卫星遥感数据是怎样获取的？如何从中提取有⽤信息？（4） 卫星遥感数据是怎样获取的？如何从中提取有⽤信息?
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卫星遥感很⼤程度上是围绕着“电磁波⼀信号⼀数据⼀信息”的数字化转换过程来展开的（如图1所⽰），具体过程可以概述如下：⾃然界电磁辐射源（如太阳光）或卫星主动发射电磁波A，透过其传输的媒介B，与⽬标 C发⽣相互作⽤，遥感卫星对电磁波进⾏采集与记录，形成数据D，通过数据传输分系统或者中继卫星把载有数据的调制信号E发送到地⾯，地⾯系统接收、解调和处理之后，输出得到不同级别的数据产品F，经过应⽤系统的反演和解译G，提取得到遥感应⽤信息产品H，从⽽理解并揭⽰⼈类社会活动和地球环境的相互作⽤规律，为⼈们⽣产和⽣活中的决策活动提供⽀持与帮助。 图1从⽬标信号、数据获取到信息应⽤的转化过程
以上卫星遥感过程是由卫星遥感系统完成的，⼀般由数据获取系统和应⽤系统组成，可以分为正演过程和反演过程（如图2所⽰），其中正演是指通过电磁波与物体的相互作⽤，获取、测量、处理获得相关数据（通过数据获取系统得到），即通过前向模型Rg b, c9 d, e）9由杞}, （b）9冋，［d}9｛e｝获得｛/?
｝的过程；⽽反演则是提取数据载有的信息（通过应⽤系统得到），即通过逆向模型a=g｛R, b, c, d, e），由｛&｝, ｛b｝9 ｛c）9 [d], ｛e｝获得｛可的过程。以植被遥感为例，植被杞｝：包括植被组分（叶、茎等）的光学参数（反射、透射等）、结构参数（⼏何形状、植株密度等）及环境参数（温度、湿度等）；地⾯泌｝：包括反射、吸收、粗糙度、含⽔量等；辐射源£｝：包括阳光照射的谱密度、⽅向等；⼤⽓｛d｝：包括⼤⽓组分及特性、⼤⽓透过率、背景辐射等；遥感数据获取系统杷｝：包括与植被的⼏何关系、响应、噪声等；｛｝表⽰特征及参数集合。
图2遥感的正演和反演过程⽰意图
卫星遥感的数据获取正演过程和信息提取反演过程⾮常复杂，不同类型的遥感器也存在较⼤的差别。为了较好地说明这两个过程，举⼀个多光谱遥感⽤于树⽊⽣长状态情况监测的例⼦。 ⾸先说⼀下卫星遥感的数据获取过程，多光谱相机作为⼀种光学遥感器，既可以对物体成像，⼜可以测量物体的光谱特征。不同的树⽊，如松树、柳树、榕树、梧桐，等等，在可见近红外谱段有着不同的光谱反射特征，同时它们在不同⽣长状态的光谱特征也有所不同（如图3所⽰）。当照射在这些树⽊上的太阳光被反射时，其反射光中就包含了它们的光谱特征。装载在卫星平台上的多光谱相机可以接收到来⾃不同树⽊的反射光、散射光，⽣成含有图像和光谱信息的遥感数据，并将遥感数据通过信号调制发回地⾯。地⾯系统接收信号，加⼯处理后将图像数据传送给遥感应⽤系统。以上过程可以称为卫星遥感的数据获取正演过程。以上图像数据获取过程， 受到多个成像环节各种要素的影响。太阳光下⾏穿过⼤⽓，树⽊等⽬标反射其光照，再上⾏穿过⼤⽓，到达多光谱相机⼊瞳处，经过光学镜头聚光收集、探测器光电转换、电⼦学放⼤量化等⽣成数字信号，经过压缩和调制之后由数传传送到地⾯。在这个过程中，会受到⼤⽓的吸收散射和湍流、光学镜头畸变、调制传递函数（MTF）、噪声、杂光、误码等多种要素的影响。地⾯系统接收数据后，经过信号解调、数据解压缩、相对辐射校正、⼤⽓校正、图像复原、⼏何校正等步骤，在得到单个谱段图像数据的基础上，通过对多个谱段的图像进⾏融合，得到最终图像数据产品。
图3植被不同⽣长状态的光谱特征不同
复合挤塑聚苯板为了从多光谱融合的图像数据中提取信息，需要在对多光谱图像数据产品进⾏绝对辐射定标的基础上，根据不同树⽊的光谱反射特征库，经过遥感应⽤系统的反演，提取不同时间的树⽊⽣长状态信息（如图4所⽰），从⽽获得树⽊分布情况和不同⽣长状态等信息产品，由此完成卫星遥感的信息提取反演过程。从多光谱图像中提取树⽊信息的过程也⾮常复杂，通常需要多个步骤来完成。第⼀步，需要结合多光谱相机的光谱响应特性曲线和绝对辐
射定标数据，反推出在探测器上的辐亮度；第⼆步，需要结合相机光学部分的特性和探测器的光电转换特性参数，反推出相机⼊瞳处的辐射率；第三步，由卫星姿态等外⽅位元素和相机内⽅位元素等⼏何定标参数，将各像元定位到地表的不同位置，⽤以确定树⽊的具体位置；第四步，结合⼤⽓状况和
⼤⽓辐射传输特性，反推地⾯的光谱出射度；第五步，结合成像时刻太阳、地表和卫星的位置关系，反推树⽊的光谱反射率；最后，根据不同树⽊的光谱反射率曲线，钻夹头>全合成切削液配方
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步，结合成像时刻太阳、地表和卫星的位置关系，反推树⽊的光谱反射率；最后，根据不同树⽊的光谱反射率曲线，提取树⽊分布以及⽣长状态等信息。以上过程可以称为卫星遥感的信息提取反演过程。
图4根据不同光谱特征反演树⽊的分布和⽣长状态
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值得⼀提的是，⽆论是遥感数据获取的正演过程，还是从遥感数据中提取⽬标信息的反演过程，均需要深⼊地理解其物理规律，对由电磁波到数据的⽣成过程理解得越透彻，信息反演的应⽤模型越精确，得到的有⽤信息就越多。
浮油回收机图鑫览宇遥感卫星影像数据知识分享——选⾃《感知地球卫星遥感知识问答》（撰写：满益云时红伟审订：陈世平）
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