遥感原理与应用课程设计 第一章 绪论1.1遥感概述1、遥感的概念: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、加工处理及分析与翻译，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。遥感技术系统: 遥感技术系统是实现遥感目的的方法论、设备和技术的总称。现已成为一个从地面到高空的多维、多层次的立体化观测系统。2、 遥感技术系统主要有：遥感平台:在遥感中搭载遥感仪器的工具称为平台或载体。平台的运行特征及其姿态稳定状况直接影响遥感仪器的性能和遥感资料的质量。目前的遥感平台有飞机、火箭和卫星等。 传感器:在遥感中，收集、记录和传送遥感信息的装置称为传感器，他是遥感技术的核心。目前应用的传感器主要有：摄影机、摄像仪、扫描仪、雷达等。 遥感数据接受处理系统：为了接受从遥感平台传送来的图像胶片和数字磁带数据，必须建立地面接收站。地面接收站由地面数据接受和记录系统(TRRS)，图像数据处理系统(IDPS)两部分组成。 分析解译系统：用户得到的遥感资料，是经过处理的图像胶片和数据，谈后再根据各自的应用目的，对这些资料进行分析、研究、判断解释，从中提取有用信息，并将其翻译成为我们所用的文字资料或图件，这一工作为“解译”。分为常规目视解译技术和电子计算机解译技术。3、遥感的分类：根据遥感平台的分类：a.地面遥感：平台与地面接触，常用的平台有汽三角架等。b.航空遥感：平台为飞机和气球，是从空中对地面目标的遥感。c.航天遥感：以卫星、火箭和航天飞机为平台，从外层空间对地球目标物所进行的遥感。d.航宇遥感。 根据电磁波谱的分类：a.可见光遥感：只收集与记录目标物反射的可见光辐射能量，所用传感器有摄影机、扫描仪等。b.红外遥感：收集与记录目标物发射或反射的红外辐射能量，所用传感器有摄影机、扫描仪等。c.微波遥感： 收集与高录目标物发射或反射的微波能量，所用传感器有扫描仪、微波辐射计、雷达等。d.多光谱遥感： 把目标母辐射来的电磁辐射分割成若干个窄的光谱带，然后同步探测，同时得到一个目标物不同波段的多幅图像。传感器有多光谱摄影机，多光谱扫描仪等。e.紫外遥感：手机记录目标物的紫外辐射能。 根据电磁辐射能源的分类：a.被动遥感：指不利用人工辐射源，而是直接接收与记录目标物反射的太阳辐射或者目标物本身发射的热辐射和微波遥感。b.主动遥感：是指使用人工辐射源从平台上先向目标发射电磁辐射，然后接收和记录目标物反射或散射回来的电磁辐射的遥感。根据应用目的的分类：地质遥感、农业遥感、林业遥感、水利遥感、环境遥感等。 根据遥感资料的显示形式，获得方式和波长范围的分类：a.图像方式遥感；b.非图像方式遥感。4、遥感的研究范畴：物理场遥感a.电磁波遥感；b.力场遥感；c.机械波遥感；d.声波遥感。（a是目前遥感主要研究范畴）5、遥感的特点： 探测范围大，宏观、真实； 信息量大、波段丰富，波段的扩展增加了接受内容，表现了技术的先进性； 获取信息快，更新周期短，具有动态监测的特点； 用途广，效益高。1.2遥感的发展 最早使用“遥感”一词的是美国海军研究所的艾弗林*普鲁伊特。年，在美国国家科学院和国家研究理事会的支持下，在密歇根大学的威罗*兰实验室召开了“环境遥感国际讨论会”，此后，在世界范围内，遥感作为一门新兴学科飞速发展起来。） 无记录的地面遥感阶段（年） 年，汉斯*李波尔赛制造了世界第一架望远镜，年伽利略作放大数倍的科学望远镜，从而为观测远距离目标开辟了先河。但望远镜观测不能把观测到的事物用图像记录下来。） 有记录的地面遥感阶段（年） 对探测目标的记录与成像始于摄影技术的发展，并与望远镜相结合发展为远距摄影。） 空中摄影遥感阶段（年） 年，GF陶纳乔用系留气球拍摄了法国巴黎的“鸟瞰”像片。 年，J布莱克乘气球升空到，成功拍摄了美国波士顿的照片。 年，J钮布朗特设计了一种捆绑在飞鸽身上的身形相机。这些试验的空间摄影，为后来的实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，并形成了一定规模。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研究。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，专门介绍有关技术方法。年，彩色胶片出现，使得航空摄影记录的地面目标信息更为丰富。二战中，微小雷达的出现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。） 航空遥感阶段（）年月日，苏联第一颗人造地球卫星的发射成功，标志着人的空间观测进入了新纪元。此后，美国发射了“先驱者号”探测器拍摄地球云图。真正从航天器上对地球进行长期探测是从年美国发射和太阳同步卫星开始。此外，多种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发展，遥感探测更趋于实用化、商业化和国际化。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征2.1电磁辐射1、 电磁辐射的概念：电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播过程，实质上就是电磁辐射，它具有波动的特性，所以又叫电磁波。2.2电磁波的特性 不需要传播介质; 电磁波是横波，在真空中以光速传播； 满足波粒二象性； 波长与频率成反比且两者乘积为光速； 传播遇到气体、液体、固体介质时，会发生反射、折射、透射、吸收等现象。2.3电磁波谱1、电磁波谱的概念：为了便于比较电磁辐射的内部差异和描述，按照他们的波长（频率）大小，依次排列画成图表，这个图表就叫做电磁波谱。2、不同波长的电磁波谱及其特点：（1） 射线（gamma ray）射线波长0.03nm，波长短，频率高，具有很大的能量，很高的穿透性。Y射线是由原子核跃迁产生的。（2） x射线（x ray）X射线波长为0.03-3nm，能量也较大，贯穿能力较强，是原子层内电子跃迁产生的。（3） 紫外线（uv）紫外线波长为3nm-0.38um，紫外线由原子或分子外层电子跃迁产生，按波长不同，分为近紫外（0.38um-300nm），远紫外（300-200nm）和超远紫外（200-3nm）。（4） 可见光（visible light）可见光波长为0.38-0.76um，由分子外层电子跃迁产生。（5） 红外线（infrar ray）红外线波长为0.76-1000um，由分子振动和转动产生，按波长不同分为近红外（0.76-3um）、中红外（3-6um）、远红外（6-15um）、超远红外（15-300um）和赫兹波（300-1000um）。（6） 微波（microwave）微波波长为0.1-100cm，由固体金属分子转动产生，能穿云透雾其他辐射对它干扰小。（7） 无线电波（8） 无线电波由电磁振荡产生，不能透过大气层，中波和长波吸收严重。目前用于遥感的主要为可见光、红外线和微波。2.4电磁辐射与物体的相互作用1、电磁辐射的反射（1）电磁辐射的反射概念：电磁辐射与物体作用后产生的次级波返回原来的介质，成为反射，次级波为反射波。（2）反射系数：物体飞反射能力用反射系数表示，实质反应反射与物体性质的关系。（3）反射类型：（1）镜面发射 由光滑表面产生的反射，其反射方向遵循反射定律。 （2）漫反射 粗糙表面上产生的反射，不遵循反射定律。2、物体的发射（1）基尔霍夫定律：在给定温度下，物体对任一波长的发射本领和它的吸收本领成正比，壁纸物体的性质无关，只是波长和温度的函数，其表达式： M/a=f（、t）（2）光谱发射率：表示一个物体把热能转变成辐射能的转变效率，即： E=M/M M为物体的光谱辐射率;M 为黑体的光谱出蛇率。（3）遥感辐射源：凡是能够产生电磁辐射的物体，叫做辐射源，分为人工辐射源和天然辐射源。2.5地物的波谱特性1、物体的反射波谱特性（1）反射波谱概念：物体的反射系数随入射波长的变化规律叫做物体的反射波谱。（2）反射波谱曲线：物体的反射波谱用曲线表示，称为反射波谱曲线。2、物体的发射波谱：物体对不同波长的电磁辐射发射能力的变化规律叫做物体的发射波谱。2.6大气对辐射的影响1、大气散射（1）散射的概念 是指电磁辐射与结构不均匀的物体作用后，产生的次级辐射无干涉抵消，而是向各个方向传播的现象。（2）散射的类型 瑞利散射：当r，发生的散射称为瑞利散射，它的散射强度与入射辐射的波长的四次方成反比。 米氏散射：当r=时，发生的散射，其散射程度约与波长的二次方成反比。 粗粒散射：当r时，发生的散射为粗粒散射，散射程度与波长无关。2、大气吸收（1）吸收的概念：是电磁辐射与物体作用后，转换为物体的内能。分为： a.一般吸收：在电磁辐射的整个波段内都有吸收，且吸收率随波长的变化几乎不变。 b.选择吸收：在一些波段上吸收很大，一些多段很少。（2）大气对电磁辐射的吸收：水汽的吸收，臭氧的吸收，氧气的吸收，二氧化碳的吸收。3、大气透射和大气窗口（1）大气透射：是指电磁辐射与介质作用以后，产生的刺激辐射和部分原入射辐射穿透该介质，到达另一种介质的现象或过程。（2）大气窗口：指大气对电磁辐射的吸收和散射都很小，而透射率很高，就是电磁辐射在大气中的传输耗损很小，能透过大气的电磁波段。（3）大气窗口的种类：远紫外窗口、可见光窗口、近红外窗口、远红外窗口等。 第三章 遥感成像原理与遥感图像特征3.1遥感平台1、地面平台：置于地面上和水上的装载传感器的固定的或可移动的装置叫做地面平台。包括三角架、遥感塔、要赶车等，高度一般在100m以下，主要用于近距离测量地物波谱和摄取供试验研究的地物细节影像，为航空遥感和航天遥感作校准和辅助工作。2、航空平台：悬浮在海拔80km以下的大气中的遥感平台叫做航空平台。3、航天平台：位于海拔880km高度以上的遥感平台为航天平台。3.2遥感传感器1、传感器的概念：传感器也叫敏感器或探测器，它是手机、探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器，是遥感技术的核心。2、传感器组成：（1） 收集器 （2）探测器 （3）处理器 （4）输出器3、传感器分类：（1） 按电磁辐射来源：主动式传感器和被动式传感器（2） 按传感器的成像原理和获取图像的性质不同分类：摄影机、扫描仪、雷达等。（3） 按传感器对电磁