1、授课教师授课教师倪玲倪玲 13035134321 使用教材及参考书使用教材及参考书使用教材：使用教材： 遥感原理与应用遥感原理与应用武汉大学出版社武汉大学出版社 孙家柄、倪玲、孙家柄、倪玲、 周军其、潘斌、管玉娟。周军其、潘斌、管玉娟。参考书：参考书： 1 遥感与图像解译遥感与图像解译（第四版）电子工业出版社（第四版）电子工业出版社 2遥感应用分析原理与方法遥感应用分析原理与方法赵英时赵英时 科学出版社科学出版社 3遥感导论遥感导论梅安新梅安新 高等教育出版社高等教育出版社 4遥感影像地学理解与分析遥感影像地学理解与分析周成虎等周成虎等 科学出版社科学出版社 5遥感图象处理应用与分析遥感图象处
2、理应用与分析戴昌达戴昌达 清华出版社清华出版社 6遥感物理遥感物理徐希孺，北大出版社徐希孺，北大出版社 7 ERDAS IMAGE遥感图像处理方法遥感图像处理方法党安荣党安荣 清华大清华大 学出版社学出版社本课程的前导课程本课程的前导课程 电磁场理论、摄影测量基础、电磁场理论、摄影测量基础、 数字图像处理等。数字图像处理等。实践环节学时与内容或辅助学习活动实践环节学时与内容或辅助学习活动 实习实习1 ：遥感图象几何纠正：遥感图象几何纠正 实习实习2 ：遥感图像自动分类：遥感图像自动分类考核方式考核方式 作业：作业：3次课外作业及次课外作业及1 次课堂练习次课堂练习 考核方式：闭卷考试考核方式：
3、闭卷考试 其中平时成绩占其中平时成绩占40%，期末成绩占，期末成绩占60%一一 什么是什么是遥感遥感 (REMOTE SENSING) 遥感即遥远感知，是在不直接接触的情遥感即遥远感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术知的一种技术 物理场物理场 包括包括 引力场、电场、磁场等引力场、电场、磁场等声声 波波 包括包括 次声波、声波、超声波次声波、声波、超声波电磁波电磁波 包括包括 射线、射线、射线、紫外线、射线、紫外线、 可见光、红外线、微波、无线电波等可见光、红外线、微波、无线电波等采用电磁波进行的遥感称采用电磁波进行的遥感
4、称 电磁波遥感电磁波遥感 应用应用: 用用MODIS影像白天和夜间影像灰度影像白天和夜间影像灰度- 热惯量热惯量P-裸露土壤含水量裸露土壤含水量-干旱干旱监测监测 热红外影像热红外影像-城市城市热岛热岛监测监测 NDVI=(NDVI=(热红外热红外-红波段红波段)/ ( (热红外热红外+红波段红波段) 植被植被检测检测 B:地物的反射辐射地物的反射辐射 物体的反射波谱限于物体的反射波谱限于紫外、可见光和近紫外、可见光和近红外，红外，尤其是后两个波段。尤其是后两个波段。 物体对入射辐射的选择性作用受物体的物体对入射辐射的选择性作用受物体的组成成分、结构、表面状态以及物体所处组成成分、结构、表面状
5、态以及物体所处环境环境的控制和影响。在漫反射的情况下，的控制和影响。在漫反射的情况下，组成成分和结构是控制因素。组成成分和结构是控制因素。 -同一地物的波谱特性相近同一地物的波谱特性相近 -不同地物的波谱特性相差很大不同地物的波谱特性相差很大 应用应用 : 利用地物的波谱特性利用地物的波谱特性 -波谱特性曲线波谱特性曲线- 地物分类识别地物分类识别大气的影响 吸收 + 散射 + 反射 研究大气对电磁波的影响 作用作用 确定大气窗口确定大气窗口-波段选择波段选择( (用户用户) ) 感兴趣目标感兴趣目标 卫星传感器波段设计的依据卫星传感器波段设计的依据 不能透过的波段不能透过的波段-大气研究大气
6、研究( (天气预报天气预报) 平台及平台及及传感器及传感器特点特点 三高三高(高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率) 5M以下以下 5-6nm,600波段波段 1-3d 三多三多(多平台、多传感器、多角度多平台、多传感器、多角度) (4) (4) 数据处理数据处理 A:遥感影像辐射处理遥感影像辐射处理 遥感图像的辐射误差主要包括：遥感图像的辐射误差主要包括： - 传感器本身的性能引起的传感器本身的性能引起的 -地形影响和光照条件的变化引起的地形影响和光照条件的变化引起的 -大气的散射和吸收引起的大气的散射和吸收引起的 辐射处理辐射处理 B: 遥感图像
7、的几何处理 遥感图像构像方程遥感图像构像方程 遥感图像的几何变形遥感图像的几何变形 -传感器成像方式引起的图像变形传感器成像方式引起的图像变形 -传感器外方位元素变化的影响传感器外方位元素变化的影响 -地形起伏引起的像点位移地形起伏引起的像点位移 -地球曲率引起的图像变形地球曲率引起的图像变形 -地球自转的影响地球自转的影响 :遥感图像的几何处理遥感图像的几何处理 - 遥感图像的遥感图像的粗加工粗加工处理处理 -遥感图像的遥感图像的精纠正精纠正处理处理 -图像间图像间的的自动配准和数字镶嵌自动配准和数字镶嵌(5) 信息提取信息提取 特征特征-光谱特征、空间特征、时间特征和光谱特征、空间特征、时
8、间特征和 极化特征极化特征 特征变换特征变换 特征选择特征选择 目标提取与分类 (6) 应用应用 测绘测绘: 快速成图快速成图 地图修测地图修测 困难地区测图困难地区测图 农业农业: 作物长势监测作物长势监测(病虫害病虫害) 估产估产 林业林业: 森林火灾森林火灾 森林调查、管理森林调查、管理 森林病虫害森林病虫害 水水: 水灾水灾 水资源水资源 水土流失水土流失 海洋: 海岸带滩涂 海温、海流 导航 水产资源 赤潮 环境: 两极环境(冰雪融化、o3) 全球环境(大气、水、陆地污染) 气象: 台风、天气预报、大气环境 地质: 找矿 地震 考古: 古遗址 军事: 揭露伪装 卫星定位 情报快速获取
9、 1发展过程 1962年年 密执安大学密执安大学第一届第一届遥感讨论会遥感讨论会 1971年第一届年第一届国际国际遥感讨论会遥感讨论会 1972年年ERTS-1（Landsat-1)发射成功发射成功 20世纪世纪80年代年代第二代第二代遥感卫星上天遥感卫星上天 Landsat-4/5 SPOT1 20世纪世纪90年代至今年代至今第三代第三代 Landsat-7 SPOT2-5 RadarSat CBERS IRS-1B/C/D IRS-P 2 为什么上世纪为什么上世纪60年代年代迅速发展迅速发展? 空间技术的发展 卫星-宇宙飞船(航天飞机)-空间站 -小卫星群空 间空 中地 面平台平台 航空航
10、天多层面航空航天多层面 传感器的发展 摄影: 紫外波段-可见光-近红外波段 黑白影像-多光谱影像 扫描仪:多光谱-中远红外-微波 雷达:微波 被动式-主动式 计算机技术的发展 数学、物理及专业理论的发展 3 遥感技术的主要发展趋势遥感技术的主要发展趋势遥感技术从上世纪遥感技术从上世纪60年代提出至今，经年代提出至今，经历了历了40年的发展后，已成为一门集空间科年的发展后，已成为一门集空间科学技术、通信技术、计算机技术等技术以学技术、通信技术、计算机技术等技术以及跨地球科学、电子科学、物理学等学科及跨地球科学、电子科学、物理学等学科的新兴科学与技术。的新兴科学与技术。(1). 概念的发展概念的发
11、展 a). 摄影测量（摄影测量（150年前）年前） 摄影测量与摄影测量与遥感（遥感（20年前）年前） 遥感科学与技术遥感科学与技术b). 狭义地，遥感科学与技术属于对地观狭义地，遥感科学与技术属于对地观测测 体系的组成部分体系的组成部分(2). 平台与观测技术的发展平台与观测技术的发展 三多（多平台、多传感器、多角度）三多（多平台、多传感器、多角度） 三高（高空间分辨率、高光谱分辨率和三高（高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率）高时相分辨率） 民用空间分辨率可高达0.62m，军用的高 达10cm； 光谱分辨率可达nm级； 小卫星群的重访周期为13天； 机载、星载SAR卫星日益普及，提供全天
12、候、全天时的观测能力分辩力分辩力 单一（低）分辨力单一（低）分辨力 多（高）分辨多（高）分辨 力影像金字塔力影像金字塔光光 谱谱 多光谱高光谱（成像光谱仪）多光谱高光谱（成像光谱仪）时时 相相 单时相多时相任意时相（小卫单时相多时相任意时相（小卫 星群）星群） 分辩力分辩力 单一（低）分辨力单一（低）分辨力 多（高）分辨力多（高）分辨力 影像金字塔影像金字塔武汉市武汉市TM影像影像 分辨率分辨率 30 m快鸟融合影像快鸟融合影像 全色影像全色影像 分辨率分辨率 0.61m + 多光谱影像多光谱影像分辨率分辨率 2.44m 武汉大学武汉大学信息学部影像快鸟影像快鸟影像0.61m+2.44m (武
13、汉大学信息校区广场武汉大学信息校区广场）影像金字塔影像金字塔TM30m SPOT 10mSPOT-5 2.5m快鸟影像0.61m+2.44m光光 谱谱 多光谱高光谱（成像光谱仪）多光谱高光谱（成像光谱仪）MODIS 分辨率分辨率250mM 1 620 670 nmM 2 841 876nm高光谱影像高光谱影像MODIS分辨率分辨率500mM 3 459 479nmM 4 545 565nmM 5 12301250nm M 6 16281652nm M 7 21052135nm高光谱影像高光谱影像高光谱影像高光谱影像 MODIS 分辨率分辨率 1000 mM 8 22M 23 36MODISMO
14、DIS卫星卫星 AMAM星星 PMPM星星接收天线接收天线地面接收站地面接收站时时 相相 单时相多时相任意时相单时相多时相任意时相 1998年8月1日早6时前1998年8月1日晚8时后簰洲湾溃簰洲湾溃口口 海啸后海啸后海啸前海啸前海啸泊岸海啸泊岸海啸肆虐海啸肆虐多时卫星影像监测海啸多时卫星影像监测海啸 200412 . 2606年5月14日 福卫二号北川县城影像08年5月13日福卫二号的汶川大地震前后大规模山崩影像(3). 定位技术的发展（）定位技术的发展（）a)利用机载和地面利用机载和地面GPS接收机进行载波相接收机进行载波相位差分位差分GPS定位以确定传感器的定位以确定传感器的空间位空间位
15、置置，实现摄影测量与遥感定位。可大量，实现摄影测量与遥感定位。可大量免除野外作业。免除野外作业。b) 利用利用DGPS(差分全球定位系统差分全球定位系统Differential Position System)与与INS惯导系统，可以惯导系统，可以获得航空航天影像传感器的获得航空航天影像传感器的位置与姿位置与姿态态，实现定点摄影和无地面控制的高精，实现定点摄影和无地面控制的高精度对地观测和三维重建。度对地观测和三维重建。邻轨立体邻轨立体同轨立体同轨立体航天飞机雷达航天飞机雷达雷达天线臂长雷达天线臂长 60 60 米米测绘的地形三维景观图测绘的地形三维景观图c) 将将DGPS、INS和和LIDA
16、R集成，可实集成，可实现无地面控制的实时三维测量。现无地面控制的实时三维测量。： 利用三轴稳定装置，星相仪，GPS等辅助下，无地面控制点的定位精度：1723米图像处理图像处理 光学处理数字处理（数据压缩、 影像融合）信息提取信息提取 目视判读自动分类专家系统图像分析图像分析 定性定量（作物估产精细农 业）软软 件件 人机对话视窗式智能化、构 件式、集成化、固件化 (5). 遥感应用领域的拓展遥感应用领域的拓展a）利用多时相影像发现土地利用变化、农）利用多时相影像发现土地利用变化、农业作物估产、林业资源调查、自然灾害监业作物估产、林业资源调查、自然灾害监测、全球和局部环境监测；测、全球和局部环境
17、监测； b）利用高分辨率影像提取城市信息）利用高分辨率影像提取城市信息(交通交通道路网络道路网络)； c）军事应用越来越重要：重要目标定位与）军事应用越来越重要：重要目标定位与侦察、导航与武器制导、侦察、导航与武器制导、 打击效果评估、打击效果评估、战场环境监测等等；战场环境监测等等；d）高光谱遥感在精准农业中的应用）高光谱遥感在精准农业中的应用e）在建设数字城市、数字省区和数字中国）在建设数字城市、数字省区和数字中国中的应用：，和。中的应用：，和。(6).遥感基础理论的发展遥感基础理论的发展a) 从影像的几何与物理方程出发，开展从影像的几何与物理方程出发，开展全定量化，遥感反演遥感正经历着由
18、全定量化，遥感反演遥感正经历着由定性定性定量的发展；定量的发展；b) 研究成象机理、地物波谱特性、各研究成象机理、地物波谱特性、各大气层和气溶胶对电磁波谱的吸收和大气层和气溶胶对电磁波谱的吸收和散射特征、不同地物对电磁波的吸收、散射特征、不同地物对电磁波的吸收、发射和散射特征等发射和散射特征等 从一源从一源多源多源 从宏观从宏观微观微观 从静态从静态动态动态 从定性从定性定量定量 从目视从目视自动自动 从单一从单一集成集成 从地球从地球星球星球 摄影 模拟解析数 字 测量 （航空航天） 遥 感 集 数字地球 成 I 其它学科 地学系统地学系统DEMDEM建立数字地球的几何基础建立数字地球的几何
19、基础地表地表：海洋系统、冰雪系统、生物系统、环境系：海洋系统、冰雪系统、生物系统、环境系 统等统等地表地表地心地心：地层、岩性、地球物理等：地层、岩性、地球物理等地上地上：大气系统（对流层）、同温层、电离层等：大气系统（对流层）、同温层、电离层等 人类和社会人类和社会 人类的分布和发展人类的分布和发展 军事与战争、政治与人文、商业与金融等军事与战争、政治与人文、商业与金融等 本章小结: 1:什么是遥感?其过程包括什么? 2:遥感的昨天、今天和明天. 遥感的物理基础遥感的物理基础 物体辐射特性物体辐射特性 大气对电磁辐射的影响大气对电磁辐射的影响 遥感之所以能够根据收集到的电磁波来判断遥感之所以
20、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，而具有完全不同种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波的反射或发射辐射特征。的电磁波的反射或发射辐射特征。 要深入学习遥感技术，首先要学习和掌握电要深入学习遥感技术，首先要学习和掌握电磁波以及电磁波谱的性质。磁波以及电磁波谱的性质。 一一 电磁波电磁波 变化的电场和磁场交替产生，以有限的变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。磁波。 射线、射线、X射线、紫外线、可见光、红射线
21、、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等都是电磁波。外线、微波、无线电波等都是电磁波。 电磁波是一种横波电磁波是一种横波 电磁波电磁波电磁波具有波动性与粒子性电磁波具有波动性与粒子性 波动性波动性形成了光的形成了光的干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振等现象等现象 (1)干涉干涉:由两个（或两个以上）频率、振动方向由两个（或两个以上）频率、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的电磁波在空相同、相位相同或相位差恒定的电磁波在空间叠加时，合成波振幅为各个波的振幅的矢间叠加时，合成波振幅为各个波的振幅的矢量和。因此会出现交叠区某些地方振动加强，量和。因此会出现交叠区某些地方振动加强，某些地方振动减弱或完
22、全抵消的现象。某些地方振动减弱或完全抵消的现象。 微波遥感中的雷达也是应用了干涉原理成像的,其影像上会出现颗粒状或斑点状的特征，这是一般非相干的可见光影像所没有的，对微波遥感的判读意义重大。(2)衍射衍射:光通过有限大小的障碍物时偏离直光通过有限大小的障碍物时偏离直线线 路径的现象路径的现象 研究电磁波的衍射现象对设计遥感仪器和提高遥感图像几何分辨率具有重要意义。另外在数字影像的处理中也要考虑光的衍射现象。 (3)偏振偏振:指电磁波传播的方向性指电磁波传播的方向性 电磁波有偏振、部分偏振和非偏振波，电磁波有偏振、部分偏振和非偏振波，许多散射光、反射光、透射光都是部分偏许多散射光、反射光、透射光
23、都是部分偏振光。振光。 偏振在微波技术中称为“极化”。遥感技术中的偏振摄影和雷达成像就利用了电磁波的偏振这一特性。 粒子性粒子性 一个光量子能量一个光量子能量Q=hv=hc/探测红外波段比可见光波段难探测红外波段比可见光波段难? 如何解决如何解决? 二 电磁波谱 按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱 射线射线、X射线射线、紫外线紫外线、可见光、可见光、红外线红外线、微波微波、无线电波无线电波 低低 能量能量 高高可见光可见光 红外红外微波微波 红 0.62 0.76m 可见光 绿 0.50 0.56m 蓝 0.43 0.47m 远红外处 6 15m 红外波段 中
24、红外 3 6m 近红外 0.76 3m 微波 1 mm 1mI 电磁波电磁波 R 反射反射T 发射发射A 吸收吸收一黑体辐射黑体辐射 1 绝对黑体绝对黑体: 对任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体对任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体 绝对黑体的吸收率绝对黑体的吸收率 (,T)1 反射率反射率（,T）0 绝对白体则能反射所有的入射光绝对白体则能反射所有的入射光 反射率反射率（,T）1，吸收率，吸收率(,T)0 与温度和波长无关与温度和波长无关2黑体辐射定律黑体辐射定律 W 分谱辐射通量密度 h 普朗克常数 C 光速 K 玻耳兹曼常数 T 绝对温度3 黑体辐射波谱曲线 黑体辐射的三个特性黑体辐射的三
25、个特性 :(1)总辐射通量密度总辐射通量密度W是随温度是随温度T的增加而迅速增加的增加而迅速增加 斯忒藩玻耳兹曼公式斯忒藩玻耳兹曼公式:单位面积发出的总辐射能单位面积发出的总辐射能与与绝对温度的四次方成正比绝对温度的四次方成正比 (2）分谱辐射能量密度的峰值波长）分谱辐射能量密度的峰值波长 随温度的增加向随温度的增加向短波方向移动短波方向移动 维恩位移定律维恩位移定律 :若知道了某物体温度，就可以推算若知道了某物体温度，就可以推算出它所辐射的波段出它所辐射的波段 (3)每根曲线彼此不相交每根曲线彼此不相交 温度温度T越高所有波长上的波谱辐射通量密度越高所有波长上的波谱辐射通量密度也越大也越大
26、二二 太阳辐射太阳辐射三三 一般物体的发射辐射一般物体的发射辐射 发射率发射率= W/ W 是一个介于是一个介于0和和1的数的数 即：发射率即：发射率就是实际物体与同温度的黑体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。在相同条件下辐射功率之比。绝对黑体 1灰 体 但01选择性辐射体 ()理想反射体（绝对白体） 0大多数物体可以视为灰体大多数物体可以视为灰体 为了便于分析，常常用一个最接近灰体辐射曲线为了便于分析，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），写为为等效黑体辐射
27、温度（或称等效辐射温度），写为T等效等效 式中 为实际物体的辐射温度 主动遥感主动遥感被动遥感被动遥感来自太阳的电磁波谱来自太阳的电磁波谱1地物的反射类别地物的反射类别(三种形式三种形式) 1:镜面反射镜面反射 2:漫反射漫反射 3:方向反射方向反射 从空间对地面观察时，对于平面地从空间对地面观察时，对于平面地区，并且地面物体均匀分布，可以看成区，并且地面物体均匀分布，可以看成漫反射漫反射； 对于地形起伏和地面结构复杂的地对于地形起伏和地面结构复杂的地区，为方向反射。区，为方向反射。镜面反射镜面反射漫反射漫反射1 地物的反射类别 粗糙度粗糙度 是相对概念，由入射波的波长和地表微地貌的垂直高度决
28、定。如，对于波长较长的无线电波，粗糙岩石构成的地表是光滑的（镜面）; 对于可见光，细砂构成的地面也显得粗糙（漫反射）。粗糙度粗糙度二二 光谱反射率以及地物的反射光谱特性光谱反射率以及地物的反射光谱特性 1 1 光谱反射率光谱反射率: 物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比 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。 一个物体的反射波谱的特征主要取决于该物体与入射辐射相互作用的波长选择 四种地物的反射波谱特性曲线 四种地物的反射波谱特性曲线 植物植物3影响地物光谱反射率变化的因素 太阳位置、传感器位置、地理位置、 地形、季节、气候变化、地面湿度变
29、化、 地物本身的变异、大气状况等 2-4 地物波谱特性的测定地物波谱特性的测定 一一 地物波谱特性：地物波谱特性：指各种地物各自所具有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）的电磁波特性（发射辐射或反射辐射） 二二 测定原理测定原理 :用光谱测定仪器（置于不同波用光谱测定仪器（置于不同波长或波谱段）分别探测地物和标准板，长或波谱段）分别探测地物和标准板，测量、记录和计算地物对每个波谱段的测量、记录和计算地物对每个波谱段的反射率，其反射率的变化规律即为该地反射率，其反射率的变化规律即为该地物的波谱特性。物的波谱特性。 三 测定地物反射波谱特性的仪器分为: 分光光度计、光谱仪、摄谱仪
30、等 302型野外分光光度计结构原理图 四四 测量的步骤：测量的步骤：(1) 架设好光谱仪，接通电源并进行预热架设好光谱仪，接通电源并进行预热 (2) 安置波长位置，调好光线进入仪器的狭缝安置波长位置，调好光线进入仪器的狭缝 宽度；宽度； (3)将照准器分别照准地物和标准板，并测量将照准器分别照准地物和标准板，并测量和记录地物、标准板在波长和记录地物、标准板在波长1 ，2，n处的观测值处的观测值I和和I0 A : 先测量地物的反射辐射通量密度先测量地物的反射辐射通量密度 物体的光谱反射辐射通量密度 物体的光谱反射率 太阳入射在地物上的光谱照度 大气光谱透射率 光度计视场角 光度计有效接收面积 单
31、色光波长宽度 ( 经光电管转变为电流强度在电表上指示读数经光电管转变为电流强度在电表上指示读数 ，它与它与 关系为：关系为： B :测量标准板的反射辐射通量密度测量标准板的反射辐射通量密度 标准板为一种理想的漫反射体，它一标准板为一种理想的漫反射体，它一般由硫酸钡或石膏之类做成。般由硫酸钡或石膏之类做成。 C :地物的电流强度与标准板的电流强度相比地物的电流强度与标准板的电流强度相比 (4)绘制出地物的反射特性曲线绘制出地物的反射特性曲线 根据所测结果，以根据所测结果，以为纵坐标轴，为纵坐标轴，为横坐标轴画出地物反射波谱特性曲为横坐标轴画出地物反射波谱特性曲线线 其一，它是选择遥感波谱段、设计
32、遥感仪其一，它是选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据；器的依据； 其二，在外业测量中，它是选择合适的飞其二，在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础资料；行时间的基础资料； 第三，它是有效地进行遥感图像数字处理第三，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、分析遥的前提之一，是用户判读、识别、分析遥感影像的基础。感影像的基础。 一地球大气一地球大气 从垂直方向可划分成四层，对流层、平流层、从垂直方向可划分成四层，对流层、平流层、电离层电离层和外大气层和外大气层. 大气成分主要有大气成分主要有: 氮、氧、氩、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氧、氩、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氢（这
33、些气体在氮、氢（这些气体在80km以下的相对比例保持不以下的相对比例保持不变，称不变成分）变，称不变成分） 臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、冰等）、盐粒、尘烟（这些气体的含量随高雪、冰等）、盐粒、尘烟（这些气体的含量随高度、温度、位置而变、称为可变成分）等。度、温度、位置而变、称为可变成分）等。 二二 大气对太阳辐射的吸收、散射及反射作用大气对太阳辐射的吸收、散射及反射作用 (分子散射) 紫外线、 可见光、 红外线、 微波 (大气吸收) 大气吸收的主要成分是氧气、臭氧、水、二氧化碳等大气吸收的主要成分是氧气、臭氧、水、二氧化碳等 氧气氧气(微波中微波
34、中0.253cm，0.5cm ) 臭氧臭氧(0.3m以下的紫外区以下的紫外区) 水水 0.701.95m 2.5 3.0m 4.98.7m 15m1mm间的超远红外区间的超远红外区 二氧化碳二氧化碳(红外区红外区)window2 大气散射大气散射 电磁波在传播过程中遇到小微粒而使传播电磁波在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生改变，并向各个方向散开，称方向发生改变，并向各个方向散开，称散射散射 (1) 米氏米氏(Mie)散射散射 如果介质中不均匀颗粒的直径如果介质中不均匀颗粒的直径a与入射与入射波长同数量级，发生米氏散射；波长同数量级，发生米氏散射； (2)均匀散射均匀散射 当不均匀颗粒的直径
35、当不均匀颗粒的直径a时，发生均时，发生均均匀散射；均匀散射； (3)瑞利（瑞利（Rayleigh）散射）散射 而瑞利散射的条件是介质的不均匀程而瑞利散射的条件是介质的不均匀程度度a小于入射电磁波波长的十分之一。散射小于入射电磁波波长的十分之一。散射强度与波长的四次方成反比强度与波长的四次方成反比 瑞利散射瑞利散射 可见光波段范围内，大气分子吸收的影可见光波段范围内，大气分子吸收的影响很小，主要是散射引起衰减响很小，主要是散射引起衰减 3 大气窗口大气窗口 通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利的电磁辐射分有利的电磁辐射 波段通常称为波段通常称为“
36、大气窗口大气窗口”.（1）0.30 1.15m大气窗口：是遥感技术应用最大气窗口：是遥感技术应用最主要的窗口之一。主要的窗口之一。 其中其中 0.30.4m近近紫外紫外窗口窗口,透射率为透射率为70 0.40.7m可见光可见光窗口窗口, 透射率约为透射率约为95 0.71.10m近红外近红外窗口窗口,透射率约为透射率约为80（2）1.32.5m大气窗口：属于大气窗口：属于近红外波段近红外波段 1.31.9m窗口窗口,透射率为透射率为60-95 1.551.75m透射率高透射率高 2.02.5m窗口窗口,透射率为透射率为80（3）3.55.0m大气窗口：属于大气窗口：属于中红外波段中红外波段透射
37、率约为透射率约为6070（4）814m热红外窗口热红外窗口, 透射率为透射率为80%左右左右（5）1.0mm1m微波窗口微波窗口 ,透射率为透射率为35100%大气窗口大气窗口4 辐射传输方程辐射传输方程 传感器光谱响应系数 大气光谱透过率 太阳入射的光谱能量 太阳高度角 地物光谱反射率 地面温度时的黑体光谱辐射通量密度 地物光谱发射率 大气散射和辐射的能量1: 物体的发射辐射和反射辐射物体的发射辐射和反射辐射2: 地物波谱特性地物波谱特性(定义及测定定义及测定)3: 大气对辐射的影响大气对辐射的影响 1 叙述遥感的发展趋势叙述遥感的发展趋势.2 电磁波的波动性形成了光的干涉、衍射、电磁波的波
38、动性形成了光的干涉、衍射、偏振偏振,请说明它们与遥感有何联系请说明它们与遥感有何联系?3 大气对遥感有何影响大气对遥感有何影响?何为大气窗口何为大气窗口? u地球同步轨道卫星（地球同步轨道卫星（36,000 36,000 kmkm）u太阳同步轨道卫星（太阳同步轨道卫星（500-1,000 km500-1,000 km）u航天飞机（航天飞机（240-350 km240-350 km）u高高度航空飞机（高高度航空飞机（10,000-12,000 m10,000-12,000 m）u中低高度航空飞机（中低高度航空飞机（500-8000 m500-8000 m）u直升飞机（直升飞机（100-2,000
39、 m100-2,000 m）u低空载体（低空载体（800 800 m m 以下）以下）u地面车辆（地面车辆（0-30 0-30 m m）一一 轨道参数轨道参数 1 升交点赤经升交点赤经2 近地点角距近地点角距3 轨道倾角轨道倾角4 卫星轨道的长半轴卫星轨道的长半轴a 5 卫星轨道的偏心率卫星轨道的偏心率（或称扁率）（或称扁率） e=c/a6 卫星过近地点时刻卫星过近地点时刻T 二 卫星坐标的测定和解算 1 星历表法解算卫星坐标 条件:六个卫星轨道参数和卫星在该瞬间的精确时间t (1) 卫星在地心直角坐标系中的坐标 E为偏近点角，其与卫星运行t的关系为：E-esinE=n(t-T) V为卫星的真
40、近点角 坐标系XYZ绕Z轴旋转 XYZ X=r cosV cos + sinV sin Y=-r cosV sin + sinV cos Z=0坐标系XYZ绕X轴旋转i角，绕Z轴旋转角至XYZ坐标系 (2) 卫星在大地地心直角坐标系中的坐标大地地心直角坐标 轴与地心直角坐标X轴之间移位一个时角 (3) 卫星的地理坐标 式中：B纬度； L经度； N卯酉圈半径； HD卫星大地高程编制成卫星星历表 卫星的时刻参数输入后就能输出星历坐标 2 用全球定位系统（GPS）测定卫星坐标 系统组成 :地面控制部分+空间部分 +用户部分 6个轨道平面，同一轨道平面内中有4颗工作卫星，彼此相距120 卫星离地高度为
41、20200km，按圆形轨道运行 伪距法定位:在某一瞬间利用GPS接收机至少测定四颗卫星的伪距，根据已知的GPS卫星位置和伪距观测值，采用距离交会法即可求得接收机的二维坐标和时钟改正数。 =ct/2式中：xi、yi、zi、为第I颗GPS卫星的坐标，是已知的 为电离层延迟改正； 为对流层延迟改正；Vt i为GPS卫星的时钟改正数；Vt j为接收机观测瞬间的时钟改正数。i=1,2,3,4。三三 卫星姿态角卫星姿态角 滚动滚动-绕绕x轴旋转的姿态角轴旋转的姿态角 俯仰俯仰-绕绕y轴旋转的姿态角轴旋转的姿态角 航偏航偏-绕绕z轴旋转的姿态角轴旋转的姿态角 1 红处姿态测量仪测定姿态角的方法红处姿态测量仪
42、测定姿态角的方法 基本原理，是利用地球与太空温差达基本原理，是利用地球与太空温差达287K这一特点，以一定的角频率，周期地这一特点，以一定的角频率，周期地对太空和地球作圆锥扫描，根据热辐射能对太空和地球作圆锥扫描，根据热辐射能的相位变化来测定姿态角。的相位变化来测定姿态角。一台这样的仪一台这样的仪器只能测定一个姿态角器只能测定一个姿态角 Landsat1上的上的AMS，测定姿态角的精度为，测定姿态角的精度为0.07 一台这样的仪器只能测定一个姿态角 2 恒星摄影机测定姿态角的方法恒星摄影机测定姿态角的方法 是将恒星摄影机与对地摄影机组装在一是将恒星摄影机与对地摄影机组装在一起，两者的光轴交角在
43、起，两者的光轴交角在100120之间之间的某一个角度上。的某一个角度上。 至少摄取至少摄取35颗五等以上的恒星，并精颗五等以上的恒星，并精确记录卫星运行时刻，再根据恒星星历表，确记录卫星运行时刻，再根据恒星星历表，摄影机标称光轴指向等数据解算姿态角摄影机标称光轴指向等数据解算姿态角 精度精度1时为时为交错偏移。交错偏移。 按综合分类为按综合分类为 陆地卫星（陆地卫星（LandsatLandsat） 高分辨卫星高分辨卫星 高光谱卫星高光谱卫星 合成孔径雷达合成孔径雷达 一一: 陆地卫星类陆地卫星类 LANDSAT系列（美）、系列（美）、SPOT系列（法）、系列（法）、 IRS系列（印度）、系列（
44、印度）、ALOS系列（日）、系列（日）、 RESURSO1系列（俄）等系列（俄）等 特点特点-多波段扫描、地面分辨率为多波段扫描、地面分辨率为30m 1:LANDSAT系列LANSAT-1-2-3-4-5-6-7发射时间72.775.178.382.7 85.393.1099.4终止时间78.182.283.387.7 运行 失败运行探测器RBVMSSRBVMSSRBVMSSMSSTMTMETMETM+Landsat系列卫星Landsat1-3Landsat4/5Landsat7轨道高度 H(km)轨道倾角 I ()运 行 周 期 性 T (min)重复周期性 D降交点时间偏移系数 d图像幅宽
45、915991251032618天251圈9:42a.m.-1185705982298.916天233圈9:30a.m.-7185705982298.916天（233圈）10:00a.m.-7185Landsat轨道参数Landsat 系列 Landsat1-3三颗卫星的星体形状 卫星轨道及其运行特点卫星轨道及其运行特点(landsat1-3) (1) 近圆形轨道近圆形轨道 实际轨道高度变化在实际轨道高度变化在905918km之间，偏心率为之间，偏心率为0.0006。因此为近圆形轨道。因此为近圆形轨道。 目的目的:A 是使在不同地区获取的是使在不同地区获取的图像比例尺一图像比例尺一致致。 B 近
46、圆形轨道使得卫星的速度也近于匀近圆形轨道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，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避免造成扫描行之间不衔接的现象。 (2)近极地轨道近极地轨道 轨道倾角设计为轨道倾角设计为99.125，因此是近极地，因此是近极地轨道轨道 目的目的:可以观测到可以观测到南北纬南北纬81之间的广之间的广大地区大地区 (3) 与太阳同步轨道与太阳同步轨道 卫星轨道与太阳同步，是指卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的夹角，不随地球绕太阳公转而改变。 地球对太阳的进动一年为地球对太阳的进动一年为360。因此。因此平均每
47、天的进动角为平均每天的进动角为0.9856。为了使光。为了使光照角保持固定不变，必须对卫星轨道加以照角保持固定不变，必须对卫星轨道加以修正，平均每圈的修正量为：修正，平均每圈的修正量为： n为一天中卫星运行的轨道数 目的目的: A 使卫星以同一地方时通过地面上空使卫星以同一地方时通过地面上空 B有利于卫星在相近的光照条件下对地有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测面进行观测 C使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度照度 (4) 可重复轨道 目的:轨道的重复性有利于对地面地物或自然现象的变化作动态监测 一天24小时绕地13.944圈,重复周期18天,偏移系数 -
48、1 18天总共绕地天总共绕地251圈，圈间的距离为圈，圈间的距离为159km，但图像的宽度为，但图像的宽度为185km，在赤道，在赤道处相邻轨道间的图像尚有处相邻轨道间的图像尚有26km（占（占14%）的重叠。的重叠。 Landsat-4/5Landsat-4/5卫星也近圆形、近极地、卫星也近圆形、近极地、与太阳同步和可重复的轨道。与太阳同步和可重复的轨道。 轨道高度下降为轨道高度下降为705km705km 地面分辨力为地面分辨力为30m30m 运行周期也减为运行周期也减为98.9min98.9min 重复周期为重复周期为1616天天233233圈圈 偏移系数为偏移系数为-7-7 一天一天24
49、24小时绕地小时绕地14.5614.56圈圈 3112 101 31 121 51 141 71 161 91 21 111 41 131 61 151 81 11 1301619145234103landsat-4/5上的上的TM（Thematic Mapper） 具有更高的空间分辨力具有更高的空间分辨力 更好的频谱选择性更好的频谱选择性 更好的几何保真度更好的几何保真度 更高的辐射准确度更高的辐射准确度 2: SPOT系列卫星 SPOT卫星装载了2台相同探测器HRV（high resolution visible）或HRVLR(high resolution visible and inf
50、rared)成像仪 属于CCD线阵列推扫式成像 可以获取同轨或邻轨立体影像 SPOT5号卫星能同时获取120公里宽的全色和多光谱影像，而4号卫星相应的只有60公里 SPOTSPOT-1-1-2-2-3-3-4-4-5发射日期发射日期1986.2.221990.1.221993.9.261998.3.242002.5终止日期终止日期90.12.31运行1996.11.14运行运行探测器探测器HRVHRVHRVHRVIRVIPoam3HRVIR+VISPOT系列卫星发射时间如表 探测器HRVHRVIRVIHRVIR+卫星SPOT1-3SPOT4SPOT4/5SPOT5波段um分辨率m分辨率m分辨率
