遥感摄影成像的原理和应用

电磁波特性及作用：干涉:微波遥感中的雷达应用了干涉原理成像。

雷达影像上的颗粒状特征：影像判读意义重大很难去除衍射: 研究电磁波的衍射现象对设计遥感仪器和提高遥感图像几何分辨率具有重要意义。

另外在数字影像的处理中也要考虑光的衍射现象。

偏振:指电磁波传播的方向性，偏振在微波技术中称为“极化”。

遥感技术中的偏振遥感技术中的偏振摄影和雷达成像利用了电磁波的偏振这一特性。

入射波与再辐射波的偏振状态，在信息传递时起着重要的作用。

他们提供了强度和频率之外的附加信息。

粒子性：量子的能量与波长成反比。

探测热红外波长辐射比探测可见光波段辐射要困难的多的原因。

为了获得足够的能量信号，在给定的时间内必须探测足够大的地表区域。

一般物体的发射辐射：与温度、波长、构成物体材料表面状况等大气的影响及作用：吸收+ 散射+ 反射作用：定大气窗口----波段选择(用户)、卫星传感器波段设计的依据、不能透过的波段---大气研究(天气预报）用MODIS影像白天和夜间影像灰度---热惯量P----裸露土壤含水量-----干旱监测热红外影像-----城市热岛监测地物的反射辐射：限于紫外、可见光和近红外，尤其是后两个波段。

受物体的组成成分、结构、表面状态以及物体所处环境的控制和影响。

引起辐射变形原因：传感器本身的性能引起的、地形影响和光照条件的变化引起的、大气的散射和吸收引起的1 太阳辐射的特点：1) 太阳辐射的光谱是连续的；2) 太阳辐射和黑体辐射基本一致；3) 辐射的能量主要集中在紫外到中红外，且相对稳定；4) x射线、r射线、远紫外和微波波段能力小，且不稳定。

2 遥感中的意义：1) 传感器波段的选择；2) 大气对太阳辐射的影响是很大的。

测量地物反射波谱特性曲线测量步骤及作用：测量步骤：(1) 架设好光谱仪，接通电源并进行预热(2) 安置波长位置，调好光线进入仪器的狭缝宽度；(3)将照准器分别照准地物和标准板，并测量和记录地物、标准板在波长λ1，λ2，……λn处的观测值Iλ和Iλ0测量地物反射波谱特性曲线作用：其一，它是选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据；其二，在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础资料；第三，它是有效地进行遥感图像数字处理的前提之一，是用户判读、识别、分析遥感影像的基础。

遥感摄影成像原理及应用遥感摄影成像原理是指利用摄影机通过光学系统将感光介质上物体辐射反射回来的能量转化为影像信号的过程。

遥感摄影成像原理主要包括光学成像原理和电子成像原理两种。

光学成像原理是指利用光线通过透镜和镜头来定向传播和汇聚，进一步形成清晰的影像。

它是利用透镜和光学仪器将地球上的物体光线反射进入摄影机，在感光介质上产生图像。

光学系统是遥感摄影成像的核心部分，它包括目标、光源、透镜等。

光线从目标发射出来后，通过投影透镜后到达感光介质上，形成一个倒立的、虚像的胶片或CCD\CMOS上。

电子成像原理是指利用电子传感器接收光信号，并将光信号转化为电信号，进而形成数字图像。

相对于传统的胶片摄影，电子成像有许多优点，如动态范围大、信噪比高、快速响应等。

目前最常用的电子成像技术是CCD和CMOS技术。

当光线照射到CCD芯片上时，CCD芯片会将光信号转化为电子信号，并通过模数转换器转化为数字信号。

遥感摄影的应用非常广泛。

首先，遥感摄影可以用于土地利用与覆盖监测。

通过监测地表的覆盖状况，可以对土地资源进行定量评价和管理。

其次，遥感摄影可以用于环境与生态监测。

通过监测大气和水体的污染状况，可以及时发现环境问题并采取相应措施。

再次，遥感摄影可以用于城市规划与建设。

通过监测城市的建设情况，可以合理规划城市发展，提高城市建设效率。

此外，遥感摄影还可以用于农业生产和林业资源管理。

总之，遥感摄影成像原理是通过光学成像和电子成像两种原理将物体反射回来的光线转化为影像信号的过程。

遥感摄影的应用范围广泛，包括土地利用与覆盖监测、环境与生态监测、城市规划与建设、农业生产和林业资源管理等领域。

随着技术的不断发展，遥感摄影在各个领域中的应用将会越来越广泛，为人们的生活带来更多的便利。

第一章：1. 遥感的定义遥感是指对地观测，即从不同高度的工作平台上通过传感器，对地球表面目标的电磁波反射或辐射信息进行探测，并经信息的记录、传输、处理和解译分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。

2. 遥感的分类（1）按遥感平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感（2）按工作方式：主动式遥感、被动式遥感（3）按工作波段：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多光谱和高光谱遥感（4）按记录方式：成像遥感、非成像遥感（5）按遥感应用领域分类：从大的研究领域：外层空间遥感、大气遥感、陆地遥感、海洋遥感），从具体应用领域（城市遥感、环境遥感、农业遥感和林业遥感、地质遥感、气象遥感、军事遥感）3. 遥感技术系统的组成部分：信息获取、信息记录与传输、信息处理、信息应用第二章：1.电磁波谱：将电磁波按波长或频率递增或递减顺序排列红外波段：0.76-1000um(近红外(识别植物类型，分析植物长势，监测植被的病虫害) （热红外遥感主要使用3-15um的红外线，探测地下热源、火山、森林火灾、热岛效应）2.辐射通量：电磁辐射单位时间内通过某一表面的能量辐射通量密度：通过单位面积的辐射通量辐射出射度：单位面积发射出的辐射通量辐射照度（辐照度）：投射到单位面积上的辐射通量3.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而毫无反射和透射，则称这个物体为绝对黑体（黑体辐射与温度成正相关）4.（1）太阳辐射的特性：1地球上的能源来源于太阳，太阳是被动遥感最主要的辐射源2在距离地球一个天文单位内，太阳辐射在大气上界处的垂直入射的辐射通量密度称为太阳常数3地球大气层以外的太阳光谱辐照度曲线为平滑的连续曲线（2）地球辐射特性：1地球上的能源来源于太阳的直射能量与天空漫入射的能量2被地表吸收的太阳辐射能，又重新被地表辐射（3）比辐射率：单位面积上地物发射的某一波长的辐射通量密度与同温度下黑体在同一波长上的辐射通量密度之比，又称发射率6.电磁辐射能与地表的相互作用有三种基本物理过程：反射、吸收和透射（1）物体对电磁波的反射可表现的三种形式：镜面反射：当入射能量全部或几乎全部按相反方向反射，且反射角等于入射角漫反射：当入射能量在所有方向均匀反射，即入射能量以入射点为中心在整个半球空间内向四周各向同性反射能量的现象（即伯朗反射）一个完全的漫反射体称为伯朗体方向反射：介于伯朗表面和镜面之间的，其反射方向各不相同，而具有明显的方向性，即在某些方向上反射最强烈的现象7.光谱反射率：地物在某波段的反射通量与该波段的入射通量之比地物的反射波谱特性：地物波谱反射率随波长变化而改变的特性8.水体的反射主要在蓝绿光波段，在近红外、中红外有很强的吸收带植物在绿光附近有一个反射波峰，两侧的蓝光和红光有两个吸收带9.影像地物反射光谱特性的因素：1太阳位置即太阳高度和方位角2传感器位置即观测角和方位角3不同的地理位置、太阳位置、地理景观、海拔高度大气透明度4地物本身性质的变异5时间的变化、季节的变化10.大气对电磁辐射传输作用大气对电磁辐射传输的作用过程的影响包括：散射、吸收、反射、扰动、折射和偏振，对遥感数据，主要是散射和吸收（1）大气吸收：将电磁波辐射能量转换成分子的热运动，使能量减少，主要吸收水蒸气、二氧化碳和臭氧电磁波辐射在大气传输中透过率较高的波段称为大气窗口（2）大气散射：电磁波在传播过程中遇到微粒而使传播方向发生改变，并向各个方向散开瑞利散射：引起散射的大气粒子直径远小于入射电磁波波长（蓝天）米氏散射：。

一．绪论1.遥感的定义：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。

2.遥感的过程:地物发射或反射电磁波通过介质（大气）被传感器接受，通过传感器获取数据，再经计算机对数据处理后，我们提取有用的信息，最后应用于实践。

（地物发射或反射电磁波→介质（大气）→传感器数据获取→计算机数据处理→信息提取→应用）二．电磁波及物理遥感基础1.电磁波的定义：变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。

2.电磁波的特性：波动性（干涉、衍射、偏振）粒子性（光电转换）3.电磁波谱的定义:按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。

4.（1）地物发射电磁波:①绝对黑体的定义：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。

黑体辐射1.绝对黑体：吸收率α(λ,T)≡1 反射率ρ（λ,T）≡02.绝对白体：吸收率α(λ,T)≡0 反射率ρ（λ,T）≡1 绝对黑体与绝对白体与温度和波长无关。

②遥感的两种形式：被动遥感，主动遥感。

其中太阳是被动遥感最主要的辐射源。

⒈太阳辐射的特点：与黑体特性一致；能量集中在可见光和红外波段。

⒉一般物体的发射辐射：自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体的低。

发射率ε：实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比。

ε= W′/ W（ε是一个介于0和1的数）►绝对黑体ελ＝ε＝1►灰体ελ＝ε但0＜ε＜1►选择性辐射体ε＝ｆ(λ)►理想反射体（绝对白体）ελ＝ε＝0大多数物体可以视为灰体：W'=εW=εσT4（2）地物反射电磁波：①光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。

②反射波谱特征曲线：反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线即为该物体的反射波谱特性曲线。

同一地物时间效应：地物的光谱特性一般随时间季节变化。

第一篇名词解释1、遥感技术：在遥感平台的支持下，不与探测目标接触，从远处吧目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。

2、遥感器：遥感器又称为传感器，是接收、记录目标电磁波特性的仪器。

常见的传感器有摄影机、扫描仪、雷达、辐射计、散射计等。

3、电磁波谱：将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。

4、黑体：对任何波长的电磁辐射都全吸收的假想的辐射体。

5、大气散射：辐射在传播过程中遇到小微粒（气体分子或悬浮微粒等）而使传播方向改变，并向各个方向散开，从而减弱了原方向的辐射强度、增加了其他方向的辐射强度的现象。

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，透过率较高的波段。

7、地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。

地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表现。

8、地物反射率：地物的反射能量与入射总能量的比，即ρ=(Pρ/P0 )×100%。

表征物体对电磁波谱的反射能力。

9、地物反射波谱：是研究可见光至近红外波段上地物反射率随波长的变化规律。

表示方法：一般采用二维几何空间内的曲线表示(地物反射波谱曲线)，横坐标表示波长，纵坐标表示反射率。

10、摄影成像：依靠光学镜头及放置在焦平面的感光记录介质（胶片or CCD）来记录物体的影像的成像方式11、扫描成像：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逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁波特性信息，形成一定谱段图像的成像方式。

12、微波遥感：通过微波传感器,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。

13、像点位移：中心投影的影像上，地形的起伏除引起相片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在相片位置上的移动，这种现象称为像点位移，其位移量就是中心投影与垂直投影在统一水平面上的投影误差。

遥感的成像原理基于不同波段的电磁辐射与目标物相互作用的原理。

遥感技术通过感知和记录电磁波（如可见光、红外线、微波等）的能量和特定频段的反射、发射、散射等现象，实现对地球表面信息的探测和提取。

具体来说，遥感卫星等平台上搭载的传感器会根据设定好的波段和分辨率，接收地面物体反射或发射的电磁波，并记录下这些信息。

这些信息包括但不限于地物的光谱信息、辐射亮度、位置和几何形态等，涵盖了从紫外线、可见光、红外线、微波等各个波段。

通过这些信息，可以对目标物的特性和状态进行判断，并应用于土地利用规划、环境监测、灾害预警、农作物估测等领域。

遥感的成像方式有多种，例如：
1. 摄影成像：利用类似普通照相机的装置来获取地物的光学图像，然后对图像进行解析以获取地物的信息。

2. 扫描成像：利用扫描仪将地物逐点成像，通常需要配合计算机进行数据处理和图像重建。

3. 雷达成像：利用微波雷达对地物进行穿透探测，能够获取地下的信息，通常用于地质勘查和军事侦察等领域。

4. 合成孔径成像：利用飞机或卫星上搭载的合成孔径雷达进行高分辨率成像，通常用于地图制作和城市规划等领域。

总之，遥感技术以其覆盖范围广、信息量大、获取速度快等特点，在现代社会各个领域发挥着越来越重要的作用。

第一章电磁波及遥感物理基础一、名词解释：1、遥感：（1）广义的概念：无接触远距离探测(磁场、力场、机械波）；（2）狭义的概念：在遥感平台的支持下，不与目标地物相接触，利用传感器从远处将目标地物的地磁波信息记录下来，通过处理和分析，揭示出地物性质及其变化的综合性探测技术。

2、电磁波：变化的电场和磁场的交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。

3、电磁波谱：将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。

4、绝对黑体：对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体称为绝对黑体。

5、绝对白体：反射所有波长的电磁辐射。

6、光谱辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能量。

8、大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的电磁辐射波段。

11、光谱反射率：ρ=Pρ/P0 X 100%，即物体反射的辐射能量Pρ占总入射能量P0 的百分比，称为反射率ρ。

12、光谱反射特性曲线：按照某物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。

二、填空题：1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等组成。

2、绝对黑体辐射通量密度是温度Ｔ和波长λ的函数。

（19页公式）3、一般物体的总辐射通量密度与绝对温度和发射率成正比关系。

4、维恩位移定律表明绝对黑体的最强辐射波长λ乘绝对温度T 是常数2897.8。

当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向短波方向移动。

5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为 0.47 μm。

三、选择题：(单项或多项选择)1、绝对黑体的（②③）①反射率等于1 ②反射率等于0 ③发射率等于1 ④发射率等于0。

2、物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系（⑥）①反射率②发射率③物体温度一次方④物体温度二次方⑤物体温度三次方⑥物体温度四次方。

3、大气窗口是指（③）①没有云的天空区域②电磁波能穿过大气层的局部天空区域③电磁波能穿过大气的电磁波谱段④没有障碍物阻挡的天空区域。