遙感原理與應(yīng)用課程設(shè)計

1、遙感原理與應(yīng)用課程設(shè)計 第一章 緒論§1.1遙感概述1、遙感的概念:在遠(yuǎn)離被測物體或現(xiàn)象的位置上，使用一定的儀器設(shè)備，接收、記錄物體或現(xiàn)象反射或發(fā)射的電磁波信息，經(jīng)過對信息的傳輸、加工處理及分析與翻譯，對物體及現(xiàn)象的性質(zhì)及其變化進(jìn)行探測和識別的理論與技術(shù)。遙感技術(shù)系統(tǒng): 遙感技術(shù)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)遙感目的的方法論、設(shè)備和技術(shù)的總稱?，F(xiàn)已成為一個從地面到高空的多維、多層次的立體化觀測系統(tǒng)。2、 遙感技術(shù)系統(tǒng)主要有：遙感平臺:在遙感中搭載遙感儀器的工具稱為平臺或載體。平臺的運(yùn)行特征及其姿態(tài)穩(wěn)定狀況直接影響遙感儀器的性能和遙感資料的質(zhì)量。目前的遙感平臺有飛機(jī)、火箭和衛(wèi)星等。 傳感器:在遙感中，收集

2、、記錄和傳送遙感信息的裝置稱為傳感器，他是遙感技術(shù)的核心。目前應(yīng)用的傳感器主要有：攝影機(jī)、攝像儀、掃描儀、雷達(dá)等。 遙感數(shù)據(jù)接受處理系統(tǒng)：為了接受從遙感平臺傳送來的圖像膠片和數(shù)字磁帶數(shù)據(jù)，必須建立地面接收站。地面接收站由地面數(shù)據(jù)接受和記錄系統(tǒng)(TRRS)，圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(IDPS)兩部分組成。 分析解譯系統(tǒng)：用戶得到的遙感資料，是經(jīng)過處理的圖像膠片和數(shù)據(jù)，談后再根據(jù)各自的應(yīng)用目的，對這些資料進(jìn)行分析、研究、判斷解釋，從中提取有用信息，并將其翻譯成為我們所用的文字資料或圖件，這一工作為“解譯”。分為常規(guī)目視解譯技術(shù)和電子計算機(jī)解譯技術(shù)。3、遙感的分類：根據(jù)遙感平臺的分類：a.地面遙感：平臺與地

3、面接觸，常用的平臺有汽三角架等。b.航空遙感：平臺為飛機(jī)和氣球，是從空中對地面目標(biāo)的遙感。c.航天遙感：以衛(wèi)星、火箭和航天飛機(jī)為平臺，從外層空間對地球目標(biāo)物所進(jìn)行的遙感。d.航宇遙感。 根據(jù)電磁波譜的分類：a.可見光遙感：只收集與記錄目標(biāo)物反射的可見光輻射能量，所用傳感器有攝影機(jī)、掃描儀等。b.紅外遙感：收集與記錄目標(biāo)物發(fā)射或反射的紅外輻射能量，所用傳感器有攝影機(jī)、掃描儀等。c.微波遙感： 收集與高錄目標(biāo)物發(fā)射或反射的微波能量，所用傳感器有掃描儀、微波輻射計、雷達(dá)等。d.多光譜遙感： 把目標(biāo)母輻射來的電磁輻射分割成若干個窄的光譜帶，然后同步探測，同時得到一個目標(biāo)物不同波段的多幅圖像。傳感器有多

4、光譜攝影機(jī)，多光譜掃描儀等。e.紫外遙感：手機(jī)記錄目標(biāo)物的紫外輻射能。 根據(jù)電磁輻射能源的分類：a.被動遙感：指不利用人工輻射源，而是直接接收與記錄目標(biāo)物反射的太陽輻射或者目標(biāo)物本身發(fā)射的熱輻射和微波遙感。b.主動遙感：是指使用人工輻射源從平臺上先向目標(biāo)發(fā)射電磁輻射，然后接收和記錄目標(biāo)物反射或散射回來的電磁輻射的遙感。根據(jù)應(yīng)用目的的分類：地質(zhì)遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、水利遙感、環(huán)境遙感等。 根據(jù)遙感資料的顯示形式，獲得方式和波長范圍的分類：a.圖像方式遙感；b.非圖像方式遙感。4、遙感的研究范疇：物理場遙感a.電磁波遙感；b.力場遙感；c.機(jī)械波遙感；d.聲波遙感。（a是目前遙感主要研究范疇）

5、5、遙感的特點(diǎn)： 探測范圍大，宏觀、真實(shí)； 信息量大、波段豐富，波段的擴(kuò)展增加了接受內(nèi)容，表現(xiàn)了技術(shù)的先進(jìn)性； 獲取信息快，更新周期短，具有動態(tài)監(jiān)測的特點(diǎn)； 用途廣，效益高。§1.2遙感的發(fā)展 最早使用“遙感”一詞的是美國海軍研究所的艾弗林*普魯伊特。年，在美國國家科學(xué)院和國家研究理事會的支持下，在密歇根大學(xué)的威羅*蘭實(shí)驗(yàn)室召開了“環(huán)境遙感國際討論會”，此后，在世界范圍內(nèi)，遙感作為一門新興學(xué)科飛速發(fā)展起來。） 無記錄的地面遙感階段（年） 年，漢斯*李波爾賽制造了世界第一架望遠(yuǎn)鏡，年伽利略作放大數(shù)倍的科學(xué)望遠(yuǎn)鏡，從而為觀測遠(yuǎn)距離目標(biāo)開辟了先河。但望遠(yuǎn)鏡觀測不能把觀測到的事物用圖像記錄下

6、來。） 有記錄的地面遙感階段（年） 對探測目標(biāo)的記錄與成像始于攝影技術(shù)的發(fā)展，并與望遠(yuǎn)鏡相結(jié)合發(fā)展為遠(yuǎn)距攝影。） 空中攝影遙感階段（年） 年，GF陶納喬用系留氣球拍攝了法國巴黎的“鳥瞰”像片。 年，J布萊克乘氣球升空到，成功拍攝了美國波士頓的照片。 年，J鈕布朗特設(shè)計了一種捆綁在飛鴿身上的身形相機(jī)。這些試驗(yàn)的空間攝影，為后來的實(shí)用化航空攝影打下了基礎(chǔ)。 在第一次世界大戰(zhàn)期間，航空攝影成了軍事偵探的重要手段，并形成了一定規(guī)模。與此同時，像片的判讀水平也大大提高。一戰(zhàn)以后，航空攝影人員從軍事轉(zhuǎn)向商務(wù)和科學(xué)研究。美國和加拿大成立了航測公司，并分別出版了攝影測量工程及類似性質(zhì)的刊物，專門介紹有關(guān)技術(shù)方

7、法。年，彩色膠片出現(xiàn)，使得航空攝影記錄的地面目標(biāo)信息更為豐富。二戰(zhàn)中，微小雷達(dá)的出現(xiàn)及紅外技術(shù)應(yīng)用于軍事偵查，使遙感探測的電磁波譜段得到了擴(kuò)展。） 航空遙感階段（）年月日，蘇聯(lián)第一顆人造地球衛(wèi)星的發(fā)射成功，標(biāo)志著人的空間觀測進(jìn)入了新紀(jì)元。此后，美國發(fā)射了“先驅(qū)者號”探測器拍攝地球云圖。真正從航天器上對地球進(jìn)行長期探測是從年美國發(fā)射和太陽同步衛(wèi)星開始。此外，多種探測技術(shù)的集成日趨成熟，如雷達(dá)、多光譜成像與激光測高、GPS的集成可以同時取得經(jīng)緯坐標(biāo)和地面高程數(shù)據(jù)，由于實(shí)時測圖?？傊?，隨著遙感應(yīng)用向廣度和深度發(fā)展，遙感探測更趨于實(shí)用化、商業(yè)化和國際化。 第二章 電磁輻射與地物光譜特征§2.

8、1電磁輻射1、 電磁輻射的概念：電磁場在空間以一定的速度由近及遠(yuǎn)的傳播過程，實(shí)質(zhì)上就是電磁輻射，它具有波動的特性，所以又叫電磁波。§2.2電磁波的特性 不需要傳播介質(zhì); 電磁波是橫波，在真空中以光速傳播； 滿足波粒二象性； 波長與頻率成反比且兩者乘積為光速； 傳播遇到氣體、液體、固體介質(zhì)時，會發(fā)生反射、折射、透射、吸收等現(xiàn)象。§2.3電磁波譜1、電磁波譜的概念：為了便于比較電磁輻射的內(nèi)部差異和描述，按照他們的波長（頻率）大小，依次排列畫成圖表，這個圖表就叫做電磁波譜。2、不同波長的電磁波譜及其特點(diǎn)：（1） 射線（gamma ray）射線波長<0.03nm，波長短，頻率

9、高，具有很大的能量，很高的穿透性。Y射線是由原子核躍遷產(chǎn)生的。（2） x射線（x ray）X射線波長為0.03-3nm，能量也較大，貫穿能力較強(qiáng)，是原子層內(nèi)電子躍遷產(chǎn)生的。（3） 紫外線（uv）紫外線波長為3nm-0.38um，紫外線由原子或分子外層電子躍遷產(chǎn)生，按波長不同，分為近紫外（0.38um-300nm），遠(yuǎn)紫外（300-200nm）和超遠(yuǎn)紫外（200-3nm）。（4） 可見光（visible light）可見光波長為0.38-0.76um，由分子外層電子躍遷產(chǎn)生。（5） 紅外線（infrar ray）紅外線波長為0.76-1000um，由分子振動和轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，按波長不同分為近紅外（0.

10、76-3um）、中紅外（3-6um）、遠(yuǎn)紅外（6-15um）、超遠(yuǎn)紅外（15-300um）和赫茲波（300-1000um）。（6） 微波（microwave）微波波長為0.1-100cm，由固體金屬分子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，能穿云透霧其他輻射對它干擾小。（7） 無線電波（8） 無線電波由電磁振蕩產(chǎn)生，不能透過大氣層，中波和長波吸收嚴(yán)重。目前用于遙感的主要為可見光、紅外線和微波。§2.4電磁輻射與物體的相互作用1、電磁輻射的反射（1）電磁輻射的反射概念：電磁輻射與物體作用后產(chǎn)生的次級波返回原來的介質(zhì)，成為反射，次級波為反射波。（2）反射系數(shù)：物體飛反射能力用反射系數(shù)表示，實(shí)質(zhì)反應(yīng)反射與物體性質(zhì)的關(guān)

11、系。（3）反射類型：（1）鏡面發(fā)射 由光滑表面產(chǎn)生的反射，其反射方向遵循反射定律。 （2）漫反射 粗糙表面上產(chǎn)生的反射，不遵循反射定律。2、物體的發(fā)射（1）基爾霍夫定律：在給定溫度下，物體對任一波長的發(fā)射本領(lǐng)和它的吸收本領(lǐng)成正比，壁紙物體的性質(zhì)無關(guān)，只是波長和溫度的函數(shù)，其表達(dá)式： M/a=f（、t）（2）光譜發(fā)射率：表示一個物體把熱能轉(zhuǎn)變成輻射能的轉(zhuǎn)變效率，即： E=M/M° M為物體的光譜輻射率;M° 為黑體的光譜出蛇率。（3）遙感輻射源：凡是能夠產(chǎn)生電磁輻射的物體，叫做輻射源，分為人工輻射源和天然輻射源。§2.5地物的波譜特性1、物體的反射波譜特性（1）反射

12、波譜概念：物體的反射系數(shù)隨入射波長的變化規(guī)律叫做物體的反射波譜。（2）反射波譜曲線：物體的反射波譜用曲線表示，稱為反射波譜曲線。2、物體的發(fā)射波譜：物體對不同波長的電磁輻射發(fā)射能力的變化規(guī)律叫做物體的發(fā)射波譜。§2.6大氣對輻射的影響1、大氣散射（1）散射的概念 是指電磁輻射與結(jié)構(gòu)不均勻的物體作用后，產(chǎn)生的次級輻射無干涉抵消，而是向各個方向傳播的現(xiàn)象。（2）散射的類型 瑞利散射：當(dāng)r，發(fā)生的散射稱為瑞利散射，它的散射強(qiáng)度與入射輻射的波長的四次方成反比。 米氏散射：當(dāng)r=時，發(fā)生的散射，其散射程度約與波長的二次方成反比。 粗粒散射：當(dāng)r時，發(fā)生的散射為粗粒散射，散射程度與波長無關(guān)。2、

13、大氣吸收（1）吸收的概念：是電磁輻射與物體作用后，轉(zhuǎn)換為物體的內(nèi)能。分為： a.一般吸收：在電磁輻射的整個波段內(nèi)都有吸收，且吸收率隨波長的變化幾乎不變。 b.選擇吸收：在一些波段上吸收很大，一些多段很少。（2）大氣對電磁輻射的吸收：水汽的吸收，臭氧的吸收，氧氣的吸收，二氧化碳的吸收。3、大氣透射和大氣窗口（1）大氣透射：是指電磁輻射與介質(zhì)作用以后，產(chǎn)生的刺激輻射和部分原入射輻射穿透該介質(zhì)，到達(dá)另一種介質(zhì)的現(xiàn)象或過程。（2）大氣窗口：指大氣對電磁輻射的吸收和散射都很小，而透射率很高，就是電磁輻射在大氣中的傳輸耗損很小，能透過大氣的電磁波段。（3）大氣窗口的種類：遠(yuǎn)紫外窗口、可見光窗口、近紅外窗口

14、、遠(yuǎn)紅外窗口等。 第三章 遙感成像原理與遙感圖像特征§3.1遙感平臺1、地面平臺：置于地面上和水上的裝載傳感器的固定的或可移動的裝置叫做地面平臺。包括三角架、遙感塔、要趕車等，高度一般在100m以下，主要用于近距離測量地物波譜和攝取供試驗(yàn)研究的地物細(xì)節(jié)影像，為航空遙感和航天遙感作校準(zhǔn)和輔助工作。2、航空平臺：懸浮在海拔80km以下的大氣中的遙感平臺叫做航空平臺。3、航天平臺：位于海拔880km高度以上的遙感平臺為航天平臺。§3.2遙感傳感器1、傳感器的概念：傳感器也叫敏感器或探測器，它是手機(jī)、探測并記錄地物電磁波輻射信息的儀器，是遙感技術(shù)的核心。2、傳感器組成：（1） 收集

15、器 （2）探測器 （3）處理器 （4）輸出器3、傳感器分類：（1） 按電磁輻射來源：主動式傳感器和被動式傳感器（2） 按傳感器的成像原理和獲取圖像的性質(zhì)不同分類：攝影機(jī)、掃描儀、雷達(dá)等。（3） 按傳感器對電磁輻射信息的記錄方式：成像方式的傳感器和非成像方式的傳感器。4、傳感器的性能影響因素（1） 地面分辨率 用來表征傳感器獲得的影像反應(yīng)地表細(xì)節(jié)能力的指標(biāo)，也成為空間分辨率，定義為影像上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元所代表的地面距離的大?。?） 灰度分辨率 是表征傳感器多能探測到的最小輻射功率的指標(biāo)，指影像記錄的灰度值的最小差值。（3） 波譜分辨率 指傳感器所用的波段數(shù)、波長及波段寬度，也就是選擇的通道

16、數(shù)、每個通道的波長和帶寬。§3.3遙感數(shù)據(jù)的接收處理與記錄系統(tǒng)：1、地面接收站 2、遙感數(shù)據(jù)處理中心 3、遙感基礎(chǔ)與應(yīng)用中心§3.4攝影成像的基本原理1、攝影成像過程（1） 攝影 （2）負(fù)片過程 （3）正片過程§3.5彩色攝影1、可見光與色彩（1） 可見光 電磁輻射中能引起視覺反應(yīng)的一定波長范圍的波段稱為可見光譜或可見輻射，簡稱光，波長范圍為0.38-0.76um。（2） 物體的顏色 消色物體 它對入射的白光沒有分解能力，呈無選擇吸收和反射，當(dāng)吸收少，反射多呈白色，吸收多反射少是呈黑色，中間狀態(tài)是呈灰色。 彩色物體 彩色物體對入射的白光有分解能力，呈選擇吸收和反射

17、。（3） 彩色的特性確切描述一種彩色，從其色別、飽和度和明度三個特性進(jìn)行，稱為彩色的三要素。 色別 也叫色調(diào)，指彩色的類別，是彩色彼此相互區(qū)分的特性。 飽和度 指彩色的純潔度，表示一種彩色的濃淡程度。 明度 指顏色的明暗程度，它決定于發(fā)光體的發(fā)射強(qiáng)度和物體表面的反射率的高低。2、顏色合成的基本原理（1） 三基色原理 只存在三種獨(dú)立的色，其它色都由他們匹配出來，這三種顏色為三基色或三原色。條件是三基色的任何一個不能由其余兩個相加混合出來。現(xiàn)在的三基色一般選擇：紅色、綠色、藍(lán)色。3、顏色光學(xué)合成方法（1） 相加混色 兩種或兩種以上的基色光同時作用于人眼，可以產(chǎn)生另一種色覺，叫做顏色的相加。（2）

18、相減混色 兩種或三種顏色的物質(zhì)重疊后產(chǎn)生的反射波譜作用于人眼后產(chǎn)生色覺的方法。4、彩色影像獲得的基本原理彩色影像是根據(jù)色覺三原色原理，經(jīng)過色光的分解和合成兩個步驟得到的，所謂分解就是將物體的顏色，用不同比例的紅、綠、藍(lán)三元光，按其強(qiáng)弱記錄在膠片上：合成就是通過加色法和減色法將分解的色光合成，從何重新得到物體的彩色影像。（1） 加色法合成彩色 用紅、綠、藍(lán)三個濾色鏡，將彩色物體分別拍成三張分色黑白負(fù)片，并制作三張透明正片，把三張正片裝在三個放映機(jī)種，在每個放映機(jī)鏡頭前面加上拍攝負(fù)片時所用的濾鏡，調(diào)整放映在熒幕上的三影像，使它們重合在一起，此時銀幕上就再現(xiàn)被攝物體的彩色。（2） 減色法合成彩色 減

19、色法利用白光與原色光的三個補(bǔ)色光黃、品紅、青的相減來分別控制原色光，最后經(jīng)過原色光的相加混合，獲得物體的彩色影像。 第四章 航空像片及其航測知識§4.1航空攝影及其資料1、航空攝影的概念：航空攝影是將航攝儀安裝在飛機(jī)上，按照一定的要求對目標(biāo)物攝影，獲取影像資料的過程。2、航空攝影過程 （1）航攝的準(zhǔn)備工作 劃分?jǐn)z影分區(qū)，確定攝影比例次，選擇航空攝影機(jī)、計算航高、攝影基線和航線間距，準(zhǔn)備航攝軟片。 （2）空中攝影 應(yīng)選擇在天氣晴朗、能見度好，氣流平穩(wěn)的條件下進(jìn)行。一般從上午九時至下午四時之間。（3）攝影處理3、航攝質(zhì)量評定（1）像片重疊度 指相鄰相同影像的重疊。航空攝影一般規(guī)定：航向重

20、疊度為60%，最小不得小于53%：旁向重疊為30%，最小不得小于15%。 （2）像片傾斜角 像平面與水平面的夾角。一般應(yīng)小于2°，最大不得超過3°。 （3）航線彎曲度 一般要求航線彎曲度不超過3%。 （4）像片旋角 相鄰像片兩像主點(diǎn)的連線與航線方向像幅上兩框標(biāo)連線之間的夾角。一般不超過5°，最大不超過8°。 （5）底片壓平質(zhì)量 一般要求壓平線彎曲不超過0.05-0.1mm。4、航空攝影資料：航空攝影得到的最后資料是各種像片。有黑白像片（包括分波段片、紅外片、全色片）和彩色像片（包括真彩色片盒假彩色片），航攝像片（水平像片、傾斜像片）。§4.2航

21、空像片的集合特征1、投影性質(zhì)（1） 正射（垂直）投影 當(dāng)一束通過空間點(diǎn)的平行光線垂直相較于一平面時，其交點(diǎn)稱為空間點(diǎn)的正射投 影 ，該平面稱投影面。（2） 中心投影若空間任意點(diǎn)與某一固定點(diǎn)連成的直線或其延長線被一平面所截，則直線與平面的交點(diǎn)稱為空間點(diǎn)的中心投影。2、航攝像片的特征點(diǎn)線（1） 像主點(diǎn) 通過投影中心S，垂直于像平面的直線So叫做航攝儀的主光軸，它與像平面的交點(diǎn)O叫做像主點(diǎn)，像主點(diǎn)在地面上的相應(yīng)點(diǎn)O叫地主點(diǎn)。（2） 像底點(diǎn) 通過投影中心S 的鉛垂直線SN稱為主垂線，它與像平面的交點(diǎn)n稱為像底點(diǎn)，像底點(diǎn)在地面上的相應(yīng)點(diǎn)N叫地底點(diǎn)。（3） 等角點(diǎn) 主光軸與主垂線所夾的角a稱為像片傾角。平

22、分傾角的直線與像平面的交點(diǎn)C稱等角點(diǎn)，在地面上的相應(yīng)點(diǎn)C也稱等角點(diǎn)。當(dāng)?shù)孛嫫教箷r，傾斜像片上只有以等角點(diǎn)為頂點(diǎn)的方向角與地面相應(yīng)角大小相等。（4） 主縱線 包含主光軸和主垂線的平面稱主垂面，它與像平面的交線vv叫主縱線，也即通過像主點(diǎn)和像底點(diǎn)的直線，其在地面上相應(yīng)的線VV叫基本方向線。（5） 主橫線 在像平面上，凡屬和主縱線相垂直的直線都叫像水平線。通過像主點(diǎn)的像水平線叫主橫線，以hoho表示。（6） 等比線 在像平面上，通過等角點(diǎn)的像水平線稱等比線，以hchc表示。（7） 主合點(diǎn)和主合線 托投影中心的水平面與像平面的交線叫主合線或地平線。用hihi表示。3、航攝像片的像點(diǎn)位移航攝相片上地物的

23、像點(diǎn)位置相對于其在地形圖上的位置產(chǎn)生了變化，這種變化稱為像點(diǎn)位移，也就是誤差。（1） 因像片傾斜引起的像點(diǎn)位移傾斜誤差 地物點(diǎn)在傾斜像片上的想點(diǎn)位置與同一攝影站攝得的水平像片上的像點(diǎn)位置相比，產(chǎn)生的一段位移稱傾斜誤差。（2） 地面起伏引起的像點(diǎn)位移投影誤差 由于地面起伏，高于或低于基準(zhǔn)面的地面點(diǎn)，在像片上的像點(diǎn)對于他在基準(zhǔn)面上的垂直投影點(diǎn)的像點(diǎn)所產(chǎn)生的直線位移。4、航攝像片的方向偏差（1） 像片傾斜引起的方向偏差 在傾斜像片上以等角點(diǎn)為輻射中心的方向線不發(fā)生方向偏差，而像片上任何其他像點(diǎn)發(fā)出的方向線都要產(chǎn)生方向偏差。（2） 地面起伏引起的方向偏差 當(dāng)?shù)孛嫫鸱鼤r，只有以像底點(diǎn)為中心發(fā)出的方向線不

24、發(fā)生偏差，而像片上其它任何點(diǎn)發(fā)出的方向線均會產(chǎn)生方向偏差。（3） 輻射中心范圍 實(shí)際工作中經(jīng)常是選取像主點(diǎn)附近一定范圍的易于辨認(rèn)的點(diǎn)作為輻射中心來替代特征點(diǎn)。5、航攝像片的比例尺航片比例尺的含義與地形圖的相同，是指像片上某一線段與地面實(shí)際對應(yīng)線段之比。（1） 水平像片的比例尺 1.當(dāng)?shù)孛嫫教苟?，像片水平時，像片的比例尺各處相等。 1/M=ab/AB=f/H 2.當(dāng)?shù)孛嫫鸱^大時，水平像片上各處的比例尺并不相等，只有在同一高度上的影像cause具有相同的比例尺，不同高度的比例尺為： 1/M=f/Ho-h（2） 傾斜像片的比例尺 一般的計算公式： 1/M=f/H*（cosa-xasina/f）

25、²/（1-cos²ysin²a）½（3） 像片比例尺的測定 A b L1 l2 K L4 l3 D c 精確量出長度i1、i2、i3、i4，同時實(shí)測或在地形圖上量出相應(yīng)的實(shí)地長度l1、l2、l3、l4，用下式計算像片平均比例尺：1/M=1/2（i1+i3）/（l1+l3）+（i2+i4）/（l2+l4）§4.3航攝像片的立體觀察1、立體觀察原理人的雙眼具有觀察事物遠(yuǎn)近和產(chǎn)生立體感覺的能力，航攝像片的立體觀察就是模仿人眼觀察立體時所需要的條件，使人們建立起立體的感覺。（1） 天然立體觀察 人用一雙眼睛來觀察自然界物體，產(chǎn)生立體感覺的原因主要是由于

26、在兩眼的視網(wǎng)膜上產(chǎn)生了生理視察。（2） 人造立體觀察原理 在我們眼前放上一對玻璃板p1、p2，并通過玻璃板觀看球體，將左右兩眼所看到的圓球形象分別記錄在左右兩塊玻璃板上，然后把真實(shí)圓球拿走，以觀察玻璃板上的圓球形象來代替觀察實(shí)物，結(jié)果在我們眼內(nèi)所構(gòu)成的影像和直接觀察實(shí)物一樣。這種不觀察實(shí)物而獲取的立體感覺稱為人造立體感覺。 立體相對：用同一焦距的航攝儀對同一地物進(jìn)行攝影，得到兩張類似于玻璃板物體形象的性質(zhì)的像片，稱作立體相對，簡稱相對。（3） 航片立體觀察的條件 1.觀察兩張相鄰的具有一定重疊的像對。 2.兩眼分別同時各看一張像片。 3.像片安放時，相應(yīng)點(diǎn)的連線必須與眼基線平行，且兩像片間的距

27、離要適中。 4.兩張像片的比例尺盡可能一致，最大差值不宜超過16%。2、立體觀察方法和效應(yīng)（1） 立體觀察的工具 有立體鏡，互補(bǔ)色鏡和偏振鏡。（2） 立體觀察的步驟 1.確定像片方位線。 2.安置航片。 3.鏡下觀察。（3） 立體觀察效應(yīng) 正立體效應(yīng) 如圖，把左方攝影站攝得的像片P1放在左方，用左眼觀察；右攝影站攝得的像片P2放在右方，用右眼觀察，就得到一個與實(shí)物相似的立體效果，稱為正立體。 負(fù)立體效應(yīng)把左方攝站攝得的像片P1放在右方，用右眼觀察；右方攝站攝得的像片P2放在左方用左眼觀察，如圖。這種立體效應(yīng)稱為反立體。或是在組成正立體效應(yīng)后，將左右像片各旋轉(zhuǎn)180°，如圖（c），同樣

28、可得到一個反立體效應(yīng)。 零立體效應(yīng) 將正立體情況下的兩張像片，在各自的平面內(nèi)按同一方向旋轉(zhuǎn)90°，使像片上縱橫坐標(biāo)互換了方向。像片上原來的縱坐標(biāo)y軸轉(zhuǎn)到與基線平行，此時生理視差變?yōu)橄衿膟方向的視差，因而失去了立體感覺成為一個平面圖像。這種立體視覺，稱為零立體效應(yīng)。 第五章 衛(wèi)星遙感及其影像§5.1圖像的光譜特性1、RBV 反束光導(dǎo)管攝像機(jī) 反束光導(dǎo)管 (RBV) 攝像機(jī)獲取的三個波段攝影像片分別稱為第 1 、 2 、 3 波段，多光譜掃描儀獲取的掃描影像按順序分別被命名為 4 、 5 、 6 、 7 波段，此外，第三顆地球衛(wèi)星 (Landset) 上還提供熱紅外波段影像，

29、這個波段被稱為第 8 波段，熱紅外波段使用不久，就因儀器操作上的問題而關(guān)閉了，因此， Landset 提供的熱紅外波段影像并不多。第 4 、 5 顆地球衛(wèi)星上多光譜掃描儀獲取的四個波段掃描影像重新被分別命名為 1 、 2 、 3 、 4 波段。2、MSS 多光譜掃描儀 MSS 影像中，灰度又按照一定的區(qū)間歸并為 16 級灰階，同時每幅遙感影像下部也曝光產(chǎn)生一個灰階尺，灰階尺由白灰白淡灰 . 淺灰 - 灰 - 暗灰 . 淺黑 - 黑等多個灰階組成。像元的亮度值為 0 時，影像上像元的灰階為黑色，像元的亮度值為 63 時，影像上像元灰階為白色，像元值從 0 向 63 增加時，其灰階也按照一定分級規(guī)

30、則由黑轉(zhuǎn)白。由于影像復(fù)制時像元灰階與灰度尺受到同樣因素的影響，這樣解譯者可以利用灰度尺來衡量像元的灰階。 MSS 各個波段的應(yīng)用范圍: MSS 第 4 波段為綠色波段，對水體有一定透射能力，在清潔的水體中透射深度可達(dá) 10 -20 米 ，可以判讀淺水地形和近海海水泥沙。由于植被波譜在綠色波段有一個次反射峰，可以探測健康植被在綠色波段的反射率。 第 5 波段為紅色波段，該波段可反映河口區(qū)海水團(tuán)涌入淡水的情況，對海水中的泥沙流、河流中的懸浮物質(zhì)與河水渾濁度有明顯反映，可區(qū)分沼澤地和沙地，可以利用植物綠色素吸收率進(jìn)行植物分類。此外該波段可用于城市研究，對道路、大型建筑工地、砂礫場和采礦區(qū)反映明顯，在

31、紅色波段各類巖石反射更容易穿過大氣層為傳感器接收，也可用于地質(zhì)研究。 第 6 波段為近紅外波段，植被在此波段有強(qiáng)烈反射峰，可區(qū)分健康與病蟲害植被，水體在此波段上具有強(qiáng)烈吸收作用，水體呈暗黑色，含水量大的土壤為深色調(diào)，含水量少的土壤色調(diào)較淺，水體與濕地反映明顯。 第 7 波段也為近紅外波段，植被在此波段有強(qiáng)烈反射峰，可用來測定生物量和監(jiān)測作物長勢，水體吸收率高，水體和濕地色調(diào)更深，海陸界線清晰，第 7 波段可用于地質(zhì)研究，劃出大型地質(zhì)體的邊界，區(qū)分規(guī)模較大的構(gòu)造形跡或巖體。 第 8 波段，為熱紅外波段，該波段可以監(jiān)測地物熱輻射與水體的熱污染，根據(jù)巖石與礦物的熱輻射特性可以區(qū)分一些巖石與礦物，并可

32、用于熱制圖。 3、TM 專題制圖儀TM 圖像 TM 影像為專題繪圖儀 (Thematic Mapper ， TM) 獲取的遙感圖像。從 Landsat 4 起，陸地衛(wèi)星增加了專題繪圖儀（ TM ）。 TM 在光譜分辨率、輻射分辨率和地面分辨率方面都比 MSS 有較大改進(jìn)。在光譜分辨率方面，它采用 7 個波段來記錄目標(biāo)地物信息，與 MSS 相比，它增加了三個新波段，一個為藍(lán)色 ( 藍(lán)綠 ) 波段，一個為短波紅外波段，一個為熱紅外波段，根據(jù) MSS 數(shù)據(jù)使用的經(jīng)驗(yàn)與光譜適用范圍研究結(jié)果， TM 在波長范圍 24 (wavelength) 與光譜位置 (Nominal spectral locati

33、on) 上都作了調(diào)整。在輻射分辨率方面， TM 采用雙向掃描，改進(jìn)了輻射測量精度，目標(biāo)地物模擬信號經(jīng)過模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換，以 256 級輻射亮度來描述不同地物的光譜特性，一些在 MSS 中無法探測出的地物電磁輻射的細(xì)小變化，現(xiàn)在可以在 TM 波段內(nèi)觀測到。在地面分辨率方面， TM 瞬間視場角對應(yīng)的地面分辨率為 30 米 ( 第 6 波段除外 ) 。 1999 年 4 月 15 日 發(fā)射的陸地衛(wèi)星 7 （ Landsat 7 ），又增加了分辨率為 15 米 的全色波段（ PAN 波段）圖像，并把波段 6 的圖像分辨率從 120 米 提高到 60 米 。 TM 圖像主要應(yīng)用范圍: 專題繪圖儀比 MSS

34、 增加了 4 個波段，在波段寬度設(shè)計上更具有針對性 TM ，它比起 MSS 圖像應(yīng)用范圍更廣。對植被和土壤含水量等檢測效果更好。 4、ETM+是TM的增強(qiáng)型，是具有8 個波段的掃描式光學(xué)成像儀器，與TM基本相似，最大變化有3點(diǎn)。1.增加了分辨率為15m的全色波段PAN（0.53-0.90um）。2.波段6的分辨率由120m提高到60m。3.輻射定標(biāo)誤差率小于5%。§5.2 Landsat 衛(wèi)星及其影像Landsat的運(yùn)行特征 1.準(zhǔn)圓形、近極地軌道。 2.衛(wèi)星運(yùn)行與太陽同步。 3.采用可重復(fù)中高度回歸軌道。（2）landsat 圖像分辨率衛(wèi)星編號傳感器及波段編號地面分辨率m'

35、1，2RBV：1，2，3803RBV：全色波段401-7MSS：4，5，6，7803MSS：82404，5TM：1，2，3，4，5，7304，5TM：6120 7ETM+：1，2，3，4，5，7307ETM+：6607ETM+：全色波段15§5.3 SPOT衛(wèi)星及其影像地球刺穿衛(wèi)星系統(tǒng)。由瑞典、比利時等國家參加，由法國國家空間研究中心（CNES）設(shè)計制造。年發(fā)射第一顆，到年已經(jīng)發(fā)射顆。特點(diǎn)：太陽同步圓形近極地軌道高度覆蓋周期天掃描寬度：（×）公里主要傳感器：臺HRV空間分辨率：全色；多光譜能滿足資源調(diào)查、環(huán)境管理與監(jiān)測、農(nóng)作物估產(chǎn)、地質(zhì)與礦產(chǎn)勘探、土地利用、測制地圖及地圖更

36、新等多方面需求SPOT衛(wèi)星系統(tǒng)優(yōu)勢特征：衛(wèi)星搭載的傳感器具有傾斜（測視）能力信息獲取的重復(fù)周期：一般地區(qū)天：部分地區(qū)達(dá)到天§5.4 CBERS衛(wèi)星及其影像1、軌道特征：CBERS采用三軸定向，近極地、準(zhǔn)圓形、與太陽同步，可重復(fù)，中等高度的軌道衛(wèi)星。2、CBERS的空間和光譜特性傳感器類型波段號 波段范圍地面分辨率地面掃描寬度CCD機(jī)1藍(lán)光譜段：0.45-0.51um 19.5 1132綠光譜段：0.52-0.59um3紅光譜段：0.63-0.69um4近紅外譜段：0.77-0.89um5全色譜段：0.45=0.73um紅外多光譜掃描儀（IR-MSS）6可見光-近紅外譜段：0.5-0.

37、9um80m（MSS）160（熱紅外） 1207短波紅外譜段;1.55-1.75um8短波紅外譜段：2.08-2.35um9熱紅外譜段;l0.5-12.5um寬市場相機(jī)（WFI）10可見光譜段：0.63-0.69um 256m 89011近紅外譜段：0.77-0.89um 第六章 遙感圖像處理遙感技術(shù)的目的是為了獲得地物的幾何屬性和物理屬性。原始的遙感圖像并不能地提供實(shí)現(xiàn)這個目的所需的準(zhǔn)確而完備的條件。為了實(shí)現(xiàn)這個目的，原始遙感影像需要經(jīng)過圖像處理，來消除成像過程中的誤差，改善圖像質(zhì)量。遙感圖像處理的內(nèi)容包括：圖像復(fù)原、圖像增強(qiáng)和圖像分類。§6.1數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概述1、遙感數(shù)字圖像

38、處理的特點(diǎn)：（1） 與一般圖像處理的特點(diǎn)：a.數(shù)據(jù)和運(yùn)算量大。 b.圖像進(jìn)出外部設(shè)備復(fù)雜。 c.多終端多用戶。 d.軟件系統(tǒng)龐大。（2） 與目視解譯和光學(xué)處理比較的特點(diǎn)：a.圖像的準(zhǔn)確性。 b.處理的靈活性。 c.有利于長期儲存，反復(fù)使用。2、遙感數(shù)字圖像處理過程（1） 數(shù)據(jù)輸入；（2） 校正處理；（3） 變換處理；（4） 分類處理；（5） 結(jié)果輸出。§6.2數(shù)字圖像的校正1、 遙感圖像的幾何校正:校正遙感圖像成像過程中所造成的各種幾何畸變稱為幾何校正。A、影響圖像幾何畸變的因素主要包括：（ 1 ）遙感器的內(nèi)部畸變：由遙感器結(jié)構(gòu)引起的畸變，如遙感器掃描運(yùn)動中的非直線性等。 （ 2 ）

39、遙感平臺的運(yùn)行狀態(tài)：包括由于平臺的高度變化、速度變化、軌道偏移及姿態(tài)變化引起的圖像畸變。 （ 3 ）地球本身對遙感圖像的影響：包括地球的自轉(zhuǎn)、高程的變化、地球曲率等引起的圖像畸變。 B、圖像幾何糾正一般包括兩個方面：（1） 圖像像元空間位置的變換。（2） 像元灰度值的內(nèi)插。C、幾何矯正的具體步驟： 第一步是構(gòu)建一個模擬幾何畸變的數(shù)學(xué)模型，以建立原始畸變圖像空間與標(biāo)準(zhǔn)圖像空間的某種對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)不同圖像空間中像元位置的變換； 第二步是利用這種對應(yīng)關(guān)系把原始畸變圖像空間中全部像素變換到標(biāo)準(zhǔn)圖像空間中的對應(yīng)位置上，完成標(biāo)準(zhǔn)圖像空間中每一像元亮度值的計算。 2、遙感圖像的輻射校正針對遙感圖像輻射失真或

40、輻射畸變進(jìn)行的圖象校正。由于這種校正是通過糾正輻射亮度的辦法來實(shí)現(xiàn)的，因此稱作輻射校正。 A 、造成遙感圖像輻射畸變的因素 (1) 由遙感器的靈敏度特性引起的輻射失真(2) 太陽高度及地形引起的輻射失真 B 、輻射校正的方法 總的來說，輻射校正的方法有兩種：一是分析輻射失真的過程，建立輻射失真的數(shù)學(xué)模型，然后對此數(shù)學(xué)模型求逆過程，用此逆過程求得遙感圖像失真前的圖像；二是利用實(shí)地測量的地物的真實(shí)輻射值，尋找實(shí)測值與失真之后的圖像之間的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)關(guān)系，從而得到輻射校正的方法。顯然，第一種校正方法是與失真過程有關(guān)的，第二種校正方法是與失真過程無關(guān)的。 3、大氣校正：為消除由大氣的吸收、散射等引起失真的

41、輻射校正，稱作大氣校正。A、 影響遙感圖像輻射失真的大氣因素 （ 1 ）大氣的消光（吸收和散射） （ 2 ）天空光（大氣散射）照射 （ 3 ）路徑輻射 B、 大氣校正方法 常用的大氣校正方法有兩類。一類為基于理論模型的方法，該方法必須建立大氣輻射傳遞方程，在此基礎(chǔ)上近似地求解。另一類方法為基于經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計的方法，如回歸分析方法。 利用大氣輻射傳輸方程來建立大氣校正模型在理論上是可行的。實(shí)現(xiàn)精確的大氣校正，必須找到每個波段像元亮度值和地物反射率的關(guān)系。這需要知道模型中成像時刻氣溶膠的密度、水汽的濃度等大氣參數(shù)。在現(xiàn)實(shí)中，一般很難得到這些數(shù)據(jù)，需要專門的觀測來準(zhǔn)確地測量這些數(shù)據(jù)，因此其方法應(yīng)用受到一

42、定限制。 §6.3遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)是為了突出圖像中的某些信息（如強(qiáng)化圖像高頻分量，可使圖像中物體輪廓清晰、細(xì)節(jié)明顯），同時抑制或去除某些不需要的信息來提高遙感圖像質(zhì)量的處理方法。1、反差增強(qiáng)：又稱對比度增強(qiáng)，是一種點(diǎn)處理方法，通過對像元亮度值（又稱灰度級或灰度值）的變換來實(shí)現(xiàn)。是圖像增強(qiáng)的常用方法之一。反差增強(qiáng)：通過對單張影像的像元（x，y）的灰度值f（x，y）進(jìn)行變換處理，得到各像元點(diǎn)新的灰度值g（x，y），擴(kuò)展圖像的灰度范圍，以增大亮度差異，突出影像的細(xì)微結(jié)構(gòu)和灰度差異，提高影像的分辨能力。2、密度分割：密度分割是一種用于影像密度分層顯示的彩色增強(qiáng)技術(shù)。原理是將具有連續(xù)色

43、調(diào)的單色影像按一定密度范圍分割成若干等級，經(jīng)分層設(shè)色顯示出一種新彩色影像。密度分割的具體方法;找出遙感數(shù)字圖像中的最大亮度值和最小亮度值，在該亮度范圍內(nèi)定出要分的級數(shù)和每級分割點(diǎn)的值，根據(jù)各像元點(diǎn)的亮度值的大小確定其屬于哪一級或哪一類，并用指定的符號或顏色表示，就實(shí)現(xiàn)了密度分割。§6.4多光譜圖像增強(qiáng)處理1、代數(shù)運(yùn)算代數(shù)運(yùn)算的本質(zhì)是對兩幅（或兩幅以上）的多光譜圖像的相應(yīng)像元進(jìn)行加減乘除等四則運(yùn)算，生成一幅新的圖像。包括：差值運(yùn)算：比值運(yùn)算。2、變換處理在實(shí)際進(jìn)行圖像處理計算時，通過函數(shù)變換，將不同波段或時相的圖像進(jìn)行一定的組合，這樣的波段組合稱為圖像變換處理。3、彩色增強(qiáng)人的視覺對彩

44、色的分辨能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對灰度的分辨能力，通常人眼能分辨的灰度有十幾個等級，但可以分辨 100 多種彩色層次。彩色增強(qiáng)就是根據(jù)人的視覺特點(diǎn)，將彩色用于圖像增強(qiáng)之中，這是提高遙感圖像目標(biāo)識別精度的一種有效方法。 彩色合成增強(qiáng)是將多波段黑白圖像變換為彩色圖像的增強(qiáng)處理技術(shù)。根據(jù)合成影像的彩色與實(shí)際景物自然彩色的關(guān)系，彩色合成分為真彩色合成和假彩色合成兩種。真彩色合成是指合成后的彩色圖像上地物色彩與實(shí)際地物色彩接近或一致，假彩色合成是指合成后的彩色圖像上地物色彩與實(shí)際地物色彩不一致，通過彩色合成增強(qiáng)，可以從圖像背景中突出目標(biāo)地物，便于遙感圖像判讀。§6.5遙感圖像分類1、監(jiān)督分類監(jiān)督分類包括利

45、用訓(xùn)練區(qū)分樣本建立判別函數(shù)的"學(xué)習(xí)"過程和把待分像元代入判別函數(shù)進(jìn)行判別的過程。監(jiān)督分類中常用的分類方法；（1） 最小距離法 是以特征空間中的距離作為像元分類的依據(jù)，包括最小距離判別法和最近領(lǐng)域分類法。（2） 多級切割法。（3） 特征曲線窗口法。（4） 最大似然法。2、非監(jiān)督分類非監(jiān)督分類的前提是假定遙感影像上銅累物體在同樣條件下具有相同的光譜信息特征。非監(jiān)督分類的方法：(1) 分級集群法。(2) 動態(tài)聚類法。第7章 遙感數(shù)字圖像的分析解譯§7.1遙感圖像的解譯原理圖像解譯：是指從圖像獲取信息的基本過程，即根據(jù)各專業(yè)的要求，借助各種技術(shù)手段和方法對遙感圖像進(jìn)行綜合

46、分析、比較、推理和判斷，識別出所需要的地物或測算出某種數(shù)量指標(biāo)的過程。遙感信息的解譯方法有多種，根據(jù)信息的特征，可分為定性解譯和定量解譯；根據(jù)解譯的技術(shù)和方法，可分為目視解譯和自動化解譯；根據(jù)解譯內(nèi)容，可分為一般 解譯和專題解譯等。其中最基本的解譯方法是目視解譯。§7.2遙感影像的解譯標(biāo)志遙感攝影像片解譯標(biāo)志又稱判讀標(biāo)志，它指能夠反映和表現(xiàn)目標(biāo)地物信息的遙感影像各種特征，這些特征能幫助判讀者識別遙感圖像上目標(biāo)地物或現(xiàn)象。解譯標(biāo)志分為直接解譯標(biāo)志和間接解譯標(biāo)志。1、直接判讀標(biāo)志：是指能夠直接反映和表現(xiàn)目標(biāo)地物信息的遙感圖像各種特征，它包括遙感攝影像片上的色調(diào)、色彩、形狀、陰影、紋理、大小、圖型等，解譯者利用直接解譯標(biāo)志可以直接識別遙感像片上的目標(biāo)地物。 2、間接解譯標(biāo)志：是指航空像片上能夠間接反映和表現(xiàn)目標(biāo)地物的特征，借助間接解譯標(biāo)志可以推斷與某地物的屬性相關(guān)的其他現(xiàn)象。遙感攝影像片上經(jīng)常用到的間接解譯標(biāo)志有： 與目標(biāo)地物成因相關(guān)的指示特征。例如，像片上呈線狀延伸的陡