遥感概论教学案

一、学生情况分析遥感概论这门课是土管14级本科班学生首次接触遥感知识的根基课程，之前对于遥感知识的理论内容从未涉及，只在大一时期学习过土地信息系统课程中数据源遥感图像，如遥感的物理根基、遥感数据平台、光学电磁波的内容均尚未涉及该专业的培养方案注重学生的地理信息技能人才，本课程应按照培养方案的培养目标，启发和调动本专业同学对遥感知识的兴趣，开拓地理知识，激发同学空间研究潜力，为遥感学科储藏人才

二、课程教学目标本课程的主要目的是通过学习使学生掌握遥感的根基知识，在内容上着重于遥感基本原理和方法的介绍《遥感概论》课程主要介绍现代遥感技术的开展与最新成果，系统、全面地介绍遥感基本理论与根基知识和遥感技术的基本原理及其应用教学内容主要包括遥感的基本概念，遥感的物理根基，传感器，航空遥感数据，地球资源卫星数据，微波遥感数据，热红外遥感数据，高光谱遥感数据，遥感数字图像处理根基，遥感数据预处理，遥感图像处理，遥感图像目视解译原理与方法，计算机遥感图像解译，遥感应用等通过本课程的学习，可以为后续其它课程的学习打下良好的根基

三、课程教学内容第一章概述主要内容遥感概念、遥感的特性、遥感的分类、遥感技术系统、遥感的几个基本术语、遥感的开展历程、遥感的现状与趋势、遥感的应用本章重点掌握遥感概念、遥感的特性，基本了解遥感的几个基本术语以及遥感应用本章无难点第二章遥感电磁辐射根基主要内容对电磁波谱进展介绍，了解辐射的基本定律，以及太阳辐射过程，掌握太阳辐射与大气、地面的相互作用，同时介绍了三种遥感模式本章重点掌握太阳辐射与大气、地面的相互作用本章难点辐射的基本定律，太阳辐射过程第三章传感器主要内容了解传感器的组成、传感器的分类，掌握摄影型传感器以及扫描式传感器的知识，了解传感器的开展趋势本章重点摄影型传感器以及扫描式传感器，以及常见的扫描式传感器本章难点传感器的构造及运行原理第四章航空遥感数据主要内容了解航空遥感平台、航空摄影、航空像片的基本知识，及航空像片的立体观测和量测原理，掌握航空像片的目视判读方法，熟练掌握常见地物的像片判读知识本章重点常见地物包括水体、植被、居民地、道路的判读规律本章难点立体观测与量测的原理第五章地球资源卫星数据无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其特点是散射强度与波长无关5大气反射电磁波传播过程中，假设通过两种介质的交界面，还会出现反射现象（镜面反射和漫反射）主要是大气中的云层，大的尘埃云量越多、云层越厚，反射越强6大气窗口通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的电磁波段也就是能够为遥感所利用的波段.太阳辐射与地面的相互作用概念地面物体类别不同，其反射、发射电磁波谱的特性和特征也不尽一样这些特征和特性就称之为地物波谱特征反射率p P=Pp/POxlOO%o物体反射的辐射能量Pp占总入射能量P的百分比不同物体的反射率是不一样的这主要取决于物体外表的性质因此地物波谱特征是整个遥感的根基反射率的特性不同物体的反射率不同；地物在不同波段的反射率是不同的；反射率是可以测定的；反射率也与地物的外表颜色、粗糙度和湿度等有关植被在可见光波段有一个小的反射峰，在近红外波段有一突起峰值，叶绿素对绿色反射作用强，对红色和兰色吸收强，因此常处理为红色反射光谱曲线以波长作为横坐标，反射率作为纵坐标，将地物反射率随波长的变化绘制成曲线，即地物的反射率随波长变化的曲线，叫地物的反驰光湾的线不同地物的该曲线是不同的.常见地物的光谱曲线1植被光谱曲线呈现明显的双峰双谷的特点2水体光谱曲线水体的反射率总体很低，小于10%远低于其他大多数地物因此，遥感影像上水体或湿地都呈现为深色调甚至黑色3土壤光谱曲线土壤外表反射光谱曲线都对比平滑，没有明显的峰谷土质越细反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低4岩石光谱曲线岩石的反射光谱曲线都较平缓，没有明显的波段起伏受矿物成分、矿物含量、风化程度、含水状况、颗粒大小、外表光滑程度、色泽等影响，反射率的值相差很大.透射作用太阳辐射到达地面时，能穿透地面一定深度，这种现象叫透射自然界绝大多数地物对可见光没有透射能力红外线只对具有半导体特性的地物，才有一定的透射能力微波对地物具有明显的透射能力，其透射深度由入射微波的波长决定水体对可见光波段的电磁波透射能力较强.三种遥感模式依据传感器探测能量的波长和研究需要1可见光/近红外遥感传感器记录地球外表反射太阳辐射的能量，此类遥感主要集中在可见光和近红外波段2热红外遥感传感器记录地表自身所发射的辐射能量，此类遥感主要集中在热红外波段0主动遥感传感器自身发射出能量，然后探测并记录地表对该能量的反射第三讲传感器

一、教学目标.掌握传感器的组成、分类知识.了解传感器的开展趋势

二、重点与难点分析.重点掌握传感器的分类情况及各类传感器的根基知识，摄影型传感器、扫描式传感器，以及常见的扫描式传感器.难点各类传感器运行原理及其数据获取的成像原理和方式

三、教学内容与教学过程L传感器的组成传感器基本上都由收集器、探测器、处理器、输出器等4局部组成传感器对电磁波波段的响应能力、空间分辨率及图像的几何特性、传感器获取地物电磁波信息量的大小和可靠程度等性能决定了遥感的能力收集器收集来自目标地物的电磁波能量如航空摄像机的透镜、扫描仪的反射镜等对于多波段，还需要进展分光处理，即把光分解成不同波长的波段范围探测器将收集的辐射能转变成化学能或电能如摄影感光胶片、光电晶体管等光敏探测元件和热敏探测元件处理器将探测后的化学能或电能等信号进展处理如胶片显影及定影、电信号的放大处理、滤波、调制、变换等输出器输出获得的图像、数据如摄影胶片、磁带记录仪、扫描仪等2•传感器的分类传感靠的种类很多，分类的方式也多种多样，常见以下几种1按传感器工作方式可分为主动式和被动式传感器如合成孔径雷达和摄影相机、多光谱扫描仪；2按传感器记录方式可分为成像方式和非成像方式传感器成像方式的传感器把地物的电磁波能量强度用图像的形式表示，如航空摄像机、扫描仪、成像光谱仪和成像雷达；非成像方式的传感器把所探测到的地物电磁波能量强度用数字或曲线图形表示，如辐射计、红外辐射计、微波辐射计等；3按成像原理和所获取图像的性质不同，分为摄影方式、扫描方式和雷达传感器等摄影方式按感光胶片性质不同分为黑白、彩色、红外、彩红外和多波段摄影等；扫描方式按扫描成像的方式分为光机扫描仪、推帚式扫描仪和成像光谱仪；雷达按天线形式又分为真实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达.摄影型传感器常用的航空摄影机常见的摄影机有分幅式摄影机、全景式摄影机、多光谱摄影机、数码摄影机A.分幅式摄影机一次曝光得到目标物一幅相片，主要用于遥感探测和制图视场角:以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物象可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角常角50°-70°；宽角70-105；特宽角105-135视场角愈大，地面覆盖范围愈大焦距:也称为焦长，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜中心到光聚集之焦点的距离亦是照相机中，从镜片光学中心到底片、CCD或CMOS等成像平面的距离具有短焦距的光学系统比长焦距的光学系统有更佳聚集光的能力短焦距＜100mm；中焦距100-200mm航空摄影机的焦距:150mm；长焦距＞200mm航天摄影机的焦距300mm甚至＞1000mm像幅:像片的构像幅面尺寸通常575pxx575Px和450Pxx450px；小相幅60mmx60mm；大相幅575pxxl150pxo光学分辨率:指扫描仪物理器件所具有的真实分辨率遥感摄影机镜头中心的光学分辨率通常在70-100线对/mm摄影机的焦距和光学分辨率是决定摄影像片质量和性能的关键因子B.全景式摄影机又称扫描式摄影机缝隙式摄影机通过焦平面前方设置的与飞行方向垂直的狭缝快门获取横向的狭带影像；镜头转动式摄影机一种是转动镜头的物镜狭缝设在物镜筒的后端，随着物镜筒的转动，在前方弧形胶片上聚焦成像，另一种是用棱镜镜头转动、连续卷片成像C多光谱摄影机多相机组合型将几架相机同时组装在一个平台上，每架相机配置不同的滤光片和胶片，用以获取同一地物不同波段的影像多镜头组合型在同一架相机上装置多个镜头，配置不同波长的滤光片，在一张大胶片上拍摄同一地物不同波长的影像光束别离型用一个镜头，通过二向反射镜或光栅分光，将不同波段在个像平面或焦平面上记录影像可同时直接获取可见光和近红外范围内假设干个分波段影像D.数码摄影机一次曝光得到目标物一幅像片，记录介质为光敏电子器件，如CCD（ChargeCoupledDevice电子耦合装置）可同时直接获取可见光和近红外范围内假设干个分波段影像目前较新型的航摄仪还带有GPS自动导航和GPS控制的摄影系统，它能自动控制飞机按预先设计的航线飞行和控制摄影机按时曝光，并能及时记录曝光时刻的摄站坐标，精度约为250px

（4）航空摄影机需解决的问题a）由于外界真空和摄影机大气之间的差异，会造成窗口变形再者舱内的合成材料挥发出的沉淀物，会附着于窗口上，降低图像质量必须选择外表质量、光学均匀性和抗弯强度极好的玻璃作为窗口，并有去除窗口污染的装置；b）摄影机在空间摄影地区的地理经纬度相差很大，太阳高度角各不一样，且不同地区的地物反射能力也不尽一样为了随时得到适宜的曝光量，必须装备自动暴光控制装置；c）摄影机在空间工作时的环境温度变化〔如卫星向阳和背阳会使相机内部温差大〕，会直接影响光学系统的性质，改变焦面位置和胶片灵敏度，如温度变化而导致内压力变化，使物镜焦面产生变化，使胶片溶剂挥发产生静电现象和导致窗口结晶等控制窗口内适宜的温度、压力和湿度，尽量减少这些因素对空间摄影机光学系统的影响；d）由于星体的快速移动、平台高度大，须采用高感光度的胶片；e）为了补偿胶片变形，一般带有格网摄影.扫描式传感器由于受胶片感光范围的限制，摄影像片一般仅能记录波长在l.lum以内的电磁波辐射能量另外，由于在航天遥感时采用摄影型相机的卫星所带的胶片有限这类遥感卫星工作寿命也较短扫描方式:探测可见光至红外线，并用专门的光敏或热敏探测器把收集到的地物电磁波能量变成电信号记录下来，之后通过无线电向地面发送，来实现遥感信息的实时传输扫描成像:探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进展的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特征信息，形成一定谱段的二维图像

（1）常见的扫描式传感器光机扫描仪、推帚式扫描仪〔CCD固体扫描仪）、高光谱传感器、侧视雷达传感器扫描成像可探测波段包括紫外、红外、可见光和微波波段扫描成像的方式别离探测器和扫描镜的光/机扫描成像；线性阵列的固体自扫描成像；线阵或面阵高光谱成像光谱扫描成像A.光机扫描仪光机扫描仪是借助于遥感平台沿飞行方向运动和传感器本身光学机械横向扫描到达地面覆盖、得到地面条带图像的成像装置主要有多光谱扫描仪（MSS）和红外扫描仪两种，它们主要由收集器、分光器、探测器、处理器和输出器等几局部组成依靠机械传动装置使镜头摆动，通过遥感平台的运动，形成对目标地物的逐点、逐行扫描然后，探测元件把承受到的电磁波能量转换成电信号，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扫描仪可分为单波段和多波谱两种工作原理:扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运动而摆动，依次对地面进展扫描，地面物体的辐射波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开，再聚焦到感受不同波长的探测元件上B.推帚式扫描仪推帚式扫描仪是把多CCD探测元件按线性排列方式，装置成与卫星前进方向垂直，而且探测元件的数目等于扫描线上的像元数，沿卫星前进方向推帚式扫描成像CCD扫描仪按其探测器的排列形式不同，分为线阵列扫描仪和面阵扫描仪两种固体自扫描成像用固定的探测元件，通过遥感平台的运动，对目标地物进展扫描的一种成像方式探测元件一般采用电子藕合器件（CCD）是一种用电荷量表示信号大小用耦合方式传输信号的探测元件具有感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、灵敏度高、动耗小、寿命长、可靠性高等优点；探测元件数目越多，体积越小，分辨率就越高电子藕合器件CCD逐步替代光学机械扫描系统C.高光谱传感器多波段扫描仪（MSS、TM）将可见光和近红外波段分割成几个到十几个波段，较摄影遥感〔单波段或少量波段）有许多优势但是十分有限的波段、较宽的波段间隔均难以真实地反映地物的光谱反射特性的细微差异成像技术和光谱技术是两门不同的科学技术，前者针对目标的空间维信息，而后者针对的是光谱维信息传统的多光谱遥感可以获得观测目标的面上信息，即空间信息，但仅能获得少数几个离散波段的光谱信息；另一方面，以超精细光谱分辨率为特点的地面光谱辐射计虽然能获得目标详尽的光谱信息，但只能进展点上的光谱测量，无法成像成像光谱技术将传统的二维成像遥感技术与光谱技术有机地结合在一起，有效地解决了传统科学领域“成像无光谱〃和“光谱不成像的矛盾〃高光谱成像扫描仪的特点高光谱成像仪是遥感进展的新技术，其图像是多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成，光谱波段覆盖了可见光、近红外、中红外和热红外区域全部光谱带；光谱仪成像时多采用扫描式和推帚式，可以收集200或200以上波段的数据使图像中的每一像元均得到连续的反射率曲线，而不像其他一般传统的成像光谱仪在波段之间存在间隔D.侧视雷达传感器侧视雷达（sidelookingradar）属于主动式遥感传感器成像时雷达本身发射一定波长的电磁波波束，然后接收该波束被目标地物发射回的信号，从而探测目标地物的特性侧视雷达发射的波长主要在微波范围内，因此雷达图像又叫微波图像侧视雷达分为真实孔径侧视雷达（SLAR）和合成孔径侧视雷达（SAR）两种通过传感器，获取目标地物在1mm—1m光谱范围内发射或反射的电磁辐射以此为依据，通过判读处理来识别地物的技术微波遥感的分类

（1）主动微波遥感通过向目标地物发射微波并承受起其后向散射信号，以此为依据，通过判读处理来识别地物的技术主要传感器为雷达、侧视雷达和合成孔径雷达（2〕被动微波遥感通过传感器〈微波辐射计〉，承受地面目标反射或发射的微波信息，以此为依据，通过判读处理来识别地物的技术微波遥感的特点全天候、全天时，对地物有特殊的波谱特征〔地物外表、构造），准确的测量、外表穿透能力.传感器的开展趋势1）更高分辨率传感器2）更精细的光谱分辨率传感器3）多波段、多极化、多模式合成孔径卫星雷达传感器4）可进展立体观测和测量的传感器第四讲航空遥感数据

一、教学目标.掌握航空遥感平台的类型.掌握航空摄影的类型、航空像片的根基知识，以及掌握航空像片的立体观测与立体量测的原理.熟练掌握目视判读和像片判读的基本知识

一、，点j（隹，点.重点;“握就△目视判读的标志、方法和步骤，以及熟练掌握常见地物的像片判读.难点航空像片立体观察的原理，用立体镜像对立体观察，以及航片的立体量测原理

三、教学内容与教学过程航空遥感是指以飞机或气球为平台所进展的遥感航空遥感主要特点是灵活性大、资料回收方便、图像分辨率高，同时也不受地面条件限制L航空遥感平台航空遥感平台一般在海拔12km以下的大气平流层、对流层〕，主要包括气球和飞机两种气球:低空气球发送到对流层中的气球大多数可人工控制在空中固定位置上进展遥感用绳子拴着的气球叫系留气球，可升至地面上空5km处；高空气球发送到平流层中的气球大多是自由漂移的，可升至12〜40km飞机:按飞行高度不同，低空飞机高度在2000m以下利用它能获得大比例尺、中比例尺航空遥感图像直升飞机可以低至10m遥感实验时，飞机一般在1000〜1500m高度范围内飞行；中空飞机高度在2000〜6000m通常遥感实验时的飞行高度在3000m以上一般用它获得中小比例尺的航空遥感图像;高空飞机高度在12000〜30000m有人驾驶机飞行高度一般在12000m左右，无人机可达20000〜30000m高度

2.航空摄影航空摄影机是航空遥感的传感器，一般安装在飞机平台上，从空中对地面进展像片拍摄航空摄影机的种类主要有四种，即单镜头框幅航空摄影机、多镜头框幅航空摄影机、条带航空摄影机和全景航空摄影机其中以单镜头航空摄影机最为常用O•航空摄影的类型1按航摄倾角分类航空摄影机主光轴与通过镜头中心的铅垂线之间的夹角倾斜角小于3度的为垂直摄影，是获取航空遥感图像的主要方法倾斜角大于3度的为倾斜摄影2按摄影实施方式分类单片摄影单航线摄影航向重叠应到达60%面积摄影多航线摄影同向重叠60%-53%相邻重叠30%-15%3按感光片和波段分类普通黑白摄影，对可见光内的各色光都能感光，我国早期为测制国家基本地形图航摄方式；黑白红外摄影，对可见光、近红外感光，对水体植被反响灵敏，像片具有较高的反差和分辨率；天然彩色摄影，图像更清晰，提高了影像判读精度；彩色红外摄影，对可见光、近红外感光，色彩鲜艳，适合城市航空摄影4按比例尺分类大比例尺航空摄影所获像片比例尺大于1/10000用于小范围全面详细调查或专题调查编图，城市详细规划和大比例尺制图；中比例尺航空摄影像片比例尺为1/10000〜1/30000用于大范围普查和专题制图，城市综合调查等；小比例尺航空摄影像片比例尺为1/30000-1/100000；超小比例尺航空摄影比例尺为1/100000-1/250000o航空摄影测量航空摄影测量是应用光学原理，利用光学仪器通过有一定重叠率的像对来获得地物和地形的光学立体模型，并在此根基上进展立体测图包括单像的像片纠正和双像的立体测图航空摄影测量的作业分外业和内业，外业

①像片控制点联测

②像片调绘

③综合法测图，内业

①加密测图控制点

②测制地形原图航空摄影测量所用的测图方法主要有综合法、全能法、分工法〔微分法）航空扫描成像航空扫描成像主要指在航空平台上以扫描方式进展的成像包括雷达扫描成像、热红外扫描成像、多光谱扫描成像以及高光谱扫描成像3航空像片航空像片的物理特性是指航空像片的色调或色彩、灰阶、亮度系数等，主要由地物的反射特性和感光材料的感光特性决定的航空像片的物理特性

（1）地物反射特性航空像片上物体的色调，主要取决于摄影时的照度和物体对入射光的反射率摄影时照度越大，地物反射率越高，地物亮度就越大，像片的色调就越浅一般用亮度系数来表示地物的反射率大小亮度系数（P）是指在一样照度条件下，某物体外表亮度［B）与绝对白体〔全白的物体〕理想外表亮度（Bo）之比，即P=B/Boo物体的亮度系数不同，在像片上反映为色调的差异一般亮度系数大，像片上的色调浅；亮度系数小，其色调就深亮度系数有以下几个特点.物体的亮度系数变化范围很大；.同种物体，由于干湿程度的不同，其亮度系数也不同，潮湿的物体亮度系数小，枯燥的物体亮度系数大；.外表粗糙的物体比外表光滑的物体亮度系数小；.物体的亮度系数与颜色有关通常白色物体为白色，黑色物体为黑色；.性质完全不同的物体也可能具有一样的亮度系数

（2）感光材料的特性感光材料（胶片或印像纸）主要是由感光乳剂层和片基构成普通黑白胶片一般是全色片，它能感受全部可见光（但对绿光感受较差）黑白红外胶片的感光层中含有感受红外光的物质，能直接记录人眼看不见的近红外光彩色胶片是由对蓝、绿、红三种波长分别敏感的三层乳剂组成，能感受全部可见光，形成天然彩色像片彩色红外胶片是由对绿、红、近红外三种波长分别敏感的三层乳剂组成，能感受可见光•近红外波段，形成彩色红外像片，其颜色与天然彩色像片不同，其中植被为红色感光度感光的快慢程度反差感光材料最大光学密度与最小光学密度之差，也称为黑白差分辨率对景物细微局部的表现能力，通常用一毫米宽度内能够清楚地识别出黑、白相间的平行线对数来表示感光特性曲线对于同一种感光材料，在同一标准光源下，同一距离作不同时间的曝光，经过一样条件的摄影处理，一起测定感光片的密度值ab不受曝光量影响，称为灰雾密度，b为初感点be为曝光缺乏局部，密度增加与曝光量对数的增加不成正比，影像黑白比例与景物的阴暗差异不一致cd段为直线，为正确曝光，密度增加与曝光量对数的增加成正比，影像黑白比例与景物的阴暗差异一致，摄影时应使曝光量对数处于cd段de段为曝光过度局部，e点的密度最大，ef段曝光量增加，密度降低，成为影像反转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■航空像片的几何特性1航空像片属于中心投影中心投影是物体通过物镜中心投射到承影面上，形成透视影像2航片的特征点线在一般条件下，绝对水平的像片是很少的，一般航空像片总会有倾斜3像点位移地形的起伏和投影面的倾斜会引起航片上像点位置的变化，叫像点位移因地形起伏引起的像点位移，又称投影差；因像片倾斜引起的像点位移，又称倾斜误差由于地形起伏的影响地面点在中心投影像片上的像点位置相对水平面上的位置对比产生了位移这就是因为地形起伏的像点位移，也称为投影误差投影差〕投影差像点位移规律1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2〕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，像片中心局部位移量较小像主点无位移3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因航空摄影时，像面未能保持水平，即因投影面倾斜，而使航片上像点的位置发生变化，这种因像片倾斜引起的像点位移，称为倾斜误差倾斜误差的方向是在像点与等角点的连线上；倾斜误差与像点距等角点距离的平方成正比；当gO或gl80时，a=0即在等比线上的像点不因像片倾斜而产生位移；像片边缘的倾斜误差是相当大的，因此尽可能地使用像片中心局部通常使用的水平像片，误差主要来源于地形起伏，像片边缘局部误差大工作中一般只使用像片的中间局部，为航片的使用面积4像片的比例尺航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比，称为像片比例尺在平坦地区，像片的比例尺处处一致，像片比例尺等于焦距f与航高H之比，即1/M=f/Ho由于实际地形起伏不平，水平像片比例尺的一般公式应为1/M=f/HO土h〔h为地面点与基准面的高差〕■航片分辨率航空像片的分辨率主要取决于航空摄影机镜头分辨率和感光乳剂的分辨率，但地景的反差、大气的光学条件、飞机的平稳程度，以及曝光正常和显影等，都会影响航片的分辨率衡量航空像片分辨率大小的指标有两种地面分辨率（GRD）和每毫米线对［LPM）o空间分辨率最简单的度量指标就是地面分辨距离（GRD〕，地面分辨距离定义为影像所记录的最小目标物的大小每毫米线对（LPM）是一种用标准化分辨目标测算影像分辨率的方法它是在地面安置一个分辨率标准目标，在特定的时间由遥感系统记录下来后量测地面分辨距离（GRD）在航空摄影中，量测得到的每毫米线对（LPM）分辨率，可以转换为地面分辨距离

4.航空像片的立体观测与立体测量♦立体观察原理用光学仪器或肉眼对一定重叠率的像对进展观察，获得地物和地形的光学立体模型，称为像片的立体观察，它的原理是根据人对物体的双眼观察双眼观察立体的原理

（1）眼睛的构造相当于一架能自动调节焦距和光圈的摄像机；

（2）立体的形成取决于双眼观察♦像对立体观察像对立体观察是指用双眼对相邻两摄影站对同一地区摄取的两张像片进展观察，而生成空间光学立体模型的观察过程立体观察必须满足以下条件L必须是由不同的摄影站对同一地区所摄影的两张像片；.两张像片的比例尺相差不得超过16%；.两眼必须分别各看两张像片上的相应影像，即左眼看左像，右眼看右像；.像片所安放的位置，必须能使相应视线成对相交，相应点的连线与眼基线平行♦用立体镜进展像对立体观察立体镜的构造用立体镜进展像对立体观察时，首先要将像片定向然后将立体镜放在像对上，使立体镜观察基线与像片基线平行同时用左眼看左像，右眼看右像♦航片的立体量测

（1）像点的坐标根据像对构成的立体模型，可以用来测量地形像点间的高差立体量测时:两像片的坐标轴是共同的，通常将像主点作为坐标系的原点，X轴是两张像片上像主点的连线，y轴是通过像主点垂直于X轴的直线，每一个立体像对中，都具有一个横坐标轴x和两个纵坐标轴y和/0x值在像主点右边为正，左边为负；y值在像主点上边为正，下边为负

（2）像点的高差与左右视差的关系像对上同名地物点的横坐标差称为左右视差

（3）用视差杆量测左右视差较视差杆是反光立体镜的主要附件，也叫视差测微尺.航空像片的目视判读•判读标志1形状任何地物都具有一定的几何形状，由于地物各局部反射光线的强弱不同，在像片上反映出相应的形状航空像片上地物影像的形状是地物的顶部形态2大小地物影像的〔尺寸）大小，不仅能反映地物的一些数量特征，而且还能据此判断地物的性质要正确判定地物的大小，必须了解像片的比例尺一般量测像片上影像大小的方法和地形图上一样3色调/色彩色调是地物电磁辐射能量在影像上的模拟记录，在黑白影像上表现为灰度，在彩色影像上表现为色彩黑白影像上根据灰度差异划分为一系列等级，称为灰阶一般情况下从白到黑划分为1级，也有分为15级或更多的彩色影像上人眼能分辨出的彩色在数百种以上，常用色别、饱和度和明度来描述影响地物色调/色彩的因素包括物质构造组成、含水性、传感器的接收波段、感光材料特性、摄影季节和时间、洗印技术等因素一般物体颜色浅者，则像片色调较淡；反之则暗一般物体外表的平滑而具有光泽者，则反射光较强，影像色调较淡；物体外表粗糙者，则反射光弱而影像色调较暗4阴影地物的阴影可分为本身阴影和投落阴影两局部本身阴影〔简称本影）是地物本身未被阳光直接照射到的阴暗局部的影像；投落阴影〔简称落影）是在地物背光方向上地物投射到地面的阴影在像片上的构像有助于获得地物立体感，对于地质、地貌判读很有用5组合图案当地物较小或像片比例尺较小时，能构成一种特殊纹理的组合图案由于判读标志具有可变性和局限性，需反复认真解译和野外比照检验，并选取一些典型像片为判读标志的依据•判读方法应遵循先整体后局部，从到未知，先易后难，由宏观到微观的原则进展直接判定法依据判读标志，直接识别地物属性比照分析法将像片上待判别的影像，与地物类别的影像或标准航片，以及区域各种地物类别的地图或专题地图进展对比，以判定该地物的性质和类别量测法地物的数量特征，是通过仪器量测计算求得逻辑推理法利用各种现象之间的关系，依照专业逻辑推理进展的判读利用河流的移动来判读地壳的升降历史比照法利用不同时间重复成像的航片加以比照分析，从而了解地物与自然现象的变化情况•航片的目视判读步骤准备工作

①资料准备

②工具材料准备（立体镜、放大镜、直尺、比例规、透明纸〕

③熟悉地理概况

④圈定像片使用面积

⑤像片镶嵌图的制作〔手工制作、计算机镶嵌制作，像片平面图消除倾斜误差，并把投影差限制在制图精度范围内，统一了各张像片的比例尺）；室内判读制定出统一的分类系统，并选择或典型地区，建设其判读标志；野外校核

①解决判读中的疑问和错误

②建设解译标志

③检验和评价解译结果；成图与总结采用网格法或目估法手工绘图，目前用GIS软件输出图层.常见地物的像片判读主要内容地球资源卫星的概述，主要讲解Landsat卫星的知识，包括简介、轨道、各项卫星参数、工作系统、数据特征等方面，同时介绍了卫星遥感数据的目视判读特点及方法步骤，及常见地物的判读规律，最后列举了其它地球资源卫星数据与气象卫星数据的数据特征本章重点Landsat卫星有关的内容，其它地球资源卫星与气象卫星数据的介绍本章难点Landsat卫星数据的数据特征、工作系统第六章微波遥感数据主要内容了解主动微波遥感的传感器，机载侧视雷达的遥感系统，以及星载雷达遥感系统的基本参数，掌握雷达的特点，了解激光雷达的基本知识本章重点雷达图像的亮度、波长、穿透力、极化及几何特性，图像的辐射特征本章难点雷达的特点第七章热红外遥感数据主要内容了解热红外遥感原理，热红外遥感图像特征与解译，热容量制图系统的简介，掌握LandsatTM热红外数据根基知识，热红外遥感数据的应用本章重点掌握LandsatTM热红外数据根基知识，热红外遥感数据的应用本章难点热红外遥感原理，热红外遥感的辐射定标第八章高光谱遥感数据主要内容了解高光谱遥感数据的概述，基本概念和高光谱遥感原理，了解高光谱遥感的传感器，掌握高光谱遥感影像分析技术原理及应用本章重点高光谱遥感影像分析技术，高光谱遥感的应用本章难点高光谱遥感原理及传感器工作原理，混合光谱分解技术第九章遥感数字图像处理根基主要内容掌握遥感数字数据各种存储格式，图像输入与输出，数字图像的统计特征，了解遥感图像的处理软件本章重点遥感数字数据的存储格式，图像的统计特征本章难点各存储格式的差异第十章遥感数据预处理主要内容掌握遥感数字数据特征提取内容及方法，熟练掌握辐射预处理的原理及辐射校正方法，几何误差类型和几何校正原理及方法，校正地面控制点的选取，卫星影像的地图投影，掌握数据融合的几种常用方法本章重点辐射校正方法、几何校正方法、地图投影原理、数据融合方法本章难点辐射误差和几何误差形成原因，数据融合方法的原理第十一章遥感图像的增强处理主要内容了解遥感图像的彩色合成，图像中直方图比照度调整的各种变换方法，单波段黑白遥感图像的密度分割与灰度颠倒，掌握几种领域法增强处理方法的作用原理，及图像间灰度值运算基本原理，掌握以LandsatTM为例的多波段压缩处理方法本章重点遥感图像的领域法增强处理，主成分分析法与缨帽变换方法压缩多波段冗余信息本章难点密度分割与灰度颠倒原理，领域法增强处理方法的作用原理第十二章遥感图像的分类■水体判读水强烈吸收红外光，并吸收红光，对蓝绿光反射较强在彩红外像片上常呈蓝黑色、蓝灰色河流判读界限明显、弯曲自然、宽窄不一的条带状能判读流向、河宽、流速、桥梁、码头等附属物湖泊的判读轮廓明显的形状、色调较暗能判读其形状、面积海域的判读浅海海域一般为浅蓝色，深海一般为深蓝色能清晰地判读出海岸线、潮侵地带、高潮、低潮位置■植被判读判读标志为品红色到红色、深红色变化，和纹理构造纹理构造细小地物在影像上构成的组合图案地物的性质不同，组合图案也不同，以此来判读地物群体的性质以判读植物群落为主植被的判读受季节影响显著判读时充分考虑植被的立地条件■居民地判读城市居民地的判读特点房屋稠密，面积较大，建筑物排列整齐，能判读建筑物的形状、高度和周边环境农村居民地的判读特点小而分散，有农田包围，能判读居民地的外形和面积及通向居民地的道路■道路判读城市的道路呈条带形状很容易判读铁路在航空像片上一般为深灰色调，呈线状延伸，转弯较平滑均匀铁路沿线有停车站、水塔等附属建筑，与其它道路相交时，无论公路或大路一般为垂直穿插通过铁路公路与铁路的形状相似，均为线状，但公路转弯较急，曲率半径小，与乡村大路相交不一定成直角乡村道路多为浅灰色或白色的线条，宽窄不一，边缘往往不清晰乡村大路，在经过规划的地区，多为直线或折线状，在山区则多为曲线农村小路比大路窄，影像常为浅色的细线第五讲地球资源卫星数据

一、教学目标.了解地球资源卫星的概述.熟练掌握Landsat卫星的知识，包括简介、轨道、各项卫星参数、工作系统、数据特征等方面，同时介绍了卫星遥感数据的目视判读特点及方法步骤，及常见地物的判读规律.掌握其它地球资源卫星数据与气象卫星数据的数据特征

二、重点与难点分析.重点掌握Landsat卫星基本知识、卫星遥感数据的目视判读特点及方法步骤，以及常见地物的目视判读规律，掌握其它地球资源卫星数据与气象卫星数据的数据特征2难点Landsat卫星轨道、工作系统、数据特征及几何特性

三、教学内容与教学过程L概述遥感卫星按照探测的目的可分为地球资源卫星、气象卫星和海洋卫星从1972年美国发射第一颗地球资源卫星Landsat-1以来，各国设计和发射了多种以探测地球资源为目的的遥感卫星与航空遥感数据相比，地球资源卫星数据具有视域范围大、宏观性强、周期性重复成像和多波段成像等特点以探测地球资源为目的的卫星叫地球资源卫星目前，主要有1〕美国陆地卫星Landsat；2法国陆地观测卫星SPOT；3欧空局地球资源卫星ERS；4俄罗斯钻石卫星ALMAZ；5〕日本地球资源卫星JERS；6印度遥感卫星IRS；7中巴地球资源卫星CBERS［教学提示］:空间分辨率高，重访周期缩短，小卫星群.Landsat卫星简介Landsat［陆地卫星是目前世界范围内应用最广泛的民用对地观测卫星，是周期性提供地球外表数据时间最长的一颗地球资源卫星该卫星自1976年7月23日发射了第一颗地球资源技术卫星以来，共发射7颗.Landsat卫星轨道地球资源卫星在天空中所走过的路线叫做它的空中轨道简称轨道〕卫星正下方的地面点叫星下点Landsat［陆地卫星的运行特征1近极地〔南北纬80度，可以覆盖全球大局部地区、近圆形轨道〔使探测器的瞬时视场大小一致；2〕运行周期指卫星绕地球一周所需的时间，14圈/天，重复周期指全球扫描覆盖一遍所需时间，18天或16天〕；3轨道高度为700〜90km；〔中高轨道，向西移动4轨道运行与太阳同步〔均在大致一样的光照下成像，轨道倾角大于90度〕.Landsat卫星工作系统Landsat〔陆地卫星的工作系统主要包括遥感试验系统、星载系统和地面控制、接收和处理系统1试验系统确定各种对象的辐射光谱特性及其变化规律，并试验各种传感器的性能；研制和论证各种数据的处理技术，分析各种判读的技术及实用价值；研究影响各种对象的辐射光谱特性以及影响传感器性能的各种环境因素等⑵星载系统Landsat卫星的星载系统包括两个分系统自动调节控制分系统和传感器分系统自动调节分系统包括控制卫星姿态的装置，卫星与地面联系和星体内仪表运行程序控制的装置，保证卫星轨道符合设计要求的轨道调整装置以及卫星能源供给等传感器分系统Landsat卫星上装置的传感器有反束光导管摄像机（RBV）、多光谱扫描仪（MSS）、专题制图仪［TM、ETM）

（3）地面控制、接收和处理系统控制卫星运行、承受进入视野范围的卫星数据、对视频进展视频影像转换.Landsat卫星数据特征A物理特征Landsat卫星图像是地面各种地物光谱特性的反映，在判读时首先必须了解影像色调/色彩的差异、光谱效应以及空间分辨率等物理特性m灰阶地面上各种地物的辐射强度表现在像片格式的卫星图像上是色调的深浅，对色调深浅的分级称为灰阶多光谱扫描图像和专题制图仪的图像灰阶划分为15级，第一级是辐射强度最强的，呈白色；第15级辐射强度相当于0呈黑色灰标是各级灰阶的视觉标志，每幅像片格式的卫星图像的下边框都附有灰标⑵光谱效应不同波段的图像对水体、植被等地物的光谱效应是不同的TM1蓝波段，对水体的穿透力强，对叶绿素及其浓度反映敏感；TM2绿波段，对安康茂盛植物反映敏感，对水的穿透力也较强；TM3红波段，广泛用于地貌、岩性、土壤、植被、水中泥沙流等方面；对植物、土壤等地物的含水量敏感；对地物含水量很敏感；对植物分类和估算作物产量很有用；为地质学研究追加的波段，该波段处于水的强吸收带多用于城市土地利用与制图，岩石光谱反射及地质探矿与地质制图等方面⑶空间分辨率为影像所记录的最小目标物的大小

（4）成像季节对图像判读的影响成像季节对植被判读的影响»几何特性Landsat卫星图像的几何特性主要是地面接收站对所接收的遥感数据进展地理坐标、投影、分幅编号以及遥感数据获取时的状态参数，如成像时间、波段、太阳高度角等地理坐标几何纠正后，纬度60度以上采用1度间隔投影性质中心投影看作垂直投影，UTM投影重叠航向重叠Landsat图像是连续扫描成像的，相邻图像的航向重叠是由地面处理机构在分幅时处理形成的，用以拼接相邻图像使用重叠的宽度为16km占像幅的9%旁向重叠是轨道间相邻图像的重叠，是由轨道间距和成像宽度决定的在赤道地区轨道间距为159km成像宽度为185km有26km重叠占像距的14%o随着纬度的提图而加大，在两极上空到达最大编号采用全球参考系统〔WRS〕轨道号+行号LT51210362005224BJC00Landsat〔陆地）卫星的符号和注记A参考网站_://rsgs.ac.cn（中国卫星遥感地面站）://landsat.gsfc.nasa.gov/［美国国家宇航局）:〃landsat.usgs.gov/［美国国家地质调查局］://landsat.org/（Landsat（陆地）卫星官方网站）

6.卫星遥感数据的目视判读1）概述卫星图像目视判读分析特点［1）卫星图像更具宏观性特点（成像距离远比例尺小，覆盖面积大〕；（2〕卫星图像具有多波段特点（多通道同步成像）；13）卫星图像具有周期成像特点（不同时相的周期性）2）卫星图像的判读标志卫星图像的判读标志是指卫星图像上反映出的地物和现象的图像特征卫星图像的判读标志也可概括为色调/色彩、形状、大小、阴影和组合图案等特征3）卫星图像的判读方法直接判读法一般是依据其色调标志和图型标志进展直接判读；比照分析法对不同波段、不同时相的图像以及与地面资料或实地进展比照分析；逻辑推理法借助各种地物和自然现象间内在联系，结合图像上表现出的特征，用专业知识的逻辑推理方法，判定某一地物或现象的存在及其属性单项提取，系列成图，综合分析4）卫星图像的判读步骤准备工作、室内判读、实地（野外）校核验证、成图总结5）常见地物的目视判读a）水体判读水体在卫星图像上要较其他地物容易判读尤其在近红外波段的影像上，由于水体对近红外的强烈吸收，水体为黑色，与周围地物的界限很清楚湖、河、海以其外部形态，很容易区别水中的泥沙含量等状况，在可见光短波影像上有显示一般水浅或含沙量大的色调浅水体明显易判的特点，常作为其他地物定点定位的标志b）植被判读卫星图像上，植被是群体的特征，不能反映个体的形态，只能判读出植被的类型、生长状况、分布范围植被类型的判读要依据纹理构造和色调，并要有该地植物群落组成和植被分类图等资料，要经过实地调查和验证植被的判读一般要用多波段合成的图像，如标准假彩色合成图像在该图像上植被为红色c）土壤判读土壤判读一般以逻辑推理判读为主自然土壤的形成主要受气候、植被、母质、地形、时间等因素的影响农业土壤除受自然因素影响以外，主要受人类生产活动的影响d）地貌判读地貌在卫星图像判读时是较为直观的要素卫星图像的比例尺小，能反映大的地貌形态特征，如平原、山地、丘陵能判读主要的地貌类型及范围，如风沙地貌、黄土地貌、冰川地貌、火山地貌、流水地貌等e）城镇判读城镇的光谱是建筑物和水泥下垫面的综合反映，与周围环境的反差较大，能判读出城镇的外形和面积城镇的内部构造的判读，取决于图像的分辨率道路呈长条状，故提高了分辨率，一般能判读出形态和长度，区分道路的等级

7.其他地球资源卫星数据法国地球资源卫星数据（SPOT）1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体国家，设计、研制了名为“地球观测实验系统〃（SPOT）的卫星，也叫做“地球观测实验卫星〃，迄今已经发射了5颗卫星SPOT卫星的轨道特点近极地轨道（增大卫星对地观测范围）、近圆形轨道、与太阳同步轨道〔保证一样照度）、可重复轨道（26天）SPOT卫星的传感器叫高分辨率可见光扫描仪（HRV）HRV属于CCD推扫式扫描仪，在焦平面上每条扫描线由6000个CCD探测元件线性排列组成1HRV:高分辨率可见光扫描仪——HighResolutionVisible；2HRVIR:高分辨率可见光中红外扫描仪HighResolutionVisibleandMiddleInfrared；3Vegetation:植被成像仪；4HRG:高分辨率几何成像仪HighResolutionGeometry；5HRS:高分辨率立体成像装置HighResolutionStereoo参考网站〃spotimage.fr（SPOT卫星网站）、〃rsgs.ac.cn〔中国卫星遥感地面站〕、〃spotimage.cn（SPOT卫星数据的中国代理北京视宝卫星图像）印度资源卫星数据（IRS〕数据来源印度遥感卫星IRS-1ABCD太阳同步极地轨道该卫星载有三种传感器全色像机（PAN）PAN数据运用CCD推扫描方式成像，地面分辨率高达

5.8m带宽70km光谱范围

0.5〜

0.75^01具有立体成像能力和可在5天内重复拍摄同一地区运用其资料可以建设详细的数字化制图数据和数字高程模型〔DEM〕o线性成像自扫描仪（LISS）LISS数据在可见光和近红外谱段的地面分辨率为

23.5m在短波红外谱段的分辨率为70m带宽141km有利于研究农作物含水成分和估算叶冠指数，并能在更小的面积上更准确地区分植被，也能提高专题数据的测绘精度广域传感器（WiFS）WiFS数据是双谱段像机，用于动态监测与自然资源管理两个波谱段是可见光与近红外，地面分辨率为

188.3m带宽810km它特别有利于自然资源监测和动态现象（洪水、干旱、森林火灾等）监测，也可用于农作物长势、种植分类、轮种、收割等方面的观察中巴地球资源卫星数据［CBERS）数据来源中巴地球资源卫星太阳同步极地轨道传感器高分辨率CCD像机（CCD）、红外多谱段扫描仪（IR-MSS）、广角成像仪（WFI）CBERS方案是中国和巴西为研制遥感卫星合作进展的一项方案轨道高度778km轨道，倾角是

98.5每天绕地球飞行14圈卫星穿越赤道时当地时间总是上午1030这样可以在不同的天数里为卫星提供一样的成像光照条件卫星重访地球上一样地点的周期为26天于1997年10月发射CBERS-1；1999年10月发射CBERS-2卫星设计寿命为2年以不同的地面分辨率覆盖观测区域WFI的分辨率可达256mIR-MSS可达78m和156mCCD为

19.5m高分辨率CCD像机具有与陆地卫星的TM类似的几个谱段（5个谱段），其星下点分辨率为

19.5m高于TM；覆盖宽度为113km（Bl:

0.45-

0.52gm蓝；B2:

0.52~

0.59|im绿；B3:

0.63~

0.69|im红；B4:0・77~

0.89|im近红外；B5O51〜

0.73pim全波段）红外多光谱扫描仪IRMSS〔4个谱段），覆盖宽度为H

9.5km〔B6O50-l.lOjim蓝绿〜近红外，分辨率

77.8m；B7:L55〜L75（im近红外相当于TM5分辨率为

77.8m；B8:

2.08〜

2.35（im近红外相当于TM7分辨率为

77.8m；B9:

10.4〜

12.5|im热红外相当于TM6分辨率为156m）广角成像仪WFI（2个谱段）覆盖宽度890km（B10O63〜

0.69jim红分辨率256m；Bll:

0.77~

0.89|im近红外，分辨率256ml参考网站〃rsgs.ac.cn［中国卫星遥感地面站）日本地球资源卫星数据（JERS）数据来源日本地球资源卫星近圆形、近极地、太阳同步、中等高度轨道是一颗将光学传感器和合成孔径雷达系统置于同一平台上的卫星，主要用途是观测地球陆域，进展地学研究等共有3台遥感器可见光近红外辐射计［VNR）、短波红外辐射［SWIR）、合成孔径雷达（SAR）合成孔径雷达（SAR）是一套多波束合成孔径雷达，工作频率为

5.3GHz属C频段，HH极化SAR扫描左侧地面它有5种工作模式，5种模式的照射带分别为:500km、300km、200km、300km与500km、800kmo地面分辨率分别为28mx25m28mx25m9mxlOm30mx35m与55mx32m28mx31mo参考网站://corc.nasda.go.jp/（日本地球观测研究所）://ersdac.or.jp/（日本资源环境观测解析机构网站）♦IKONOS卫星数据具有太阳同步轨道，倾角为

98.1，设计高度681km［赤道上），轨道周期为

98.3min下降角在上午1030重复周期1〜3d携带一个全色1m分辨率传感器和一个四波段4m分辨率的多光谱传感器传感器由三个CCD阵列构成三线阵推扫成像系统全色光谱响应范围

0.15〜

0.90|im多光谱则相应于Landsat-TM的波段MSI-

10.45〜

0.52（im蓝绿波段、MSI-

20.52〜

0.60pm绿红波段、MSI-

30.63〜

0.69|im红波段、MSI-

40.76〜

0.90|im近红外波段数据来源美国IKONOS卫星太阳同步轨道，重复周期1〜3d传感器IKONOS的传感器包括一个全色1m分辨率传感器和一个四波段4m分辨率的多光谱传感器IKONOS影像获取模式IKONOS传感器是三线阵CCD推帚式成像，因此在正常模式下，它可取得正视、后视和前视推扫成像MTF补偿IKONOS图像可以实现模量传递函数〔MTF〕的补偿，为此卫星的传感器设计了进展MTF的测量有了这些测量值，可以对因光学和检测器等引起的像质模糊进展补偿星历与姿态量测IKONOS卫星内设有GPS天线，接收的信号被记录下来经过处理可以提供每个图像的星历参数；传感器系统设计有三轴稳定装置和量测装置，以获得相应姿态数据IKONOS图像产品2000年1月3日开场销售参考网站://geoeye（geoeye公司网站）://geoview.cn（IKONOS数据中国代理北京地景空间信息技术）♦QuickBird卫星数据美国DigitalGlobe公司的高分辨率商业卫星，于2001年10月18日在美国发射成功卫星轨道高度450km，倾角98°卫星重访周期1〜6d（与纬度有关）QuickBird图像，目前是世界上分辨率最高的遥感数据，为

0.61m幅宽

16.5km可应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估.气象卫星数据气象卫星是广泛应用于国民经济领域和军事领域的一种卫星，是太空中的自动化高级气象站它能连续、快速、大面积地探测全球大气变化情况•NOAA卫星系列〔美国）近圆形太阳同步轨道卫星携带的环境监测遥感器主要有改良型甚高分辨率辐射计（AVHRR）和泰罗斯业务垂直观测系统（TOVS）•FY气象卫星系列〔中国）近极地太阳同步轨道卫星上主要的遥感器是两台甚高分辨率扫描辐射计（AVHRR）每台有5个通道AVHRR1和2可获取白天云图及地表图像;AVHRR3和4可获取海洋水色和陆表图像；AVHRR5可获取昼夜云图、海温和地表温度•GMS气象卫星系列（日本）数据来源日本葵花气象卫星地球卫星同步轨道星上载有可见光■红外自旋扫描辐射计（成像）和空间环境监测仪可提供全景圆形图像、日本邻区局部放大图像、分割圆形为7扇形图像，极地立体投影图像、墨卡托投影图像各种图像均有可见光、红外及等温、分层等图像第六讲微波遥感数据

一、教学目标.了解微波遥感数据的概述，基本概念和原理.了解主动微波遥感的特点.掌握微波遥感影像分析技术原理及应用

二、重点与难点分析.重点主动微波遥感.难点主动微波遥感，雷达图像的特点

三、教学内容与教学过程L概述微波遥感兴起于20世纪90年代，具有可见光和红外遥感不同的特点和优势如主动微波具有穿透云层、雾、雨、雪的能力，很少受太阳辐射的影响具有全天候、全天时的工作能力，这一特性优于可见光和红外波段目前，微波遥感已成为探测非常事件、保卫国家安全、研究人类活动的重要手段.微波遥感的概念在电磁波谱中，波长在l-1000mm的波段范围称为微波微波遥感是指通过微波传感器获取从目标地物发射或者反射的微波辐射，经过判读处理来识别地物的技术微波遥感分为被动式和主动式被动式微波遥感是由微波传感器承受地面地物的微波辐射，受太阳辐射、口寸间、大气条件等的限制主动式微波遥感由传感器自身发射微波束，再接收地面反射回来的微波信号，很少受太阳辐射、时间、大气条件等的限制，应用广泛.主动微波遥感雷达是英文Radiodirectionandrange（无线电探测与测距）的缩写雷达是由发射机通过天线在很短时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进展显示的一种传感器，属于主动微波遥感成像传感器雷达系统一般包括发射机、天线、接收机和存储机工作原理天线向目标发出电磁波辐射，电磁辐射与目标发生作用，其中一局部背向散射返回到天线，接收机探测到回波信号，处理后送入存储机，经成像处理后形成雷达图像真实与合成孔径雷达真实孔径侧视雷达采用真实长度的天线接收地物后向散射并通过侧视成像其分辨率可分为距离向分辨率和方位向分辨率方位向分辨率与波长、观测距离成正比，与天线孔径成反比因此，采用短波长电磁波、缩短观测距离、增大天线孔径才能提高方位分辨率合成孔径雷达通过一定的信号处理方法，使得合成孔径雷达的等效孔径长度相当于一个真实孔径雷达的天线长度，从而提高分辨率其利用合成孔径原理改善了方位向分辨率，当真实孔径太长，不可能实现时合成孔径雷达就能表达出巨大优势.机载雷达遥感系统雷达的遥感平台有飞机和卫星，以飞机为平台的雷达叫机载雷达遥感[Side-lookingairborneradarSLAR）能获取目标距离、相对速度、振动或旋转频率、目标方位角、目标几何尺寸和介质特性、形状等1935年英国首先研制出机载雷达，仅用于简单探测和跟踪现代机载雷达工作波段长波小于550px短波扩展到红外和激光波段但机载雷达由于侧视入射角的不同，常对不平坦的地面产生叠掩、透视收缩和阴影等几何变化，在侧视区间内强度也不同，给解译造成困难，阻碍了机载雷达的开展.雷达图像的特点雷达影像亮度变化主要依赖于地形目标的后向散射特性地物后向散射截面产生的强回波在影像正片呈白色，弱回波呈灰暗色，可以此识别地物类型采用亮白色、白色、灰色、深灰色、暗黑色、黑色描述影像色调，分别对应雷达回波的很强、强、中、中偏弱、假设、无6种程度利用亮度解译机载雷达影像会有困难亮度与目标地形的后向散射没有定量的对应关系回波信号范围远远超出胶片的感光范围，无法反映地形实际反射情况简单的地物要素会表现为复杂的排列和形状微波辐射具有很强的地表穿透能力，除了能穿云破雾以外，对一些地物（介质），如岩石、土壤、松散沉积物、植被、冰层等，有穿透一定深度的能力微波频率的高端〔如25Px波长）可获得植被层顶部的信息，而微波频率的低端（如1m波长）可获得植被层底层甚至地表以下的信息海洋环境调查海冰厚度、海域分布、冰山高度、冰与水分布的边界、石油污染地质制图和非金属矿产资源调查断层构造、浅层地表泥炭、煤洪水动态检测与评估地貌研究和地图测绘军事侦察.激光雷达激光雷达即Lidar是“光探测和测距（Lightdetectionandranging）的简称激光雷达也是一种主动传感器，通过发送光脉冲，并测量光脉冲从发射到被反射回的时间延迟来探测目标主要应用于道路规划、城市管道线路规划、无线电通信、森林覆盖率和面积、树木的平均高等领域第七讲热红外遥感数据

一、教学目标.了解热红外遥感数据的概述，基本概念和原理.了解热红外遥感数据的特点.掌握热红外遥感数据影像分析技术原理及应用

二、重点与难点分析.重点难点

三、教学内容与教学过程L概述热红外遥感数据是指用热红外传感器探测地物在热红外光谱段特性的数据红外（

0.76-1000um）在红外光谱段范围内，地物的辐射特性差异很大，因此将红外又细分为近红外（

0.76-3um）、中红外（3-6um）远红外（即热红外，6-15um）、超远红外（15-1000urn）本章主要介绍6-15um的热红外数据，热辐射在许多波段都会发生，但地面常温下的热辐射峰值波长范围就发生在6-15um因此我们把远红外［6-15um）波段作为热红外遥感探测的主要光谱段.热红外探测器航空热探测器是以对热敏感的传感器为根基，通过飞机以一定速度在地面上空飞行，探测地面实时辐射温度的差异不同材料的探测元件在响应波长范围内的敏感峰值也不同信噪比（SNR或SRN比率）表示探测器的灵敏度信号指由景物亮度的实际变化造成的图像亮度差异噪声表示的变化与景物的亮度无关，可由大气、仪器引起噪声大于信号，图像就失去意义.地物热特性所有地物只要温度在绝对零度之上就会产生热辐射，地物热辐射遵循黑体辐射定律黑体辐射发射率（£入）1或比辐射率）是物体与同样温度的黑体发射能量的比率灰体辐射把发射率小于1但发射率在所有波段都有恒定的物体称为灰体选择性辐射体发射率随波长变化的物体称为选择性辐射体.热特性的术语热容量是指在压力一定的条件下，1g物质温度每升高（或1卡）所需要吸收的热量比热（C）是ig的物质温度升高rc所需的总热量热传导率（K）是物体对热量通过的速度的量度热惯量是两种物质之间传递热量的速度快慢程度的量度热惯量低，其密度、热传导率、比热就低，说明它对周围温度变化的反映对比迟钝，如木头、玻璃热惯量高，其密度、热传导率、比热就高，说明它对周围温度变化的反映对比敏感如银、铜等金属.热红外扫描图像的特点昼夜都可成像热红外图像记录了地物的热辐射特性，人眼是看不见的，依赖于地物的昼夜辐射能量而成像，不收日照条件限制记录的是地物热辐射强度可认为是地物辐射温度的记录图，图像色调深浅与温度分布对应，由于扩散作用，热红外图像边界不清晰且反响目标信息偏大影像分辨率较低热红外扫描图像具有不规则性主要内容了解遥感影像分类器的基本介绍，遥感图像的信息类别与光谱类别，熟练掌握非监视分类的特点、方法、运行步骤，监视分类的特点，监视分类训练区选择原则与步骤，监视分类的方法原理及一般步骤，掌握其它分类方法及分类策略，了解分类中应用的辅助数据类型，图像分类的有关问题本章重点非监视分类方法，监视分类方法及一般步骤本章难点监视分类方法原理，其它分类方法第十三章分类精度评价主要内容了解精度的概念与意义，掌握分类误差的来源，误差特征，熟练掌握精度评价方法及误差矩阵的应用本章重点精度评价方法及误差矩阵的应用本章难点精度评价方法原理，误差矩阵的对比分析第一讲概述

一、教学目标

1.掌握遥感概念、遥感的特性、遥感技术系统2了解遥感的几个基本术语、遥感的开展历程、遥感的现状与趋势.了解遥感的应用

二、重点与难点分析L重点理解遥感概念，了解遥感的特性和遥感技术系统.难点无

三、教学内容与教学过程L进展自我介绍姓名，联系方式，专业方向建议学生用电子邮件方式联系•进展课程简介介绍课程的学习目标、参考书及资料、课程教学目标和内容框架、学习方法、作业与实验、考核方式、上课时间与地点等情况，研究性学习的安排强调本课程与相关课程的关系［教学提示］:考核方式为平时占10%实验报告占30%期末笔试占60%研究性学习任务局部章节会布置，采用分组完成的方式，承接任务的小组或个人应提供本任务的分工、研究结果和收获.演示第一讲PPT课件，进入主题1解释名词遥感遥感［Remotesensing即遥远的感知，是指不接触目标物用探测仪器承受目标物的电磁波并记录下来，根据其数据处理结果对目标物进展识别、分析、测定、解译的一门技术相应的英文介绍Theacquisitionandmeasurementofdata/informationonsomepropertyiesofaphenomenonobjectormaterialbyarecordingdevicenotinphysicalintimatecontactwiththefeaturesundersurveillance”遥感一词最早是1960年由美国海军研究局的艾弗林・普鲁伊特所使用，1962式使用，最早是指非摄影的方式取得目标物的数据或图像，后来将摄影和非摄影的方式均包括在内概念按照广义和狭义分别介绍广义遥感泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波声波、地震波等的探测可由云、雨、风、冷气流、无线电、胶片质量等影响产生，均可出现一些“热〃假象，在影像解译时需特别注意.热红外图像的辐射定标内定标法是在扫描仪内部附有2个温度参考源，一个为“最冷〃，一个为“最热〃，他们的温度被准确控制此法不能计算大气效应，因此测量辐射温度误差较大相关定标法是通过建设实际地表的测量值与相应扫描数据之间的经历关系，来消除大气的影响完全校正大气影响所需信息是不可能的，通常采用近似值或已选样本进展推算一转换定标法是通过建设不同传感器热辐射值之间的转换关系进展辐射温度定标例如RTM=

0.99255*RAVHRR-

4.10172传感器仅记录地物外表热辐射状况，与地物实际温度有误差多数情况，热红外图像的解译是定性的，定量解译是热红外遥感研究中的重要问题.热红外图像的成像波段热红外遥感主要选用3〜5um和8〜14um两个光谱段在3〜5Hm谱区，传感器可同时记录反射及发射的热辐射在8〜14tlm谱区，热图像主要记录了地物自身的热辐射白天的热红外图像，往往由于太阳光的直射性，不同方向的地物会接收不同的太阳辐射量，形成热“阴影〃，这种现象一方面有助于目标识别，加强地形感但也增加了影像分析的复杂性.常见地面的热特性地面白天温度高，呈暖色调夜间温度低，呈冷色调水体的热惯性大，自身辐射的发射率高，在白天呈现冷色调（暗色调），夜间呈现为比暖色调（亮色调）海岸夜间或黎明前为浅色调；午后图像色调差异不明显由于水分蒸发时的冷却效应，湿地昼夜均较枯燥地面冷由于白天植被水分的蒸腾作用，在白天为冷色调（暗色调〕，植被在夜间为暖色调（浅色调）农作物区，热红外传感器探测到的是土壤上农作物的辐射温度，而不是土壤本身，因此夜间图像上为暖色调城市地区水泥下垫面白天为暖色调，夜间为暖色调热红外图像的解译热图像是用黑一白色调的变化来描述地面景物的热反差，图像色调深浅与温度分布是对应的热红外图像的解译必须首先确定

（1）图像是正片还是负片；

（2）图像获取的时间是白天还是夜间其次热图像反映的是地物辐射能力的大小，并不能直接转化为地表的温度根据热红外图像定量计算地面温度是当前热红外遥感定量研究的重点.LandsatTM热红外数据LandsatTM6为热红外波段，波长范围在

10.4〜

12.5um热红外波段的遥感数据（Landsat/TM）目前有三种算法可以进展地表温度反演大气校正法、单通道算法和单窗算法.热红外遥感数据应用区域地质、水文地质、地热调查岩石的粒度、密度、粗糙度、空隙度、含水性、颜色等直接影响其发射率和热力学性质土壤水分研究地表温度与土壤水分含量相关，热红外对水分敏感环境污染监测烟尘使地面蒙上薄纱，油膜辐射率低于水等，形成冷异常；城市热岛形成热污染灾害调查火灾、地震等海洋调查第八讲高光谱遥感数据

一、教学目标.了解高光谱遥感数据的概述，基本概念和高光谱遥感原理.了解高光谱遥感的传感器.掌握高光谱遥感影像分析技术原理及应用

一、点、与又隹，点.重点「反握看工谱遥感影像分析技术，高光谱遥感的应用.难点了解高光谱遥感原理及传感器工作原理，以及混合光谱分解技术

三、教学内容与教学过程L概述成像技术和光谱技术穿插融合所形成的成像光谱技术，在获得观测目标空间信息的同时，还为每个像元提供数十个至数百个窄波段的光谱信息，实现了遥感影像光谱分辨率的突破性提高一般高光谱遥感在可见光波段光谱分辨率为5nm左右，近红外波段光谱分辨率为10nm左右成像技术和光谱技术是两门不同的科学技术，前者针对目标的空间维信息，而后者针对的是光谱维信息传统的多光谱遥感可以获得观测目标的面上信息，即空间信息，但仅能获得少数几个离散波段的光谱信息；另一方面，以超精细光谱分辨率为特点的地面光谱辐射计虽然能获得目标详尽的光谱信息，但只能进展点上的光谱测量，无法成像成像光谱技术将传统的二维成像遥感技术与光谱技术有机地结合在一起，有效地解决了传统科学领域“成像无光谱〃和“光谱不成像的矛盾〃高光谱遥感与传统遥感的区别1波段数目多，波段宽度窄、分布连续、光谱分辨率高美国AVIRIS有224个波段，

9.7〜

12.0nm；加拿大CASI有288个波段，

1.8nm；中国PHI有244个波段，

1.86nmo2〕图谱合一将高光谱影像的光谱维表示成与二维图相空间像垂直的Z轴，即以波长为单位排列，影像水立方，使图像中的每一像元均得到连续的反射率曲线，而不像其他一般传统的成像光谱仪在波段之间存在间隔

2.高光谱遥感原理高光谱遥感HyperspectralRemoteSensing是指利用很多很窄的电磁波波段获得观测目标的相关信息高光谱遥感的特点

1、基于许多很窄的光谱通道进展对地观测；

2、成像光谱仪的问世，使本来在宽波段遥感中无法区分或识别的物质，在高光谱遥感中能被探测出来；〔地质矿物分类

3、成像光谱技术作为高光谱遥感的根基，集成了成像技术和光谱技术领域诸多重要成果图谱合一3高光谱遥感的传感器成像光谱彳义看其3蠢的平台，可分为机载成像光谱仪和星载成像光谱仪第一台AIS-12000年NASA地球观测1号EO-1卫星携带HYPERION发射，其30m分辨率和220个波段，为新一代光谱仪的代表1成像光谱仪的工作原理光栅系统之后分光成多个光束，CCD面阵的元件个数与波段数一样，影像立方体2几种成像光谱仪简介A.航空可见光/红外成像光谱仪［AVIRISAIS替代品，最著名高光谱成像仪

0.4〜

2.45um约224个10nm波段4个面板波段范围，

0.4〜

0.7um

0.7〜L3uml.3~L9um

1.8~

2.8um均独立校准扫描幅宽11km分辨率为20m低空平台上分辨率为4mB.小型机载成像光谱仪［CASI1990开场运行工作方式为多光谱〔19波段每行512像元〕和高光谱〔288波段〕C.我国成像光谱仪系统我国20世纪80年代中后期开场开展高光谱影像新型模块化航空成像光谱仪［MAIS——八五期间推扫型成像光谱仪［PHI实用型模块化成像光谱议系统［OMIS.高光谱遥感影像分析1影像立方体2光谱数据库⑶光谱匹配高光谱数据处理与分析的一般流程

1、预处理，去系统误差；

2、大气纠正;

3、形成影像立方体；

4、假彩色合成；

5、自动识别，分类；

6、光谱匹配混合光谱分解技术纯像元、线性混合不同地物互不干扰到达传感器、非线性混合到达传感器之前混合好混合光谱分析也称光谱别离，是从多种地物混合的复合光谱中提取纯光谱的过程使用的主要分析方法是凸面几何学〔不同含水量的土壤及岩石中特定的矿物成分.高光谱遥感的应用»与传统多光谱对比高光谱遥感不仅可以获得目标地物连续和光谱曲线，提高遥感定性分类的精度，还能根据地物特定波长处的反射和发射强度，估算出植物生物物理和生物化学参数、植被生物量、光合有效辐射、地表温度等定量信息1高光谱遥感在植被调查中的应用绿光——反射；近红外——屡次散射；短波红外——液态水强吸收，1400nm和1900nm有吸收峰提高植被识别精度进展植物生化物质含量的估算利用绿色植物的“红边〃效应进展植物安康状况监测和叶绿素含量的估算，红光吸收与近红外反射区域拐点位置与斜率定量描述，虫害移向红光，缺水移向近红外，植被覆盖度大斜率大

（2）高光谱遥感在地质调查中的应用»矿物识别金属离子——可见光和近红外的光谱特征；化学键——短波红外的吸收特征A定性分和定量信息的提取光谱吸收特征参数第九讲遥感数字图像处理根基

一、教学目标.掌握遥感数字数据各种存储格式.掌握图像输入与输出，数字图像的统计特征.了解遥感图像的处理软件

一、占与难卢分行^.重点「，握箴惑数字数据的存储格式，图像的统计特征.难点了解各存储格式的差异

三、教学内容与教学过程

1.遥感数字数据存储格式以一系列二进制的形式记录图像的亮度值，并以适合数字计算的格式存储在电子存储设备上（每一位都记录了一个以2为嘉的指数）一幅数字图像内所记录的亮度值的范围大小是由它存储数据所用的位的数量决定的（灰阶，位数取决于遥感系统的设计，如传感器的灵敏度及它传输记录能力〕BSQ（BandSequence）是按波段顺序记录遥感影像数据的格式，每个波段的图像数据文件单独形成一个影像文件BIL（BandInterleavedbyLine）格式是一种按照波段顺序穿插排列的遥感数据格式，BIL格式存储的图像数据文件由一景中的N个（TM图像N=7）波段影像数据组成BIP（BandInterleavedbyPixel）格式是按照像元顺序记录图像数据，即在一行中按每个像元的波段顺序排列，各波段数据间穿插记录HDF格式是一种不必转换格式就可以在不同平台间传递的新型数据格式有6种主要数据类型栅格图像数据、调色板（图像色谱）、多维数组（科学数据集multidimentionalarray）、HDF注释〔信息说明数据）、Vdata（数据表〕、Vgroup（相关数据组合）HDF采用分层式数据管理构造，并通过所提供的“总体目录构造〃可以直接从嵌套的文件中获得各种信息（HDF包含一个头文件和一个或多个数据对象，数据对象由数据描述符和数据元素组成）中国遥感卫星地面站数字产品格式分为EOSATFASTFORMAT和LGSOWG（landsatgroundstationoperationsworkinggroup）格式两大类记录存储方式为BSQ或BIL；记录介质可为磁带（8mm、CCT〕或CD-ROM对于TM数字产品一般为EOSATFASTFORMAT格式

2.遥感数字图像根基一般要利用专业遥感图像处理软件的输入输出功能图像文件分为基本遥感图像格式［BIL、BSQ、BIP等〕、通用标准图像格式（JPEG、BMP、TIF等）和商业软件格式（PIX、IMG、ENVI等）目前从遥感卫星地面站购置的图像数据往往是经过转换的单波段数据文件，用户不能直接使用，需要遥感图像处理软件来转换数字图像的统计特征

1、直方图〔描述了图像中每个亮度值的像元数量的统计分布吗，指每个亮度值的像元数占图像中总像元数的比重）；

2、峰值［频率出现的最高亮度值）；

3、中值〔两边面积相等处）；

4、均值〔整个图像的算术平均值，描述各波段的中心趋势值，正非对称，负非对称）；

5、亮度值范围〔每个波段中亮度值最大与最小之差，描述亮度值的离散程度）・

6、方差（是像元亮度值和均值之差的平方的均值，标准差越小，亮度越集中中心值，用于线性比照增强、相似分类法、精度评估）；

7、协方差〔探讨波段间相关性，两波段的像元亮度值分别与均值的差的乘积的平均值）；

8、相关系数〔各波段间相关性大小，两波段的协方差除以各波段的标准差-1到1之间，正反比关系〕

3.遥感图像处理软件目前国内常用的遥感图像处理软件有ERDAS美国ERDAS公司集遥感和GIS于一身的软件ENVI美国HTVIS公司开发的遥感图像处理软件PCI加拿大PCI公司的产品，处理遥感图像ER-Mapper澳大利亚EarthResource公司开发的图像处理软件

4.常用遥感图像处理软件的一般功能

（1）图像文件管理

（2）图像操作工具

（3）基本图像处理功能

（4）遥感图像处理功能

（5）矢量、栅格混合处理以及与地理信息系统的接口第十讲遥感数据预处理

一、教学目标.掌握遥感数字数据特征提取内容及方法.熟练掌握辐射预处理的原理及辐射校正方法.熟练掌握几何误差类型和几何校正原理及方法，校正地面控制点的选取，卫星影像的地图投影.掌握数据融合的几种常用方法

二、重点与难点分析.重点熟练掌握辐射校正和几何校正方法、地图投影原理、数据融合方法2难点辐射误差和几何误差形成原因，数据融合方法的原理

三、教学内容与教学过程.预处理概述遥感数据的预处理是指对图像数据进展各种分析前的操作处理主要包括辐射预处理（大气对像元值的影响）、几何预处理〔影像与地图匹配）.特征提取•含义从多光谱数据中提取出能表示图像基本要素的主要成分，压缩多波段海量遥感数据功能提取影像的统计特征，去掉影像噪声和误差，提高数据精度，减少分析波段数，提高分析速度7波段LandsatTM的一个实例方差和协方差矩阵，波段

1、

2、3之间的高度相关性，信息复制，波段

4、

5、7高度相关，波段

3、

5、6包含7个波段的大局部信息量一一一种基于相关性的特征提取方法•主成分分析法一一基于波段间统计关系的复杂方法确定原始波段最优线性组合，反映影像上像元值变化线性表达最优信息单波段，主成分变换（K-L变换）信息量1+11=93%使数据处理更加简洁有效特征值也是逐渐减小最后两幅只记录了系统噪声、大气散射和其他一些不必要信息总结特征提取方法的目标是在降低波段数量、减少噪声和误差的同时尽可能保存最大信息量•子集是整个遥感影像中显示研究区域的局部子集的选择要和其他数据进展配准先选择较大区域作为预备子集，保证预备子集的精度，在分类中能选择足够的样本点.辐射预处理遥感图像的预处理又称为影像恢复［MarshetaL1983）是设法去除大气干扰、系统噪声、传感器的姿态等对影像造成的影响辐射畸变传感器成像得到的遥感图像与地物实际的辐射能量或亮度分布在不同程度上有差异，即存在着辐射畸变辐射校正通过调整影像的亮度值来校正因传感器工作不正常和大气衰减作用所造成的图像数据中依附在辐射亮度中的各种失真的过程完整的辐射校正传感器校正、大气校正，以及太阳高度角和地形校正•大气引起的辐射预处理物理模型法，基于辐射通过大气层时的物理原理进展建模的将观测反射值调整为透明大气下反射值优点具有严密、准确和适用广缺点模型复杂，而且需要大量难以获得的参数，所以可操作性差直方图最小值法，基于多个波段影像记录的目标地物反射亮度的统计直方图进展的回归分析法是在影像目标地物亮度信息统计的根基上，通过提醒各波段间相互关系的一种对比方法每个波段的像元值与红外波段像元值进展回归分析，截距就是校正值.几何校正（1〕几何校正类型几何粗校正（卫星运行和成像过程中引起的几何畸变进展的校正）；几何精校正（利用地面控制点进展的几何校正称为几何精校正）几何精校正的步骤

1.用地面控制点作为输出影像上的像元位置，建设起坐标转换模型；2基于未校正的影像提供的亮度信息，估算出影像上的像元值（2〕几何精校正及方法几何校正的实质是通过内插方法进展图像重采样的过程重采样根据输入待校正图像的坐标网格，估算出输出坐标网格值的过程（空心圆为坐标的输入影像，参考网格；实心点为几何校正后的输出影像，校正后像元中心）A.最邻近法将输出的像元值简单地指定为与其最邻近的输入像元值优点计算简便，处理速度快，防止采样时像元值的改变缺点可能存在明显位置错误，最大产生半个像元的误差B.双线性内插法取四个最邻近像元，计算它们的加权平均值来得出输出像元值优点影像更自然缺点亮度信息易丧失C.三次卷积法利用相邻区域每个方向上相邻的两个像元值（一般16个）来计算权重平均值优点影像效果最好缺点亮度信息改动大，计算量大⑶影像配准影像配准是将同一地区的两幅影像重叠在一起，使其影像位置完全配准的处理简单的配准方法，寻找最正确配准位置，计算两幅影像叠加的位置相关性高的最严格的方法是运用传感器的几何特征和姿态变化，得到每一个像元准确的坐标[4）地面控制点的选取选取的原则易分辨、易定位的特征点，道路的穿插口，河流汇流处，湖心岛，飞机场，桥，水库大坝等；特征变化大的地区应多项选择些；尽可能满幅均匀选取控制点选取遇到的常见困难地面控制点的准确定位；地面控制点的分布控制点定位误差衡量方法为均方根误差〔RMS〕反映的是地面控制点的真实位置和计算出的位置之间的标准差，称为余差〔只针对控制点〕通过控制点的误差报告对配准的总体精度进展评估.卫星影像的地图投影地图投影是一种转换系统，它能使地球球形外表的位置信息系统地再现于平面地图上遥感卫星对一个区域进展制图表达时，所需的投影不同于传统的地图投影Landsat用的空间斜轴墨卡托（SOM）投影，以卫星轨迹线为切线正轴墨卡托投影经线为一组等间距的垂直线段，纬线与之相垂直，圆柱与赤道相切，赤道最准确等角投影，高纬度面积差异大横轴墨卡托投影圆柱与经线圆相切，中央经线最准确是我国地形图投影〔高斯克吕格的基本方法.数据融合定义把不同分辨率的影像融合为一幅影像，如将高分辨率的全色影像与低分辨率多光谱影像组合在一起数据融合的类型1光谱域处理方法色彩变换IHS技术和主成分变换技术〔PCT2〕空间域处理方法高通滤波技术HPF〕3代数运算法Brovey变换、乘法模型MLT第十一讲遥感图像的增强处理

一、教学目标L了解遥感图像的彩色合成，图像中直方图比照度调整的各种变换方法，单波段黑白遥感图像的密度分割与灰度颠倒.掌握几种领域法增强处理方法的作用原理，及图像间灰度值运算基本原理.掌握以LandsatTM为例的多波段压缩处理方法

一、占与难占分析^.重点「遍感毓象的领域法增强处理，主成分分析法与缨帽变换方法压缩多波段冗余信息.难点密度分割与灰度颠倒原理，领域法增强处理方法的作用原理

三、教学内容与教学过程L图像增强概述目前常用的遥感图像增强处理方法主要有彩色合成、亮度变换、直方图变换、密度分割、亮度颠倒、图像间运算、领域增强处理、多波段压缩处理等2彩色合成为了充分利用色彩在遥感图像判读和信息提取中的优势，常常利用彩色合成的方法对多光谱图像进展处理，以得到彩色图像彩色图像可以分为真彩色图像和假彩色图像•真彩色图像上影像的颜色与地物颜色基本一致・假彩色图像是指图像上影像的色调与实际地物色调不一致的图像遥感中最常见的假彩色图像是彩色红外合成的标准假彩色图像它是在彩色合成时，把近红外波段的影像作为合成图像中的红色分量、把红色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进展合成的结果如TM432用RGB合成的图像为标准假彩色图像.直方图比照调整直方图统计每幅图像的各亮度的像元数而得到的随机分布图，即为该幅图像的直方图一般来说，包含大量像元的图像，像元的亮度随机分布应是正态分布直方图为非正态分布，说明图像的亮度分布偏亮、偏暗或亮度过于集中，图像的比照度小，需要调整该直方图到正态分布，以改善图像的质量・线性变换变换前图像的亮度范围与变换后图像亮度范围是直线关系原理按比例扩大原始亮度等级范围，10〜52——0-255o其数学式为dij=Adij+B分段线性变换局部亮度拉伸，局部压缩•非线性变换变换前图像的亮度范围与变换后图像亮度范围是非直线关系指数变换、对数变换、平方根变换•其他直方图变换均衡化直方图将原图像的直方图通过变换函数变为各亮度级均匀分布的直方图，然后按均匀直方图修改原图像的像元亮度值，从而获得一幅亮度分布均匀的新图像理论上各亮度级像元频率相等，但实际上图像是离散的，像元个数有限，故直方图直线参差不齐〔合并小的，拉伸大的，增强大面积地物与周围反差〕特定化直方图直方图匹配将随机分布的原图像直方图修改成并尽可能接近特定形状的直方图，如高斯分布、某一参考图像的直方图等〔两幅图像色调差异〕.密度分割和灰度颠倒1概念密度分割指对单波段黑白遥感图像按灰度分层，对每层赋予不同的色彩，使之变为一幅彩色图像⑵操作步骤.求图像的极大值dmax和极小值dmin；.求图像的密度区间△D=dmax-dmin+1；.求分割层的密度差Ad二AD/n其中n为需分割的层数；.求各层的密度区间；.定出各密度层灰度值或颜色；.确定每个像元的层号，出图3灰度颠倒灰度颠倒在光学处理中为负片印制成正片，或反之数字处理是将图像的亮度范围先拉伸到显示设备的动态范围如〜255成饱和状态，然后进展颠倒.领域法增强处理邻域法增强处理是在被处理像元周围的像元参与下进展的运算处理领域法处理用于去噪声、图像平滑、锐化和相关运算1平滑减小变化，使亮度平缓或去除噪声低通滤波使图像中的高频成分消退，即平滑图像的细节，使其反差降低，保存低频成分⑵锐化锐化是平滑的相反增强处理方法，它增强图像中的高频成分，在频域处理中称为高通滤波，也就是使图像边缘、线状目标地物，或某些亮度变化大的区域更加突出出来，也称边缘增强［检测平滑是对领域窗口内的图像求积分，锐化是对领域窗口内的图像微分亮度变化均匀的区域则几乎为黑色.图像间的运算两幅或多幅单波段图像，空间配准后可进展算术运算，实现图像的增强加法运算MSS4+MSS5=近似缺蓝全色黑白图像；MSS4+……+7=近似红外全色黑白图像减法运算差值运算，目的是突出两图像亮度差大的局部例如用红外波段减红波段，植被的反射率在这两个波段的差异很大，而土壤和水在这两个波段的反射率差值很小，因此相减后的图像可以把植被信息突出出来另外应用于同一地区不同时相的动态监测森林火灾后的过火面积；洪水淹没区域、受灾面积及损失；城市的扩展乘法运算近似于加宽了波段的范围除法运算去除地形影响，由于地形起伏及太阳倾斜照射，使得山坡的向阳处与阴影处在遥感影像上的亮度值有很大区别，同一地物向阳面和背阴面亮度不同，给判读解译造成困难，特别是在计算机分类时不能识别由于阴影的形成主要是地形因子的影响，比值运算可以去掉这一因子的影响；植被指数遥感多光谱影像，波段多、信息量大，波段与波段之间有不同程度的相关性存在着数据冗余通过选择不同波段遥感数据之间的变换函数，经过分析、计算和变换，到达数据压缩和增强〔提取〕地物信息的目的多波段压缩的方法主成分变换和樱帽变换第十二讲遥感图像的分类

一、教学目标L了解遥感影像分类器的基本介绍，遥感图像的信息类别与光谱类别.熟练掌握非监视分类的特点、方法、运行步骤熟练掌握监视分类的特点，监视分类训练区选择原则与步骤，监视分类的方法原理及一般步骤掌握其它分类方法及分类策略5了解分类中应用的辅助数据类型，图像分类的有关问题

二、重点与难点分析.重点「监菽分类方法，监视分类方法及一般步骤.难点监视分类方法原理，其它分类方法

三、教学内容与教学过程.概述遥感影像分类就是把像元归到某个类别的过程通过像元之间相互对比或者像元与类别的像元对比数字图像表现为不同类型的地块的镶嵌图理论上，同一类别地物的像元在光谱上非常相似，光谱亮度值的变化不大影像分类是数字影像分析的重要工具，可以形成最终分析结果，也可以作为分析过程中提取影像信息的中间步骤分类器按照一定方法进展影像分类的计算机程序没有固定的分类器选择所以每幅影像的特征和每个研究区域的环境有很大不同因此，需要判定不同的影像分类方法和适用范围来选择分类器1点分类器基于像元在不同波段的光谱值进展分类每个像元看成一个观测点，其数值独立于相邻像元狭义遥感是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性［教学提示］:遥感即遥远的感知，英文名称为RemoteSensingo利用911前后的纽约世贸中心和汶川地震前后北川的遥感图，解释遥感图前后的差异2解释遥感的特性共有3个特性，分别为空间特性、时相特性、波谱特性，其中.空间特性是宏观性，大尺度观测11万航空像片可以表示

2.3kmx

2.3km范围的地面，连续拍摄的航空像片又可以镶嵌为更大的区域，而卫星影像能覆盖更大的范围，例如Landsat5卫星能扫描地面185kmxl85km的范围，图上是一景TM数据，而左下角是滁州市的位置，形象表示TM一景所覆盖大小.时相特性是周期成像，动态监测Landsat5每天环绕地球

14.5圈，覆盖地球一遍所需时间16天，如果两颗卫星同时运行，只需8天，气象卫星的周期更短，只有

0.5天航空像片则需要联系飞行机构安排飞行拍摄任务前面所看到的遥感图正是动态监测最好的例子.波谱特性是波谱段广，观测范围大目前遥感能探测的电磁波段有紫外线、可见光、红外线、微波［教学提示］:以上优势决定了遥感具有信息量巨大、受地面限制条件少、经济效益好、用途广等优势3介绍遥感的分类1按遥感对象分1宇宙遥感以外太空其它星体为感测对象2地球遥感地球表层环境——环境遥感；在环境遥感中假设地球表层资源为对象称为资源遥感2按遥感平台分1航天遥感平台H150km火箭、人造卫星、飞船、航天飞机等2航空遥感平台lkmH12km普通飞机、气球、飞艇等3地面遥感平台贴近地面遥感车、遥感塔、“远洋测量船〃、三脚架等3按遥感媒介分11〕电磁波遥感常用的电磁波波段是紫外、可见光、红外和微波等2声波遥感潜水艇的声纳技术、探测珍贵鱼群的回游路线和迁徙规律3重力场遥感地质探矿，通过重力值的变化来推断地层中是否有某种元素富积4地震波遥感4按遥感器的工作方式分1〕被动遥感遥感本身并不发射任何人工探测信号，只是被动接收来自于目标的信号，从而实现对目标性质、数量、空间位置等特征进展识别的遥感方式例如“无源遥感〃，如中午拍照2主动遥感遥感器发射人工探测信号，到达目标后信号反射回来被传感器接收从而对.目标性质、数量、空间位置进展识别的遥感方式如，夜晚拍照通常要在相机上装闪光灯主要是“微波遥感〃5按遥感获取的数据形式分1成像方式遥感能获得目标的图像Image图形Graphics优点简单、高效缺点不能充分利用像元之间或像元领域包含的信息

（2）空间或领域分类器将影像像元组的空间分布作为影像解译重要的纹理信息（用光谱和纹理信息，识别影像内的小区域）优点提高影像分类精度缺点程序设计更困难，运行成本更高影像分类另一种为监视分类和非监视分类，兼顾监视与非监视的分类器——混合分类器

2.信息类别和光谱类别•信息类别信息类别是用户使用的对地面事物的信息分类（地质单元的不同类型、森林的不同类型、土地利用的不同类型等，只根据影像记录的亮度信息间接得到，如地质单元由地形、植被、土壤颜色、阴影等）•光谱类另I」光谱类别是像元按照亮度值进展的分组，亮度信息相似度大的像元归在一个组内，光谱类别可以直接在遥感数据中观察到其性质用代表该类典型亮度的平均值来表示，或标准差、均方根差分类就是光谱类别与信息类别的匹配实际上二者匹配情况很少如森林中年龄、树种、密度、长势等不同而光谱不同，光照、阴影•光谱类别的区分度及测定方法计算平均值的差〔方法过于简单，没考虑同类亮度变化〕；归一化均值差3•非监视分类非监视分类是指在多光谱影像中搜寻和定义自然光谱集群组的过程，也叫聚类分析或点群分析〔不需要人工选择训练样本，计算机按照一定规则分类）•特点优点非监视分类不需要预先对所要分类的区域有广泛的了解〔只需规定最大信息类别数）；人为误差的机率很小；面积很小的独立地物均能被识别缺点非监视分类形成的光谱类别并不一定与信息类别对应；分析人员很难控制分类产生的类别并进展识别（只有类别号，无具体对应名称）；光谱类别的解译识别工作量大而复杂•方法散点图像元在二维、三维或多维坐标系统中的散点图是非监视分类的基本方法其步骤是在多维空间数据中确定点群〔光谱类别）的过程，并将这些光谱类别与信息类别匹配起来距离量算距离量算是非监视分类的核心，距离量算的类型有殴几里得距离测量〔要与其它距离对比再确定类型）和绝对值距离（差值绝对值加和〕，计算两个像元在不同波段中亮度差的绝对值之和马氏距离•非监视分类的步骤

（1）确定分类数量；

（2）选择集群类别中心点；

（3）计算机处理运算类别中心点；

（4）计算机像元归类；5〕计算机重新分类再计算每个类别的新中心点，直到前后中心点不变•非监视类别解析为信息类别可直接对应某些信息类别〔离原点最近的像元组对应的是开放水体；不能直接与信息类别匹配〔混合像元；同一信息类别表现出多个光谱类别

4.监视分类•概念监视分类SupervisedClassification是用类别的样本〔已经被分到某一信息类别的像元对未知类别的像元进展分类的过程・优点分析人员可以控制适用于研究需要和区域地理特征的信息类别；类别得当可控制训练样区和训练样本的选择；分析人员运用监视分类不必担忧光谱类别和信息类别的匹配问题；通过检验训练样本数据可确定分类是否正确，估算监视分类中的误差；防止了非监视分类中对光谱集群类别的重新归类•缺点分类体系和训练样区的选择有主观因素的影响；训练样区的代表性问题；有时训练样区的选择很困难；只能识别训练样本所定义的类别，对于某些未被分析人员定义的类别则不能识别，容易造成类别的遗漏•训练数据分析人员要先收集和研究分类区域的地图和航空影像等资料，对研究区域有一定的了解，并实地调查所选择的训练样区先信息类别后光谱〕•训练数据选择的重要性同一训练区不同方法结果差异小不同训练区同方法差异大•训练样区的选择原则像元数量100以上、训练样区的大小、形状、位置不同位置、有代表性、有明显地物标志，能从地图转换到遥感图、数量多个小面积〕、放置放置地块中间、均质性〔样区像元单峰频率分布•训练数据选择的一般步骤1收集信息，包括分类地区的地图和航片等2进展野外调查获取研究区域的第一手信息3设计野外调查路线和内容4分类数字影像预分析5〕找出潜在的训练样区6定位和绘制训练样区7检查每个训练样区的各波段频率直方图8调整和去除双峰频率分布9合并训练数据信息并用于分类程序，进展计算机监视分类过程•监视分类的方法1平行算法分类根据训练样本的亮度值范围在多维数据空间中形成的盒子矩形作为分类决策依据2〕最小距离分类利用训练数据各波段的光谱均值，根据像元和各训练样本平均值距离的大小，将像元划分到距离最短的信息类别中⑶ISODATA算法分类ISODATA兼备监视分类和非监视分类特点，属于“混合〃的分类技术迭代自组织数据分析技术，从最小距离法演化来4最大似然法分类根据训练样本的均值和方差，通过概率评价待分类像元与训练样本之间的相似性，依此对像元进展分类最大似然法可以同时定量地考虑二个以上的波段和类别，是一种应用广泛而且有效的分类技术该方法中概率的计算是假设训练数据和类别本身都服从多元正态分布〔高斯分布〕，要求训练数据服从单峰分布5贝叶斯法分类通过计算变量属于各类的概率，将该变量归为概率最大的一组优点当类别在光谱数据空间中不容易区分的或是重叠时，运用贝叶斯定理进展分类效果特别好缺点样本必须服从多元正态分布PF|45=PFP45|F/[PFP[45|F+PCP45|C]P©45〕二P〔CP〔45Q/[PFP[45|F+P〔CP[45|C]6ECHO分类法ECHO法，是针对均质目标的提取和分类法面向对象对像元分类之前，按照光谱的相似性先将整个影像划分假设干区域，然后针对区域进展分类步骤先寻找光谱相似的邻近像元为一组，然后每个均质的斑块平均亮度值将与其相邻斑块进展对比，最后分类•执行监视分类的一般步骤1确定分类的类别列表2选择和确定训练数据最重要最费时3〕修改类别和训练样区，确保训练数据的均质性⑷实施分类5评估分类效果.其它分类方法•纹理分类该分类器用于测量影像纹理构造，即测量相邻像元之间的空间和光谱关系，•分层分类策略一一分类树首先将难以分类的类别和其他容易分类的类别区分开来，然后再收集最有效分类决策•模糊分类关瓦是确定像元的隶属度从特定研究区域的经历数据得来•人工神经网络分类利用计算机模拟人类学习过程，建设输入和输出数据之间联系的程序分3层输入层、输出层、隐含层人工神经网络也可以进展反向传播训练，返回检验输入与输出之间联系，调整权重修改分类结果优点提高分类精度；缺点需要大量训练计算，计算效率低.不同分类方法的精度差异在其它因素保持不变的情况下，使用不同的分类算法对同一地区进展分类精度差异是由分类方法引起的分类算法选择要考虑方便、实用、运算速度与精度的权衡；没有哪个分类器对所有的分类结果都是最好的，需要考虑地面类别与分类器的最正确组合模式.分类中应用的辅助数据辅助数据是指以非遥感方式获得的辅助影像分类或遥感影像分析的数据各类地图、报告和野外考察资料等辅助数据有两方面的应用一是作为单独的图层；二是分层分类〔植被分类与坡度坡向）.图像分类的有关问题

（1）未充分利用遥感图像提供的多种信息〔没有考虑相邻像元之间的关系）

（2）提高遥感图像分类精度受到限制大气状况影响下垫面的影响，混合像元、向阳背阴亮度差异其他因素的影响，小云朵、成像时光照条件、地物类别间的过渡区域、森林与草地第十三讲分类精度评价

一、教学目标

1.了解精度的概念与意义2掌握分类误差的来源，误差特征

3.熟练掌握精度评价方法及误差矩阵的应用

一、重占与难占分析.重点「需度蒂价方法及误差矩阵的应用2难点精度评价方法原理，误差矩阵的对比分析

三、教学内容与教学过程.精度的概念与意义精度是指“正确性〃，即一幅不知道其质量的图像和一幅假设准确的图像（参考图）之间的吻合度详细度是指“细节〃，通过降低详细度可以提高精度分类类别少，分类精度就会提高森林树种分的越细精度越低意义遥感数据分类的精度直接影响由遥感数据生成的地图和报告的正确性、将这些数据应用于土地管理的价值、以及用于科学研究的有效性.分类误差的来源分类误差来源于主要是由“同物异谱〃和“同谱异物〃、混合像元以及不合理的预处理等因素引起；花岗岩与混凝土混合像元值可能不同于任何一种类别的光谱值，而被误分到其它类别；遥感图像的预处理中进展的辐射和几何校正可能对后续分类引入某些误差；地面景观特征也是误差的重要来源复杂的景观更易产生误差.误差特征类型位置误差（各类别边界不准确）、分类误差（在分类过程中将属于某一类别的像元错分）误差的特征主要有1〕误差并非随机分布在影像上，而是显示出空间上的系统性和规则性；一般来说，错分像元在空间上并不是单独出现的，而是按照一定的形状和分布位置成群出现；3误差与他们属于的地块有着明确的空间关系，如他们倾向于出现在边缘或地块内部.精度评价方法精度评价就是进展两幅地图的对比，其中一幅是基于遥感数据的分类图，也就是需要评价的图，另一幅是假设准确的参考图，作为对比的标准两幅地图必须进展配准，使用一样的分类系统，以及具有相当的详细度方法1面积精度评价法，对比两幅图上每种类别的面积差异，用面积比例表示，这里的两幅影像每种类别面积相似，但边界位置有很大不同这种评价方法会产生很大的位置误差2位置精度评价法，对比两幅图位置之间一致性的方法进展评价，错误放置类别边界，这里的两幅影像每种类别面积相似，但边界位置有很大不同这种评价方法会产生很大的位置误差3误差矩阵评价法，表示误差的标准形式是误差矩阵，有时称为混淆矩阵，它不仅能表示每种类别的总误差，还能表示类别的误分混淆的类别误差矩阵的构建.相互配准以及有一样或相似的分类体系；.两幅图叠置；一样格式构建误差矩阵需要分析人员进展待评价的影像与参考影像之间的点对点对比，准确地确定参考影像上的每个点在分类影像中所对应点的位置漏分误差和错分误差漏分误差E0指地面上的森林类别在待评价分类图上，有多少被错误地分到了其它类别；一一生产者精度错分误差EC指将地面的农田或其他类别在分类图上错误地划分为森林类别一一用户精度■用户精度说明分类图的可信度■制图精度用来告知执行分类的分析人员.误差矩阵的应用误差矩阵表示的误差正确率表示影像上或者样本中正确分类像元占总像元的比例正确率是一种简单的精度测量方法，表示分类的精度正确率只能表示分类的相对有效性，并不能解决分类误差的所有问题一般用于资源管理的土地利用数据要求到达85%以上的正确率85%〔1:.4万〕、77%〔1:1万〕、73%〔1:25万〕Kappa分析教案后记本课程是本科班的专业根基课，安排在大学第三学期在课程的教学过程中我认真备课，与学生间建设了良好的师生关系，学生非常信赖我，对我的教学给予了较好的评价在具体的教学过程中，我对于具体知识的讲解是清晰的，并以明白易懂的形式呈现教学内容，并注意前后联系和对比；注重操作过程和步骤的程序化，使得学生有清晰的记忆平时课堂授课过程中，保持每课一练，将所讲知识与问答题目相结合，有利于加快学生的知识理解和累积，更有助于保持学生听课积极性采用教材的例子、类似的例子、综合的实验这样由易到难的递进层次，可以使学生能有成就感而又不会没有挑战性，能保持学生的学习积极性，这样有利于遥感总体性的学习和理解，强化学生的记忆学生对基本概念的兴趣不大，对知识与实例相结合的内容较感兴趣，因此教学中我有待改良的地方，例如减少面面俱到，更加突出重点教学形式和方法还需要更加多样化，理论结合实践讲解、多练习相关题目等A摄影方式，照相机B扫描方式，TM与雷达2非成像方式遥感不能获得目标物的图像，常是一些曲线，如气象中温度辐射计6按应用领域分地质、农业、林业、草原、水文、测绘、环境、灾害、城市、海洋、大气、军事等4介绍遥感技术系统1遥感平台Platform搭载遥感仪器的装置，如汽车，汽球，飞机，卫星等地面平台主要指用于安置传感器的三脚架、遥感塔、遥感车等，高度在100米以下航空平台指高度在12千米以内的飞机和气球航天平台指高度在150千米以上的人造地球卫星、宇宙飞船、空间轨道站和航天飞机等人造地球卫星

1、低高度/短寿命U50-350km几天到几十天〕；

2、中高度/长寿命350-1800km3-5年；

3、高高度/长寿命36000km10年以上2传感器Remotesensor接收，记录和传送遥感信息的装置，如，照相机摄像机，扫描仪传感器也称遥感器或者探测器，是远距离感测和记录地物环境辐射或反射电磁能量的遥感仪器根据记录方式不同，主要分为成像方式和非成像方式两类传感器一般由信息收集、探测系统、信息处理和信息输出4局部组成3遥感信息的获取与接收Acquisition通过传感器，如扫描仪，摄影机等接收或记录目标物的电磁波传感器可以装载在地面如车载，空中或空间等遥感平台上记录在传感器介质上的电磁波信息传输给地面的承受站承受如美国陆地资源卫星landsat的地面接收站4遥感信息的处理ImageProcessing为了便于应用接收到的电磁波数字信息通过计算机要进展一系列的处理，如几何和大气校正，图像的增强，变换，融合等专用的遥感图像处理软件有ERDASENVLPCI等5遥感信息的应用Application根据遥感信息的特点和应用的目的，遥感信息的应用十分广泛在国土资源〔土地利用，地质勘探，农林资源监测，测绘，军事，城镇规划，环境监测，交通运输，海洋，水文等许多方面都有应用5介绍遥感的几个基本术语1地物光谱差异不同地面地面物体反射或发射能量之间的光谱差异，如玉米和小麦的光谱特征差异；不同地面物体反射或发射能量随波长变化，如多波段图像识别地物；不同时期地物的反射或发射能量之间的光谱差异，如农作物的物候时期光谱变化2辐射记录差异传感器对物体和目标地物的亮度差异的记录3空间分辨差异空间分辨率决定了影像的空间细节水平取决于传感器、成像高度、地面景观的空间复杂度4几何误差由于传感器镜头的观察角度、扫描仪的运动，地形起伏和地球的曲率造成的，遥感器获得影像与地面景观不能形成一致的几何关系，存在位置误差5像片格式与数字格式的可转换性6遥感成像系统成像系统中包括镜头，胶片7大气作用所有能量到达遥感仪器前都经过了大气的衰减作用［教学提示］:像片格式与数字格式分别用例子来阐述6简述遥感的开展历程遥感最初是随着望远镜，摄影技术，航空和航天技术以及电子和计算机技术的开展而开展起来的1608年和1609年的汉斯・李波尔的第一架望远镜和伽里略的放大望远镜无记录时期1839年法国人达盖尔创造了第一台可携式木箱照相机开场了有记录时期1858年纳乔士用气球上的照相机拍摄了巴黎的鸟瞰图开场了空中摄影1860年美国人华莱士乘气球拍摄了波士顿市1903年莱特兄弟创造了世界第一架飞机1909年威尔伯〃赖特WilberWright在飞机上拍摄了最早的航拍照片，从空中鸟瞰一座叫做森托切利的意大利城镇1913年航空摄影用于油田测量此后航空摄影技术逐渐用于农业，林业，矿业，城市规划等其它领域二次大战航空摄影技术广泛用于军事侦察，并得到了迅速的开展航天遥感是伴随着人造卫星的上天而开展起来的1957年前苏联发射了世界上第一个人造卫星开场了航天遥感1960年美国的太阳同步气象卫星1972年美国的陆地资源卫星Uandsato1986年法国的spot资源卫星90年代以后高分辨率的遥感卫星，如ikonos、quickbird等相继出现，分辨率可到达米级以下与此同时相应的计算机图像处理软件的出现开展历程阶段分为摄影术阶段、空中气球摄影阶段、飞机摄影阶段、航空遥感阶段、卫星遥感阶段中国的遥感开展简况我国的遥感技术始于上个世纪30年代，以航空摄影为主上世纪50年代引入前苏联的航空摄影技术，航空遥感测量和监测在我国开场广泛应用上世纪70年代以后，开场对应用于各种遥感平台的各种传感器进展了广泛深入的研究，如多光谱扫描仪，红外照相机，成像光谱仪，雷达微波技术1970年我国发射了“东方红一号〃人造卫星，标志着我国自主研发的航天遥感技术的到来1988年发射了我国第一颗气象卫星”风云一号〃1999年又发射了“中巴资源卫星〃在此期间航空航天遥感技术在气象、国土资源、环境、地质勘探，水利，海洋、农业、林业、地质、交通、城市规划、军事等许多方面都有全方位的应用和研究7遥感的现状与趋势1多分辨率多遥感平台并存，空间分辨率、时间分辨率及光谱分辨率普遍提高全色

0.8〜5m多光谱

3.3〜30m的多空间分辨率美国的ORBVIEW可获取1m精度，美国EOS卫星的MODIS-N有35个波段，美国NOAA的单颗卫星每天对同一区域可观测2次2微波遥感、高光谱遥感迅速开展微波遥感技术是近十年开展起来的具有良好应用前景的主动式探测方法，具有穿透性强、不受天气影响的特性，可全天时、全天候工作成像雷达、激光雷达能探测宽波段遥感中不能探测的物质有高光谱仪的卫星为EO-

1、MERIS、ADEOS-

2、ORBVIEW4o3遥感的综合应用不断深化4商业遥感时代到来8遥感的应用1农林方面的应用农作物类型区分、种植面积的估算、农作物长势和病虫害动态监测、作物估产、土地资源与肥力监测、森林、草场资源的清查、评价和调控、森林、草场的火灾和病虫害动态监测2地质、矿产方面的应用成矿条件的地质分析、指导矿产普查勘探的方向、预估矿区的开展前景在工程地质、水文地质、石油地质以及地震地质等方面均有应用3水文、海洋方面的应用水资源调查、水资源动态研究、冰雪研究以及海洋研究等其中海洋研究，例如渔业资源调查，海岸带地质地貌分类、海岸带资源开发、滩涂面积、海岸线长度量算4环境保护方面的应用大气污染监测、土地污染监测、赤潮监测、海洋污染监测、其它污染监测5测绘方面的应用地形图测绘、专题地图的编绘作用6地理学方面的应用获取地理空间信息和定量数据、为规划制图和空间分析、获取全球信息、遥感考古、城市规划、旅游规划、环境规划等3s技术的密切结合，共同作用

4.教学小结本讲首先介绍了本课程的基本情况与要求，介绍了遥感的有关概念、特性和分类，并通过图片的形式直观地介绍了遥感的应用第二讲遥感电磁辐射根基

一、教学目标.对电磁波谱进展介绍，了解辐射的基本定律，以及太阳辐射过程.掌握太阳辐射与大气、地面的相互作用.了解三种遥感模式

二、重点与难点分析重点后握太面辐射与大气、地面的相互作用难点辐射的基本定律，太阳辐射过程

三、教学内容与教学过程L电磁波谱与电磁辐射1波振动的传播，质点在平衡位置振动而能量向前传播，如抖动绳索产生的波如果质点的振动方向与波的传播方向一样，称为纵波如果质点的振动方向与波的传播方向垂直，称为横波2电磁波电磁振动的传播，交互变化的电磁场在空间的传播当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波，其方向是由电磁振荡向各个不同方向传播的按电磁波在真空中传播的波长或频率、递增或递减依次排列为一个序谱，将此序谱称为电磁波谱电磁波谱按波长从小到大（或按频率从高到低）排列，可以划分为咖吗射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波［教学提示］:遥感中较多地使用可见光、红外和微波波段，特别是可见光\近红外波段

（3）各波段的主要特性紫外线波长范围为

0.01〜

0.38|im太阳光谱中，只有

0.3〜

0.38|im波长的光到达地面，且探测高度在2000m以下可见光波长范围

0.38~

0.76pim人眼对可见光有敏锐的感觉红外线波长范围为

0.76〜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对云层、地表植被、松散沙层和枯燥冰雪有一定的穿透能力伽马射线和X射线属于能量高、穿透能力强的电磁辐射无线电波主要用于播送、通讯等方面.红外线的划分近红外

0.76~

3.0pm与可见光相似，所以又称光红外中红外

3.0〜地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外远红外

6.0〜

15.0|Lim地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外超远红外

15.0〜lOOOjiim多被大气吸收，遥感探测器一般无法探测.电磁辐射的度量1辐射源广义任何物体；狭义太阳及发热、发光物体2辐射测量辐射能量（W）电磁辐射的能量，单位J辐射通量（

①）g=dW/dt单位时间内通过某一面积的辐射能量辐射通量密度E=d

①/ds（w/s2）单位时间内通过单位面积的辐射能量辐照度（I）I=d

①/ds（w/s2）是在某一指定外表上单位面积上所承受的辐射通量辐射出射度［M）M=d

①/ds1w/s2）辐射源物体外表单位面积的辐射通量辐照度和辐射出射度都是辐射通量密度的概念，不过，I为物体承受的辐射M为物体发出的辐射，它们都与波长有关辐射亮度（L〕面辐射源上某点在一定方向上的辐射强弱的度量，具体是指辐射源在某一方向上，单位投影外表，单位立体角内的辐射通量L=O/Q（AcosO）其中Q=s/R2说明立体角，单位是球面度，无量纲；s为与球半径垂直的某小面元的面积，R为球半径8方向看到的源面积是A的投影面积即为Acos0o辐射源向外辐射电磁波时，L往往随角而改变，也就是说，接收辐射的观察者以不同的角观察辐射源时，L值不同辐射亮度（L）与观察角无关的辐射源，称为郎伯源.黑体辐射绝对黑体吸收任何波长电磁辐射的物体，简称黑体绝对黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的绝对黑体.黑体辐射定律1普朗克辐射定律2斯蒂芬―玻尔兹曼定律3维恩位移定律4基尔霍夫〔Kirchhoui））辐射定律［教学提示］:实际物体辐射中，把实际物体看作是辐射源研究其辐射特性，是将其与绝对黑体进展对比.太阳辐射及大气对辐射的影响太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳辐射实际上就是太阳光它通过地球大气层照射到地面，经过地面物体反射后又返回，再经过大气到达传感器，而这时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射到达地球大气上空时的辐射强度相比已经有了很大的变化1太阳辐射太阳常数不受大气影响，在距离一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间黑体所承受的太阳辐射能量太阳光谱曲线在大气上界测得的太阳辐射光谱曲线为平滑的连续的光谱曲线，它近似于6000K的黑体辐射曲线2太阳辐射特征太阳光谱相当于6000K的黑体辐射；太阳辐射的能量主要集中在可见光；到达地面的太阳辐射主要集中在近紫外、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；各波段的衰减是不均衡的［教学提示］:太阳辐射从近紫外到中红外这一波段区间能量最为集中而且稳定性最好这也是遥感特别是被动遥感利用的主要电磁波谱3大气成分大气主要由分子和其他微粒组成分子主要有N2和02约占99%、

03、CO

2、H2O及其他微粒主要有烟、尘埃、雾霾、小水滴及气溶胶，等等4大气散射散射辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开的现象散射使原传播方向的辐射强度减弱而增加其他方向的辐射从遥感角度看太阳辐射在照到地面又反射到传感器的过程中二次通过大气在照到地面时由于散射增加了漫入射的成分使反射的辐射成分有所改变在返回传感器时除反射光之外还增加了散射光进入传感器增加了信号噪声影响遥感影象质量瑞利散射（原子和分子）当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射主要影响可见光和近红外波段接瑞利散射:晴空天蓝就是因为蓝光波长短、散射强度大蓝光向四面八方散射使整个天空蔚蓝米氏背攵射（微粒）当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射主要有大气中的微粒、如烟、尘埃、气溶胶等引起对于近紫外和红外线波段都有影响波长进入红外线波段后，米氏散射超过瑞利散射波段用途

0.50〜

0.59Pm〔绿色）区分植物类型和评估作物长势，对水体也有一定的穿透深度，区分人造地物类型

0.61〜

0.68狈（红色）辨识农作物类型，地质解译，识别石油带、岩石与矿物

0.78〜

0.89Pm（近红外）区分植物类型、水体边界，探测土壤含水量

1.58〜

1.75Pm（短波红外）探测植物含水量及土壤湿度，区分云与雪

0.50〜

0.73Pm〔全色波段）调查城市土地利用现状、区分主要干道、大型建筑物，了解城市开展状况EOSATFASTLGSOWGLGSOWGCEOSVMP辅助数据FORMATSPIM中国遥感卫星VVBSQ、BILTMVASCIISPOTVV二进制码微波类遥感数据VV单波段。