐标表示亮度值，纵坐标表示每个亮度所包含的像素数占图像总像素数的比率。 l2、密度分割、密度分割l概念：单波段黑白遥感图像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像。这种方法又叫密度分割。l分层方法：分层方案与地物光谱差异对应合适，可以较好地区分地物类别。l3、图像运算、图像运算l概念：两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实质图像增强，达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。l原理：地物不同波段的光谱差异。l方法：根据实际情况，采取加、减、乘、除四则运算。l4、多光谱变换、多光谱变换
48、l多光谱变换:针对多光谱影象存在的一定程度上的相关性以及数据冗余质象，通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量,增强或提取有用信息目的的方法。l多光谱变换的本质:对遥感图像实行线性变换，使光谱空间的坐标按一定规律进行旋转。 l5、彩色合成、彩色合成l把数字图像组合转换成彩色图形，或者把各种增强或分类图像组合叠加，以彩色图像显示出来。（彩色的视觉分辨，力比黑白高）l利用计算机将同一地区不同波段的图像存放在不同通道的存储器中，并依照彩色合成原理，分别对各通道的图像进行单基色变换，在彩色屏幕上进行叠置，从而构成彩色合成图像。l彩色合成图像分为真彩色图像和假彩色图像。 l6、滤波、滤波l空间滤波（s
49、patial filtering）以突出图像上的某些特征为目的，通过像元与周围相邻像元的关系，采取空间域中的邻域处理方法进行图像增强方法。 空间域滤波空间域滤波以影像（影像以影像（影像亮度）为对象亮度）为对象进行的滤波处进行的滤波处理理平滑滤波平滑滤波 平均值法平均值法Smooth 中值法中值法Median 边缘增强边缘增强梯度法梯度法SobelSobel或或RobertsRoberts 拉普拉斯算法拉普拉斯算法Laplacian 锐化法锐化法Sharpen 定向滤波定向滤波 Directional 频率域滤波频率域滤波以图像的频谱以图像的频谱（亮度频率）（亮度频率）为对象进行的为对象进行的滤
50、波滤波高通滤波高通滤波High Pass低通滤波低通滤波Low Pass l1、辐射校正、辐射校正l辐射畸变:地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时，受到传感器本身、大气辐射等其他因素的影响而发生改变。这种改变称为辐射畸变。l存在“同物异谱，异物同谱”质象l影响辐射畸变的因素：传感器本身的影响导致图像不均匀、产生条纹和噪音，大气对辐射的影响。 （1）概念 遥感图像在成像时，由于成像投影方式、传感器外方位元素变化、传感介质的不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素的影响，使获得的遥感图像相对于地表目标存在一定的几何变形，使得图像上的几何图形与该物体在所选定的地图投影中的几何图形产生差异，使图像
