遥感原理与应用重点.docx
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遥感原理与应用重点
第一章 遥感物理基础
1 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。
2电磁波谱:
把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列,就形成了电磁波谱。
3绝对黑体:
指能够全部吸收而没有反射电磁波的理想物体。
4灰体:
在各种波长处的发射率相等的实际物体。
5色温:
在实际测定物体的光谱辐射通量密度曲线时,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就叫色温。
6大气窗口:
电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的,透过率较高、对遥感有利的波段。
7发射率:
实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。
8光谱反射率:
物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
9波粒二象性:
电磁波具有波动性和粒子性。
10光谱反射特性曲线:
反射波谱曲线是物体的反射率随波长变化的规律,以波长为横轴,反射率为纵轴的曲线。
11方向反射:
实际地物表面由于地形起伏,在某个方向上反射最强烈的现象。
12漫反射:
如果入射电磁波波长λ不变,表面粗糙度h逐渐增加,知道h和λ同数量级,这时整个表面均匀反射入射光电磁波,入射到此表面的电磁辐射按照朗伯余弦定律反射。
13波谱特性:
是指各种地物各自具有的电磁波特性(发射辐射或反射辐射)。
二、问答题
1黑体辐射遵循哪些规律?
(1由普朗克定理知与黑体辐射曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W随温度T的增加而迅速增加。
(2绝对黑体表面上,单位面积发射的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。
(玻尔兹曼公式)
(3黑体的绝对温度升高时,它的辐射峰值向短波方向移动。
(维恩位移定律)
(4好的辐射体一定是好的吸收体。
(基尔霍夫)
(5在微波段黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。
(瑞利金斯公式)
2电磁波谱由哪些不同特性的电磁波段组成?
遥感中所用的电磁波段主要有哪些?
a.包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等
b.微波、红外波、可见光
3 物体的辐射通量密度与哪些因素有关?
常温下黑体的辐射峰值波长是多少?
(1与光谱反射率,太阳入射在地面上的光谱照度,大气光谱透射率,光度计视场角,光度计有效接受面积。
(2. b为常数2897.8
4 叙述沙土、植物、和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。
1)沙土:
自然状态下,土壤表面反射曲线呈比较平滑的特征,没有明显的峰值和谷值。
干燥条件下,土壤的波谱特征主要与成土矿物和土壤有机质有关。
土壤含水量增加,土壤的反射率就会下降
2)植物:
在可见光波段绿光附近有一个波峰,两侧蓝、红光部分各有一个吸收带,近红外波段(0.8-1.0um)有一个有一个反射陡坡,至1.1um附近有一峰值。
近红外波段(1.3-2.5um)吸收率大增反射率下降。
3)水:
水体的反射主要在可见光中的蓝绿光波段,近红外和中红外波段纯净的自然水体的反射率很低,几乎趋近于零。
水中含有泥沙,可见光波段反射率会增加,含有水生植物时,近红外波段反射增强。
5 地物光谱反射率受哪些主要的因素影响?
答:
太阳位置,传感器位置,地理位置,地形,季节气候变化,地面温度变化,地物本身的变异,大气状况。
6 何为大气窗口?
分析形成大气窗口的原因。
答:
大气窗口:
有些波段的电磁波的电磁辐射通过大气后衰减较小,透过率较高,对遥感十分有利。
原因:
太阳辐射到达地面要穿过大气层,大气辐射反射、吸收、散射共同影响衰减强度,剩余部分才为透射部分,不同电磁波衰减程度不一样,透过率高的对遥感有利。
7 传感器从大气层外探测地面物体时,接收到哪些电磁波能量?
答:
(1)太阳辐射透过大气并被地表反射进入传感器的能量
(2)太阳辐射被大气散射后被地表反射进入传感器的能量(3)太阳辐射被大气散射后直接进入传感器的能量(4)太阳辐射被大气反射后进入传感器的能量(5)被视场以外地物反射进入视场的交叉辐射项(6)目标自身辐射的能量。
8什么是地物波谱特性,分别分析地物波谱特性和研究地物波谱特性的遥感意义?
答:
波谱特性是指各种地物各自具有的电磁波特性(发射辐射或反射辐射)。
遥感图像中灰度和色调的变化是遥感图像所对应的地面范围内电磁波谱特性的反映。
对于遥感图像的三大信息内容(波谱信息、空间信息、时间信息),波谱信息用的最多。
测量地物反射波谱特性曲线三个作用:
是选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据;在外业测量中,是选择合适的飞行时间的基础资料;是有效地进行遥感数字图像处理的前提之一,是用户判读、识别、分析遥感图像的基础。
第二章 遥感平台及运行特点
1遥感平台:
遥感中搭载传感器的工具统称遥感平台。
2遥感传感器:
测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具,是遥感技术的重要组成部分。
3卫星轨道参数:
确定卫星轨道在空间的具体形状位置。
由升交点赤经,近地点角距,轨道倾角,卫星轨道长半轴,卫星轨道偏心率,卫星近地点时刻组成。
4升交点赤经:
卫星轨道升交点与春分点间的角距。
5近地点角距:
卫星轨道的近地点与升交点之间的角距。
6轨道倾角:
卫星轨道面和地球赤道面之间的两面角。
7近极地轨道:
轨道倾角i约等于90度时轨道面接近地轴,称为近极地轨道。
8春分点:
黄道对赤道的升交点
9 卫星姿态角:
以卫星质心为坐标原点,沿轨道前进的切线方向为x轴,垂直轨道面的方向为Y轴,垂直xy平面的方向为z轴,卫星姿态角有三种:
绕x轴旋转的姿态角为滚动:
绕y轴旋转的姿态角为俯仰;绕z轴旋转的为偏航。
10与太阳同步轨道:
卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的夹角不变,不随地球绕太阳公转而改变
11LandSat:
美国陆地观侧卫星系统。
12SPOT:
法国空间研究中心研制的一种地球观测卫星系统。
13重复周期:
是指卫星从地面上空开始运行,经过若干时间的运行后,回到该地面上空时所需要的天数。
14星下点:
地球中心与天体的连线在地球表面上的交点。
15静止轨道:
如果地球同步轨道卫星正好在地球赤道上空离地面35786千米的轨道上绕地球运行,由于它绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同,从地面上看去它好像是静止的,这种卫星轨道叫地球静止卫星轨道。
地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例,它只有一条。
又称“地球同步轨道”。
地球同步轨道中倾角为0°时的一种特殊轨道。
1、遥感卫星轨道的四大特点是什么?
这些特点有什么好处?
答:
(1)近圆形轨道:
使在不同地区获得的图像比例尺一致。
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现象。
(2)近极地轨道:
有利于增大卫星对地面总的观测范围(南北纬度的极限)。
(3)与太阳同步轨道:
有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测;有利于卫星在固定的时间飞临地面接收站上空,使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度。
(4)可重复轨道:
有利于对地面地物或自然现象的变化做动态监测。
第三章遥感传感器
遥感传感器:
测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具获取遥感数据的关键设备。
包括:
摄影类型传感器、扫描成像类型传感器、雷达成像类型传感器、非图像类型传感器。
收集器:
收集地物辐射来的衡量。
探测器:
将收集的辐射能变为化学能或电磁能的元件。
处理器:
对收集的信号进行处理。
输出器:
输出获取的数据。
空间分辨率:
表示按地物几何特征(尺寸和形状)和空间分布,即在形态学基础上识
别目标的能力。
(两种含义:
遥感器的技术鉴别能力即能把两相邻目标作为两个清晰实体记录下来的两目标间的最小距离;遥感器观察地面特征所需要的有效探测和分析的分辨率)
光谱分辨率:
指遥感器在接收目标辐射的波谱时,能分辨的最小波长间隔,即遥感器的工作波段数目、波长及波长间隔(波带宽度)。
辐射分辨率:
辐射分辨率指遥感器探测元件在接收波谱辐射信号时,能分辨的最小辐射度差。
时间分辨率:
为分析、识别目标所必须具有的最小时间间隔,称时间分辨率。
温度分辨率:
指热红外传感器分辨地表热辐射最小差异的能力。
地面分辨率:
指遥感影像上能分辨的地物间的最小距离。
距离分辨率:
脉冲发射的方向上,能分辨两个目标的最小距离。
方位分辨率:
雷达飞行方向上,能分辨两个目标的最小距离。
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)。
红外扫描仪:
利用红外进行扫描成像的成像。
多光谱扫描仪:
利用光线机械扫描方式测量景物辐射的遥感仪器。
推扫式成像仪:
一种瞬间在像面上先形成一条图像甚至一副二维影像,以推扫描的方式获取沿轨道的连续图像条带,然后对影像景象进行扫描成像的成像仪。
成像光谱仪:
以多路,连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息的仪器。
瞬时视场:
形成多个像元的视场,决定地面分辨率。
视场:
指望远镜或双筒望远镜所能看到的天空范围,代表着摄像头能够观察到的最大范围。
脉冲:
一个物理量在短持续时间内突变后迅速回到其初始状态的过程。
波瓣角:
主瓣峰值场强的一半处作垂线交主瓣边于两点,两点与顶点连线的夹角。
MSS多光谱扫描仪:
是一种多光谱扫描仪,由扫描反射镜、校正器、聚光系统、旋转快门、成像板、光学纤维、滤光器和探测器等组成。
成像板上排列24+2个玻璃纤维单元,每列6个纤维单元。
每个纤维单元瞬时视场为86微弧。
每个像元地面分辨率79x79m(MSS4-7)、240x240m(MSS8),扫描一次每个波段获6条扫描线,地面范围474x185km,在扫描一次的时间里卫星往前正好移动474m,扫描线恰好衔接。
成像过程:
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;
卫星向前运动,第二次扫描得到第二条扫描线。
MSS影像特征:
存在全景变形,空间分辨率为79m(几何特征)Landsat1-3有五个波段MSS4(绿)、MSS5(红)、MSS6(红外)、MSS7(红外)、MSS8(热红外)(波谱特征)。
TM专题制图仪:
是MSS的改进,是一个高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器,与多波段扫描仪MSS性能相比,它具有更高的空间分辨率,更好的频谱选择性,更好的几何保真度,更高的辐射准确度和分辨率。
TM探测器共有100个,分七个波段呈错开排列。
TM1~5及TM7的探测器有16个,每个的瞬时视场在地面上为30×30㎡。
TM6的探测器有4个,每个的瞬时视场在地面上为120×120㎡。
HRV高分辨率可见光遥感器:
是一种线阵列推扫描仪,由于使用CCD元件做探测器,在瞬间能同时得到垂直航向的一天图像线,不需要用摆动的扫描镜,以推扫方式获得沿轨迹的连续图像条带。
SAR合成孔径雷达,用一个小天线做为单个辐射单元,沿直线不断移动,并不断发射信号,来提高雷达方位分辨率的一种技术。
INSAR相干雷达:
利用SAR在平行轨道上对同一地区获取两幅(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。
CCD:
称电荷耦合器件,是一种由硅等半导体材料制成的固体器件,受光或电激发产生的电荷靠电子或空穴运载,在固体内移动,达到一路时序输出信号。
CCD是一种用电荷量表示信号强弱,用耦合方式传递信号的全固体化半导体表面器件。
其三种主要功能:
光电转换、电荷积累、电荷转移。
真实孔径侧视雷达:
天线装在飞机侧面,发射机向侧向面内发射一束脉冲,被地物反射后,由天线接收,回波信号经电子处理器处理后形成的图象线被记录。
全景畸变:
全景摄影机的像距不变,物距随扫描角增大而增大,由此所产生影像由中心到两
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