遥感导论___第三章.ppt

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1、第三章第三章 遥感成像原理与遥感图像特征遥感成像原理与遥感图像特征3.1 遥感平台3.2 摄影成像3.3 扫描成像3.4 微波遥感与成像3.5 遥感图像特征3.1 遥感平台一、气象卫星系列二、陆地卫星系列三、海洋卫星系列一一、气象卫星系列气象卫星三个发展阶段：气象卫星三个发展阶段：20世纪60年代：第一代气象卫星，TIROS。20世纪70年代：第二代气象卫星，ITOS-1，TIROS的改进型。1978年以后：第三代气象卫星，NOAA。日本GMS高轨气象卫星高轨气象卫星地球同步轨道（静止气象卫星）轨道高度：36000公里信息采集时间周期：约20分钟分辨率：1.25-5公里主要应用领域：1、全球性

2、大气环流 2、全球性天气过程 低轨气象卫星低轨气象卫星 近极地太阳同步轨道 轨道高度：800-1600公里 周期：每天固定时间经过固定地点;观测宽度：2800公里 美国NOAA卫星：双星运行,上下午各获取一次信息。扫描宽度：2800公里 分辨率：星下点1.1公里，边缘部分4公里 中国FY-1B气象卫星四轨拼接图象地面分辨率 公里1.1二、陆地卫星系列二、陆地卫星系列1 1 美国陆地卫星系列美国陆地卫星系列 Landsat Landsat陆地卫星陆地卫星LandsatLandsat，19721972年发射第一颗，已连续年发射第一颗，已连续3131年为人类提供陆地卫星图像，共发射了年为人类提供陆地

3、卫星图像，共发射了7 7颗，产品颗，产品主要有主要有MSS,TM,ETMMSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。，属于中高度、长寿命的卫星。陆地卫星的运行特点：陆地卫星的运行特点：（1 1）近极地、近圆形的轨道；）近极地、近圆形的轨道；（2 2）轨道高度为）轨道高度为700700900 km900 km；（3 3）运行周期为）运行周期为9999103 min/103 min/圈；圈；（4 4）轨道与太阳同步。）轨道与太阳同步。Landsat LandsatLandsat轨道参数轨道参数 LandsatLandsat卫星的传感器卫星的传感器(1)(1)MSSMSS：多光谱扫描仪，：多光谱

4、扫描仪，5 5个波段。个波段。(2)(2)TMTM ：主题绘图仪，：主题绘图仪，7 7个波段。个波段。(3)ETM+(3)ETM+：增强主题绘图仪，：增强主题绘图仪，8 8个波段。个波段。MSSMSS的波谱段的波谱段 TMTM数据的波谱段数据的波谱段TM10.450.52m 蓝绿波段 TM20.520.60m 绿红波段 TM30.630.69m 红波段 TM40.760.90m 近红外波段 TM51.551.75m 近红外波段 TM610.412.5m 热红外波段 TM72.082.35m 近红外波段 ETMETM数据的波谱段数据的波谱段ETM10.450.52m 蓝绿波段 ETM20.520

5、.60m 绿红波段 ETM30.630.69m 红波段 ETM40.760.90m 近红外波段 ETM51.551.75m 近红外波段 ETM610.412.5m 热红外波段 ETM72.082.35m 近红外波段 ETM8（PAN）0.520.90 m 可见光近红外 MSSMSS数据获取原理图数据获取原理图 MSS数据是一种多光谱段光学机械扫描仪所获得的遥感数据。TMTM传感器传感器2 SPOT 2 SPOT 卫星系列卫星系列19781978年，法国、比利时、瑞典等设计、研制，名年，法国、比利时、瑞典等设计、研制，名为为“地球观测实验系统地球观测实验系统”的卫星的卫星(SPOT)(SPOT)

6、。共设计。共设计发射发射5 5颗。为中等高度圆形近极地太阳同步轨道。颗。为中等高度圆形近极地太阳同步轨道。主要成像系统：主要成像系统：HRVHRV，HRGHRG、HRSHRS，VEGETATIONVEGETATION即高分辨率几何成像装置即高分辨率几何成像装置 、高分辨率立体成像装、高分辨率立体成像装置、植被探测器置、植被探测器SPOTSPOT卫星的轨道参数卫星的轨道参数标称轨道高度标称轨道高度832 km832 km轨道倾角轨道倾角98.798.7运行一圈的周期运行一圈的周期101.46 min101.46 min日绕总圈数日绕总圈数14.1914.19圈圈重复周期重复周期26 d26 d降

7、交点地方太阳时降交点地方太阳时10:30(10:30(15min)15min)HRVHRV地面扫描宽度地面扫描宽度60 km60 km舷向每行像元数舷向每行像元数3 000/6 000 3 000/6 000 个个 SPOTSPOT卫星卫星 SPOTSPOT的的HRVHRV波谱段波谱段 光谱段光谱段 光谱特性光谱特性 分辨率分辨率 0.500.59 m 绿绿 20 m 0.610.68 m 红红 20 m 0.790.89 m 近红外近红外 20 m 0.510.73 m 绿绿红全波段红全波段 10 mSPOT1SPOT1 3 3号卫星上携带两台号卫星上携带两台HRVHRV传感器传感器SPOT

8、SPOT的的HRGHRG、HRSHRS波谱段波谱段 光谱段光谱段/m 光谱特性光谱特性 分辨率分辨率/m 0.500.58 绿绿 20 0.610.67 红红 20 0.780.89 近红外近红外 20 0.490.715 绿绿红全波段红全波段 5 SPOT5SPOT5卫星上卫星上HRGHRG（高分辨率几何装置）（高分辨率几何装置）与与HRVHRV基本相同。基本相同。HRS HRS是是SPOT5SPOT5特有的一个高分辨率立体特有的一个高分辨率立体成像装置，工作波段成像装置，工作波段0.480.480.480.480.71 m0.71 m0.71 m0.71 m 。美美 国国 空空 间间 成成

9、 像像 公公 司司(Space-Imaging)(Space-Imaging)的的IKONOSIKONOS卫卫星星是是最最早早获获得得许许可可之之一一。经经过过5 5年年的的努努力力，于于19991999年年9 9月月2424日日空空间间成成像像公公司司率率先先将将IKONOS-2IKONOS-2高高分分辨辨率率(全全色色1 1 m m，多多光光谱谱4 4 m)m)卫卫星星，由加州瓦登伯格空军基地发射升空。由加州瓦登伯格空军基地发射升空。3 IKONOS3 IKONOS数据数据太阳同步轨道，倾角为太阳同步轨道，倾角为98.198.1高度高度681km(681km(赤道上赤道上)轨道周期为轨道周

10、期为98.3 min98.3 min，下降角在上午，下降角在上午10:3010:30重复周期重复周期l l3 d3 d全色：全色：1 m1 m分辨率传感器分辨率传感器多光谱：四波段多光谱：四波段4 m4 m分辨率传感器。分辨率传感器。传感器为传感器为三线阵三线阵CCD推帚式成像，因此在正常模式推帚式成像，因此在正常模式下，它可取得正视、后视和前视推扫成像。下，它可取得正视、后视和前视推扫成像。IKONOSIKONOS运行特征运行特征IKONOSIKONOS光谱段光谱段全色光谱响应范围：全色光谱响应范围：0.150.150.90m0.90m多光谱对应多光谱对应Landsat-TMLandsat-

11、TM的波段：的波段：MSI-1 0.45MSI-1 0.450.52m 0.52m 蓝绿波段蓝绿波段 MSI-2 0.52MSI-2 0.520.60m 0.60m 绿红波段绿红波段 MSI-3 0.63MSI-3 0.630.69m 0.69m 红波段红波段 MSI-4 0.76MSI-4 0.760.90m 0.90m 近红外波段近红外波段IKONOSIKONOS数据特点数据特点 IKONOS IKONOS图像可以实现模量传递函数图像可以实现模量传递函数(MTF)(MTF)的补的补偿，为此卫星的传感器设计了进行偿，为此卫星的传感器设计了进行MTFMTF的测量。有的测量。有了这些测量值，可以

12、对因光学和检测器等引起的了这些测量值，可以对因光学和检测器等引起的像质模糊进行补偿。像质模糊进行补偿。IKONOS IKONOS卫星内设有卫星内设有GPSGPS天线，接收的信号被记录天线，接收的信号被记录下来，经过处理可以提供每个图像的星历参数；传感下来，经过处理可以提供每个图像的星历参数；传感器系统设计有三轴稳定装置和量测装置，以获得相应器系统设计有三轴稳定装置和量测装置，以获得相应姿态数据姿态数据。IKONOSIKONOS卫星的外形卫星的外形 IKONOS IKONOS 图像图像地区：地区：地区：地区：上海浦东上海浦东上海浦东上海浦东分辨率：分辨率：分辨率：分辨率：1 m 1 m采集时间：

13、采集时间：采集时间：采集时间：2000 2000年年年年 3 3月月月月2626日日日日DigitalGlobeDigitalGlobe公司于公司于20012001年年1010月月1818日在美国成功发射日在美国成功发射的高分辨率商业卫星。的高分辨率商业卫星。卫星轨道高度卫星轨道高度450 km,450 km,倾角倾角9898,卫星重访周期卫星重访周期1 16 6 d d（与纬度有关）。（与纬度有关）。QuickBirdQuickBird图像，最高的分辨率为图像，最高的分辨率为0.61 m0.61 m，幅宽，幅宽16.5 16.5 kmkm。可应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。可应

14、用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。4 QuickBird4 QuickBird数据数据 QuickBirdQuickBird的光谱段的光谱段数据类型数据类型 波段范围波段范围/m分辨率分辨率/m多多波波段段蓝：蓝：0.450.52 2.44绿：绿：0.520.60 2.44 红：红：0.630.69 2.44 近红外：近红外：0.760.90 2.44 全全 波波 段段 0.450.90 0.61 QuickBird QuickBird 传感器结构图传感器结构图QuickBird QuickBird 影像图影像图华华盛盛顿顿纪纪念念碑碑5 CBERS5 CBERS数据数据CBERSC

15、BERS是中国和巴西合作研制的遥感卫星是中国和巴西合作研制的遥感卫星19971997年年1010月发射月发射CBERS-lCBERS-l19991999年年1010月发射月发射CBERS-2CBERS-2卫星设计寿命为卫星设计寿命为2 2年。年。太阳同步极轨道太阳同步极轨道轨道高度轨道高度778 km778 km轨道轨道倾角是倾角是98.598.5每天绕地球飞行每天绕地球飞行1414圈。圈。卫星穿越赤道时当地时间总是上午卫星穿越赤道时当地时间总是上午10:3010:30卫星重访地球上相同地点的周期为卫星重访地球上相同地点的周期为2626天。天。CBERSCBERS卫星特征卫星特征三种成像传感器

16、三种成像传感器:高分辨率像机高分辨率像机(CCD)红外多谱段扫描仪红外多谱段扫描仪(IR-MSS)广角成像仪广角成像仪(WFI)WFIWFI的分辨率的分辨率:256m:256m，IR-MSSIR-MSS分辨率分辨率:78m:78m和和156m156m，CCDCCD分辨率分辨率:19.5m:19.5m。2 2号星上携带全色号星上携带全色2.52.5米分辨率米分辨率HRHR传感器传感器 CBERSCBERS传感器传感器CBERSCBERS卫星传感器卫星传感器CBERSCBERS的的CCDCCD光谱段光谱段 高高分分辨辨率率CCDCCD像像机机具具有有与与陆陆地地卫卫星星的的TMTM类类似似的的几几

17、个个谱谱段段(5(5个个谱谱段段)，其其星星下下点点分分辨辨率率为为19.5m19.5m，高高于于TMTM；覆盖宽度为覆盖宽度为113 km113 km。B1:0.45B1:0.450.52m0.52m，蓝。，蓝。B2:0.52B2:0.520.59m0.59m，绿。，绿。B3:0.63B3:0.630.69m0.69m，红。，红。B4:0.77B4:0.770.89m0.89m，近红外。，近红外。B5:0.51B5:0.510.73m0.73m，全波段。，全波段。CBERSCBERS的的IR-MSSIR-MSS光谱段光谱段IR-MSS(4IR-MSS(4个谱段个谱段)，覆盖宽度为，覆盖宽度为

18、119.5 km119.5 km。B6:0.50B6:0.501.10m1.10m，蓝绿，蓝绿近红外近红外,77.8 m,77.8 m。B7:1.55B7:1.551.75m1.75m，相当于，相当于TM5,77.8 mTM5,77.8 m。B8:2.08B8:2.082.35m2.35m，相当于，相当于TM7,77.8 mTM7,77.8 m。B9:10.4B9:10.412.5m12.5m，相当于，相当于TM6,156 mTM6,156 m。CBERSCBERS的的WFIWFI光谱段光谱段WFI(2WFI(2个谱段个谱段)，覆盖宽度，覆盖宽度890 km890 km。B10:0.63B10

19、:0.630.69m0.69m，红红,分辨率为分辨率为256 m256 m。B11:0.77B11:0.770.89m0.89m，近红外近红外,分辨率为分辨率为256 m256 m。To be To be continuedcontinued三、三、海洋卫星数据海洋卫星数据 SEASAT数据数据 MOS数据数据 ERS 数据数据 RADARSAT数据数据 SEASATSEASAT数据数据美国海洋卫星美国海洋卫星 近极地近圆形太阳同步轨道近极地近圆形太阳同步轨道 卫星载有卫星载有5 5种传感器种传感器其中其中3 3种是成像传感器：种是成像传感器：合成孔径侧视雷达合成孔径侧视雷达(SAR-A)(S

20、AR-A)多通道微波扫描辐射计多通道微波扫描辐射计(SNMR)(SNMR)可见光可见光-红外辐射计红外辐射计(VIR)(VIR)。MOSMOS数据数据日本海洋观测卫星日本海洋观测卫星 近圆形近极地太阳同步轨道近圆形近极地太阳同步轨道 卫星载有卫星载有3 3种遥感器：种遥感器：多谱段电子自扫描辐射计多谱段电子自扫描辐射计(MESSR)(MESSR)可见光可见光-热红外辐射计热红外辐射计(VTIR)(VTIR)微波辐射计微波辐射计(MSR)(MSR)ERS ERS 数据数据欧洲遥感卫星欧洲遥感卫星 圆形极地太阳同步轨道圆形极地太阳同步轨道 雷达地面分辨率可达雷达地面分辨率可达30 m30 m 主要

21、用于海洋学、冰川学、海冰制图、主要用于海洋学、冰川学、海冰制图、海洋污染监测、船舶定位、导航，水准面海洋污染监测、船舶定位、导航，水准面测量、岸洋岩石圈的地球物理及地球固体测量、岸洋岩石圈的地球物理及地球固体潮和土地利用制图等领域。潮和土地利用制图等领域。RADARSATRADARSAT数据数据数据来源：加拿大遥感卫星。数据来源：加拿大遥感卫星。圆形近极地太阳同步轨道。圆形近极地太阳同步轨道。成像遥感器：成像遥感器：合成孔径雷达合成孔径雷达(SAR)(SAR)多谱段扫描仪多谱段扫描仪 高分辨率辐射计高分辨率辐射计(AVHRR)(AVHRR)非成像遥感器：非成像遥感器：散射计散射计3.2 3.2

22、 摄影成像与航空像片特征摄影成像与航空像片特征 使用光学镜头成像，用感光胶片记录物使用光学镜头成像，用感光胶片记录物体影像，据使用波长细分可见光摄影、近体影像，据使用波长细分可见光摄影、近红外摄影、多光谱摄影。红外摄影、多光谱摄影。一、一、摄影机 二、摄影像片的几何特征 三、摄影胶片的物理特征 四、航空像片特征一、摄影机分幅式摄影机全景式摄影机多光谱摄影机二、摄影像片的几何特征1 1 摄影种类：摄影种类：垂直摄影、倾斜摄影垂直摄影、倾斜摄影2 2 摄影像片的几何特征：摄影像片的几何特征：中心投影及影响因素中心投影及影响因素3 3 像片比例尺像片比例尺4 4 投影误差投影误差(像点位移）像点位移

23、）三、摄影胶片的物理特征光学密度：光学密度：胶片感光后显影后，表现出的深浅程度。感光度：感光度：胶片感光的速度。反差与反差系数：反差与反差系数：反差指胶片的明暗的密度差。反差系数指负片影像与景物亮度差之比。四、航空像片特征四、航空像片特征 1 1、航空摄影的分类、航空摄影的分类 2 2、航空像片的感光片性能、航空像片的感光片性能 3 3、航空像片的特性、航空像片的特性 4 4、航空像片的分辨率、航空像片的分辨率 5 5、彩色红外像片、彩色红外像片 6 6、黑白像片的色调、黑白像片的色调 7 7、航空像片的比例尺、航空像片的比例尺 8 8、光机扫描图像、光机扫描图像 1 1、航空摄影的分类、航空

24、摄影的分类2 2、航空像片的感光片性能、航空像片的感光片性能 感光度：感光度：感光的快慢程度。感光的快慢程度。反差：反差：最大光学密度与最小光学密度之差。最大光学密度与最小光学密度之差。分辨率：分辨率：对景物细微部分的表现能力，用线对景物细微部分的表现能力，用线 对数对数(mm)表示。表示。3 3、航空像片的特性、航空像片的特性航片属于中心投影航片属于中心投影航片的比例尺随航高而改变。航片的比例尺随航高而改变。像点位移：像点位移：地形的起伏和投影面的倾斜会引起地形的起伏和投影面的倾斜会引起 航片上像点的位置的变化。航片上像点的位置的变化。航空像片用亮度系数来表示地物的反射率。航空像片用亮度系数

25、来表示地物的反射率。4 4、航空像片的分辨率、航空像片的分辨率是衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。是衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平行细线的数目来表示。行细线的数目来表示。主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的分辨率。剂的分辨率。5 5、航空像片的色调、航空像片的色调 黑白像片上某一部分的黑白深浅的程度称为黑白像片上某一部分的黑白深浅的程度称为色调，它能反映物体反射率的大小。色调，它能反映物体反射率的大小。影响航空像片色调的因素：影响航空像片色调的因素：地物表面亮度（取决

26、于摄影时的照度和地物自身地物表面亮度（取决于摄影时的照度和地物自身的亮度系数）；的亮度系数）；感光材料（摄影时应选取感光度高、反差系数适感光材料（摄影时应选取感光度高、反差系数适中、分辨率较高的感光片）；中、分辨率较高的感光片）；摄影技术（包括曝光量的选择、感光片的冲洗以摄影技术（包括曝光量的选择、感光片的冲洗以及印像、放大技术）。及印像、放大技术）。6 6、航空像片的比例尺、航空像片的比例尺航摄相机的焦距航摄相机的焦距f f与航高与航高H H的比的比航片的比例尺：航片的比例尺：1 1M M=f f/H H 比例尺随着图像处理而变化比例尺随着图像处理而变化地形起伏也会影响比例尺地形起伏也会影响

27、比例尺 亮度系数亮度系数物体的亮度与绝对白体理想表面的亮度之比。物体的亮度与绝对白体理想表面的亮度之比。特点：特点：（1 1、亮度系数、亮度系数00P P 1 1；（2 2、干湿程度不同，亮度系数也不同；、干湿程度不同，亮度系数也不同；（3 3、亮度系数与物体表面的颜色有关；、亮度系数与物体表面的颜色有关；（4 4、表面光滑的物体比粗糙的物体亮度系数、表面光滑的物体比粗糙的物体亮度系数大。大。3.3 3.3 扫描成像扫描成像光学光学/机械扫描成像：机械扫描成像：在扫描仪前方安装光学镜头，借助于遥在扫描仪前方安装光学镜头，借助于遥感平台沿航向运动和仪器本身光学机械舷感平台沿航向运动和仪器本身光学

28、机械舷向扫描来获取地面航向条带图像的一种仪向扫描来获取地面航向条带图像的一种仪器，简称光机扫描仪。器，简称光机扫描仪。目前常用的有红外扫描仪和多光谱段扫目前常用的有红外扫描仪和多光谱段扫描描仪仪。光机扫描仪的工作波长范围比摄影机。光机扫描仪的工作波长范围比摄影机宽得多，可达宽得多，可达0.30.314m(14m(包括近紫外、可包括近紫外、可见光、近红外、中红外和远红外见光、近红外、中红外和远红外)。固体自扫描成像固体自扫描成像 用固定的探测元件（用固定的探测元件（CCDCCD），通过遥感平），通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描成像。台的运动对目标地物进行扫描成像。高光谱成像扫描高光谱成像扫描

29、 3.43.4、微波遥感、微波遥感微波遥感的主要波段：微波遥感的主要波段：X：2.423.75cm；C：3.757.5cm；L：1530cm微波遥感的特点：微波遥感的特点：(1)(1)全天候、全天时的信息获取能力全天候、全天时的信息获取能力 (2)(2)对某些地物的特殊识别能力对某些地物的特殊识别能力 (3)(3)有一定的穿透能力有一定的穿透能力 (4)(4)适宜对海面进行监测适宜对海面进行监测雷雷 达达 由发射机通过天线在很短的时间内，由发射机通过天线在很短的时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁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波脉冲，然后用同一天线接

30、收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感反射的回波信号而进行显示的一种传感器。器。按照雷达的工作方式可分为：成像雷达按照雷达的工作方式可分为：成像雷达和非成像雷达。成像雷达中又可分为真和非成像雷达。成像雷达中又可分为真实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达。实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达。侧视雷达侧视雷达 侧视雷达的天线与遥感平台的运动方侧视雷达的天线与遥感平台的运动方向形成角度，朝向一侧或两侧倾斜安装，向形成角度，朝向一侧或两侧倾斜安装，向侧下发射微波，接收回波信号（包括向侧下发射微波，接收回波信号（包括振幅、位相、极化）。振幅、位相、极化）。工作原理（工作原理（P.75图图3.21)。分辨

31、率分为：分辨率分为：距离分辨率：垂直于飞行的方向距离分辨率：垂直于飞行的方向方位分辨率：平行于飞行的方向方位分辨率：平行于飞行的方向 合成孔径侧视雷达是利用遥感平台的合成孔径侧视雷达是利用遥感平台的前进运动，将一个小孔径的天线安装在前进运动，将一个小孔径的天线安装在平台的侧方，以代替大孔径的天线，提平台的侧方，以代替大孔径的天线，提高方位分辨率的雷达。高方位分辨率的雷达。遥感平台在匀速前进运动中，以一定遥感平台在匀速前进运动中，以一定的时间间隔发射一个脉冲信号，天线在的时间间隔发射一个脉冲信号，天线在不同的位置上接收回波信号，并记录和不同的位置上接收回波信号，并记录和储存下来。储存下来。合成孔

32、径侧视雷达合成孔径侧视雷达 3.5 3.5 遥感图像的特征遥感图像的特征 空间分辨率：空间分辨率：扫描成像扫描成像-像元，扫描仪瞬时视场所像元，扫描仪瞬时视场所对应的地面实际大小对应的地面实际大小 摄影成像摄影成像-线对线对/米，米，(线对线对:能分辨的能分辨的地物的最小距离地物的最小距离)信息识别目标的空间尺度与遥感信息空间信息识别目标的空间尺度与遥感信息空间分辨率的关系分辨率的关系 光谱分辨率光谱分辨率:传感器所能分辨的最小波长间隔传感器所能分辨的最小波长间隔(波段的波段的宽度宽度)。时间分辨率时间分辨率:对同一地点进行第二次信息获取的时间对同一地点进行第二次信息获取的时间间隔。间隔。动态监测目标的时间尺度与遥感信息时间动态监测目标的时间尺度与遥感信息时间分辨率的一致性分辨率的一致性。裸露土地在红波段高反射率（亮）在近红外低反射率（暗）绿色植被在红波段低反射率（暗）在近红外高反射率（亮）红色波段近红外波段 航空影像(0.5m)IKONOS(1.0m)SPOT-4(10m)QuickBird(0.61m)SPOT-5(2.5m)Landsat-7 ETM+(15m)不同空间分辨率的影像比较不同空间分辨率的影像比较