一、 遥感基本概念

遥感(Remote Sensing)——遥远的感知，在未接触物体的情况下获取其特征信息，再经过提取、判定、加工及应用分析的一门综合性技术。

1. 广义的遥感
   遥感泛指一切无接触的远距离探测，包含对电磁场、力场、机械波(声波、地震波)等的探测。

2. 狭义的遥感
   狭义上理解，遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析来揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术

地物光谱特性

一切物体，具有反射或辐射不同波长的电磁波，但是在不同种类和环境，其特性不同，因而就有两种现象，同物异谱和同谱异物。

3S 技术

3S 指的是 GIS、GPS 和 RS 英文合成。

遥感给地理信息提供数据源，遥感得到的信息利用地理信息的方法分析；GPS 在遥感图像的几何校正或者图像解译时野外调查时候提供定位和导航，遥感给 GPS 的导航提供底图数据；地理信息给 GPS 提供数据显示以及路径分析，GPS 给地理信息系统提供位置信息以及导航路线信息等。也就是说，RS 和 GPS 给 GIS 提供数据源，GIS 给 RS 和 GPS 提供分析、共享途径。

瑞利散射

当大气中的原子、分子的直径比波长小很多，这个时候电磁波在大气中发生的散射叫做瑞利散射。这种散射的特点是散射强度与波长的四次方成反比，也就是说波长越长，这种散射越小。这种散射在可见光影响最为明显，尤其是蓝色波段，这个也是天空是蓝色的解释。对于遥感来说，这个散射是不利的，有些传感器为了提高影像的质量，就不设这个波段，如 SPOT 系列、ASTER 传感器等。

大气窗口

把电磁波通过大气层时候较少被反射、吸收或散射的透过率较高的波段叫做大气窗口。传感器的设计就是根据大气窗口来设计波段的。

二、 遥感系统的组成

1. 目标物的电磁波特性
   任何目标物都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，这是遥感的信息源。目标物与电磁波的相互作用，构成了目标物的电磁波特性，它是遥感探测的依据。
2. 信息的获取
   （1)传感器或遥感器
   传感器或遥感器是接收、记录目标物电磁波特征的仪器。
   （2)遥感平台
   遥感平台是装载传感器的平台，主要有地面平台、空中平台、空间平台。
3. 信息的接收
   （1)记录信息的介质
   传感器接收到目标地物的电磁波信息，记录在数字磁介质或胶片上。
   （2)接收方式
   • 胶片由人或回收舱送至地面回收。
   • 数字磁介质上记录的信息通过卫星上的微波天线传输给地面的卫星接收站。
4. 信息的处理
   地面站接收到遥感卫星发送来的数字信息，需要进行信息恢复、辐射校正、卫星姿态校正、投影变换等一系列的处理，再转换为通用数据格式或模拟信号，才能被用户使用。地面站或用户还可根据需要进行几何精校正处理和专题信息处理、分类等。
5. 信息的应用
   遥感获取信息的目的是应用，这项工作由各专业人员按不同的应用目的进行。遥感技术是一个综合性的系统，它涉及航空、航天、光电、物理、计算机和信息科学以及诸多的应用领域。

三、 遥感分类

1. 按遥感平台分类
   （1）地面遥感：传感器设置在地面平台上
   （2）航空遥感：传感器设置于航空器上。
   （3）航天遥感：传感器设置于环绕地球运行的航天器上。
   （4）航宇遥感：传感器设置于星际飞船上。

2. 按传感器的探测波段分类
   （1）紫外遥感：探测波段在 0.05~0.38um 之间
   （2）可见光遥感：探测波段在 0.38-0.76um 之间。
   （3）红外遥感：探测波段在 0.76~1000um 之间。
   （4）微波遥感：探测波段在 1mm~1m 之间。
   （5）多波段遥感：多波段遥感指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。

3. 按工作方式分类
   （1）主动遥感和被动遥感
   主动遥感由探测器主动发射一定能量的电磁波并接收目标的后向散射信号。
   被动遥感的传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和反射自然辐射源的能量

   （2）成像遥感与非成像遥感
   成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成数字或模拟图像。
   非成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。

4. 按遥感的应用领域分类
   （1）从大的研究领域分类可分为外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等。
   （2）从具体应用领域分类可分为资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥感、气象遥感、水文遥感、城市遥感工程遥感及灾害遥感、军事遥感等，还可以划分为更细的研究对象进行各种专题应用。

四、 遥感数字图像处理

图像与数字图像

“图”是物体透射或者反射的光信息，“像”是光信息被人的视觉系统接收后在人的大脑中所形成的印象或者认知。

1. 模拟图像
   通过某种物理量（如光、电等）的强弱变化来记录场景亮度信息的图像，如纸质照片、显示器显示的图像等。特点：物理量的变化是连续的。

2. 数字图像
   用一个数字阵列来表达客观物体的图像，是一个离散采样点的集合，每个点具有其各自的属性。
   特点：它是把连续的模拟图像离散化成规则网格，并用计算机以数字的方式来记录图像上各网格点的亮度信息。

数字图像获取时的基本参数

1. 空间分辨率：指数字图像像元所能分辨目标的尺寸大小，其单位为 PPI
(Pixels Per Inch)，是用来表征图像分辨地面目标细节能力的指标。

作用：衡量数字图像对模拟图像空间坐标离散化的精度

决定因素：采样密度（采样间隔越小，空间分辨率越高，图像
越清晰）

对卫星遥感来说，由于同一个数字摄影设备的采样能力、焦距和物距基本都是固定的，遥感影像的空间分辨率基本不变。另外，因为该图像有地理空间坐标，所以遥感图像的空间分辨率常用单个像元所代表的地面面积大小来表示。例如，TM图像是 30米，Spot5的分辨率是5米或者10米等。

注意：遥感影像的空间分辨率是指原始影像采集时单个像元所代表的地面面积大小，它与图像加密重采样是两个完全不同的概念。

2. 辐射分辨率 : 指传感器探测元件在接收光谱信号时所能分辨的最小辐射度差

作用：反应了传感器对光谱信号强弱的敏感程度和区分能力

决定因素：量化能力(量化级越多，图像层次越丰富，辐射分辨 率越高)

由于数字图像是在计算机中存储和处理的，图像辐射量化级一般为 2 的整数次幂。取值为 8 bit 时，它的辐射量化等级就分为 28 级，也就是通常我们所看到的灰度值范围为 0~255。 如早期的 Landsat 1~3 MSS（Multi Spectral Scanner）影像的数据记录为 6 bit（灰度级为 0~63），Landsat 4~5 TM 影像的 1~5 波段和第 7 波段数据记录均为 8 bit，而最新的 Landsat 8 OLI 影像的数据记录为 12 bit，可见， OLI 影像的辐射分辨率明显高于TM 影像，而 TM 影像的辐射分辨率又明显高于 MSS 影像。

3. 时间分辨率:指对同一区域进行重复观测的最小时间间隔。

作用：遥感影像的一项性能指标，反映遥感探测器的重访周期

决定因素：遥感平台的回归周期（采样时间间隔越小，时间分辨率越高）

在利用遥感影像监测目标地物动态变化时，应根据遥感应用目的选择相应的影像时间分辨率。例如，气象卫星的时间分辨率多以短周期为主，单位为小时；植被动态监测主要以中周期时间分辨率为主，单位为天；对于城市扩展和土地利用变化的监测及模拟，其时间分辨率多以年为单位。

4. 光谱分辨率: 指传感器探测元件在接收目标地物辐射能量时所使用的波段数
目（通道数）、波长位置和波段间隔。

作用：衡量传感器的光谱分辨能力，波长范围值越宽，光谱分辨率越低。

决定因素：传感器的设计。传感器波段的设计具有针对性，地表物体在不同光谱段上有不同的吸收、反射特征。多光谱成像技术就是根据这个原理，使不同地物的反射光谱特性能够明显的表现在不同波段的图像上。高光谱数据在可见光-近红外波段范围被分割成几百个窄波段，具有很高的光谱分辨率，从其近似连续的光谱曲线上可以分辨出不同物体的微小光谱差异。

光谱分辨率的高低，产生了一个应用前景广阔的遥感分支——高光谱遥感。实际上光谱分辨率在高光谱遥感里面很常用，在多光谱里面常常使用“波谱范围”或者“谱段范围”，如WorldView-2卫星谱段范围设置：海岸波段：400-450；蓝色波段：450-510；绿色波段：510-580；黄色波段：585—625；红色波段：630-690；红色边缘波段：705.5-745；近红外线波段：770-895；近红外2 波段：860-1040。

数字图像类型

1. 黑白图像
   图像中的每个像元的灰度值是由 0 或者 1 组成的，灰度量化级为 1 bit。0 值表示黑色，1 值表示白色。黑白图像的数值表达为 0 和 1，对于 RGB 颜色空间模型来说，灰度值为 0 时对应的 R、G、B 值为（0，0，0），对应的颜色为黑色；灰度值为 1 时对应的 R、G、B 值为（255，255，255），对应的颜色为白色。

2. 灰度图像与伪彩色图像

   灰度图像: 在遥感中被称为单波段图像。对于灰度图像显示来说，每个像元的灰度值对应 颜色查找表中相同的 R、G、B 值。

   伪彩色图像: 也是单波段图像，只是每个灰度值对应于颜色空间模型中的某一种颜色。对于 RGB 颜色空间来说，它与灰度图像的差别就在于它的 R、G、B 值是三个不完全相同的数值，在 RGB 颜色空间模型中表现为彩色。

3. 真彩色与假彩色
   彩色图像是由红、绿、蓝三个颜色通道的数字层组成的图像。彩色图像显示就是三个独立数字层的组合，每个像元位置上的三个灰度值分别对应了 RGB颜色空间模型中的 R、G、B 值

   区别: 只有当红光通道对应于红光波段的辐射亮度、绿光通道对应于绿光波段的辐射亮度、蓝光通道对应于蓝光波段的辐射亮度时，才叫真彩色图像，否则都是假彩色图像。