衛(wèi)星遙感很大程度上是圍繞著“電磁波―信號―數(shù)據(jù)―信息”的數(shù)字化轉(zhuǎn)換過程來展開的（如圖1所示），具體過程可以概述如下：自然界電磁輻射源（如太陽光）或衛(wèi)星主動發(fā)射電磁波A，透過其傳輸?shù)拿浇锽，與目標(biāo)C發(fā)生相互作用，遙感衛(wèi)星對電磁波進(jìn)行采集與記錄，形成數(shù)據(jù)D，通過數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)或者中繼衛(wèi)星把載有數(shù)據(jù)的調(diào)制信號E發(fā)送到地面，地面系統(tǒng)接收、解調(diào)和處理之后，輸出得到不同級別的數(shù)據(jù)產(chǎn)品F，經(jīng)過應(yīng)用系統(tǒng)的反演和解譯G，提取得到遙感應(yīng)用信息產(chǎn)品H，從而理解并揭示人類社會活動和地球環(huán)境的相互作用規(guī)律，為人們生產(chǎn)和生活中的決策活動提供支持與幫助。
圖1 從目標(biāo)信號、數(shù)據(jù)獲取到信息應(yīng)用的轉(zhuǎn)化過程
以上衛(wèi)星遙感過程是由衛(wèi)星遙感系統(tǒng)完成的，一般由數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)組成，可以分為正演過程和反演過程（如圖2所示），其中正演是指通過電磁波與物體的相互作用，獲取、測量、處理獲得相關(guān)數(shù)據(jù)（通過數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)得到），即通過前向模型R=f{a，b，c，d，e}，由{a}，，{c}，ndhp7bb，{e}獲得{R}的過程；而反演則是提取數(shù)據(jù)載有的信息（通過應(yīng)用系統(tǒng)得到），即通過逆向模型a=g{R，b，c，d，e}，由{R}，，{c}，nfvzvvv，{e}獲得{a}的過程。以植被遙感為例，植被{a}：包括植被組分（葉、莖等）的光學(xué)參數(shù)（反射、透射等）、結(jié)構(gòu)參數(shù)（幾何形狀、植株密度等）及環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度等）；地面：包括反射、吸收、粗糙度、含水量等；輻射源{c}：包括陽光照射的譜密度、方向等；大氣p75zjhh：包括大氣組分及特性、大氣透過率、背景輻射等；遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng){e}：包括與植被的幾何關(guān)系、響應(yīng)、噪聲等；{}表示特征及參數(shù) *** 。
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圖2 遙感的正演和反演過程示意圖
衛(wèi)星遙感的數(shù)據(jù)獲取正演過程和信息提取反演過程非常復(fù)雜，不同類型的遙感器也存在較大的差別。為了較好地說明這兩個過程，舉一個多光譜遙感用于樹木生長狀態(tài)情況監(jiān)測的例子。
首先說一下衛(wèi)星遙感的數(shù)據(jù)獲取過程，多光譜相機(jī)作為一種光學(xué)遙感器，既可以對物體成像，又可以測量物體的光譜特征。不同的樹木，如松樹、柳樹、榕樹、梧桐，等等，在可見近紅外譜段有著不同的光譜反射特征，同時它們在不同生長狀態(tài)的光譜特征也有所不同（如圖3所示）。當(dāng)照射在這些樹木上的太陽光被反射時，其反射光中就包含了它們的光譜特征。裝載在衛(wèi)星平臺上的多光譜相機(jī)可以接收到來自不同樹木的反射光、散射光，生成含有圖像和光譜信息的遙感數(shù)據(jù)，并將遙感數(shù)據(jù)通過信號調(diào)制發(fā)回地面。地面系統(tǒng)接收信號，加工處理后將圖像數(shù)據(jù)傳送給遙感應(yīng)用系統(tǒng)。以上過程可以稱為衛(wèi)星遙感的數(shù)據(jù)獲取正演過程。以上圖像數(shù)據(jù)獲取過程，受到多個成像環(huán)節(jié)各種要素的影響。太陽光下行穿過大氣，樹木等目標(biāo)反射其光照，再上行穿過大氣，到達(dá)多光譜相機(jī)入瞳處，經(jīng)過光學(xué)鏡頭聚光收集、探測器光電轉(zhuǎn)換、電子學(xué)放大量化等生成數(shù)字信號，經(jīng)過壓縮和調(diào)制之后由數(shù)傳傳送到地面。在這個過程中，會受到大氣的吸收散射和湍流、光學(xué)鏡頭畸變、調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）、噪聲、雜光、誤碼等多種要素的影響。地面系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)后，經(jīng)過信號解調(diào)、數(shù)據(jù)解壓縮、相對輻射校正、大氣校正、圖像復(fù)原、幾何校正等步驟，在得到單個譜段圖像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過對多個譜段的圖像進(jìn)行融合，得到最終圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
圖3 植被不同生長狀態(tài)的光譜特征不同
為了從多光譜融合的圖像數(shù)據(jù)中提取信息，需要在對多光譜圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行絕對輻射定標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同樹木的光譜反射特征庫，經(jīng)過遙感應(yīng)用系統(tǒng)的反演，提取不同時間的樹木生長狀態(tài)信息（如圖4所示），從而獲得樹木分布情況和不同生長狀態(tài)等信息產(chǎn)品，由此完成衛(wèi)星遙感的信息提取反演過程。從多光譜圖像中提取樹木信息的過程也非常復(fù)雜，通常需要多個步驟來完成。之一步，需要結(jié)合多光譜相機(jī)的光譜響應(yīng)特性曲線和絕對輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)，反推出在探測器上的輻亮度；第二步，需要結(jié)合相機(jī)光學(xué)部分的特性和探測器的光電轉(zhuǎn)換特性參數(shù)，反推出相機(jī)入瞳處的輻射率；第三步，由衛(wèi)星姿態(tài)等外方位元素和相機(jī)內(nèi)方位元素等幾何定標(biāo)參數(shù)，將各像元定位到地表的不同位置，用以確定樹木的具 *** 置；第四步，結(jié)合大氣狀況和大氣輻射傳輸特性，反推地面的光譜出射度；第五步，結(jié)合成像時刻太陽、地表和衛(wèi)星的位置關(guān)系，反推樹木的光譜反射率；最后，根據(jù)不同樹木的光譜反射率曲線，提取樹木分布以及生長狀態(tài)等信息。以上過程可以稱為衛(wèi)星遙感的信息提取反演過程。
圖4 根據(jù)不同光譜特征反演樹木的分布和生長狀態(tài)
值得一提的是，無論是遙感數(shù)據(jù)獲取的正演過程，還是從遙感數(shù)據(jù)中提取目標(biāo)信息的反演過程，均需要深入地理解其物理規(guī)律，對由電磁波到數(shù)據(jù)的生成過程理解得越透徹，信息反演的應(yīng)用模型越精確，得到的有用信息就越多。
