遥感基本概念

遥感的定义

遥感平台

地面平台、航空平台、航天平台

传感器/遥感器

接收、记录目标物反射或发射电磁波特征的仪器。如扫描仪、雷达、摄影机、摄像机、辐射计

遥感技术系统

遥感的分类

  1. 按照遥感的工作平台分类

    地面遥感、航空遥感、航天遥感

  2. 按照探测电磁波的工作波段分类

    紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感

  3. 按照遥感应用的目的分类

    外层空间遥感、大气、陆地、海洋遥感

  4. 按照资料的记录方式

    成像方式、非成像方式

  5. 按照传感器工作方式分类

    主动遥感、被动遥感

  • 主动遥感

    传感器本身主动发射人工探测信号，这些信息与目标对象相互作用后一部分被反射回来，又被传感器所接收，依靠这种信息进行的遥感是主动遥感

  • 被动遥感

    传感器本身不发射任何人工探测信号，只能被动地接收从目标对象返回的电磁波信息进行遥感

  1. 按应用领域分类

    资源遥感、环境遥感、林业遥感、渔业遥感、城市遥感、农业遥感、水利遥感、地质遥感、军事遥感

  2. 按资源类型分类

    土地资源、矿产资源、生物资源、海洋资源、水资源

遥感的特点

大面积同步观测、时效性与动态性、多波段性、综合性与可比性、经济性、局限性

遥感的主要任务

电磁波与电磁波谱

  1. 电磁波(横波)

  • 波动性

    干涉、衍射、偏振

  • 粒子性

  1. 电磁波谱

电磁波谱图

物体的发射辐射

黑体辐射

  1. 绝对黑体

对任何波长的电磁辐射全部吸收的物体。即对任何波长的辐射，反射率和透射率都等于0。也叫完全辐射体

一个不透明的物体对入射到它什么的电磁波只有吸收和反射作用，且此物体的光谱吸收率与光谱反射率之和恒等于1

  1. 黑体辐射定律

    1. 辐射通量密度随温度增加而迅速增加，每条曲线只有一个最大值

      红外装置测定温度的理论基础

    2. 随着温度的升高，辐射峰值波长向短波方向移动

      维恩位移定律，常用于选择传感器和最佳的遥感波段

    3. 温度越高辐射通量密度也越高，每条曲线彼此不相交

    4. 黑体微波波段的辐射亮度与温度成正比，与波长的平方成反比

太阳辐射对大气对辐射影响

太阳辐射

太阳常数

指不受不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂 直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间黑体所接收 的太阳辐射能量

太阳光谱

  • 太阳辐射的光谱是连续的
  • 太阳辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本一致
  • 从近紫外到中红外这一波段区间能力最集中而且相对稳定；被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射
  • 在X射线、射线、远紫外及微波波段，能量小，变化大
  • 大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射

大气对辐射的影响

  1. 散射、吸收
  • 大气散射集中在太阳辐射的可见光波段，太阳辐射衰减主要原因
  • 大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡，由于大气对紫外线有很强的吸收作用，遥感很少用到紫外波段
  1. 瑞利散射
  • 大气中粒子的直径远小于入射电磁波波长
  • 瑞利散射对可见光影响较大，对红外辐射的影响较小，对微波的影响可以不计(多波段不使用蓝紫光原因)
  • 主要发生在可见光和近红外波段
  1. 米氏散射

  • 大气中不均匀颗粒直径与入射波长同数量级

  • 云、雾的粒子大小与红外线的波长接近

  1. 均匀散射
  • 不均匀颗粒直径远远大于入射波长

大气窗口

大气窗口是指通过大气后衰减较小，透过率较高的电磁辐射波段

大气屏障是指透过率很小，甚至完全无法透过电磁波的波段

一般物体的发射辐射

  1. 发射辐射

自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体低。发射率就是实际物体与同温度的黑体相同条件下辐射功率之比

依据光谱发射率随波长的变化形式，将实际物体分为两类：一类是选择性辐射体，在各波长的光谱发射率不同；另一类是灰体，在各波长处的光谱发射率相等

按照发射率与波长的关系，可把地物分为

  • 黑体或绝对黑体：发射率为1，常数
  • 灰体，发射率小于1，常数
  • 选择性辐射体，发射率小于1，且随波长而变化
  • 理想反射体(绝对白体)：发射率为0
  1. 基尔霍夫定律

在一定温度下，物体的辐射出射度和吸收率 之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温 度下同面积黑体的辐射出射度

> 该式说明任何物体的**发射率=吸收率**；吸收率越大，发射率也越大。如果不吸收某些波长的电磁波，也不发射该波长的电磁波
  1. 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），还与波长有关

地物的反射辐射

地物的反射类别

镜面反射、漫反射、方向反射

反射率与反射波谱

  1. 反射率

反射率是物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。不同地物反射率不同，与物体本身的性质、入射波长、入射角度有关

  1. 反射波谱

地物的反射率随入射波长变化的规律

反射波谱特性曲线：以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线

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

反射特性曲线应用

同一地物的反射波谱特性

地物的光谱特性一般随时间季节变化，这称之为时间效应；不同地理区域的同种地物具有不同的光谱响应，这称之为空间效应

不同地物的反射波谱特性
  1. 道路、建筑物

  1. 水体

水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很 强，特别到了近红外波段,吸收就更强。水中不同物质的含量影响水体的波谱曲线

  1. 土壤

土壤反射波谱曲线呈比 较平滑的特征，没有明显的峰值和谷值。土壤中的含水量和组分浓度影响土壤的波谱曲线

  1. 植被

影响地物反射波谱的因素

除地物本身的因素外，以下因素会影响地物反射波谱曲线

  • 太阳位置：太阳高度角与方位角
  • 传感器位置：观测角与方位角
  • 不同的地理位置：海拔高度、地理景观
  • 大气状况
  • 季节、气候变化

地物波谱特性

地物波谱也称地物光谱。地物波谱特性是指各种地物各自所具有的电磁波特性(发射辐射、反射辐射)

遥感图像的三大信息内容

波谱信息、空间信息、时间信息

测量地物的反射波谱特性曲线作用

  • 选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据
  • 外业测量中，是选择合适的飞行时间的基础资料
  • 有效进行遥感图像数字处理的前提之一，是用户判断、识别、分析遥感影像的基础