人的眼睛就是传感器。人对光的感应靠眼睛，在光亮条件下，人眼能分辨各种颜色。首先从人眼构造开始讲起。眼睛最里面的膜是视网膜，它布满了整个眼睛后部的内壁。当眼球适当地聚焦时，来自眼睛外部的光在视网膜上成像。在视网膜表面分布的分离光接收器提供了图案视觉。这种光吸收器分为两类：锥状体和杆状体。用这些锥状体，人们可以充分地分辨图像细节，因为每一个锥状体都连接到自身的神经末端，锥状体主要位于视网膜的中间部分（称之为中间凹），且对颜色灵敏度很高，肌肉控制眼球转动，直到感兴趣的物体图像落到中央凹上。中央凹本身是在视网膜上直径约1.5mm的凹坑，把它近似为方形或矩形的敏感元素的阵列更有用，可以把中央凹作为大小为1.5mm*1.5mm的方形传感器阵列观察。从行分辨能力的观点看，恰好就是一个电荷耦合元件（CCD）中等分辨率的成像芯片可以类比（在当前电子成像传感器领域）。视网膜图像主要反射在中央凹区域上，然后由光接收器的相应刺激作用产生感觉，感觉把辐射能转变为电脉冲，最后由大脑解码。因此说，人的眼睛是目视解译的重要器官，眼球的构造与功能在获取信息的许多方面类似照相机。接下来，提出问题，光是什么？人眼为什么能够看到五彩缤纷的世界？1889年，赫兹用电磁振荡的方法产生了电磁波，（电磁波是电磁振动在空间的传播）近代物理中电磁波也称电磁辐射（电磁辐射是物体向外发射电磁波的过程）。电磁波传播到气体、液体、固体介质时，会发生反射、折射、吸收、透射等现象。经实验证明，，电磁波的性质与光波的性质相同。随着对光本性认识的深化，光波和电磁波被统一起来。光是一种特殊的电磁辐射，是一种波，属于电磁波的一部分，人眼可以看见和感觉到它。通常我们习惯用波长来描述波，而光谱就是按照波长顺序给光波进行排序，就像我们平时站队习惯按高矮顺序站一样。光波的波长范围非常大，但我们人眼能看到的只是430nm-790nm这个波段的光，所以我们把这个波段的光称为可见光，可见光之前的我们称为紫外线，紫外线会使眼睛产生疼痛感。在可见光波段内，不同的波长又有着不同的颜色。390-430：紫色；440-450：靛蓝色；460-480蓝色；490-530绿色；550-580黄色；590-640橙色；650-790红色。这7种颜色混合在一起，就是我们看到太阳光的颜色：无色。继续回答问题。人从一个物体感受到的颜色是由物体反射光的性质决定的。例如：绿色物体反射波长主要在500-570nm范围的光，而吸收其他波长的大部分能量。人眼的锥状细胞是负责彩色视觉的传感器，人眼中的6-7百万锥状细胞中可分为3个感觉类别，它们对应红、绿、蓝，大约65%的锥状细胞对红光敏感，33%对绿光敏感，只有2%对蓝光敏感，但是蓝锥状细胞对蓝光更敏感，由于人眼的这些吸收特性，被看到的彩色是所谓的原色红绿蓝的各种组合。可见光与近红外波段占据300nm-2500nm。

我们阅读这些文字时，就正在进行遥感。我们的眼睛就像是一个活动的传感器，对页面反射的光产生响应。遥感在某种程度上可视为一种阅读过程。利用各种传感器收集远处的数据并分析这些数据，可以得到被调查物体、区域或现象的信息。下面介绍有关电磁能量的传感器。这些传感器通常利用航空航天平台来完成地球资源的清查、制图和监测工作。数据获取过程的原理是：能量来源，能量通过大气层的传播，能量与地表物体的相互作用，能量再次穿过大气层，机载和或星载传感器，生成图形和或数字形式的传感器数据。电磁能量如何与物体相互作用则要使用粒子理论来解释。该理论认为电磁辐射由许多离散的单元组成，这些单元称为光子或量子。量子的能量与其波长成反比。波长越长，能量值越小。某些传感器本身备有能源来照射感兴趣的目标。这类系统称为主动系统，主动系统最常见的实例是使用闪光灯的照相机，而被动系统则感知自然得到的能量，如同样的照相机利用日光时就成为被动传感器。能量与地物的相互作用。当电磁能入射到任何已知地表物体（表面特征）上时，能量与物体的相互作用有三种，根据能量守恒原理，三种能量的相互关系是：入射能量=反射能量+吸收能量+透射能量。涉及这种关系时，有两点需要注意：首先，能量被反射、吸收和透射的比例会随地物的材料类型和条件的不同而变化，我们可根据这一差别来区分图像上的不同地物特征；其次，波长的依赖性是指，即使是同一地物类型，反射、吸收和透射能量的比例也会随波长的变化而变化。因此，两个不同地物在一个波段会不可区分，而在另一个波段中却会很不相同。电磁能量的探测有多种方法。在电子传感器开发和采用以前，以模拟胶片为基础的照相机利用感光胶片表面的化学反应来监测景物内能量的变化。通过照相胶片的显影，我们就获得了其检测的信号的记录，这样胶片就成为了探测和记录工具。后来，出现了手持数字摄像机，它是我们较为熟悉的电子传感器。数字照相机使用电子探测器而非胶片来进行图像检测。数字图像看起来是一副连续色调的照片，但它实际上由离散的图片元素或像元的二维数组构成。每个像元的强度对应于其平均亮度或辐射度，它们是在与像元对于的地面区域上方通过电子测量得到的。数字图像中的每个像元都有唯一的数字值即DN值。彩色图像是在几个光谱波段中同时收集数据。在彩色摄影时，三个单独的探测器组（或模拟相机中胶片内的三个层）分别记录不同波长范围内的辐射度。使用适当的校准系数，这些整数DN可转化为更有意义的物理单位，如光谱反射率。遥感技术本身只是一种工具，它必须与其他技术配合才能发挥最大的作用，遥感本身并不是最终目的。可见光外的波段，为我们提供了真正看到不可见世界的能力。摄影系统：1840年，巴黎天文台长主张用摄影来进行地形测量。已知的第一张航空相片于1858年拍摄，当时乘坐的是一种气球。1882年，英国气象学家用风筝拍摄了第一张航空相片。1908年，飞机用来首次拍摄电影。1934年，美国成立了专业的美国摄影测量协会（现为美国摄影测量与遥感协会）。第二次世界大战期间，为侦察将表面涂漆伪装成植被的各种目标，人们研制了彩红外胶片。因为生长良好的植物对红外能量的反射远甚于对绿色能量的反射。这种生长良好的植物一般在彩红外胶片上呈色调不等的红色。绿色伪装的物体其红外反射率通常较低，所以它们的胶片上呈蓝色，能很快地与生长良好的绿色植物区分开来。于是后来这种胶片被称为“伪装探测胶片”。彩红外胶片由于能以鲜明的颜色来表达反射红外能量的特征，因此成为资源调查分析的一种极为有用的胶片。

被动遥感的传感器。遥感是在不直接接触目标物的情况下，使用特定的探测仪器来接受目标物体的电磁波信息，再经过对信息的传输、加工、处理、判读，从而识别目标物体的技术，具有无损、实时的检测优点。首先，什么是被动遥感？被动遥感的传感器不向目标发射电磁波，此时就要说明太阳对于被动遥感的作用。太阳辐射有时习惯称作太阳光。太阳光通过地球大气照射到地面，经过地面物体反射又返回，最终被传感器接收。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。遥感传感器技术经历了多光谱、高光谱、超光谱、全色（黑白）成像、彩色成像、多光谱扫描成像以及截止现阶段新兴的高光谱成像阶段。遥感是一种间接测量方式，通过将传感器放置于卫星、航空飞机或无人机平台之上，采集目标地物的光谱信息并记录。遥感仪器快速、高效，能够获取大面积数据（面状数据）等优势，迅速称为植被监测的有效手段，并获得业内广泛认可。通常用于地面遥感平台的传感器又可分为成像式和非成像。成像光谱仪：高光谱成像光谱仪是由摄像机（CCD相机）和光谱仪（可见/近红外）两部分组成。色散元件的结构为棱镜-光栅-棱镜。分光模组（光谱仪）是高光谱成像系统的核心。成像镜头是用来将被测物的反射光搜集进入高光谱仪。光源投射到物体表面后的反射光信息，经过成像镜头收集进入分光模组（光谱仪），分光模组（光谱仪）通过棱镜-光栅-棱镜将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散，再经成像镜聚焦而形成光谱。这些搭载被测物体相关信息的光谱信号可由面阵CCD侦测器检出从而完成光谱成像。CCD侦测器可将光谱的辐射强度信号转换为相应的电信号。光谱分辨率是指成像的波段范围，分的越细，波段越多，光谱分辨率就越高，细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和组成成分的能力。对多个光谱通道进行图像采集、显示、处理和分析解释的技术称为光谱成像技术。
多光谱卫星遥感：早在20世纪60年代，人造地球卫星围绕地球获取地球的图片资料，人们就知道黑白图像的灰度级别代表了光学特性的差异因而可用于辨别不同的材料。机载。大尺度的遥感影像分类，大都是基于航天或航空尺度的遥感影像进行的。对卫星影像可进行土地覆盖度变化、森林生化参数填图、草原稀树提取、城市植被成图等方面的研究；对航空影像可进行小麦生化参数反演填图、植被覆盖度提取等方面的研究。研究表明，地球中很多的地物目标其诊断性特征吸收峰深度的一半处测量得到的宽度为20-40nm，高光谱遥感凭借其10nm左右的高光谱分辨率，具有足够的能力区分那些具有诊断性光谱特征的地物，使得早先在光学遥感或多光谱遥感等宽波段遥感图像中无法被探测的物质，在高光谱图像中可以探测。高光谱遥感其发展的根基是测谱学，高光谱遥感多年来一直致力于探测地物的辐射信息，提取隐含在光谱中的地物特征，对地物成分进行定性及定量化的分析。

遥感的原理

吸收、反射、发射电磁波的能力是自然界物体的共性。鉴于不同物质在分子结构、原子组成等方式上不同，不同物体吸收和发射不同的固定波长和频率的电磁波，而相同物体在电磁波特性上具有一致性的特点，我们可以根据这种波谱差异进行物质判断。

遥感是利用各种物体具有反射不同波长电磁波信息的特性，通过探测目标的电磁波信息，获取目标信息，进行远距离物体识别的技术。地表目标反射的电磁辐射能，经与大气、地表相互作用后，被各种传感器所接收并记录下来，成为解释目标性质和现象的原始信息。



遥感原理就是建立在电磁波理论及其与物体相互作用机制的基础上的。电磁波是地物信息的载体，可由电子能级的跃迁、电荷的加速、物质的放射性衰变以及原子和分子的热运动而产生。地球上的电磁波主要来自于太阳，太阳内部的核反应产生了不同波长或不同频率的电磁波，从而构成了电磁波谱。植物在太阳辐射光谱范围0.4-2.4um内的光谱特性可体现为几个光谱波段，分别表现植物的色素信息（植物叶色素主要包括叶绿素、叶黄素和花青素，这些都是表征植被的健康指标。健康植物的叶绿素含量高，相反，叶黄素和花青素则常常出现在健康较差的植被上。叶色素只影响可见光部分（400nm-700nm）。在可见光谱段，太阳辐射的吸收主要来自叶绿素、叶黄素和花青素，形成450nm和670nm附近的吸收谷。可见光区域400-700nm常称为叶绿素吸收带，反射和透射都很低，作物叶片强烈吸收蓝区和红区的能量，而强烈反射绿区能量，因此肉眼觉得健康的作物呈绿色，即450nm蓝光和660nm红光附近，以及一个反射峰550nm，呈现独特的光谱特征，如果作物受到某种形式的抑制而中断了正常生长发育，它就会减少甚至停止叶绿素的产生，这将导致叶绿素的蓝区和红区吸收带减弱，常使红波段反射率增强，以至于我们看到作物变黄，即绿色和红色的合成效应。700-780nm波段是近红外光谱区。作物的光谱特性主要受作物叶片内部构造的控制，在可见光波段与近红外波段之间，即大约760nm附近，可看到健康作物的反射率急剧上升，形成“红边”现象。此现象是作物光谱反射曲线最为明显的特征，是研究的重点光谱区域。当作物生物量大、色素含量高、生长旺盛时，红边会向长波方向移动，即所说的“红移”现象，而当遇到干旱等各种胁迫、叶片老化等因素发生时，红边则会向短波方向移动，即所说的“蓝移”现象。780-1350nm作物的反射率叶片能解释叶片结构光谱反射率特性，其光谱反射率高达45%-50%，透过率高达45%-50%，而吸收率<5%。不同种类的作物之间，内部结构差别很大，虽然在可见光波段它们看起来是一样的，但在这一光谱区可以通过测量反射率来鉴别不同种类的作物。）、水分信息（在近红外谱段内，太阳辐射的吸收则主要来自水分，形成970nm和1190nm两个水吸收带）、碳信息和氮信息（在短波红外谱段内，除了水分，各种形式存在的碳和氮也对太阳辐射的吸收有一定的贡献，形成1400nm和1900nm的吸收谷）。在热力学温度为0K以上时，所有的物体都会发射电磁波，也会吸收、反射其他物体发射的电磁波。一切物体由于其种类、特征核环境调节的不同，具有完全不同的电磁波发射或者反射辐射特性，这种信息取决于物体的宏观（形态）特性和微观（分子级）特性。

植物的光谱特性是植物在生长过程中与环境因子相互作用的综合光谱信息。植被冠层对太阳辐射的吸收、反射和透射都主要由叶片和植被结构决定。植被叶片和植被分布结构共同导致了植物光谱曲线呈现处明显的起伏变化特征，植被在不同谱段具有各不相同的反射光谱曲线形态和特征，这是利用遥感图像区分植被与其他地物的基础。



下面介绍电磁辐射与物体的相互作用：当电磁辐射能量入射到地物表面上，将会出现三种过程：一部分入射能量被地物反射；一部分入射能量被地物吸收，成为地物本身内能或部分再发射出来，还有一部分入射能量被地物透射。根据能量守恒定律可得：入射的总能量=地物的反射能量+地物的吸收能量+地物的透射能量。式子左右同时除以入射的总能量，得到第二个式子：反射率+吸收率+透射率=1，对于不透明的地物，透射率为0.因此，对于某一波段反射率高的地物，其吸收率就低，反之，吸收率高的地物，其反射率就低。

这里关注地物的反射：不同地物对入射电磁波的反射能力是不一样的，通常用反射率来表示。当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时，入射能量的一部分或全部返回原介质的现象，称之为反射。反射的特征可以通过反射率表示，它是波长的函数，其值为0-1.反射率不仅是波长的函数，同时也是入射角、物体的电学性质（电导、介电、磁学性质等）以及表面粗糙度、质地等的函数。一般来说，当入射电磁波波长一定时，反射能力强的地物，反射率大，在黑白遥感影像上呈现的色调就浅。反之，反射入射光能力弱的地物，反射率小，在黑白遥感影像上呈现的色调就深。在遥感影像上色调的差异是判读遥感影像的重要标志。地物的反射波谱是研究地面反射率随波长变化的规律。利用反射率随波长变化的差别可以区分物体。通常用二维几何空间内的曲线表示地物反射率，横坐标表示波长，纵坐标表示反射率。同一物体的反射率曲线形态，反映出不同波段的反射率不同。研究不同波段的反射率并以此与遥感传感器的相同波段和角度接收的辐射数据相对照，可以得到遥感影像数据和对应地物的识别规律。

例如，绿色植物均具有基本的光谱特性，其光谱响应曲线的“峰-谷”形态变化是基本相似的。植被光谱特征谱段范围i主要集中在0.40-0.90um区间，特别是蓝边（0.45um附近）、黄边（0.57um附近）和红边（0.67-0.74um）附近位置包含了大量有利于植被分类提取的信息。因此植被的光谱特征主要体现在0.40-0.90um范围内。植被在可见光波段范围内（0.4-0.76um）的反射率较低，在0.33-0.45um(蓝光波段)和0.65um（红光波段）处有两个反射率的凹谷，这是绿色植物强烈吸收所造成的吸收谷。其原因是植被叶面反射的主控因素是叶绿素，它强烈吸收蓝光和红光，其反射率非常低。在绿光（0.52-0.6um）波段有个反射率为10%-20%的小反射峰，所以植被通常呈暗绿色。在近红外波段0.68-0.75um，绿色植物的光谱反射率陡然上升，即所谓的“红边”形成植被的独有特征，在0.75-1.3um波段范围形成了高反射平台，这主要是受叶面反射光谱受叶内细胞结构和叶冠结构控制，由于光在叶内散射，光谱反射率非常高，出现红外高台，一般在0.975um和1.185um处都有典型的吸收峰存在，这是由植被体内水的吸收和冠层结构引起的。在1.3um附近，才有一个明显的下降。而且在1.3um-2.5um范围内受到绿色植物含水量的影响，吸收率大大增加，反射率呈较低水平，在1.19um\1.4um和1.9um附近可以明显看出反射率跌落，出现了明显的水吸收带，且跌落程度主要取决于水的含量。该波段是近红外光区，主要是由于叶肉内的海绵组织有许多空腔，具有很大的反射表面，而且，细胞内的叶绿素呈水溶胶状态，具有强烈的红外反射，这也是植物为预防过度增热的一种适应。
 

 

 

遥感探测就是辐射能量的测定。一些粗糙的表面可近似看作朗伯源，涂有氧化镁的表面也可近似看成朗伯源，朗伯源用作遥感光谱测量时的标准板（不反射）。高光谱遥感是指利用很多很窄的电磁波段从感兴趣的物体获取有关数据。遥感识别地物的原理：根据传感器所接收到的电磁波光谱特征的差异来识别地物。（1）不同地物在不同波段反射率存在差异；（2）同类地物的光谱是相似的，但随着该地物的内在差异有所变化。不同的物体反射率不同，这主要取决于物体本身的性质（表面状况），以及入射电磁波的波长和入射角度。反射率的范围总是，利用反射率可以判断物体的性质。地物的反射波谱指地物反射率随波长的变化规律。通常用平面坐标曲线表示。横坐标表示波长，纵坐标表示反射率。不同波段具有不同反射率。

 

 

 

 

数据预处理、数据处理、数据分析

刘峰等（《基于GIS和RS的广州市森林植被分类研究》）利用多种植被指数对广州市森林植被进行了分类研究，研究发现垂直植被指数对阔叶树种和针叶树种具有较好的区分效果，而不同针叶树种之间又可以通过比值植被指数进行区分，对于不同植被类型可以通过两种植被指数相结合进行分类。相关文献将植被指数运用到高光谱影像植被分类提取中，更多的是利用不同植被类型的植被指数值之间的差异来区分植被，所得到的植被分类精度普遍不高。理论上植被指数在合适的阈值下能够将影像中的植被信息完整的提取出来，在针对植被的分类提取应用中，就可以利用植被指数这一优点，将高光谱影像中的植被信息提取处理后，再进一步研究植被类别之间的区分，这样可以最大化的避免非植被信息的影响。

结果表明：在假彩色反射率空间，植被与 NDVI 值低的背景有很好的分离性。NDVI最佳阈值法