遥感重点第二章
2电磁辐射与地物光谱特征
电磁波谱和黑体的概念
太阳辐射和地球辐射特征
大气对电磁辐射的影响
地物反射波谱特征与测量
目的：1.理解地物反射对遥感数据产生的影响和利用遥感数据反演地物特征的原理
2.理解大气吸收、散射、透射特征，大气窗口形成原因及遥感数据校正的必要性
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一. 电磁波
波的概念：波是振动在空间的传播。
机械波：声波、水波和地震波
电磁波（ElectroMagnetic Spectrum )
由振源发出的电磁振荡在空气中传播。
电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的
电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。 电磁波的特点
1） 不需要传播介质
2） 横 波
3）在真空中以光速传播
4）电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。
波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的，因此具有波动性
粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运动。电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性
电磁波的电（E ）、磁（H ）向量 波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波的振幅信息，丢失位相信息。全息摄影中，同时记录了振幅信息和位相信息。
电磁波的有关参数
? 波长(Wavelength)：指波在一个振动周期内传播的距离。即沿波的传播方向，两个相邻的同相位点(如波峰或波谷)间的距离。用λ表示，单位为厘米(cm)、毫米(mm)、微米(μm)、纳米(nm)等．1 μm = 1000nm 。
? 周期：波前进一个波长那样距离所需的时间（T ）
? 频率(frequency)：指单位时间内，完成振动或振荡的次数或周期（T ）.用V 示。单位为赫兹(Hz)、千赫(KHz)、兆赫(MHz)、吉赫(GHz)等 。
? 振幅(Amplitude)：表示电场振动的强度。它被定义为振动物理量偏离平衡位置的最大位移。即每个波峰的高度。单位为瓦特／米2·厘米
? 电磁波的波长、频率、及速度间有如下关系：
υ＝λV
电磁波在真空中以光速C ＝2.998×108米／秒(m ／s)传播，在大气中小于光速但接近于光速传播。
一般可用波长或频率来描述或定义电磁波谱的范围。在可见光一红外遥感中多用波长，如μm 、nm 等：在微波遥感中多用频率，如MHz 、GHz 等
]
)sin[(?ωψ+-=kx t A
二. 电磁波谱
定义：按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列成的图表，称为电磁波谱。
在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波长可分为长波、中波、短波和微波。波长最短的是γ射线
电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。
可见光
波长范围大约为400nm(紫色)~700nm(红色)，可见光谱中的各种颜色成分大致属于如下的波长区间：
红：610~700nm
橙：590~610nm
黄：570~590nm
绿：500~570nm
青：450~500nm
蓝：430~450nm
紫：400~430nm
红外波段
波长范围0.7~300μm，可进一步划分为如下波段：
近红外(NIR)：0.7~1.5μm
短波红外(SWIR)： 1.5~3 μm
中波红外(MWIR)：3~8 μm
长波红外(LWIR)：8~15 μm
远红外(FIR)：大于15μm
NIR和SWIR也称为反射红外，因为在地球表面反射的太阳辐射中，主要的红外成分为NIR 和SWIR。
而MWIR和LWIR也称为热红外。
微波
波长范围1mm到1m，可进一步划分为若干不同频率(波长)的波段：(1GHz=109Hz) P波段： 0.3~1GHz (30~100 cm)
L波段： 1~2GHz (15~30 cm)
S波段： 2~4GHz (7.5~15 cm)
C波段：4~8GHz (3.8~7.5 cm)
X波段：8~12.5GHz (2.4~3.8 cm)
Ku波段：12.5~18Ghz (1.7~2.4 cm)
K波段：18~26.5Ghz (1.1~1.7 cm)
Ka波段：26.5~40Ghz (0.75~1.1 cm)
名称波长范围常用
单位
产生机理特点用途
γ射线小于10－6μm 原子核受激后
产生
非常强的穿透力，很
难观察到波动性
医学
X 射线10－6μm ~10
－3μm
原子中内层电
子受激后产生
较强的穿透力，粒子
性突出
医学
紫外线10－3 ~0.38
μm
埃
可见光0.38 ~0 .76
μm
NM
原子、分子中外
层电子受激发
后跃迁到低能
态
可见光遥感
红外线0.76μm ~ 1
mm
UM
分子振动或转
动的能级跃迁
明显的波粒二象性
红外遥感
微波1mm ~ 1m MM 电磁电感组成
的振荡回路
波动性明显微波遥感
无线电波> 1m M
电磁电感组成
的振荡回路
波动性明显无线电
不同点：传播的方向性、
穿透性、
可见性、
颜色不同。
共性：传播速度相同
遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律
都是横波，遵循横波的一切特性
三. 电磁辐射源
自然辐射源
太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。
地球的电磁辐射：小于3 μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6 μm的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6 μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。
太阳是太阳系唯一的恒星，它集中了太阳系99.865%的质量。太阳是一个炽热的气体星球，没有固体的星体或核心。太阳从中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和大气层。其能量的99%是由中心的核反应区的热核反应产生的。太阳中心的密度和温度极高。太阳大气的主要成分是氢（质量约占71%）与氦（质量约占27%）。
太阳
大气
位置温度厚度辐射特点辐射的光谱
光球层内4300-7500 500km 连续辐射可见光和红外
色球层中四五千度升高
到几万度
7000-8000km 线状辐射无线厘米波
日冕层外100万以上形状多变，厚度不
定，一般太阳直径
的几倍到十几倍
连续辐射米波
太阳辐射及其能量分布
1）5900K的黑体辐射。
2）短波辐射（太阳辐射总能量的40％集中于0.4－0.76um的可见光范围内，51％在红外部分）
太阳常数
太阳常数：当太阳至地球的距离处于平均距离时(一个天文距离,大约为15,000万公里)，太阳在单位时间内投射到大气层顶部，垂直于射线方向的单位面积上的辐射能量。（1.95W/cm2· min）
在世纪时标内，变化小于百分之一，只有千分之一和二的水平。
在近日点垂直于大气上界的太阳辐射强度比太阳常数大3.4％；而在远日点则比太阳常数小3.5％。
太阳常数的数值，由于观测年代不同，以及观测方法和推算方法的不同，在不同的书籍和资料中，其数值常不一致，变动幅度在1.90-2.90 W/cm2· min之间。1957年国际地球物理年决定采用1.98 W/cm2· min 。
近年来，在宇航事业取得新资料的情况下，经过大量观测和分析，测得新的太阳常数为1.95W/cm2· min 。据研究，太阳常数也有周期性的变化，这可能与太阳黑子的活动周期有关。
人工辐射源：主动式遥感的辐射源。雷达探测。分为微波雷达和激光雷达。
? 微波辐射源：0.8-30cm
? 激光辐射源：激光雷达—测定卫星的位置、高度、速度、测量地形等。
几个辐射度量概念
辐射能量Ｗ：电磁辐射的能量，单位为焦耳（J ）。
辐射通量（Radiant flux ）Φ：单位时间内通过某一面的辐射能量，单位是瓦（W ），表示为： Φ=d ｗ /dt
立体角（Solid angle)：为锥体所拦截的球面积σ与半径r 的平方之比，表示为： Ω=σ/r2
立体角的单位用球面度（Steradian ，简写为Sr ）表示，面积为4πr2的球，其立体角为4π球面度。
辐射照度E （Irradiance ）：单位面积上所接收的辐射通量，单位是瓦/米2（W /m2）。表示为E=d Φ/dS
辐射出射度M （Radiant emittance ）：单位面积上辐射出的辐射通量，单位是瓦/米2（W /m2）。表示为 M=d Φ/dS
辐射亮度(Radiance)L ：辐射亮度L 确定面辐射源的辐射强度。L 具有方向性，指辐射源在某一方向的单位投影表面在单位立体角内的辐射通量，单位是瓦/米2·球面度（W /m2·Sr ）。表示为 L(θ)=d2Φ/d Ω(dAcos θ)
通常情况下，面元的L (θ)随观测的角度θ而改变。当某一辐射源的L (θ)与θ无关时，这种辐射源被称为朗伯（Lambert ）源。严格地说，只有绝对黑体（Black body ）才是朗伯源。
◆ 黑体辐射
◆ 黑体辐射定律
◆ 一般辐射体和发射率
◆ 基尔霍夫定律
黑体：对任何波长的辐射，反射率和透射率都等于0。
黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。
地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。 黑体辐射(Black Body Radiation )：黑体的热辐射称为黑体辐射。
黑体辐射三大定律
? 普朗克定律（Planck’s Law ）
? 斯蒂芬－玻尔兹曼定律（Stephen Boltzmann Law ）
? 维恩位移定律（Wien’s Displacement Law ）
描述黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。
)1(2),(5-=kT hc 2
b e
c h T M λλπλ
h : 普朗克常数, 6.6260755*10-34 W·s2
k : 玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23 W·s·K-1
c: 光速; λ: 波长（μm ）; T: 绝对温度（K ）
变化特点：
r σ Ω
(1) 辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；
(2) 温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交；
(3) 随温度升高，辐射最大值向短波方向移动
斯蒂芬－玻尔兹曼定律（Stephen Boltzmann Law ）
对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂芬－玻尔兹曼定律。即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。
辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方成正比。
σ: 斯蒂芬－玻尔兹曼常数，5.6697＋－0.00297）×10－12 Wcm-2K-4
红外装置测试温度的理论根据。
维恩位移定律 b : 常数，2897.8＋－0.4 μm· K
高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。
常温（如人体300K 左右，发射电磁波的峰值波长9.66μm ） 随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。 针对要探测的目标，选择最佳的遥感波段和传感器。
一般辐射体和发射率 对于一般物体而言，需要引入发射率（热辐射率、比辐射率），表明物体的发射本领。
地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）Ｗ与同温下的黑体辐射出射度Ｗ黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。
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）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。
发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长有关。按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：
黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。
灰体(grey body)：发射率小于1，常数
选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。
基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W 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辐射通量W 黑。
在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率也越大。 地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这种特征构成了红外遥感的理论基础。
亮度温度：衡量地物辐射特征的重要指标。指当物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度即为亮度温度。
The temperature of the black body which radiates the same radiant energy as an observed 4001/1522T d kT ch e hc W σλλλπ=-?=
?
∞b T =?m ax λ黑
W W =ε黑W W =α黑W W =εαε=4
T W εσ=
object is called the brightness temperature of the object.
亮度温度与实地温度的关系：总小于实地温度。 黑体的微波辐射
1) 任何物体在一定的温度下，不仅向外发射红外辐射，也发射微波辐射。二者基本相
似。但微波是地物低温状态下的重要辐射特性，温度越低，微波辐射越明显。
2) 微波辐射比红外辐射弱得多，但技术上可以经过处理来接收。
瑞里—金斯公式 黑体辐射的微波功率与温度成正比，与波长的平方成反比。 微波波段与红外波段发射率的比较：不同地物之间微波发射率的差异比红外发射率要明显得多，因此，在可见光和红外波段中不易识别的地物，在微波波段中则容易识别。
2.2 大气对太阳辐射的衰减
大气成分组成
大气垂直分层
大气对太阳辐射的衰减
大气窗口
● 大气成分组成
● 大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。这种特性与波长和大
气的成分有关。
● 大气的成分：多种气体、固态和液态悬浮的微粒混合组成的。
● 大气物质与太阳辐射相互作用，是太阳辐射衰减的重要原因。
大气垂直分层
电离层：距地面85km 直到几百千米的范围均为热电离层，热电离层的温度范围为500K 到2000K 。在电离层中，由于太阳紫外辐射和高能宇宙射线的轰击而使空气电离成离子，因而在热电离层中空气以稀薄的等离子体的形式存在。
平流层：在平流层最下面直到20km 的高度之内，温度几乎为常数，在其之上直到大约50km 高度的范围之内，温度随高度的增加而增加。臭氧主要存在于平流层之中。
对流层：厚约为10km ，其特点为温度随高度的增加而降低，1000m-6.5oC 。所有天气活动均发生在对流层层中。在大气层接近地球表面大约2km 的厚度，存在着一层气溶胶粒子，气溶胶的浓度随高度的增加呈指数衰减。
1. 对流层 ：航空遥感活动区。遥感侧重研究电磁波在该层内的传输特性。
2. 电离层:卫星的运行空间。
3. 大气外层：1000公里以外的星际空间。
大气对太阳辐射的衰减
太阳辐射衰减的原因：散射 吸收 反射
? 太阳辐射的衰减过程：30%被云层反射回；17%被大气吸收；22%被大气散射；31%
到达地面。
? 大气的透射率：透射率与路程、大气的吸收、散射有关。
大气的吸收作用
氧气：小于0.2 μm ；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。
臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥感影响不大。
水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可
见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。
二氧化碳：量少；主要在红外区。1.35－2.85um 之间有3个弱吸收带，2.7，4.3， 14.5
um 为强吸收带。可以忽略不计。
T
T B ε=2)(2λ
λkT W =
大气的散射作用
太阳辐射通过大气层时，受到大气中气体分子的散射和大气中固体、微粒、液体的散射。
1. 瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。
散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。
紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。
瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。 多波段中不使用蓝紫光的原因：
质点的直径 d << λ(电磁波波长)时， 一般认为（d < λ/10）
2 米散射 质点直径和电磁波波长差不多时（d λ）
主要是大其中的气溶胶引起的散射。 云、雾等的悬浮粒子的直径和0.76－15 um 之间的红外线波长差不多，需要注意。
3 非选择性散射
当质点直径大于电磁波波长时（d >λ）, 散射率与波长没有关系
人看到的云和雾是白色的，就是非选择性散射的结果
反射作用
主要是大气中的云层，大的尘埃。
云量越多、云层越厚， 反射越强。
大气对太阳辐射的衰减总体规律：
大气吸收15％， 散射和反射42％，其余43％ 太阳辐射到达地面。
又一说：大气吸收17％， 散射22％，反射30％，其余31％ 太阳辐射到达地面。 讨 论
? 太阳辐射衰减的原因是什么？
? 在可见光和近红外波段，大气最主要的散射作用是什么？
? 无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？
? 朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？
? 微波为什么具有极强的穿透云层的作用？
? 为什么在选择遥感工作波段时，要考虑大气层的散射和吸收作用？
大气窗口
大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段。
? 大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。
? 常见的大气窗口：
常用大气窗口
1）0.3－1.4um ： 包括全部可见光（95％），部分紫外光（70％），部分近红外光（80％）。 摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目标电磁波辐射信息。
2）1.4－2.5um ： 近红外窗口，60％－95％，扫描成像，白天记录
3）3.5－5.5um ： 中红外窗口，60％－70％，白天夜间，扫描成像记录
4）8－14 um ： 远红外窗口，超过80％， 白天夜间，扫描记录
5）1.4－300mm ： 微波窗口， 白天夜间，扫描记录。 λλγ4)(1∝λλγ2)(1∝1)(=λγ
2.3 地物波谱特征
概念：地物波谱（地物光谱）:各种地物具有的地磁波特性（反射率、发射率、透射率同波长的变化规律）
意义： 设计遥感器；
图象判读和分析的基础。
举例： 美国的地物波谱研究 ，7－8年
中国的地物波谱研究，
1、 地物的反射光谱特征
? 地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。 反照率(albedo)：以太阳光作为入射光的反射率，即自然物体的反射率。
物体的光谱反射率随波长变化的曲线称为光谱反射率曲线，它的形状反映了地物的波谱特征。
影响地物反射率大小的因素：
? 入射电磁波的波长
? 入射角的大小
? 地物表面颜色与粗糙度
根据物体表面的粗糙程度，反射分为：
（a ）镜面反射
（b ）漫反射（朗伯反射）
（c ）有向反射
（d ）混合反射
镜面反射
当目标物的表面粗糙度大大低于电磁波的波长时，那么
目标物对电磁波的反射作用可由Snell 反射，折射定理所描述。
朗伯反射
当目标物的表面足够粗糙，以致于它对太阳短波辐射的散射辐射亮度在以目标物的中心的2π空间中呈常数，即散射辐射亮度不随观测角度而变，称该物体为漫反射体，亦称朗伯体。严格讲自然界中只存在近似意义下的朗伯体。只有黑体才是真正的朗伯体。 有向反射
有向反射比较复杂，反射率是入射角、反射角、入射方位角、反射方位角的函数。
混合反射
一部分镜面反射，一部分朗伯反射。
地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。
地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。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。
不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙漠、湿地、小麦的光谱曲线
同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害
地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。
? 时间特性
? 空间特性
几种典型地物的光谱特性
矿物的光谱特性
)
()(),,,(s Zs Es i Zi M i s Zi Zs ??ρ??ρ=
在0.4～1.3 μm的光谱特性主要取决于矿物晶格结构中存在的铁、铜、镍、锰等过渡性金属元素的电子跃迁；
1.3～
2.5 μm的光谱特性是由矿物组成中的碳酸根（CO3 2 ? ）、羟基（OH ? ）及可能存在的水分子（H2O）决定的；
3～5 μm的光谱特性是由Si-O，Al-O 等分子键的振动模式决定的。
土壤反射光谱特征
影响土壤光谱的主要因素:
土壤中的原生矿物和次生矿物：
原生矿物：石英、长石、白云母、少量的角闪石、辉石、磷灰石、赤铁矿、黄铁矿等。
次生矿物：简单的盐类（如碳酸盐、硫酸盐和氯化物等）；
含水的氧化物（如氧化铁、氧化铝、氧化硅等）；
次生层状铝硅酸盐（如高岭石、蒙脱石和水化云母类等）。
土壤水分
土壤水分是土壤的重要组成部分，当土壤的含水量增加时，土壤的反射率就会下降，在水的各个吸收带处（1.4，1.9 和 2.7um），反射率的下降尤为明显。对于植物和土壤，造成这种现象显然是同一种原因，即入射辐射在水的特定吸收带处被水强烈吸收所致。
土壤有机质
土壤有机质是指土壤中那些生物来源（主要是植物和微生物）的物质，其中腐殖质是土壤有机质的主体，腐殖质可分为胡敏酸和富里酸。胡敏酸的反射能力特别低，几乎在整个波段为一条平直线，呈黑色。富里酸则在黄红光部分开始强反射，呈棕色。有机质的影响主要是在可见光和近红外波段，而影响最大的是在0.6～0.8um 之间。一般来说，随土壤有机质的增加，土壤的光谱反射率减小。
除有机质含量外，土壤腐殖质中胡敏酸和富里酸的比值（H／F）是影响土壤光谱反射特性的另一个重要因素。
此外，不同地带的土壤，尽管其有机质含量相同，但由于H／F 的比值不同，土壤的光谱反射特性也会不同。因此，不仅有机质的含量影响土壤光谱反射特性，而且其不同的组成也同样有显著的影响。
铁
铁在土壤中的存在形式主要是氧化铁，氧化铁是影响土壤光谱反射特性的重要土壤成分，其含量的增加会使反射率减小。一般来说，土壤的氧化铁含量与反射率之间是存在一定的负相关，但在波段0.5～0.7 的相关性却不明显。土壤氧化铁含量增加时，可见光与近红外部分吸收增强，而在0.5～0.7 波段的吸收增强幅度不很大，因此土壤出现黄红色。
在旱作土壤中，氧化铁随结晶水的多少不同而表现出不同颜色。当土壤处于还原状态时，土壤呈现出蓝绿、灰蓝等色，当土壤处于氧化状态时，土壤呈现出红、黄等颜色。
铁的影响主要也在可见光和近红外波段，由于土壤中有机质与氧化铁对土壤的光谱反射特性影响都很大，故定量区分有机质和氧化铁对光谱反射率的贡献难度较大，因此精确地估算土壤氧化铁含量难度很大。
土壤质地
土壤质地是指土壤中各种粒径的颗粒所占的相对比例它对土壤光谱反射特性的影响，主要表现在两个方面：
一是影响土壤持水能力，进而影响土壤光谱反射率；
二是土壤颗粒大小本身也对土壤的反射率有很大影响．
对于土壤粒径较小的粘粒部分，由于其很强的吸湿作用，它在1.4，1.9，2.7 um等处的水吸收带异常明显。随土壤颗粒变小，颗粒间的空隙减少，比表面积增大，表面更趋平滑，使
土壤中粉砂粒的反射率比砂粒高，但当颗粒细至粘粒时，又使土壤持水能力增加，反而降低了反射率。
此外，土壤质地影响反射特性的因素不仅是粒径组合及其表面状况，还与不同粒径组合物质的化学组成密切有关。
地表较纯洁的自然水体对0.4～2.5um 波段的电磁波吸收明显高于绝大多数其它地物。 在光谱的可见光波段内，水体中的能量-物质相互作用比较复杂，光谱反射特性可能包括来自三方面的贡献：
水的表面反射、水体底部物质的反射和水中悬浮物质的反射。
光谱吸收和透射特性不仅与水体本身的性质有关，而且还明显地受到水中各种不同类型和大小的物质——有机物和无机物的影响。
在光谱的近红外和中红外波段，水几乎吸收了其全部的能量，即纯净的自然水体在近红外波段更近似于一个“黑体”，因此，在 1.1～2.5 波段，较纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零。
2、 地物的发射光谱特征
地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。
黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。 黑体辐射(Black Body Radiation )：黑体的热辐射称为黑体辐射。
发射光谱：地物的发射率随波长变化的规律。
发射光谱曲线：按照发射率和波长之间的关系绘成的曲线。
3、地物的透射光谱
透射物体：具有透射一定波长电磁波能力的物体。
透射率（τλ） ： 入射光透射物体的能量与入射总能量之比。
举例：
1）水体在蓝绿波段，混水1-2米，一般水体10-20米。
2）微波对地物具有明显的透射能力，由入射波的波长决定。
讨论
同物异谱 异物同谱
图象解译的困难
到达地面的太阳辐射
直接辐射： 太阳辐射经大气衰减后到达地面的部分。
天空辐射：太阳辐射经过大气散射后辐射到地面的部分。
遥感器接受到的太阳辐射 Bs ： 太阳辐射经地面目标反射后到达遥感器的辐射能。
BA ： 太阳辐射经大气散射到遥感器的辐射能。
忽略大气散射到地物又被反射到遥感器的部分
2.4 地物光谱的测量
地物反射波谱的测量
? 实验室测量
? 野外测量
地物发射波谱测量
? 发射本领的测量
红外辐射计法、红外反射计法
A
B Bs B +=
?地物温度的测量
地面波谱测量的意义
利用高光谱非成像光谱(辐射)仪在野外或实验室测量地质矿物、植物或其它物体的光谱反射率、透射率及其它辐射率．不仅能帮助理解航空或航天高光谱遥感数据的性质，而且可以模拟和定标一切成像光谱仪在升空之前的工作性能。
在研制任何将来希望升空的传感器之前，首先要进行地面模拟和测试，如确定传感器测量光谱范围、波段设置(波段数、宽度、位置)和评价遥感数据的应用潜力，这些都需要利用野外光谱仪测定地面目标物的光谱。
数字图像处理第二章课后习题及中文版解答
数字图像处理(冈萨雷斯版，第二版)课后习题及解答(部分) Ch 2 2.1使用2.1节提供的背景信息，并采用纯几何方法，如果纸上的打印点离眼睛0.2m 远，估计眼睛能辨别的最小打印点的直径。为了简明起见，假定当在黄斑处的像点变得远比视网膜区域的接收器（锥状体）直径小的时候，视觉系统已经不能检测到该点。进一步假定黄斑可用1.5mm × 1.5mm 的方阵模型化，并且杆状体和锥状体间的空间在该阵列上的均匀分布。 解：对应点的视网膜图像的直径x 可通过如下图题2.1所示的相似三角形几何关系得到，即 ()()220.20.014 d x = 解得x =0.07d 。根据2.1节内容，我们知道：如果把黄斑想象为一个有337000个成像单元的正方形传感器阵列，它转换成一个大小580×580成像单元的阵列。假设成像单元之间的间距相等，这表明在总长为1.5 mm 的一条线上有580个成像单元和579个成像单元间隔。则每个成像单元和成像单元间隔的大小为s =[(1.5 mm)/1159]=1.3×10-6 m 。如果在黄斑上的成像点的大小是小于一个可分辨的成像单元，在我们可以认为改点对于眼睛来说不可见。换句话说，眼睛不能检测到以下直径的点：x =0.07d<1.3×10-6m ，即d <18.6×10-6 m 。 下图附带解释：因为眼睛对近处的物体聚焦时，肌肉会使晶状体变得较厚，折射能力也相对提高，此时物体离眼睛距离0.2 m ，相对较近。而当晶状体的折射能力由最小变到最大时，晶状体的聚焦中心与视网膜的距离由17 mm 缩小到14 mm ，所以此图中选取14mm(原书图2.3选取的是17 mm)。 图 题2.1 2.2 当在白天进入一个黑暗的剧场时，在能看清并找到空座位时要用一段时间适应，2.1节(视觉感知要素)描述的视觉过程在这种情况下起什么作用？ 解：根据人眼的亮度适应性，1）由于户外与剧场亮度差异很大，因此当人进入一个黑暗的剧场时，无法适应如此大的亮度差异，在剧场中什么也看不见；2）人眼不断调节亮度适应范围，逐渐的将视觉亮度中心调整到剧场的亮度范围，因此又可以看见、分清场景中的物体了。
第二章数字图像处理的基本概念_数字图像处理.
第二章数字图像处理的基本概念 2.3 图像数字化 图像数字化是将一幅画面转化成计算机能处理的形式——数字图像的过程。 模拟图像数字图像正方形点阵 具体来说，就是把一幅图画分割成如上图所示的一个个小区域（像元或 像素），并将各小区域灰度用整数来表示，形成一幅数字图像。它包括采样和 量化两个过程。小区域的位置和灰度就是像素的属性。 单波段、多波段和超波段图像 2.3.1 采样 将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样。采样间隔和采样孔 径的大小是两个很重要的参数。 当对图像进行实际的抽样时，怎样选择各抽样点的间隔是个非常重要的 问题。关于这一点，图像包含何种程度的细微的浓淡变化，取决于希望忠实反映 图像的程度。 2.3.2 量化 经采样图像被分割成空间上离散的像素，但其灰度是连续的，还不能用 计算机进行处理。 将像素灰度转换成离散的整数值的过程叫量化。一幅数字图像中不同灰 度值的个数称为灰度级数，用G表示。一般来说，G=2∧g,g就是表示图像像素灰 度值所需的比特位数。 一幅大小为M×N、灰度级数为G的图像所需的存储空间，即图像的数据量，大小为M×N×g（bit）
黑白图像:是指图像的每个像素只能是黑或白，没有中间的过渡，故又 称为二值图像。二值图像的像素值为0或1。例如 灰度图像:灰度图像是指每个像素由一个量化的灰度值来描述的图像。 它不包含彩色信息。 彩色图像:彩色图像是指每个像素由R、G、B三原色像素构成的图像， 其中R、B、G是由不同的灰度级来描述的。 2.3.3 量化参数与数字化图像间的关系 数字化方式可分为均匀采样、量化和非均匀采样、量化。所谓“均匀”,指的是采样、量化为等间隔。图像数字化一般采用均匀采样和均匀量化方式。 非均匀采样是根据图象细节的丰富程度改变采样间距。细节丰富的地方，采样间距小，否则间距大。 非均匀量化是对像素出现频度少的间隔大，而频度大的间隔小。 采用非均匀采样与量化，会使问题复杂化，因此很少采用。 一般来说，采样间隔越大，所得图像像素数越少,空间分辨率低,质量差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应；采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大。
水资源环境遥感监测
贵州大学环境监测学题目：水资源环境遥感监测姓名：颜兴奎
2011年12月12日 水资源环境遥感监测 前言 水资源是人类赖以生存和社会发展不可替代的战略资源。随着人口的急剧增加、社会经济的迅速发展，以资源匮乏和污染为主要特征的水资源安全日益成为全球性问题，亦是我国生态环境改善和社会可持深发展的主要制约因素。如何建立有效的方法，科学、准确、快速地对水资源环境进行监测，适时掌握水资源环境的变化信息，进而采取相应的措施，已成为对水资源的有效利用、合理规划及保护的关键问题。 一、水污染的现状 中国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家，水资源总量居世界第六位，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排第110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。中国有82%的人饮用浅井和江河水，其中水质污染严惩细菌超过卫生标准的占75%，受到有机物污染的饮用水人口约1.6亿。据最新资料透露，目前中国主要大城市只有23%的居民饮用水符合卫生标准，小城镇和农
村饮用水合格率更低。多年来，中国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染所导致的缺水和事故不断发生，不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收，而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失，严重地威胁了社会的可持续发展，威胁了人类的生存。所以，我们必须采取相应措施处理水污染，而有效的水环境监测技术就显得很有必要，因而将遥感技术运用到水环境监测中，产生了一门新技术——水环境遥感监测技术。 二、“3S”技术 “3S”是指遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）三种空间信息技术的简称。 一、遥感是一种以非直接接触方法对远距离目标性质进行探测的技术。遥感技术系统由遥感平台、传感器、遥感介质、数据处理和应用五部分组成。 二、地理信息系统是一个具有多种功能的计算机软、硬件系统，是一个具有空间数据的采集、储存、检索、分析和可视化的数据库管理系统。 三、全球定位系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。其由GPS卫星星座、地面监控系统和GPS信号接收机三部分组成。 二、水环境遥感监测技术 一、遥感监测的机理 水污染遥感监测的主要机理是被污染水体具有独特的有别于清
(完整word版)数字图像处理试题集2(精减版)
第一章概述 一.填空题 1. 数字图像是用一个数字阵列来表示的图像。数字阵列中的每个数字，表示数字图像的一个最小单位，称为__________。 5. 数字图像处理包含很多方面的研究内容。其中，________________的目的是根据二维平面图像数据构造出三维物体的图像。 解答:1. 像素5. 图像重建 第二章数字图像处理的基础 一.填空题 1. 量化可以分为均匀量化和________________两大类。 3. 图像因其表现方式的不同，可以分为连续图像和________________两大类。 5. 对应于不同的场景内容，一般数字图像可以分为________________、灰度图像和彩色图像三类。 解答: 1. 非均匀量化 3. 离散图像 5. 二值图像 二.选择题 1. 一幅数字图像是：( ) A、一个观测系统。 B、一个有许多像素排列而成的实体。 C、一个2-D数组中的元素。 D、一个3-D空间的场景。 3. 图像与灰度直方图间的对应关系是：（） A、一一对应 B、多对一 C、一对多 D、都不对 4. 下列算法中属于局部处理的是：（） A、灰度线性变换 B、二值化 C、傅立叶变换 D、中值滤波 5. 一幅256*256的图像，若灰度级数为16，则该图像的大小是：（） A、128KB B、32KB C、1MB C、2MB 6. 一幅512*512的图像，若灰度级数为16，则该图像的大小是：（） A、128KB B、32KB C、1MB C、2MB 解答:1. B 3. B 4. D 5. B 6. A 三.判断题 1. 可以用f(x,y)来表示一幅2-D数字图像。（） 3. 数字图像坐标系与直角坐标系一致。（） 4. 矩阵坐标系与直角坐标系一致。（） 5. 数字图像坐标系可以定义为矩阵坐标系。（） 6. 图像中虚假轮廓的出现就其本质而言是由于图像的灰度级数不够多造成的。（） 10. 采样是空间离散化的过程。（） 解答:1. T 3. F 4. F 5. T 6. T 10. T 1、马赫带效应是指图像不同灰度级条带之间在灰度交界处存在的毛边现象（√） 第三章图像几何变换 一.填空题 1. 图像的基本位置变换包括了图像的________________、镜像及旋转。 7. 图像经过平移处理后，图像的内容________________变化。（填“发生”或“不发生”） 8. 图像放大是从小数据量到大数据量的处理过程，________________对许多未知的数据的估计。（填“需要”或“不需要”） 9. 图像缩小是从大数据量到小数据量的处理过程，________________对许多未知的数据的估计。（填“需要”
数字图像处理第三版中文答案--冈萨雷斯
第二章 2.1（第二版是0.2和1.5*1.5的矩形，第三版是0.3和1.5圆形） 对应点的视网膜图像的直径x 可通过如下图题2.1所示的相似三角形几何关系得到，即 ()()017 02302.x .d = 解得x=0.06d 。根据2.1 节内容，我们知道：如果把中央凹处想象为一个有337000 个成像单元的圆形传感器阵列，它转换成一个大小25327.?π成像单元的阵列。假设成像单元之间的间距相等，这表明在总长为1.5 mm （直径） 的一条线上有655个成像单元和654个成像单元间隔。则每个成像单元和成像单元间隔的大小为s=[(1.5 mm)/1309]=1.1×10-6 m 。 如果在中央凹处的成像点的大小是小于一个可分辨的成像单元，在我们可以认为改点对于眼睛来说不可见。换句话说， 眼睛不能检测到以下直径的点： m .d .x 61011060-?<=，即m .d 610318-?< 2.2 当我们在白天进入一家黑暗剧场时，在能看清并找到空座时要用一段时间适应。2.1节描述的视觉过程在这种情况下起什么作用？ 亮度适应。 2.3 虽然图2.10中未显示，但交流电的却是电磁波谱的一部分。美国的商用交流电频率是77HZ 。问这一波谱分量的波长是多少？ 光速c=300000km/s ，频率为77Hz 。 因此λ=c/v=2.998 * 108(m/s)/77(1/s) = 3.894*106m = 3894 Km. 2.5 根据图2.3得：设摄像机能看到物体的长度为x (mm)，则有:500/x=35/14; 解得：x=200，所以相机的分辨率为：2048/200=10;所以能解析的线对为：10/2=5线对/mm. 2.7 假设中心在（x0,y0）的平坦区域被一个强度分布为： ] )0()0[(22),(y y x x Ke y x i -+--= 的光源照射。为简单起见，假设区域的反射 是恒定的，并等于1.0，令K=255。如果图像用k 比特的强度分辨率进行数字化，并且眼睛可检测相邻像素间8种灰度的突变，那么k 取什么值将导致可见的伪轮廓？ 解：题中的图像是由： ()()()()()[]()()[]2 02 02 02 025501255y y x x y y x x e .e y ,x r y ,x i y ,x f -+---+--=?==
水环境检测和遥感
摘要: 遥感技术在水环境监测方面得到了日益广泛的应用，不同含量和类别的水质参数的水体光谱特征不同, 这使得遥感影像能用于水体水质的监测。简要介绍了水体水质监测中遥感应用研究的发展和现状，阐述了水质遥感监测原理与方法、常用的遥感数据和几种主要水质参数的遥感监测进展，讨论了目前遥感在水质监测应用中存在的问题和未来该领域研究的重点。 关键词:遥感; 水环境监测; 水污染 1.引言 随着工农业生产的发展,江河湖海的各种水体受污染的程度不断加重。它们包括生活废水污染、泥沙等悬浮固体污染、石油污染、重金属污染、富营养化污染和热污染等。它们对人类社会的危害是十分严重的。因此,对这些污染进行监测非常重要。随着遥感技术的进步,遥感监测在水环境等领域的应用已引起环境保护等部门较广泛的重视。国内外通过各方面的努实践认为,各种水体污染在遥感图像上都有不同程度的反映(除有的不清晰外) 。因此目前,遥感已成为我们用以监测水环境的依据,而其在水环境监测中的应用也是一先进的技术途径。2.水环境污染 中国环境监测总站提供的资料表明,近10 年来, 我国的水污染成分发生了显著变化:无机污染减少,有机污染上升;工业污染下降,生活污染和面源污染增加。总之目前,我国水环境面临三大问题: ①主要污染物排放量远远超过水环境容量; ②江河湖泊普遍遭受污染; ③生态用水缺乏,水环境恶化加剧。水污染的现状可以表明,我国水环境污染形势严峻。因此,加大保护水资源的力度,提高水环境监测效率的工作势在必行。 水环境是由地球表层水圈所构成的环境，它包括在一定时间内水的数量、空间分布、运动状态、化学组成、生物种群和水体的物理性质。水环境是一个开放系统，它与土壤－岩石圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存在着物质和能量的交换关系。 水环境的遥感监测多是对地表各种水体进行空间识别、定位、及定量计算面积、体积或模拟水体动态变化。随着遥感基础研究的进展，对水体本身的光谱特性有了深入研究，同时进行许多水质光谱数据测试。对水体的遥测也转换到水体属性特征参数的定量测定，如水深的控制、悬浮泥沙浓度的测定、和绿素含量的测定，以及污染状况的监测等。[1.2] 3.遥感水质监测方法 水体因为各组分及其含量的不同造成水体的吸收和散射的变化，使一定波长范围反射率显著不同，是定量估测内陆水体水质参数的基础。水质遥感监测常用的方法有3种：物理方法、经验方法和半经验方法。 3．1 物理方法 物理方法是以由辐射传输理论提出的上行辐射与水体中光学活性物质特征吸收和后向散射特性之间的关系为基础，利用遥感测量得到的水体反射率反演水体中各组分的特征吸收系数和后向散射系数，并通过水体中各组分浓度与其特征吸收系数、后向散射系数相关联，反演水体中各组分的浓度[3]。在实际的研究工作中，由于物理方法所要求的数据源难以满足，物理方法中的很多模型都只能采用经验的关系，基于物理方法得到的水质参数算法精度并不是很高。 3．2 经验方法 经验方法是伴随着多光谱遥感数据应用于水质监测而发展起来的一种方法。经验方法基于经
第二章对环境的察觉知识点整理
七年级下科学第二章对环境的察觉知识点总结 第一节：感觉世界 1、人的感受器有：视觉、听觉、嗅觉、味觉、痛觉、触觉、冷觉和热觉，其中冷觉和 热觉又可统称为冷热觉。 2、人的感觉器官有：眼、耳朵、鼻、舌、皮肤等。 3、对热觉最敏感的部位是手背，对触觉最敏感的部位是指尖。 4、嗅觉的形成：气味→嗅觉神经末梢（接收刺激）→嗅觉神经（将信息传到大脑）→大脑（形成嗅觉） 嗅觉的特点：①长时间处于某种味道的环境中，会因为大脑的嗅觉中枢适应（疲劳）而闻不出这种味道；②嗅觉敏感的程度因年龄，动物种类和气味种类等的不同而不同。 5、舌头表面的每个味蕾上都有味觉细胞和味觉神经。 味觉的形成：食物→口腔（食物中的化学物质溶于唾液）→味觉细胞（接受刺激）→味觉神经（将信息传递到大脑）→大脑（形成味觉）。 6、舌的不同部位对味道的敏感性不同 7、进行P5的活动时，在每吸入一种溶液前都用清水漱口，以排除上一次实验的影响 （或干扰）。 第二节声音的发生和传播 1、正在发声的物体叫做声源。声音可以在固体、液体和气体中传播。声音在真空中不能传播。 2、声音发生的条件：振动；声音传播的条件：需要介质；声音传播的方式：声波。 3、在15℃的空气中，声音传播的速度为340米／秒。 第三节耳和听觉 1、耳的结构：①外耳包括耳廓、外耳道； ②中耳包括鼓膜、鼓室、听小骨、咽鼓管； ③内耳包括耳蜗、前庭和半规管。 2、耳的主要功能：听觉和保持身体平衡。位觉感受器在前庭和半规管中（解释晕船、晕车现象）。 3、听觉产生过程：耳廓（收集声波）→外耳道→鼓膜（将声波转化为振动）→听小骨（将声波扩大并传导）→耳蜗（接受刺激、产生信息）→听神经（传导信息）→大脑（产生听觉）。 4、遇到巨大的响声时，迅速张嘴，捂紧双耳是使鼓膜内外气压保持平衡，避免鼓膜被震破。 5、乐音的三个特征：音调声音的高低（频率越大，音调越高） 响度声音的强弱（振动幅度越大、离声源越近，响度就越大） 音色（与发声体的性质、形状、发声方法有关，主要用于辨别）6、物体在1秒内振动的次数叫频率，单位是赫兹（）。人的发声频率大约在65赫兹到1100赫兹之间；听觉频率大约在20赫兹到20000赫兹之间。高于20000赫兹的声波叫做超声波，低于20赫兹的声波叫做次声波。 第四节光和颜色 1、正在发光的物体叫做光源。如太阳、燃烧着的蜡烛、开着的电视的屏幕、萤火虫等。 2、光的传播特点：光的传播不需要介质；光在同一种均匀物质中是沿直线传播的（①小孔成像②影子的形成③月食、日食④步枪瞄准、列队排整齐）。光在真空中传播的速度最快（3×108），空气中次之。光年是长度单位。1光年=3×108米/秒×365×24×3600
第二章 数字图像处理的基本概念
第二章数字图像处理的基本概念 1.什么是图像对比度？人眼感受的亮度与哪些因素有关？ 图像对比度是图像中最大亮度B max与最小亮度B min之比。即C1=B max/B min 2.图像数字化包括哪两个过程？它们对数字化图像质量有何影响？ 采样和量化。 采样间隔越大，所得图像像素数越少，空间分辨率低，质量差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应；采样间隔越小，所得图像像素越多，空间分辨率高，质量好，但数据量大。 量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分辨率越高，质量越好，但数据量大；量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低，质量变差，会出现假轮廓现象，但数据量小。 3.数字化图像的数据量与哪些因素有关？ 采样间隔越大，量化等级越小，数据量越小；采样间隔越小，量化等级越多，数据量越大。 4.连续图像f(x,y)与数字图像I(r.c)中各量的含义是什么？它们有何联系和区别？ 5.图像处理按功能分有哪几种形式？ 按图像处理的输出形式，图像处理的基本功能可分为三种形式。 (1)单幅图像→单幅图像； (2)多福图像→单幅图像； (3)单(或多)幅图像→单幅图像。 6.什么是点处理？你所学算法中有哪些属于点处理？试举3种不同作用的点运算。 在局部处理中，当输出值JP(i,j)值仅与IP(i,j)像素灰度有关的处理称为点处理。 图像对比度增强、图像二值化、灰度的线性变换、线性拉伸等属于点处理。 7.什么是局部处理？你所学算法中有哪些属于局部处理？试举3种不同作用的局部运算。 在对输入图像进行处理时，计算某一像素的小邻域N[IP(i,j)]中的像素值确定，这种处理称为局部处理。 图像的移动平均平滑法、空间域锐化属于局部处理。 8.图像特性包括哪些类型？ 自然特征：亮度、对比度； 人工特征：直方图、频率。 9.什么是窗口处理和模板处理？二者有何区别与联系？ 对图像中选定矩形区域内的像素进行处理叫做窗口处理； 预先准备一个和输入图像IP相同大小的二维数组，存储该区域的信息，然后参照二维数组对输入图像处理，叫做模板处理。 模板处理中若模板为矩形区域，则与窗口处理具有相同的效果，但窗口处理与模板处
第2章 遥感作业
第二章遥感平台及运行特点 一、名词解释 遥感平台、遥感传感器、卫星轨道参数、升交点赤经、卫星姿态角、与太阳同步轨道、LandSat 、SPOT 二、问答题： 1、阐述遥感卫星轨道的特点及其作用。 2、确定传感器姿态的方法有哪些？简述其原理。 3、从卫星遥感影像获取到处理涉及到多个坐标系，描述这些坐标系统的定义及其作用。 4、查阅资料或搜索网站资源，至少列出5个遥感卫星数据产品代理或宣传网址，以其中 一种遥感卫星为例，描述其数据产品的种类及分类标准。 三、能力训练题 1、国内外已发射了多颗高分率遥感卫星。查阅资料或搜索网站资源，请列表比较国内外主要的高分辨率遥感卫星的主要技术指标。分别以制作武汉大学影像图和测制武汉大学校区1:5000地形图为需求，分析这两种需求的技术指标，如何选择和订购卫星遥感影像，并拟定数据订购协议。 名词解释 遥感平台：遥感中搭载传感器的工具统称为遥感平台。 遥感传感器：用以获取目标电磁辐射信息的探测仪器。 卫星轨道参数：用来描述卫星在空间的具体形状位置的六个参数，包括：升交点赤经、近地点角距、轨道倾角、卫星轨道的长半轴、卫星轨道的偏心率和卫星过近地点的时刻。 升交点赤经：卫星轨道的升交点与春分点之间的角距。 卫星姿态角：定义卫星质心为坐标原点，沿轨道前进的切线方向为x轴，垂直轨道面的方向为y轴，垂直xy平面的为z轴，则卫星姿态角是一组用于表达卫星空间姿态的空间角。其中，绕x轴旋转的姿态角，称滚动；绕y轴旋转的姿态角，称俯仰；绕z轴旋转的姿态角，称航偏。
与太阳同步轨道：指卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的夹角，不随地球绕太阳公转而改变。 LandSat：从1972年至今美国发射的系列陆地卫星，主要用于陆地资源和环境探测。其中，LangSat-1至LangSat-3三颗卫星轨道平均高度设计在915km以上，搭载了RBV和MSS 传感器；LandSat4/5轨道平均高度降低到705km左右，搭载了MSS多光谱扫描仪和TM 传感器。LandSat7主要特点是传感器改型为ETM+（LandSat6发射失败）。LandSat卫星具有近圆形、近极地、与太阳同步和可重复轨道。 SPOT：法国从1986年起发射的系列陆地卫星，主要用于地球资源遥感，至今已发射5颗。SPOT-1~4卫星装载了2台相同探测器HRV或HRVIR，可以获取立体影像。SPOT5平台与SPOT-1~4相同。 问答题： 1.答：1.近圆形轨道：使不同地区获取的图像比例尺一致，卫星的速度也近于匀速，这便于扫描仪用固定扫描频率对地面扫描成像，避免造成扫描行之间不衔接的现象； 2.近极地轨道：有利于增大卫星对地面总的观测范围； 3.与太阳同步轨道：有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测，还有利于卫星在固定的时间飞临地面接收站上空，使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度； 4.可重复轨道：有利于对地面地物或自然现象的动态变化作动态观测。 2.答：主要有3种方法：1.用红外测量仪测定：基本原理是利用地球与太空温差达287K这一特点，以一定的角频率，周期地对地球和太空作圆锥扫描，根据热辐射能的相位变化来测定姿态角；2.用恒星摄影机测定：将恒星摄影机与对地摄影机组装在一起，利用恒星摄影机至少摄取3~5颗五等以上的恒星，精确记录卫星运行时刻，再根据恒星星历表、摄影机标称光轴指向数据等解算姿态角； 3.用GPS的方法测定：将3台GPS接收机装在摄影机组上，同时接收四颗以上GPS卫星的信号，反算出每台接收机上的三维坐标，进而解算出摄影机的3个姿态角。 3.答：（1）传感器坐标系S-UVW：S为传感器投影中心，作为传感器坐标系的坐标原点，以遥感平台的飞行方向为U轴的方向，以传感器指向地底点方向的负方向为W轴，V轴垂直于WU平面，用于描述像点在空间的位置；
遥感概论第二章重点
一、电磁波的性质 1.在真空中以光速传播 c = f·λ 2.反射、吸收、透射现象 3.散射 4.偏振 二、电磁波与物体相互作用过程中，会出现三种情况：反射、吸收、透射，遵守能量守恒定律（如果是不透明的物体,物体的反射率大，发射率就小） 三、反射的分类 1.镜面反射（理想状态） 2.漫反射（理想状态） 3.混合反射：各个方向反射强度差不多 4.方向反射：有一个方向反射特别强 四、定义 ①反射：电磁辐射与物体作用后产生的次级波返回原来的介质， 这种现象称反射。该次级波便称之为反射波（辐射）。 反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。 ②透射：电磁辐射与介质作用后，穿过该介质到达另一种介质的现象或过程。 透射率：透射能量与入射总能量之比。 ③偏振：如果电磁波在各方向上振幅大小不相同，且各方向振动之间没有固定位相关系，极大值与极小值之间的夹角为90°，则称该波发生了偏振现象。 五、电磁波谱：按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列成的图表，称为电磁波谱。按频率从短到长可分为γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波 ①可见光谱中的各种颜色成分大致所属的波长区间： 红：620~760nm 橙：590~620nm 黄：560~590nm 绿：500~560nm 青：470~500nm 蓝：430~470nm 紫：380~430nm ②红外波段波长范围0.76~1000μm ，遥感所用波段如下： 近红外： 0.7~3 μm 中红外： 3~8 μm 远红外： 8~15 μm ③微波波长范围1mm~1m 六、各种电磁波的不同与共性 ①不同点：传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同 ②共性：传播速度相同；遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律；都是横波，遵循横波的一切特性 1)()()(=++λτλαλρ
数字图像处理第三版 (Rafael C.Gonzalez著)第二章答案
2.1（第二版是0.2和1.5*1.5的矩形，第三版是0.3和1.5圆形，我这样做不知道对不对） 对应点的视网膜图像的直径x可通过如下图题2.1所示的相似三角形几何关系得到，即 解得x=0.06d。根据2.1 节内容，我们知道：如果把中央凹处想象为一个有337000 个成像单元的圆形传感器阵列，它转换成一个大小成像单元的阵列。假设成像单元之间的间距相等，这表明在总长为1.5 mm（直径）的一条线上有655个成像单元和654个成像单元间隔。则每个成像单元和成像单元间隔的大小为s=[(1.5 mm)/1309]=1.1×10-6 m。 如果在中央凹处的成像点的大小是小于一个可分辨的成像单元，在我们可以认为改点对于眼睛来说不可见。换句话说，眼睛不能检测到以下直径的点： ，即 2.2 亮度适应。 2.3光速c=300000km/s ，频率为77Hz。 因此λ=c/v=2.998 * 108(m/s)/77(1/s) = 3.894*106m = 3894 Km. 2.5 根据图2.3得：设摄像机能看到物体的长度为x (mm)，则有:500/x=35/14; 解得：x=200，所以相机的分辨率为：2048/200=10;所以能解析的线对为：10/2=5线对/mm. 2.7 （看翻得对不对） 解：题中的图像是由： 一个截面图像见图（a）。如果图像使用k比特的强度分辨率，然后我们有情况见图（b），其中。因为眼睛可检测4种灰度突变，因此，，K= 6。也就是说，小于64的话，会出现可见的伪轮廓。
2.9 (a) 传输数据包(包括起始比特和终止比特)为：N=n+m=10bits。对于一幅2048×2048 大小的图像，其总的数据量为，故以56K 波特的速率传输所需时间为： (b) 以3000K 波特的速率传输所需时间为 2.10 解：图像宽高纵横比为16:9，且水平电视线的条数是1080条，则：竖直电视线为1080×（16/9）=1920 像素/线。 由题意可知每场用1s 的1/60，则：每帧用时2×1/60=1/30 秒。 则该系统每1/30 秒的时间形成一幅1920×1080 分辨率的红、绿、蓝每个
资源环境遥感复习
资源环境遥感 第一章资源环境遥感及其发展 1.环境遥感的概念： 广义：以探测地球表层系统及其动态变化为目的的遥感技术，可理解为涉及大气、水（包括海洋）、生态环境等所有遥感活动的代名词。 狭义：利用遥感技术探测和研究环境污染的空间分布、时间尺度、性质、发展动态、影响和危害程度，以便采取环境保护措施或制定生态环境规划的遥感活动。此处仅指遥感技术在环境科学研究中的应用。 2.资源环境遥感的特点: 资源环境遥感在数据获取上具有多层次、多时相、多功能等特点，在应用方面具有多源数据处理、多学科综合分析、多维动态监测和多用途的特点。 多空间尺度性 多时间尺度性 多用途性 多学科综合性 3.空间（地面）分辨率： 指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，即传感器能够把两个目标作为清晰的实体，记录下两个目标物之间最小的距离，是用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标。 通常用像元大小、像解率或视场角来表示。 4.光谱分辨率：指传感器所能记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，波长范围值越宽，光谱分辨率越低。 5.时间分辨率：对同一目标进行探测时，相邻两次探测的时间间隔内目标变化情况的分辨能力 6.多空间尺度性： 巨型环境特征（大陆架、洋流等）：千米级，气象卫星、海洋卫星 大型环境特征（资源调查、环境质量评价等）：百米级，陆地系列卫星 中型环境特征（作物估产、污染监测等）：50m尺度，较高分辨率陆地系列卫星 小型环境特征（工程设计、水库建设等）：米级，高分辨率商业卫星或航空遥感7.多时间尺度性： 超短期（台风、森林火灾、污染事故等）：小时，卫星与地面遥感监测结合 短期（洪水、作物旱情等）：天，多时相遥感信息对比分析 中期（作物长势等）：季节，多年遥感数据和抽样统计分析 长期（水土流失、城市变化等）：年，遥感图像和历史资料 超长期（地壳变形等）：遥感图像和其他间接标志 8.多用途性:水环境遥感；大气环境遥感；生态环境遥感；… 9.多学科综合性：遥感；环境；地理信息系统（GIS）；全球定位系统（GPS） 10.国外资源环境遥感进展： 水环境遥感:水域变化、水体沼泽化、富营养化、泥沙污染、废水污染、热污染SeaStar 于1997年8月发射，传感器SeaWiFS（海洋观测宽视场传感器） 大气环境遥感:臭氧监测、气溶胶及微量气体反演（PM2.5、CO2、SO2等）、酸沉降、沙
(附答案)第二章检测卷
第2章环境污染与防治检测题 一、单选题。 我国的地表水资源主要集中在七大水系：长江（年径流量：9513亿立方米）、黄河（年径流量：661亿立方米）、松花江（年径流量：762亿立方米）、辽河（年径流量：148亿立方米）、珠江（年径流量：3338亿立方米）、海河（年径流量：228亿立方米）和淮河（年径流量：622亿立方米）。下图是“我国主要河流水质状况统计图”。读图回答下面小题。 1. 从图中可以看出，我国主要河流污染状况所占比例最大的是( ) A. Ⅰ类水质 B. Ⅱ类水质 C. Ⅲ类水质 D. Ⅴ类水质 2. 下列我国河流中，水污染状况可能最严重的是( ) A. 珠江 B. 海河 C. 长江 D. 松花江 3. 下列河流中，自净能力最强的是( ) A. 淮河 B. 海河 C. 辽河 D. 珠江 近年来，焚烧秸秆已成为雾霾形成的重要原因之一。10月下旬以后，吉林、黑龙江等地也将陆续进入秸秆焚烧多发高峰期。2017年11月14日，黑龙江村民烧秸秆被拘，家人想不明白：不烧还能怎么办？在我国广大农村地区，随着生活能源消费结构的逐步改善，秸秆利用问题日益突出。下图是“禁止焚烧秸秆标语图片”与“秸秆利用方式示意图”。读图回答下面小题。 4. 既能提供生活能源，又有利于提高土壤肥力的秸秆利用方式是( ) A. ① B. ② C. ③ D. ④ 5. 在农田里大面积焚烧秸秆的影响主要是( ) ①阻碍农村能源结构调整②造成资源浪费③增加土壤有机质含量④引起大气污染 A. ①② B. ①③ C. ②④ D. ①④ 6. 农田大量焚烧秸秆的危害有( ) ①产生大量烟尘，影响交通②产生大量CO2，加剧温室效应③产生大量可吸入颗粒物，危害人体健康④不利于土壤肥力的恢复 A. ①②③④ B. ②③④ C. ①②③ D. ①②④ 某国20世纪后期固体废弃物产生总量及处理构成变化如图。完成下面小题。
水环境监测遥感技术的应用
水环境监测遥感技术的应用 我国水环境状况不断恶化，提高水环境监测效率的工作势在必行。传统监测方式存在局限性，在现实需求与现有监测方式不足这一矛盾不断激化的背景下，遥感技术在水环境监测中得到快速而广泛的应用。随着遥感技术的不断发展，遥感数据的时间、空间和光谱分辨率将越来越高，生态监测的频次、监测内容和数据精度也会逐步提高，为遥感技术在水环境监测中的应用提供了更坚固的保障。 1.遥感技术在水环境中的应用 遥感是指在不直接接触目标地物的情况下，对目标地物进行远距离探测、识别和获取地物信息的过程，空间中的电磁波、声波、重力场等都可用作遥感，但通常所述遥感是指利用电磁波获取目标地物信息的电磁波遥感。由于任何温度高于绝对零度的物体均能发射、反射或吸收能量辐射，而且不同物体有不同性质结构，所以不同地物均具有其独特的辐射特性。同样在水环境监测中，不同温度、泥沙含量、藻类数量、污染程度的水体也都有不同的辐射特性，通常各种水体的特性可以通过遥感图像反映出来。污染水体具有不同于清洁水体的光谱特征，这些光谱特征体现在对特定波长的吸收或反射，而且这些光谱特征能够为遥感器捕获并在遥感图像中体现出来。根据对图像的识别情况，我们就可以获得水体的水质参数或者水体污染状况。有基于此，遥感技术可以在水环境监测中得到应用。 伴随着社会经济等各方面的快速发展，我国江河湖海的各种水体受污染程度也不断加重，包括生活废水污染、泥沙等悬浮固体污染、石油污染、重金属污染、富营养化污染和热污染等。中国环境监测总站提供资料表明，我国水环境面临三大问题：①主要污染物排放量远远超过水环境容量；②江河湖泊普遍遭受污染；③生态用水缺乏，水环境恶化加剧。水污染的现状可以表明，我国水环境污染形势严峻，因此提高水环境监测效率的工作势在必行。传统方式的水环境监测主要是地面布点采样，然后实验室分析得出结论，这种方式由于受自然条件和时空等因素影响，具有一定的局限性。例如，在大面积水域的监测过程中，仅仅依赖于监测台站和传统监测方式，很难满足对水体污染监测所需的实时、快速、宏观、准确的监测要求，从而不能全面准确地反映出水体状
遥感监测水环境污染
遥感监测水环境污染 污染水与清洁水的反射光谱特征研究是水体遥感监测的基础。总的来说，清洁水吸收光的性能较强，这是因为清洁水具有较低的反射率。故水体在一般遥感影像上表现为暗色色调。可以采用以水体光谱特性和水色为指标的遥感技术进行水质监测。在污染物种类繁多的江河湖海各种水体中，通常将其分为热污染、富营养化、海洋石油污染和固体漂浮物等几种类型，以方便使用遥感方法对各种水污染物进行研究。 在富营养化的水体中，其程度可通过叶绿素浓度来反映，浮游生物迅速繁殖，水体兼有植物和水两种光谱特征，光谱曲线随浮游植物的含量的升高越近似于绿色植物的反射光谱。叶绿素主要吸收红光、蓝光而反射绿光。在可见光波段0.44Lm（蓝光）和0.65Lm（红光）处有两个吸收带，但在0.55Lm（绿光）附近有反射率为10%～20%的一个波峰。一般采用0.45～0.65Lm附近的光谱线段调查水体中悬浮物质的数量及叶绿素含量。 海洋环境恶化的重要原因是海洋石油污染和向海洋倾倒废弃物。每年全球超过一千多万吨的石油及其制品排入海洋，这对海洋生态来说是严重的灾难。此外，附近大量的农田化学肥料、城市生活废水和工业污水也随河流汇入海洋，扩大了海洋污染范围，恶化了生态环境，使环境质量下降。应用海洋遥感卫星可以为海洋环保部门提供必需的资料和数据，因为遥感能大范围搜索石油污染和化学污染并估算污染的范围及其扩散情况，从而为海洋环保部门提供了必需的数据和资。 在对水体热污染监测中，热红外图像能定量解译并反映热污染区的温度特征。在热红外波段，由于水体的热容量大，特征明显，其遥感影像辐射低，色调暗。热红外波段影像可以识别与周围水体有显著温差的热污染水体。广西善图科技有限公司
遥感导论-习题及参考答案第二章 电磁辐射与地物光谱特征答案
第二章电磁辐射与地物光谱特征 ·名词解释 辐射亮度：由辐射表面一点处的单位面积在给定方向上的辐射强度称为辐射亮度。 普朗克热辐射定律：在一定温度下，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为B(λ，T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1 灰度波谱：用该类型在该波段上的灰度值反应的波谱曲线 黑体辐射：任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领，为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。 电磁波谱：将电磁波按大小排列制成图表。 太阳辐射：太阳射出的辐射射线 瑞利散射：大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射 米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射 地球辐射：地面吸收太阳辐射能后，向外辐射的射线。 地物波谱特性：各种地物因种类和环境条件不同,都有不同的电磁波辐射或反射特性 反射率：地物反射能量与入射总能量之比。 比辐射率：某一物体在一特定波长和温度下的发射辐射强度与理想黑体在相同波长和温度下所发射的辐射强度之比。 后向散射 ·问答题 地球辐射的分段特性是什么？ 当太阳辐射到达地表后，就短波而言，地表反射的太阳辐射成为地表的主要辐射来源，而来自地球本身的辐射，几乎可以忽略不计。地球自身的辐射主要集中在长波，即6um以上的热红外区段，该区段太阳辐射的影响几乎可以忽略不计，因此只考虑地表物体自身的热辐射。两峰交叉之处是两种辐射共同其作用的部分，在2.5~6um，即中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身的热辐射均不能忽略。 什么是大气窗口?试写出对地遥感的主要大气窗口 答：大气窗口的定义：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高 的波段成为大气窗口。 包括：部分紫外波段，0.30 m μ~0.40m μ，70%透过。 全部可见光波段，0.40 m μ~0.76m μ，95%透过。 部分近红外波段，0.76 m μ~1.3m μ，80%透过。 近红外窗口：1.5 m μ~2.4m μ，90%透过，可区分蚀变岩石。 包括两个小窗口：1.5 m μ~1.75m μ 2.1 m μ~2.4m μ。 中红外窗口：3.5 m μ~5.5m μ，反射和发射并存。 包括两个小窗口（反射和发射混合光谱）：3.5 m μ~4.2m μ 4.6 m μ~5m μ 远红外窗口：8 m μ~14m μ，发射电磁波，热辐射。 微波窗口：0.5cm~300cm
水环境化学课程作业地球上的水1我国水资源的现状如何2
水环境化学课程作业 第一章地球上的水 1、我国水资源的现状如何？ 2、我国水资源的特点。 3、水循环具有哪些功能？意义何在？ 4、影响水的自然循环的因素。 第二章天然水的组成与性质 1、水的物理化学特性对环境的效应。 2、试述海洋、河流、地下水中主要污染物的种类和来源。 3、什么是天然水的硬度？水的硬度如何分级？ 4、天然水的主要组成成分有哪些？ 第三章天然水的组成与性质 1、什么是水体污染？造成水体污染的主要原因有哪些？ 2、什么是耗氧有机污染物？简述耗氧有机污染物对水体的影响以及衡量耗氧有机污染物的指标。 3、什么是富营养化？简述造成水体富营养化的原因。 4、什么是优先控制污染物？ 5、常用的水质指标有哪些？ 6、我国地表水、地下水和海水水质分为哪几类？ 第四章天然水中的化学平衡 第一节天然水中的气体溶解平衡 1、天然水中主要的溶解气体有哪些？主要来源有哪些？
2、影响气体在水中的溶解度的因素有哪些？什么是相似相溶原理。 3、气体在水中溶解的双模理论指的是什么。气体主体内的分子溶入液体主体中的过程有哪几个个步骤？易溶气体和难溶气体分别受什么控制。 第二节天然水中的酸碱平衡 1、酸碱反应的实质是什么？ 2、什么是强酸，什么是弱酸。 3、求浓度为0.1mol.L-1的HAc溶液pH值 4、天然水中有哪些常见的酸碱物质?它们在水中如何电离? 5、天然水的酸碱性划分为哪五类？ 6、天然水的pH一般为多少?为什么池塘、湖泊的pH一般有明显 的日变化? 7、天然水有一定的缓冲性，水中存在哪三个3个可以调节pH的 平衡系统。 8、依据下图，分析碳酸平衡在各形态浓度与pH的关系。