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遥感基本学问总结一.遥感的基本概念.遥感的基本学问“遥感”一词来自英语RemoteSensing从字面上理解就是“遥远的感知”之意顾名思义，遥感就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接受来自目标物体的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标物体的属性实际工作中，重力、磁力、声波、机械波等的探测被划为物理探测（物探）的范畴，因此，只有电磁波探测属于遥感的范畴依据遥感的定义，遥感系统包括被测目标的信息特征、信息的猎取、信息的传输与纪录、信息的处理和信息的应用这五大部分.目标物的电磁波特性任何目标物体都具有放射、反射和汲取电磁波的性质，这是遥感探测的依据.信息的猎取接受、纪录目标物体电磁波特征的仪器，称为“传感器”或者“遥感器”如雷达、扫描仪、摄影机、辐射计等.信息的接收传感器接受目标地物的电磁波信息，纪录在数字磁介质或者胶片上胶片由人或回收舱送至地面回收，而数字介质上纪录的信息则可通过卫星上的微波天线输送到地面的卫星接收站.信息的处理地面站接收到遥感卫星发送来的数字信息，纪录在高密度的磁介质上，并进行一系列的处理，如信息恢复、辐射校正、卫星姿势校正、投影变换等，再转换为用户可以使用的通用数据格式，或者转换为模拟信号纪录在胶片上，才能被用户使用.信息的应用遥感技术是一个综合性的系统，它涉及到航空、航天、光电、物理、计算机和信息科学以及诸多应用领域，它的进展与这些科学紧密相关.遥感的分类1）按遥感平台分地面遥感传感器设置在地面上，如车载、手提、固定或活动高架平台航空遥感传感器设置在航空器上，如飞机、气球等航天遥感传感器设置在航天器上，如人造地球卫星、航天匕机等2）按传感器的探测波段分紫外遥感探测波段在
0.05〜O.38|im之间可见光遥感探测波段在0・38〜
0.76|im之间红外遥感探测波段在
0.76〜lOOOpm之间微波遥感探测波段在1mm〜10m之间当太阳辐射相同时，图像上像元亮度值的差异直接反映了地物目标光谱反射率的差异但实际测量时，辐射强度值还受到其它因素的影响而发生转变这一转变的部分就是需要校正的部分，故称为辐射畸变1）引起辐射畸变有两个缘由传感器仪器本身产生的误差大气对辐射的影响2）传感器仪器本身产生的误差仪器引起的误差是由于多个检测器之间存在差异，以及仪器系统工作产生的误差，这导致了接收的图像不匀称，产生条纹和“噪声”一般来说，这种畸变应在数据生产过程中，有生产单位依据传感器参数进行校正，而不需要用户自己校正，所以用户应考虑的是大气影响造成的畸变3）大气对辐射的影响
①大气影响的定量分析进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、汲取、散射和透射其中对传感器接收影响较大的是汲取和散射假设无大气存在时，设E入为波长入的辐照度，0为入射方向的天顶角，地面上单位面积的辐照度为假定地面是郎伯体，其表面是漫反射，则某方向物体的亮度为式中，R入是地球反射率；兀是球面度传感器接收信号时，受仪器影响还有一个系统增益系数因子S”这时进入传感器的亮度值为，尺2由于大气的存在，在入%垮而看切人初磊S（巾机器人有关的透过率Tc；反射后，在反射方向上有与反射天顶角
①和波长人有关的透过率T
①入因此T_R订（/）入心7Gn进入传感器的亮度值为=七（U•/织・C°STC大气对辐射散射后，来自各个方向的散射又重新以漫入射的形式照耀地物，其辐照度为Ed经过地物的反射及反射路径上大气的汲取进入传感器，其亮度值为相当部分的散射光向上通过大气直接进入传感器，这部分辐射称为程辐射度，亮度为P入O可见，由于大气影响的存在，实际到达传感器的辐射亮度是前面所分析的三项之和，即比较以下两个公式可以看出，大气的主要影响是削减了图像的对比度，使原始信号和背景信号都增加了因子
②大气影响的粗略校正RT^八去掉公式L=S（々）7cos夕+石力）+SLp71中的LP，即程辐射度，从而改善图像质量可以认为程辐射度在同一幅图像的有限面积内是一个常数，其值的大小只与波段有关校正方法A.直方图最小值去除法直方图以统计图的形式表示图像亮度值与像元数之间的关系最小值去除法的基本思想在于一幅图像中总可以找到某种或某几种地物，其辐射亮度或放射率接近0这时在图像中对应位置的像元亮度值应为0实测表明，这些位置上的像元亮度不为0这个值就应是大气散射导致的程辐射度值校正方法很简洁首先确定条件满意，即该图像上确有辐射亮度或反射亮度应为0的地区则亮度最小值必定是这一地区受大气影响的呈辐射度增值校正时，将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值，使图像亮度动态范围得到改善，对比度增加，从而提高图像质量B.回归分析法假定某红外波段，存在程辐射为主的大气影响，且亮度增值最小，接近于0设为波段a现需要找到其他波段相应的最小值，这个值肯定比a波段的最小值大一些，设为波段b分别以ab波段的像元亮度值为坐标，作二维光谱空间，两个波段中对应像元在坐标系内用一个点表示由于波段之间的相关性，通过回归分析在众多点中肯定能找到一条直线与波段b的亮度Lb相交，且Lb=BLa+Q8为斜率式中La口分别为ab波段亮度的平均值a=Lb-0La；式中a为波段a中的亮度为零处在波段b中所具有的亮度可以认为a就是波段b的程辐射度校正方法是将波段b中每个像元的亮度值减去a来改善图像，去掉程辐射
4.几何校正几何畸变:当遥感图像在几何位置上发生了变化，产生诸如行列不匀称，像元大小与地面大小对应不精确，地物外形不规章变化等.遥感影像的总体变形（相对于地面真实形态而言）是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲及其他变形综合作用的结果产生畸变的图像给定量分析及位置配准造成困难遥感影像变形的缘由遥感器的内部畸变由遥感器结构引起的畸变遥感平台位置和运动状态变化的影响地形起伏的影响地球表面曲率的影响大气折射的影响地球自转的影响1）遥感平台位置和运动状态变化的影响□航高卫星运行的轨道本身就是椭圆的航高始终发生变化，而传感器的扫描视场角不变从而导致图像扫描行对应的地面长度发生变化航高越向高处偏离，图像对应的地面越宽航速卫星的椭圆轨道本身就导致了卫星飞行速度的不匀称，其他因素也可导致遥感平台航速的变化航速快时，扫描带超前，航速慢时，扫描带滞后，由此可导致图像在卫星前进方向上（图像上下方向）的位置错动俯仰遥感平台的俯仰变化能引起图像上下方向的变化，即星下点俯时后移，仰时前移，发生行间位置错动口翻滚遥感平台姿势翻滚是指以前进方向为轴旋转了一个角度可导致星下点在扫描线方向偏移，使整个图像的行翻滚角引起偏离的方向错动偏航指遥感平台在前进过程中，相对于原前进航向偏转了一个小角度，从而引起扫描行方向的变化，导致图像的倾斜畸变地形起伏的影响当地形存在起伏时，会产生局部像点的位移，由于高差的缘由，实际像点P距像幅中心的距离相对于抱负像点P0距像幅中心的距离移动了△r地表曲率的影响地球是椭球体，地球表面是曲面这一曲面的影响主要表现在两个方面，一是像点位置的移动，当选择的地图投影平面是地球的切平面时，使地面点P0相对于投影平面点P有一高差Ah地表曲率的影响全景畸变当传感器扫描角度较大时，影响更加突出，造成边缘景物在图像显示时被压缩□大气折射的影响，折射后的辐射传播不再是直线而是一条曲线，从而导致传感器接收的像点发生位移□地球自转的影响，例如卫星自北向南接收图像运动，这时地球自西向东自转相对运动的结果，使卫星的星下位置渐渐产生偏离2）遥感数字图像的几何校正
①□几何校正方法掌握点校正法□校正步骤A、原始图像与校正图像统一坐标系、投影B、确定GCP（GroundControlPoint）即在原始畸变图像空间与标准空间查找对应的掌握点对C、选择畸变数学模型，并采用GCP数据求出畸变模型的未知参数，然后采用此畸变模型对原始畸变图像进行几何精校正D、再采样计算，得到校正后的新图像基本思路校正的最终目的是确定校正后图像的行列数，然后找到新图像中每一像元的亮度值
②具体步骤一一1）象素坐标变换（空间上的重采样）□找到一种数学关系，建立变换前图像坐标（xy）与变换后图像坐标（uv）的关系□计算校正后图像中的每一点所对应原图中的位置（xy）计算时按行逐点计算，每行结束后进入下一行计算，直到全图结束多项式的项数（即系数个数）N与其阶数n有着固定关系N=（n+l）（n+2）/2多项式系数aibj（ij=012…N-l）一般采用已知掌握点的坐标值按最小二乘法求解
③计算方法内插计算（灰度值重采样）计算每一点的亮度值订正后的新图像的每一个像元，依据变换函数，可得到它在原始图像上的位置假如求得的位置为整数，则该位置处的像元灰度就是新图像的灰度值计算方法假如位置不为整数，新点的亮度值介于邻点亮度值之间，常用内插法计算有几种方法最近邻法双线性内插法三次卷积内插法□最近邻法距离实际位置最近的像元的灰度值作为输出图像像元的灰度值□双线性内插法取（xy）点四周4邻点，在y方向（或x方向）内插二次，再在x方向（或y方向）内插一次，得到（xy）点的亮度值f（xy）该方法称双线性内插法□三次卷积内插法取与计算点（xy）四周相邻的16个点，先在某一方向上内插，每4个值依次内插4次，求出f（xj-1）f（xj）f（xj+1）f（xj+2）再依据这四个计算结果在另一方向上内插，得到f（xy）
④掌握点的选取几何校正的第一步便是位置计算，对所选取的二元多项式求系数掌握点选取原则:1）特征变化大的地区应多选些2）图像边缘部分要选取掌握点，以避开外推3）表征空间位置的牢靠性，道路交叉点，标志物，水域的边界，山顶，小岛中心，机场等4）同名掌握点要在图像上匀称分布；5）清晰辨认；6）数量应超过多项式系数的个数（（n+l）*（n+2）/2）
5.数字图像增加当一副图像的目视效果不太好，或者有用的信息突出不够时，就需要作图像增加处理例如，图像对比度不够，或者盼望突出的某些边缘看不清，就可以用计算机图像处理技术改善图像质量这样可以提高图像质量和突出所需信息，有利于分析判读或作进一步的处理1）对比度变换通过转变图像像元的亮度值来转变图像像元的对比度，从而改善图像质量的处理方法由于亮度值是辐射强度的反映，所以也称之为辐射增加常用的方法是对比度线性变换和非线性变换假定像元亮度随机分布时，直方图应是正态分布的峰值偏向亮度坐标轴左侧，图像偏暗峰值偏向坐标轴右侧，图像偏亮，峰值提升过陡、过窄，图像的高密度值过于集中以上状况均是图像对比度较小，图像质量较差的反映
①线性变换A.线性变换变换函数是线性的或分段线性的，这种变换就是线性变换线性变换是图像增加处理最常用的方法B.亮度值0〜15图像拉伸为0〜30要设计一个线性变换函数，横坐标xa为变换前的亮度值，纵坐标xb为变换后的亮度值当亮度值xa从0〜15变换成xb从0〜30变换函数在图中是一条直线，方程式为线性变换前图像亮度范围xa为al-a2变换后图像亮度范围xb为bl〜b2变换关系是直线，则变换方程为通过调整参数ala2blb2即转变变换直线的形态，可以产生不同的变换效果a2-alb2-bl亮度范围扩大，图像被拉伸，a2-alb2-bl亮度范围缩小，图像被压缩对于a2与al是取在图像亮度值的全部或部分，偏亮或偏暗处，均可依据对图像显示效果的需要而人为地设定有时为了更好的调整图像的对比度，需要在一些亮度段拉伸，而在另一些亮度段压缩，这种变换称为分段线性变换
②非线性变换当变换函数是非线性时，即为非线性变换非线性变换的函数许多，常用的是指数变换和对数变换□指数变换其意义是在亮度值较高的部分扩大亮度间隔一属于拉伸，在亮度值较低的部分缩小亮度间隔一属于压缩，数学表达式为xh=beaXa+cabc为可调参数，可以转变指数函数曲线的形态，从而实现不同的拉伸比例□对数变换与指数变换相反，意义是在亮度值较低的部分拉伸，而在亮度值较高的部分压缩，其数学表达式为xb=b\g（axa+l）+cabc仍为可调参数，由使用者打算其值2）空间滤波对比度扩展的辐射增加通过单个像元的运算从整体上改善图像的质量空间滤波以重点突出图像上的某些特征为目地的采纳空间域中的邻域处理方法属于几何增加处理，主要包括平滑和锐化
①图像卷积运算□空间滤波是图象卷乘积运算的一种特别应用在空间域上对图像作局部检测的运算，以实现平滑和锐化具体作法选定一卷积函数（又称“模板”，实际上是一个MXN图像），二维的卷积运算是在图像中使用模板来实现运算的从图像左上角开头开一与模板同样大小的活动窗口，图像窗口与模板像元的亮度值对应相乘再相加假定模板大小为M*N窗口为
①（n）n）模板为t（mn）则模板运算为
②平滑图像中某些亮度变化过大的区域，或消失不该有的亮点（“噪声”），采纳平滑的方法减小变化，使亮度平缓或去掉不必要的“噪声”点具体方法有□均值平滑是将每个像元在以其为中心的区域内取平均值来代替该像元值，以达到去掉尖锐“噪声”和平滑图像的目地区域范围取作MXN时，求均值公式为具体计算时常用的3义3的模板作卷积运算，其模板为口中值滤波是将每个像元在以其为中心的邻域内取中间亮度值来代替该像元值，以达到去尖锐“噪声，，和平滑图像目的的□锐化（边界增加）为了突出图像的边缘、线状目标或某些亮度变化率大的部分，可采纳锐化方法锐化后的图像已不再具有原遥感图像的特征而成为边缘图像常用几种罗伯特梯度索伯尔梯度拉普拉斯算法定向检测3）彩色变换不同的彩色变换可大大增加图像的可读性，常用的三种彩色变换方法□单波段彩色变换匚多波段彩色变换□HSI变换
①单波段彩色变换（密度分割）单波段黑白遥感图像按亮度分层，对每层给予不同的颜色，使之成为一幅彩色图像即按图像的密度进行分层，每一层所包含的亮度值范围可以不同
②多波段彩色变换加色法彩色合成原理--选择遥感影像的某三个波段--分别给予红、绿、蓝三种原色--合成彩色影像真彩色合成假彩色合成多波段影像合成时，方案的选择打算彩色影像能否显示较丰富的地物信息或突出某一方面的信息
③HSI变换HSI代表色调、饱和度和明度（huesaturationintensity）o颜色模式可以用近似的颜色立体来定量化颜色立体曲线锥形改成上下两个六面金字塔状4）图象运算两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增加，提取某些信息或去掉某些不必要信息差值运算比值运算
①差值运算即两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相减两个波段相减，反射率差值大的被突出来图像的差值运算有利于目标与背景反差较小的信息提取，如冰雪掩盖区，海岸带的潮汐线等差值运算还常用于争论同一地区不同时相的动态变化如监测森林火灾发生前后变化和计算过火面积；监测水灾发生前后的水域变化和计算受灾面积及损失；监测城市在不同年份的扩展状况及计算侵占农田的比例等
②比值运算两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相除（除数不为0）植被指数，常用算法近红外波段/红波段或（近红外-红）/（近红外+红）5）多光谱变换多光谱变换通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量；增加或提取有用信息的目的其变换的本质对遥感图像实行线性变换，使多光谱空间的坐标系按肯定规律进行旋转
6.多源信息复合1）信息复合的概念定义信息复合指同一区域内遥感信息之间或遥感信息与非遥感信息之间的匹配复合内容包括空间配准和内容复合目的突出有用的专题信息，消退或抑制无关的信息，改善目标识别的图像环境多种遥感信息各具有肯定的空间辨别率、波谱辨别率与时间辨别率信息复合:非多种信息源简洁叠加，而是可得到原来几种单个信息所不能供应的新信息2）信息复合的进展同种遥感信息多波段、多时相的信息复合不同类型遥感数据的复合遥感与非遥感信息的复合3）遥感信息的复合遥感信息复合包括:不同传感器的遥感数据和不同时相的遥感数据•复合方式的确定依据目标空间分布、光谱反射特性准时相规律方面的特征选择不同的遥感图像；在空间辨别率、光谱辨别率和时间辨别率方面相互补充
①不同传感器的遥感数据复合复合步骤匚配准先完成配准，使两幅图像所对应的地物吻合，辨别率全都口复合彩色合成方法的效果比较明显应尽可能生成三幅新图像，分别给予红、绿、蓝色，进行彩色合成
②不同时相的遥感数据复合步骤配准直方图调整图像亮度值趋于协调，便于比较复合用来争论时间变化所引起的各种动态变化采纳的复合方法主要有彩色合成方法差值方法比值方法五.遥感图像目视解译原理.遥感图像目视解译原理遥感图像解译（ImageryInterpretation）:是从遥感图像上猎取目标地物信息的过程□目视解译□计算机解译即遥感图像理解（RemoteSensingImageryUnderstanding）1）遥感图像目标地物的识别特征目标地物特征色颜色，色调、颜色和阴影等；形外形，外形、纹理、大小、图型；位空间位置，目标地物分布的空间位置、相关布局等；目标地物识别特征□色调（tone）全色遥感图像中从白到黑的密度比例叫色调（也叫灰度）如海滩的砂砾色调标志是识别目标地物的基本依据，依据色调标志，可以区分出目标地物□颜色（colour）是彩色遥感图像中目标地物识别的基本标志日常生活中目标地物的颜色:遥感图像中目标地物的颜色:地物在不同波段中反射或放射电磁辐射能量差异的综合反映彩色遥感图像上的颜色:真\假彩色真彩色图像上地物颜色能真实反映实际地物颜色特征，符合人的认知习惯目视判读前，需了解图像采纳哪些波段合成，每个波段分别被给予何种颜色阴影（shadow）遥感图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子依据阴影外形、大小可判读物体的性质或高度不同遥感影像中阴影的解译是不同的外形（shape）目标地物在遥感图像上呈现的外部轮廓遥感图像上目标地物外形:顶视平面图解译时须考虑遥感图像的成像方式□纹理（texture）内部结构，指遥感图像中目标地物内部色调有规章变化造成的影像结构如航空像片上农田呈现的条带状纹理纹理可以作为区分地物属性的重要依据
7、a-vo2）目视解译的认知过程遥感图像的认知过程包括自下向上的信息猎取、特征提取与识别证据积累过程自上向下的特征匹配、提出假设与目标辨识过程
①自下而上过程图像信息猎取一特征提取一识别证据选取
②自上而下过程特征匹配指人脑采用记忆存储中的地物类型模式与地物特征匹配的过程地物类型模式与目标地物全局特征进行相像性测量，判别其相容性或不相容性
2.遥感图像目视解译基础1）遥感摄影像片的判读
①常见的遥感扫描影像类型MSS影像多光谱扫描仪；TM图像为专题绘图仪猎取的图像；SPOT图像具有较高的地面辨别率；资源一号卫星CBERS影像
②摄影像片的特点遥感摄影像片绝大部分为大中比例尺像片遥感摄影像片绝大部分采纳中心投影方式成像从航空像片上看到的是地物的顶部轮廓
③摄影像片的解译标志解译标志（又称判读标志）解译标志分为直接判读标志和间接解译标志直接判读标志指能够直接反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征包括遥感摄影像片的色调、颜色、大小、外形、阴影、纹理、图型间接解译标志指能够间接反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征，借助它可以推断与某地物属性相关的其他现象遥感摄影像片上常用到的间接解译标志目标地物与其相关指示特征匚地物与环境的关系目标地物与成像时间的关系2）遥感扫描影像的判读
①遥感扫描影像特征宏观综合概括性强信息量丰富动态观测扫描影像的判读遵循原则“先图外、后图内”“先整体，后局部”“勤对比，多分析”
②遥感扫描影像的主要解译方法.目视解译方法指依据遥感影像目视解译标志和解译阅历，识别目标地物的方法与技巧1直接判读法依据遥感影像目视判读直接标志，直接确定目标地物属性与范围的一种方法2对比分析法包括同类地物对比分析法、空间对比分析法和时相动态对比法同类地物对比分析法:在同一景遥感影像上，由已知地物推出未知目标地物的方法空间对比分析法由已知熟识影像区域为依据判读未知区域影像的一种方法时相动态对比法:采用同一地区不同时间成像的遥感影像加以对比分析，了解同一目标地物动态变化3信息复合法采用透亮专题图或地形图与遥感图像重合依据专题图或地形图供应的多种帮助信息，识别遥感图像上目标地物的方法4综合推理法综合考虑遥感图像多种解译特征，结合生活常识，分析、推断某种目标地物的方法5地理相关分析法依据地理环境中各种地理要素之间的相互依存，相互制约的关系，借助专业学问，分析推断某种地理要素性质、类型、状况与分布的方法3目视解译步骤目视解译预备工作阶段□明确解译任务与要求；口收集与分析有关资料；匚选择合适波段与恰当时相的遥感影像初步解译与判读区的野外考察室内具体判读野外验证与补判目视解译成果的转绘与制图六.遥感数字图像计算机解译
1.遥感数字图像的计算机自动识别分类遥感图像计算机解译的主要目地是将遥感图像的地学信息猎取进展为计算机支持下的遥感图像智能化识别，其最终目地是实现遥感图像理解其基础工作就是遥感数字图像的分类遥感图像的计算机分类方法包括监督分类和非监督分类监督分类事先有类别的先验学问，依据先验学问选择训练样本，由训练样本得到分类准则监督分类中常用的具体分类方法包括
①最小距离分类法classifier）用特征空间中的距离表示像元数据和分类类别特征的相像程度，在距离最小时（相像度最大）的类别上对像元数据进行分类的方法
②多级切割分类法依据设定在各轴上的值域分割多维特征空间的分类方法
③特征曲线窗口法特征曲线地物光谱特征参数构成的曲线以特征曲线为中心取一个条带，构造一个窗口，凡是落在此窗口范围内的地物即被认为是一类，反之则不属于该类
④最大似然比分类法求出像元数据对于各类别的似然度（likelihood）把该像元分到似然度最大的类别中去的方法非监督分类:事先没有类别的先验学问，纯粹依据图像数据的统计特征和点群分布状况依据相像性程度自动进行归类，最终再确定每一类的地理属性非监督分类的常用方法
①分级集群法分级集群法采纳“距离”评价每个像元在空间分布的相像程度，把它们的分布分割或者合并成不同的集群每个集群的地理意义需要依据地面调查或者与已知类型的数据比较后方可确定
②动态聚类法在初始状态给出图像粗糙的分类，然后基于肯定原则在类别间重新组合样本，直到分类比较合理为止，这种聚类方法就是动态聚类.智能化识别分类的进展趋势1）提取遥感图像多种特征并综合采用这些特征进行识别提取稳定、有效的特征是提高遥感图像自动解译精度的关键遥感图像特征图像色调、颜色、外形、大小、纹理、图型、阴影、位置和相关布局2）采用GIS数据削减自动解译中的不确定性GIS专题数据库可以在计算机自动解译中发挥以下重要作用对遥感图像进行辐射改正，消退或降低地形差异的影响作为解译的直接证据，增加遥感图像的信息量作为解译的帮助证据，削减自动解译中的不确定性作为解译结果的检验数据，降低误判率3）建立适用于遥感图像自动解译的专家系统，提高自动解译的敏捷性从目前状况看，建立适用于遥感图像自动解译的专家系统，需要从以下方面开展工作建立解译学问库和背景学问库依据遥感图像解译的特点来构造专家系统4）模式识别与专家系统相结合专家系统和模式识别方法相结合，可以发挥图像解译专家学问的指导作用，在肯定程度上为模式识别供应阅历性的学问，又可以采用数字遥感图像本身供应的特征，有助于提高计算机解译的敏捷性概括说来，遥感图像计算机解译具有探究性强，涉及的技术领域广，技术难度大等特点需要采纳模式识别、遥感图像处理、地理信息系统与人工智能（包括专家系统和人工神经网络）等多种技术综合争论3）按工作方式分主动遥感有探测器主动放射肯定电磁波能量并接受目标的后向散射信号被动遥感传感器仅接收目标物体的自身放射和对自然辐射源的反射能量4）按遥感的应用领域分外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等.遥感进展简史最早使用“遥感”一词的是美国海军争论所的艾弗林*普鲁伊特1961年，在美国我国科学院和我国争论理事会的支持下，在密歇根高校的威罗*兰试验室召开了“环境遥感国际争论会”，此后，在世界范围内，遥感作为一门新兴学科飞速进展起来1）无纪录的地面遥感阶段（1608—1838年）1608年，汉斯*李波尔赛制造了世界第一架望远镜，1609年伽利略制作了放大倍数3倍的科学望远镜，从而为观测远距离目标开拓了先河但望远镜观测不能吧观测到的事物用图像纪录下来2）有纪录的地面遥感阶段（1839—1857年）对探测目标的纪录与成像始于摄影技术的进展，并与望远镜相结合进展为远距离摄影3）空中摄影遥感阶段（1858—1956年）1858年，G.F.陶纳乔用系留气球拍摄了法国巴黎的“俯视”像片I860年，J.布莱克乘气球升空至630m胜利的拍摄了美国波士顿的照片1903年，J.钮布郎特设计了一种捆绑在飞鸽身上的微型相机这些试验性的空间摄影，为后来的有用化航空摄影打下了基础在第一次世界大战期间，航空摄影成了军事侦探的重要手段，并形成了肯定规模与此同时，像片的判读水平也大大提高一战以后，航空摄影人员从军事转向商务和科学争论美国和加拿大成立了航测公司，并分别出版了《摄影测量工程》及类似性质的刊物，特地介绍有关技术方法1924年，彩色胶片消失，使得航空摄影纪录的地面目标信息更为丰富二战中，微波雷达的消失及红外技术应用于军事侦查，使遥感探测的电磁波谱段得到了扩展4）航空遥感阶段（1957—）1957年10月4日，苏联第一颗人造地球卫星的放射胜利，标志着人的空间观测进入了新纪元此后，美国放射了“先驱者2号”探测器拍摄了地球云图真正从航天器上对地球进行长期探测是从1960年美国放射TIROS-1和NOAA-1太阳同步卫星开头此外，多宗探测技术的集成日趋成熟，如雷达、多光谱成像与激光测高、GPS的集成可以同时取得经纬度坐标和地面高程数据，由于实时测图总之，随着遥感应用向广度和深度进展，遥感探测更趋于有用化、商业化和国际化.遥感应用的一个简洁例子大兴安岭森林火灾发生的时候，由于着火的树木温度比没有着火的树木温度高，它们在电磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更多的能量，这样，当消防指挥官面对着熊熊烈火担忧不已的时候，假如这时候正好有一个载着热红外波段传感器的卫星经过大兴安岭上空，传感器拍摄到大兴安岭四周方圆上万平方公里的影像，由于着火的森林在热红外波段七.遥感技术应用.资源调查与管理1）水体遥感水体遥感主要任务:通过遥感影像分析，获得水体的分布、泥沙、有机质等状况和水深、水温等要素的信息，对一个地区的水资源和水环境等作出评价，为水利、交通、航运及资源环境等部门供应决策服务
①水体光谱特性遥感器所接收到的辐射:水面反射光、悬浮物反射光、水底反射光和天空散射光
②水体界限确定水体反射率总体较低（4%〜5%）并随波长的增大渐渐降低，
0.6um处约2%~3%过了
0.75um水体几乎成为全汲取体在近红外的遥感影像:清亮的水体呈黑色区分水陆界线应选择近红外波段的影像
③水体悬浮物的确定一泥沙浑浊水体的反射波谱曲线整体高于清水随着悬浮泥沙浓度的增加，差别加大；波谱反射峰值向长波方向移动（“红移”）o清水
0.75um反射率接近零，而含有泥沙的浑浊水
0.93um反射率才接近于零；
④水体悬浮物的确定一叶绿素水体叶绿素浓度增加，蓝光波段的反射率下降，绿光波段的反射率增高；水面叶绿素和浮游生物浓度高时，近红外波段仍存在肯定的反射率，该波段影像中水体不呈黑色，而呈灰色甚至浅灰色2）植被遥感在高辨别率遥感影像上，不仅可以采用植物的光谱来区分植被类型，而且可以直接看到植物顶部和部分侧面的外形、阴影、群落结构等，可比较直接地确定乔木、灌木、草地等类型，还可以分出次一级的类型健康的绿色植物具有典型的光谱特征植物生长状况发生变化，波谱曲线形态也会转变3）土壤遥感通过遥感影像的解译，识别和划分出土壤类型，制作土壤图，分析土壤的分布规律，为改良土壤、合理采用土壤服务在地面植被稀有状况下，土壤的反射曲线与其机械组成和颜色亲密相关颜色浅的土壤具有较高的反射率，颜色较深的土壤反射率较低在干燥条件下同样物质组成的细颗粒的土壤，表面平滑且具有较高反射率，而较粗的颗粒具有相对较低的反射率土壤水的含量增加，会使反射率曲线平移下降，并有两个明显的水分汲取谷当土壤水超过最大毛管持水量时，土壤的反射光谱不再降低比没着火的森林辐射更多的电磁能量，在影像着火的森林就会显示出比没有着火的森林更亮的浅色调当影像经过处理，交到消防指挥官手里时，指挥官一看，图像上发亮的范围这么大，而消防队员只是集中在一个很小的地点上，说明火情逼人，必需立刻调遣更多的消防员到不同的地点参与灭火战斗.中国遥感技术的进展我们我国自1970年4月24日放射“东方红1号”人造卫星后，相继放射了数十颗不同类型的人造地球卫星，使得我们我国开展宇宙探测、通讯、科学试验、气象观测等争论有了自己的信息源1999年10月14日中国―巴西地球资源卫星CBERS—1的胜利放射，使我们我国拥有了自己的资源卫星在遥感图形处理方面，已开头从普遍采纳国际先进的商品化软件向国产化迈进在科技部、信息产业部的提倡下，国产图像处理软件从研制走向了商品化，并占有肯定的市场份额如photomapper等在遥感应用方面，我国将遥感列入重点攻关项目和“863”工程二.电磁辐射与地球的光谱特征.电磁波谱与电磁辐射
（1）基本概念1）波振动的传播如水波、声波、地震波等2）机械波振动的是弹性介质中的位移矢量3）电磁波电磁振源产生的电磁振荡在空间中的传播4）电磁波的特点
①不需要传播介质
②电磁波是横波，在真空中以光速传播
③满意波粒二象性
④波长与频率成反比，且两者之积为光速fXVco
⑤传播遇到气体、固体、液体介质时，会发生反射、投射、折射、汲取等现象5）电磁波谱依据电磁波波长的长短，依次排列成的图表称为电磁波谱
（2）电磁辐射的量度1）辐射源任何物体都是辐射源，既能汲取其它物体的辐射，也能向外辐射电磁波2）辐射能量电磁辐射的能量，单位J（焦耳）3）辐射通量单位时间内通过某一面积的辐射能量，单位Wo4）辐射通量密度单位时间内通过表面单位面积上的辐射通量5）辐照度被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量6）辐射出射度辐射源物体表面单位面积上的辐射通量7）辐射亮度辐射源在某一方向，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量8）黑体辐射定律
①普朗克公式描述黑体辐射出射度与温度、波长等的关系
②斯蒂芬―玻尔兹曼定律2/1c
③维恩位移定律〃2（%丁）=物体的放射率是温度和波长的函数，且与种类、物理状况（如粗糙度、颜色等）等有关依据放射率和波长的关系，辐射源可分为:
①黑体£入=£=1
②灰体£入=£=常数＜1
③选择性辐射体£入＜1且随波长而变基尔霍夫定律即物体的放射率等于该物体的汲取率.太阳辐射及大气对辐射的影响1）太阳辐射源太阳是太阳系唯一的恒星，它集中了太阳系
99.865%的质量太阳是一个酷热的气体星球，没有固体的星体或核心太阳能量的99%是由中心的核反应区的热核反应产生的太阳中心的密度和温度极高太阳大气的主要成分是氢（质量约占71%）与氢（质量约占27%）o2）大气成分组成
①永久气体氮气、氧气、COZ、惰性气体、氢气、甲烷等
②浓度可变的气体水蒸气、臭氧、SO
2、氨气等
③固体和液体微粒3）大气垂直分层（大气结构）电离层距地面85km直到几百千米的范围均为热电离层，温度范围为500K到2000K平流层在平流层最下面直到20km的高度之内，温度几乎为常数对流层厚约为10km温度随高度的增加而降低4）大气辐射衰弱的缘由反射、汲取、散射大气汲取17%散射22%反射30%其余31%太阳辐射到达地面5）散射
①瑞利（Rayleigh）散射当大气中粒子的直径比辐射波长小得多时发生的散射;散射强度与波长的四次方成反比
②米氏散射当大气中粒子的直径与波长相当时发生的散射；散射强度与波长的二次方成反比
③非选择性散射当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射；散射强度与波长无关6）汲取作用大气汲取电磁辐射的主要物质是水、二氧化碳和臭氧7）反射作用云量越多、云层越厚，反射越强8）折射作用折射率与大气密度有关，密度越大折射率越大.地球的辐射与地物波谱特征1）太阳辐射与地表的相互作用
①温度为300K的黑体，其电磁辐射的波长范围是
2.5~50um（）
②地球表面的放射辐射能量集中于近红外波段和热红外波段；在热红外波段，地球的放射辐射能量远远大于太阳的电磁辐射能量，通常称地球的放射辐射为热辐射
③地球表面的热辐射（能量）与自身的放射率、波长、温度有关2）地物波谱特征在可见光与近红外波段，地表物体自身的热辐射几乎等于零所以地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主到达地面的太阳辐射能量二反射能量+汲取能量+透射能量
①反射率物体反射的辐射能量々，占总入射能量用的百分比
②物体的反射镜面反射、漫反射和实际物体的反射三.遥感成像原理与遥感图像特征遥感平台是搭载传感器的工具在遥感平台中，航天遥感平台目前进展最快、应用最广依据航天遥感平台的服务内容可以将其分为气象卫星系列、陆地卫星系列和海洋卫星系列.气象卫星概述第一代:20世纪60年月TIROS、ESSA、NimbusATS其次代:1970-1977年ITOS-
1、SMS、GOES、GMS、Meteosat第三代1978年以后NOAA系列我们我国的气象卫星进展较晚“风云一号”气象卫星（FY-1）是中国放射的第一颗环境遥感卫星其主要任务是猎取全球的昼夜云图资料及进行空间海洋水色遥感试验.气象卫星特点1）轨道气象卫星的轨道分为两种低轨和高轨高轨气象卫星轨道高度36000公里信息采集时间周期约20分钟辨别率
1.25〜5公里主要应用领域全球性大气环流；全球性天气过程低轨气象卫星轨道高度36000公里信息采集时间周期约20分钟辨别率
1.25〜5公里主要应用领域全球性大气环流；全球性天气过程2）短周期重复观测3）成像面积大，有利于获得宏观同步信息，削减数据处理容量4）资料来源连续、实时性强、成本低.陆地卫星系列1）陆地卫星（Landsat）轨道:太阳同步的近极地圆形轨道重复掩盖周期1618天图象掩盖范围185*185km（Landsat7185*170km）Landsat上携带传感器空间辨别率不断提高，从80nl到30m到15m2）法国SPOT卫星系列地球观看卫星系统由瑞典、比利时等我国参与，由法国我国空间争论中心（CNES）设计制造1986年放射第一颗，到2002年已放射5颗特点太阳同步圆形近极地轨道高度830km掩盖周期26天扫描宽度60（X60）公里主要传感器2台HRV空间辨别率全色10明多光谱20nl能满意资源调查、环境管理与监测、农作物估产、地质与矿产勘探、土地采用、测制地图及地图更新等多方面需求SPOT卫星系列优势特征卫星搭载的传感器具有倾斜（侧视）力量信息猎取的重复周期一般地区3〜5天；部分地区达到1天3）中巴地球资源卫星CBERS我们我国第一颗地球资源遥感卫星（又称资源一号卫星）在太原卫星放射中心胜利放射CBERS卫星特点太阳同步近极地轨道，轨道高度778km卫星重访周期26天携带的传感器的最高空，间辨别率是
19.5m4）高空间辨别率陆地卫星（IKONOS、QUICKBIRD等）.摄影成像数字摄影是通过放置在焦平面的光敏元件，经过光电转换，以数字信号来纪录物体的影像依据探测波长的不同，可分为近紫外摄影、可见光摄影、红外摄影、多光谱摄影等1）摄影机分类
①分幅式一次曝光得到目标物一幅像片；镜头:常角、宽角和特宽角
②全景式分为缝隙式和镜头转动式对可见光遥感，摄影机外壳只需是不透光材料，对红外摄影，只能用金属材料镜头则需依据摄取的波段选择材料
③多光谱摄影机多相机组合、多镜头组合、光束分别型可同时直接猎取可见光和近红外范围内若干个分波段影像2）摄影像片的几何特征依据摄影机主光轴与地面的关系，可分为垂直摄影和倾斜摄影
①垂直摄影像片的几何特征L像片的投影中心投影中心投影与垂直投影的区分
（1）投影距离的影响
（2）投影面倾斜的影响
（3）地形起伏的影响
②摄影胶片的物理特性感光度指胶片的感光速度胶片感光度高，在光线较弱时也能便利摄影反差指胶片的光明部分与阴暗部分的密度差灰雾度未经感光的胶片，显影后仍产生稍微的密度，呈浅灰色，故称灰雾宽容度指胶片表达被摄物体亮度间距的力量解像力通常称为感光胶片的辨别力
③常用的遥感摄影胶片.黑白摄影胶片□色盲片，□正色片，□分色片，□全色片，□红外黑白片.自然彩色胶片.红外彩色片.扫描成像扫描成像是依靠探测元件和扫描镜对目标物体以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样以得到目标地物电磁辐射特征信息，形成肯定谱段的图像其探测波段可包括紫外、红外、可见光和微波波段1）光/机扫描成像光机扫描的几何特征:取决于瞬时视场角、总视场角进行扫描成像时，总视场角不宜过大，否则图像边缘的畸变太大通常在航空遥感中，总视场角取70〜120光机扫描仪可分为单波段和多波段两种多波段扫描仪的工作波段范围很宽，从近紫外、可见光至远红外都有多波段扫描仪地面物体的辐射波束扫描反射聚焦分光再聚焦到感受不同波长的探测元件上2）固体自扫描成像固体扫描是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标进行扫描的一种成像方式用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的成像方式目前常用的探测元件是电荷耦合器件CCD3）高光谱成像扫描对遥感而言，在肯定波长范围内，被分割的波段数愈多，即波谱取样点愈多，愈接近于连续波谱曲线，因此可以使得扫描仪在取得目标地物图像的同时也能猎取该地物的光谱组成这种既能成像又能猎取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术称为成像光谱技术按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪高光谱成像光谱仪□图像由多达数百个波段的特别窄的连续的光谱波段组成光谱波段掩盖了可见光，近红外，中红外和热红外区域全部光谱带多采纳扫描式或推帚式，可以收集200或200以上波段的数据图像中的每一像元均得到连续的反射率曲线.微波遥感与成像在电磁波谱中，波长在Imm〜1m的波段范围称微波微波遥感是指通过微波传感器猎取从目标地物放射或反射的微波辐射，经过判读处理来识别地物的技术1）微波遥感的特点
①全天候、全天时的信息猎取力量
②对某些地物的特别识别力量如水和冰（微波波段放射率的差异）
③对冰、雪、森林、土壤（尤其对干燥、松散物质）有肯定的穿透力量
④相宜对海面动态状况（海面风、海浪）进行监测2）微波遥感方式和传感器
①主动微波遥感是指通过向目标地物放射微波并接受其后向散射信号来实现对地观测遥感方式主要传感器是雷达雷达意为无线电测距和定位其工作波段大都唉微波范围雷达是有放射机通过天线在很短时间内，向目标地物放射一簇很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接受目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器不同物体，回波信号的振幅、相位不同，故接收处理后，可测出目标地物的方向、距离等数据
②被动微波遥感是指通过传感器，接收来自目标地物放射的微波，而达到探测目地的遥感方式3）遥感图像的特征目标地物一一传感器一一遥感图像一一遥感图像处理空间辨别率一一几何特征一一目标地物的大小、外形及空间分布光谱辨别率（辐射辨别率）一一物理特征一一目标地物的属性特点时间辨别率一一时间特征一一目标地物的变化动态特点
①空间辨别率/地面辨别率图像的空间辨别率指像素所代表的地面范围的大小扫描成像一一像元扫描仪瞬时视场所对应的地面实际大小摄影成像----线对/米（线对:能辨别的地物的最小距离）
②波谱辨别率指传感器在接收目标辐射的波谱时能辨别的最小波长间隔传感器的波段选择须考虑目标的光谱特征值，才能取得好效果
③辐射辨别率指传感器接收波谱信号时，能辨别的最小辐射度差在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级
④时间辨别率卫星的掩盖周期、重访周期重复获得同一地区的最短时间间隔（留意和卫星运行周期的区分）四.遥感图像处理
1.光学原理与光学处理电磁波谱中
0.38〜
0.76呷波段能够引起人的视觉1）颜色视觉
①视觉特征亮度对比（反差）视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比颜色对比（色差）视场中相邻区域的颜色差异
②颜色性质的描述明度（lightness）人眼对光源或物体光明程度的感觉（与物体的反射率有关）色调（hue）指颜色的差异（与视觉接收到的波长有关）饱和度（saturation）指颜色纯净的程度（与色光中是否混有白光以及白光占有的比例）
③颜色立体为了形象的描述颜色特性之间的关系，通常用颜色立体来表现一种抱负化的示意关系中间轴代表明度，从底端到顶端，由黑到灰再到白明度渐渐递增2）加色法与减色法互补色若两种颜色混合产生白色或者黑色，这两种颜色就称为互补色三原色若三种颜色，其中任一种都不能由其余两种混合相加产生，这三种颜色按肯定比例混合，可以形成各种色调的颜色，称之为三原色红、绿、蓝为最优的三原色.数字图像数字图像是指能够被计算机存储、处理和使用的图像遥感数据的表示既有光学图像也有数字图像光学图像又称为模拟量，数字图像又称为数字量，它们之间的转换称为模/数转换，记做A/D转换1）数字图像的来源
①遥感卫星地面站（气象卫星接收站）供应计算机兼容的数字磁带，输入计算机图像处理系统，形成数字图像
②纪录在胶片上的影像（模拟图象）在专用设施上进行数字化2）图像的数字化把模拟图像分割成同样外形的小单元，进行空间离散化处理叫采样（sampling）以各个小单元的平均亮度值或中心部分的亮度值作为该单元的亮度值，为亮度值的离散化处理，即量化（quantization）3）遥感数字图像表示方式数字图像（数字化）图像，是一种以二维数组（矩阵）形式表示的图像或者称为相应区域内地物电磁辐射强度的二维分布将地球表面肯定区域范围内的目标地物纪录在一个二维数组（或二维矩阵）中
①像素（像元）是遥感数字图像最基本的单位，成像过程的采样点，计算机图像处理的最小单元
②像素具有空间特征和属性特征空间特征地理位置的信息属性特征采纳亮度值来表达4）数字图像的优点便于计算机处理与分析图像信息损失低抽象性强5）依据波段数量，遥感数字图象分类
1.二值数字图象
2.单波段数字图象
3.彩色数字图象
4.多波段数字图象.数字图像校正一一辐射校正进入传感器的辐射强度反映在图像上就是亮度值（灰度值）辐射强度越大，亮度值越大该值主要受两个物理量影响一是太阳辐射照耀到地面的辐射强度，二是地球的光谱反射率。
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