第三章遥感数据获取.ppt
第三章第三章遥感数据获取遥感数据获取遥感数据采集遥感数据采集一幅图像实际上记录的是物体辐射能量的空间分布，这个分布是空间坐标、时间和波长的函数，即:I=(x,y,z,t)遥感平台遥感平台与传感器与传感器遥感平台遥感平台遥感平台是安装遥感器的飞行器，是用于安置各种遥感仪器，使其从一定高度或距离对地面目标进行探测，并为其提供技术保障和工作条件的运载工具。对地观测的遥感平台应能提供稳定的对地定向，并对平台飞行高度、速度等有特定的要求。高精度高分辨率的遥感器对平台更有严格的要求，如平台姿态控制和安装精度的要求等。遥感平台遥感平台 遥感平台高度用途备注静止卫星36，000km定点地球观测GMS地球观测卫星5001000km定期地球观测Landsat航天飞机240350km不定期观测无线探空仪100m-100km各种调查探空气球高空喷气机1000012000m侦察，大范围调查中低空飞机5008000m航空摄影测量飞艇5003000m空中侦察直升机1002000m摄影测量无线遥控飞机500m以下各种调查牵引飞机50500m牵引滑翔机索道1040m遗迹考古调查吊车550m近距离摄影测量地面遥感030m地面实况调查类型类型概念概念优点优点航天航天遥感遥感航空航空遥感遥感近地近地遥感遥感利用卫星、航天飞机、宇宙飞船、航天空间站等携带遥感仪器的遥感覆盖范围大覆盖范围大，不受领空限制，不受领空限制，可进行定期、重复观测可进行定期、重复观测利用飞机携带遥感仪器的遥感距地面高度在几十米以内的遥感机动性强机动性强，可以根据研究主题，可以根据研究主题选择恰当的传感器、适当的飞选择恰当的传感器、适当的飞行高度和飞行区域行高度和飞行区域用于城市遥感、海面污染监测、用于城市遥感、海面污染监测、森林火灾监测等中、高分辨率森林火灾监测等中、高分辨率的遥感活动的遥感活动传感器传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的构成传感器的构成电磁波幅射信息收集探测器信息处理信息输出传感器的分类传感器的分类摄影机摄影机框幅式框幅式缝隙式缝隙式全景式全景式扫描仪扫描仪雷达雷达非成像传感器非成像传感器航天遥感航天遥感Physical separation between sensor and target扫描式传感器扫描式传感器逐点逐行以时序方式获取二维图像。1414视场角视场角(FOV)(FOV)1414sub-orbital point1515瞬时视场角瞬时视场角(IFOV)(IFOV)1616在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝，随物镜作垂直航线方向扫描。由于物镜摆动的幅面很大，可将航线两边地平线内的影像摄入底片。光机光机扫描仪扫描仪1717光机光机扫描仪扫描仪推帚式扫描仪推帚式扫描仪成像原理：当飞机或卫星向前飞行时，在相机焦平面上与航向垂直的狭隙中，对出现的与航向垂直，且与缝隙等宽的一条地面影像连续摄影。1919推帚式扫描仪推帚式扫描仪当飞机或卫星向前飞行时，在相机焦平面上与航向垂直的狭隙中，对出现的与航向垂直，且与缝隙等宽的一条地面影像连续摄影。2020推帚式扫描仪推帚式扫描仪多光谱扫描仪多光谱扫描仪R CCDG CCDB CCD红红红红外外外外滤滤滤滤光光光光片片片片变变变变焦焦焦焦镜镜镜镜头头头头R/B CCDG CCD红红红红外外外外滤滤滤滤光光光光片片片片变变变变焦焦焦焦镜镜镜镜头头头头青色滤光片青色滤光片青色滤光片青色滤光片红、蓝滤光片红、蓝滤光片红、蓝滤光片红、蓝滤光片R/G/B CCD红、绿、蓝方红、绿、蓝方红、绿、蓝方红、绿、蓝方格图案滤光片格图案滤光片格图案滤光片格图案滤光片红红红红外外外外滤滤滤滤光光光光片片片片变变变变焦焦焦焦镜镜镜镜头头头头分色棱镜分色棱镜分色棱镜分色棱镜二向分色棱镜二向分色棱镜二向分色棱镜二向分色棱镜(a)三板式的棱镜分光三板式的棱镜分光(b)二板式的二向色棱镜分光板式的二向色棱镜分光(c)单板式的方格图案滤色片分光单板式的方格图案滤色片分光多波段影像多波段影像红波段红波段.63-.69 microns(4m)绿波段绿波段.52-.60 microns(4m)近红外波段近红外波段.76-.90 microns(4m)同时采集的全色影像同时采集的全色影像 .45-.90 microns(1m)蓝波段蓝波段 .45-.52 microns(4m)遥感图像数字化遥感图像数字化 遥感数字图像的表示方法遥感数字图像的表示方法遥感数字图遥感数字图像可以理解为多维数组，每个像元的明暗程度记录了像可以理解为多维数组，每个像元的明暗程度记录了成像瞬间对应的物体的反射光强度（灰度），在遥感图像其实质成像瞬间对应的物体的反射光强度（灰度），在遥感图像其实质就是探测范围内电磁辐能量分布图就是探测范围内电磁辐能量分布图 像元像元像元是遥感影像上能够详细区分的最小单元像元是遥感影像上能够详细区分的最小单元遥感图像的数字化遥感图像的数字化采样：按照一定的空间网格对连续图像进行空间坐标的数字化量化：对采样点的辐射值进行数字化即指从图像灰度的连续变化中进行离散的采样，目前经常使用的灰度量度有2级，64级，128级，256级。均匀数字化非均匀数字化对图像空间坐标的离散化，它决定了图像的空间分辨率。用一个网格把待处理的图像覆盖，然后把每一小格上模拟图像的各个亮度取平均值，作为该小方格中点的值。图像的采样图像的采样遥感图像的采样遥感图像的采样遥感图像的采样遥感图像的采样方法：正方形点阵法、正三角形点阵法、正六角形点阵法采样是按照间隔对图像进行离散化的过程采样点的像元值表示该点周围某个小范围内的平均辐射值遥感图像的量化遥感图像的量化将采样过程中获得的像元平均值按照一定的编码规则划分为若干等级 0255(a)256(a)256级灰度图象级灰度图象 (b)b)子图子图 (c)c)子图对应的量化数据子图对应的量化数据图像量化实例图像量化实例量化的方法包括：分层量化、均匀量化和非均匀量化。分层量化是把每一个离散样本的连续灰度值只分成有限多的层次。均匀量化是把原图像灰度层次从最暗至最亮均匀分为有限个层次，如果采用不均匀分层就称为非均匀量化。(a)量化量化 (b)量化为量化为8 bit量化示意图量化示意图对一幅图像，当量化级数一定时，采样点数对图像质量有着显著的影响。采样点数越多，图像质量越好；当采样点数减少时，图上的块状效应就逐渐明显。当图像的采样点数一定时，采用不同量化级数的图像质量也不一样。量化级数越多，图像质量越好，当量化级数越少时，图像质量越差，量化级数最小的极端情况就是二值图像，图像出现假轮廓。采样点数和量化级数的关系采样点数和量化级数的关系(a)a)采样点采样点256256256256时的图像时的图像 (b)b)采样点采样点64646464时的图像时的图像(c)c)采样点采样点32323232时的图像时的图像(d)d)采样点采样点16161616时的图像时的图像采样点数与图像质量之间的关系采样点数与图像质量之间的关系(a)a)量化为量化为2 2级的级的LenaLena图像图像 (b)b)量化为量化为1616级的级的LenaLena图像图像(c)c)量化为量化为256256级的级的LenaLena图像图像量化级数与图像质量之间的关系量化级数与图像质量之间的关系遥感数据产品特点遥感数据产品特点遥感图像的存储模式遥感图像的存储模式 磁带、磁盘、光盘磁带、磁盘、光盘 CCTCCT计算机兼容磁带计算机兼容磁带BIPBIP按像元波段交叉式，以一对像元为基本单位进行记录按像元波段交叉式，以一对像元为基本单位进行记录BILBIL按照扫描行为单位，各波段同一扫描行数据依次记录按照扫描行为单位，各波段同一扫描行数据依次记录BSQBSQ以波段为单位，每波段所有扫描行依次记录以波段为单位，每波段所有扫描行依次记录遥感图像的信息内容遥感图像的信息内容 波谱信息波谱信息 空间信息空间信息 时间信息时间信息遥感图像的波谱信息遥感图像的波谱信息遥感图像中每个像元的亮度值代表该像元中地物遥感图像中每个像元的亮度值代表该像元中地物的平均辐射值，它随地物的成分、纹理、状态、的平均辐射值，它随地物的成分、纹理、状态、表面特征以及电磁波段的不同而变化表面特征以及电磁波段的不同而变化遥感系统的辐射分辨率指遥感探测器记录地面反遥感系统的辐射分辨率指遥感探测器记录地面反射、发射或后向散射的辐射通量对信号强度差异射、发射或后向散射的辐射通量对信号强度差异的敏感性，也称为量化等级的敏感性，也称为量化等级遥感图像的辐射分辨率遥感图像的辐射分辨率光谱分辨率光谱分辨率光谱分辨率光谱分辨率NIRSWIRMWIRLWIR400 nm400 nm 7007001500150030003000R RB B5000500014000 nmGGPanchromaticPanchromatic:one very wide band:one very wide bandLOWLOWMultispectralMultispectral:several to tens of bandsseveral to tens of bandsMEDMEDHyperspectralHyperspectral:hundreds of narrow bandshundreds of narrow bandsHIGHHIGH光谱分辨率光谱分辨率光谱分辨率光谱分辨率NASAAVIRISCuprite,NV,HSIData,(1995)遥感卫星：遥感卫星：常用的遥感卫星包括美国陆地卫星Landsat、IKONOS卫星、NOAA卫星、法国SPOT卫星、印度IRS-IC卫星、中巴卫星CBERS等。蓝0.45-0.52 m绿0.52-0.60 m红0.63-0.69 m近红外0.76-0.90 m全色0.45-0.90 m-空间分辨率1、4m-时间分辨率：4天AnAVIRIS(NASA)HSIImageCubeAnAVIRIS(NASA)HSIImageCube 空间分辨率一个像元所代表的地面实际尺寸就是空间分辨率，简称分辨率。如1米分辨率，是指影像上的一个像元表示地面上边长为1米的正方形的范围。遥感图像的空间分辨率遥感图像的空间分辨率空间分辨率空间分辨率1metergroundsampledistance4metergroundsampledistance空间分辨率的应用空间分辨率的应用 范围范围只有在很少对现实在制图适合的标准场景大只有在很少对现实在制图适合的标准场景大小下图像才是有用的。已有一些数据提供商可以按照小下图像才是有用的。已有一些数据提供商可以按照范围给定数据。范围给定数据。比例比例图像的比例依图像数据的质量而定，且与空图像的比例依图像数据的质量而定，且与空间分辨率有非常密切的关系。通常，高空间分辨率数间分辨率有非常密切的关系。通常，高空间分辨率数据集产生高地图比例。下表提供了一些对各种没有失据集产生高地图比例。下表提供了一些对各种没有失真的空间分辨率，可达到的最佳地图比例的建议。真的空间分辨率，可达到的最佳地图比例的建议。图像分辨率图像分辨率图像分辨率图像分辨率 典型地图比例典型地图比例典型地图比例典型地图比例 1000 m 1000 m 1:1 500 0001:1 500 000 100 m 100 m 1:250 0001:250 000 30 m 30 m 1:80 0001:80 000 10 m 10 m 1:25 0001:25 000 遥感系统的时间分辨率指获取某一特定区域遥感影像的频遥感系统的时间分辨率指获取某一特定区域遥感影像的频率。率。遥感图像的时间信息遥感图像的时间信息2001年5月2003年10月 遥感卫星系统遥感卫星系统Landsat 7 FactsAltitude:705 kilometers Period:98.9 minutesInclination:Sun-synchronous,98.2 degreesEquatorial crossing:Southbound 10:00AM+/-15 min.Repeat coverage interval:16 days(233 orbits)Swath width:185 kilometersOn-board data storage:375 Gb(solid state)Landsat 7 Bands10.45-0.52mBlue-Green30 m20.52-0.60 mGreen30 m30.63-0.69 mRed30 m40.76-0.90 mNear IR30 m51.55-1.75 mMid-IR30 m610.40-12.50 mThermal IR60 m72.08-2.35 mMid-IR30 m0,52-0.90 mPanchromatic15 mSPOT 5 BandsBand(microns)ColorsResolution0.51-0.73Panchromatic2.5&5m0.50-0.59Green10m0.61-0.68Red10m0.79-0.89Near IR10m1.58-1.73Mid IR20mSPOT Image of Kuwait City,2004IKONOS1992 Land Remote Sensing Policy Act permitted private companies to enter the satellite imaging business.Lockheed MartinLaunched 20001 m resolution Bands:Blue,Green,Red,Near IRNow operated by GeoEye Inc.,Dulles VAIKONOS SAMPLE IMAGERYMulti-spectral4m GRCPan-chromatic1m GRC 不同传感器参数对比不同传感器参数对比传感器传感器 空间分辨率空间分辨率 光谱分辨率光谱分辨率 radiometric temporal-AVHRR 1.1 and 4 KM 4 or 5 bands 10 bit 12 hours 2400 Km .58-.68,.725-1.1,3.55-3.93 (0-1023)(1 day,1 night)10.3-11.3,11.5-12.5(micrometers)Landsat MSS 80 meters 4 bands 6 bit 16 days 185 Km .5-.6,.6-.7,.7-.8,.8-1.1 (0-63)Landsat TM 30 meters 7 bands 8 bit 14 days 185 Km .45-.52,.52-.6,.63-.69,(0-255).76-.9,1.55-1.75,10.4-12.5,2.08-2.3 umSPOT P 10 meters 1 band 8 bit 26 days 60 Km .51-.73 um (0-255)(2 out of 5)SPOT X 20 meters 3 bands 8 bit 26 days 60 Km .5-.59,.61-.68,.79-.89 um (0-255)(2 out of 5)IKONOS 1 and 4 meters 1 and 4 bands 10 bit 1-2 days 11 km .45-.9,.44-.51,.52-.60,(0-1023).63-.70,.76-.85
