遥感笔记

遥感定义为从不同高度的平台上，使用各种传感器接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而对不同的地物及其特性进行远距离的探测和识别的科学技术。

遥感系统构成：

传感器：接收、记录目标物电磁波特征的仪器。如扫描仪，雷达等。 遥感平台：装载传感器的工具或设备。有地面平台，空中平台，空间平台。 地面控制系统。 数据接收系统。 遥感应用系统。 林业遥感技术发展的未来：

林业遥感技术在生产上应用开始由以航空像片+地面调查为主的工作模式向着以卫片为主+航片+地面调查为辅助的工作模式发展。林业遥感要从定性走向定量，从静态估测到动态监测，从实验走向生产实际应用。采用新的遥感资料、雷达图像和高光谱图像。多种信息复合。如不同时相、不同传感器、不同分辩率信息的复合，提高分类精度。扩大研究内容：除资源调查外，还应当包括立地评价、区划、灾害监测；环境污染监测，经营活动分析、建筑、绿化、人口监测等。提高与普及相结合，使研究成果尽快变成生产力。 遥感技术的特点：宏观性、综合性；多时相性。

遥感的物理基础

电磁辐射：由振源发出的电磁振荡进入空间后变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋的磁场，二者相互作用形成统一的电磁场。电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播，这种传播的过程就是电磁辐射。其具有波动的特点，因此又称为电磁波。

电磁波的性质：?横波、?在真空中以光速传播、?⑤⑥⑦⑧⑨满足f ·λ = c，E = h·f（E 为能量，h为普朗克常数，f 为频率，λ为波长，c 为光速）、④波粒二象性（波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的。粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运动）

电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。

电磁波谱：为了便于比较和描述电磁辐射的内部差异，将各种电磁波在真空中的波长按其长短，

紫外光 0.01?m依次排列制成的图表。 —0.38?m

可见光波段 0.38?m-0.76?m

紫色光 0.38?m-0.43?m 兰色光 0.43?m-0.47?m 青色光 0.47?m-0.50?m 绿色光 0.50?m -0.56?m 黄色光 0.56?m -0.59?m 橙色光 0.59?m -0.62?m 红色光 0.62?m -0.76?m 红外波段 0.76?m -1000?m 近红外 0.76?m -3.0?m 中红外 3.0?m -6.0?m 热红外 6.0?m -15.0?m 远红外 15.0?m -1000?m 微波波段 1mm-1m

毫米波 1mm-10mm 厘米波 1cm-10cm 分米波 0.1m-1m

常用的电磁波波段：

紫外线(UV)：0.003-0.38μm，碳酸盐岩分布、水面油污染。

可见光：0.38-0.76 μm，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段。 红外线(IR) ：近红外又称光红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外。 微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大。

电磁辐射源 1、自然辐射源

太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。

地球的电磁辐射：小于3 μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6 μm的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6 μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。

2、人工辐射源：主动式遥感的辐射源。雷达探测。分为微波雷达和激光雷达。 微波辐射源：0.8-30cm

激光辐射源：激光雷达—测定卫星的位置、高度、速度、测量地形等。

几个重要概念

辐射能量（w）：电磁辐射的能量，单位：J；

辐射通量（Ф）：单位时间内通过某一面积的辐射能量； Ф＝dW/dt 辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的辐射能量； E＝ dФ/dS 辐照度（I）：被辐射物体表面单位面积的辐射通量； E＝ dФ/dS 辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量；

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； L=Ф/[Ω(Acosθ)]

地物的光谱特性

任何地物都有自身的电磁辐射规律，如发射、反射、吸收电磁波的特性。少数还有透射电磁波的特性。地物的这种特性称为地物的光谱特性。

地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体（在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1的物体）辐射作为参照标准。 地物的发射光谱：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。

地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。反射率随入射波长而变化。

地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。

地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。 同物异谱与同谱异物

在某一个谱段区，两个不同地物可能呈现相同的谱线特征。这是同谱异物，也可能同一个地物，处于不同状态，如对太阳光相对角度不同，密度不同，含水量不同等等，呈现不同的谱线特征。 遥感分辨率

①几何分辨率，即遥感图像上一个象元覆盖实际地面的大小。反映为遥感制图的比例尺。 ②辐射分辨率，即遥感传感器将截获的光能量能够分出的等级。反映为图像的灰阶数，如 64 灰阶、128 灰阶、256 灰阶等。

③光谱分辨率，即遥感工作波段的宽窄。原则上希望其越窄越好。

三种分辨率对于一种传感器是相互制约的，有矛盾的。在同等敏感度水平上，几何分辨率增高，光谱分辨率或辐射分辨率就不可能高。

④还有时相分辨率，它是指对于同一地区重复获取影像的最短相隔时间，它受制于几何分辨率。

大气和环境对遥感的影响

大气的结构：

①对流层（0－12km） ：航空遥感活动区。遥感侧重研究电磁波在该层内的传输特性。 ②平流层（12－80km）：较为微弱。

③电离层（80－1000km）：卫星的运行空间。 ④大气外层：1000公里以外的星际空间。

太阳辐射的衰减过程：30%被云层反射回；17%被大气吸收；22%被大气散射；31%到达地面。

大气的透射率公式：透射率τ=透射能量/入射能量；

大气的吸收作用：

①氧气：小于0.2 μm；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。 ②臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥感影响不大。

③水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。

④二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽略不计。

大气的散射作用

散射作用：太阳辐射在长波过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。改变了电磁波的传播方向；干扰传感器的接收；降低了遥感数据的质量、影像模糊，影响判读。大气散射集中在太阳辐射能量最强的可见光区。因此，散射是太阳辐射衰减的主要原因。 瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。 多波段中不使用蓝紫光的原因。

米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。

无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。

大气窗口

大气窗口：电磁辐射通过大气时，反射、吸收或散射较少，而透射率较高的电磁辐射波段。 大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。

环境对地物光谱特性的影响

地物的物理性状、光源的辐射强度：纬度与海拔高度、季节：太阳高度不同、探测时间：时间不同，反射率不同、气象条件。

遥感过程

遥感影像的色彩显示

彩色原理：三原色：三种颜色，其中任何一种颜色都不能由其余两种颜色混合相加产生；三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色（红、绿、蓝）。 色彩的性质：

亮度对比：一个相对的视觉效果，亮度对比是视场中对象与背景的亮度差和背景亮度之比。 明度：人眼对光源和物体明亮程度的感觉。

灰度（灰阶）：对于黑白系列，常把明度称为灰度。若明度很高呈现为白色，若明度很低呈现为灰色，若无亮度呈现为黑色。

色阶（色调）：某种颜色的不同明亮度构成的系列。 色别（色调）：色彩彼此之间区别的程度。

饱和度：色彩的纯洁程度，，也是光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。 饱和度高，名都小；明度大（说明混有白光），饱和度小。

白色（明度大，饱和度小）；纯色（明度小，偏暗，饱和度大）；白光成分过大，彩色消失为白光。

遥感影像色彩与反射率的对应

人们通过一定的规则对记录介质上的记录值与色彩之间建立对应关系。对于胶片通过特定的冲洗技术实现，对于数字矩阵通过数值与色彩对应实现。

遥感影像对应颜色的法则：

单个工作波段上的影像显示为黑白影像：反射率越大用越明亮的白色，反射率越小用越接近黑色的灰色，反射率居中则用不同程度的灰色表示。

单个工作波段上的影响表示为某种不同明度的颜色：用某种颜色的不同明度（色阶来实现，），明度最低代表反射率最低，明度最大表示反射率最高，不同程度亮度表示中间过渡的反射率。 单个工作波段上的影像表示为彩色：反射率越大要选用越明亮的色彩，反射率越小要选用明亮

度越小的色彩。

三个工作波段的影像可以叠加显示为彩色：利用三原色原理，每个工作波段影像选用一个原色，用该原色的不同明度表示，三个影像叠加在一起，则得到彩色的效果。

传感器的性能—四大分辨率

空间分辨率：遥感影像上地面物体能分辨的最小单元的尺寸或大小，表征影像分辨地面目标细节能力的指标。他决定了地面物体所能分辨的最小单元。

像元：对于数字影像，指将地面信息离散化而形成的网格单元，单位为米。即每个记录数字对应的地面面积。

像解率：对于光学摄像影像片，单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行细线的条数来表示。单位为线/毫米。，

波谱分辨率（光谱分辨率）：传感器在所能记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，波长范围越宽，光谱分辨率越低，。即传感器在接收目标辐射时能分辨的最小波长间隔，间隔越小，分辨率越高。当需要分辨两个有细微波谱差异的目标物时，波谱分辨率指标比较重要。 时间分辨率：对同一地点进行重复探测时，提供相邻两次探测的时间间隔，即为重访周期。 辐射分辨率（温度分辨率）：传感器在接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。及传感器将接受到电磁辐射强度划分等级时，其间隔大小。

航空遥感

航空遥感：以飞机、气球等中低空飞行器作为工作平台的遥感。

航空遥感的获取方式：光学摄影方式：采用航空摄影机进行摄影。光学扫描方式 航空像片：航空光学摄影所获得的地面的影像。

优点：空间分辨率高，适合于微观研究；不足：费用昂贵；受感光剂的限制，感光范围0.29— 1.10微米，且只能在晴朗的白天进行。 1、光学摄影原理之感光：

物镜收集电磁波——滤光镜分出工作波段并聚集到感光胶片上——胶片上的卤化银与电磁波

发生光化学反应，分离银离子（因电磁能量强弱，胶片上剩余卤化银数量不一样，以此来记录信息）——此时在胶片上留下的就叫潜影。 2、冲洗

显影、定影得到负片（底片）——洗印：曝光→显影→定影——得到正片（像片） 主要工作波段：可见光、近红外波段

全色片：普通摄影的黑白胶片，感受全部可见光。 黑白红外胶片：含有感红外光的物质。

彩色胶片：对三种工作波段感光。分天然彩色片和红外彩色片。

感光度：感光材料的感光速度，相同条件下，感光度越大，曝光时间越短。

反差：黑白片，最大灰度（最暗部分）与最小灰度（透明部分）感光密度之差。反差大称硬性片，黑白差别明显，缺少层次；反差小称软性片，黑白差别不明显，缺少层次；反差中等为中性片，差别较明显，层次丰富。

解像力（感光胶片的分辨率）：每毫米可分辨的线条数。

综上：航空摄影时需要选择感光度高、反差适中、有较高分辨率的感光材料，以获得影像清晰、层次丰富的高质量航空像片。

航空摄影——摄影方式分为垂直摄影（摄影机主轴垂直于地面或偏离3度内）和倾斜摄影（主

轴偏离地面3度以外）。 航空像片的几何特性 1、中心投影与垂直投影。

中心投影——物体的影像是光线通过投影中心投射到承射面上，形成了透视影像。 垂直投影——影像通过相互平行的光线投射到与光线垂直的平面上。 航空相片是中心投影，地图是正射投影。 中心投影的透视规律：

点的像任然是点，与像面平行的直线像还是直线；垂直于地面的直线，1、直线与相片垂直并通过投影中心，该直线在相片上表现为一个点；2、直线的延长线不通过投影中心，直线的投影仍为直线，但该直线目标的长度和变形情况取决于目标在像片中的位置；3、平面上的曲面，

在中心投影像片上一般仍为曲面，空间曲面仍为曲面，若空间曲面在一个平面上，而该平面又通过投影中心，则它的像为直线。 主要变形规律：

影像与实物的大小比例在影像各个点上不一样，地物形状远离投影中心，影像变形大，各点比例尺与平台高度和焦距有关。 垂直投影特点：

影像与实物大小比例在影像上各点一样，比例尺统一，地物形状无变形；影像缩小和放大和投影距离无关，地形图是缩小后的垂直投影。

像点位移：在航空像片上，高出或低于启示面的地物点在像片上的像点位置，与在平面上的位置比较，产生了位置移动，这就是地形起伏的像点位移。

航空像片比例尺及其测定

在平坦地区，摄影时像片处于水平位置，地物无太大起伏，像片的比例尺处处一致。在地面起伏地区，各点比例尺不一致。

主比例尺：焦距与主点行高之比。由像主点行高计算出来的比例尺，可概略代表该航片的比例尺。

平均比例尺：焦距与像片各点平均航高的比。以各点平均高程为起始面，并根据这个其实面计算出来的比例尺。

在平坦地区采用平均比例尺，测像片两条水平线段长度与实际地面长度，求算平均比例尺；在起伏地区，各点比例尺不一样，不能采用统一比例尺。按照测站求各点平均比例尺，测得结果为测站附近的比例尺。

航空摄影分类

按照实施方式分类

单片摄影：为拍摄单独固定目标而进行的摄影。一般只摄取一张像片。

航线摄影：沿一条航线，对地面狭长区域或沿线状地物（铁路、公路等），进行连续摄影。 面积摄影：沿数条航线对较大区域进行连续摄影，要求各航线互相平行。

航向重叠：为了使相邻的地物能够相互衔接，同一条航线上的相邻像片需要重叠。一般60%，

不小于56%。

旁向重叠：相邻航线间的像片也要一定重叠。30-15%。

遥感数字图像处理

数字图像：遥感数据有光学图像和数据图像之分。数字图像是能被计算机存储、处理和使用的用数字表示的图像。数字化：将连续的图像变化，作等间距的抽样和量化。通常是以像元的亮度值表示。 图像数字化包括1、图像空间位置的数字化；2、图像灰度的数字化。

数字图像直方图：以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图。直方图的作用：直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。直方图的曲线可以反映图像的质量差异。正态分布：反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质量高。偏态分布：图像偏亮或偏暗，层次少，质量较差。

图像直方图是描述图像质量的可视化图表。在图像处理中，可以通过调整图像直方图的形态，改善图像显示的质量，以达到图像增强的目的。 遥感数字图像处理

图像复原（预处理）：主要进行几何纠正、大气纠正、辐射纠正、扫描线脱落和错位纠正 图像增强：改变图像的表现形式和影像特征，使目标物更加突出易辨 图像分类：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

遥感数字图像预处理

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rum.html