第 2 讲课题：遥感数字图像的获取和存储目的要求：了解遥感图像的获取过程、遥感的应用及其发展趋势、遥感的物理基础教学重点：遥感图像的获取过程教学难点：遥感的物理基础

第2讲 课题：遥感数字图像的获取和存储目的要求：了解遥感图像的获取过程、遥感的应用及其发展趋势、遥感的物理基础教学重点：遥感图像的获取过程教学难点：遥感的物理基础教学课时：2课时教学方法：授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿：遥感技术的发展方向

一什么是遥感(REMOTE SENSING) 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知的一种技术 1 遥感系统：是一个从地面到空中乃至整个空间，从信息收集、存储、传输、处理到分析、判读、应用的技术体系，主要包括遥感试验、信息获取（传感器、遥感平台）、信息传输、信息处理、信息应用等5个部分。 2 遥感的过程

遥感的过程 信息提取数据获取数据处理传感器介质(大气) 应用地物发射或反射电磁波

遥感的过程大致分为6个阶段： (1) 地物发射或反射电磁波 A:一般物体的发射辐射实际物体的辐射依赖波长温度构成物体材料表面状况等

发射率ε= W′/ W 发射率ε 为实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比

物体温度的振幅取决于物体热惯量P,可以通过热红外影像、测量地物 的周日变化和辐射特性、借助热模型计算出来。

应用: ①用MODIS影像白天和夜间影像灰度----- 热惯量P----裸露土壤含水量-----干旱监测 ② 热红外影像-----城市热岛监测 ③NDVI=(热红外-红波段)/ (热红外+红波段) 植被检测

B:地物的反射辐射 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。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环境的控制和影响。在漫反射的情况下，组成成分和结构是控制因素。

C: 地物波谱特性 ----同一地物的波谱特性相近 ----不同地物的波谱特性相差很大应用 : 利用地物的波谱特性 ---波谱特性曲线--- 地物分类识别

(2) 介质(大气) 大气的影响吸收 + 散射 + 反射大气窗口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波段通常称为“大气窗口”.

研究大气对电磁波的影响 作用： ① 确定大气窗口----波段选择(用户) 感兴趣目标 ② 卫星传感器波段设计的依据 ③不能透过的波段---大气研究(天气预报)

(3) 遥感平台及传感器(数据获取) 平台及及传感器特点三高(高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率) 5M以下 5-6nm,600波段 1-3d 空间分辨率：指遥感图像上能够详细区分的最小目标的尺寸或大小。光谱分辨率：指传感器记录的电磁光谱中特定波长的范围和数量，波长范围越窄光谱分辨率越高，波段数越多光谱分辨率越高。时间分辨率：对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔称为时间分辨率。三多(多平台、多传感器、多角度)

(4) 数据处理 A:遥感影像辐射处理 ①遥感图像的辐射误差主要包括： ---- 传感器本身的性能引起的辐射误差 ----地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差 ----大气的散射和吸收引起的辐射误差 ②辐射处理

B:遥感图像的几何处理 ① 遥感图像构像方程 ②遥感图像的几何变形 ---传感器成像方式引起的图像变形 ---传感器外方位元素变化的影响 ---地形起伏引起的像点位移 ---地球曲率引起的图像变形 ---地球自转的影响

③:遥感图像的几何处理 ---遥感图像的粗加工处理 ---遥感图像的精纠正处理 ---图像间的自动配准和数字镶嵌

(5) 信息提取 特征----光谱特征、空间特征、时间特征和极化特征特征变换特征选择目标提取与分类

(6) 应用 在测绘中的应用在环境和灾害监测中的应用在地质调查中的应用在农林牧等方面的应用

二遥感的发展 1、发展过程 1962年密执安大学第一届遥感讨论会 1971年第一届国际遥感讨论会 1972年ERTS-1（Landsat-1)发射成功 20世纪80年代第二代遥感卫星上天 Landsat-4/5 SPOT1

20世纪90年代至今第三代 Landsat-7 SPOT2-5 RadarSat CBERS IRS-1B/C/D IRS-P

2 为什么上世纪60年代迅速发展?

2、20世纪60年代遥感技术迅速发展的原因 （1）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

（2）空间技术的发展 卫星---宇宙飞船(航天飞机)---空间站 ---小卫星群（3）计算机技术的发展（4）数学、物理及专业理论的发展

3、遥感技术的主要发展趋势 遥感技术从上世纪60年代提出至今，经历了40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及跨地球科学、电子科学、物理学等学科的新兴科学与技术。

(1). 概念的发展 a). 摄影测量（photogrammetry，150年前）→遥感（remote sensing，40年前）→ 摄影测量与遥感（remote sensing & photogrammetry，20年前） →遥感科学与技术（remote sensing science and technology，当代） b). 狭义地，遥感科学与技术属于对地观测（Earth observation）体系的组成部分

(2). 平台与观测技术的发展三多（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1－3天；机载、星载SAR卫星日益普及，提供全天候、全天时的观测能力

(3). 定位技术的发展（ｗｈｅｒｅ） a)利用机载和地面GPS接收机进行载波相位差分GPS定位以确定传感器的空间位置，实现摄影测量与遥感定位。可大量免除野外作业。 b) 利用DGPS(差分全球定位系统Differential Position System)与INS惯导系统，可以获得航空航天影像传感器的位置与姿态，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。

c) 将DGPS、INS和LIDAR集成，可实现无地面控制的实时三维测量。

定位技术（无地面控制） a) Ｑｕｉｃｋｂｉｒｄ：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：17~23米 b) ＤＯＲＩＳ：法国在全球设54个站点（中国设在南京紫金山天文台），利用Doppler频移以精确解求卫星的空间坐标，对Topes/Poseidon卫星的高度测量，精度达±3cm，对SPOT－5直接进行无地面控制的正射影像制作，精度可以达到±15m，完全满足国家安全的要求。

(4). 处理技术的发展 a) 影像识别和分类不再限于统计分类，基于结构和纹理的分析方法正被引入； b) 目标识别从传统的目视判读到目前常用的人机交互判读，正在向自动化和智能化方向发展；

d) 影像融合技术、数据压缩技术继续成熟； e) 大规模影像库的建设带来影像检索技术和无缝影像库的发展； f) 空间数据挖掘用于遥感图象解译．

(5). 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； b）利用高分辨率影像提取城市信息(交通道路网络)；

c）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、 打击效果评估、战场环境监测等等； d）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中的应用：ＤＯＭ，ＤＥＭ和ＤＬＧ。

(6).遥感基础理论的发展 a) 从影像的几何与物理方程出发，开展全定量化，遥感反演遥感正经历着由定性→定量的发展；

b) 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散射特征、不同地物对电磁波的吸收、发射和散射特征等

三、遥感的应用 测绘: 快速成图地图修测困难地区测图农业: 作物长势监测(病虫害) 估产林业: 森林火灾森林调查、管理森林病虫害水: 水灾水资源水土流失

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

思考题: 1:什么是遥感及主动遥感?什么是遥感系统? 名词解释：论述题：2:遥感的发展趋势.

四、电磁波 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磁波。 γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等都是电磁波。电磁波是一种横波

电磁波具有波动性与粒子性 波动性形成了光的干涉、衍射、偏振等现象 (1)干涉: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，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。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:光通过有限大小的障碍物时偏离直线 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: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，许多散射光、反射光、透射光都是部分偏振光。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。

五、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 γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波低能量高

红 0.62 ~ 0.76μm • 可见光绿 0.50 ~ 0.56μm 蓝 0.43 ~ 0.47μm 远红外处 6 ~ 15μm • 红外波段中红外 3 ~6μm 近红外 0.76 ~ 3μm • 微波 1 mm~ 1m

六、物体的发射辐射 （一）黑体辐射 1 绝对黑体: 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α (λ,T)≡1 反射率ρ（λ,T）≡0 绝对白体则能反射所有的入射光反射率ρ（λ,T）≡1，吸收率α(λ,T)≡0 与温度和波长无关

2黑体辐射定律 Wλ—— 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: (1)总辐射通量密度W是随温度T的增加而迅速增加斯忒藩－玻耳兹曼公式:单位面积发出的总辐射能与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随温度的增加向短波方向移动维恩位移定律 :若知道了某物体温度，就可以推算出它所辐射的波段 (3)每根曲线彼此不相交温度T越高所有波长上的波谱辐射通量密度也越大

（二）一般物体的发射辐射 发射率ε= W′/ W ε是一个介于0和1的数即：发射率ε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。 • 绝对黑体 ελ＝ε＝1 • 灰体 ελ＝ε但0＜ε＜1 • 选择性辐射体 ε＝ｆ(λ) • 理想反射体（绝对白体） ελ＝ε＝0

第 2 讲课题：遥感数字图像的获取和存储目的要求：了解遥感图像的获取过程、遥感的应用及其发展趋势、遥感的物理基础教学重点：遥感图像的获取过程教学难点：遥感的物理基础