本书在光谱、辐射、几何分辨率研究的基础之上，将时间分辨率作为一个独立维度，对其进行了较为系统的描述，它是全球变化、多尺度乃至高分辨率地表快速变化分析研究的重要参量。通过外场定标，发现了几个分辨率之间的交叉关联和相互作用；通过追溯遥感电磁波光源非均衡反射、折射、透射作用，得到了偏振作为辐亮度的精细表征，得到了偏振作为电磁波矢量的全面表征，成为一个独立于四个分辨率之外的特征参量。
本书从数学、物理角度阐述了高分辨率遥感基础特性，从电磁波矢量角度阐述高分辨率遥感本质特点，是从事光学遥感研究人员的入门书，是遥感、地球观测、测绘等领域学者了解高分辨率遥感数学、物理基础的参考书，并为相关领域从业人员了解高分辨率遥感四大分辨率本质及四者之间的关系提供了翔实的素材。
样章试读
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“地球观测与导航技术丛书”编写说明
序
前言
第1章 电磁波反射传输原理与高分辨率遥感特性 1
1.1 电磁波反射传输原理与麦克斯韦方程 1
1.2 高分辨率遥感空间特性与几何高精度瓶颈 3
1.3 高分辨率遥感时间特性与实时性去冗余瓶颈 6
1.4 高分辨率遥感光谱特性与像元解混谱段退化瓶颈 8
1.5 高分辨率遥感辐射特性与能量传递的“辐射定标黑箱模型”瓶颈 9
1.6 高分辨率遥感定标与四大特性物理量纲 12
1.7 本章小结 13
参考文献 14
第一部分 空间(几何)分辨率
第2章 空间特性1：基于锥体构像仿生机器视觉的极坐标模型理论 17
2.1 直角坐标摄影测量的局限性与稀疏阵根源解析 17
2.2 极坐标自由网光束法平差模型 21
2.2.1 直角坐标自由网平差模型 22
2.2.2 非线性最小二乘平差优化模型 25
2.3 极坐标绝对网光束法平差模型 29
2.3.1 基于封闭解的绝对定向法 29
2.3.2 混合表达的直接绝对网平差模型 30
2.3.3 附加相似变换参数的间接绝对网平差模型 31
2.4 点线作为共同观测的混合光束法平差模型 32
2.4.1 基于平面法向量参数化的线特征光束法平差模型 32
2.4.2 点线混合的光束法平差模型 35
2.5 极坐标光束法平差模型精度和效率验证 36
2.5.1 数据介绍 36
2.5.2 Levenberg-Marquardt(LM)最优参数选择 37
2.5.3 航空摄影测量数据验证 38
2.6 本章小结 45
参考文献 46
第3章 空间特性2：航空遥感通用物理模型及可变基高比表征理论 47
3.1 数字航摄相机离散域成像新技术面临的问题 47
3.2 数字航摄相机通用物理模型与四个对偶技术特征 48
3.2.1 数字航摄相机通用物理结构 48
3.2.2 外视场拼接与内视场拼接 49
3.2.3 非严格与严格中心投影 50
3.2.4 一次成像与二次成像 52
3.2.5 单基线摄影测量与广义基线摄影测量 52
3.3 可变基高比的时空函数表征 54
3.3.1 基高比定义与数字化后可变基高比内涵 54
3.3.2 可变基高比的空间变量 55
3.3.3 可变基高比的时间变量 57
3.4 基于可变基高比函数和数字摄影测量系统类型的几何精度计量理论的建立和解释 57
3.4.1 可变基高比的时间变量与高程精度的关联模型 57
3.4.2 航摄系统光机参量与高程精度链接模型 60
3.4.3 多基线影像的获取方法 60
3.4.4 实验验证 64
3.5 影响立体定位高程精度的几何指标 67
3.5.1 高程误差的严密估算公式 67
3.5.2 平面误差的严密估算公式 71
3.5.3 其他几何误差来源 74
3.6 单刚体二次成像原型系统实现与n次成像物理模型推广 76
3.6.1 二次成像(TIDC)相机设计及原型实践 76
3.6.2 二次～n次成像系统空间分辨率推导 77
3.7 航空单刚体n次成像与航天折返同光路等效映射 81
3.7.1 单刚体n次折返式光路与n次成像物理模型等效性分析 82
3.7.2 n次折返式同光路成像系统实现 83
3.8 本章小结 85
参考文献 85
第4章 空间特性3：几何参量收敛性误差敏感性和精度分析 87
4.1 光束法平差模型收敛性误差敏感性分析 87
4.1.1 法方程奇异性 88
4.1.2 平差模型中参数变量对观测误差灵敏度 90
4.1.3 收敛性仿真实验验证 92
4.2 光束法平差模型收敛精度及速度分析 96
4.2.1 优化问题极值点的分布 96
4.2.2 目标函数的线性化程度 97
4.2.3 收敛精度、速度仿真实验验证 98
4.3 光束法平差模型优化结构设计 99
4.3.1 基于Schur补的自由网平差降维相机系统设计 100
4.3.2 基于Schur补的绝对网平差降维相机系统设计 103
4.4 数字基高比下的高程与平面精度预估 104
4.5 本章小结 106
参考文献 106
第二部分 时间分辨率
第5章 时间特性1：常规3—2—3维信息转换过冗余根源与仿生复眼3—3—2新机制 109
5.1 遥感信息过度冗余的3—2—3维模式转换问题浅析 109
5.2 仿生复眼3—3—2维信息转换新模式 112
5.2.1 仿生复眼3—3—2维信息获取优势 112
5.2.2 仿生复眼3—3—2维信息转换 112
5.2.3 仿生复眼3—3—2维信息处理 114
5.3 复眼的视觉基础及3—3—2三级模式结构 115
5.3.1 复眼的结构及分布 115
5.3.2 复眼的侧抑制 117
5.3.3 生物3—3—2模式的视觉结构 120
5.3.4 基于3—3—2模式的仿生复眼成像传感器 120
5.4 基于OMS神经元仿生3—3运动目标检测模型 121
5.4.1 OMS神经元简介 121
5.4.2 复眼OMS检测机理 122
5.4.3 仿生复眼变分辨率检测 123
5.4.4 仿生OMS检测模型 123
5.4.5 仿生3—3 检测算法 124
5.5 仿生3—2检测算法及小运动目标检测 127
5.5.1 仿生3—2图像获取 127
5.5.2 二维目标的精确识别 128
5.5.3 仿生STMD检测模型 131
5.5.4 仿生STMD检测算法 133
5.6 本章小结 136
参考文献 136
第6章 时间特性2：基于剖分-熵-基函数表征的数据实时处理理论 138
6.1 遥感影像数据实时处理的瓶颈问题 138
6.2 基于剖分格网结构的高效数据组织与管理 139
6.2.1 空间信息剖分格网简介 139
6.2.2 面片式三维重建技术 141
6.3 基于基函数-基向量-基图像理论的最简表征存储与转换 146
6.3.1 基函数-基向量-基图像理论 147
6.3.2 基于信息熵的去冗余与无损压缩判据及有损压缩边界 149
6.3.3 基于率失真函数的有损压缩判据 150
6.4 基于熵-率失真函数的无损-有损压缩理论 150
6.4.1 熵编码与无损压缩算法 150
6.4.2 率失真函数与有损压缩算法 151
6.4.3 数据压缩解压缩技术 153
6.5 数据实时处理理论的建立和评价 155
6.6 本章小结 156
参考文献 156
第7章 时间特性3：基于单光路光场成像的3—3维信息实时转换理论 157
7.1 3—3—2维信息转换模式下的直接成像原理 157
7.2 光场成像系统结构及预处理 158
7.2.1 光场遥感影像的辐射校正 158
7.2.2 光场影像与探测器对齐 159
7.2.3 光场微透镜阵列位置检测 160
7.3 基于微透镜单光路光场三维信息获取方法 161
7.3.1 光场相对深度提取 161
7.3.2 深度信息的计算 163
7.3.3 深度信息优化方法 164
7.4 遥感传感器的深度定标方法 166
7.4.1 光场遥感相机内参定标 166
7.4.2 遥感绝对深度信息定标 167
7.4.3 绝对深度精确计算 168
7.5 光场成像参数及深度精度分析 169
7.5.1 成像几何分辨率分析 169
7.5.2 成像深度分辨率分析 172
7.5.3 成像有效景深分析 173
7.6 本章小结 174
参考文献 175
第三部分 光谱分辨率
第8章 光谱特性1：多-高光谱转换机理的光谱重构理论 179
8.1多-高光谱关联的光谱重构理论基础 179
8.2 光谱重构的数据基础——高光谱库的构建与归一化 180
8.2.1 从公开发布的光谱库中选择光谱 180
8.2.2 从影像中收集光谱 184
8.2.3 野外光谱采集 184
8.2.4 波谱库质量控制与端元的规格化 185
8.3 光谱重构的端元基础——规格化多端元光谱分解 186
8.3.1 多端元光谱分解的基础 186
8.3.2 多端元迭代混合分解 188
8.3.3 光谱重构的丰度基础-模糊集全约束条件 190
8.4 FSME光谱重构机理的建立及验证 196
8.4.1 重构原理 196
8.4.2 光谱重构测试 196
8.4.3 重构结果评价 199
8.5 本章小结 206
参考文献 206
第9章 光谱特性2：可见-中/热红外反射-发射机理的光谱连续理论 207
9.1 色散型与干涉型光谱载荷的技术特征 207
9.1.1 色散型光谱成像技术 208
9.1.2 干涉型光谱成像技术 208
9.1.3 两类光谱成像方式的对比分析 209
9.2 中红外的反射与发射分离与温度反演 210
9.2.1 中红外辐射传输模型 210
9.2.2 中红外谱区发射能量与反射能量的分离 212
9.3 多波段热红外的发射率与温度反演基本算法 215
9.3.1 多波段热红外发射率反演 215
9.3.2 多波段热红外温度分裂窗算法 216
9.4 基于多波段温度发射率分离的发射率测算方法 217
9.4.1 温度发射率分离NEM模块算法 217
9.4.2 温度发射率分离RAT模块算法 218
9.4.3 温度发射率分离MMD模块算法 218
9.5 基于中红外的宽波段反射-发射光谱连续机理的建立及评价 219
9.6 本章小结 221
参考文献 221
第10章 光谱特性3：基于光谱重构和连续理论的像元解混模型方法 223
10.1 光谱重构机理下的像元解混基本方法及逆向对偶性 223
10.1.1 混合像元解混的地物理解 223
10.1.2 混合像元分解的物理模型 224
10.2 中/热红外数据支持下的像元解混 225
10.2.1 中/热红外数据特性及其在图像识别中的优势 225
10.2.2 中/热红外波数据支持下的像元解混方法 226
10.3 全色图像支持下的高光谱像元解混 228
10.3.1 全色图像支持下的像元解混步骤 228
10.3.2 全色图像支持下的像元解混过程 232
10.4 成像仪光谱连续机理及解混支撑手段 235
10.4.1 成像仪光谱可编程 235
10.4.2 通道可编程读取的三项主要关键技术 236
10.5 本章小结 238
参考文献 238
第四部分 辐射分辨率
第11章 辐射特性1：基于能量转换机理的辐射传输理论 241
11.1 遥感辐射传输基本理论 241
11.1.1 晴天条件大气辐射传输模拟 241
11.1.2 云天条件大气辐射传输模拟 243
11.2 中红外的光学物理特性 246
11.2.1 中红外光谱大气光学特性分析 246
11.2.2 中红外的应用需求分析 247
11.3 基于偏振手段的辐亮度亮暗两端延拓理论 248
11.3.1 暗背景下水体信息的偏振反射滤波特性(“弱光强化”) 248
11.3.2 强水体耀斑偏振剥离(“强光弱化”) 251
11.4 本章小结 255
参考文献 256
第12章 辐射特性2：不同下垫面的大气辐射传输与辐射亮度反演理论 257
12.1 不同成像模式下水汽反演及Fuzzy变权重参量控制 257
12.1.1 不同成像模式下水汽反演通道优化选取 259
12.1.2 不同水汽吸收带对水汽反演精度敏感性分析 259
12.1.3 综合多光谱特征的水汽含量高精度反演模型 259
12.2 复杂下垫面陆表反射率校正与辐射传输精度提升技术 262
12.2.1 山地地表反射率反演 262
12.2.2 城市地区地表反射率反演 262
12.2.3 城市地区辐射传输物理过程分析 263
12.3 多级水体的离水辐射校正及偏振自适应精度关联技术 265
12.3.1 基于高光谱近岸与内陆水体的气溶胶特性建模 265
12.3.2 离水辐射反演的一般方法 266
12.3.3 离水辐射反演的精度估计 268
12.4 高大气噪声下偏振粒子层析推演与大气校正技术 268
12.4.1 云的识别 268
12.4.2 基于辐射传输的大气校正 269
12.4.3 基于矢量辐射传输大气校正 272
12.5 本章小结 273
参考文献 273
第13章 辐射特性3：光源非均衡偏振效应机理与遥感第五维新变量 274
13.1 偏振遥感“强光弱化、弱光强化”本质 274
13.1.1 光的偏振及表征 274
13.1.2 “强光弱化，弱光强化”的机理解释 275
13.2 地物偏振遥感的规律特征 276
13.2.1 多角度反射物理特征 276
13.2.2 多光谱化学特征 278
13.2.3 粗糙度与密度结构特征 279
13.2.4 信息-背景高反差比滤波特征 280
13.2.5 辐射传输能量特征 281
13.3 全天空偏振观测三个规律特征 282
13.3.1 天空偏振光模式图理论 282
13.3.2 大气偏振中性点理论及规律 284
13.3.3 气溶胶偏振特性及多角度观测立体层析 286
13.4 地-气分离新大气窗口理论与辐射亮度度量基准 287
13.4.1 地-气分离新大气窗口理论 287
13.4.2 月球辐亮度机理的建立 289
13.5 基于地球偏振矢量场的仿生偏振自主导航 290
13.6 遥感第五维新变量及与微波极化特征比较 291
13.7 本章小结 293
参考文献 293
第五部分 高分辨率遥感定标：模型与理论
第14章 遥感天地贯通的光学参量分解与成像控制机理 297
14.1 成像系统光电参量分解与遥感影像序列集 297
14.1.1 成像光电系统结构 297
14.1.2 成像系统信号编码过程 299
14.2 遥感成像系统辐射定标地物参量分解及天地参量贯通 301
14.2.1 遥感辐射物理参量 301
14.2.2 定标数学模型 302
14.2.3 大气对辐射定标的影响 303
14.3 影像成像辐射精度的相关要素 307
14.3.1 成像几何中成像区域计算误差 308
14.3.2 光学部件的透过率影响分析 309
14.4 传感器最优成像控制 310
14.4.1 实验相机的基本参数 310
14.4.2 相机的光谱响应函数标定 311
14.4.3 相机辐射定标模型参数的标定 312
14.5 本章小结 316
参考文献 316
第15章 空间-光谱-辐射分辨率贯通的定标理论 317
15.1 亚纳米级外场光谱定标 317
15.1.1 亚纳米级外场光谱定标理论框架 317
15.1.2 辐亮度匹配光谱参数反演模型研究 320
15.1.3 光谱参数定标的反射率匹配模型 321
15.2 成像光谱仪场地绝对辐射定标 322
15.2.1 场地绝对辐射定标方法和精度指标提出 322
15.2.2 地面同步测量与数据计算方法 325
15.3 高光谱载荷飞行定标与指标实现 327
15.3.1 无人机飞行定标实验数据获取 327
15.3.2 外场光谱定标的指标实现 328
15.3.3 场地绝对辐射定标实现及不确定度分析 332
15.4 空间-光谱-辐射参量耦合的物理机理 335
15.4.1 空间-光谱-辐射参量耦合机理的研究意义 335
15.4.2 空间-光谱-辐射参量耦合机理与联合定标模型初探 337
15.5 本章小结 338
参考文献 339
第16章 中红外基准下的宽谱段定标理论 340
16.1 卫星传感器在轨辐射定标的必要性 340
16.2 海表模型基准下中红外反射率计算模型 341
16.2.1 研究数据 341
16.2.2 研究样本区的选择 341
16.3 基于海表耀斑区的光学通道在轨定标验证模型 342
16.3.1 海表验证模型：基于改进非线性劈窗算法的中红外通道反射率计算模型 342
16.3.2 海表耀斑区VIIRS光学通道反射物理模型 343
16.3.3 海表耀斑区菲涅尔反射率 345
16.3.4 基于海表耀斑区的VIIRS光学通道在轨定标验证模型 347
16.4 宽谱段定标基准建立与评价 349
16.4.1 仪器误差导致的定标验证不确定度 350
16.4.2 观测误差导致的定标验证不确定度 351
16.4.3 总不确定度 353
16.5 本章小结 354
参考文献 354
第六部分 高分辨率遥感定标：技术与应用
第17章 定标基尺1：遥感室外定标场靶标设计方法 359
17.1 地空映射-分辨率贯通-谱段跨接的定标基尺 359
17.2 基于空间分辨率的几何特性靶标设计 360
17.2.1 三线阵靶标 361
17.2.2 辐射状靶标 363
17.3 基于时间分辨率的移动车载靶标设计 365
17.4 基于空间-辐射分辨率的MTF基准靶标设计 365
17.4.1 三线阵靶标MTF的计算 365
17.4.2 辐射状靶标MTF的计算 366
17.4.3 刃边靶标设计 367
17.5 光谱分辨率的特性靶标设计 369
17.5.1 辐射特性靶标设计 369
17.5.2 多光谱传感器光谱性能评价靶标 372
17.6 定标基尺可制作性评价 374
17.6.1 定标场光学靶标光学特性 374
17.6.2 定标场光学靶标物理特性 375
17.7 本章小结 376
参考文献 376
第18章 定标基尺2：遥感定标场设计与真实性检验 377
18.1 遥感高分辨率航空定标场精密参考点布设 377
18.1.1 遥感验证场设置原则 377
18.1.2 定标场首级控制网的布设 377
18.1.3 飞行同步的地面标志点放样与测量 378
18.2 空间-光谱-辐射分辨率靶标布设及合理性验证 378
18.2.1 几何靶标设计合理性验证 379
18.2.2 成像系统的MTF 383
18.2.3 辐射靶标设计合理性验证 385
18.3 世界首个无人机定标场地面建设与条件保障 385
18.4 无人机遥感飞行定标与质量评价 389
18.4.1 高分辨率遥感数据的辐射性能评价 389
18.4.2 高分辨率遥感数据的综合性能评价 390
18.5 本章小结 392
参考文献 392
附录一 对本书有创造性贡献的学位论文清单 393
附录二 国家支持项目 395
京公网安备 11010102004214号