遥感原理与方法-精品课程

遥感原理与方法讲义第1章绪论遥感技术是近年来蓬勃发展起来的一门综合性学科——空间信息科学。

它的功能和价值引起了许多学科和部门的重视，特别在资源勘测、环境管理、全球变化、动态监测等方面，显示了无与伦比的优越性，获得愈来愈广泛的应用，是地球科学和资源环境学科开展研究的基本方法，成为信息科学的主要组成部分和重要支撑技术体系。

§1.1 遥感的基本概念1.1.1 遥感概述1 遥感概念遥感的英文是“Remote Sensing”，意即“遥远的感知”，在日本叫“远隔探知”或“远隔探查”。

其科学含义一般理解为：在遥远的地方，感测目标物的“信息”，通过对信息的分析研究，确定目标物的属性及目标物之间的关系。

也就是说：不与目标物接触，凭借其发来的某些信息，识别目标。

所以有人将遥感技术作为一种侦察技术。

根据遥感的这一概念，人和动物都具有一定的遥感本领。

例如人的眼睛识别物体的过程就是一种遥感过程，它是靠物体的色调、亮度、以及物体的形状，大小等信息，来判定物体的属性。

蝙蝠能发射超声波，并用接收到的回波来判断障碍物的距离、方位和属性。

现代遥感技术就是模仿自然界中的遥感现象和过程而产生的。

目前，对遥感的较一致定义是：在远离被测物体或现象的位置上，使用一定的仪器设备，接收、记录物体或现象反射或发射的电磁波信息，经过对信息的传输、加工处理及分析与解译，对物体及现象的性质及其变化进行探测和识别的理论与技术。

2遥感基本过程现代遥感技术的基本过程是：在距目标物几米至几千公里的距离以外，以汽车、飞机和卫星等为观测平台，使用光学、电子学和电子光学等探测仪器，接收目标物反射、散射和发射来的电磁辐射能量，以图像胶片或数字磁带形式进行记录；然后把这些信息传送到地面接收站，接收站把这些遥感数据和胶片进一步加工成遥感资料产品；最后结合已知物体的波谱特征，从中提取有用信息，识别目标和确定目标物间的相互关系。

因此说遥感是一个接收、传送、处理和分析遥感信息，并最后识别目标的复杂技术过程。

第6章扫描成像受胶片感光范围的限制，摄影胶片一般仅能记录波长在0.3～1.4μm间的电磁波辐射，加之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，因此，摄影成像的应用范围受到了较大的限制。

扫描成像是50年代以来产生、形成的一种新兴探测技术，它主要依靠探测元件和扫描镜对目标地物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性信息，利用光电效应和光热效应，将辐射能转换成电能(电流、电压)，或者是其它物理特性(体积，压力等)的变化，从而对物体进行探测。

扫描成像探测波段可包括紫外、红外、可见光和微波波段，数据可采用视频传输方式来回收，应用领域广泛，是遥感的重要成像方式和发展方向。

§6.1 扫描探测器工作原理6.1.1 探测器主要性能参数与其它器件一样，探测器也有一套根据实际应用的需要而制定的特性参数。

用这些参数可以评价一个探测器的优劣，图6-1为探测器功能示意图，输入的是辐射能，输出的是电压，下面介绍几个主要特性参数。

图6-1 探测器的功能图图6-2 探测器光谱响应曲线1 响应率响应率是到达探测器上的单位辐射功率所产生的电压，即输出电压与输入辐射能量之比，表达式是：Ｒ＝Ｖｓ／φ（6-1）Ｖｓ：输出电压(伏)，φ：输入的辐射能量(瓦)。

2 响应波长范围探测器的响应率与入射辐射的波长有一定关系，图６－２是探测器的光谱响应曲线。

一般情况下，响应曲线有一最大响应峰，对应波长为λp ，从λp 向两边响应率都有所下降，我们把下降到峰值的一半所在的波长λc1、λc2叫做截止波长，探测器的使用范围波长，只能在λc1和λc2之间。

3 噪声电压（Ｖn ）和等效噪声功率（NEP ）探测器在工作时本身所固有的一些毫无规律的，事前无法预测的随机电压起伏，叫噪声电压，简称噪声（Ｖn ）。

如果投射到探测器上面的辐射通量产生的输出电压正好等于探测器本身的噪声电压，这个辐射量就叫做等效噪声功率（NEP ），意思是说，它对探测器所产生的效果与噪声相等。

第四章遥感图像处理目的与要求：熟悉光学遥感图像处理的原理；掌握数字图像处理的工作原理、工作流程；掌握几何校正、辐射校正的原理重点及难点：遥感图像的几何纠正、辐射校正。

教学法：讲授法、演示法教学过程：第一节遥感数字图像的校正一、数字图像及其直方图1 数字图像数字图像：遥感数据有光学图像和数字图像之分。

数字图像是能被计算机存储、处理和使用的用数字表示的图像。

数字化：将连续的图像变化，作等间距的抽样和量化。

通常是以像元的亮度值表示。

数字量和模拟量的本质区别：连续变量，离散变量。

数字图像的表示：矩阵函数2 数字图像直方图数字图像直方图：以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图。

直方图的作用：直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。

直方图的曲线可以反映图像的质量差异。

正态分布：反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质量高。

偏态分布：图像偏亮或偏暗，层次少，质量较差。

二、辐射校正1、遥感图像的辐射误差主要有三个因素❖传感器的光电变换❖大气的影响❖光照条件2、大气散射校正2.1大气影响的定量分析2.2大气影响的粗略校正通过简单的方法去掉程辐射度（散射光直接进入传感器的那部分），从而改善图像质量。

直方图最小值去除法回归分析法三几何校正1、遥感图像的几何变形有两层含义卫星在运行过程中，由于姿态、地球曲率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传感器自身性能所引起的几何位置偏差。

图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐标之间的差异。

2、卫星姿态引起的图像变形3、地形起伏的影响4、地球曲率5、大气折射6、地球自转的影响7、遥感图像几何校正方法几何粗校正：这种校正是针对引起几何畸变的原因进行的，地面接收站在提供给用户资料前，已按常规处理方案与图像同时接收到的有关运行姿态、传感器性能指标、大气状态、太阳高度角对该幅图像几何畸变进行了校正。

几何精校正：利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。

遥感原理与方法精编 High quality manuscripts are welcome to download遥感原理与应用绪论1.遥感的概念遥感：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。

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。

狭义遥感：电磁波遥感，即应用传感器，不与探测目标接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示物体的特征性质及其变化的技术。

2.遥测与遥控遥测：对被测物体某些运动参数和性质进行远距离测量的技术。

遥控：远距离控制目标物体运动状态和过程的技术。

3.遥感的分类按遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感、宇航遥感。

按传感器的探测波段范围分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感。

按工作方式分：主动遥感、被动遥感。

按记录信息的表现形式分：成像遥感、非成像遥感。

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、资源遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、城市遥感、军事遥感等等。

4.遥感三要素目标物传感器测量方法5.遥感的主要特点1)获取信息真实、客观2)获取信息的速度快，周期短3)获取信息受条件限制少,范围大4)获取信息的手段多，信息量大6.遥感的过程地物发射或反射电磁波传感器获取数据数据处理信息提取应用7.遥感的应用①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；②利用高分辨率影像提取城市信息(交通道路网络)；③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；④高光谱遥感在精准农业中的应用；⑤在建设数字城市、数字省区和数字中国中的应用：DOM、DEM和DLG。

第一章电磁波及遥感物理基础1.电磁波传播原理：交互变化的电磁场在空间的传播。

描述特性指标：波长、频率、振幅、相位等。

特性：波动性、粒子性、横波2.干涉基本原理：波的叠加原理叠加条件：频率相同、震动方向相同、具有固定位相关系3.衍射概念：光通过有限大小的障碍物时偏离直线路径的现象。

遥感原理与应用绪论1.遥感的概念遥感:即遥远感知,就是在不直接接触的情况下,对目标或自然现象远距离探测与感知的一种技术。

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。

狭义遥感:电磁波遥感,即应用传感器,不与探测目标接触,从远处把目标的电磁波特性记录下来,通过分析,揭示物体的特征性质及其变化的技术。

2.遥测与遥控遥测:对被测物体某些运动参数与性质进行远距离测量的技术。

遥控:远距离控制目标物体运动状态与过程的技术。

3.遥感的分类按遥感平台分:地面遥感、航空遥感、航天遥感、宇航遥感。

按传感器的探测波段范围分:紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感。

按工作方式分:主动遥感、被动遥感。

按记录信息的表现形式分:成像遥感、非成像遥感。

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、资源遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、城市遥感、军事遥感等等。

4.遥感三要素目标物传感器测量方法5.遥感的主要特点1)获取信息真实、客观2)获取信息的速度快,周期短3)获取信息受条件限制少,范围大4)获取信息的手段多,信息量大6.遥感的过程地物发射或反射电磁波传感器获取数据数据处理信息提取应用7.遥感的应用①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、全球与局部环境监测;②利用高分辨率影像提取城市信息(交通道路网络);③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;④高光谱遥感在精准农业中的应用;⑤在建设数字城市、数字省区与数字中国中的应用:DOM、DEM与DLG。

第一章电磁波及遥感物理基础1.电磁波传播原理:交互变化的电磁场在空间的传播。

描述特性指标:波长、频率、振幅、相位等。

特性:波动性、粒子性、横波2.干涉基本原理:波的叠加原理叠加条件:频率相同、震动方向相同、具有固定位相关系3.衍射概念:光通过有限大小的障碍物时偏离直线路径的现象。