第一章遥感是什么

从一张卫星照片说起

你大概率见过这样的画面：台风新闻里旋转的巨大云系、地图软件里的城市俯瞰图。它们大多来自几百公里高空的卫星。卫星离地面那么远，摸不着也够不到，它是怎么知道下面是一片森林、一个湖泊，还是一座城市的？

答案藏在光里。遥感（Remote Sensing），拆开念就是遥远的感知：不接触目标，通过探测和记录电磁波来获取地面的信息。可见光是我们最熟悉的电磁波，但它只是其中一小段——这个伏笔后面会展开。

先建立一个最小的概念。卫星上的传感器，可以理解成一排排极其灵敏的光强计数器：太阳把光照到地面，地面把一部分光反射回去，传感器把接收到的光的强弱，一格一格地记成数字。

影像上每个最小的方格，叫做像元（Pixel）；方格里的数字，记录的是这里的亮度。所以卫星影像的本质其实是一张数字表格，而不是一张普通照片—— 这一点是读懂遥感影像的前提，因为后面所有分析（第四章的波段组合、第七章的光谱指数），归根结底都是对这张表格里的数字做加减乘除。

只记一种光，够用吗？不够。太阳光其实是许多种颜色的混合—— 雨后的彩虹就是它被水滴拆开的样子。传感器把光按颜色（专业说法叫波长，单位是微米，也就是千分之一毫米）分成一路一路分别记录，每一路叫做一个波段（Band）。

打个不算夸张的比方：同一片地面，卫星在同一个瞬间拍下了好几张单色照片—— 一张只记录蓝光的强弱，一张只记绿光，一张只记红光，还有几张记录的是人眼完全看不见的光。常用波段和它们的用途如下：

为什么分成波段记录这么有用？因为不同的东西，在各波段上的表现差异极大，就像每种地物都自带一套指纹：

健康植被：叶子里的叶绿素把红光和蓝光吃掉拿去做光合作用，把绿光弹回来——这就是叶子是绿色的原因。更有意思的是近红外：人眼完全看不见这段光，健康叶片却把它强烈地弹回去，反射率陡然上升。这个陡升的位置在专业上叫做红边，是植被遥感最重要的特征。
水体：表现正好相反——近红外照到水面上几乎全部被吸收，反射率接近零。所以近红外是划清水陆边界最干净的手段。

正因为不同地物在不同波段上的指纹差异这么大，遥感才能认出它们—— 尤其是那些肉眼看起来颜色一模一样的东西，比如同一片区域里长势不同的庄稼。第一章记下的这些规律，到了第七章会变成一个个具体的计算公式。

按能量来源，遥感分两类：

被动遥感：传感器接收太阳照射后地物反射的光，或地物自己散发的热。常见的光学影像（Landsat、Sentinel-2）都是这一类。它有个天然软肋：完全依赖光照，而且穿不透云层——碰上阴天就只能等。
主动遥感：传感器自己发射信号、再接收回波。典型代表是合成孔径雷达（SAR，发射微波，能穿云透雾、昼夜工作）和激光雷达（LiDAR，发射激光，用来测量精确的三维结构）。第十二章的咸海案例里，你会见到多云的年份只能换用别的影像这种被动遥感的无奈，也能理解为什么洪涝应急要动用雷达。

显示器上的每个颜色都由红、绿、蓝三个通道混合而成。把卫星的哪一路波段接到哪个通道上，是可以自己选的：

按人眼习惯接（红→红、绿→绿、蓝→蓝），就是真彩色合成，看起来最接近航拍照片；
把近红外塞进红通道，就是最常用的假彩色合成——植被在这组合下呈现鲜艳的红色，红色越浓往往长势越旺。水体的深蓝或黑色与植被的鲜红形成强烈对比，第十二章提取咸海水体时靠的正是这种思路。

判读任何一幅影像前，先问一句现在的波段组合是什么，否则极易误读。

读到这里你已经能看懂一幅影像了：它是按波段记录亮度数字的表格，不同地物在各波段上有各自的指纹。但要用好它，还得回答一个更实际的问题—— 这幅影像的像元有多细、多久更新一次、亮度刻度有多精细？这正是下一章要讲的：分辨率的四个维度。