1、一、學生情況分析遙感概論這門課是土管14級本科班學生首次接觸遙感知識的基礎課程，之 前對于遙感知識的理論內容從未涉及，只在大一時期學習過土地信息系統課程中 數據源遙感圖像，如遙感的物理基礎、遙感數據平臺、光學電磁波的內容均尚未 涉及。該專業的培養方案注重學生的地理信息技能人才，本課程應按照培養方案的 培養目標，啟發和調動本專業同學對遙感知識的興趣， 開拓地理知識，激發同學 空間研究潛力，為遙感學科儲備人才。二、課程教學目標本課程的主要目的是通過學習使學生掌握遙感的基礎知識，在內容上著重于遙感基本原理和方法的介紹。遙感概論課程主要介紹現代遙感技術的發展與 最新成果，系統、全面地介紹遙感基本理論與

2、基礎知識和遙感技術的基本原理及 其應用。教學內容主要包括：遙感的基本概念，遙感的物理基礎，傳感器，航空 遙感數據，地球資源衛星數據，微波遙感數據，熱紅外遙感數據，高光譜遙感數 據，遙感數字圖像處理基礎，遙感數據預處理，遙感圖像處理，遙感圖像目視解 譯原理與方法，計算機遙感圖像解譯，遙感應用等。通過本課程的學習，可以為 后續其它課程的學習打下良好的基礎。三、課程教學內容第一章概述主要內容：遙感概念、遙感的特性、遙感的分類、遙感技術系統、遙感的幾 個基本術語、遙感的發展歷程、遙感的現狀與趨勢、遙感的應用。本章重點：掌握遙感概念、遙感的特性，基本了解遙感的幾個基本術語，以 及遙感應用。本章無難點。第

3、二章遙感電磁輻射基礎主要內容：對電磁波譜進行介紹，了解輻射的基本定律，以及太陽輻射過程， 掌握太陽輻射與大氣、地面的相互作用，同時介紹了三種遙感模式。本章重點：掌握太陽輻射與大氣、地面的相互作用。本章難點：輻射的基本定律，太陽輻射過程。第三章傳感器主要內容：了解傳感器的組成、傳感器的分類，掌握攝影型傳感器以及掃描 式傳感器的知識，了解傳感器的發展趨勢。本章重點：攝影型傳感器以及掃描式傳感器，以及常見的掃描式傳感器。本章難點：傳感器的構造及運行原理。第四章航空遙感數據主要內容：了解航空遙感平臺、航空攝影、航空像片的基本知識，及航空像 片的立體觀測和量測原理，掌握航空像片的目視判讀方法，熟練掌握常

4、見地物的 像片判讀知識。本章重點：常見地物包括水體、植被、居民地、道路的判讀規律。本章難點：立體觀測與量測的原理。第五章地球資源衛星數據主要內容：地球資源衛星的概述，主要講解Landsat衛星的知識，包括簡介、 軌道、各項衛星參數、工作系統、數據特征等方面，同時介紹了衛星遙感數據的 目視判讀特點及方法步驟，及常見地物的判讀規律，最后列舉了其它地球資源衛 星數據與氣象衛星數據的數據特征。本章重點：Landsat衛星有關的內容，其它地球資源衛星與氣象衛星數據的 介紹。本章難點：Landsat衛星數據的數據特征、工作系統。第六章微波遙感數據主要內容：了解主動微波遙感的傳感器，機載側視雷達的遙感系統，

5、以及星 載雷達遙感系統的基本參數，掌握雷達的特點，了解激光雷達的基本知識。本章重點：雷達圖像的亮度、波長、穿透力、極化及幾何特性，圖像的輻射 特征。本章難點：雷達的特點。第七章熱紅外遙感數據主要內容：了解熱紅外遙感原理，熱紅外遙感圖像特征與解譯，熱容量制圖 系統的簡介，掌握Landsat TM熱紅外數據基礎知識，熱紅外遙感數據的應用。本章重點：掌握Landsat TM熱紅外數據基礎知識，熱紅外遙感數據的應用。本章難點：熱紅外遙感原理，熱紅外遙感的輻射定標。第八章高光譜遙感數據主要內容：了解高光譜遙感數據的概述，基本概念和高光譜遙感原理，了解 高光譜遙感的傳感器，掌握高光譜遙感影像分析技術原理及

6、應用。本章重點：高光譜遙感影像分析技術，高光譜遙感的應用。本章難點：高光譜遙感原理及傳感器工作原理，混合光譜分解技術。第九章遙感數字圖像處理基礎主要內容：掌握遙感數字數據各種存儲格式， 圖像輸入與輸出，數字圖像的 統計特征，了解遙感圖像的處理軟件。本章重點：遙感數字數據的存儲格式，圖像的統計特征。本章難點：各存儲格式的差別。第十章遙感數據預處理主要內容：掌握遙感數字數據特征提取內容及方法， 熟練掌握輻射預處理的 原理及輻射校正方法，幾何誤差類型和幾何校正原理及方法， 校正地面控制點的 選取，衛星影像的地圖投影，掌握數據融合的幾種常用方法。本章重點：輻射校正方法、幾何校正方法、地圖投影原理、數據

7、融合方法。本章難點：輻射誤差和幾何誤差形成原因，數據融合方法的原理。第十一章遙感圖像的增強處理主要內容：了解遙感圖像的彩色合成，圖像中直方圖對比度調整的各種變換 方法，單波段黑白遙感圖像的密度分割與灰度顛倒，掌握幾種領域法增強處理方 法的作用原理，及圖像問灰度值運算基本原理，掌握以Landsat TM為例的多波 段壓縮處理方法。本章重點：遙感圖像的領域法增強處理，主成分分析法與纓帽變換方法壓縮 多波段冗余信息。本章難點：密度分割與灰度顛倒原理，領域法增強處理方法的作用原理。第十二章遙感圖像的分類主要內容：了解遙感影像分類器的基本介紹，遙感圖像的信息類別與光譜類 別，熟練掌握非監督分類的特點、方

8、法、運行步驟，監督分類的特點，監督分類 訓練區選擇原則與步驟，監督分類的方法原理及一般步驟，掌握其它分類方法及 分類策略，了解分類中應用的輔助數據類型，圖像分類的有關問題。本章重點：非監督分類方法，監督分類方法及一般步驟。本章難點：監督分類方法原理，其它分類方法。第十三章分類精度評價主要內容：了解精度的概念與意義，掌握分類誤差的來源，誤差特征，熟練 掌握精度評價方法及誤差矩陣的應用。本章重點：精度評價方法及誤差矩陣的應用。本章難點：精度評價方法原理，誤差矩陣的比較分析。第一講：概述一、教學目標.掌握遙感概念、遙感的特性、遙感技術系統.了解遙感的幾個基本術語、遙感的發展歷程、遙感的現狀與趨勢.了

9、解遙感的應用二、重點與難點分析.重點：理解遙感概念，了解遙感的特性和遙感技術系統.難點:無三、教學內容與教學過程.進行自我介紹姓名，聯系方式，專業方向。建議學生用電子郵件方式聯系。.進行課程簡介介紹課程的學習目標、參考書及資料、課程教學目標和內容框架、學習方法、 作業與實驗、考核方式、上課時間與地點等情況，研究性學習的安排。強調本課 程與相關課程的關系。教學提示:考核方式為平時占10 %,實驗報告占30%,期末筆試占60%。 研究性學習任務部分章節會布置，采用分組完成的方式，承接任務的小組或個人 應提供本任務的分工、研究結果和收獲。.演示第一講 PPTW件，進入主題。(1)解釋名詞。遙感：遙感

10、(Remote sensing ,即遙遠的感知，是指不接觸目標物用探測 儀器接受目標物的電磁波并記錄下來，根據其數據處理結果對目標物進行識別、 分析、測定、解譯的一門技術。相應的英文介紹： The acquisition andmeasurement of data/information on some property(ies) of a phenomenon, object,or material by a recording device not in physical, intimate contact with thefeature(s) under surveillance遙感一

11、詞，最早是1960年由美國海軍研究局的艾弗林.普魯伊特所使用，1962 式使用，最早是指非攝影的方式取得目標物的數據或圖像，后來將攝影和非攝影的方式均包括在內。概念按照廣義和狹義分別介紹：廣義遙感：泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波(聲 波、地震波)等的探測。狹義遙感：是從遠處探測感知物體，也就是不直接接觸物體，從遠處通過探 測儀器接收來自目標地物的電磁波信息， 經過對信息的處理，判別出目標地物的 屬性。教學提示:遙感即遙遠的感知，英文名稱為 RemoteSensing利用911前 后的紐約世貿中心和汶川地震前后北川的遙感圖，解釋遙感圖前后的差異。(2)解釋遙感的特性共有3

12、個特性，分別為空間特性、時相特性、波譜特性，其中：1.空間特性是宏觀性，大尺度觀測: 1萬航空像片可以表示2.3km 2.3km范圍的地面，連續拍攝的航空像片 又可以鑲嵌為更大的區域，而衛星影像能覆蓋更大的范圍，例如 Landsat5衛星能掃描地面185k亦185km的范圍，圖上是一景TM數據，而左下角是滁州市的 位置，形象表示TM 一景所覆蓋大小。.時相特性是周期成像，動態監測Landsat5每天環繞地球14.5圈，覆蓋地球一遍所需時間16天，如果兩顆衛 星同時運行，只需8天，氣象衛星的周期更短，只有 0.5天。航空像片則需要聯 系飛行機構安排飛行拍攝任務。前面所看到的遙感圖正是動態監測最好

13、的例子。3.波譜特性是波譜段廣，觀測范圍大目前遙感能探測的電磁波段有紫外線、可見光、紅外線、微波。教學提示:以上優勢決定了遙感具有信息量巨大、受地面限制條件少、經 濟效益好、用途廣等優勢。(3)介紹遙感的分類1按遙感對象分(1)宇宙遙感以外太空其它星體為感測對象(2)地球遙感地球表層環境 一一環境遙感；在環境遙感中若地球表層資源 為對象稱為資源遙感2按遙感平臺分(1)航天遙感平臺H150km火箭、人造衛星、飛船、航天飛機等(2)航空遙感平臺1kmH12km普通飛機、氣球、飛艇等(3)地面遙感平臺貼近地面遙感車、遙感塔、遠洋測量船”、三腳架等3按遙感媒介分(1)電磁波遙感常用的電磁波波段是紫外、

14、可見光、紅外和微波等(2)聲波遙感潛水艇的聲納技術、探測珍貴魚群的回游路線和遷徙規律(3)重力場遙感地質探礦，通過重力值的變化來推斷地層中是否有某種元 素富積(4)地震波遙感4按遙感器的工作方式分(1)被動遙感遙感本身并不發射任何人工探測信號，只是被動接收來自于 目標的信號，從而實現對目標性質、數量、空間位置等特征進行識別的遙感方式， 例如：無源遙感”，如中午拍照。(2)主動遙感遙感器發射人工探測信號，到達目標后信號反射回來被傳感 器接收從而對目標性質、數量、空間位置進行識別的遙感方式。如，夜晚拍照通 常要在相機上裝閃光燈。主要是 微波遙感”。5按遙感獲取的數據形式分(1)成像方式遙感(能獲得

15、目標的圖像Image,圖形Graphics)A攝影方式，照相機B掃描方式，TM與雷達(2)非成像方式遙感(不能獲得目標物的圖像，常是一些曲線，如氣象中 溫度輻射計)6按應用領域分地質、農業、林業、草原、水文、測繪、環境、災害、城市、海洋、大氣、 軍事等。(4)介紹遙感技術系統1遙感平臺(Platform)：搭載遙感儀器的裝置，如：汽車，汽球，飛機，衛星地面平臺：主要指用于安置傳感器的三腳架、遙感塔、遙感車等，高度在 100米以下。航空平臺：指高度在12千米以內的飛機和氣球。航天平臺：指高度在150千米以上的人造地球衛星、宇宙飛船、空間軌道站 和航天飛機等。人造地球衛星：1、低高度/短壽命( 1

16、50-350km,幾天到幾十天)；2、中高 度/長壽命(350-1800km, 3-5年)；3、高高度/長壽命(36000km, 10年以上)。2傳感器(Remote sensor)接收，記錄和傳送遙感信息的裝置，如，照相機， 攝像機，掃描儀。傳感器也稱遙感器或者探測器，是遠距離感測和記錄地物環境輻射或反射電 磁能量的遙感儀器。根據記錄方式不同，主要分為成像方式和非成像方式兩類。傳感器一般由信息收集、探測系統、信息處理和信息輸出4部分組成。3遙感信息的獲取與接收(Acquisition)：通過傳感器，如掃描儀，攝影機等接 收或記錄目標物的電磁波。傳感器可以裝載在地面(如車載)，空中或空間等遙

17、感平臺上。記錄在傳感器介質上的電磁波信息傳輸給地面的接受站接受。如美國陸地資源衛星(landsat)的地面接收站。4遙感信息的處理(ImageProcessing)為了便于應用接收到的電磁波數字信 息通過計算機要進行一系列的處理，如幾何和大氣校正，圖像的增強，變換，融 合等。專用的遙感圖像處理軟件有 ERDAS, ENVI , PCI等。5遙感信息的應用(Application)：根據遙感信息的特點和應用的目的，遙感 信息的應用十分廣泛。在國土資源(土地利用，地質勘探，農林資源監測)，測 繪，軍事，城鎮規劃，環境監測，交通運輸，海洋，水文等許多方面都有應用。(5)介紹遙感的幾個基本術語1地物光

18、譜差異：不同地面地面物體反射或發射能量之間的光譜差異，如玉 米和小麥的光譜特征差異；不同地面物體反射或發射能量隨波長變化， 如多波段 圖像識別地物；不同時期地物的反射或發射能量之間的光譜差異，如農作物的物候時期光譜變化。2輻射記錄差異：傳感器對物體和目標地物的亮度差異的記錄。3空間分辨差異：空間分辨率決定了影像的空間細節水平。取決于傳感器、 成像高度、地面景觀的空間復雜度。4幾何誤差：由于傳感器鏡頭的觀察角度、掃描儀的運動，地形起伏和地球 的曲率造成的，遙感器獲得影像與地面景觀不能形成一致的幾何關系，存在位置誤差。5像片格式與數字格式的可轉換性6遙感成像系統：成像系統中包括鏡頭，膠片。7大氣作

19、用：所有能量達到遙感儀器前都經過了大氣的衰減作用。教學提示:像片格式與數字格式分別用例子來闡述。(6)簡述遙感的發展歷程遙感最初是隨著望遠鏡，攝影技術，航空和航天技術以及電子和計算機技術 的發展而發展起來的。1608年和1609年的漢斯.李波爾的第一架望遠鏡和伽里略的放大望遠鏡。無 記錄時期1839年法國人達蓋爾發明了第一臺可攜式木箱照相機。開始了有記錄時期。1858年納喬士用氣球上的照相機拍攝了巴黎的鳥瞰圖。開始了空中攝影。1860年美國人華萊士乘氣球拍攝了波士頓市1903年萊特兄弟發明了世界第一架飛機。1909年威爾伯賴特(Wilber Wright )在飛機上拍攝了最早的航拍照片， 從空

20、中鳥瞰一座叫做森托切利的意大利城鎮。1913年航空攝影用于油田測量。此后航空攝影技術逐漸用于農業，林業，礦業，城市規劃等其它領域。二次 大戰航空攝影技術廣泛用于軍事偵察，并得到了迅速的發展。航天遙感是伴隨著 人造衛星的上天而發展起來的。1957年前蘇聯發射了世界上第一個人造衛星。開始了航天遙感。1960年美國的太陽同步氣象衛星。1972年美國的陸地資源衛星(landsat)。1986年法國的spot資源衛星。90年代以后高分辨率的遙感衛星，如ikonos、quickbird等相繼出現，分辨 率可達到米級以下。與此同時相應的計算機圖像處理軟件的出現。發展歷程階段分為：攝影術階段、空中氣球攝影階段

21、、飛機攝影階段、航空 遙感階段、衛星遙感階段。中國的遙感發展簡況：我國的遙感技術始于上個世紀30年代，以航空攝影為主。上世紀50年代引入前蘇聯的航空攝影技術，航空遙感測量和監測在我國開 始廣泛應用。上世紀70年代以后，開始對應用于各種遙感平臺的各種傳感器進行了廣泛 深入的研究，如多光譜掃描儀，紅外照相機，成像光譜儀，雷達微波技術。1970年我國發射了 東方紅一號人造衛星，標志著我國自主研發的航天遙 感技術的到來。1988年發射了我國第一顆氣象衛星 風云一號1999年又發射了中巴資源衛星”在此期間航空航天遙感技術在氣象、國土 資源、環境、地質勘探，水利，海洋、農業、林業、地質、交通、城市規劃、軍

22、 事等許多方面都有全方位的應用和研究。(7)遙感的現狀與趨勢1多分辨率多遙感平臺并存，空間分辨率、時間分辨率及光譜分辨率普遍提 高全色0.85m,多光譜3.330m的多空間分辨率。美國的 ORBVIEW 可獲取 1m精度，美國EOS衛星的MODIS-N有35個波段，美國NOAA的單顆衛星每 天對同一區域可觀測2次。2微波遙感、高光譜遙感迅速發展微波遙感技術是近十年發展起來的具有良好應用前景的主動式探測方法，具有穿透性強、不受天氣影響的特性，可全天時、全天候工作。成像雷達、激光雷 達。能探測寬波段遙感中不能探測的物質。有高光譜儀的衛星為EO-1、MERIS、 ADEOS-2、ORBVIEW4。3

23、遙感的綜合應用不斷深化4商業遙感時代到來(8)遙感的應用1農林方面的應用：農作物類型區分、種植面積的估算、農作物長勢和病蟲 害動態監測、作物估產、土地資源與肥力監測、森林、草場資源的清查、評價和 調控、森林、草場的火災和病蟲害動態監測。2地質、礦產方面的應用：成礦條件的地質分析、指導礦產普查勘探的方向、 預估礦區的發展前景。在工程地質、水文地質、石油地質以及地震地質等方面均有應用。3水文、海洋方面的應用：水資源調查、水資源動態研究、冰雪研究以及海 洋研究等。其中海洋研究，例如漁業資源調查，海岸帶地質地貌分類、海岸帶資 源開發、灘涂面積、海岸線長度量算。4環境保護方面的應用：大氣污染監測、土地污

24、染監測、赤潮監測、海洋污 染監測、其它污染監測。5測繪方面的應用：地形圖測繪、專題地圖的編繪作用。6地理學方面的應用：獲取地理空間信息和定量數據、為規劃制圖和空間分 析、獲取全球信息、遙感考古、城市規劃、旅游規劃、環境規劃等。3s技術的密切結合，共同作用。4.教學小結本講首先介紹了本課程的基本情況與要求， 介紹了遙感的有關概念、特性和 分類，并通過圖片的形式直觀地介紹了遙感的應用。第二講：遙感電磁輻射基礎一、教學目標.對電磁波譜進行介紹，了解輻射的基本定律，以及太陽輻射過程.掌握太陽輻射與大氣、地面的相互作用3. 了解三種遙感模式二、重點與難點分析重點：掌握太陽輻射與大氣、地面的相互作用難點：

25、輻射的基本定律，太陽輻射過程三、教學內容與教學過程.電磁波譜與電磁輻射(1)波：振動的傳播，質點在平衡位置振動而能量向前傳播，如抖動繩索產 生的波。如果質點的振動方向與波的傳播方向相同，稱為縱波。如果質點的振動方向與波的傳播方向垂直，稱為橫波。(2)電磁波：電磁振動的傳播，交互變化的電磁場在空間的傳播。當電磁振蕩進入空間，變化的磁場激發了渦旋電場，變化的電場又激發了渦 旋磁場，使電磁振蕩在空間傳播，這就是電磁波，其方向是由電磁振蕩向各個不 同方向傳播的。按電磁波在真空中傳播的波長或頻率、遞增或遞減依次排列為一個序譜，將 此序譜稱為電磁波譜。電磁波譜按波長從小到大(或按頻率從高到低)排列，可 以

26、劃分為咖嗎射線、x射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波。教學提示:遙感中較多地使用可見光、紅外和微波波段，特別是可見光 近紅外波段。(3)各波段的主要特性紫外線：波長范圍為0.010.38小叫太陽光譜中，只有0.30.38 pm波長的 光到達地面，且探測高度在 2000 m以下。可見光：波長范圍：0.380.76以叫人眼對可見光有敏銳的感覺。紅外線：波長范圍為0.761000 pm,根據性質分為近紅外、中紅外、遠紅 外和超遠紅外。微波：波長范圍為1 mm1 m,對云層、地表植被、松散沙層和干燥冰雪有 一定的穿透能力。伽馬射線和X射線屬于能量高、穿透能力強的電磁輻射。無線電波主要用于廣播、通訊

27、等方面。.紅外線的劃分近紅外：0.763.0 m,與可見光相似，所以又稱光紅外。中紅外：3.06.0四，地面常溫下的輻射波長，有熱感，又叫熱紅外。遠紅外：6.015.0加，地面常溫下的輻射波長，有熱感，又叫熱紅外。超遠紅外：15.01000嚴，多被大氣吸收，遙感探測器一般無法探測。.電磁輻射的度量1輻射源：廣義：任何物體；狹義：太陽及發熱、發光物體。2輻射測量：輻射能量(W):電磁輻射的能量，單位：J輻射通量（）：=dW/dt單位時間內通過某一面積的輻射能量。輻射通量密度：E=dO/ds （w/s2單位時間內通過單位面積的輻射能量。輻照度（I） : I=d/ds（w/s2）,是在某一指定表面上

28、單位面積上所接受的 輻射通量。輻射出射度（M） : M=dD/ds （w/s2 ,輻射源物體表面單位面積的輻射通 量。輻照度和輻射出射度都是輻射通量密度的概念， 不過，I為物體接受的輻射， M為物體發出的輻射，它們都與波長有關。輻射亮度（L）:面輻射源上某點在一定方向上的輻射強弱的度量，具體是 指輻射源在某一方向上，單位投影表面，單位立體角內的輻射通量。L=/Q（Acos 9）其中Q=s/R?說明：。立體角，單位是球面度，無量綱； s為與球半徑垂直的某小面元的面積，R為球半徑。8方向看到的源面積是A的 投影面積即為Acos 8。輻射源向外輻射電磁波時，L往往隨角8而改變，也就是說，接收輻射的觀

29、 察者以不同的8角觀察輻射源時，L值不同。輻射亮度（L）與觀察角（9）無關的輻射源，稱為郎伯源。.黑體輻射絕對黑體：吸收任何波長電磁輻射的物體，簡稱黑體。絕對黑體是一種理想的吸收體，自然界沒有真正的絕對黑體。.黑體輻射定律1普朗克輻射定律2斯蒂芬-玻爾茲曼定律3維恩位移定律4基爾霍夫（Kirchho u輻射定律教學提示:實際物體輻射中，把實際物體看作是輻射源研究其輻射特性， 是將其與絕對黑體進行比較。.太陽輻射及大氣對輻射的影響太陽是被動遙感最主要的輻射源，太陽輻射實際上就是太陽光。它通過地球 大氣層照射到地面，經過地面物體反射后又返回，再經過大氣到達傳感器，而這 時傳感器探測到的輻射強度與太

30、陽輻射到達地球大氣上空時的輻射強度相比已 經有了很大的變化。1太陽輻射太陽常數：不受大氣影響，在距離一個天文單位內，垂直于太陽光輻射方向 上，單位面積單位時間黑體所接受的太陽輻射能量。太陽光譜曲線：在大氣上界測得的太陽輻射光譜曲線為平滑的連續的光譜曲 線，它近似于6000K的黑體輻射曲線。2太陽輻射特征太陽光譜相當于6000 K的黑體輻射；太陽輻射的能量主要集中在可見光； 到達地面的太陽輻射主要集中在近紫外、可見光、近紅外和中紅外；經過大氣層 的太陽輻射有很大的衰減；各波段的衰減是不均衡的。教學提示:太陽輻射從近紫外到中紅外這一波段區間能量最為集中而且穩 定性最好。這也是遙感特別是被動遙感利用

31、的主要電磁波譜。3大氣成分大氣主要由分子和其他微粒組成。分子主要有：N2和O2約占99%、03、C02、H20及其他。微粒主要有：煙、塵埃、霧霾、小水滴及氣溶膠，等等。4大氣散射散射：輻射在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，并向各個方向散開的現象。散射使原傳播方向的輻射強度減弱，而增加其他方向的輻射。從遙感角度看， 太陽輻射在照到地面又反射到傳感器的過程中，二次通過大氣。在照到地面時， 由于散射增加了漫入射的成分，使反射的輻射成分有所改變。在返回傳感器時， 除反射光之外還增加了散射光進入傳感器。增加了信號噪聲，影響遙感影象質量。瑞利散射（原子和分子）：當大氣中粒子的直徑比波長小得多時發生的

32、散射。 主要影響可見光和近紅外波段。接瑞利散射：晴空天藍，就是因為藍光波長短、散射強度大，藍光向四面八 方散射使整個天空蔚藍。米氏散射（微粒）：當大氣中粒子的直徑與輻射的波長相當時發生的散射。主要有大氣中的微粒、如煙、塵埃、氣溶膠等引起。對于近紫外和紅外線波段都 有影響。波長進入紅外線波段后，米氏散射超過瑞利散射。無選擇性散射：當大氣中粒子的直徑比波長大得多時發生的散射。 具特點是 散射強度與波長無關。5大氣反射電磁波傳播過程中，若通過兩種介質的交界面，還會出現反射現象（鏡面反 射和漫反射）。主要是大氣中的云層，大的塵埃。云量越多、云層越厚，反射越強。6大氣窗口通過大氣層時較少被反射、吸收或散

33、射的，透過率較高的電磁波段。也就是 能夠為遙感所利用的波段。.太陽輻射與地面的相互作用概念：地面物體類別不同，其反射、發射電磁波譜的特性和特征也不盡相同。 這些特征和特性就稱之為地物波譜特征。反射率p： p = P p /P0X 100%體反射的輻射能量Pp占總入射能量P0的百 分比。不同物體的反射率是不一樣的。這主要取決于物體表面的性質。因此地物波 譜特征是整個遙感的基礎。反射率的特性：不同物體的反射率不同；地物在不同波段的反射率是不同的； 反射率是可以 測定的；反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關。植被在可見光波段有一個小的反射峰， 在近紅外波段有一突起峰值，葉綠素 對綠色反射作用

34、強，對紅色和蘭色吸收強，因此常處理為紅色。反射光譜曲線：以波長作為橫坐標，反射率作為縱坐標，將地物反射率隨波 長的變化繪制成曲線，即地物的反射率隨波長變化的曲線，叫地物的反射光譜曲 線。不同地物的該曲線是不同的。.常見地物的光譜曲線1植被光譜曲線呈現明顯的雙峰雙谷的特點。2水體光譜曲線水體的反射率總體很低，小于10%,遠低于其他大多數地物。因此，遙感影 像上水體或濕地都呈現為深色調甚至黑色。3土壤光譜曲線土壤表面反射光譜曲線都比較平滑，沒有明顯的峰谷。土質越細反射率越高， 有機質含量越高和含水量越高反射率越低。4巖石光譜曲線巖石的反射光譜曲線都較平緩，沒有明顯的波段起伏。受礦物成分、礦物含 量

35、、風化程度、含水狀況、顆粒大小、表面光滑程度、色澤等影響，反射率的值 相差很大。透射作用太陽輻射到達地面時，能穿透地面一定深度，這種現象叫透射。自然界絕大多數地物對可見光沒有透射能力。紅外線只對具有半導體特性的地物，才有一定的透射能力。微波對地物具有明顯的透射能力，其透射深度由入射微波的波長決定。水體對可見光波段的電磁波透射能力較強。.三種遙感模式依據傳感器探測能量的波長和研究需要：(1)可見光/近紅外遙感：傳感器記錄地球表面反射太陽輻射的能量，此類遙 感主要集中在可見光和近紅外波段(2)熱紅外遙感：傳感器記錄地表自身所發射的輻射能量，此類遙感主要集 中在熱紅外波段(3)主動遙感：傳感器自身發

36、射出能量，然后探測并記錄地表對該能量的反射第三講：傳感器、教學目標.掌握傳感器的組成、分類知識.了解傳感器的發展趨勢二、重點與難點分析.重點：掌握傳感器的分類情況及各類傳感器的基礎知識，攝影型傳感器、 掃描式傳感器，以及常見的掃描式傳感器.難點：各類傳感器運行原理及其數據獲取的成像原理和方式三、教學內容與教學過程.傳感器的組成傳感器基本上都由收集器、探測器、處理器、輸出器等 4部分組成。傳感器 對電磁波波段的響應能力、空間分辨率及圖像的幾何特性、傳感器獲取地物電磁 波信息量的大小和可靠程度等性能決定了遙感的能力。收集器：收集來自目標地物的電磁波能量。 如航空攝像機的透鏡、掃描儀的 反射鏡等。對

37、于多波段，還需要進行分光處理，即把光分解成不同波長的波段范 圍。探測器：將收集的輻射能轉變成化學能或電能。如攝影感光膠片、光電晶體 管等光敏探測元件和熱敏探測元件。處理器：將探測后的化學能或電能等信號進行處理。如膠片顯影及定影、電信號的放大處理、濾波、調制、變換等。輸出器：輸出獲得的圖像、數據。如攝影膠片、磁帶記錄儀、掃描儀等。.傳感器的分類傳感器的種類很多，分類的方式也多種多樣，常見以下幾種：(1)按傳感器工作方式可分為 主動式和被動式傳感器。如合成孔徑雷達和攝 影相機、多光譜掃描儀；(2)按傳感器記錄方式可分為 成像方式和非成像方式傳感器。成像方式的傳 感器把地物的電磁波能量強度用圖像的形

38、式表示，如：航空攝像機、掃描儀、成 像光譜儀和成像雷達；非成像方式的傳感器把所探測到的地物電磁波能量強度用 數字或曲線圖形表示，如：輻射計、紅外輻射計、微波輻射計等；(3)按成像原理和所獲取圖像的性質不同，分為攝影方式、掃描方式和雷達 傳感器等。攝影方式按感光膠片性質不同分為黑白、彩色、紅外、彩紅外和多波 段攝影等；掃描方式按掃描成像的方式分為光機掃描儀、推帚式掃描儀和成像光 譜儀；雷達按天線形式又分為真實孔徑側視雷達和合成孔徑側視雷達。.攝影型傳感器常用的航空攝影機常見的攝影機有分幅式攝影機、全景式攝影機、多光譜攝影機、數碼攝影機。A.分幅式攝影機：一次曝光得到目標物一幅相片，主要用于遙感探

39、測和制 圖。視場4:以光學儀器的鏡頭為頂點，以被測目標的物象可通過鏡頭的最大范 圍的兩條邊緣構成的夾角，稱為視場角。常角： 50 -70;寬角：70-105;特寬 角：105 -135 o視場角愈大，地面覆蓋范圍愈大。焦距：也稱為焦長，是光學系統中衡量光的聚集或發散的度量方式，指從透鏡中心到光聚集之焦點的距離。亦是照相機中，從鏡片光學中心到底片、CCD 或CMOS等成像平面的距離。具有短焦距的光學系統比長焦距的光學系統有更 佳聚集光的能力。短焦距： 100mm；中焦距：100-200mm,航空攝影機的焦距： 150mm；長焦距： 200mm,航天攝影機的焦距：300mm,甚至1000mm。像幅

40、:像片的構像幅面尺寸。通常：575pxX575px和450PxX450px;小相幅：60mm 60mm；大相幅：575PxM150px。光學分辨率:指掃描儀物理器件所具有的真實分辨率。遙感攝影機鏡頭中心 的光學分辨率通常在70-100線對/mm。攝影機的焦距和光學分辨率是決定攝影像片質量和性能的關鍵因子。B.全景式攝影機又稱掃描式攝影機。縫隙式攝影機：通過焦平面前方設置的與飛行方向垂直的狹縫快門獲取橫向的狹帶影像； 鏡頭轉動式攝影機：一種是 轉動鏡頭的物鏡：狹縫設在物鏡筒的后端，隨著物鏡筒的轉動，在后方弧形膠片 上聚焦成像，另一種是用棱鏡鏡頭轉動、連續卷片成像。C.多光譜攝影機多相機組合型：將

41、幾架相機同時組裝在一個平臺上， 每架相機配置不同的濾 光片和膠片，用以獲取同一地物不同波段的影像。多鏡頭組合型：在同一架相機上裝置多個鏡頭，配置不同波長的濾光片，在 一張大膠片上拍攝同一地物不同波長的影像。光束分離型：用一個鏡頭，通過二向反射鏡或光柵分光，將不同波段在個像 平面或焦平面上記錄影像。可同時直接獲取可見光和近紅外范圍內若干個分波段影像。D.數碼攝影機一次曝光得到目標物一幅像片，記錄介質為光敏電子器件，如：CCD （Charge CoupledDevice,電子耦合裝置）。可同時直接獲取可見光和近紅外范圍內若干 個分波段影像。目前較新型的航攝儀還帶有 GPS自動導航和GPS控制的攝影

42、系統，它能自 動控制飛機按預先設計的航線飛行和控制攝影機按時曝光，并能及時記錄曝光時 刻的攝站坐標，精度約為250px。（4）航空攝影機需解決的問題a）由于外界真空和攝影機大氣之間的差異，會造成窗口變形。再者艙內的 合成材料揮發出的沉淀物，會附著于窗口上，降低圖像質量。必須選擇表面質量、 光學均勻性和抗彎強度極好的玻璃作為窗口，并有清除窗口污染的裝置；b）攝影機在空間攝影地區的地理經緯度相差很大，太陽高度角各不相同， 且不同地區的地物反射能力也不盡相同。 為了隨時得到合適的曝光量，必須裝備 自動暴光控制裝置；c）攝影機在空間工作時的環境溫度變化（如衛星向陽和背陽會使相機內部 溫差大），會直接影

43、響光學系統的性質，改變焦面位置和膠片靈敏度，如溫度變 化而導致內壓力變化，使物鏡焦面產生變化，使膠片溶劑揮發產生靜電現象和導 致窗口結晶等。控制窗口內合適的溫度、壓力和濕度，盡量減少這些因素對空間 攝影機光學系統的影響；d）由于星體的快速移動、平臺高度大，須采用高感光度的膠片；e）為了補償膠片變形，一般帶有格網攝影。.掃描式傳感器由于受膠片感光范圍的限制，攝影像片一般僅能記錄波長在1.1um以內的電 磁波輻射能量。另外，由于在航天遙感時采用攝影型相機的衛星所帶的膠片有限， 這類遙感衛星工作壽命也較短。掃描方式:探測可見光至紅外線，并用專門的光敏或熱敏探測器把收集到的 地物電磁波能量變成電信號記

44、錄下來， 之后通過無線電向地面發送，來實現遙感 信息的實時傳輸。掃描成像:探測元件和掃描鏡對目標地物以瞬時視場為單位進行的逐點、逐行取樣，以得到目標地物電磁輻射特征信息,形成一定譜段的二維圖像。（1）常見的掃描式傳感器光機掃描儀、推帚式掃描儀（CCD固體掃描儀）、高光譜傳感器、側視雷 達傳感器。掃描成像可探測波段包括：紫外、紅外、可見光和微波波段。掃描成像的方式：分離探測器和掃描鏡的光/機掃描成像；線性陣列的固體 自掃描成像；線陣或面陣高光譜成像光譜掃描成像。A.光機掃描儀光機掃描儀是借助于遙感平臺沿飛行方向運動和傳感器本身光學機械橫向 掃描達到地面覆蓋、得到地面條帶圖像的成像裝置。主要有多光

45、譜掃描儀（MSS） 和紅外掃描儀兩種，它們主要由收集器、分光器、探測器、處理器和輸出器等幾 部分組成。依靠機械傳動裝置使鏡頭擺動，通過遙感平臺的運動，形成對目標地物的逐 點、逐行掃描。然后，探測元件把接受到的電磁波能量轉換成電信號，在磁介質 上記錄或再經電/光轉換成為光能量，在設置于焦平面的膠片上形成影像。掃描儀可分為單波段和多波譜兩種。工作原理:掃描鏡在機械驅動下，隨遙感平臺的前進運動而擺動，依次對地 面進行掃描，地面物體的輻射波束經掃描鏡反射， 并經透鏡聚焦和分光分別將不 同波長的波段分開，再聚焦到感受不同波長的探測元件上。B.推帚式掃描儀推帚式掃描儀是把多CCD探測元件按線性排列方式，裝

46、置成與衛星前進方 向垂直，而且探測元件的數目等于掃描線上的像元數，沿衛星前進方向推帚式掃描成像。CCD掃描儀按其探測器的排列形式不同，分為線陣列掃描儀和面陣掃 描儀兩種。固體自掃描成像：用固定的探測元件，通過遙感平臺的運動，對目標地物進 行掃描的一種成像方式。探測元件一般采用：電子藕合器件（CCD）,是一種用電荷量表示信號大小， 用耦合方式傳輸信號的探測元件。具有感受波譜范圍寬、畸變小、體積小、重量 輕、系統噪聲低、靈敏度高、動耗小、壽命長、可靠性高等優點；探測元件數目 越多，體積越小，分辨率就越高。電子藕合器件 CCD逐步替代光學機械掃描系 統。C.高光譜傳感器多波段掃描儀（MSS、TM ）

47、將可見光和近紅外波段分割成幾個到十幾個波 段，較攝影遙感（單波段或少量波段）有許多優勢。但是十分有限的波段、較寬 的波段間隔均難以真實地反映地物的光譜反射特性的細微差異。成像技術和光譜技術是兩門不同的科學技術，前者針對目標的空間維信息，而后者針對的是光譜 維信息。傳統的多光譜遙感可以獲得觀測目標的面上信息，即空間信息，但僅能 獲得少數幾個離散波段的光譜信息；另一方面，以超精細光譜分辨率為特點的地 面光譜輻射計雖然能獲得目標詳盡的光譜信息， 但只能進行點上的光譜測量，無 法成像。成像光譜技術將傳統的二維成像遙感技術與光譜技術有機地結合在一起， 有效地解決了傳統科學領域成像無光譜”和光譜不成像的矛

48、盾”。高光譜成像掃描儀的特點：高光譜成像儀是遙感進展的新技術，其圖像是多 達數百個波段的非常窄的連續的光譜波段組成， 光譜波段覆蓋了可見光、近紅外、 中紅外和熱紅外區域全部光譜帶；光譜儀成像時多采用掃描式和推帚式，可以收 集200或200以上波段的數據。使圖像中的每一像元均得到連續的反射率曲線， 而不像其他一般傳統的成像光譜儀在波段之間存在間隔。D.側視雷達傳感器側視雷達（side lookingradar）屬于主動式遙感傳感器。成像時雷達本身發射 一定波長的電磁波波束，然后接收該波束被目標地物發射回的信號， 從而探測目 標地物的特性。側視雷達發射的波長主要在微波范圍內，因此雷達圖像又叫微波圖

49、像。側視雷達分為真實孔徑側視雷達（SLAR）和合成孔徑側視雷達（SAR）兩 種。通過傳感器，獲取目標地物在1mm1m光譜范圍內發射或反射的電磁輻射， 以此為依據，通過判讀處理來識別地物的技術。微波遙感的分類：（1）主動微波遙感：通過向目標地物發射微波并接受起其后向散射信號， 以此為依據，通過判讀處理來識別地物的技術。主要傳感器為雷達、側視雷達和 合成孔徑雷達。（2）被動微波遙感：通過傳感器 ,接受地面目標反射或發射 的微波信息，以此為依據，通過判讀處理來識別地物的技術。微波遙感的特點：全天候、全天時，對地物有特殊的波譜特征（地物表面、 結構），精確的測量、表面穿透能力。.傳感器的發展趨勢1）更

50、高分辨率傳感器2）更精細的光譜分辨率傳感器3）多波段、多極化、多模式合成孔徑衛星雷達傳感器4）可進行立體觀測和測量的傳感器第四講：航空遙感數據一、教學目標.掌握航空遙感平臺的類型.掌握航空攝影的類型、航空像片的基礎知識，以及掌握航空像片的立體觀 測與立體量測的原理.熟練掌握目視判讀和像片判讀的基本知識二、重點與難點分析.重點：掌握航片目視判讀的標志、方法和步驟，以及熟練掌握常見地物的 像片判讀.難點：航空像片立體觀察的原理，用立體鏡像對立體觀察，以及航片的立 體量測原理三、教學內容與教學過程航空遙感是指以飛機或氣球為平臺所進行的遙感。航空遙感主要特點是靈活 性大、資料回收方便、圖像分辨率高，同

51、時也不受地面條件限制。.航空遙感平臺航空遙感平臺一般在海拔12km以下的大氣(平流層、對流層)，主要包括 氣球和飛機兩種。氣球:低空氣球：發送到對流層中的氣球。大多數可人工控制在空中固定位 置上進行遙感。用繩子拴著的氣球叫系留氣球，可升至地面上空 5km處；高空 氣球：發送到平流層中的氣球。大多是自由漂移的，可升至 1240km。飛機:按飛行高度不同，低空飛機：高度在 2000m以下。利用它能獲得大 比例尺、中比例尺航空遙感圖像。直升飛機可以低至 10m,遙感實驗時，飛機一 股在10001500m高度范圍內飛行；中空飛機：高度在 20006000m,通常遙 感實驗時的飛行高度在3000m以上。

52、一般用它獲得中小比例尺的航空遙感圖像； 高空飛機：高度在1200030000m,有人駕駛機飛行高度一般在 12000m 左右，無人機可達2000030000m高度。.航空攝影航空攝影機是航空遙感的傳感器，一般安裝在飛機平臺上，從空中對地面進 行像片拍攝。航空攝影機的種類主要有四種，即單鏡頭框幅航空攝影機、多鏡頭框幅航空 攝影機、條帶航空攝影機和全景航空攝影機。其中以單鏡頭航空攝影機最為常用。航空攝影的類型：(1)按航攝傾角分類航空攝影機主光軸與通過鏡頭中心的鉛垂線之間的夾角。傾斜角小于3度的為垂直攝影，是獲取航空遙感圖像的主要方法。傾斜角大于3度的為傾斜攝影。(2)按攝影實施方式分類單片攝影單

53、航線攝影：航向重疊應達到60%面積攝影(多航線攝影)：同向重疊 60%-53%,相鄰重疊30%-15%0(3)按感光片和波段分類普通黑白攝影，對可見光內的各色光都能感光，我國早期為測制國家基本地 形圖航攝方式；黑白紅外攝影，對可見光、近紅外感光，對水體植被反應靈敏，像片具有較 高的反差和分辨率；天然彩色攝影，圖像更清晰，提高了影像判讀精度；彩色紅外攝影，對可見光、近紅外感光，色彩鮮艷，適合城市航空攝影。（4）按比例尺分類大比例尺航空攝影：所獲像片比例尺大于1/10000,用于小范圍全面詳細調 查或專題調查編圖，城市詳細規劃和大比例尺制圖；中比例尺航空攝影：像片比例尺為 1/100001/300

54、00,用于大范圍普查 和專題制圖，城市綜合調查等；小比例尺航空攝影：像片比例尺為 1 /300001 /100000;超小比例尺航空攝影：比例尺為 1 /1000001 / 2500000航空攝影測量航空攝影測量是應用光學原理，利用光學儀器通過有一定重疊率的像對來獲 得地物和地形的光學立體模型，并在此基礎上進行立體測圖。包括單像的像片糾 正和雙像的立體測圖。航空攝影測量的作業分外業和內業， 外業：像片控制點聯測像片調繪 綜合法測圖，內業：加密測圖控制點測制地形原圖航空攝影測量所用的測圖方法主要有綜合法、全能法、分工法（微分法）。航空掃描成像航空掃描成像主要指在航空平臺上以掃描方式進行的成像。包

55、括：雷達掃描成像、熱紅外掃描成像、多光譜掃描成像以及高光譜掃描成像。.航空像片航空像片的物理特性是指航空像片的色調或色彩、灰階、亮度系數等，主要 由地物的反射特性和感光材料的感光特性決定的。航空像片的物理特性（1）地物反射特性航空像片上物體的色調，主要取決于攝影時的照度和物體對入射光的反射率。 攝影時照度越大，地物反射率越高，地物亮度就越大，像片的色調就越淺。一般 用亮度系數來表示地物的反射率大小。亮度系數（P）是指在相同照度條件下，某物體表面亮度（B）與絕對白體（全白的物體）理想表面亮度（Bo）之比，即：P=B/ B0O物體的亮度系數不同，在像片上反映為色調的差異。一般亮度系數大，像片 上的

56、色調淺；亮度系數小，其色調就深。亮度系數有以下幾個特點：.物體的亮度系數變化范圍很大；.同種物體，由于干濕程度的不同，其亮度系數也不同，潮濕的物體亮度系數小，干燥的物體亮度系數大；.表面粗糙的物體比表面光滑的物體亮度系數小；.物體的亮度系數與顏色有關。通常白色物體為白色，黑色物體為黑色；.性質完全不同的物體也可能具有相同的亮度系數。（2）感光材料的特性感光材料（膠片或印像紙）主要是由感光乳劑層和片基構成。普通黑白膠片一般是全色片，它能感受全部可見光（但對綠光感受較差）。黑白紅外膠片的感光層中含有感受紅外光的物質，能直接記錄人眼看不見的 近紅外光。彩色膠片是由對藍、綠、紅三種波長分別敏感的三層乳

57、劑組成， 能感受全部 可見光，形成天然彩色像片。彩色紅外膠片是由對綠、紅、近紅外三種波長分別敏感的三層乳劑組成，能感受可見光-近紅外波段，形成彩色紅外像片，其顏色與天然彩色像片不同，其 中植被為紅色。感光度：感光的快慢程度。反差：感光材料最大光學密度與最小光學密度之差，也稱為黑白差。分辨率：對景物細微部分的表現能力，通常用一毫米寬度內能夠清楚地識別 出黑、白相間的平行線對數來表示。感光特性曲線：對于同一種感光材料，在同一標準光源下，同一距離作不同 時間的曝光，經過相同條件的攝影處理，一起測定感光片的密度值。ab不受曝光量影響，稱為灰霧密度，b為初感點。bc為曝光不足部分，密 度增加與曝光量對數

58、的增加不成正比，影像黑白比例與景物的陰暗差別不一致。 cd段為直線，為正確曝光，密度增加與曝光量對數的增加成正比，影像黑白比 例與景物的陰暗差別一致，攝影時應使曝光量對數處于cd段。de段為曝光過度部分，e點的密度最大，ef段曝光量增加，密度降低，成為影像反轉。航空攝影時需要選擇感光度高、反差適中、有較高分辨率的感光材料。以獲 得影像清晰、層次豐富的高質量航空像片。航空像片的幾何特性(1)航空像片屬于中心投影中心投影：是物體通過物鏡中心投射到承影面上，形成透視影像。航片的特征點線在一般條件下，絕對水平的像片是很少的，一般航空像片總會有傾斜。(3)像點位移地形的起伏和投影面的傾斜會引起航片上像點

59、位置的變化，叫像點位移。因地形起伏引起的像點位移，又稱投影差；因像片傾斜引起的像點位移，又 稱傾斜誤差。由于地形起伏的影響，地面點在中心投影像片上的像點位置相對水平面上的 位置比較，產生了位移，這就是因為地形起伏的像點位移，也稱為投影誤差(投 影差)。投影差像點位移規律：(1)位移量與地形高差成正比，即高差越大引起的像點位移量也越大。當 高差為正時，像點位移為正，是背離像主點方移動；高差為負時，像點位移為負， 是朝向像主點方向移動。(2)位移量與像點距離像主點的距離成正比，即距像主點越遠的像點位移 量越大，像片中心部分位移量較小。像主點無位移。(3)位移量與攝影高度(航高)成反比。即攝影高度越

60、大，因地表起伏的 位移量越小。因航空攝影時，像面未能保持水平，即因投影面傾斜，而使航片上像點的位 置發生變化，這種因像片傾斜引起的像點位移，稱為傾斜誤差。傾斜誤差的方向是在像點與等角點的連線上； 傾斜誤差與像點距等角點距離 的平方成正比；當4=00或4=180時，a =0即在等比線上的像點不因像片傾斜而 產生位移；像片邊緣的傾斜誤差是相當大的，因此盡可能地使用像片中心部分。通常使用的水平像片，誤差主要來源于地形起伏，像片邊緣部分誤差大。工 作中一般只使用像片的中間部分，為航片的使用面積。（4）像片的比例尺航空像片上某一線段長度與地面相應線段長度之比，稱為像片比例尺。在平坦地區，像片的比例尺處處