高光谱遥感第三章
第3章遥感传感器及其成像原理.
景物的图像线，这条图像线经曝光后在底片上记录下 来。 ❖ 接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动， 胶片也作同步旋转，记录的第二条图像正好与第一条 衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相应的二维 条带图像。
缝隙式摄影机
镜头转动式摄影机
3.1.1 摄影类传感器分类
➢ 全景摄影畸变：相片两端的地表景物被压缩。
3.1.1 摄影类传感器分类
3. 多光谱摄影机
多光谱摄影机指对同一地区，在同一瞬间摄取多 个波段影像的摄影机。采用多光谱摄影的目的 ，是充分利用地物在不同光谱区，有不同的反 射特征，来增加获取目标的信息量，以便提高 影像的判读和识别能力。
❖ 又由于扫描总视场为 11.56°，地面宽度为185km，因 此扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，其地面范 围为 474m * 185km。
❖ 又因扫描周期为73.42ms，卫星速度（地速）为 6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星往前正好移动 474m，因此扫描线恰好衔接。
❖ 自西往东对地面的有效扫描时间为33ms，即在33ms内扫描 地面的宽度为185km，按以上宽度计算，每9.958 μs内扫描 镜视轴仅在地面上移动了56m，因此采样后的MSS像元空间 分辨率为56m * 79m （Landsat为68m * 83m）。
四、 ETM+增强型专题制图仪
表3-4
波段号 类型
1
Blue-Green
波谱范围 /um 0.450-0.515
地面分辨率 30m
2
Green
0.525-0.605
30m
3
Red
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么？应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把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.遥感探测系统包括哪几个部分？被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②米氏散射（当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
高光谱遥感的概念
遥感的发展趋势 （1）随着热红外成像、机载多极化合成孔径雷达、高分辨力表层穿透雷达和星载合成孔径 雷达技术日益成熟，遥感波谱域从最早的可见光向近红外、短波红外、热红外、微波方向发 展，波谱域的扩展将进一步适应各种物质反射、辐射波谱的特征峰值波长的宽域分布。
（波段范围扩展从可见光、近红外、发展到中 远红外、微波）
（6）建立适用于遥感图像自动解译的专家系统，逐步实现遥感图像专题信息提取自动化。 （遥感图像自动解译的专家系统）
（7）3S一体化
（8）随着高空间分辨力新型传感器的应用，遥感图像空间分辨率从1KM、500m、250m、 80m、30m、20m、10m、5m发展到1m，军事侦察卫星传感器可达到15cm或者更高的分辨 率。空间分辨率的提高，有利于分类精度的提高，定位和目标识别，但也增加了计算机分类 的难度。
总结起来，高光谱分辨率遥感信息的分析与处理，侧重于从光 谱维角度对遥感图像信息进行展开和定量分析，其图像处理模式的 关键技术，例如：
(1) 光谱重建，即：成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模 型与算法，恢复地物光谱的真实面目；
一些针对传统遥感数据的图像处理算法和技术，如：特征选择与提取、图像分类等技术 面临挑战。如：用于特征提取的主分量分析方法，用于分类的最大似然法、用于求植被 指数的NDVI算法等等，不能简单地直接应用于高光谱数据。
3、如何处理高光谱遥感数据？
高光谱遥感技术的发展来自于成像技术的不断完善，成像光谱仪有其独特的优越性，但同时 海量数据也给应用和分析带来了不便。
➢ 常规遥感的局限：波段太少；光谱分辨率太低；波段宽一般>100nm；波段在光谱上不连续， 不能覆盖整个可见光至红外光(0.4~2.4nm)光谱范围。
➢ 如一个TM波段内只记录一个数据点，而航空可见光/红外光成像光谱仪(AVIRIS)记录这一波 段范围内的光谱信息用10个以上数据点。
高光谱遥感实验指导书
（2） 选择 cup95eff.int 文件，默认 Spatial Subsetting, Spectral Subsetting, 和 Masking，然后点击 OK，打开 Forward MNF Transform Parameters 的对话框；
实验内容
1、 MNF变换 cup95eff.int是本次实验使用AVIRIS的高光谱影像，已经经过消
光和大气校正。在ENVI中打开该影像，按照下列步骤进行MNF变换处 理：
（1） 从 ENVI 的主菜单按照下列之一的方式打开 MNF 的对话框
a) Transform → MNF Rotation → Forward MNF → Estimate Noise Statistics From Data
6
实验三 地物光谱测量与成像
实验目的
1、 了解地面高光谱数据获取的一般方法和测量过程 2、 了解地物光谱仪的一般工组原理 3、 理解地物光谱测量是定量遥感建模的重要内容
实验内容
1、了解野外便携式地物光谱仪的原理、使用和操作 2、使用野外便携式地物光谱仪测量典型地物（水，土，作物）的 光谱曲线
预备知识
I
实验一 高光谱遥感数据获取
实验目的
高光谱遥感数据的具有较高的光谱分辨率，每个波段的范围小 （窄波段），通常具有数十个至 200 多个窄波段。本次实验的目的是 利用 ENVI、Erdas 等软件观察 TM、AVIRIS 和 Hyperion 等遥感数据或 者实验室使用 Headwall 高光谱相机拍摄的高光谱图像数据，认识高 光谱数据的图谱合一的特点。
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把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.遥感探测系统包括哪几个部分被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②米氏散射（当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么？应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把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.遥感探测系统包括哪几个部分？被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②米氏散射（当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
高光谱遥感第三章讲解学习
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
三种场地定标法的优缺点比较
反射率法
辐亮度法
投入的测试设备和获取 飞机飞行高度越高 的测量数据相对较少。 大气校正就越简单
优 省工、省物且满足精 精度也就越高 点 度要求
辐照度法
由于利用地面测量的大气 漫射和总辐射之比来描述 大气气溶胶的散射特性， 故减少了反射率法中由于 气溶胶光学特性参量的假设 而带来的误差
大气的散射与辐射光波长有密切关系，对短 波长的散射与长波长的散射要强的多，分子散射 的强度与波长的四次方成反比；
气溶胶的散射强度随波长的变化与粒子尺度 分布有关；
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
大气辐射传输方程
到达遥感器处总的上行辐射为：
Ls Lsu Lsd Lsp Ls 遥感器处总的上行辐射 Lsu - 地表对太阳光的反射辐 射 Lsd - 地表对天空光的反射 Lsp -向上散射的程辐射
① 有关大气介质特征参数的获取 ② 具体实用的大气辐射传输模型的研究
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
- 大气辐射校正常用算法
- 采用大气参数的方法 - 5S模型 - 6S模型
– 直接采用大气物理参数，增加多次散射计算 • LOWTRAN辐射传输模型 • MODTRAN辐射传输模型
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
要对大气气溶胶的一
缺 些光学特性参量做假设 点
为精确进入大气校正 还需要反射率法的全 部数据，该方法投入 的设备、资金和人力 相对较多
测量数据相对较多，漫射
和总辐射之比的测量在高 纬
度地区对精度由较大影响
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
2 大气辐射传输理论
-大气对遥感辐射传输的影响
高光谱遥感技术在地质勘探中的应用研究
高光谱遥感技术在地质勘探中的应用研究第一章引言高光谱遥感技术是一项新兴的遥感技术，在地质勘探中的应用越来越受到研究者的关注。
本文将对高光谱遥感技术在地质勘探中的应用进行研究。
第二章高光谱遥感技术的基本原理高光谱遥感技术是一种通过获取物质在多个波段上的吸收、反射和辐射情况，来对物质进行识别和分类的技术。
它通过获取物质在很多个波段上的不同反射率或吸收情况，来获取它们的不同特征，从而进行物质的识别和分类。
第三章高光谱遥感技术在地质勘探中的应用3.1 矿产勘查高光谱遥感技术能够获取地表物质在多个波段上的不同反射率或吸收情况，可以获取地表的矿物组成信息。
在矿产勘查中，通过获取矿物的反射率信息，可以进行矿物的识别和分类。
同时，高光谱遥感技术还可以获取地表矿物的分布情况，加强对矿床的探测能力，提高勘探精度。
3.2 地质灾害勘查通过高光谱遥感技术可以获取地表在多个波段上的反射率情况，可以获取地表地貌、岩性等地质信息。
这些信息可以应用于地质灾害的勘查，例如洪水、泥石流等。
通过获取雷达影像和遥感图像，获取地表状况，可以对这些灾害进行监测和预警，提高预测和应对的效率。
3.3 油气勘探高光谱遥感技术还可以应用于油气勘探。
由于油气在多个波长上的反射率具有特定的特征，通过高光谱遥感技术可以获取这些特征，以帮助油气勘探的精度。
因此，高光谱遥感技术成为了探测油藏储层和油气运移过程的一种新方法。
第四章高光谱遥感技术在地质勘探中的案例研究4.1 矿场勘探案例利用高光谱遥感影像及其特征库，结合地面地质调查和样品分析等方法，可以对矿产资源进行综合研究和评价。
一项研究表明，高光谱遥感技术可以对铁矿石进行准确的识别和分类，同时可以对铁矿区进行灰度区域的天然群分类。
4.2 油气勘探案例高光谱遥感技术在油田开发与勘探中也有广泛的应用。
一项研究表明，高光谱遥感技术可以获取光学干涉能力的好处，减少由于树冠、水体等自然要素造成遮挡和干涉的影响，提高了油藏开发的能力。
3遥感平台及运行特点
52
♦ 小卫星
是指目前设计质量小于500kg的小型近地轨道卫星。 重量轻，体积小。 研制周期短，成本低。 发射灵活，启用速度快，抗毁性强。 技术性能高。
53
33
中巴资源卫星的轨道参数
轨道高度为778km 运行周期也减为100.26min 重复周期为26天 轨道倾角98.5度
34
CCD相机有兰、绿、红、近红外和全色等五个 光谱段，采用推扫式成像技术获取地球图像信息。 它只在白天工作，并有侧视功能（±32°）。 红外扫描仪有可见光、短波红外和热红外共四 个谱段，采用双向扫描技术获取地球图像信息，它 可昼夜成像。 宽视场相机具有红光和近红外谱段，由于扫描 辐宽达890千米，因而五天内可对地球覆盖一遍。
29
SPOT系列卫星具有立体观测能力
遥感重复成像时间的间隔。
30
☺ IRS（印度）
印度在1979年6月和1981年11月发射的 Bhaskara1和Bhaskara2两颗实验性卫星的基 础上，制订了IRS系列计划，并于1988年3月 发射了第一颗。
31
☺ 中巴资源卫星
1986年国务院批准航天工业部《关于加速 发展航天技术报告》确定了研制资源一号卫星 的任务。 1988年中国和巴西两国政府联合议定书批 准，在中国资源一号原方案基础上，由中、巴 两国共同投资，联合研制中巴地球资源卫星 （代号CBERS）。并规定CBERS投入运行后， 由两国共同使用。
♣ 光照均匀 ♣ 太阳电池
16
1 陆地卫星的轨道特征
（4）可重复轨道
有利于对地面地物或自然现象的变化作动态监测。
17
2 陆地卫星的分类
♦ ♦ ♦ ♦
陆地卫星类 高分辨率陆地卫星 高光谱卫星 合成孔径雷达
遥感导论第三章
前言：
传感器
遥感传感器是获取遥感数据的关键设备
（1）摄影类型的传感器； （2）扫描成像类型的传感器； （3）微波成像类型的传感器；
第二节 摄影成像 一、摄影机；三、摄影胶片的物理特性（自学为主： 阅读教材；内容了解即可）。 二、摄影像片的几何特性（讲述法；问题法讨论与训 练） 1、摄影成像的投影方式是什么？ 2、名次解释：平均比例尺、像点位移。 3、像片投影误差的规律是什么？
FY2C 2008-03-19 中国陆地云图
FY2C 2008-03-19 海区云图
/shishi/satellite.jsp 中国气象科学数据共享服务网
中午前后，气象卫星监测到甘肃西部、宁夏东部出现 扬沙天气。南疆盆地也出现了沙尘天气，部分地区还出现 了沙尘暴天气。
8
0.50-0.90mm
全色波段
15m
LANDSAT-7采用ETM+，比TM增加了全色波段，分辨率15米。
--- SPOT系列
■ 1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧 共体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测 实验系统”(SPOT)的卫星，也叫做“地球观测实验 卫星”。
SPOT1，1986年2月发射，至今还在运行。 SPOT2，1990年1月发射，至今还在运行。 SPOT3，1993年9月发射，1997年11月14日停止。 SPOT4，1998年3月发射，至今还在运行。 SPOT5, 2002 年 5 月 4 日凌晨当地时间 1 时 31 分，成功发射。
0.49～0.61 1.58～1.78
10 20
重复观测26天
SPOT5图像（10米）
SPOT5图像（2.5米）
Spot-5基本产品
10米多光谱
第三章-DEM数据获取
（5）地貌单元类型
➢不同行业对地貌类型的划分标准不一样，如地貌学中根据地貌成因将地 形划分成黄土地貌、风成地貌、喀斯特地貌、丹霞地貌等类型。
➢不同的地貌类型划分对DEM数据采集有一定的指导意义，如黄土地貌破 碎，要分布较多的采样点，而平原地区高程数据的精度要求比较高（对坡 向、流域网络影响比其他地区要大）。
非特征要素：是分布在各个地形单元上的点和线，是为满足 采样点密度要求而加测的点，这些点线主要是用来辅助地形 重建（地形测图中的辅助等高线勾绘等）。
（实线为山脊线，虚线为山谷线，三角形表示山顶，小圆为 鞍部，正方形为方向变化点和坡度变化点）
（4）地形的复杂程度
地形曲面的复杂程度是地形数据采样时必须考虑的又一个因素。
理论上：点—0维，无大小，地表全部几何信息包含无数个 点，不可能获取地表全部信息。
实践上：不需要DEM表达全部信息，测量表达相应地表所需 要的数据点，达到地形表面精度和可信度即可。
DEM采样的实质是如何用有限的地面高程点来表达完整的地 形表面。
3.2.2 基于不同观点的采样
（1）统计学观点：DEM表面可以看作是点的特定集合（采样 空间）有随机采样和系统采样两种方法。因此，对特定集合 的研究可以转化为对采样数据的研究。
20
大于25度
大于600
3.2.3 采样数据的属性
采样：确定在何处需要测量点的过程，这个过程有三个参数。 决定：点的分布、点的密度和点的精度。
（1）采样数据的分布：由数据位置和结构来确定，指数据 点的分布形态。
➢位置由地理坐标系统中经纬度或格网坐标系统中坐标决定。 ➢结构（分布）的形式很多，因地形特征、设备、应用的不 同而不同。
测绘学中一般根据地表坡度和高差对地形进行分类，并根 据这种分类确定地形图的等高距（表）
第三章遥感成像原理与遥感图像特征ppt课件
地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例，它
只有一条。
编辑版pppt
7
附录：3 卫星轨道及其运行特点
在地球静止卫星轨道运行的卫星的覆
盖范围很广，利用均布在地球赤道上的 3
颗这样的卫星就可以实现除南北极很小一
部分地区外的全球通信。
编辑版pppt
8
§1 遥感平台
➢ 摄影机外壳材料：不同波段选用不同材料
➢ 镜头：根据所摄取的波段选择。
编辑版pppt
12
§２ 摄影成像－摄影机
2、全景摄影机-扫描摄影机
缝隙式（或航带摄影机）和镜头转动式摄影机。
➢不是一幅一幅地曝光，而是连续曝光，不需快门。
➢为了得到清晰的影像必须满足：
f
WP Wi W
H
➢缺点？
编辑版pppt
分辨率较高的感光片）；
摄影技术（包括曝光量的选择、感光片的冲洗以及印
像、放大技术）。
编辑版pppt
44
航空像片的分辨率
是衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。
用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平行细
线的数目来表示。
主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的
分辨率。但景物的反差、大气的光学条件、飞机
扫描成像过程当旋转棱镜旋转时第一个镜面对地面横越航线方向扫视一次在扫描视场内的地面辐射能由幅的一边到另一边依次进入传感器经探测器输出视频信号再经电子放大器放大和调制在阴极射线管上显示出一条相应于地面扫描视场内的景物的图像线这条图像线经曝光后在底片上记录下来
第三章遥感成像原理与遥感图像
特征
讲授教师：张彦丽
30
编辑版pppt
31
高光谱整理——精选推荐
1.遥感图像的最基本单元是像元，每个像元具有空间特征和属性特征。
空间特征：是用X值和Y值来表示；（纹理，形状，大小，方位）属性特征：常用亮度值表示。
（灰度值，亮度值）2.遥感图像特征（②，③遥感成像技术发展的方向）①时间分辨率：对同一地点进行遥感采样的时间间隔，集采样的时间频率。
也称重访周期。
②空间分辨率：像素所代表的地面范围的大小，或地面物体能分辨的最小单元；③光谱分辨率：传感器在接收目标辐射的光谱时能分辨的最小波长间隔；④辐射分辨率：指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差；3.高光谱遥感基本概念：①多光谱遥感（Multirspectral Remote Sensing）,光谱分辨率在波长的1/10数量级范围内(几十个至几百个nm)的遥感；②高光谱遥感（Hyperspectral Remote Sensing）,光谱分辨率在波长的1/100数量级范围内（几个nm）的遥感；③超光谱遥感（Ultraspectral Remote Sensing）,光谱分辨率在波长的1/1000数量级范围内（0.2-1nm）的遥感。
4.高光谱遥感与常规多光谱遥感的比较：①高光谱遥感：即高光谱分辨率成像光谱遥感，幅宽小，成像范围小，其细微的波段可进行地物成分的识别，风度估计（精细识别）。
②常规多光谱遥感：幅宽大，成像范围宽，可进行宏观地物影像分析，不可被高光谱遥感完全取代（宏观变化趋势）。
研究宏观的变化情况则必须用多光谱成像仪。
5.高光谱遥感发展概况：高光谱遥感的基础是光谱学(spectroscopy).①光谱学：实验室分析地物光谱特征(获得谱信息)②成像技术：把遥感传感器放置航空或航天平台(获得地物的图像信息)③成像光谱学：把实验室仪器放置航空或航天平台(获得地物的图和谱信息)注：光学遥感的发展——空间、光谱分辨率的不断提高：①全色Panchromatic：主要通过形状（空间信息）识别地物。
②彩色color photography：增加了颜色的感知，加强型的颜色感知。
高光谱遥感理论基础课件
CHAPTER
02
高光谱遥感的基本原理
电磁波与光谱辐射基础
电磁波的波长和频率
电磁波的波长范围从极长波到极短波，包括无线电波、微波、红外线、可见光 、紫外线、X射线和伽马射线等。不同波长的电磁波具有不同的特性和应用。
光谱辐射与光谱响应
物体对不同波长的电磁波具有不同的吸收、反射和透射特性，这种特性决定了 物体在光谱上的表现。光谱响应是指传感器在不同波长上的测量能力。
详细描述
高光谱遥感能够通过分析地物光谱特征，监 测植被的生长状况、种类分布以及生态系统 的健康状况。同时，高光谱遥感还能用于水 质监测，如水体污染物的分布和扩散情况。 此外，土壤状况的监测也是高光谱遥感的重 要应用之一，如土壤肥力、盐碱化程度等。
城市规划与建设管理
总结词
高光谱遥感在城市规划与建设管理中发挥着重要作用，能够提供丰富的地表信息，为城 市规划和建设提供科学依据。
详细描述
在环境监测方面，高光谱遥感可以用于检测大气污染 、水体污染和土壤污染等环境问题；在城市规划方面 ，高光谱遥感可以用于城市绿化、城市交通和城市空 间布局等方面的监测和规划；在资源调查方面，高光 谱遥感可以用于土地利用、矿产资源和水资源的调查 和评估；在农业管理方面，高光谱遥感可以用于农作 物生长监测、病虫害预警和产量预测等方面。
详细描述
高光谱遥感技术通过获取地物在不同光谱波段的反射或发射信息，能够识别和区分不同类型的地物，并揭示其内 在的光谱特征。由于其高光谱分辨率的特点，高光谱遥感能够提供更丰富的地表信息，为地物识别、环境监测、 资源调查等领域提供了强有力的支持。
高光谱遥感技术的发展历程
总结词
高光谱遥感技术自20世纪80年代诞生以来，经历了初期探索、技术发展和成熟应用三个阶段，目前 已经成为遥感领域的重要分支。
高光谱遥感理论基础资料
本章主要介绍地物的电磁波特性、 太阳辐射、光谱测量、典型地物光谱特 征等。
1
3.1 电磁波及电磁辐射
3.1.1 电磁波的特性
遥感是根据收集到的电磁波来判断目标地物和自然 现象（物体种类、特征和环境不同，具完全不同的电磁 波反射或发射特征），遥感技术主要是建立在物体反射 或发射电磁波原理上的。 电磁波 :根据麦克斯韦电磁场理论, 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.
34
2）分子振动产生光谱特征 晶体结构不同，受到外来能量的时候，发生振动 而产生的光谱特性并不一致。
17
3.1.4 电磁波与物质的相互作用
1 太阳辐射与大气的作用
大气组成：大气主要由气体分子、悬浮的微 粒、水蒸气、水滴等组成。 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3 悬浮微粒：尘埃
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大气垂直分布的结构：
从地面到大气上界，大气的结构分层为： 对流层：高度在7～12 km,温度随高度而降低，天气变化频繁，航空遥感主要在该层 内。 平流层：高度在12～50 km，底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上，温度 由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。 电离层：高度在50～1 000 km，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段 是透明的，是陆地卫星活动空间。 大气外层：800～35 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。
电磁波的特性1不需要传播介质2横波3波动性4粒子性5叠加原理6相干性和非相干性7衍射和偏振遥感器的几何图象分辨率波长越长偏振现象越显著偏振摄影和雷达成像8多谱勒效应合成孔径侧视雷达电磁波因辐射源或者观察者相对于传播介质的运动而使观察者接受到的频率发生变化按电磁波波长频率大小长短依次排列制成的图表叫电磁波谱
第7-3章 高光谱遥感图像分类
原始高光谱图像
MLC分类
最大似然法因有严密的理论基础，对于呈正态分布的 类别判别函数易于建立综合应用了每个类别在各波段 中的均值，方差以及各波段之间的协方差，有较好的 统计特性，一直被认为是最先进的分类方法。
高光谱影像利用MLC分类的缺点： (1)多维的遥感数据可能不具备正态分布的特征。 (2)要准确估计参数需要大量的样本，当维数越高，需要
思路：
高光谱遥感图像分类可以分为两种思路：一种 是基于图像数据的分类方法，主要利用数据的 统计信息来建立分类模型；另一种是基于地物 物理性质的分类方法，主要反映地物的光学性 质的光谱曲线来进行识别。
传统方法
常用的传统方法－－监督分类算法：二进制编 码法、光谱角填图法、平行六面体方法、最小 距离法、最大似然法、神经网络分类法、决策 树分类法、基于专家系统的分类法等；无监督 的分类算法： IsoData方法、K-Means方法等。
光谱角（SAM）分类
光谱角度匹配是比较待识别地物向量与已知地物向量 的广义夹角，来确定每类地物的归属。广义夹角定义 如下：
cos( ) X Y
XY
由于光谱角度匹配只利用了角度这一唯一的参数，只 有当待识别像元的类内方差较小，类间方差较大，且 矢量的模中的信息对分类影响不大时，才能得到较高 的分类精度。
M-P模型
McCulloch—Pitts（M—P）模型，也 称为处理单元（PE）
x1 w1
x2 w2 … xn wn
∑ net=XW f o=f（net）
激活函数
1、阈值函数（Threshold Function）
(v)
1 0
if v 0 if v 0
2、分段线性函数（Disjunction Function）
第三章遥感地学分析地物光谱分析ppt课件
.
地物的发射波谱特性曲线
3.1.1 遥感图像地物特征
太 阳 辐 射
.
3.1.1 遥感图像地物特征
3、地物的透射光谱特性
透射率 即地物透射的能量与入射总能量的百分率，
称之为投射率
τ=Eτ/Eο×100%
.
3.1.2 典型地物的反射光谱特征
.
3.1.2 典型地物的反射光谱特征
水体的反射光谱特征
.
3.2 遥感图像目视解译
目视解译是用肉眼或借助于简单的工 具如放大镜、立体镜、投影观察器等， 直接由肉眼来识别图像特性，从而提 取有用信息，即人把物体与图像联系 起来的过程 。 具备的基本知识：
– 专业知识、 – 地理区域知识、 – 遥感系统知识。
– STEP2: 根据此灰雾值的幅度确定大气类型（选择 合适的散射模型）；
– STEP3: 根据模型和初始灰雾值预测其它波段的灰 雾值；
– STEP4: 对每个波段进行大气纠正。
.
3.3.2 遥感数字图像处理
地形辐射纠正
– 需要DEM – 简单的处理方法
比值法：有效消除阴影的影响。
光照状况 TM 1 阳坡 28 阴坡 22
遥感资料的选择
– 资料类型选择 – 波段选择 – 时间选择 – 比例尺选择
遥感图像的处理
– 影像放大 – 影像数字化 – 图像处理
.
3.2.2 遥感图像解译方法与步骤
目视解译的方法
直判法
– 是根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。
对比分析法
– 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。不仅是同一遥感 影像图进行对比，而且要借助不同时相的遥感 影像图之间进行对比。
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– 统计学模型法
• 经验线性法、内部平均法、平场域法、对数残差法
– 大气辐射传输模型法
• 5S、6S、LOWTRAN、MODTRAN、ATREM、 ACORN、FLAASH
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
经验线性法
– 实测两个定标点的地面反射光谱值，计算图像 上对应像元点的平均辐射光谱，再利用线性回 归建立反射光谱和辐射光谱间的相关关系，求 出系数k, b就可得到DN值与反射率R之间的关系 式，可以进行像元灰度的反射率反演。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
• MODTRAN辐射传输模型 – 可以计算0到50000cm-1的大气透过率和辐射亮度， 在440nm到无限大的波长范围的精度是2cm-1 ，在 22680到50000cm-1紫外波范围的精度是20cm-1。 目前版本已经到4.0，光谱分辨率已达到1cm -1
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
AVIRIS在每个扫描行的 开始和结束都要对定 标器进行测量。该机 上的定标系统是由一 个硅探测器反馈电路 控制稳定的石英卤灯。 测量的定标数据包括 一个亮信号、一个暗 信号和两个光谱信号， 用来监测仪器辐射性 能。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
（3）场地定标 原理：机载或星载成像光谱仪飞越辐射定标场 地上空时，在定标场地选择若干像元区，测量成 像光谱仪对应的地物的各波段成像反射率和大气 光谱等参量，并利用大气辐射传输模型等手段给 出成像光谱仪入瞳处各光谱带的辐射亮度，最后 确定它与成像光谱仪对应输出的输出的数字量化 值的数量关系，求解定标系数，并估算定标不确 定性。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
成像光谱仪的定标 有三个阶段的定标
仪器实验室定标
机上或星上定标
场地定标
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
（1）实验室定标
光谱定标 - 确定成像光谱仪每个波段的 中心波长和宽度 辐射定标 相对定标 绝对定标
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
相对定标
确定场景中各像元之间、各探测器之间、各 波谱段之间以及不同时间测得的辐射量的相对值。 绝对定标 通过各种标准辐射源，在不同波谱段建立成 像光谱仪入瞳处的光谱辐射亮度值（L）与成像光 谱仪输出的数字量化值（DN）之间的定量关系。
R , F
是相对反射率
R 是像元辐射值 F 平场域的平均辐射光谱
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
该方法使用的两个重要假设为：
– 平场域自身的平均光谱没有明显吸收特征 – 平场域辐射光谱主要反映的是当时大气条件下 的太阳光谱 该方法的三个主要缺陷： – 得到的是相对反射率 – 不适合大量多条带高光谱数据的处理 – 这种何校正
• 使用经验线性法，对定标点有如下要求
– 定标点要选择尽可能各向同性的均一地物；
– 定标点地物在光谱上要跨越尽可能宽的地球反 射光谱段； – 定标点要尽可能与研究区域保持同一海拔高度。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
• 内部平均法
– 假定一幅图像内部的地物充分混杂，整幅图像的 平均光谱基本代表大气影响下的太阳光谱信息。 把图像DN值与整幅图像的平均辐射光谱的比值确 定为相对反射率光谱，即
R A 是分子、气溶胶层的内在反射率
Tdown , Tup 是由太阳到地面以及地表到遥感器的大气透过率 S是大气反射率
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
• 6S模型（Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum） – 适用于太阳反射波段（0.25-4μm ）的大气辐射传输模 式。 – 假定大气无云的情况下考虑水汽、CO2、O3和O2的吸收、 分子和气溶胶的散射以及非均一地面和双向反射率的 问题 – 对5S模型的改进：考虑了目标高程、表面的非朗伯体 特性、新的吸收分子种类的影响，采用了好的近似算 法来计算大气和气溶胶的散射与吸收的影响，其中气 体的吸收以10cm-1光谱间隔来计算，且光谱积分的步长 达到了2.5nm。
场地定标常用方法：
- 反射率法 - 辐亮度法 - 辐照度法
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
发射率法—在卫星遥感器过顶时同步测量地面目标 反射率因子和大气光学参量，然后利用辐射传输 模型计算出遥感器入瞳处辐射亮度值。 辐亮度法—主要采用经过严格光谱与辐射标定的辐 射计，通过航空平台实现与卫星遥感器观测几何 相似的同步测量，把机载辐射计测量的辐射度作 为已知量，去标定飞行中卫星遥感器的辐射量， 从而实现卫星遥感器的标定。 辐照度法—利用地面测量的向下漫射与总辐射度值 来确定卫星遥感器高度的表观反射率，进而确定 出遥感器入瞳处辐射亮度。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
3 高光谱遥感图像大气辐射校正 – 高光谱图像的大气辐射校正主要是获得 地物真实的光谱反射率，即将遥感器获 得的辐射亮度DN值转换为反射率值。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
3 高光谱遥感图像大气辐射校正 – 高光谱遥感器在飞行平台上获取的地物 辐射能量值可以表述为：
① 有关大气介质特征参数的获取 ② 具体实用的大气辐射传输模型的研究
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
- 大气辐射校正常用算法
- 采用大气参数的方法 - 5S模型 - 6S模型 – 直接采用大气物理参数，增加多次散射计算 • LOWTRAN辐射传输模型 • MODTRAN辐射传输模型
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
辐射传输方程为
dI I s I B s J dz
是介质所有气体及粒子的吸收系数之和 s 是介质所有气体及粒子的散射系数之和
B是介质热发射能量 J是其它方向入射波的散射能量
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
应用大气辐射传输模型解决遥感影像的大气校正需 要解决两个关键问题
R , F
是相对反射率
R 是像元辐射值 F 整幅图像的平均辐射光谱值
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
• 内部平均法有两个缺陷 – 得到的是相对反射率 – 一些图像均值并不能完全代表太阳的全谱段辐 射特性
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
• 平场域法
– 选择图像中一块面积大且亮度高而光谱响应曲 线变化平缓的区域，利用其平均光谱辐射值来 模拟飞行时大气条件下的太阳光谱。将每个像 元的DN值与该平均光谱辐射值的比值作为地表 反射率，以此来消除大气的影响，即
• 5S模型（the Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum） 大气上层测量的目标反射率可以表示为
ToA Tg ( R A TdownTup
1 S s
s
),
s 是海平面处朗伯体的反射率
Tg 是大气透过率
-地面反射率
Lp 2 飞机-地面间的程辐射
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
机载成像光谱仪入瞳处各光谱带的辐射亮度值Lt 与机载成像光谱仪扫描地面地面定标场地时输出数 字量化值DN之间的数值关系
DN - b Lt a a (增益系数 )， b (暗电流 )
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
1. 2. 3. 4. 成像光谱仪定标 大气辐射传输理论 高光谱遥感图像大气辐射校正 高光谱遥感图像几何校正
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
1 成像光谱仪定标
成像光谱仪定标的目的： 建立成像光谱仪每个探测元件输出的数字量 化值（DN）与它所对应视场中输出辐射亮度值之 间的定量关系。
L0 ( ) Lsun ( )T ( ) R ( ) cos L path ( ), L0 ( )是入孔辐射能量 L sun 是大气上层太阳辐射 T（）是整层大气透过率 R（）不考虑地形影响的表观反射率
是太阳高度角 L path （）是程辐射
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
• 对数残差法
ij
DN ij DN i*
DN * j DN **
ij 是第i像元j波段的反射率
DN ij 是第i像元j波段的图像值 DN i*是像元各波段均值 DN * j 是j波段所有像元均值 DN **是图像各像元各波段均值
该方法的意义在于：为了消除光照及地形因子的影响
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
• 6S辐射校正模型 – 输入五类参数：
• 太阳、地物与遥感器之间的几何关系-用太阳天顶角、 太阳方位角、视角天顶角、视角方位角四个变量; • 大气模式-定义了大气的基本成分以及温湿度廓线包 括7种模式。 • 气溶胶模式-定义了全球主要的气溶胶参数，6S中定 义了七种缺省的标准气溶胶模式和一些自定义模式。 • 遥感器的光谱特性-定义了遥感器各波段的光谱响应 函数，6S中自带了大部分主要遥感器的可见光-近红 外波段的相应光谱响应函数，如TM、MSS、MODIS等。 • 地表反射率-定义了地表反射率模型，包括均一地表 和非均一地表两种情况。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
大气辐射传输方程
到达遥感器处总的上行辐射为：
L L L L
s s su sd su sd sp
sp
L 遥感器处总的上行辐射 L - 地表对太阳光的反射辐射 L - 地表对天空光的反射 L -向上散射的程辐射
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
（3）场地定标 辐射校正场包括 敦煌陆面试验场和青海湖水面试验场； 辐射标准和设备定标实验室； 光学特性和环境参数观测实验室； 辐射校正资料处理、存档和信息服务实验室