一-遙感基礎(chǔ)(精簡)課件

1、遙感地質(zhì)學(xué)資源學(xué)院數(shù)地所1遙感地質(zhì)學(xué)資源學(xué)院數(shù)地所1參考資料2參考資料2主要內(nèi)容一 遙感圖像處理二地質(zhì)解譯標(biāo)志與遙感圖像地學(xué)分析方法三遙感圖像地貌解譯及其應(yīng)用四遙感巖性解譯與編圖五遙感構(gòu)造解譯與編圖3主要內(nèi)容一 遙感圖像處理二地質(zhì)解譯標(biāo)志與遙感圖像1 遙感圖像處理遙感地質(zhì)學(xué)研究方法遙感物理基礎(chǔ)遙感圖像類型與特性遙感圖像處理方法41 遙感圖像處理遙感地質(zhì)學(xué)研究方法41.1 研究方法遙感地質(zhì)學(xué)使用的方法，涉及地物波譜測試方法、數(shù)理統(tǒng)計、模擬試驗、模式識別、數(shù)字圖像處理、GIS、GPS及地學(xué)（包括地質(zhì)、地理、地貌，地圖學(xué)等）的有關(guān)研究分析方法等。51.1 研究方法遙感地質(zhì)學(xué)使用的方法，涉及地物波譜測

2、試方法圖 1 .1 遙感地質(zhì)工作流程圖6圖 1 .1 遙感地質(zhì)工作流程圖61.2 遙感物理基礎(chǔ)電磁波譜與電磁輻射太陽輻射及大氣對輻射的影響地球的輻射與地物波譜71.2 遙感物理基礎(chǔ)電磁波譜與電磁輻射7一 電磁波譜與電磁輻射1 電磁波電磁波是指在真空或物質(zhì)中通過傳播電磁場的振動而傳輸電磁能量的波。 當(dāng)電磁振蕩進(jìn)入空間時，變化的磁場激發(fā)了渦旋電場，變化的電場激發(fā)了渦旋磁場，使電磁振蕩在空間傳播，形成電磁波，也稱電磁輻射.在真空以光速傳播電磁輻射具有波粒二象性 8一 電磁波譜與電磁輻射1 電磁波8一 電磁波譜與電磁輻射2 電磁波譜 按照電磁波在真空中傳播的波長或頻率遞增或遞減排列形成的一個連續(xù)譜帶（

3、圖1.2)。 電磁波的波段從波長短的一側(cè)開始，依次為： 射線X射線紫外線可見光紅外線無線電波。 9一 電磁波譜與電磁輻射2 電磁波譜9圖 1.2 電磁波譜10圖 1.2 電磁波譜102.電磁波譜 目前，遙感所使用的電磁波的波段有：紫外線：波長范圍為0.010.38m，太陽光譜中，只有0.30.38m波長的光到達(dá)地面，對油污染敏感，但探測高度在2000 m以下。可見光：波長范圍為0.380.76m，人眼對可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。紅外線：波長范圍為0.761000m，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。微波：波長范圍為1 mm1 m，穿透性好，不受云霧的影響。一

4、電磁波譜與電磁輻射112.電磁波譜一 電磁波譜與電磁輻射11一 電磁波譜與電磁輻射3 電磁輻射的度量輻射能量（W）：電磁輻射的能量，單位：J輻射通量（）：單位時間內(nèi)通過某一面積的輻射能量，=dw/dt，單位是w輻射通量密度（E）：單位時間通過單位面積上的輻射能量，E=d /ds，單位：w/m2，S為面積輻照度（I）：被輻射物體表面單位面積上的輻射通量，I=E=d /ds，單位：w/m2，S為面積輻射出射度（M ）：輻射源物體表面單位面積上的輻射通量，M=E=d /ds，單位：w/m2，S為面積輻射亮度(L): 輻射源在某一方向，單位投影表面，單位立體角內(nèi)的輻射通量。12一 電磁波譜與電磁輻射3

5、 電磁輻射的度量12一 電磁波譜與電磁輻射4 絕對黑體及輻射規(guī)律對任何波長的電磁輻射全部吸收的物體。黑體吸收系數(shù)（，T）=100%黑體反射系數(shù)（，T）=0%普朗克公式斯忒藩-玻爾茲曼定律維恩位移定律自然界中黑體輻射是不存在，一般地物輻射能量總要比黑體輻射能量小。如果利用黑體輻射有關(guān)公式，則需要增加一個因子，那就是發(fā)射率（比輻射率）。依據(jù)發(fā)射率與波長的關(guān)系，將地物分為三種類型：黑體、灰體、選擇性發(fā)射體。13一 電磁波譜與電磁輻射4 絕對黑體及輻射規(guī)律13二 太陽輻射及大氣對輻射的影響太陽是被動遙感主要的輻射源，又叫太陽光。1 太陽輻射 太陽的光譜通常指光球產(chǎn)生的光譜，光球發(fā)射的能量集中在可見光波

6、段（圖1.3)。圖1.3 太陽輻照度分布曲線14二 太陽輻射及大氣對輻射的影響太陽是被動遙感主要的輻射源，又二 太陽輻射及大氣對輻射的影響大氣吸收減弱大氣散射減弱云層反射減弱大氣折射變向地物吸收減弱傳感器太陽輻射地物地物漫反射減弱地物鏡面反射減弱2 大氣對輻射的影響15二 太陽輻射及大氣對輻射的影響大氣吸收減弱大氣散射減弱云層反二 太陽輻射及大氣對輻射的影響3 大氣窗口電磁波通過大氣層時較少被反射，吸收和散射的，透射率較高的波段稱為大氣窗口。大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外可見光近紅外0.31.3 m90TM1-4、SPOT的HRV近紅外1.51.8 m80TM5近-中紅外2.03.5 m8

7、0TM7中紅外3.55.5 m3.4-4.2m為90%4.6-4.9m為 50-60%NOAA的AVHRR遠(yuǎn)紅外814 m6070TM6微波0.82.5cm100Radarsat16二 太陽輻射及大氣對輻射的影響3 大氣窗口大氣窗口波段透射率三 地球的輻射與地物波譜圖1.5 太陽與地表輻射的電磁波譜17三 地球的輻射與地物波譜圖1.5 太陽與地表輻射的電磁波譜1三 地球的輻射與地物波譜1 地球的輻射源在0.32.5m波段（主要在可見光和近紅外波段），地表以反射太陽輻射為主，地球自身的輻射可以忽略。即在該波段范圍內(nèi)，對地觀測遙感主要以太陽的短波輻射對地表進(jìn)行探測和成像。在2.56.0m波段（主要

8、在中紅外波段），地表反射太陽輻射和地球自身的熱輻射均為被動遙感的輻射源。在6.0m以上的熱紅外波段，以地球自身的熱輻射為主，地表反射太陽輻射可以忽略。18三 地球的輻射與地物波譜1 地球的輻射源18三 地球的輻射與地物波譜2 地物波譜地物波譜：地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波長改變而變化的規(guī)律，稱為地表物體波譜，簡稱地物波譜。地物波譜特性是電磁輻射與地物相互作用的一種表現(xiàn)。地物波譜的作用：不同類型的地物，其電磁波響應(yīng)的特性不同，因此地物波譜特征是遙感識別地物的基礎(chǔ)。不同電磁波段中地物波譜特性地物反射波譜：是研究可見光至近紅外波段上地物反射率隨波長的變化規(guī)律。可見光和近紅外波段：主要表現(xiàn)地物反射作用

9、和地物的吸收作用。熱紅外波段：主要表現(xiàn)地物熱輻射作用。微波波段：主動遙感利用地物后向散射；被動遙感利用地物微波輻射。地物反射波譜曲線除隨不同地物(反射率)不同外，同種地物在不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件下形態(tài)表現(xiàn)(反射率)也不同。一般來說，地物反射率隨波長變化有規(guī)律可循，從而為遙感影像的判讀提供依據(jù)。19三 地球的輻射與地物波譜2 地物波譜可見光和近紅外波段：主要植物的光譜曲線葉綠素吸收水分吸收葉片色素細(xì)胞結(jié)構(gòu)含水量控制葉片反射率的主要因素主要吸收帶20植物的光譜曲線葉綠素吸收水分吸收葉片色素細(xì)胞結(jié)構(gòu)含水量控制葉不同植被類型的光譜曲線比較識別植被的理想波段21不同植被類型的光譜曲線比較識別植被的理想波

10、段21三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線22三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線22葉綠素含量不同時水體的光譜曲線23葉綠素含量不同時水體的光譜曲線23巖石的光譜曲線24巖石的光譜曲線241.3 遙感圖像類型與特性遙感平臺攝影成像掃描成像微波遙感與成像遙感圖像的特征251.3 遙感圖像類型與特性遙感平臺25一 遙感平臺遙感平臺（platform）是搭載傳感器的工具。根據(jù)運載工具的類型劃分：航天平臺150km以上 衛(wèi)星、宇宙飛船航空平臺100m至十余 公里飛機、飛船、氣球地面平臺050m 車、船、塔26一 遙感平臺遙感平臺（platform）是搭載傳感器的工具。二 攝影成像定義：攝影是通過

11、成像設(shè)備獲取物體影像的技術(shù)。傳統(tǒng)攝影：依靠光學(xué)鏡頭及放置在焦平面的感光膠片來記錄物體影像。數(shù)字?jǐn)z影：通過放置在焦平面的光敏元件，經(jīng)光/電轉(zhuǎn)換，以數(shù)字信號來記錄物體的影像。依據(jù)探測波段近紫外攝影可見光攝影紅外攝影多光譜攝影27二 攝影成像定義：攝影是通過成像設(shè)備獲取物體影像的技術(shù)。27三 掃描成像掃描成像是依靠探測元件和掃描鏡對目標(biāo)地物以瞬時視場為單位進(jìn)行的逐點、逐行取樣，以得到目標(biāo)地物電磁輻射特性信息，形成一定譜段的圖像。光機掃描儀固體掃描儀成像光譜儀28三 掃描成像掃描成像是依靠探測元件和掃描鏡對目標(biāo)地物以瞬時視總 結(jié)攝影成像掃描成像波譜范圍光譜分辨率多光譜獲取方式數(shù)據(jù)記錄方式投影方式可見光

12、+近紅外相對低多個鏡頭膠片、數(shù)字中心投影可見光+近紅外+熱紅外相對高單鏡頭，分光數(shù)字多中心投影29總 結(jié)攝影成像掃描成像波譜范圍可見光+近紅外可見光+近紅四 微波遙感與成像側(cè)視雷達(dá)是在飛機或衛(wèi)星平臺上由傳感器向與飛行方向垂直的側(cè)面，發(fā)射一個窄的波束，覆蓋地面上這一側(cè)面的一個條帶，然后接收在這一條帶上地物的反射波，從而形成一個圖像帶。隨著飛行器前進(jìn)，不斷地發(fā)射這種脈沖波束，又不斷地接收回波，從而形成一幅一幅的雷達(dá)圖像。雷達(dá)成像的基本條件：雷達(dá)發(fā)射的波束照在目標(biāo)不同部位時，要有時間先后差異，這樣從目標(biāo)反射的回波也同時出現(xiàn)時間差，才有可能區(qū)分目標(biāo)的不同部位。合成孔徑雷達(dá)與側(cè)視雷達(dá)類似，也是在飛機或衛(wèi)

13、星平臺上由傳感器向與飛行方向垂直的側(cè)面發(fā)射信號。所不同的是將發(fā)射和接收天線分成許多小單元，每一單元發(fā)射和接收信號的時刻不同。由于天線位置不同，記錄的回波相位和強度都不同。目的：提高圖象在飛行方向的分辨率。30四 微波遙感與成像側(cè)視雷達(dá)是在飛機或衛(wèi)星平臺上由傳感器向與飛地形畸變透視收縮（foreshortening）：山上面向雷達(dá)的一面在圖象上被壓縮，這一部分往往表現(xiàn)為較高的亮度；坡底的收縮度比坡頂大；山坡的坡度越大，收縮量越大。疊掩(Layover)：當(dāng)面向雷達(dá)的山坡很陡時，出現(xiàn)山頂比山底更接近雷達(dá)的情況，因此，在圖象的距離方向，山頂和山底的相對位置顛倒；收縮度：坡頂?shù)氖湛s度比坡底大陰影(Sh

14、adow)：當(dāng)后坡坡度較大，雷達(dá)波束不能到達(dá)后坡坡面時，沒有回波信號產(chǎn)生，圖象上出現(xiàn)暗區(qū)31地形畸變透視收縮（foreshortening）：31五 遙感圖像的特征將遙感圖像歸納為三個方面的特征：幾何特征物理特征時間特征這個三方面特征的表現(xiàn)參數(shù)即為：空間分辨率光譜分辨率輻射分辨率時間分辨辨32五 遙感圖像的特征將遙感圖像歸納為三個方面的特征：321.4 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提供實現(xiàn)這個目的所需的準(zhǔn)確而完備的條件。為了實現(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。 遙感圖像處理包括以下幾個階段：圖像

15、的校正（預(yù)處理）圖像的變換圖像的增強圖像的分類所采用的手段有：光學(xué)圖像處理和數(shù)字圖像處理兩種方法。 331.4 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1 光學(xué)圖像處理較成熟的遙感圖像光學(xué)處理方法： 假彩色密度分割光學(xué)彩色合成 反差增強 邊緣增強 比值增強 影像相減(差值法) 光學(xué)變換處理(低、高、帶通濾波、方向濾波) 為了突出某一密度等級的色調(diào)（或相應(yīng)地物），將圖像（或影像）的色調(diào)密度分劃成若干個等級，并用不同的顏色分別表示這不同的密度等級，得到一幅彩色的等密度分割圖像。這一技術(shù)過程就叫作密度分割處理，或簡稱密度分割。適用于輪廓簡單、背景單調(diào)、目標(biāo)特性與影像密度有明確對應(yīng)關(guān)系的地面

16、景況的分析判讀。341 光學(xué)圖像處理較成熟的遙感圖像光學(xué)處理方法： 為了突出某一2 數(shù)字圖像處理圖像校正圖像增強圖像融合圖像分類依據(jù)數(shù)字圖像數(shù)學(xué)特征，構(gòu)造各種數(shù)學(xué)模型和相應(yīng)的算法，由計算機進(jìn)行運算(矩陣變換) 處理，獲得更有利于實際應(yīng)用的輸出圖像及有關(guān)數(shù)據(jù)和資料。352 數(shù)字圖像處理圖像校正依據(jù)數(shù)字圖像數(shù)學(xué)特征，構(gòu)造各種數(shù)學(xué)圖像校正 圖像校正是指從具有畸變的圖像中消除畸變的處理過程。消除輻射量失真的叫輻射量校正，消除幾何畸變的叫幾何校正。 輻射校正由于傳感器響應(yīng)特性和大氣的吸收、散射及其它隨機因素影響，導(dǎo)致圖象模糊失真，造成圖象分辨率和對比度相對下降。這些都需要通過輻射校正復(fù)原.包括： 系統(tǒng)輻

17、射校正、大氣校正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。公式法、回歸分析法、直方圖校正法最鄰近法、雙線性內(nèi)插法、三次卷積法36圖像校正 圖像校正是指從具有畸變的圖像中消除畸變的處圖像增強數(shù)字圖像增強的目的是提高圖像質(zhì)量和突出所需要信息，有利于分析判斷。數(shù)字圖像增強處理方法主要有：對比度增強（灰度增強）、空間濾波、彩色變換、圖像運算和多光譜變換。37圖像增強數(shù)字圖像增強的目的是提高圖像質(zhì)量和突出所需要信息，有圖像的差值運算有利于目標(biāo)與背景反差較小的信息提取:如冰雪覆蓋區(qū)黃土高原區(qū)的界線特征海岸帶的潮汐線等。差值運算還常用于研究同一地區(qū)不同時相的動態(tài)變化。如監(jiān)測森林火災(zāi)發(fā)生

18、前后的變化和計算過火面積；監(jiān)測水災(zāi)發(fā)生前后的水域變化和計算受災(zāi)面積及損失；監(jiān)測城市在不同年份的擴(kuò)展情況及計算侵占農(nóng)田的比例等。 有時為了突出邊緣，也用差值法將兩幅圖像的行、列各移一位，再與原圖像相減，也可起到幾何增強的作用。比值運算兩幅同樣行、列數(shù)的圖像，對應(yīng)像元的亮度值相除(除數(shù)不為0)就是比值運算比值運算可以檢測波段的斜率信息并加以擴(kuò)展，以突出不同波段間地物光譜的差異，提高對比度。差值運算38圖像的差值運算有利于目標(biāo)與背景反差較小的信息提取:比值運算兩比值運算能擴(kuò)大不同地物之間的微小差異，有利于巖石、土壤等波譜差異不太明顯的地物的區(qū)分，也可用于植被類型和分布的研究鐵帽與植被在單波段上不易區(qū)分，而通過MSS5/4、MSS7/5的二維比值分析，就可以明顯區(qū)分出來。突出遙感影像中的植被特征、提取植被類別或估算植被生物量，常用的植被指數(shù)（NDVI）算法近紅外波段紅波段 (近紅外-紅)(近紅外+紅)B5/B4B7/B5鐵帽植被39比值運算能擴(kuò)大不同地物之間的微小差異，有利于巖石、土壤等波譜比值運算消除或減弱地形等環(huán)境因素的影響，如陽坡和陰坡有不同的亮度，但在MSS4/5，TM1/2上，比值卻非常接近，因此消除了地形的影響。TM1 TM2 TM1/240比值運算消除或減弱地形等環(huán)