土地利用动态监测3

大气层引起的辐射畸变校正：公式计算法、波谱测试回
归分析法、波段对照法

波段对照法:直方图最小值去除法 直方图最小值去除法 直方图：以统计图的形式表示图像亮度值与像 素数之间的关系。在二维坐标系中，横坐标代表 图像中像素的亮度纵坐标代表每一亮度或亮度间 隔的像素数占总像素数的百分比。
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Three main atmospheric
constituents which absorb radiation: Ozone, carbon dioxide, and water vapor.
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土地利用动态监测
1.2 遥感的基本过程
v
= 波长； v = 频率；
c = 光速 （3x108m/s）
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土地利用动态监测
1.2 遥感的基本过程

电磁波与大气层的相互作用

吸收(Absorption)

Molecules in the atmosphere to absorb energy at various wavelengths;

Remote sensing is the science (and to some extent, art) of acquiring information about the Earth‘s surface without actually
being in contact with it. This is done by sensing and recording
土地利用动态监测
Land Use Dynamic Monitoring
第三讲 遥感图像处理
土地利用动态监测
1.1 遥感的基本概念

定义：遥感是指非接触的，远距离的探测技术（广义）。一般 指运用传感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根 据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和
应用的科学技术 （狭义）。
角越大时，光线路径越长，大气衰减越严重。星（机）下点位置的地
物辐射信息的光线路径最短，大气衰减所产生的影响也最小。因此辐 射量失真最小。
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土地利用动态监测
遥感图像的辐射畸变

光电变换系统的特性引起的畸变：传感器的光谱响应特性和传 感器的输出有直接的关系。在扫描方式的传感器中，传感器接
收系统收集到的电磁波信号需经光电转换系统变成电信号记录
下来，这一过程也会引起辐射量误差。

由光照条件差异引起的辐射误差：太阳高度角、地面的
倾斜所造成等
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辐射校正

辐射校正：消除图像数据中辐射畸变的过程；

方法：首先确定辐射亮度或反射亮度应为零的地区，则亮度最小 值必定是这一地区大气影响的程辐射度（Path Radiance）增值。 校正时，从直方图统计中，找到一幅图像中的最小亮度值；将每

地面实况调查 (in site)

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1.2 遥感的基本过程

遥感数据分析、理解和信息提取

分割 (Segmentation) 分类 (Classification)


特征提取 (Feature Extraction)
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辐射校正
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辐射校正

原理：一幅图像中总可以找到某种或某几种地物，其辐射亮度或 反射率接近零，例如，地形起伏地区山的阴影处，反射率极低的 深海水体处等，这时在图像中对应位置的像元亮度值应为零。实 测表明，这些位置上的像元亮度不为零。这个值就应该是大气散 射导致的程辐射度值。
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1.4 遥感影像数据源
几种常见卫星数据源概况
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土地利用动态监测
1.5 遥感图像校正

遥感图像的辐射畸变 (Radiometric Distortion)



散射(Scattering):

Particles or large gas molecules present in the atmosphere interact with and cause the electromagnetic radiation to be
redirected from its original path.


探测器指测量电磁波性质和强度的元器件；
典型的信号处理器是负荷电阻和放大器； 输出包括影像胶片、扫描图、磁带记录和波谱曲线等

工作在紫外，可见光，红外，微波等波段；
按传感器本身是否带有电磁波发射源可分为主动式(有源)遥 感器和被动式(无源)遥感器两类。
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There are three types of scattering:
Rayleigh, Mie and nonselective
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1.2 遥感的基本过程

电磁波与目标的相互作用
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遥感图像的辐射畸变

传感器引起的畸变

由光学系统的特性引起的畸变：在使用透镜的光学系统中，由于镜头
光学特性的非均匀性，在其成像平面存在着边缘部分比中间部分暗的
现象（减光现象）。

扫描成像系统中的辐射亮度不均匀：光线路径长短不同造成的，扫描
土地利用动态监测
1.2 遥感的基本过程

遥感数据数据预处理；

数字化 (Digitalization) 去噪 (Noise Reduction) 组合 (Mosaic) 遥感图像校正 (Correction or Calibration) 遥感图像增强 (Enhancement) 地物波谱特征测量:主要测量地物对电磁波谱的反射、发射特性; 各种遥测数据的采集:区域环境、气象、地面点等。

镜反射(Specula)和散射(diffuse)
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1.2 遥感的基本过程

遥感传感器


测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具；
通常由收集器、探测器、信号处理和输出设备四部分组成；
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收集器由透射镜、反射镜或天线等构成；

吸收(Absorption) (A): Radiation (energy) is absorbed
into the target.

透射(Transmission) (T): Radiation passes through a target.

反射(Reflection) (R):
Radiation "bounces" off the target and is redirected.

获取信息受条件限制少

人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。

获取信息的手段多，信息量大

见光、紫外线，红外线和微波探测物体。
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1.4 遥感影像数据源
由于遥感监测是一项周期性的长期工作，在选择数据源 时要考虑数据及资料来源的稳定连续，遥感监测的精度 要求，价格适中，易于获取等因素。目前几种常用的遥 感卫星数据有 Landsat-7 的 TM/ETM 数据、SPOT 数据、 MODIS 数据、IKONOS 数据等。不同的卫星数据在空 间分辨率、图像覆盖范围、成图比例尺等方面均有所差 别（参见表）。
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1.2 遥感的基本过程

遥感数据处理: 接收、处理、存档、分发各类地球资源 遥感卫星数据并进行相关技术研究，为遥感应用提供数 据服务。
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1.2 遥感的基本过程

In remote sensing, we are most interested in radiation reflected from targets
measuring the

Depends on factors: the wavelength of the radiation, the abundance of
particles or gases, and the distance the
radiation travels through the atmosphere.
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遥感图像的辐射畸变

辐射畸变：图像数据中各种辐射亮度的失真；
引起辐射畸变的因素

大气层对辐射的影响：进入大气的太阳辐射会发生 反射、折射、吸收、散射和透射。其中对传感器接 收影响较大的是吸收、折射和散射。另外，大气辐 射、邻域辐射以及 path radiance也会影响传感器接收。
E.
F.
G.
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1.2 遥感的基本过程

能源：遥感中电磁波(Electromagnetic（EM） Wave)为 主要的能量来源。

电磁波由变化的电场和变化的磁场组成。变化的电场和磁场以 光速传播。

波长频率关系：c =
reflected or emitted energy and processing, analyzing, and applying that information.
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1.2 遥感的基本过程
A. B. C. D.
能源或光源 (Energy Source or Illumination)； 通过大气层的辐射(Radiation through the Atmosphere); 能量与地面目标的相互作用 (Interaction with the Target) ; 传感器记录反射能量 (Recording of Energy by the Sensor) ; 数据传送、接收和处理 (Transmission, Reception, and Processing); 数据的解释和分析 (Interpretation and Analysis); 应用(Application).
目标辨识 (Object Recognition)
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1.3 遥感的特点

可获取大范围数据资料

一幅Landsat卫星的TM图像可覆盖185km×185km地面面积。

获取信息的速度快，周期短

陆地卫星每16天可覆盖地球一遍。
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1.2 遥感的基本过程

遥感数据的传送和接收

（A） 数据直接发送到地
面接收站(GRS = Ground
Receiving Station)；

（B）数据暂存在传感器，
一定时间延迟后发送至地
面接收站；

（C）数据经其它中继卫
星发送至地面接收站；
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遥感图像的辐射校正 (Correction of Radiometric Distortion)
遥感图像的几何畸变 (Geometric Distortion)
遥感图像的几何校正 (Correction of Geometric Distortion)
遥感图像配准 (Image Registration)