R第3章：遥感成像原理与遥感图像特征.ppt

R第3章：遥感成像原理与遥感图像特征.ppt

《R第3章：遥感成像原理与遥感图像特征.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《R第3章：遥感成像原理与遥感图像特征.ppt（91页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

第三章遥感成像原理与遥感图像特征,本章主要内容遥感平台摄影成像扫描成像遥感图像特征,一、气象卫星系列,气象卫星概述美国的“泰诺斯”（TIROS）卫星系列：

第一代实验气象卫星，从60年-65年共发射了10颗，极轨气象卫星。

美国的雨云（Nimbus）卫星系列：

64-78年共发射了7颗，太阳同步轨道。

美国的艾萨（ESSA）卫星系列：

66-69年共发射了9颗。

美国的NOOA卫星系列：

70-94年共发射了16颗。

太阳同步轨道。

1960年4月美国发射了第一颗气象卫星泰罗斯-1（Tiros-1）。

随后，前苏联也相继发射了自己的气象卫星。

目前，在轨道上运行的大多数气象卫星是由美国和俄罗斯发射的，其中很大一部分为极地轨道卫星，简称极轨卫星。

1966年美国发射第一颗业务气象卫星艾萨（ESSA）是极轨卫星，主要提供可见光云图。

1970年、1978年美国又相继发射诺阿（NOAA）和泰罗斯N系列业务气象卫星。

这些卫星都属于极轨气象卫星。

极轨气象卫星的飞行高度一般在8001500公里左右。

由于卫星的飞行高度低，因此卫星照片分辨率高，图象清晰。

1974年，美国成功地研制了第一颗静止业务环境监测卫星（GOES）。

静止业务环境监测卫星在赤道的某一经度、约36000公里高度上，它环绕地球一周约需24小时，几乎与地球自转同步。

从地球上看好象卫星是相对静止的，故又称为地球静止卫星。

目前，日本GMS系列静止气象卫星、俄罗斯的GOMES卫星、欧盟METEOSAT-3卫星、印度的INSAT以及美国的两颗静止卫星（GOES-E和GOES-W）共6颗卫星组成地球静止气象卫星监测网。

这些卫星位于赤道上空约36000公里高，每半小时向地球发送一次图片。

中国也先后成功地发射了6颗气象卫星（3颗风云1和3颗风云2）。

依靠这些卫星，中国建立了自己的卫星天气预报和监测系统。

风云1是一种极地轨道气象卫星。

风云2是一种静止气象卫星。

气象卫星分布,我国气象卫星情况,1、1988年9月7日FY-1A星发射试验星,4、1999年5月10日FY-1C星发射业务星,3、1997年6月10日FY-2A星发射,2、1990年9月3日FY-1B星发射试验星,5、2000年6月25日FY-2B星发射,一、气象卫星系列,2、气象卫星的特点轨道：

低轨和高轨。

成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。

短周期重复观测：

静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次。

利于动态监测。

资料来源连续、实时性强、成本低。

气象卫星观测的优势和特点空间覆盖优势,极轨气象卫星在约900km的高空对地观测，一条轨道的扫描宽度可达2800km。

每天都可以得到覆盖全球的资料地球静止卫星在36万公里的高空观测地球，一颗静止卫星的观测面积就可达1亿7千万平方公里，约为地球表面的13只有通过卫星的大范围观测，才使人类获得了几乎无常规观测的大范围海洋、两极和沙漠地区的资料。

目前已经可以通过卫星观测系统，获取全球或任何感兴趣区域的空间连续的高分辨率气象和环境资料,不受国界限制,气象卫星观测可以大大地改善资料的时间取样频次。

特别是静止气象卫星可以获得每小时一次的大范围实时资料，必要时甚至可以获取半小时的资料。

有利于对灾害性天气的动态监测。

双星组网的极轨气象卫星也可以每天提供4次全球覆盖的图象资料和垂直探测资料。

而常规高空站每天只在00时12时（世界时）进行两次观测,且无法观测海洋和无人地区。

气象卫星观测的优势和特点时间取样优势,与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均一性和良好的代表性。

尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料的不一致性。

测站分布的不均匀等，也使资料的不确定性增加。

气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进行观测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。

卫星资料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有较好的区域代表性。

气象卫星观测的优势和特点资料一致性优势,与其它观测方法相比，气象卫星是从大气层外这个新视角观测地球大气系统的，所以有些重要的气候变量，特别是通过整个垂直方向大气层的积分参数，如地气系统的反照率、大气顶的地气系统的射出长波辐射，只能通过气象卫星观测才能获得。

目前已成功地从气象卫星观测资料中导出了全球大气温度和湿度廓线、辐射平衡、海陆表面温度及云顶温度、风场、云参数、冰雪覆盖、云中液态水含量和降水量、臭氧总量和廓线、陆地下垫面状态、植被状况等诸多重要气候和环境参数,这是任何其他观测手段所不能观测的。

气象卫星观测的优势和特点综合参数观测优势,一、气象卫星系列,3、气象卫星的应用领域天气分析与气象预报气候研究与气候变迁的研究资源环境领域：

海洋研究、森林火灾、水污染,FY-1CD通道编号、波长范围及其主要用途,通道1、2的探测波段分别处于植被反射的低谷和高峰区，利用二者的差值可以计算各种植被指数，植被指数能反映作物、森林、草场的生长情况，病虫害及作物缺水状况，并能进行作物估产，这个通道还可以做判识水陆边界，河口泥沙海冰等。

FY-1CD通道编号、波长范围及其主要用途,通道3处在红外短波窗区，它对检测地面高温热源，比如，森林和草场的火灾特别有效。

FY-1C、D通道编号、波长范围及其主要用途,通道4、5处于红外窗区，用以测量地面温度，这两个通道相结合的目的在于对海面温度反演中对大气削弱进行订正，计算的地表和海表温度在农业、渔业、洋流、城市热岛等方面有广泛的应用。

FY-1CD通道编号、波长范围及其主要用途,通道6对雪的反射率较低，与其它通道结合有助于云、雪的判识，同时此通道对土壤湿度比较敏感，有助于干旱监测。

通道7-9是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中叶绿素的含量，他还可以反映海洋浑浊度和海洋污染以及赤潮等情况。

通道10是低层水汽通道，用于大气修正和大气透过率的计算。

火情监测,在AVHRR图象中，由于高温目标在通道三的亮温大大高于背景象元的亮温，因而在通道三图象上，含火点象元与周围象元产生明显反差。

利用增强，多通道彩色合成、阈值判断等处理技术，可以从AVHRR资料中得到反映地面明火区、过火区、未燃区（森林、草原、农田）、烟雾范围和方向等各种反映林火和草原火的信息。

并可探测到面积低于一个象元的亚象元火点。

极轨气象卫星（FY、NOAA）覆盖范围宽广，每天观测频次在中高纬度达8-10次，可以多频次的监测火情。

气象卫星作用,热带气旋,沙尘暴监测,气象卫星作用,沙尘暴,气象卫星作用,卫星遥感产品,热岛效应,火山爆发,海温分布,风云一号D气象卫星,二、陆地卫星系列-Landsat,Characteristic,*1:

ThedatareceptionbyNASDAwasfinishedtoJun30,2001.*2:

ThedatareceptionbyNASDAwasfinishedtoNov30,2002.,Characteristic,OrbitsofEarthObservationSatellitesTheorbitisthepathtakenbytheartificialsatellitesincludingearthobservationsatelliteswhentheyflyaroundtheearth.Thereareseveraltypesoforbits,andtheorbitisselecteddependingonpurposesofthesatellites.Earthobservationsatelliteshaveamajormissiontoobservetheentireearth,sotheycirclethemostsuitableSun-synchronoussub-recurrentorbit.Sun-synchronoussub-recurrentorbitSun-synchronoussub-recurrentorbitisacombinationofsun-synchronousorbitandsub-recurrentorbit.,SunSynchronousOrbitofLandsat7,SunElevationAngle,Satellitesandobits,二、陆地卫星系列-SPOT卫星,86878889909192939495969798992000010203040506070809,SPOT5,SPOT4,卫星运行,服务中断,发射日或重新开始服务日,SPOT1,SPOT2,SPOT3,OverviewTheFrenchearthobservationsatellitesSPOT-1,2,3and4werelaunchedintoasun-synchronoussub-recurrentorbitatanaltitudeofabout822kmin1986,1990,1993and1998respectively.SPOTcanobservenotonlytheearthssurfacejustunderneaththesatellitebutalsoslantwisetothesatellitespathbychangingthescandirectionofthesensors.Itcanshortenthetimeperiodforobservingaspecifiedarearepetitively.SPOT-1,-2and-3areequippedwithCCDsensorscalledHighResolutionVisibleImagingSystem（HRV）.SPOT-4isequippedwithtwoCCDsensors,HRVssuccessor,HighResolutionVisibleandInfrared（HRVIR）andVegetation（VGT）*1.TheobservationbandsofHRVIRarebasicallysameasHRVandthenewlyaddedband4,shortwaveinfrared（SWIR:

1.58to1.75mm）.VGTobserveswideareawithaswathof2,250km.,Spot立体像对,轨道旁向倾斜，像对最短时间差为0.5小时自动相关生成DEM，高程精度为7-11米（VirtuoZo）,SPOT的倾斜观测功能,重复观测能力单星：

23天/次，多星：

1天/次,20,20,600Kmmaxi,HRS,120Km,立体成像装置HRS,Spot-5基本产品,10米多光谱,5米全色,2.5米全色,+,Spot-5增值产品,10米多光谱,5米Pan,Spot5同轨立体像对,Spot5HRS立体像对生成的10米高程精度DEM,二、陆地卫星系列-IKONOS,IKONOS:

1米全色4米多光谱1米全色-锐化,轨道:

680km,太阳同步,98.2倾斜,IKONOS光谱波段,红波段.63-.69microns（4m）,近红外.76-.90microns（4m）,蓝波段.45-.52microns（4m）,绿波段.52-.60microns（4m）,全色.45-.90微米的图像（1m）,OverviewofIKONOSSinceitslaunchinSeptember1999,SpaceImagingsIKONOSearthimagingsatellitehasprovidedareliablestreamofimagedatathathasbecomethestandardforcommercialhigh-resolutionsatellitedataproducts.TheIKONOSsatelliteistheworldsfirstcommercialsatellitetocollectblack-and-whiteimageswith1-meterresolutionandmultispectralimagerywith4-meterresolution.SensorCharacteristicsTheIKONOSsatelliteweighsabout1600pounds.ItorbitstheEarthevery98minutesatanaltitudeofapproximately680kilometersor423miles.IKONOSwaslaunchedintoasun-synchronousorbit,passingagivenlongitudeataboutthesamelocaltime（10:

30A.M.）daily.IKONOScanproduce1-meterimageryofthesamegeographyevery3days.SpectralRange1-meterblack-and-white（panchromatic）0.45-0.90mm.4-metermultispectralBlue:

0.45-0.52mmGreen:

0.51-0.60mmRed:

0.63-0.70mmNearIR:

0.76-0.85mm,二、陆地卫星系列-QuickBird,三、海洋卫星系列,海洋遥感的特点：

需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖的观测；以微波遥感为主；电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段的一条新路。

海面实测资料的校正。

2、主要的海洋卫星简介,美国的海洋卫星（SEASAT）:

1978年发射；近极地太阳同步轨道；扫描覆盖海洋的宽度1900km；五种传感器，以微波为主。

日本的海洋观测卫星系列（MOS-1）：

获取大陆架浅海的海洋数据。

欧洲海洋卫星系列（ERS）：

主要用于海洋学、海冰学、海洋污染监测等领域。

加拿大的雷达卫星（RADARSAT）:

加、美、德、英共同设计，1995年发射。

第二节摄影成像,摄影机分幅式摄影机全景式摄影机多光谱摄影机数码摄影机摄影像片的几何特征摄影胶片的物理特性,框标,压平线,压平线：

像片四边井字形直线叫压平线，其弯曲度说明摄影时感光胶片未压平而产生的影像变形情况。

.,二、摄影像片的几何特征,像片的投影像片的比例尺像点位移,

（一）像片的投影,、中心投影和垂直投影,航片是中心投影，即摄影光线交于同一点地图是正射投影，即摄影光线平行且垂直投影面。

（一）像片的投影,、中心投影和垂直投影的区别,正射投影:

比例尺和投影距离无关,中心投影:

焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变,H1,H2,f,正射投影,中心投影,

（一）像片的投影,、中心投影和垂直投影的区别,正射投影:

总是水平的，不存在倾斜问题,中心投影，若投影面倾斜，航片各部分的比例尺不同,倾斜,水平,A,B,C,a,b,c,H,f,比例尺f/H,

（一）像片的投影,、中心投影和垂直投影的区别,地形起伏对正射投影无影响,对中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同,A,B,C,B,A,C,a,b,c,a,b,c,A,C,C,A,

（一）像片的投影,、中心投影的透视规律,点的像仍然是点。

与像面平行的直线的像还是直线；如果直线垂直于地面，有两种情况：

第一；当直线与像片垂直并通过投影中心时，该直线在像片上的像为一个点；第二；直线的延长线不通过投影中心，这时直线的投影仍为直线，但该垂直线状目标的长度和变形情况则取决于目标在像片中的位置。

平面上的曲线，在中心投影的像片上一般仍为曲线。

航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比，称为像片比例尺。

（1）平均比例尺：

以各点的平均高程为起始面，并根据这个起始面计算出来的比例尺。

（2）主比例尺：

由像主点航高计算出来的比例尺，它可以概略地代表该张航片的比例尺。

（二）航空像片比例尺,摄影比例尺即航片上某线段l地面相应线段的水平距离L之比，称之为摄影比例尺1/m。

平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（f）与航高（H）之比。

f,H,比例尺=f/H,像平面,投影中心,地物,地面起伏，使得一张像片不同像点的比例尺变化。

f,H0,h1,h2,比例尺：

（三）像点位移,在中心投影的像片上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片上的位置移动，这种现象称为像点位移。

S,n,N,R,r,A0,A,h,h,a0,a,H-h,f,H,A,地面点,像点,（三）像点位移,

（1）位移量与地形高差成正比，即高差越大引起的像点位移量也越大。

当高差为正时，像点位移为正，是背离像主点方移动；高差为负时，像点位移为负，是朝向像主点方向移动。

（2）位移量与像点距离像主点的距离成正比，即距像主点越远的像点位移量越大，像片中心部分位移量较小。

像主点无位移。

（3）位移量与摄影高度（航高）成反比。

即摄影高度越大，因地表起伏的位移量越小。

三、摄影胶片的物理特性,1、感光度：

指胶片的感光速度。

遥感需用感光度高的胶片。

2、光学密度：

指胶片竟感光显影后，影像表现出的深浅程度。

、反差与反差系数：

反差指胶片的明亮部分与阴暗部分的密度差。

反差系数是指拍摄后负片影像与景物亮度差之比。

4、灰雾度：

未经感光的胶片，显影后仍产生轻微的密度，呈浅灰色，故称灰雾度5、宽容度：

指表达被摄物体亮度间距的能力。

遥感摄影希望用宽容度大胶片。

6、解像力（感光胶片的分辨力）：

解像力的大小以每毫米范围内分辨出的线条数表示。

单位：

线对/毫米。

遥感摄影胶片的类型黑白摄影胶片色盲片：

只能吸收短波段，对大于0.5微米的电磁波完全不感光。

正色片：

感光范围可从蓝光扩大到绿光区。

分色片：

感光范围扩大到0.6微米。

对绿黄光可区分且较敏感。

全色片：

能感受全部可见光。

但在绿光部分感光度稍有降低。

彩色片天然彩色片：

能较真实地还原出被摄物体的自然色彩，又称真彩色。

红外彩色片：

第三节扫描成像,一、光/机扫描成像概念：

依靠机械传动装置使光学镜头摆动，形成对目标地物逐点逐行扫描。

探测元件把接受到的电磁波能量能转换成电信号，在磁介质上记录或再经电/光转换成为光能量，在设置于焦平面的胶片上形成影像瞬时视场角：

扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目标物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角。

即扫描仪的空间分辨率。

总视场角：

扫描带的地面宽度称总视场。

从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角，叫总视场角。

照相技术的弱点：

乳胶片感光技术本身存在着致命的弱点，它所传感的辐射波段仅限于可见光及其附近；其次，照相一次成型，图象存储、传输和处理都不方便。

工作原理：

扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运动而摆动，依次对地面进行扫描，地面物体的辐射波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开，再聚焦到感受不同波长的探测元件上。

几种光机扫描一仪红外扫描仪：

接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元件。

多光谱扫描仪（MSS）：

与红外扫描仪基本类似，其不同之处是，外加一个分光系统，把来自地物的电磁波信号，分成若干个不同的波段，同时用多个探测器同步记录相应波段的信息。

而红外扫描仪只在红外波段工作。

专题制图仪TM：

专题制图仪TM的成像原理与MSS一致，与MSS相比，空间分辨率由80米提高到30米；探测波段由4个增加到7个。

特点：

利用光电探测器解决了各种波长辐射的成像方法。

输出的电学图象数据，存储、传输和处理方面十分方便。

但装置庞杂，高速运动使其可靠性差；在成像机理上，存在着目标辐射能量利用率低的致命弱点。

二、固体自扫描成像,固体自扫描是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。

电子藕合器件CCD：

是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件。

具有感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、灵敏度高、动耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点。

扫描方式上具有刷式扫描成像特点。

探测元件数目越多，体积越小，分辨率就越高。

电子藕合器件CCD逐步替代光学机械扫描系统。

三、高光谱成像光谱扫描,成像光谱仪：

既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术，称为成像光谱技术。

按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。

特点：

高光谱成像仪是遥感进展的新技术，其图象是多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成，光谱波段覆盖了可见光、近红外、中红外和热红外区域全部光谱带。

光谱仪成像时多采用扫描式和推帚式，可以收集200或200以上波段的收据数据。

使图象中的每一像元均得到连续的反射率曲线，而不像其他一般传统的成像谱光仪在波段之间存在间隔。

第四节微波遥感与成像,微波遥感：

指通过传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来认识地物的技术。

一、微波遥感的特点,1、能全天候、全天时工作；2、对某些地物具有特殊的波谱特征；3、对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透力；4、对海洋遥感具有特殊意义；5、分辨率较低，但特性明显。

二、微波遥感方式和传感器,1、主动微波遥感：

指通过向目标物发射微波并接收其后向散射信号来实现对地观测遥感方式。

（1）雷达Radar（RadioDirectionAndRange）雷达的用途：

用于测定目标的位置、方向、距离和运动目标的速度。

雷达的工作方式：

由发射机通过天线在很短时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。

（2）侧视雷达（SideLookingRadar）侧视雷达的分辨力可分为：

1）距离分辨力（垂直于飞行的方向）俯角越大，距离分辨力越低；俯角越小，距离分辨力越大。

要提高距离分辨力，必须降低脉冲宽度。

但脉冲宽度过低则反射功率下降，实际应用采用脉冲压缩的方法。

2）方位分辨力（平行于飞行方向）。

要提高方位分辨力，只有加大天线孔径、缩短探测距离和工作波长。

（3）合成孔径侧视雷达（SAR）合成孔径侧视雷达的方位分辨力与距离无关，只与天线的孔径有关。

所以，可用于高轨卫星。

天线越小，方位分辨力越高。

2、被动微波遥感通过传感器，接收来自目标地物发射的微波，而达到探测目的的遥感方式，称被动微波遥感。

第五节遥感图像的特征,一、遥感图像的空间分辨率（Spatialresolution）图像的空间分辨率指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。

对于摄影成像的图像来说，地面分辨率取决于胶片的分辨率和摄影镜头的分辨率所构成的系统分辨率，以及摄影机焦距和航高。

由公式所得的地面分辨率的单位是线对/m，而实际地面分辨的最小间隔（图像能够被分辨出来的地面上两个目标的最小距离）应为线/m。

即地面分辨率/2。

Graphicrepresentationshowingdifferencesinspatialresolutionamongsomewellknownsensors,（Source:

Landsat7ScienceDataUsersHandbook）,二、图象的光谱分辨率（SpectralResolution）,波谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。

间隔愈小，分辨率愈高。

传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值。

SpectralreflectancecurvesSpec