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第一章 绪论
§1.1 遥感的概念
1.1.1 遥感的基本概念(Remote Sensing)
20世纪60年代，美国地理学家首先提出了“遥感”这个名词.
广义：泛指各种非直接接触的、远距离探测目标的技术，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波)等的探测。(测水深的过程)
狭义：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。
1.1.2 遥感的原理
v 地球上的物体都在不停地辐射、反射和吸收电磁波，并且不同物体的电磁波特征是不同的，人们根据电磁波的差异来辨析物体的不同，遥感技术就是在这个原理的基础上发展起来的。
遥感技术主要是建立在物体反射或发射电磁波的基础之上。
遥感可以说是一种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，通过研究电磁波特性，达到识别物体及其环境的技术。
1.1.2 遥感的原理
· 太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。传感器将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据。
1.1.3 传感器的结构组成
遥感信息获取---传感器。传感器是测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具
v 传感器是遥感技术系统的核心。
v 传感器一般由信息收集器、探测器、信息处理器和信息输出器4部分组成。
§1.2 遥感系统
遥感技术系统：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。
根据遥感的定义，遥感系统包括：
1、目标的电磁波特征 2、信息的获取
3、信息的接收 4、信息的处理 5、信息的应用
整个系统中，要研究的重点是：
不同地物对不同波段，不单指可见光的反射情况；由此引申出不同波段成像的图像其特性是如何的；最终通过影像来分析，应用；
§1.3 遥感的类型
v 1.3.1 按遥感平台分
遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为：
地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。
航空平台：80 km以下的平台包括飞机和气球。
航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。

类型
概念
优点
近地遥感
距地面高度在几十米以内的遥感
用于城市遥感、海面污染监测、森林火灾监测等中、高分辨率的遥感活动
航空遥感
利用飞机携带遥感仪器的遥感
机动性强，可以根据研究主题选择恰当的传感器、适当的飞行高度和飞行区域
航天遥感
利用卫星、航天飞机、宇宙飞船、航天空间站等携带遥感仪器的遥感
覆盖范围大，不受领空限制，可进行定期、重复观测

遥感卫星一般有两种绕地球飞行方式：静止轨道和近极地轨道。静止轨道可以定点观测，而极地轨道（圆形）则可定期观测。
v 1.3.2按电磁波段分
紫外遥感： 0.05 ~0.38 μｍ 可见光遥感： 0.38 ~ 0.76 μｍ
红外遥感： 0.76 ~ 1000μｍ 微波遥感： 1 mm ~ 10 m
多波段遥感：传感器由若干个窄波段组成
v 1.3.2按电磁波段分
全色波段：对可见光波段（0.4—0.76μm）内的各种色光都能感光，得到的影象数据中会有包含地物的可见光波段信息
多光谱:传感器由若干个窄波段组成，利用多个波段的敏感元件同时对地物扫描成像的遥感器，得到的影象数据中会有多个波段的光谱信息
高光谱：高光谱传感器能同时获取上百个波段的反射数据，从而获得光谱谱段上相对连续的采样
v 1.3.3 按工作方式分
分为主动式和被动式传感器。
区别：主动传感器自身发射并接收经地面反射的能量，不受天气干扰；被动传感器主要接收经地面反射的太阳光能量，受天气干扰大。
第二章 遥感的物理基础
第一节 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波及其特性
v 波的概念：波是振动在空间的传播
v 电磁波:（ElectroMagnetic Spectrum ) 交互变化的电磁场在空间的传播。
v 4.描述电磁波特性的指标: 波长、频率、振幅、位相等。
v 5.电磁辐射 :电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。
v 6.电磁波的特性
1) 电磁波是横波 2)在真空中以光速传播
3) 电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。
二、电磁波谱
1.电磁波谱：按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。
按波长长短依次为：
γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。 (见书P17图)
在电磁波谱中，波长最短的是γ射线, 波长最长的是无线电波，其按波长可分为长波、中波、短波和微波。 电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同
n 波长单位：米；微米；纳米（1纳米= 10-9米)
n 太阳辐射光谱 = 短波光谱。高能量的短波辐射。
特点：可见光线（0.4～0.76μm）、红外线（＞0.76μm）和紫外线（＜0.4μm）分别占50％、43％和7％，即集中于短波波段，故将太阳辐射称为短波辐射。
v 陆地光谱 ：（6μm以上）长波光谱= 红外光谱 。 低能量的长波辐射。
传感器必须设计探测6微米以上波长的电磁波，才能了解地物的辐射特性
n 2.遥感应用的电磁波波谱段
v 紫外线：波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱中，只有0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000 m以下。（？）
v 可见光：波长范围：0.38～0.76μm，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。
v 红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。
v 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性好，不受云雾的影响。发展潜力大。
三、电磁辐射的度量
1.辐射源
1）.自然辐射源
● 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900K的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。
●地球的电磁辐射：小于3 μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6 μm的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6 μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。
2）.人工辐射源：主动式遥感的辐射源。雷达探测。分为微波雷达和激光雷达。
●微波辐射源：0.8-30cm
●激光辐射源：激光雷达—测定卫星的位置、高度、速度、测量地形等。
2、辐射测量（radiometry）
☆ 辐射能量（W）：电磁辐射的能量。
☆ 辐射通量（Φ ）：单位时间内通过某一面积的辐射能量。
☆ 辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量。
☆ 辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量。
v I为物体接收的辐射，M为物体发出的辐射。
四、黑体辐射
地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。
1.绝对黑体：如果一个物体在任何温度下对任何波长的电磁辐射全部吸收（即吸收系数恒等于1），则这个物体称为绝对黑体。
2. 黑体辐射定律
(1)普朗克热辐射定律：表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。
n (2)玻耳兹曼定律
即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。
(3)维恩位移定律：随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。
黑体辐射的三个特性
（1）黑体辐射出射度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。
（2）温度愈高，黑体的辐射出射度也愈大，不同温度的曲线是不相交的。绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的4次方成正比。（斯忒藩—玻尔兹曼定律）
（3）黑体辐射光谱中最强辐射的波长与黑体绝对温度成反比。（维恩位移定律）。随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长移向短波方向。
在相同的温度下，实际物体的辐射通量密度比绝对黑体要低
1）发射率(Emissivity )：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）M与同温下的黑体辐射出射度M黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。
影响地物发射率的因素： 地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。
2）基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的黑体辐射出射度M和吸收率之比，等于该温度下同面积黑体辐射出射度M 黑
在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率也越大。
地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这种特征构成了红外遥感的理论基础。
4、黑体的微波辐射
1）任何物体在一定的温度下，不仅向外发射红外辐射，也发射微波辐射。二者基本相似。但微波是地物低温状态下的重要辐射特性，温度越低，微波辐射越明显。
2）微波辐射比红外辐射弱得多，但技术上可以经过处理来接收。
第二节 太阳辐射及大气对辐射的影响
（1）太阳辐射
n 太阳辐射：太阳是被动遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。
· 从太阳光谱曲线可以看出(…)：
· 太阳常数：不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳辐射方向，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。（1.360×103W/m2）
· 太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；
· 太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～ 0.76 µm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 µm左右；
· 到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～ 3.0 µm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；
· 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；
· 各波段的衰减是不均衡的。
（2）大气的成分
v 大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分有关。
v 大气的成分：多种气体、固态和液态悬浮的微粒混合组成的。
v 大气物质与太阳辐射相互作用，是太阳辐射衰减的重要原因。
v 大气是由多种气体及气溶胶所组成的混合物。
v 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3 气溶胶
v 大气的成分可分为常定成分（ N2，O2 ，CO2等）与可变成分两个部分（水汽，气溶胶）。
（3）大气结构
大气厚度约为1000km,从地面到大气上界，可垂直分为4层：
Ø 对流层：高度在7～12 km,温度随高度而降低，空气明显垂直对流，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随纬度和季节而变化。
Ø 平流层：高度在12～50 km，没有对流和天气现象。底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上为暖层，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。
Ø 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。
Ø 大气外层：800～35 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。
（4）、大气对太阳辐射的影响
Ø 太阳辐射的衰减过程：__30_%被云层反射回；__17_%被大气吸收；__22_%被大气散射；_31__%到达地面。
Ø 大气的透射率公式：透射率与路程、大气的吸收、散射有关。
Ø 透过率 ——通过大气后的辐照度与通过大气前的辐照度之比
太阳光在地—气系统的吸收、散射过程
v 太阳辐射透过大气并被地表反射（有用的）；
v 太阳辐射被大气散射后被地表反射（纠正后有用）；
v 太阳辐射被大气散射后直接进入传感器；
v 太阳辐射透过大气被地物反射后又被地表发射进入传感器；
v 被视场以外地物反射后进入视场的交叉辐射项。
（一）大气的吸收作用(P28)
A. 氧气：小于0.2 μm；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。
B. 臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥感影响不大。
C. 水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。
D. 二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽略不计。
（二）大气的散射作用
散射的概念：电磁波与物质相互作用后电磁波偏离原来的传播方向的一种现象。太阳辐射在长波过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。改变了电磁波的传播方向；干扰传感器的接收；降低了遥感数据的质量、影像模糊，影响判读。
大气散射集中在太阳辐射能量最强的可见光区。因此，散射是太阳辐射衰减的主要原因。
不同于吸收作用，散射只改变传播方向，不能转变为内能。
v 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。
v 对遥感图像来说，干扰传感器的接收；降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。
v 散射主要发生在可见光区。
v 大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射：d <<λ 米氏散射：d ≈λ 非选择性散射：d >>λ
瑞利散射：由于气体分子的尺度远小于光波的波长时发生的散射，属小颗粒散射。a < l
v 小颗粒散射的特征：
（1）散射光强度与波长4次方成反比，由此可以解释天空为什么呈蓝色。
米氏散射：大气中的气溶胶颗粒，云滴，雨云滴等的直径与入射光的波长可以比拟或大于入射光的波长时发生的散射。a = l
云雾的粒子大小与红外线波长比较接近，所以云雾对红外的散射主要是米氏散射
无选择散射：大气粒子的直径比波长大得多时发生的散射，散射强度与波长无关，在符合无选择散射的条件的波段中，任何波长的散射强度相同。a > l
n 三种散射作用
1.瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。
Ø 散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。
Ø 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。
Ø 多波段中不使用蓝紫光的原因？
2.米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。
Ø 云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。
3.无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。
Ø 水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。
Ø 云雾为什么通常呈现白色？
(5)大气窗口
v 折射现象：电磁波传过大气层时出现传播方向的改变，大气密度越大，折射率越大。
v 反射现象：电磁波在传播过程中，通过两种介质的交界面时会出现反射现象，反射现象出要出现在云顶（云造成的噪声）。
v 太阳辐射经过大气传输时，反射，吸收和散射共同衰减了辐射强度，剩余部分即为透过的部分。
v 由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。
电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射的，透射率较高的波段称为大气窗口。（对地遥感要用的部分
1、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
波段
透射率/%
应用举例
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
0.8～2.5cm
100
Radarsat

第三节 地球的辐射与地物波谱
(2)地球辐射的特性（地球辐射的分段特性）
v 在0.3～2.5um波段（主要在可见光和近红外波段），地表以反射太阳辐射为主，地球自身的辐射可以忽略 。即在该波段范围内，对地观测遥感主要以太阳的短波辐射对地表进行探测和成像。
v 在2.5～6.0um波段（主要在中红外波段），地表反射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的辐射源。
v 在6.0um以上的热红外波段，以地球自身的热辐射为主，地表反射太阳辐射可以忽略。（热红外成像）
(3)地物波谱的特性
v 地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。
v 地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表现。
v 地物波谱的作用：不同类型的地物，其电磁波响应的特性不同，因此地物波谱特征是遥感识别地物的基础。
❀ 不同电磁波段中地物波谱特性：
v 可见光和近红外波段：主要表现地物反射作用和地物的吸收作用。（树叶苍翠欲滴、水下温度）
v 热红外波段：主要表现地物热辐射作用。（热红外灵敏遥感器夜间成像河流为亮色条带，但热红外白天成像河流为暗色条带）
v 微波波段：主动遥感利用地物后向散射；被动遥感利用地物微波辐射。
❀ 地物反射：
v 太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量。
v 一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波则透射能力较强，特别是0. 45~0. 56μm的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达10～20 m，清澈水体可达100 m的深度。
v 地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。
❀ 地物反射率：
v 地物的反射：太阳光通过大气层照射到地球表面，地物会发生反射作用，反射后的短波辐射一部分为遥感器所接收。
v 反射率（ρ）：地物的反射能量与入射总能量的比，即ρ=(Pρ/ P 0)×100%。表征物体对电磁波谱的反射能力。
v 反射率是可以测定的。
v 地物在不同波段的反射率是不同的，利用地物反射率的差别，可以判断地物的属性。
v 反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。
❀ 物体表面性质对反射的影响
v 地物的反射类型：根据地表目标物体表面性质的不同，物体反射大体上可以分为3种类型，即镜面反射、漫反射、实际物体的反射
（1）镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射。物体的反射满足反射定律，反射波和入射波在同一平面内，入射角等于反射角。
只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波。
例子：水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很亮，有时很暗，就是这个原因造成的。
（2）漫反射：发生在非常粗糙的表面上的一种反射现象。不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的。
即当入射辐照度I一定时，从任何角度观察反射面，其反射辐照亮度是一个常数，这种反射面又叫朗伯面。
（3）实际物体反射：介于镜面和朗伯面（漫反射）之间的一种反射。自然界种绝大多数地物的反射都属于这种类型的反射，又叫非朗伯面反射。
对太阳短波辐射的反射具有各向异性，即实际物体面在有入射波时各个方向都有反射能量，但大小不同。
了解物体表面性质对反射影响的意义
v 遥感图像上记录的辐射亮度，既与辐射入射方位角和天顶角有关，也与反射方向的方位角和天顶角有关。
v 由于镜面反射会造成太阳光直接进入遥感器，在成像时间选择上，应避免中午成像，防止形成镜面反射。否则水体会形成非常亮的耀斑，周围地物的反射信息有受到干扰和削弱。
地物反射波谱
v 地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。是研究可见光至近红外波段上地物反射率随波长的变化规律。
地物反射光谱曲线根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。
1)不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙漠、湿地、小麦的光谱曲线
2)同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害
3)地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。
q 时间特性 空间特性
❤ 植被的波谱特征
在可见光波段
v 在0.45um附近（蓝色波段）有一个吸收带；
v 在0.55um附近（绿色波段）有一个反射峰；
v 在0.67um附近（红色波段）有一个吸收带。
在近红外波段
v 从0.76um处反射率迅速增大，形成一个爬升的“陡坡”,至1.1um附近有一个峰值，反射率最大可达50％，形成植被的独有特征。
v 1.5～1.9um光谱区反射率增大；
v 以1.45um，1.95um，2.70um为中心是水的吸收带，其附近区间受到绿色植物含水量的影响，反射率下降，形成低谷。
影响植被波谱特征的主要因素
v 植物类型 植物生长季节 病虫害影响等
植被波谱特征大同小异，根据这些差异可以区分植被类型、生长状态等。

❤ 土壤的波谱特征
v 自然状态下土壤表面的反射曲线呈比较平滑的特征，没有明显的反射峰和吸收谷。
v 在干燥条件下，土壤的波谱特征主要与成土矿物（原生矿物和此生矿物）和土壤有机质有关。

v 土壤含水量增加，土壤的反射率就会下降，在水的各个吸收带（1.4um、1.9um、2.7um处附近区间），反射率的下降尤为明显。
❤ 水体的波谱特征
v 纯净水体的反射主要在可见光中的蓝绿光波段，在可见光其它波段的反射率很低。
v 近红外和中红外纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于0。
水中其它物质对波谱特征的影响
v 水中含有泥沙，在可见光波段的反射率会增加，峰值出现在黄红区。
v 水中含有水生植物叶绿素时，近红外波段反射率明显抬高。
❤ 岩石矿物的光谱曲线
v 岩石的反射波谱主要由矿物成分、矿物含量、物质结构等决定。
v 影响岩石矿物波谱曲线的因素包括岩石风化程度、岩石含水状况、矿物颗粒大小、岩石表面光滑程度、岩石色泽等。（图见P41）
地物波谱曲线的作用
v 物体波谱曲线形态，反映出该地物类型在不同波段的反射率，通过测量该地物类型在不同波段的反射率，并以此与遥感传感器所获得的数据相对照，可以识别遥感影像中的同类地物。
应用地物波谱特征需要注意的问题
v 绝大部分地物的波谱值具有一定的变幅，它们的波谱特征不是一条曲线，而是具有一定宽度的曲带。
v 地物存在“同物异谱”和“异物同谱”现象。 “同物异谱”是指两个类型的个体地物，在某个波段上波谱特征不同；“异物同谱”是指不同类型的地物具有相同的波谱特征。
红外线的划分
v 近红外：0.76～3.0 µm，与可见光相似。
v 中红外：3.0～6.0 µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。
v 远红外：6.0～15.0 µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。
v 超远红外：15.0～1 000 µm，多被大气吸收，遥感探测器一般无法探测。
第三章 遥感成像原理与遥感图像特征
第一节 遥感平台
n 地面平台：三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等与地面接触的平台称为地面平台或近地面平台。它通过地物光谱仪或传感器来对地面进行近距离遥感，测定各种地物的波谱特性及影像的实验研究。
Ø 三角架：0.75-2.0米；对测定各种地物的波谱特性和进行地面摄影。
Ø 遥感塔固定地面平台；用于测定固定目标和进行动态监测；高度在6米左右。
Ø 遥感车、船：高度的变化；测定地物波谱特性、取得地面图像；遥感船除了从空中对水面进行遥感外，可以对海底进行遥感。
n 航空平台：包括飞机和气球。飞机按高度可以分为低空平台、中空平台和高空平台。
Ø 低空平台：2000米以内，对流层下层中。
Ø 中空平台：2000-6000米 ，对流层中层。
Ø 高空平台：12000米左右的对流层以上。
Ø 气球：低空气球：凡是发放到对流层中去的气球称为低空气球；高空气球：凡是发放到平流层中去的气球称为高空气球。可上升到12-40公里的高空。填补了高空飞机升不到，低轨卫星降不到的空中平台的空白。
n 航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。
一、 气象卫星系列
NOAA卫星系列
NOAA 极轨气象卫星采用双星运行模式，单号星从南向北飞，经过赤道时间为地方时14：30；双号星从北向南飞，经过赤道时间为地方时07：30。目前，在轨运行的是NOAA-13、 NOAA-14和 NOAA-15（据悉，未能正常工作）。
低轨气象卫星---- 近极地太阳同步轨道
轨道高度：800 ~ 1600公里
NOAA气象卫星的光谱特征

信息采集时间周期：每天固定时间经过固定地点;美国NOAA卫星系列,双星运行,上下午各获取一次信息。扫描宽度：2800公里

一、气象卫星系列
2、气象卫星的特点 ：
① 轨道：低轨和高轨。
② 成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。
③ 短周期重复观测：静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次。利于动态监测。
④ 资料来源连续、实时性强、成本低。
气象卫星观测的优势和特点
空间覆盖优势：
· 极轨气象卫星在约900km的高空对地观测，一条轨道的扫描宽度可达2800km。每天都可以得到覆盖全球的资料
· 地球静止卫星在3．6万公里的高空观测地球，一颗静止卫星的观测面积就可达1亿7千万平方公里，约为地球表面的1／3
· 只有通过卫星的大范围观测才使人类获得了几乎无常规观测的大范围海洋、两极和沙漠地区的资料。
· 目前已经可以通过卫星观测系统，获取全球或任何感兴趣区域的空间连续的高分辨率气象和环境资料,不受国界限制
时间取样优势：
· 气象卫星观测可以大大地改善资料的时间取样频次。特别是静止气象卫星可以获得每小时一次的大范围实时资料，必要时甚至可以获取半小时的资料。有利于对灾害性天气的动态监测。
· 双星组网的极轨气象卫星也可以每天提供4次全球覆盖的图象资料和垂直探测资料。而常规高空站每天只在00时12时（世界时）进行两次观测,且无法观测海洋和无人地区。
资料一致性优势：
· 与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均一性和良好的代表性。
· 尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料的不一致性。
· 测站分布的不均匀等，也使资料的不确定性增加。
· 气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进行观测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。卫星资料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有较好的区域代表性。
综合参数观测优势
· 与其它观测方法相比，气象卫星是从大气层
外这个新视角观测地球—大气系统的，所以有些重要的气候变量，特别是通过整个垂直方向大气层的积分参数，如地气系统的反照率、大气顶的地气系统的射出长波辐射，只能通过气象卫星观测才能获得。
· 目前已成功地从气象卫星观测资料中导出了全球大气温度和湿度廓线、辐射平衡、海陆表面温度及云顶温度、风场、云参数、冰雪覆盖、云中液态水含量和降水量、臭氧总量和廓线、陆地下垫面状态、植被状况等诸多重要气候和环境参数,这是任何其他观测手段所不能观测的。
二、 海洋卫星系列
2. 海洋遥感的特点：
A.需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖的观测；
B.以微波遥感为主；
C.电磁波与激光、声波的结合是扩大 海洋遥感探测手段的一条新路。
三、 地球资源卫星
1、Landsat数据
· 陆地卫星Landsat，1972年发射第一颗，已连续36年为人类提供陆地卫星图像，共发射了7颗，产品主要有MSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。
· 陆地卫星的运行特点：
（1）近极地、近圆形的轨道； （2）轨道高度为700～900 km； （3）运行周期为99～103 min/圈；
（4）轨道与太阳同步。
光谱段
波长
功能
1
0.45~0.52蓝绿谱段
绘制水系图和森林图，识别土壤和常绿、落叶植被
2
0.52~0.60绿谱段
探测健康植物绿色反射率和反映水下特征
3
0.63~0.69红谱段
测量植物叶绿素吸收率，进行植被分类
4
0.76~0.90近红外谱段
用于生物量和作物长势的测定
5
1.55~1.75近红外谱段
土壤水分和地质研究，以及从云中间区分出雪
6
2.08~2.35近红外谱段
用于城市土地利用，岩石光谱反射及地质探矿
7
10.4~12.5热红外谱段
植物受热强度和其它热图测量
表格 1 TM数据的波谱段
标称轨道高度
832 km
轨道倾角
98.7°
运行一圈的周期
101.46 min
日绕总圈数
14.19圈
重复周期
26 d
降交点地方太阳时
10:30(±15min)
HRV地面扫描宽度
60 km
舷向每行像元数
3 000/6 000 个
表格 2 SPOT卫星的轨道参数
4、QuickBird数据
· 美国DigitalGlobe公司的高分辨率商业卫星，于2001年10月18日在美国发射成功。
· 卫星轨道高度450 km,倾角98°,卫星重访周期1～6 d（与纬度有关）。
· QuickBird图像，目前是世界上分辨率最高的遥感数据，为0.61 m，幅宽16.5 km。
可应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。
数据类型
波段范围/ μm
分辨率/ m
多波段
蓝：0.45~0.52
2.44
绿：0.52~0.60
2.44
红：0.63~0.69
2.44
近红外：0.76~090
2.44
全 波 段
0.45~0.90
0.61
表格 3 QuickBird数据的光谱段
第二节 摄影成像
一、摄影机:通过成像设备获取物体影像的技术
n 摄影成像分类
按记录方式分：
传统摄影成像:依靠光学镜头及放置在胶平面上的感光胶片来记录物体影像
数字摄影成像:通过放置在焦平面的光敏元件，经光/电转换，以数字信号来记录物体的影像。
按探测波长分：
紫外摄影、可见光摄影、红外摄影、多光谱摄影
n 摄影机：成像遥感的常用传感器
种类：分幅式摄影机、全景摄影机（扫描摄影机）、多光谱摄影机、数码摄影机
分幅式摄影机：一次曝光得到目标物一幅像片，像片大小为23×523,18×18等
航空摄影机：焦距在150mm左右
航天摄影机：焦距大于300mm，甚至＞1000mm
可见光遥感摄影机外壳只需不透光材料，而红外遥感，只能用金属材料
全景摄影机又称扫描摄影机（P55）
依结构和工作方式分类 ：缝隙式摄影机、又称航带摄影机、镜头转动式全景摄影机
由于每个瞬间的影像都在物镜中心一个很小的视场内构像，因此每一部分的影像都很清楚；但由于全景机的像距保持不变，随着扫描角的增大而增大，因此出现两边比例尺逐渐缩小的现象，整个影像产生所谓的全景畸变。
图 分幅式摄影成像示意图
多光谱摄影机P56：可同时获取可见光和近红外范围内若干个分波段影像
多相机组合型：多机多镜头多胶片多波段
多镜头组合型：一机多镜头一胶片多波段
这种摄影机要实现多光谱摄影，还必须选购相应的滤光片与不同光谱感光特性的胶片组合，使各镜头在底片上成像的光谱，限定在规定的各自的波区内。
三、 摄影像片的几何特征
压平线： 像片四边井字形直线叫压平线，其弯曲度说明摄影时感光胶片未压平而产生的影像变形情况。
１、中心投影和垂直投影（P57）
航片是中心投影，即摄影光线交于同一点
地图是正射投影，即摄影光线平行且垂直投影面。

２、中心投影和垂直投影的区别
中心投影:焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变. 中心投影，若投影面倾斜，航片各部分的比例尺不同
正射投影:比例尺和投影距离无关，正射投影:总是水平的，不存在倾斜问题
对中心投影引起投影差，航片各部分的比例尺不同。地形起伏对正射投影无影响。

• 根据上述可知，将中心投影变为垂直投影必须统一像片比例尺，纠正因像片倾斜和地形起伏所引起的误差，这是在用航空像片绘制地形图时必须要解决的问题。
• 中心投影和垂直投影虽然存在着投影性质的差别，但当像片水平，地面平坦时，中心投影和垂直投影的成果是相同的，这种航空像片与平面图一样。
２、中心投影的透视规律（P61）
① 点的像仍然是点。
② 与像面平行的直线的像还是直线；如果直线垂直于地面，有两种情况： 第一；当直线与像片垂直并通过投影中 心时，该直线在像片上的像为一个点； 第二；直线的延长线不通过投影中心，这时直线的投影仍为直线，但该垂直线状目标的长度和变形情况则取决于目标在像片中的位置。
③ 平面上的曲线，在中心投影的像片上一般仍为曲线。但若空间曲线在一个平面上，而该平面又通过投影中心时，它的像则成为直线
（二）航空像片比例尺：航空像片上某一线段 长度与地面相应线段长度之比，称为像片比例尺。
（1）平均比例尺：以各点的平均高程为起始面，并根据这个起始面计算出来的比例尺。
（2）主比例尺：由像主点航高计算出来的比例尺，它可以概略地代表该张航片的比例尺。
· 大比例尺航片：1:5 000～1:10 000。
· 中比例尺航片：1:10 000～1:30 000。
· 小比例尺航片：1:30 000～1:100 000。
摄影比例尺：即航片上某线段与地面相应线段的水平距离L之比，称之为摄影比例尺1/m。平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（f）与航高（H）之比。
地面起伏，使得一张像片不同像点的比例尺变化。
• H为摄影平台的高度（航高）
• F为摄影机的焦距
• 通常f在像片的边缘或相应的影像资料（遥感摄影的报告、设计书）中找到，H由摄影部门提供。
• 航高未知时
• 第一，已知某一地面目标的大小，可以通过量测其在像片上的影像而算出该像片的比例尺。
• 第二，若具有摄影地区的地形图，先在像片上和地形图上找到两个地物的对应点，然后分别在像片上和地形图上量得其长度。
e.g 已知某河流的宽度为20M，在像片上量得的宽度为0.5cm，则该像片的比例尺为：
e.g 已知的地形图比例尺为1：50000，在地形图上量得AB两点的长度为3.5cm，像片上量得相应ab两点的长度为7cm，则像片的比例尺为：
（三）像点位移：在中心投影的像片上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片上的位置移动，这种现象称为像点位移。
找相似三角形求得
（1）位移量与地形高差成正比，即高差越大引起的像点位移量也越大。当高差为正时，像点位移为正，是背离像主点方移动；高差为负时，像点位移为负，是朝向像主点方向移动。
（2）位移量与像点距离像主点的距离成正比，即距像主点越远的像点位移量越大，像片中心部分位移量较小。像主点无位移。
（3）位移量与摄影高度（航高）成反比。即摄影高度越大，因地表起伏的位移量越小。
三、摄影胶片的物理特性
1、感光度：指胶片的感光速度。遥感需用感光度高的胶片。
2、光学密度：指胶片经感光显影后，影像表现出的深浅程度。
3、感光特征曲线：感光特性曲线反映的是暴光量和密度之间的关系。
３、反差与反差系数：反差指胶片的明亮部分与阴暗部分的密度差。反差系数是指拍摄后负片影