高光谱遥感第三章分解
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第3章遥感传感器及其成像原理.
❖ 经探测器输出视频信号。 ❖ 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。 ❖ 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
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
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阎广建《遥感原理》课件ch6高光谱遥感
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5500
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PIR
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Sunlight
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高光谱遥感分解课件
案例一：高光谱遥感在农业监测中的应用
总结词
种植结构优化
详细描述
高光谱遥感技术能够识别不同种类的 农作物，通过监测农作物的分布和生 长状况，可以优化种植结构，提高土 地利用效率和农业生产效益。
案例二：高光谱遥感在环境监测中的应用
总结词
污染物监测
详细描述
高光谱遥感技术能够监测大气、水体和土壤中的污染物，如二氧化硫、氮氧化物、重金 属等。通过对污染物的光谱特征进行分析，可以实时监测污染物的排放和扩散情况，为
05 实际应用案例分析
案例一：高光谱遥感在农业监测中的应用
总结词：精准监测
详细描述：高光谱遥感技术能够获取地表覆盖物的光谱信息，通过分析这些光谱 信息，可以精确地监测农作物的生长状况、病虫害情况以及土壤质量等，为农业 生产提供科学依据。
案例一：高光谱遥感在农业监测中的应用
总结词：产量预测
详细描述：利用高光谱遥感技术，可以预测农作物的产量。通过对农作物生长过程中的光谱信息进行监测和分析，可以建立 产量预测模型，提高预测的准确性和可靠性。
进行分类。
非监督分类
02
对未知类别的样本进行聚类分析，将相似的像素归为同一类。
目标识别
03
利用提取的特征和分类结果，对目标进行识别和定位。
04 高光谱遥感技术发展与展望
高光谱遥感技术的发展趋势
技术创新
随着传感器技术的不断进步，高光谱遥感器的空间分辨率 和光谱分辨率将得到进一步提升，能够获取更丰富、更精 准的地物信息。
详细描述
高光谱遥感技术能够识别不同类型的矿产资源，通过对地 表的光谱信息进行监测和分析，可以确定矿产资源的分布 和储量，为矿产资源勘探提供有力支持。
总结词
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。
高光谱遥感分解课件
谱间关系分析在高光谱遥感数据的应用中具有重要的作用，如地物分类、变化检测、场景模拟等，因此 是高光谱遥感分解中不可或缺的一环。
土地利用分类与变化监测
总结词
利用高光谱遥感技术可以准确识别和区分不同类型的土地利用，如城市、农田、森林等，并监测其变化情况。
详细描述
高光谱遥感通过获取地物在不同光谱波段的反射率数据，能够区分具有细微光谱特征差异的地物，从而实现对土 地利用类型的精细分类。同时，通过不同时间点的遥感数据对比，可以监测土地利用的变化情况，为土地资源管 理和规划提供依据。
城市规划与管理领域
高光谱遥感技术可以用于城市规划、 城市环境监测、交通管理等方面，提 高城市管理和服务水平。
• 高光谱遥感技术原理 • 高光谱遥感分解方法 • 高光谱遥感应用实例 • 高光谱遥感技术展望
高光谱遥感的定义
高光谱遥感的特点
高光谱分辨率
。
多维度信息
连续光谱覆盖 定量分析
高光谱遥感的应用领域
环境监测
资源调查
农业管理
城市规划与建设
遥感平台与传感器
遥感平台 传感器类型
图像采集与处理
图像采集
高光谱遥感技术的挑战与问题
数据处理难度大 传感器技术瓶颈 应用领域有限
高光谱遥感技术的应用前景
环境保护领域
高光谱遥感技术可以用于环境监测和 污染治理，为环境保护提供强有力的 技术支持。
资源调查领域
高光谱遥感技术可以用于土地资源、 水资源、森林资源等领域的调查和评 估，提高资源利用效率。
农业领域
高光谱遥感技术可以用于农作物生长 监测、病虫害预警等方面，提高农业 生产效益。
高光谱遥感技术的发展趋势
技术创新
随着科学技术的不断进步，高光谱遥 感技术将不断实现技术创新，提高数 据获取和处理能力。
土地利用分类与变化监测
总结词
利用高光谱遥感技术可以准确识别和区分不同类型的土地利用，如城市、农田、森林等，并监测其变化情况。
详细描述
高光谱遥感通过获取地物在不同光谱波段的反射率数据，能够区分具有细微光谱特征差异的地物，从而实现对土 地利用类型的精细分类。同时，通过不同时间点的遥感数据对比，可以监测土地利用的变化情况，为土地资源管 理和规划提供依据。
城市规划与管理领域
高光谱遥感技术可以用于城市规划、 城市环境监测、交通管理等方面，提 高城市管理和服务水平。
• 高光谱遥感技术原理 • 高光谱遥感分解方法 • 高光谱遥感应用实例 • 高光谱遥感技术展望
高光谱遥感的定义
高光谱遥感的特点
高光谱分辨率
。
多维度信息
连续光谱覆盖 定量分析
高光谱遥感的应用领域
环境监测
资源调查
农业管理
城市规划与建设
遥感平台与传感器
遥感平台 传感器类型
图像采集与处理
图像采集
高光谱遥感技术的挑战与问题
数据处理难度大 传感器技术瓶颈 应用领域有限
高光谱遥感技术的应用前景
环境保护领域
高光谱遥感技术可以用于环境监测和 污染治理，为环境保护提供强有力的 技术支持。
资源调查领域
高光谱遥感技术可以用于土地资源、 水资源、森林资源等领域的调查和评 估，提高资源利用效率。
农业领域
高光谱遥感技术可以用于农作物生长 监测、病虫害预警等方面，提高农业 生产效益。
高光谱遥感技术的发展趋势
技术创新
随着科学技术的不断进步，高光谱遥 感技术将不断实现技术创新，提高数 据获取和处理能力。
高光谱遥感影像混合像元分解
04
混合像元分解实验与分析
实验数据介绍
数据来源
01
实验数据来自中国的某高光谱遥感卫星，覆盖了多个地区和不
同的土地利用类型。
数据特点
02
数据具有高光谱分辨率，包含了数百个波段，能够提供丰富的
地物光谱信息。
数据预处理
03
为了提高混合像元分解的精度，需要进行数据预处理，包括辐
射定标、大气校正、几何校正等。
端元数量与分解精度
实验结果表明，随着端元数量的增加，混合像元分解的精度逐渐提高。但端元数量过多会导致解的不稳定，因此需要 选择合适的端元数量。
不同土地利用类型的识别
通过混合像元分解，可以有效地识别不同类型的土地利用，如植被、水体、城市等。这为土地利用变化监测、生态保 护等方面提供了有力支持。
比较不同方法的结果
混合像元分解的必要性
为了更准确地提取地物信息，提高遥感应用的效果，对高光谱遥感影像进行混合像元分解是必要的。通过混合像 元分解，可以将一个混合像元分解成若干个纯像元的线性组合，从而更准确地表达地物的光谱特征。
混合像元分解研究现状
早期研究方法
早期的研究主要采用端元提取和丰度反 演的方法进行混合像元分解。端元提取 的方法主要基于空间和光谱的统计分析 ，从高光谱数据中提取出纯像元；丰度 反演的方法则是基于线性混合模型，通 过优化算法反演出各纯像元的丰度。
VS
近期研究方法
近年来，随着深度学习技术的发展，越来 越多的研究开始采用深度学习的方法进行 混合像元分解。深度学习方法能够自动地 学习和提取高光谱数据中的复杂结构和特 征，从而更准确地分解混合像元。目前， 常见的深度学习方法包括卷积神经网络 （CNN）、生成对抗网络（GAN）等。
高光谱遥感的发展PPT课件.ppt
(4)基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法； (5)混合光谱分解模型； (6)基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算
法
24
高光谱影像分析技术：
国内外关于成像光谱仪的遥感应用研究中，所采用 的分析方法可归纳为两大类：
一、 基于纯像元的分析方法 （1）。。。 （2）。。。
二、基于混合像元的分析方法
14
历史：
• 20世纪80年代兴起的新型对地观测技术——高光谱遥感技 术，始于成像光谱仪(Imaging Spectrometer)的研究计划。 该计划最早由美国加州理工学院喷气推进实验室（Jet Propulsion Lab，JPL）的一些学者提出。
• 1983年，世界第一台成像光谱仪AIS－1在美国研制成功， 并在矿物填图、植被生化特征等研究方面取得了成功，初 显了高光谱遥感的魅力。
➢ 成像光谱仪为每个像元提供数十个至数百个窄波段的光谱信 息，每个像元都能产生一条完整而连续的光谱曲线。这就是 高光谱遥感与常规遥感的主要区别。
➢ 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。
7
8
• 成像光谱技术则把遥感波段从几个、几十 个推向数百个、上千个。高光谱遥感数据 每个像元可以提供几乎连续的地物光谱曲 线，使我们利用高光谱反演陆地细节成为 可能。
28
高光谱的应用
• 由于高光谱图像具有很高的光谱分辨率，因而能够提 供更为丰富的地物细节，有利于地物物理化学特性的 反演。
（1）海洋遥感方面。 • 由于中分辨率成像光谱仪具有光谱覆盖范围广、分辨
率高和波段多等许多优点，因此已成为海洋水色、水 温的有效探测工具。它不仅可用于海水中叶绿素浓度、 悬浮泥沙含量、某些污染物和表层水温探测，也可用 于海冰、海岸带等的探测。
法
24
高光谱影像分析技术：
国内外关于成像光谱仪的遥感应用研究中，所采用 的分析方法可归纳为两大类：
一、 基于纯像元的分析方法 （1）。。。 （2）。。。
二、基于混合像元的分析方法
14
历史：
• 20世纪80年代兴起的新型对地观测技术——高光谱遥感技 术，始于成像光谱仪(Imaging Spectrometer)的研究计划。 该计划最早由美国加州理工学院喷气推进实验室（Jet Propulsion Lab，JPL）的一些学者提出。
• 1983年，世界第一台成像光谱仪AIS－1在美国研制成功， 并在矿物填图、植被生化特征等研究方面取得了成功，初 显了高光谱遥感的魅力。
➢ 成像光谱仪为每个像元提供数十个至数百个窄波段的光谱信 息，每个像元都能产生一条完整而连续的光谱曲线。这就是 高光谱遥感与常规遥感的主要区别。
➢ 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。
7
8
• 成像光谱技术则把遥感波段从几个、几十 个推向数百个、上千个。高光谱遥感数据 每个像元可以提供几乎连续的地物光谱曲 线，使我们利用高光谱反演陆地细节成为 可能。
28
高光谱的应用
• 由于高光谱图像具有很高的光谱分辨率，因而能够提 供更为丰富的地物细节，有利于地物物理化学特性的 反演。
（1）海洋遥感方面。 • 由于中分辨率成像光谱仪具有光谱覆盖范围广、分辨
率高和波段多等许多优点，因此已成为海洋水色、水 温的有效探测工具。它不仅可用于海水中叶绿素浓度、 悬浮泥沙含量、某些污染物和表层水温探测，也可用 于海冰、海岸带等的探测。
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。
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）
高光谱遥感图像混合像元分解的理论与算法研究
4、混合像元分解算法优化是混合像元分解的重要研究方向之一，可以通过 改进和优化算法来提高分解的精度和效率。
在未来的研究中，我们将继续混合像元分解技术的发展动态和应用前景，进 一步深入研究混合像元分解的关键技术，探索新的端元提取方法、丰度计算方法 和混合像元分解算法优化方法等，以推动混合像元分解技术的发展和应用。
苹果园地遥感提取技术是一种利用遥感手段提取苹果园地信息的方法，具有 快速、准确、高效等优点。本次演示基于实测光谱混合像元分解的实验方法，详 细介绍该技术的应用场景、步骤和优点。
实测光谱混合像元分解是一种利用地面光谱仪对苹果园地的光谱特征进行测 量和分析的方法。该方法采用多角度光谱测量系统，从多个角度对苹果树冠层、 果树和土壤等不同成分进行光谱测量，并通过光谱混合像元分解算法，将它们分 解成不同的光谱成分。
最后，我们将总结本次演示的主要内容和贡献，并提出未来研究方向。本次 演示的研究成果将为高光谱影像混合像元分解技术的发展和应用提供一定的理论 和技术支持。
本次演示的研究对象为高光谱影像混合像元分解技术，研究内容主要包括混 合像元分解的基本原理和数学模型、端元提取、丰度计算、混合像元分解算法优 化等方面。我们通过对这些关键技术的深入探讨和研究，旨在提高高光谱影像混 合像元分解的精度和效率，为遥感影像的解译精度和地物分类的准确性提供更好 的技术支持。
实验结果与分析
我们选取某地区的高光谱遥感图像进行混合像元分解实验，并分别采用PCA、 MLR和SVM三种算法进行比较分析。实验结果表明，三种算法在混合像元分解上均 具有较好的效果，但SVM算法在处理复杂地物光谱特征时具有更高的准确性和鲁 棒性。此外，我们还对分解结果进行了可视化处理，以便更直观地评估算法的性 能。
通过本次演示的研究，我们得出以下结论：
第三章 遥感成像原理与图像特征
务必眼睛尖——体察辐射强度的细微变化
辐射分辨率高
地质找矿、污染调查、海洋温度
还要多长几只眼——波段多又窄
波谱分辨率高
地质找矿、污染调查、植被调查、农作物产量评估
最好经常来光顾——天天来，时时来
时间分辨率高
突发事件、周期性调查
作
业
查找TM、ASTER、Spot5、Quickbird、 IKONOS、GEOEye、WorldView等多光谱 影像、 AVIRIS、MODIS等高光谱影像的 1.遥感平台、传感器名称 2.图像特征参数 3.目前价格及购买途径
扫描仪用各种形式的反射镜以
扫描方式收集电磁波 雷达的收集元件是天线，
探测器
是真正接收地物电磁辐射的器件
感光胶片 光电敏感元件或固体敏感元件 热探测器 波导
处理器
进行信号的放大、增强或调制，从电信号 转化到光信号
输出器
提供原始的资料、数据
直接方式 摄影分幅胶片，扫描航带胶片、 合成空径雷达的波带片 间接方式 模拟磁带 数字磁带
按传感器的成像原理和所获取图像的 性质不同可将传感器分为三种
摄影机 扫描仪 雷达
3.2.2摄影成像的过程
垂直投影与中心投影比较
地形起伏引起比例尺变化
1 f m H R sf 2 Rg H
JS
地形起伏引起的像点位移
hr H
3.2.3扫描成像
光机扫描成像 固体自扫描成像
高光谱扫描成像
4、时间分辨率
地震前的北川 台湾 Formosat-2
地震后的北川
4、时间分辨率
Images courtesy of Dr. Cheng-Chien Liu, National Cheng-Kung University and Dr. An-Ming Wu, NSO, Taiwan
高光谱遥感分解
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。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
OMIS 成像光谱仪的 辐射定标：采用千 瓦级的石英卤灯 供 应固定电流和电压， 采用标准反射板 对 瞬时视场角进行测 量，用已知的由标 准板反射到视场的 辐射强度与仪器测 量得到的数值比值 来计算辐射定标系 数。
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
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
义了七种缺省的标准气溶胶模式和一些自定义模式。
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
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
OMIS 成像光谱仪的 辐射定标：采用千 瓦级的石英卤灯 供 应固定电流和电压， 采用标准反射板 对 瞬时视场角进行测 量，用已知的由标 准板反射到视场的 辐射强度与仪器测 量得到的数值比值 来计算辐射定标系 数。
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
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
义了七种缺省的标准气溶胶模式和一些自定义模式。
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
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
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T2 - 飞 机 - 地 面 间 的 大 气 透 过 率 Lp1 大 气 外 -地 面 的 程 辐 射
-地 面 反 射 率
Lp2 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
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
（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
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
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
（2）机上和星上定标 必要性：运行环境的变化和器件老化 一般采用内定标的方法，即辐射定标源、光标
光学系统都在飞行器上
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
1. 成像光谱仪定标 2. 大气辐射传输理论 3. 高光谱遥感图像大气辐射校正 4. 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。
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
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。
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。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
OMIS成像光谱仪的 辐射定标：采用千 瓦级的石英卤灯供 应固定电流和电压， 采用标准反射板对 瞬时视场角进行测 量，用已知的由标 准板反射到视场的 辐射强度与仪器测 量得到的数值比值 来计算辐射定标系 数。
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
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 dz
I
sI
B
sJ
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
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
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
各光谱带的辐射亮度值的计算公式：
Lt ( E T1 c o s Lp1 ) T2 Lp2
E
大气外界太阳光谱辐照度
-飞 机 飞 过 地 面 场 地 时 刻 的 太 阳 天 顶 角
T1 - 整 层 大 气 透 过 率
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。
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。
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
大气散射与吸收对下行辐射与遥感器接受的 上行辐射的光谱特性造成深刻的影响；