当前位置：首页 > 遥感原理复习总结
遥感：使用某种传感器，不直接接触被研究的目标，感测目标的特征信息（一般是电磁波的反射辐射或者发射辐射）经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的信息的过程。 分类方式：
1、按遥感平台分
地面遥感、航空遥感、航天遥感、宇航遥感。 2、按传感器的探测波段范围分
紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感。 3、按工作方式分：主动遥感、被动遥感。
4、按记录信息的表现形式分：像遥感、非成像遥感。 5、按遥感的应用领域分 遥感的特点：
（1）真实性、客观性（2）探测范围大 （3）资料新颖且能迅速反应动态变化 （4）成图迅速（5）收集资料方便 遥感技术系统包括：
1、目标的信息特性2、目标信息的传输 3、空间信息采集4、地面接收与预处理 5、信息处理6、信息分析与应用
遥感物理基础
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。 黑体辐射三个特性
1、温度越高，总的辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。
2、随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。
3、辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。
地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。
发射率(Emissivity)定义：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。
基尔霍夫定律定义：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。W=εσT4 性质：在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率也越大。 红外辐射与微波辐射比较：
1. 任何物体在一定的温度下，不仅向外发射红外辐射，也发射微波辐射。二者基本相似。但微波是地物低温状态下的重要辐射特性，温度越低，微波辐射越明显。
2. 微波辐射比红外辐射弱得多，但技术上可以经过处理来接收。
发射光谱特性：地物的发射率随波长变化的规律。 发射光谱曲线：按照发射率和波长之间的关系绘成的曲线。 等效温度：为了分析物体的辐射能力，常用最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线来表达，这时黑体辐射温度称为该
物体的等效辐射温度。T=4
???? 亮度温度：它是衡量地物辐射特征的重要指标。指等物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度即为亮度温度。T=εT
太阳辐射：太阳是被动遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线
太阳常数：不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳辐射方向，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。
大气的散射：
A、均匀散射：当不均匀颗粒的直径a>>λ时，发生均匀散射，散射强度与波长无关。 B、米氏(Mie)散射
如果介质中不均匀颗粒的直径a与入射波长同数量级，发生米氏散射；散射强度与波长的二次方成反比。 米氏散射的特征： （1）电磁波可以穿透介质表面而深入到散射颗粒的内部。 （2）由于颗粒尺度与波长可以相似，所以颗粒的不同部位往往处在不同的电场强度下，导致诱发电流的产生，一方面这高度电流会产生高变的磁场，另一方面电流的存在意味着焦耳热损耗的出现——电磁波的吸收。 C、瑞利（Rayleigh）散射 瑞利散射（也称分子散射）的条件是介质中的不均匀颗粒的直径a远小于入射电磁波波长，散射强度与波长的四次方成反比。
大气散射系数与高度的关系：
大气散射系数由分子散射和气溶胶散射两部分组成。气溶胶颗粒密度随高度呈指数衰减。就平均状况而言，4km以下的气溶胶米氏散射占优势，4km以上的分子散射占相对优势。 大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射的，透射率较高。 光学厚度：消光系数沿大气传输路径的积分，是表征大气介质对辐射衰减程度的无量纲量。 大气的总光学厚度：在某一垂直路径上，从大气顶层到地表的总衰减系数。
大气对电磁波的作用：
太阳辐射透过大气并被地表反射（有用的）；
太阳辐射被大气散射后被地表反射（纠正后有用）； 太阳辐射被大气散射后直接进入传感器；
太阳辐射透过大气被地物反射后又被地表发射进入传感器；
被视场以外地物反射后进入视场的交叉辐射项。 地球辐射定义：地球表面和大气电磁辐射的总称。 地球辐射分段特性的意义：
可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特性。
中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的信息，也有地球自身的热辐射的信息。
热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐射特性。
地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。 地物波谱特性：地物波谱随波长变化而变化的特性，是电磁辐射与地物相互作用的一种表现。 地物波谱的作用：不同类型的地物，其电磁波响应的特性不同，因此地物波谱特征是遥感识别地物的基础。 反射类型：根据地表目标物体表面性质的不同，物体反射大体上可以分为三种类型，即镜面反射、漫反射、实际物体的反射。 镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射。物体的反射满足反射定律，反射波和入射波在同一平面内，入射角等于反射角。 漫反射：发生在非常粗糙的表面上的一种反射现象。不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的。 影响地物波谱的特征因素
方向反射：介于镜面和朗伯面（漫反射）之间的一种反射。自然界种绝大多数地物的反射都属于这种类型的反射，又叫非朗伯面反射。
1、太阳位置2、传感器位置
3.不同的地理位置4.地物本身的变异 地物波谱测量的意义：
1）传感器波段的选择、验证、评价；
2）建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系； 3）地物光谱数据与地物特征的相关分析。
遥感平台
春分点：黄道面与赤道面在天球上的交点
升交点：卫星由南向北运行时与赤道面的交点 降交点：卫星由北向南运行时与赤道面的交点 近地点：卫星轨道离地球最近的点 远地点：卫星轨道离地球最远的点
6个轨道参数决定卫星在空间的位置和形状：
1升交点赤经Ω: 春分点R逆时针方向到升交点K的弧长 2近地点角距ω: 从升交点K沿轨道到近地点A的角距3、过近地点时刻t: 卫星S与近地点A间的角距,也可用卫星真近点角v表示
4长半轴a: 轨道椭圆的长半径 5偏心率e: 轨道椭圆的偏心率
6倾角i: 轨道平面与赤道平面的夹角
周期：卫星在轨道上绕地球一周所需的时间；
覆盖周期：卫星从某点开始，经过一段时间飞行后，又回到该点用的时间。
星下点: 卫星质心与地心连线同地球表面的交点。 地球资源和环境遥感的航天平台要求 1对全球表面进行周期性成像覆盖； 2最大范围地获得地球表面信息；
3保证在卫星通过北半球中纬度地区时有最佳光照条件；4同一地点、不同日期的成像地方时间、太阳光照角基本一致。
卫星轨道特点 1、近极地轨道
轨道倾角越大，覆盖地球表面的面积越大。 2、卫星轨道近圆形 作用是：获取图像有相近的比例尺；成像扫描仪具有固定的扫描频率。
3、与太阳同步轨道：
作用（1）可使卫星通过同一纬度的平均地方时不变 （2）有利于在最佳光照条件下获取高质量影像和多时相影像色调对比 4、可重复观测
卫星坐标的解算方法有：
1、利用星历参数解算2、用GPS测定 卫星坐标、姿态的测量与解算： 1、红外姿态测量仪
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。 2、恒星相机测定法
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100°～120°之间的某一个角度上。至少摄取3～5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，摄影机标称光轴指向等数据解算姿态角 3、3个GPS方法
将三台GPS接收机装在摄影机组上，同时接收四颗以上GPS卫星的信号，反算出每台接收机上的三维坐标，进而解算出摄影机的三个姿态角。 小卫星：（体积更小、成本更低、性能更优）
1重量轻体积小2研制周期短成本低3发射灵活启用速度快抗毁性强4技术性能高
遥感传感器及其成像原理
传感器：
收集系统、探测系统、信号转换系统、记录系统。 成像类型：摄影方式；扫描方式
摄影方式遥感器：指经过透镜(组)，按几何光学的原理聚焦构像，用感光材料，通过光化学反应直接感测和记录目标物反射的可见光和摄影红外波段电磁辐射能，在胶片或像纸上形成目标物固化影像的遥感器
优点：空间分辨率高；成本低；易操作；信息量大
缺点：局限性大；0.3~1.3μm；影像畸变较严重；成像受气侯、光照；和大气效应的限制；须回收胶片；影像形成周期长无法实时观测。 扫描方式遥感器 优点：可对全部五个大气窗口的电磁辐射进行探测可进行多波段、超多波段遥感--波谱分辨率高输出电信号，可用磁带记录，可实时传输所获是辐射量的定量数据,便于校正和图像处理
缺点：空间分辨率相对较低
IFOV：瞬时视场角，及空间分辨率 MSS多光谱扫描仪成像过程：
1从左至右,垂直飞行方向逐点扫描,得到一条相应于地面的图像线2卫星向前运动，第二次扫描得到第二条扫描线 在扫描一次的时间里卫星往前正好移动扫描线图像的地面范围，扫描线恰好衔接。 影像特征：
几何特征是存在全景变形,空间分辨率为79m；
波谱特征是Landsat1-3有五个波段MSS4(绿)、MSS5(红)、MSS6 (红外)、MSS7 (红外)、MSS8(热红外) TM(专题制图仪)(Thematic Mapper)：
半个扫描周期，即单向扫描所用的时间为71.46ms，卫星正好飞过地面480m，下半个扫描周期获取的16条图像线正好与上半个扫描周期的图像线衔接 TM 特点
1、TM中增加一个扫描改正器,使扫描行垂直于飞行轨道(MSS扫描不垂直于飞行轨道）;
2、往返双向都对地面扫描（MSS仅单向扫描）； 3、地面分辨率由79米到30米； 4、波段由5个增加到7个； 5、有热红外通道TM6 。 ETM 特点
1、增加了全色波段，分辨率为15米;
2、采用双增益技术使热红外波段的分辨率提高到60米； 3、改进后太阳定标器使卫星的辐射定标误差小于5%。 固体自扫描遥感器：
以CCD为探测元件的固体自扫描成像遥感器 CCD电荷耦合器件：
是一块有许多小的光电二极管构成的固态电子元件 --其中的每个CCD单元都能感受光线的强弱--并将光信号转变为与其相应强弱的微小电流--连续量的电模拟信号 扫描过程:
接收由CCD传输来的电信号取样、量化
将这种强弱不断变化的连续电流转变为一连串的以电脉冲表示的二进制数字[A/D转换] 数字存储器。
CCD三种主要功能:
光电转换--入射辐射在MOS电容(CCD元) 上产生与光亮度成正比的电荷
电荷积累--当电压加到CCD电极上时—在硅层形成电位势阱--电荷在势阱内积累
电荷转移--加高压形成深势阱, 加低压形成的势阱浅--电荷可进行转移--实现信号传输 地面分辨率取决于CCD元的大小 固体自扫描成像遥感器特点：
①.一改光机扫描的逐点扫描为逐行扫描、逐面 扫描--革除了机械部件,简化了结构,避免了因振动 引起的噪声；
②.光敏元同时曝光--延长了信号驻留时间,提高 了遥感器的灵敏度；
③.波谱响应范围宽--硅光敏元可探测0.4~1.1μm; ④.无畸变、体积小、功耗低、寿命长可靠性强。 SPOT(HRV：--高分辨率可见光遥感器)成像特点 以“推扫”方式获取沿轨道的连续图像条带 成像波(光)谱仪:
是一种兼具高空间分辨率和高波谱分辨率、谱像合一的新型超多波段扫描成像遥感器
天线扫描成像遥感器（成像雷达）
是指用雷达一点一点地测量来自地球的回波信号，并以模拟形式记录成图像或以数字形式记录在磁带上的雷达系统它必须相对于地面（探测目标）运动，即必须搭载在飞机、卫星或航天飞机上 特点：
有源主动、天线侧向扫描、能产生高分辨率影像
地面分辨率:指在距离向或方位向分辨有相同反射特性两个邻近目标间距的能力
方位向分辨率(Ra)--航向方向Rβ=βR =λR/D 距离向分辨率(Rr)--垂直航向方向 真实孔径雷达工作原理
地面各点到飞机的距离不同，接收机接收到许多信号，以它们到飞机距离的远近，先后依序记录；信号的强度与辐照带内各种地物的特性、形状和坡向等有关。 斜距分辨率Rd=(τc )/2 地距分辨率Rr=(τcsecφ)/2
波瓣角在意义上与光学上的最小分辨角相近 合成孔径侧视雷达（SAR） 模拟线性天线阵，应用多普勒效应和数据处理技术，用一个小天线合成一个大孔径(天线)使方位分辨率提高几十至几百倍。 原理:
用一个小天线作为单个辐射单元将此单元沿一直线不断移动当移动一段距离LS后，存贮的信号和实际天线阵列诸单元所接收的信号非常相似
方位分辨力只与实际使用的天线孔径有关Rs=D 侧视雷达图像： 几何特征：
垂直飞行方向的比例尺由小变大；造成山体前倾
色调特征：与入射角有关；与地面粗糙程度有关；与地物的电特性有关
其他特征：有较强的穿透能力 INSAR（相干雷达）就是利用SAR在平行轨道上对同一地区获取两幅（或两幅以上）的单视复数影像来形成干涉，进而得到该地区的三维地表信息。 遥感地面接收站 监控卫星运行，接收遥感和遥测数据及对信息进行数据处理和贮存的地面设施
任务：接收、处理、存档、分发各种遥感数据 遥感图像波谱特性： 影像灰度或色彩差异；遥感图像上波谱特性差异；其响应(感测)波段内电磁辐射能量大小的反映 空间特性：
是从形态学方面识别地物、测绘地图、建立解译标志、图像几何校正及增强处理的重要依据 ⑴.影像分辨率
指用显微镜观察时,1mm宽度内能分辨出的相间排列的黑白线对数
⑵.地面分辨率
指遥感影像上能分辨的地物间的最小距离
扫描影像常用遥感器探测单元的瞬时视场大小表示
几何校正
遥感图像的几何变形:
是指图像上像元在图像坐标系中的坐标与其在地图坐标系等参考坐标系统中的对应坐标之间的差异。 处理的目的和意义：
各种专题图的生产的预处理；保证多源遥感信息处理时几何的一致性；利用遥感数据进行地图测图或更新也必须。 产生原因：
1传感器成像方式引起的图像变形 2传感器外方位元素变化的影响 3地形起伏引起的像点位移 4地球曲率引起的图像变形 5大气折射引起的图像变形 6地球自转的影响 遥感影像几何处理：
粗加工处理也称为粗纠正，它仅做系统误差改正。
精加工处理在粗加工处理的基础上,采用地面控制点的方法进一步提高影像的几何精度 控制点的要求和获取方法:
要求:影像上的明显地物点;影像中均匀分布; 要满足一定的数量要求
方法：GPS或野外测量；地形图上读取 几何纠正的方法有： 1多项式纠正法：
a像素坐标的变换即将图像坐标转变为地图或地面坐标 b对坐标变换后的像素亮度值进行重采样 2共享方程纠正法
3基于小面元的微分纠正
算法过程：图象特征点提取；预处理；粗匹配；几何条件约束的整体松弛匹配；小面元微分纠正 数字图像纠正主要处理过程：
1根据图像的成像方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学模型。2根据所采用的数字模型确定纠正方案及公式3根据地面控制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，评定精度。4对原始影像进行几何变换计算，像素亮度值重采样。
影像镶嵌：多幅不同的图像连接拼在一起 解决问题：
保证拼接后的图像反差一致，色调相近；没有明显的接缝 过程：图像的几何纠正；搜索镶嵌边； 亮度和反差调整；平滑边界线
辐射校正
辐射校正：消除或改正成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。
辐射定标：是指建立遥感传感器的数字量化输出值DN与其所对应视场中辐射亮度值之间的定量关系。 绝对定标：通过各种标准辐射源，在不同波谱段建立成像光谱仪入瞳处的光谱辐射亮度值与成像光谱仪输出的数字量化值之间的定量关系
相对定标：确定场景中各像元之间、各探测器之间、各波谱之间以及不同时间测得的辐射量的相对值。
辐射误差来源：传感器本身的性能引起的辐射误差； 地形和光照条件变化引起的辐射误差； 大气的散射和吸收引起的辐射误差。
辐射校正流程：从遥感图像得到的DN值；传感器校正；经传感器校正的辐射值；地表辐射值；大气校正；太阳以及地形校正；地物反射率 大气校正流程：地面场地数据或辅助数据；确定大气模型；利用波段特性来校正 直方图均衡的特点：
(1)各灰度级所占图像的面积近似相等 (2)原图像上频率小的灰度级被合并 (3)如果输出数据分段级较小，则会产生一个初步分类的视觉效果。
(4)增强图像上大面积地物与周围地物的反差，同时也增加图像的可视粒度.
(5)具体增强效果不易控制,只能全局均衡 进行直方图匹配的图像所需相似特性： (1)图像直方图总体形状应类似； (2)图像中黑与亮特征应相同；
(3)对某些应用，图像的空间分辨率应相同；
(4)图像上地物分布应相同，尤其是不同地区的图像匹配。 K-L变换特点:变换后的主分量空间与变换前的多光谱空间坐标系相比旋转了一个角度。新坐标系的坐标轴一定指向数据量较大的方向。
几何意义是把原始特征空间的特征轴旋转到平行于混合集群结构轴的方向上去。
目的：达到数据压缩、提高信噪比、提取相关信息、降维处理和提取原图像特征信息的目的。 图像融合：将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，将不同传感器获取的遥感影像中所提供的各种信息进行综合, 生成新的图像的过程。
目的：提高对影像进行分析的能力(通过融合既提高多光谱图像空间分辨率，又保留其多光谱特性)。 多源遥感数据融合的问题 (1)缺乏统一的数据融合模型
(2)缺乏对数据融合结果的有效评价手段 (3)信息量大,处理困难 (4)时空配准影响融合效果
判读
光谱特性曲线用反射率与波长的关系表示 响应曲线用密度或亮度值与波段的关系表示 判读标志：
形状、大小、图形、阴影、位置、纹理、类型 影响判读的因素： 1地物本身的复杂性；2 传感器特性的影响 3、目视能力的影响 (1)空间分辨力
瞬时视场内所观察到的地面的大小称空间分辨力 (2)几何分辨力
假定像元的宽度为a，则地物宽度在3a(海拉瓦)或至少在（康内斯尼）时，能被分辨出来，这个大小称为图像的几何分辨力。
(3)辐射分辨力（传感器的探测能力）
指传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力。 (4)光谱分辨力
为光谱探测能力,它包括传感器总的探测波段的宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔。 光谱分辨率在遥感中的意义:
?多波段光谱信息的利用大大开拓了遥感应用的领域； ?多波段光谱信息的利用使专题研究中波谱段的选择针对性越来越强；
?在图像处理中，多波段光谱信息的的利用可以提高分析判读效果。 (5)时间分辨力
指对同一地区重复获取图像所需的时间间隔。 判读步骤：
判读准备；发现目标；描述目标；识别和鉴定目标；清绘和评价目标
遥感图像自动识别分类
“模式”是指某种具有空间或几何特征的东西。
哈达玛变换实际是将坐标轴旋转了45℃的正交变换 比值变换图像用作分类有许多优点，它可以增强土壤，植被，水之间的辐射差别，压抑地形坡度和方向引起的辐射量变化。 监督分类
1）确定每个类别的样区2）学习或训练 3）确定判别函数和相应的判别准则 4）计算未知类别的样本观测值函数值 5）按规则进行像元的所属判别 分类过程：
原始影像数据的准备图像变换及特征选择； 分类器的设计初始类别参数的确定；
逐个像素的分类判别；形成分类编码图像； 输出专题图；
监督分类精度影响因素： 1. 特征变换和特征选择
2. 分类的类别数与实际是否相符 3. 训练样区的选择
4 .分类方法（判决函数和判决规则） 监督法分类的优缺点
优点：根据应用目的和区域，有选择的决定分类类别，避免出现一些不必要的类别； 可以控制训练样本的选择；
可以通过检查训练样本来决定训练样本是否被精确分类，从而避免分类中的严重错误,分类精度高； 避免了非监督分类中对光谱集群的重新归类；分类速度快。缺点：主观性；由于图象中间类别的光谱差异，使得训练样本没有很好的代表性；训练样本的获取和评估花费较多人力时间；只能识别训练中定义的类别。
非监督分类：仅凭遥感影像地物的光谱特征的分布规律，即自然聚类的特性，进行“盲目”的分类；
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