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遥感课件整理
第一章
遥感的概念:
从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息,经过信息的传输及其处理分析,来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术
遥感系统包括:
(1)被测目标的信息特征
(2)信息的获取(3信息的接收(4)信息的处理(5)信息的应用
§3遥感的类型
按遥感平台分
(1)地面遥感
(2)航空遥感(3)航天遥感(4)航宇遥感:
按传感器的探测波段分
紫外遥感:
探测波段在0.05一0.38μm之间;
可见光遥感:
探测波段在0.38一0.76μm之间;
红外遥感:
探测波段在0.76一1000μm之间;
微波遥感:
探测波段在1mm一1m之间;
多波段遥感:
指探测波段在可见光波段和红外波段范围内,再分成若干窄波段来探测目标。
按工作方式分
主动遥感和被动遥感成像遥感与非成像遥感
§4遥感的特点
(1)大面积的同步观测
(2)时效性(3)数据的综合性和可比性(4)经济性(5)局限性
第二章
3.电磁波谱
按电磁波在真空中传播的波长或频率,递增或递减排列,则构成了电磁波谱
4.遥感应用的电磁波波谱段
*紫外线:
波长范围为0.01~0.38μm,太阳光谱中,只有0.3~0.38μm波长的光到达地面,对油污染敏感,但探测高度在2000m以下。
*可见光:
波长范围:
0.38~0.76μm,人眼对可见光有敏锐的感觉,是遥感技术应用中的重要波段。
*红外线:
波长范围为0.76~1000μm,根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。
*微波:
波长范围为1mm~1m,穿透性好,不受云雾的影响。
、辐射量测
•辐射能量(W):
电磁辐射的能量,单位:
J;
•辐射通量φ:
单位时间内通过某一面积的辐射能量,φ=dW/dt,单位是W;辐射通量是波长的函数,总辐射通量应该是各谱段辐射通量之和或辐射通亮的积分值。
•辐射通量密度(E):
单位时间内通过单位面积的辐射能量,E=dφ/Ds,单位是W/M2,S为面积。
•辐照度(I):
被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量,I=dφ/Ds,单位是W/M2,S为面积。
•辐射出射度(M):
辐射源物体表面单位面积上的辐射通量,M=dφ/Ds,单位是W/M2,S为面积。
•辐照度与辐射出射度都是辐射通亮密度的概念,不过I为物体接收的辐射,M为物体发出的辐射。
它们都与波长λ有关。
•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,
•
1、绝对黑体
如果一个物体对任何波长的电磁辐射都全部吸收,则这个物体是绝对黑体。
2、黑体辐射规律
(1)普朗克热辐射定律
(2)玻耳兹曼定律
Stefan-Boltzmann'slaw
即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加,它与温度的四次方成正比。
因此,温度的微小变化,就会引起辐射通量密度很大的变化。
是红外装置测定温度的理论基础。
3)维恩位移定律:
Wien'sdisplacementlaw
随着温度的升高,辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。
Ø黑体或绝对黑体:
发射率为1,常数。
Ø灰体(greybody):
发射率小于1,常数
Ø选择性辐射体:
反射率小于1,且随波长而变化。
黑体辐射的三个特征:
(1)辐射通量密度随波长连续变化,每条曲线只有一个最大值
(2)温度越高辐射通量密度越大,不同温度的曲线不同
(3)随着温度的升高,辐射足底啊值得对应波长向短波移动
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。
大气散射:
(1)瑞利散射
(2)米氏散射(3)无选择散射(发生的条件)
实际物体的辐射
(1)基尔霍夫定律
2)实际物体的辐射
地物发射率(Emissivity):
地物的辐射出射度(单位面积上发出的辐射总通量)M与同温下的黑体辐射出射度M黑的比值,记作ε
太阳光谱曲线
(1)太阳光谱相当于6000K的黑体辐射;
(2)太阳辐射的能量主要集中在可见光,其中0.38~0.76µm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%,最大辐射强度位于波长0.47µm左右;到达地面的太阳辐射主要集中在0.3~3.0µm波段,包括近紫外、可见光、近红外和中红外;经过大气层的太阳辐射有很大的衰减;
(3)各波段的衰减是不均衡的。
大气窗口
概念:
由于大气层的反射、散射和吸收作用,使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同,因而各波段的透射率也各不相同。
我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫大气窗口。
常见的大气窗口:
紫外,可见光,近红外波段
3.1太阳辐射与地表的相互作用最大辐射对应的波长分别为0.48μm和9.66μm
物体的反射状况分为三种:
(1)镜面反射
(2)漫反射(朗伯反射)(3)实际物体反射
地球热辐射集中在:
1、平台的种类
遥感平台(platform)是搭载传感器的工具。
根据运载工具的类型划分:
航天平台航空平台地面平台
2、卫星的种类
按照与地面的关系:
低轨道短期卫星,中高度长期卫星,高高度长期卫星
按照与地球卫星轨道不分:
太阳同步卫星,地球同步卫星和非同步卫星
发展最快的是航天平台,根据服务的对象不同可以分为:
气象卫星系列;陆地卫星系列(资源卫星)和海洋卫星系列。
3、气象卫星特点
(1)轨道:
低轨(极轨,即近极地与太阳同步,800-1600km)、高轨(静止,与地球同步,35800km)都有。
(2)短周期重复观测:
12小时,20-30分钟
(3)成像面积大,有利于获得宏观同步信息,减少数据处理容量
(4)资料来源连续,实时性强,成本低
4、陆地卫星系列---Landsat
轨道:
太阳同步的近极地圆形轨道,保证北半球中纬度地球获得中等太阳高度角的上午影像,且卫星通过某一地点的地方时相同。
覆盖周期:
16-18天
图像的覆盖范围185×185KM2(Landsat-7185×170KM2)
分辨率不断提高(3015m,60m120m)
5、陆地卫星系列---SPOT卫星
卫星采用近极地圆形太阳同步轨道。
轨道倾角93.7°,平均高度832公里(在北纬45°处),绕地球一周的平均时间为101.4分钟,重复覆盖周期为26天。
卫星覆盖全球一次共需369条轨道。
SPOT5号卫星上搭载有三种成像装置,除了前几颗卫星上的高分辨率几何装置(HRG)和植被探测器(VEGETATION)外,SPOT5更有一个高分辨率立体成像(HRS)装置。
一、摄影机
*定义:
摄影机是成像遥感最常用的传感器,可装载在地面平台、航空平台及航天平台上,有分幅式和全景式摄影机之分。
全景式摄影机
*缝隙式摄影机镜头转动式摄影机
二、摄影像片的几何特征
*摄影机从飞行器上对地摄影时,根据摄影机主光轴与地面的关系,可分为:
①垂直摄影②倾斜摄影
1、垂直摄影
摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在3º以内。
取得的像片称水平像片或垂直像片。
航空摄影测量和制图大都是这类像片。
2、倾斜摄影
摄影机主光柱偏离垂线大于3,取得的像片称倾斜像片。
全景摄影成像时,镜头垂直飞行器下方航带中心线时为垂直摄影,其余状态下均为倾斜摄影。
倾斜摄影时,主光轴偏离垂线角度越大,影像畸变也越大,给图像纠正带来困难,不利于制图。
但有时为了获取较好的立体效果且对制图要求不高,也采用倾斜摄影。
3、垂直摄影像片的几何特征
*像片的投影像片的比例尺像点位移
像点位移在中心投影的像片上,地形的起伏除引起像片比例尺变化外,还会引起平面上的点位在像片上的位置移动,这种现象称为像点位移。
位移量与地形高差成正比,即高差越大引起的像点位移量也越大。
当高差为正时,像点位移为正,是背离像主点方移动;高差为负时,像点位移为负,是朝向像主点方向移动。
位移量与像点距离像主点的距离成正比,即距像主点越远的像点位移量越大,像片中心部分位移量较小。
像主点无位移
位移量与摄影高度(航高)成反比。
即摄影高度越大,因地表起伏的位移量越小
中心投影与垂直投影的区别
*第一,投影距离的影响。
第二,投影面倾斜的影响。
第三,地形起伏的影响。
按摄影的实施方式分类:
单片摄影,航线摄影和面积摄影
a,单片摄影:
为拍摄单独固定目标而进行的摄影。
b,航线摄影:
沿一条航线,对地面狭长地区或沿线状地物进行的连续摄影,为了使相邻的像片的地物能互相衔接及满足立体观察的需要,相邻的像片间需要有一定的重叠,称为航向重叠,一般达到60%至少不小于53%
c,面积摄影:
沿数条航线对较大的区域进行连续摄影,称为面积摄影或曲线摄影,各航线互相平行,同一条航线重叠为60——53%。
相邻航线间的像片也要有一定的重叠,称为旁向重叠,30——15%
在航空像片获取时,飞机的飞行方向正下方的地面航迹称为天底线。
3.3扫描成像
一、光/机扫描成像
*概念:
依靠机械传动装置使光学镜头摆动,形成对目标地物逐点逐行扫描。
探测元件把接受到的电磁波能量能转换成电信号,在磁介质上记录或再经电/光转换成为光能量,在设置于焦平面的胶片上形成影像
光机扫描的几何特征取决于它的瞬时视场角和总视场角。
*瞬时视场角:
扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态,此时,接受到的目标物的电磁波辐射,限制在一个很小的角度之内,这个角度称为瞬时视场角。
即扫描仪的空间分辨率。
*总视场角:
扫描带的地面宽度称总视场。
从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角,叫总视场角。
陆地卫星多光谱扫描仪的各个波段:
绿0.5--0.6厘米MSS-1
橙0.6-0.7umMSS-2MSS-5
红0.7-0.8umMSS-3MSS-6
近红外0.8-1.1umMSS-4MSS-7
*0.5-0.6um:
属于蓝绿色波段.对水体具有一定的透视能力.透视深度一般可达10-20米.水质清澈时甚至可达100米.对于陆地的地层岩性,松散的沉积物以及植被有明显的反映.对水体的污染,尤其是对于金属和化学污染具有较好的反映.
*0.6-0.7微米,属于橙红波段,对于水体的浑浊程度,泥沙流,悬移质有明显的反映.对于岩性也有较好的反映;因该波段位于叶绿素吸收带,所以植被具有较暗的色调,而伪装的树枝,病树则有较浅的色调.
*0.7-0.8微米:
属于可见光中的红光和近红外波段,对于水体及湿地反映明显,水体为深色调.浅层地下水丰富地段,土壤湿度大的地段有较深的色调,而干躁的地段则色调较浅,对植物生长情况有明显的反映.健康植物色调浅,病虫害的植物色调较深.
*0.8-1.01微米:
属近红外波段,与MSS-3相似,但更具有红外图象的特点.水体的影象更加深黑.水陆界线特别明显,对植被的反映与MSS-3相似.对比性更强.
专题成象仪(TM)的光谱波段
波段1,利用是0.45-0.52微米,蓝光波段;主要用于水体的穿透,因此适用与海岸制图,同样也可用于土壤植被辨别,森林类型制图及人造地物类型的区分.
波段2,利用0.52-0.60微米,绿光波段,主要用于探测健康植被绿色反射率,可区分植被类型和评估作物长势,区分人造地物类型,对水体有一定的投射能力.
波段3,0.63-0.69微米,红光波段,主要用于测量植物绿色素的吸收率,并依次进行对植物分类,可区分人造地物类型.
TM的绿波波段和红波比MSS对应的波段更窄(0.5-0.6,0.7-0.8),并且TM的近红外波段(0.76-0.9)在范围上比MSS对应的波段(0.8-1.1微米)窄,并且这一波段的中心位于植物活力的最大敏感区.
3.4微波遥感与成像
微波遥感:
指通过传感器获取从目标地物发射或反射的微波
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