高光谱遥感第三章讲解
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高光谱遥感分解课件
端元提取的效果直接影响到后续的混合 像元分解和谱间关系分析的精度和可靠 性，因此是高光谱遥感分解中的关键步
骤。
混合像元分解方法
混合像元分解的方法包括基于物理模型的方法和基于 统计模型的方法等。这些方法通过建立地物光谱与像 元光谱之间的数学模型，利用优化算法对模型参数进 行求解，从而得到每个像元的纯组分和丰度信息。
高光谱遥感分解方法
端元提取方法
端元提取是高光谱遥感分解的基础，目 的是从高光谱数据中提取出纯净的地物 光谱，为后续的混合像元分解和谱间关
系分析提供基础。
端元提取的方法包括基于统计的方法、 基于空间的方法和基于变换的方法等。 这些方法通过不同的原理和算法，从高 光谱数据中提取出尽可能纯净的地物光
谱。
矿物与地质应用
总结词
高光谱遥感在矿物与地质应用中具有重要作用，可以用于矿产资源调查、地质构造分析 等。
详细描述
高光谱遥感能够通过分析地物的光谱特征差异，识别不同类型的矿物和地质构造。在矿 产资源调查中，高光谱遥感可以用于发现潜在的矿床和评估矿产资源的分布情况。同时 ，在地质构造分析中，高光谱遥感可以通过分析地物的光谱特征差异，揭示地质构造的
高光谱遥感分解课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目录
CONTENTS
• 高光谱遥感概述 • 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
01
CHAPTER
高光谱遥感概述
高光谱遥感的定义
高光谱遥感是一种利用光谱信息对地球表面进行观测和监测 的技术。它通过卫星或飞机搭载的高光谱成像仪获取地物辐 射的连续光谱信息，进而分析地物的成分、结构和动态变化 。
高光谱遥感技术的挑战与问题
高光谱遥感复习总结讲解
1.高光谱分辨率遥感:用很窄（0.01波长）而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。
在可见光、近红外、短波红外和热红外波段其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，通常具有波段多的特点，光谱通道数多达数十甚至数百个以上，而且各光谱通道间往往是连续的。
2.高光谱遥感特点：波段多,数据量大；光谱范围窄(高光谱分辨率)；在成像范围内连续成像；信息冗余增加3. 高光谱遥感的发展趋势（1）遥感信息定量化（2）“定性”、“定位”一体化快速遥感技术4.光谱特征的产生机理：在绝对温度为0K以上时，所有物体都会发射电磁辐射，也会吸收、反射其他物体发射的辐射。
高光谱遥感准确记录电磁波与物质间的这种作用随波长大小的变化，通过反映出的作用差异，提供丰富的地物信息，这种信息是由地物的宏观特性和微观特性共同决定的。
宏观特性:分布、粗糙度、混杂微观特性:物质结构6.典型地物反射：水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别到了近红外波段，吸收就更强，所以水体在遥感影像上常呈黑色。
植被的反射波谱特征：①可见光波段有一个小的反射峰，位置在0.55um处，两侧0.45um(蓝)和0.67um(红)则有两个吸收带。
这一特征是叶绿素的影响。
②在近红外波段(0.7-0.8um)有一反射的“陡坡”（被称为“红边”)，至1.1um附近有一“峰值”，形成植被的独有特征。
这一特征由于植被结构引起。
③在中红外波段(1.3-2.5um) ，反射率大大下降，特别以1.45um和1.95um为中心是水的吸收带，形成低谷。
土壤:由于土壤反射波谱曲线呈比较平滑的特征，所以在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显.自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土质越细反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低，此外土类和肥力也会对反射率产生影响。
6.野外光谱测量的影响因素（1）大气透射率（2）水蒸气3）风（4）观测几何7.地面光谱的测量方法：实验室测量，野外测量8.垂直与野外测量的区别:垂直测量：为使所有数据能与航空、航天传感器所获得的数据进行比较，一般情况下测量仪器均用垂直向下测量的方法，以便与多数传感器采集数据的方向一致。
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
遥感物理讲座 第三章 物质的光谱与结构
图 物质的内部状态原理图
内 容
引 言
原子光谱与原子结构
（氢原子光谱，X射线与γ 射线）
分子光谱与分子结构
（分子结构，分子能级与光谱，分子的转动光谱，分子的 振动光谱，分子的振动-转动光谱，分子的电子-振动-转 动光谱）
固体光谱与固体结构
（固体结构，能带论简介，晶格振动，固体光谱，喇曼光 谱，激光光谱，荧光光谱）
一、引 言
物体的光谱，特别是物体的发射和吸收光谱是研究物质结构的一把钥匙，一条条五
彩缤纷的光谱线，揭示了原子、分子这些微观世界的奥秘。
原子所发射或吸收的光谱是由一条条分立的谱线组成的，一般称为线状光谱。各种
原子都有各自的一组光谱，不仅可以从光谱中识别出不同的元素，还可以从中分析各 元素的原子结构。
《遥感物理》课程讲座-3 ----物质的光谱与结构
电磁波与地物相互作用
电磁波与地物表面及大气的相互作用与 其频率密切相关。任何物质都会反射、吸收、 透射和辐射电磁波，不同性质、结构的物质 会产生不同频率的电磁波。电磁波产生的方 式多种多样，包括电磁振荡，晶格或分子的 热运动，晶体分子或原子的电子能级跃迁， 分子、原子核振动与转动能级、内层电子能 级、原子核内能级电子跃迁。 从辐射源（如太阳）入射到物体上的辐 射可分成吸收、透射和反射三个分量。根据 能量守恒定律， + + =1 ，其中 、 、 分 别是吸收、透射和反射比。
二、原子结构与原子光谱
1913年，玻尔综合了普朗克的量子论、爱因斯坦的光子学说和卢瑟夫的原子模型，提出了原 子结构的新假设，建立了原子光谱项与它的结构之间的基本关系。虽然用量子力学可以系统地 完善地解决原子结构问题，但玻尔理论比较直观明了。 玻尔理论的要点如下： （1）电子以圆形轨道围绕原子核(质子)旋转，但只有某些分立的轨道是存在的，在某一 条一定轨道上运动电子具有一定的能量，称为在一定的稳定状态，简称定态。原子有许多定态， 其中能量最低的态称为基态，其余的态称为激发态。定态原子并不辐射能量。 （2）原了只有从一个En的定态跃迁到另一个能量为Em的定态时，才发射或吸收电磁辐射， 其频率ν由下式决定： hν=En-Em。上式称为玻尔频率条件，h为普朗克常数。 （3）为了确定这些分量的电子轨道，玻尔还提出了一个附加的量子条件：电子轨道运动 的角动量P必须等于h/2的整数倍。 最简单的光谱是氢原子光谱，因为氢原 子的结构最简单，只有一个质子与一个电 子。在可见光和近紫外区，氢原子光谱是 由一个谱线系组成的，谱线系的间隔与强 度朝着短波方向以一种十分规则的方式递 减。这个谱线称为巴耳末系。 氢原子光谱
高光谱遥感理论基础资料
第三章 高光谱遥感物理基础
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
18
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
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.
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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。
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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
《高光谱遥感的发展》课件
高光谱遥感技术的发展趋势
提高数据获取能力
未来将进一步提高高光谱传感器的性 能，提高数据获取的精度和稳定性。
加强数据处理能力
未来将进一步发展人工智能、机器学 习等技术，提高数据处理的速度和精 度。
拓展应用领域
未来将进一步拓展高光谱遥感技术的 应用领域，如城市规划、资源调查、 灾害监测等。
加强技术交流与合作
从分割后的图像中提取地物的光谱特征，包括光谱曲线、谱带宽度 、谱带深度等。
地物分类与识别
利用提取的光谱特征，对地物进行分类和识别，常用的方法包括监 督分类、非监督分类和支持向量机等。
03
高光谱遥感技术发展现状
高光谱遥感传感器的发展
高光谱成像技术进步
随着技术的不断进步，高光谱成像传 感器在空间分辨率、光谱分辨率和辐 射分辨率等方面取得了显著提升，为 地物精细识别提供了有力支持。
新型传感器研发
科研人员正致力于开发新型的高光谱 传感器，如多角度高光谱传感器和热 红外高光谱传感器，以拓宽遥感的应 用领域。
高光谱数据处理技术的发展
数据处理算法优化
针对高光谱数据的处理，算法不断优 化以提高数据处理速度和准确性，例 如支持向量机、神经网络等机器学习 方法在高光谱分类和识别中的广泛应 用。
3
城市规划与管理
在城市规划与管理方面，高光谱遥感为城市发展 提供了丰富的空间和环境信息，有助于实现精细 化管理和可持续发展。
04
高光谱遥感技术面临的挑战与展 望
高光谱遥感技术面临的挑战
数据获取难度大
数据处理复杂度高
高光谱遥感技术需要获取大量的高光谱数 据，但受到传感器性能、天气条件等多种 因素的影响，数据获取难度较大。
资源调查与利用
高光谱遥感的概念课件
高光谱遥感的概念
15
整个现代遥感技术体系
各应用部门 用户
遥感信 息传输
遥感成像机 理与模型
分发
目标提取与识别 (自动化、智能化)
多源数据融合与高光集谱成遥感的概念
数据处理 (高光谱、高分辨率、雷达)
16
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。
（多角度遥感）
（4）各种新型高效遥感图像处理方法和算法将被 用来解决海量遥感数据的处理、校正、融合和遥 感信息可视化。
（海量遥感数据处理、融合）
高光谱遥感的概念
23
（5）遥感分析技术从“定性”向“定量”转变， 定量遥感成为遥感应用的发展热点。
（遥感从定性到定量分析）
（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。
高光谱遥感的概念
8
遥感的特点
• 大面积同步观测：气象卫星，资源卫星 • 时效性强：周期短，覆盖面广 • 数据的综合性和可比性好：不用去实地
采集数据 • 较高的经济和社会效益：应用广泛 • 一定的局限性：数据处理；受天气影响
高光谱遥感的概念
9
高光谱遥感的概念
10
高光谱遥感的概念
11
遥感信息处理的技术流程
• 正在使用的传感器有： MODIS（EOS）, MISR（Terra）, ASTER（Terra）, ADEOS…
• 新的传感器产生，正在研制的有：
➢EO-1 233 bands
高光谱遥感原理与应用03
波长 a>0，正向坡，SSI=1
波长 a=0，平向坡，SSI=0
2、光谱包络线分析（Continuum Removal）
R'(λ) =R(λ) /CR (λ)
第十五页，共32页。
高光谱遥感数据处理与分析
四、光谱特征选择与特征提取
3、光谱二值编码
二值编码
h(n) =0 如果x(n)≤T
=1 如果x(n) >T
在670～685nm和780～795nm范围内确定Ro和Rs，然后在685～780nm范 围内，用最小二乘法估计其余两个模型参数λ0和σ（或λp）
第二十三页，共32页。
高光谱遥感数据处理与分析
四、光谱特征选择与特征提取
7、光谱曲线函数模拟
倒高斯模型(IG) 应用
第二十四页，共32页。
高光谱遥感数据处理与分析
—CO在广大乡村地区也远没有水汽那样变化剧烈。 (2) 在1.0-2.5 μm光谱区间，以上7种气体是主要影响因子；分子散射（瑞利
散射）随着波长增加急剧减少，大于1.0 μm时，其效应可以完全忽略；气溶胶散射也随着波长增加而 减少，在1.0 μm附近，其散射占整个辐射量的大约10%。
(3) 基于经纬度和观测时间，确定太阳天顶角；
高光谱遥感数据处理与分析
一、成像光谱仪光谱与辐射定标
成像光谱仪光谱定标：光谱定标的目的是确定成像光谱仪每一通道的 中心波长带宽。
(1)单色仪全波长范围定标
(2)使单色仪以一定的步长扫描输出单色光，检测遥感器各通 道记录信 号的波长位置、光谱响应函数等。
成像光谱仪辐射定标:高光谱数据辐射定标就是建立地物的辐射能量 与仪器输出信号之间的定量数值联系，严格意义上讲，它包括以下几 个过程：
第三章遥感地学分析地物光谱分析ppt课件
选择性辐射体，其发射率ελ＜1， 发射率ελ随波长而变 化。
.
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。
.
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。
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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
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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。
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
高光谱整理
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。
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）
3.5高光谱遥感—南京师范大学遥感导论
数据量的增加，导致信息量数十倍以 至数百倍地增加。使其足够的光谱分 辨率（波段宽度一般小于10nm）能够 区分那些具有诊断性光谱特征的地表 物质。
实验室矿物光谱说明矿物光谱的诊断性吸收、反射特征
光谱沿纵向已被错位以避免重叠。TM波段7亦标在图上。
光 谱 分 辨 率 对 水 铝 矿 反 射 光 谱 的 影 响
HY-1 卫星水色扫描仪在长 江口发现赤潮(2002年9月 3日) 遥感6/8/2通道合成实况
HY-1A 卫星辽东湾发现 赤潮，绿色条状为赤潮 区 （2002年6月15日，1、 2处为赤潮）
红色点为遥感反演得 到的赤潮区(2002年9 月3日)
渔场环境
利用HY-1A号卫星开展海洋渔场环境信息研究工作，取得了初步成果。2002年， 为“863”计划“大洋渔场环境信息获取技术”课题提供了实时的大西洋金枪鱼渔场 与太平洋竹荚鱼渔场的海温分布与叶绿素分布数据，为在这两个海区的渔船提供了 及时的渔场环境信息 随着HY-1A卫星的应用工作的进一步开展，卫星还将能够提供渔场区域的锋面、初 级生产力、初级渔业生产力等更多更好的渔场环境信息资料，为渔业生产服务。
热红外10个波段，波长范围：8210-12700nm
成像光谱仪：既能对目标成像又可以测量目标物波谱特性的光学探 测器。其特点是光谱分辨率高、波段连续性强。
成像光谱 仪（数十 至上百个 波段，连 续的光谱 曲线）
高光谱图像立方体:成像光谱仪在空间成像的同时,以相同 的空间分辨率记录下几十或者成百的光谱通道数据,它们 叠合在一起,就构成了高光谱图像立方体,从高光谱图像立 方体的每个像元均可提取一条连续的光谱曲线.
机载MIVIS（Multispectral Infrared and Visible Imaging Spectrometer)成像光谱仪
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-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
• 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
• 对数残差法
ij
DNij DNi*
DN* j DN**
ij是第i像元j波段的反射率
DNij是第i像元j波段的图像值 DNi*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
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：
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
• 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
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 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
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
三种场地定标法的优缺点比较 反射率法 辐亮度法 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
优 点
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 省工、省物且满足精 精度也就越高 度要求
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
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。
• 高光谱遥感图像大气辐射校正的模型
– 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。
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。
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 cos Lp1)T2 Lp 2
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 T2 -飞机-地面间的大气透过率 Lp1 大气外-地面的程辐射
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。
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
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
缺 点
要对大气气溶胶的一 些光学特性参量做假设
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； 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；
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
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。