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第一章 遥感原理的基本概念
主要内容
➢1.1 遥感的电磁辐射原理 ➢1.2 遥感数据及其特点 ➢1.3 遥感成像原理
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.1 遥感( Remote Sensing )概念
广义：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）的 探测
遥感定义：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。
①可视图像：照片（photo）、绘画（painting）、画像（picture）、 影像（image）； ②非可视图像，亦即物理图像，表示物质、能量的实际分布，如温 度场、气压场、人口密度度、声音图像； ③数学函数图像，连续的数学函数；光学图像、数字图像；
光学图像和数字图像之间的转换：
A/D转换 D/A转换
1.1.5 大气窗口
大气的吸收作用
大气的吸收作用：
大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形 成太阳辐射的大气吸收带（如下表）。
O2吸收带 O3吸收带 H2O吸收带 CO2吸收带
<0.2μm，0.155 μm最强 0.2～0.36 μm，0.6 μm 0.5～0.9 μm , 0.95～2.85 μm，6.25 μm 1.35～2.85 μm, 2.7 μm,4.3 μm,14.5 μm
发射光谱：地物的发射率随波长变化的规 律。
发射光谱曲线：按照发射率和波长之间的 关系绘成的曲线。
岩石的发射光谱分析
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.5 大气窗口
大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或散 射的投射率较高的电磁辐射波段。
• 大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。
大气窗口
大气窗口
波段
透射率/% 应用举例
1.1.3 地物的反射光谱
地物的反射率（反射系数或亮度系数）： 地物对某一波段的反射能量与入射总能量 之比。反射率随入射波长而变化。
影响地物反射率大小的因素：
入射电磁波的波长 入射角的大小
地表颜色与粗糙度
土壤的光谱曲线
常见地物的光谱曲线比较
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.4 地物的发射光谱曲线
Low altitude
运五
航空遥感影像
无人机遥感
卫星平台
IKONOS
QUICKBIRD
ORBVIEW
RADSAT
CBERS
FY-2 SPOT
EOS AM-1
1.2 遥感数据
1.2.2 遥感数据格式
图像（image）、影像：
定义：对一个事物或者对象的表达、类比、模仿，或者形 象的描述。 类型：
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.2 电磁波与电磁波谱
电磁波 :根据麦克斯韦电磁场理论,变化 的电场能够在它的周围引起变化的磁场, 这个变化的磁场又在较远的区域内引起 新的变化电场,并在更远的区域内引起 新的变化磁场.这种变化的电场和磁场 交替产生,以有限的速度由近及远在空 间内传播的过程
1.1 遥感的电磁辐射原理
尘埃
吸收量很小
1.2 遥感数据及其特点
1.2.1 遥感分类
按平台高度分类： 航空 平台 航摄平台 航空平台
按遥感应用分类： 陆地资源型 SAR 类卫星 气象卫星等
（1）航空遥感平台
High altitude
（2）航摄平台
Moderate altitude
Unmanned
Airborne Platform
中红外3.0-6.0 μm；远红外6.0-15.0 μm；超远红外 15-1000 μm。（近红外又称光红外或反射红外；中红外
和远红外又称热红外。 微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具有
穿透能力；发展潜力大
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.2 电磁波与电磁波谱
1.1 遥感的电磁辐射原理
a11 a12 a1n
a
21
a22
a
2
n
a
m
1
am2
a
mn
1.2 遥感数据
1.2.2 遥感数据格式
数字化图像
概念：图像数字化的过程，就是把一幅遥感模 拟图像划分成规整的格网单元或像素，并赋予 每一像素一整数值，以表征其灰度值的大小。 数字化过程：采样、量化
1.2 遥感数据
SRTM数据的影像
1.2 遥感数据
1.2.2 遥感数据格式
• 遥感数字图像（Digital Image）
➢概念：以数字形式表述的遥感图像 ➢基本组成单元：像素或象元（pixels），取
值大小代表灰度高低； ➢一幅数字图像可以表示和记录为M行×N
列像素组成的矩阵
1.2 遥感数据
1.2.2 遥感数据格式
紫外可见光 近红外
0.3～1.3 μm
＞90
TM1-4、SPOT 的HRV
近红外 1.5～1.8 μm 80
TM5
近-中红外 2.0～3.5 μm 80
TM7
中红外 3.5～5.5 μm
NOAA的 AVHRR
远红外 8～14 μm 60～70
TM6
微波
Fra Baidu bibliotek0.8～2.5cm 100
Radarsat
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.2 电磁波与电磁波谱
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.2 电磁波与电磁波谱
遥感常用波段：
紫外线(UV)：0.01-0.4μm，碳酸盐岩分布、水面油
污染。
可见光：0.4-0.76 μm，鉴别物质特征的主要波段；
是遥感最常用的波段。
红外线(IR) ：0.76-1000 μm。近红外0.76-3.0 μm’
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.1 遥感( Remote Sensing )概念
遥感技术从信息流的角度来看，可以分成： 信息获取、 信息处理 信息应用
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.2 电磁波与电磁波谱
电磁波 :根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场能够 在它的周围引起变化的磁场,这个变化的磁场又在 较远的区域内引起新的变化电场,并在更远的区域 内引起新的变化磁场.这种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
1.2.2 遥感数据格式
采样：连续图像的离散化，采样间隔对图像质量的影 响 量化：以有限的整数值表示图像的灰度和灰阶数
二值图像：量化值只有0、1两个量； 灰度图像：一般量化为256个灰阶，即0~255，单字节记录； 编码彩色图像：图像编码为256种彩色，即0~255，每一编 码代表一种颜色； 真彩色图像：分别对应红、绿、蓝三个波段，每一波段有 256个灰阶，最多允许的色彩数224=1.67×107种
主要内容
➢1.1 遥感的电磁辐射原理 ➢1.2 遥感数据及其特点 ➢1.3 遥感成像原理
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.1 遥感( Remote Sensing )概念
广义：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）的 探测
遥感定义：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。
①可视图像：照片（photo）、绘画（painting）、画像（picture）、 影像（image）； ②非可视图像，亦即物理图像，表示物质、能量的实际分布，如温 度场、气压场、人口密度度、声音图像； ③数学函数图像，连续的数学函数；光学图像、数字图像；
光学图像和数字图像之间的转换：
A/D转换 D/A转换
1.1.5 大气窗口
大气的吸收作用
大气的吸收作用：
大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形 成太阳辐射的大气吸收带（如下表）。
O2吸收带 O3吸收带 H2O吸收带 CO2吸收带
<0.2μm，0.155 μm最强 0.2～0.36 μm，0.6 μm 0.5～0.9 μm , 0.95～2.85 μm，6.25 μm 1.35～2.85 μm, 2.7 μm,4.3 μm,14.5 μm
发射光谱：地物的发射率随波长变化的规 律。
发射光谱曲线：按照发射率和波长之间的 关系绘成的曲线。
岩石的发射光谱分析
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.5 大气窗口
大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或散 射的投射率较高的电磁辐射波段。
• 大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。
大气窗口
大气窗口
波段
透射率/% 应用举例
1.1.3 地物的反射光谱
地物的反射率（反射系数或亮度系数）： 地物对某一波段的反射能量与入射总能量 之比。反射率随入射波长而变化。
影响地物反射率大小的因素：
入射电磁波的波长 入射角的大小
地表颜色与粗糙度
土壤的光谱曲线
常见地物的光谱曲线比较
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.4 地物的发射光谱曲线
Low altitude
运五
航空遥感影像
无人机遥感
卫星平台
IKONOS
QUICKBIRD
ORBVIEW
RADSAT
CBERS
FY-2 SPOT
EOS AM-1
1.2 遥感数据
1.2.2 遥感数据格式
图像（image）、影像：
定义：对一个事物或者对象的表达、类比、模仿，或者形 象的描述。 类型：
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.2 电磁波与电磁波谱
电磁波 :根据麦克斯韦电磁场理论,变化 的电场能够在它的周围引起变化的磁场, 这个变化的磁场又在较远的区域内引起 新的变化电场,并在更远的区域内引起 新的变化磁场.这种变化的电场和磁场 交替产生,以有限的速度由近及远在空 间内传播的过程
1.1 遥感的电磁辐射原理
尘埃
吸收量很小
1.2 遥感数据及其特点
1.2.1 遥感分类
按平台高度分类： 航空 平台 航摄平台 航空平台
按遥感应用分类： 陆地资源型 SAR 类卫星 气象卫星等
（1）航空遥感平台
High altitude
（2）航摄平台
Moderate altitude
Unmanned
Airborne Platform
中红外3.0-6.0 μm；远红外6.0-15.0 μm；超远红外 15-1000 μm。（近红外又称光红外或反射红外；中红外
和远红外又称热红外。 微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具有
穿透能力；发展潜力大
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.2 电磁波与电磁波谱
1.1 遥感的电磁辐射原理
a11 a12 a1n
a
21
a22
a
2
n
a
m
1
am2
a
mn
1.2 遥感数据
1.2.2 遥感数据格式
数字化图像
概念：图像数字化的过程，就是把一幅遥感模 拟图像划分成规整的格网单元或像素，并赋予 每一像素一整数值，以表征其灰度值的大小。 数字化过程：采样、量化
1.2 遥感数据
SRTM数据的影像
1.2 遥感数据
1.2.2 遥感数据格式
• 遥感数字图像（Digital Image）
➢概念：以数字形式表述的遥感图像 ➢基本组成单元：像素或象元（pixels），取
值大小代表灰度高低； ➢一幅数字图像可以表示和记录为M行×N
列像素组成的矩阵
1.2 遥感数据
1.2.2 遥感数据格式
紫外可见光 近红外
0.3～1.3 μm
＞90
TM1-4、SPOT 的HRV
近红外 1.5～1.8 μm 80
TM5
近-中红外 2.0～3.5 μm 80
TM7
中红外 3.5～5.5 μm
NOAA的 AVHRR
远红外 8～14 μm 60～70
TM6
微波
Fra Baidu bibliotek0.8～2.5cm 100
Radarsat
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.2 电磁波与电磁波谱
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.2 电磁波与电磁波谱
遥感常用波段：
紫外线(UV)：0.01-0.4μm，碳酸盐岩分布、水面油
污染。
可见光：0.4-0.76 μm，鉴别物质特征的主要波段；
是遥感最常用的波段。
红外线(IR) ：0.76-1000 μm。近红外0.76-3.0 μm’
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.1 遥感( Remote Sensing )概念
遥感技术从信息流的角度来看，可以分成： 信息获取、 信息处理 信息应用
1.1 遥感的电磁辐射原理
1.1.2 电磁波与电磁波谱
电磁波 :根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场能够 在它的周围引起变化的磁场,这个变化的磁场又在 较远的区域内引起新的变化电场,并在更远的区域 内引起新的变化磁场.这种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
1.2.2 遥感数据格式
采样：连续图像的离散化，采样间隔对图像质量的影 响 量化：以有限的整数值表示图像的灰度和灰阶数
二值图像：量化值只有0、1两个量； 灰度图像：一般量化为256个灰阶，即0~255，单字节记录； 编码彩色图像：图像编码为256种彩色，即0~255，每一编 码代表一种颜色； 真彩色图像：分别对应红、绿、蓝三个波段，每一波段有 256个灰阶，最多允许的色彩数224=1.67×107种