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第1章 遥感的概念和基础1

1.1 引言1

1.1.1 电磁遥感过程概述1

1.1.2 本书的组织1

1.2 能源和辐射原理3

1.3 大气中能量的相互作用5

1.3.1 散射5

1.3.2 吸收6

1.4 能量与地物的相互作用7

1.4.1 地物的光谱反射率10

1.4.2 光谱响应模式13

1.4.3 大气对光谱响应模式的影响13

1.4.4 几何因素对光谱响应模式的影响15

1.5 数据获取和数字图像概念18

1.5.1 高程数据21

1.6 参考数据24

1.7 全球定位系统和其他全球导航卫星系统26

1.7.1 GNSS的国际发展状态26

1.7.2 GNSS数据处理和校正26

1.8 遥感系统的特点27

1.9 遥感的成功应用30

1.10 地理信息系统31

1.11 GIS和遥感的空间数据框架34

1.12 图像目视解译35

1.12.1 图像解译的要素35

1.12.2 图像解译策略37

1.12.3 图像解译标志40

1.12.4 遥感波长41

1.12.5 色彩感知和颜色混合41

1.12.6 图像解译的时间因素42

1.12.7 图像空间分辨率和地面采样距离42

1.12.8 图像解译中的其他重要分辨率45

1.12.9 图像比例尺46

1.12.10 图像解译过程46

1.12.11 目视解译的基本设备47

1.12.12 目视图像解译与计算机图像处理的关系51

第2章 摄影系统原理52

2.1 引言52

2.2 航空摄影的早期历史52

2.3 摄影基础54

2.3.1 简单摄影机54

2.3.2 聚焦55

2.3.3 曝光55

2.3.4 几何因素对胶片曝光的影响56

2.3.5 滤色片57

2.4 胶片摄影59

2.4.1 胶片密度和特征曲线60

2.4.2 黑白胶片63

2.4.3 彩色胶片65

2.4.4 彩红外胶片66

2.5 数字摄影69

2.5.1 数字和模拟摄影对比69

2.5.2 数字摄影的优点71

2.6 航空摄影机71

2.6.1 单镜头分幅摄影机71

2.6.2 全景摄影机73

2.6.3 数字相机幅面尺寸74

2.6.4 小幅面数字摄影机75

2.6.5 中幅面数字摄影机76

2.6.6 大幅面数字摄影机77

2.6.7 面阵数字摄影机的几何要素78

2.7 摄影系统的空间分辨率79

2.7.1 胶片摄影系统79

2.7.2 数字摄影系统82

2.7.3 物体的探测、识别和鉴定83

2.8 航空摄像83

2.9 小结85

第3章 摄影测量的基本原理86

3.1 引言86

3.2 航空相片的基本几何特征88

3.2.1 航空相片的几何类型88

3.2.2 垂直航空相片拍摄89

3.2.3 垂直相片的几何要素92

3.2.4 像平面坐标测量93

3.3 相片比例尺93

3.4 航空相片的地面覆盖95

3.5 面积测量98

3.6 垂直地物的投影差99

3.6.1 投影差的特性99

3.6.2 由投影差测量确定物体的高度101

3.6.3 投影差的校正101

3.7 影像视差102

3.7.1 影像视差的特性102

3.7.2 由视差测量得到物体的高度和地面坐标位置103

3.7.3 视差测量105

3.8 航空摄影的地面控制107

3.9 确定航空摄影的外方位元素108

3.9.1 间接地理参照108

3.9.2 直接地理参照111

3.10 从航空相片生产制图产品111

3.10.1 基础平面制图111

3.10.2 从硬拷贝到软拷贝的显示与制图系统的演化112

3.10.3 空间交会与DEM制作113

3.10.4 数字／正射影像制作114

3.10.5 多光束摄影测量119

3.11 飞行计划121

3.12 小结125

第4章 多光谱、热红外和高光谱遥感126

4.1 引言126

4.2 垂直航迹扫描126

4.3 沿航迹扫描（推帚式扫描）130

4.4 垂直航迹多光谱扫描仪和影像实例131

4.5 沿航迹多光谱扫描仪和影像实例134

4.6 垂直航迹扫描仪影像的几何特性135

4.6.1 空间分辨率和地面覆盖135

4.6.2 比例尺切向畸变136

4.6.3 分辨单元大小的变化138

4.6.4 一维投影差139

4.6.5 飞行参数畸变140

4.7 沿航迹扫描仪影像的几何特性140

4.8 热红外成像141

4.9 热辐射原理143

4.9.1 辐射与动力学温度143

4.9.2 黑体辐射143

4.9.3 实体辐射144

4.9.4 大气影响145

4.9.5 热辐射和地面要素的相互作用146

4.10 热红外影像解译147

4.11 热红外影像辐射校准和温度制图154

4.11.1 黑体校准源的内标校准154

4.11.2 空地相关155

4.11.3 用热红外图像制作温度图155

4.12 FLIR系统156

4.13 高光谱遥感156

4.14 小结163

第5章 地球资源卫星的光谱应用164

5.1 引言164

5.2 卫星遥感系统的光谱特征165

5.2.1 卫星平台和任务子系统165

5.2.2 卫星轨道设计167

5.2.3 传感器设计参数167

5.2.4 其他系统注意事项170

5.3 中等分辨率系统170

5.4 陆地卫星1～7171

5.5 陆地卫星8179

5.6 未来的陆地卫星任务和全球对地观测系统188

5.7 SPOT 1～5189

5.8 SPOT 6和7195

5.9 其他中等分辨率卫星的演化197

5.10 1999年以前发射的中等分辨率系统198

5.11 1999年以后发射的中等分辨率系统200

5.12 高分辨率系统204

5.13 高光谱卫星系统208

5.14 观察常规地表特征的气象卫星210

5.15 NOAA POES卫星210

5.16 JPSS卫星212

5.17 GOES卫星214

5.18 海洋监测卫星216

5.19 对地观测系统217

5.19.1 MODIS218

5.19.2 ASTER220

5.19.3 MISR222

5.20 空间站遥感222

5.21 太空碎片225

第6章 微波和激光雷达遥感227

6.1 引言227

6.2 雷达的发展227

6.3 成像雷达系统的工作原理229

6.3.1 距离分辨率233

6.3.2 方位分辨率234

6.4 合成孔径雷达235

6.5 雷达图像的几何特性237

6.5.1 斜距比例失真237

6.5.2 地形起伏的偏移影响238

6.5.3 视差240

6.6 雷达信号的传输特性241

6.7 其他雷达图像特征243

6.7.1 雷达图像光斑243

6.7.2 雷达图像距离亮度变化245

6.8 雷达图像解译246

6.8.1 几何特性246

6.8.2 电特性248

6.8.3 极化作用249

6.8.4 土壤响应250

6.8.5 植被响应251

6.8.6 水和冰的响应254

6.8.7 城市区域响应256

6.8.8 小结257

6.9 干涉测量雷达257

6.10 空间雷达遥感261

6.11 Seasat-1和航天飞机成像雷达任务262

6.11.1 SIR-A263

6.11.2 SIR-B263

6.11.3 SIR-C265

6.12 Almaz-1266

6.13 ERS、Envisat和Sentinel-1266

6.14 JERS-1、ALOS和ALOS-2267

6.15 Radarsat268

6.16 TerraSAR-X、TanDEM-X和PAZ270

6.17 COSMO-SkyMed星座272

6.18 其他高分辨率星载雷达系统272

6.19 航天飞机雷达地形测绘任务273

6.20 航天雷达系统小结275

6.21 雷达测高法276

6.22 被动微波遥感277

6.22.1 微波辐射计278

6.22.2 被动微波扫描仪278

6.23 Lidar的基本原理280

6.24 Lidar数据分析和应用282

6.25 航天Lidar287

第7章 数字图像分析289

7.1 引言289

7.2 图像预处理291

7.2.1 去噪291

7.2.2 辐射校正292

7.2.3 几何校正295

7.2.4 子图、图层堆叠和镶嵌297

7.3 图像增强298

7.4 对比度处理298

7.4.1 灰度级阈值处理298

7.4.2 灰度分割298

7.4.3 对比度拉伸299

7.5 空间特征处理302

7.5.1 空间滤波302

7.5.2 卷积303

7.5.3 边缘增强305

7.5.4 傅里叶分析307

7.6 多图像处理309

7.6.1 光谱比值309

7.6.2 归一化差值比和其他指数311

7.6.3 主成分与典型成分313

7.6.4 植被成分317

7.6.5 明度－色调－饱和度彩色空间变换319

7.6.6 去相关拉伸321

7.7 图像分类321

7.8 监督分类322

7.9 分类阶段323

7.9.1 距平均值最小距离分类法324

7.9.2 平行六面体分类法324

7.9.3 高斯最大似然分类法325

7.10 训练阶段326

7.11 非监督分类333

7.12 混合分类336

7.13 混合像元分类337

7.13.1 光谱混合分析338

7.13.2 模糊分类340

7.14 输出阶段和分类后平滑341

7.15 基于对象分类342

7.16 神经网络分类344

7.17 分类精度评价345

7.17.1 分类误差矩阵345

7.17.2 分类误差矩阵评价347

7.17.3 取样需要考虑的事项348

7.17.4 关于精度评价的最后思考349

7.18 变化检测349

7.19 图像时间序列分析352

7.20 数据融合与GIS集成354

7.20.1 多时相数据融合355

7.20.2 多传感器图像融合355

7.20.3 图像数据与辅助数据的合并356

7.20.4 自动土地覆盖分类与GIS数据集成357

7.21 高光谱图像分析359

7.21.1 高光谱图像的大气校正359

7.21.2 高光谱图像分析技术359

7.22 生物物理建模361

7.22.1 尺度效应362

7.23 小结364

第8章 遥感应用365

8.1 引言365

8.2 土地利用／覆盖制图366

8.3 地质和土壤制图370

8.3.1 地质制图370

8.3.2 土壤制图373

8.4 农业应用375

8.5 林业应用378

8.6 牧场应用381

8.7 水资源应用382

8.7.1 水体数量及分布382

8.7.2 水质386

8.8 冰雪应用388

8.9 城市和区域规划应用390

8.10 湿地制图391

8.11 野生动物生态学应用393

8.12 考古学应用396

8.13 环境评价与保护398

8.14 自然灾害评价400

8.14.1 野火401

8.14.2 强风暴401

8.14.3 洪水403

8.14.4 火山爆发403

8.14.5 灰埃和烟雾404

8.14.6 地震404

8.14.7 海啸405

8.14.8 海岸线侵蚀405

8.14.9 滑坡405

8.15 地貌识别和评价原理407

8.15.1 土壤特征407

8.15.2 土地利用适宜性评价408

8.15.3 地貌识别和评价的图像解译要素408

8.15.4 影像解译过程411

8.16 小结417

附录A 辐射度的概念、术语和单位418

附录B 样本坐标变换和重采样过程420

附录C 雷达信号的概念、术语和单位423

遥感常用国际单位426

术语表427

参考文献441