遙感概論課件：1導(dǎo)論

1、1遙 感 概 論Introduction to Remote Sensing2課程內(nèi)容安排1. 概述（1）2. 電磁輻射基礎(chǔ) （2）3. 光學(xué)基礎(chǔ)（1）4. 傳感器與圖像獲取 （2）5. 航空遙感 （1）6. 航天遙感 （1）7. 微波遙感 （1）8. 圖像校正與增強(qiáng) （3）9. 遙感圖像目視解譯 （1）10. 圖像分類 （1）11. 遙感應(yīng)用 （2）12. 復(fù)習(xí)（1）實(shí)驗（6 ） 數(shù)字圖像處理方法-4 圖像目視解譯 -2 參觀或野外實(shí)踐-1次 3教材及參考書彭望琭主編 遙感概論。高等教育出版社，2002 (暫定教材)梅新安等，遙感導(dǎo)論。高等教育出版社，2002 （2001第一版）Lilles

2、and, T M, Kiefer, R W and Chipman, J W, Remote Sensing and Image Interpretation. 2004, (5th edition), John Wiley & Sons, New York. (目前最新版：第6版，2007年)Campbell, J B, 2002, Introduction to Remote Sensing. The Guilford Press, New York. (2nd edition)Jensen, J R, Remote Sensing of the Environment: An earth

3、 resource perspective. Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey. 2006. (2nd edition) (1st edition, 2000)CCRS Fundamentals of remote sensing:http:/www.ccrs.nrcan.gc.ca/resource/tutor/fundam/index_e.php （有PDF版可下載）NASA remote sensing tutorial: /Front/tofc.html4課件將放在FTP上課程要求：要求記筆記（taking notes）課后閱讀

4、有關(guān)文獻(xiàn)完成課后練習(xí)作業(yè)多進(jìn)行實(shí)際操作練習(xí)每人演講5-10分鐘（課堂，臨近期末）成績評定：平時（20%）+ 期末考試（80%）5遙感概述 概念 遙感過程及要素 遙感特點(diǎn) 發(fā)展簡史 中國遙感事業(yè)發(fā)展 發(fā)展趨勢 需解決的問題6MODIS圖象 （Bands 6-2-1）（250m）夜晚燈光數(shù)據(jù)（DMSP OLS）8SPOT 5圖象（10米）9IKONOS彩色融合（4m+1m）10世貿(mào)中心2001.6.30(IKONOS)11世貿(mào)中心2001.9.12(IKONOS)12北大校園圖像（2001.8）(IKONOS)13Quickbird14公主墳橋，QUICKBIRD15新樓盤竣工QUICKBIRD1

5、6天安門廣場QUICKBIRD17Banda Aceh (印尼班達(dá)海) from QuickBird6/24/04東南亞海嘯地震前18Banda Aceh from QuickBird12/28/04東南亞海嘯地震后19“遙感”一詞來自英語Remote Sensing，即“遙遠(yuǎn)的感知”。廣義理解，泛指一切無接觸的遠(yuǎn)距離探測，包括對電磁場、力場、機(jī)械波(聲波、地震波)等的探測。實(shí)際工作中，重力、磁力、聲波、地震波等的探測被劃為物探(物理探測)的范疇。因而，只有電磁波探測屬于遙感的范疇。狹義的遙感：遙感是應(yīng)用探測儀器，不與探測目標(biāo)相接觸，從遠(yuǎn)處把目標(biāo)的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征

6、性質(zhì)及其變化的科學(xué)及綜合性探測技術(shù)。遙感的概念20基本原理實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，每種物質(zhì)作為其固有的性質(zhì)都會反射、吸收、透射及輻射電磁波。植物的葉子顯示出綠色：葉子中的葉綠素對太陽光中的藍(lán)色及紅色波長的光強(qiáng)烈吸收，而對綠色波長的光強(qiáng)烈反射。物體對電磁波所固有的波長特征(吸收、反射等)光譜特性（Spectral characteristics）物體由于種類和環(huán)境條件不同而具有反射或輻射不同波長的電磁波的特性。遙感就是根據(jù)這個原理來探測目標(biāo)對象反射和發(fā)射的電磁波，獲取目標(biāo)信息，完成遠(yuǎn)距離識別物體的技術(shù)。21不同地物的反射光譜曲線：植被、水體、干的土壤22Remote sensing is the scienc

7、e (and to some extent, art) of acquiring information about the Earths surface without actually being in contact with it. This is done by sensing and recording reflected or emitted energy and processing, analyzing, and applying that information. (Canadian Center for Remote Sensing) 遙感是無需接觸地球表面而獲取其信息的

8、科學(xué)（或藝術(shù)），它是通過感知和記錄反射或發(fā)射（電磁波）能量，并處理、分析和應(yīng)用所獲取的信息。 綜合技術(shù)遙感：科學(xué)？技術(shù)？23ASPRS adopted a combined formal definition of photogrammetry and remote sensing as (Colwell, 1997):“the art, science, and technology of obtaining reliable information about physical objects and the environment, through the process of reco

9、rding, measuring and interpreting imagery and digital representations of energy patterns derived from noncontact sensor systems”.Jensen, 2000遙感（Remote Sensing）ASPRS：American Society for Photogrammetry and Remote Sensing 美國攝影測量與遙感協(xié)會ISPRS: International Society for Photogrammetry and Remote Sensing 國際

10、攝影測量與遙感協(xié)會24遙感過程及要素遙感過程及要素傳感器及遙感平臺遙感衛(wèi)星地面站遙感的分類遙感是如何實(shí)現(xiàn)的？25A: 能量來源：電磁能量（Energy Source or Illumination）B：輻射與大氣 （Radiation and the Atmosphere ）C：與目標(biāo)的作用 （Interaction with the Target ）D：記錄電磁輻射（傳感器/平臺）（Recording of Energy by the Sensor ）E：傳輸、接收與處理（Transmission, Reception, and Processing ）（地面站）F：解釋與分析 （Inter

11、pretation and Analysis ）G：應(yīng)用 （Application ）1）遙感過程的要素26關(guān)鍵系統(tǒng)：（技術(shù)系統(tǒng)）傳感器平臺地面接收站272）傳感器（remote sensor）（遙感器）： 接收從目標(biāo)中反射或發(fā)射來的電磁波的裝置 如照相機(jī)、掃描儀遙感中使用的傳感器類型：成像傳感器攝影傳感器掃描成像傳感器雷達(dá)成像傳感器非成像傳感器283）遙感平臺（remote platform）： 搭載遙感傳感器的載體 如地面三角架、遙感車、氣球、航天飛機(jī)、人造地球衛(wèi)星等按高度分： 近地平臺、航空平臺、航天平臺 可單獨(dú)使用，或配合使用，組成多層次立體觀測系統(tǒng)29Jensen, 2004A re

12、mote sensing instrument collects information about an object or phenomenon within the instantaneous-field-of-view (IFOV) of the sensor system without being in direct physical contact with it. The sensor is located on a suborbital or satellite platform.航天與航空平臺30各種遙感平臺示意圖314）遙感衛(wèi)星地面站（Satellite Ground S

13、tation） 復(fù)雜的高技術(shù)系統(tǒng)， 其任務(wù)：接收、處理、存檔和分發(fā)各類遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并進(jìn)行衛(wèi)星接收方式、數(shù)據(jù)處理方法及相關(guān)技術(shù)的研究，其生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)包括接收站、數(shù)據(jù)處理中心和光學(xué)處理中心（1）數(shù)據(jù)的傳送和接收跟蹤衛(wèi)星、傳送接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)。覆蓋區(qū)：直接實(shí)時傳送非覆蓋區(qū)：通過數(shù)據(jù)記錄器、跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星32遙感衛(wèi)星地面站（2）數(shù)據(jù)加工與處理 進(jìn)行復(fù)雜的輻射校正及幾何校正處理，消除畸變，恢復(fù)圖像，提供給用戶使用。 光學(xué)處理中心：膠片和相片沖洗設(shè)備、彩色合成設(shè)備等， 生產(chǎn)各種比例尺圖像產(chǎn)品33衛(wèi)星遙感系統(tǒng)示意圖34中國遙感衛(wèi)星地面站1986年建成地面接收系統(tǒng)：密云數(shù)據(jù)處理中心：三環(huán)，友誼賓館對面接收：

14、LANDSAT系列、SPOT 系列、ERS-1， ERS-2，JERS，RADARSAT、CBERS-1（中巴資源衛(wèi)星）、分發(fā)QUICKBIRD，35 36地面站室外接收天線37地面站室內(nèi)接收儀器38地面站總部395）遙感的分類 分類標(biāo)準(zhǔn)：工作平臺電磁波工作波段傳感器數(shù)據(jù)獲取方法波段寬度和光譜連續(xù)性應(yīng)用領(lǐng)域40遙感的分類按工作平臺： 地面遙感、航空遙感、航天遙感按電磁波工作波段： 紫外遙感：0.05-0.38m 可見光遙感：0.38-0.76 m 紅外遙感：0.76-1000 m （光學(xué)遙感） 微波遙感：1mm-10m41遙感的分類按傳感器工作原理 主動遙感（active remote sen

15、sing）： 傳感器從遙感平臺主動發(fā)射出能源，然后接收目標(biāo)反射或輻射回來的電磁波 如微波遙感中的側(cè)視雷達(dá)被動遙感（passive remote sensing）： 傳感器不向目標(biāo)發(fā)射電磁波，僅接收目標(biāo)地物反射及輻射外部能源的電磁波，如對太陽輻射的反射和地球輻射 如LANDSAT, SPOT, , 微波輻射計42被動遙感(a, b) 與主動遙感(c)43遙感的分類按獲取方式： 成像遙感：將目標(biāo)電磁輻射轉(zhuǎn)換成可以顯示為圖像的遙感數(shù)據(jù)； 非成像遙感：將目標(biāo)電磁輻射數(shù)據(jù)輸出或記錄在磁帶上而不產(chǎn)生圖像。按波段寬度和連續(xù)性： 寬波段遙感（常規(guī)遙感）：波段寬度一般大于100nm，且波段不連續(xù); 高光譜遙感：

16、利用很多狹窄的電磁波波段（波段寬度通常小于10nm）產(chǎn)生光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù) 44遙感的分類按應(yīng)用領(lǐng)域： 環(huán)境遙感、城市遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、海洋遙感、地質(zhì)遙感、氣象遙感、軍事遙感、考古遙感45遙感的特點(diǎn)宏觀觀測，大范圍獲取數(shù)據(jù)資料 LANDSAT 185*185公里 SPOT 60*60公里動態(tài)監(jiān)測，快速更新監(jiān)控范圍數(shù)據(jù) LANDSAT 16天，NOAA每天兩次技術(shù)手段多樣，可獲取海量數(shù)據(jù) 不同波段、傳感器、分辨率；1景TM（7波段）270MB，覆蓋全國：135GB數(shù)據(jù)的綜合性和可比性 綜合信息， 傳感器和信息記錄向下兼容應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，經(jīng)濟(jì)效益高LANDSAT 經(jīng)濟(jì)投入與效益比為1：8或更

17、大局限性波段范圍有限，反映的特征 擴(kuò)大了人的視野：波長、覆蓋范圍 不同的視角46遙感發(fā)展簡史最早使用“遙感”一詞的是美國海軍研究局的艾弗林普魯伊特 （女）(Evelyn. L. Pruit,1960)。 Aerial Photography Remote Sensing1961年，在美國國家科學(xué)院（National Academy of Sciences）和國家研究理事會（Nation Research Council）的資助下，于密歇根大學(xué) (University of Michigan) 的威羅蘭 (Willow Run) 實(shí)驗室召開了“環(huán)境遙感國際討論會”，此后，在世界范圍內(nèi)，遙感作為一

18、門新興的獨(dú)立學(xué)科，獲得飛速的發(fā)展。遙感學(xué)科的技術(shù)積累和醞釀卻經(jīng)歷了幾百年的歷史和發(fā)展階段。 47遙感發(fā)展階段1 無記錄的地面遙感階段（1608-1838年） 望遠(yuǎn)鏡2 有記錄的地面遙感階段（1839-1857年） 攝影技術(shù)的發(fā)明，并與望遠(yuǎn)鏡相結(jié)合為遠(yuǎn)距離攝影3 空中攝影遙感階段（1858-1956年） 1858 年 ,G.F. 陶納喬（Gaspardd Felix Tournachon）用系留氣球拍攝了法國巴黎的“鳥瞰”像片 一戰(zhàn)、二戰(zhàn)：軍事偵察 航空攝影 微波雷達(dá)、紅外4.航天遙感階段（1957-） 1957.10.4蘇聯(lián)第一顆人造地球衛(wèi)星的發(fā)射成功，標(biāo)志著人類從空間觀測地球和探索宇宙奧秘進(jìn)

19、入了新的紀(jì)元 ； 1959年9月美國發(fā)射的“先驅(qū)者號”探測器拍攝了地球云圖，同年月蘇聯(lián)的“月球號”航天器拍攝了月球背面的照片。真正從航天器上對地球進(jìn)行長期觀測是從 1960 年美國發(fā)射 TIROS 1和 NOAA-1太陽同步氣象衛(wèi)星開始的 48陸地衛(wèi)星(LANDSAT)：1972年第一次系統(tǒng)地重復(fù)觀測地球表面(主要是陸地)創(chuàng)造了機(jī)會：迅速、廣泛地發(fā)展遙感數(shù)字分析: 模擬、數(shù)字圖像作為一個典范：開發(fā)其它的對地觀測衛(wèi)星1980年代NASA JPL（Jet Propulsin Laboratory）開發(fā)高光譜遙感儀器（成像光譜儀）SAR 平臺、傳感器、信息處理（包括軟件）、應(yīng)用遙感發(fā)展階段Camer

20、a Sensor Systems One of the first cameras produced by Louis Daguerre in France.最早的照相機(jī)之一First Aerial Photograph The first known aerial photograph was obtained by Gaspard Felix Tournachon (Nadar) from a tethered balloon 1,700-ft. above Paris, France in 1858. 第一張航空相片Balloon Intrepid Intrepid tethered d

21、uring the Civil War battle of Fair Oaks on June 1, 1862. Balloon Photography Oblique aerial photograph of downtown Boston obtained by Samuel A. King and J. W. Black from a balloon at an altitude of 1,200 ft. on October 13, 1860. First aerial photograph taken from a captive balloon in the United Stat

22、es. 53Curtiss AH-13 Pilot and aerial photographer with a Graflex aerial reconnaissance camera in 1915.54 In 1903, Julius Neubronner patented a breast-mounted camera for carrier pigeons that weighed only 70 grams. A squadron of pigeons is equipped with light-weight 70-mm aerial cameras.Pigeons55 Oblique aerial photograph of a European