遥感图像目视解译.pdf

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1、第1章 绪 论1.1遥 感的基本概念一切地面目标，由于种类及其所处环境条件的差异，因而具有反射或辐射不同波长电磁波信息的特性，遥感正是利用地面目标反射或辐射电磁波的固有特性，通过观察目标的电磁波信息，获取目标的信息，完成远距离识别物体的技术。遥 感(R e m o t e S e n s i n g)作为一门综合技术是美国学者在1 9 6 0 年提出来的。为了比较全面地描述这种技术和方法，P r u i t t 把遥感定义为“以摄影方法或以非摄影方式获得被探测目标的图象或数据的技术”。从现实意义看，一般我们称遥感是一种远距离目标，通过非直接接触而判定、测量并分析目标性质的技术。联合国运用卫星对

2、地球进行遥感研究小组对遥感的定义是：“观测物质或近地目标从紫外线到微波的某些波长的电磁发射现象”。详细地说，就是运用现代的运载工具和电子光学仪器，以主动和被动方式接受地(水)表或其以下一定深度处的研究对象发射或反射从紫外线到微波的，能通过大气的某些波段的电磁波信息,经过加工处理,获得研究对象的有用信息，达到探测目标物的整个信息的接收、传输、处理和应用处理。它是随着空间技术的出现而出现的，属于空间科学范围，被称之为宇宙中的“眼睛”。遥感通过对目标进行探测，获取目标的信息，然后对所获取的信息进行加工处理，从而实现对目标进行定位、定性或定量的描述。目标信息的获取主要是利用从目标反射和辐射来的电磁波，

3、接收从目标反射利辐射来的电磁波信息的设备称之为传感器(R e m o t e S e n s o r),如航空摄影中的航摄相机等。搭载这些传感器的载体称之为遥感平台(P la t f o r m),如航摄飞机、人造地球卫星等。1.2遥 感技术系统现代遥感技术系统一般由四部分组成：遥感平台、传感器、遥感数据接收与处理系统、遥感资料分析解译系统，其中遥感平台、传感器和数据接收与处理系统是遥感技术应用的三个主要技术因素，遥感应用工作者必须对它们有所了解和掌握。1 .遥感平台(P la t f o r m)在遥感技术中搭载传感器并能使其正常工作的工具称为遥感平台，它是传感器赖以工作的场所，平台的运行特

4、征及其姿态稳定状况直接影响传感器的性能和遥感资料的质量。目前遥感平台主要有飞机、卫星和航天飞机等。2.传 感 器(R e m o t e s e n s o r)收集、记录和传输目标信息的装置称为传感器，它是遥感的核心技术。目前应用的传感器主要有：摄影机、摄像仪、扫描仪、光谱辐射计等。平台和传感器代表着遥感技术的水平。3.遥感数据接收处理系统为了接收从遥感平台传送来的图像和数据，必须建立遥感地面接收站。地面接收站由地面数据接收和记录系统(T R R S),图像数据处理系统(I m a g e D i g i t a l P r o c e s s i n g S ys t e m,I D P

5、S)两部分组成，地面数据接收和记录系统的大型抛物天线，能够接收遥感平台发回的数据，这些数据是以电信号的形式传回，经检波后，被记录在视频磁带上。然后把这些视频磁带，数据磁带或其他形式的图像资料等，送往图像数据处理机构。图像处理机构的任务是将数据接收和记录系统记录在磁带上的视频图像信息和数据，进行加工处理和贮存。最后根据用户的要求，制成一定规格的图像胶片和数据产品分发给用户。4.分析处理系统用户得到的遥感资料，是经过预处理的图像胶片或数据，然后再根据各自的应用目的，对这些资料进行分析、研究、判断解释，从中提取有用信息，并将其翻译成为我们所用的文字资料或图件，这一工作称为“解译”。目前，解译已经形成

6、一些规范的技术路线和方法。(1)常规目视解译技术。所谓常规目视解译是指人们用肉眼或手持放大镜或立体镜等简单工具，凭借解译人员的经验，来识别目标物的性质和变化规律的方法。由于目视解译所用的仪器设备简单，在野外和室内都可进行。既能获得一定的效果，还可验证仪器方法的准确程度，所以它是一种最基本的解译方法。但是，目视解译既受解译人员专业水平和经验的影响，也受眼睛视觉功能的限制.并月.速度侵，不够精确。(2)图像处理技术。图像处理技术是是2 0世纪发展起来的一种识别地物方法，它是利用电子计算机对遥感影像数据进行分析处理，获得目标地物的光谱信息，进而对待判地物实现自动识别相分类。该技术既快速、客观、准确，

7、又能直接得到解译结果，是遥感分桥解译的发展方向。近年来，在目标识别上，不仅仅是光谱信息基础上模型，已发展到应用地表纹理、形状等相结合的判别模型，从而大大提高了目标识别的可靠性。1.3 遥感的分类自从遥感技术问世以来，由于其应用领域广，涉及学科多，学者们从自身角度以及遥感传感器和平台技术的不断发展，尚未形成统一的遥感分类体系。究其原因主要是人们对遥感分类所持根据不同。从遥感自身的特点及应用领域可以从以下几个角度进行分类。1.3.1 按遥感平台划分随着遥感技术发展，遥感已进入了多平台时代，因此从遥感平台进行分类可划分为：地面遥感、航空遥感、航天遥感和航宇遥感。1.地面遥感 是以近地表的载体作为遥感

8、平台的探测技术。如汽车、三脚架、气球和车船等。所用的传感器可以是成像和非成像方式。地面遥感是获得成像或非成像方式的数据,由于它与地面其他观测数据具有绝对同步关系，为构建地表物理模型奠定基础。2.航 空 遥 感 是以飞机为平台从空中对目标地物进行探测的技术。主要的特点是沿航线分幅获取地面目标地物，因此其灵活性大，所获得的图像比例尺大，分辨率高，已形成了航空摄影完整的理论体系，是为地方尺度的遥感提供数据。3.航 天 遥 感 是以卫星、火箭以及航天飞机为平台，从外层空间对目标地物进行探测的技术系统。航天遥感是2 0世纪7 0年代发展起来的现代遥感技术。其特点是已形成从粗分辨率到高分辨率的对地观测手段

9、，不仅可用于宏观区域的自然规律与现象的研究，同时高分辨率小卫星为地方尺度的大比例尺制图与资源环境调查研究提供新的数据源，另外重复周期短，为动态监测地球表面环境提供了可能。4.航 宇 遥 感 是以宇宙飞船为平台对宇宙星际的目标进行探测遥感技术。随着运载火箭技术的不断发展，人类逐步从地球环境向宇宙星际环境的延伸，从而实现了对月球、火星等星际环境的遥测。这一技术为进一步探索地球的起源提供科学数据。1.3.2 按探测的电磁波段划分根据传感器所接收的电磁波谱，遥感技术可分为五种：1.可见光遥感 传感器仅采集与记录目标物在可见光波段的反射能量，主要有摄影机、扫描仪、摄像仪等。2.红外遥感 传感采集并记录目

10、标地物在电磁波红外波段的反射或辐射能量，主要有摄影机、扫描仪等。3.微 波 逼 感 传感器采集并记录目标地物在微波波段反射能量，所用传感器主要包括扫描仪、微波辐射计、雷达、高度计等。4.多 光 谱 遥 感 传感器将把目标物反射或辐射来的电磁辐射能量分割成若干个窄的光谱带，同步探测同时得到目标物不同波段的多幅图像。目前所使用的多光谱遥感传感器有多光谱摄影机、多光谱扫描仪和反束光导管摄像仪等。5.紫外遥感传感器采集和记录目标物在紫外波段的辐射能量，由于太阳辐射能量到达地面的紫外波能量非常弱，因此可用波段非常窄（0.3 0.4 4），但对地质遥感有非常重要的意义。6.高光谱遥感 高光谱遥感是近年发展

11、起来的新的遥感探测技术，它是将某一波长范围内，以小于1 0 n m 波长间隔对地观察，探测地表某目标地物的反射或发射能量的探测技术。高光谱遥感通常来讲，可分为成像高光谱和非成像高光谱。非成像高光谱，是指利用高光谱非成像光谱（辐射）仪在野外或实验室测量特征地物的反射率、透射率及其辐率，从而从不同侧面揭示特征地表波谱特征以及其性质。野外或实验室高光谱的研究，为进一步模拟成像光谱仪的工作性，确定传感器测量光谱范围、波段设置（波段数、波宽及位置）和评价遥感数据的应用潜力奠定基础，常用的非成像光谱仪有A S D、L I-1 8 0 0 等。成像高光谱，是指以小 于 1 0 n m 的光谱波宽，探测地面目

12、标地物的波段特征的探测技术，目前成像高光谱仪都在9-1 0 n m 的波宽，有 1 2 8 以上的波段对地表进行探测其反射能量。如 AI S 高光谱传感器有1 2 8个波段，波宽9.6n m；AV I R I S 高光谱传感器有2 2 4个波段，波 宽 1 0 n m。1.3.3 按电磁辐射源划分根据传感器所接收的能量来源，遥感技术可划分为主动和被动遥感两种。I .被动遥感 指传感器探测和记录目标地物的太阳辐射的反射或是目标地物自身发射的热辐射和微波的能量。其中目标物反射的电磁波能量，其输入能量是太阳自然辐源而非人工辐射源，热红外和微波波段的发射能量是地物吸收太阳辐射能量后的再辐射。2 .主

13、动 遥 感 是指传感器带有电磁波发射装置，在探测过程中，向目标地物发射电磁波辐射能量，然后接收和记录目标物反射或散射回来的电磁波的遥感。如雷达、闪光摄影等属此类。1.3.4 按应用领域划分根据遥感的应用领域进行划分，可分为地质遥感、农业遥感、林业遥感、水利遥感、海洋遥感、环境遥感、灾害遥感等。1.4遥感的特点从遥感传感器与遥感平台的发展来看，遥感技术有以下六个方面的特点：1 .探测范围广，获取信息的范围大。一幅陆地卫星照片对应地面约三万四千多平方公里，覆盖我国全部领土仅需五百多张。因此对国土资源概查有着重大意义，同时宏观的特点使得大面积以至全球范围研究生态环境和资源问题成为现实，许多大的特征形

14、迹如长达几千公里的地壳深部断裂，直径上千公里的大环形构造等只有在卫星遥感图像上才能显现出来。2 .获取的信息内容丰富、新颖，能讯速反映动态变化。正因为遥感探测范围广，获取信息的范围大，所以获取的信息内容丰富。卫星周期性对地球各处进行观察使得有可能进行动态观测，获取新颖的资料，从而实现对地的动态变化监测。3 .获取信息方便而且快速。利用遥感获取信息不受地形限制。对于高山冰雪、戈壁沙漠、海洋等地区。一般方法不易获得的资料，卫星像片则可以获得大量有用的资料。同时，卫星还可以不受任何政治、地球条件的限制,覆盖地球的任何一角和整个地球。这使得我们能够及时地获得各种地表信息，并使得过去对农田、森林、城市等

15、大区域成图所需几年到十几年的时间大为缩短。例如英国过去对其2 4万平方公里的国土进行常规地面调查需6 0 0 0人工作6年，现在采用卫星遥感只需4个人工作9个月即。4 .综合性。遥感技术构成对地球观察监测的多层空间、多波段、多时相的探测网。它从三个空间：地理空间（经、纬、高程）、光谱空间、时间空间提供给我们五维信息，使得能更加全面深入的观察分析问题。5 .成本低。例如某水渠规划设计，利用卫片进行勘测只需0.6 美分/平方公里。6 .高分辨率、高光谱遥感发展逐步走向成熟。当代遥感技术已能全面覆盖大气窗口的所有部分光学遥感包括可见光，近红外和短波红外区域。热红外遥感的波长可达8 1 4 p m；微

16、波遥感观测目标物电磁波的辐射和散射，分被动微波遥感和主动微波遥感，波长范围为0.1 1 0 0 c m o 目前卫星遥感的空间分辨率已从原来的几公里、几百米、几十米逐步发展几米和几十厘米，航空数字摄影测量能获得更高的空间分辨率。光谱分辨率从单一波、多光谱遥感逐步发展到高光谱遥感。1.5遥感技术应用的发展任何一门科学和技术的形成与发展，总是和时代的发展和要求相一致，遥感技术的发展当然也不例外。它的形成是与传感技术、宇航技术、通讯技术以及电子计算机技术的发展相联系，与军事侦察、环境监测、资源开发利用和全球变化的需要相适应的。2 0 世纪5 0 年代以来，随着科学技术的发展，在普通照相机和飞机的基础

17、上，一些新的信息探测系统相继出现。“遥 感(R em o t e S ei n si n g)”这一术语是1 9 6 0 年美国学者伊林L.布 鲁 伊 持(E v elyn L.-P ru i t t)首先提出的，1 9 6 2 年在美国密执安大学召开的(国际环境科学遥感讨论会)上，这一术语被正式通过，从此就标志着遥感这门新学科的形成。随着遥感技术的不断发展，人类观测电磁辐射的能力从可见光扩展到了紫外、红外、微波等。对目标物信息的收集方式从摄影成到扫描仪；资料由成像到数据(非图像)；平台由汽车、飞机发展到了卫星、火箭、宇宙飞船；应用研究从军事、测绘领域扩展到了农、林、水、气象、地质、地理、环境

18、和工程等部门。遥感技术的应用大致可划分三个阶段：航空遥感、航天遥感与遥感信息定量化。第2章 遥 感 信 息 源地表目标反射、发射的电磁辐射能经与大气、地表相互作用后，被各种遥感仪器所接收并记录下来。这些记录着地表目标电磁辐射数量与性质变化的遥感数据，直接或间接地提供了许多基本的生物、物理、地学变量和变量组合，如地理位置、地形高度、植被、水体、人工连筑、表面温度、表面湿度、表面粗糙度、土地覆盖度等，成为解释目标性质和现象的很有价值的数据源。2.1 遥感信息源的特征与评价遥感技术的发展、遥感采集手段的多样性，观测条件的可控性，确保了所获得的遥感数据的多源性，即多平台、多波段、多视场、多时相、多角度

19、、多极化等。从这个意义上可以认为遥感数据是“多维的”。这种多维性可以通过不同的分辨率和特性来度量相描述。2.1.1 空间分辨率及几何特征一、空间分辨率（Spatial Resolution）遥感器可以放置在太空站、轨道卫星、航天飞机、航空飞机、高塔、遥感车等不同的遥感干台上。这些不同平台的高度、运行速度、观察范围、图像分辨率、应用目的等均不相同，它们构成了一个对地球表面观测的立体观测系统。选择平台的主要依据是地面分辨率，又称空间分辨率。前者是针对地面而言，指可以识别的最小地面距离或最小目标物的大小。后者是针对遥感器或图像而言的，指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，或指遥感器区分两个目标

20、的最小角度或线性距离的度量。它们均反映对两个非常靠近的目标物的识别、区分能力，有时也称分辨力或解像力。一般可有三种表示法：像元（P i x el ）：指单个像元所对应的地面面积大小，单位为米（m）或公里（k m）。如美国Q u i k B i r d 商业卫星一个像元相当地面面积0.6 1 m X O.6 1 m,其空间分辨率为0.6 1 m；L a n d s a t/T M 一个像元相当地面面积2 8.5 m X 2 8.5 m ,简称空间分辨率3 0 m；N O A A/A V H R R一个像元约相当地面面积l l O O m X 1 1 0 0 m,简称空间分辨率1.1 k m（或

21、1 k m）。像元是扫描影像的基本单元，是成像过程中或用计算机处理时的基本采样点，由亮度值表示。对于光电扫描成像系统，像元在扫描线方向的尺寸大小取决于系统几何光学特征的测定，而飞行方向的尺寸大小取决于探测器连续电信号的采样速率.线 对 数（L i ne p a i r s）：对于摄影系统而言，影像最小单元常通过1 mm间隔包含的线对数确定，单位为线对/mm。所谓线对是指一对同等大小的明暗条纹或规则间隔的明暗条对。瞬时视场（I F O V）：指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野，单位为毫弧度（mr a d）。I F O V 越小最小分辨单元（可分像素）越小，空间分辨率越高。I F O V

22、取决于遥感光学系统和探测器大小。一个瞬时视场内的信息，表示一个像元。然而，在任何一个给定的瞬时视场内，往往包含着不止一种地面覆盖类型。他所记录的是一种复合信号相应。因此一般图像包含的是“纯”像元和“混合”像元的集合体，这依赖于I F O V 的大小和地面物体的空间复杂性。二、几何特征每张遥感图像与所表示的地表景光特征之间有特定的几门关系。这种几何关系是由遥感仪器的设计、特定的观测条件、地形起伏和其他因素决定的地面目标是个复杂的多维模型。它有其一定的空间分布特征（位置、形状、大小、相互关系）。地面原型（一个无限的、连续的多维信息源），经遥感过程转为遥感信息（一个有限化、离散化二维平面记录）后，受

23、大气传输效应和遥感器成像特征的影响，这些地面目标的空间特征被部分歪曲，发生变形。其中垂直摄影的图像属于地面中心投影，像点的位移是从中心点向四周的发射状，且越往边缘变形越大；扫描所成的图像属多中心投影，由于扫描仪往返扫描，像点位移主要在与天底线垂直方向上变化，且越往扫描边缘变形越大。可见不同的遥感器的几何丞相机理不同，几何畸变的性质也不同，与地面目标的几何形态关系也不同。在这里以多光谱扫描仪M S S为例加以说明。图2-1 陆地卫星MSS图形几何畸变暗变原因几何畤变暗变大小（m）畸变原因几何崎变畸变大小（m）滚动X46400地球自转引起的歪斜田AY6480俯仰AYW6400扫描时间内的歪斜 4

24、2 1 0航偏 Y960AX5扫描镶旋转速度纪时间X=400图 2-1 显示了 M S S 几何畸变的主要原因及大小。从图中可见，这些几何畸变有的是由于卫星的姿态、轨道，地球的运动和形状等外部因素所引起的；有的是由于遥感器本身结构性能和扫描镜的不规则运动，检测器采样延迟、探测器的配置、波段间的配准失调等内部因素所引起的；也有的则由于纠正上述误差而进行一系列换算和模拟而产生的处理误差。这些误差有的是系统的，有的是随机的；有的是连续的，有的是非连续性的，十打复杂。尽管遥感图像的几何误差原因多种多样，并且不断变化，它们构成了遥感图像所固有的几何特性，但是它们大部分可以通过几何纠正来加以消除和减少。2

25、.1.2 光谱分辨率一、电磁波谱电磁波谱是按电磁波在真空中的波长或频率来划分的。它包括从无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线、Y射线、宇宙射线等。波谱区的划分没有明确的物理定义，因而界线并非严格、固定，是一种相互渗透的过渡关系。图 2-2 显示了电磁辐射能源与大气吸收特征、遥感系统之间的关系。（a）反映能源，即太阳和地面发射能量的光谱分布；（b）反应大气效应与大气窗口；（c）反映遥感系统所利用的波段范围。他必须位于大气窗口内，并对应于相关的电磁辐射能源。(b)(a)人眼.常见遥感仪器涎量的频谱范围武邠乂鄙鄙邮荆捌郡X CJsr-110100X照相T 一 热 扫 描 曾达f 多谱段扫描

26、.鹫口.0.2 04 0.6 1 2 4 6 10 20 40 60 100 200 0.5mm 1cm Im 10m 100m波 长m)(比例尺中断)图2-2遥感系统的电磁波普范围遥感所利用的电磁波谱范围主要是紫外 皿(0.3-0.3 8 口1 1)一 可 见 光 V I S (0.3 8 0.7 4 u m)一近红外 N I R(O.7 4 1.3 u m)一短波红外 S W I R(1.3 3 H m)一中红外(3 6 H m)1远红外F I R(6 1 5 u m)-微波M W (1 m m 1 m)；其中紫外一远红外(0.3 1 5 u m)为光学波段,它又包括紫外一短波红外的反射波

27、段(0.3 3 u m)以及发射红外波段(3 1 5 口机)。前者，遥感器听接收的能量主要来自太阳辐射和地面物体的反射辐射，其中的紫外一近红外波段(0.3 0.9 u m)又称摄影波段，可用于直接摄影成像，只是紫外(U V)容易被大气吸收与散射,遥感用的不多；后者，遥感器所接收的能量主要来自地面物体自身的发射辐射，它直接与热有关，所以又被称为热红外波段。当然它也接收部分的太阳辐射和地物的反射辐射。其中6.0 8.0 um由于水汽的强吸收而非大气窗口，遥感难以利用。二、光谱分辨率(Spectral Resolution)遥感信息的多波段特性，多用光谱分辨率来描述。光谱分辨率指遥感器所选用的波段数

28、量的多少、各波段的波长位置、及波长间隔的大小。即选择的通道数、每个通道的中心波长、带宽，这三个因素共同决定光谱分辨率。比如，对于黑/白全色航空像片，照相机用一个综合的宽波段(0.4 0.7 u m ,波段间隔为0.3 u m)记录下整个可见光红、绿、蓝的反射辐射；L a n d s a t/T M 有-7个波段，能较好的区分同一物体或不同物体在7个不同波段的光谱响应特性的差异，其中以T M 3 为例，遥感器用一个较窄的波段(0.6 3 0.6 9 u m 波段间隔为0.0 6 u m)已录下红光区内的一个特定范围的反射辐射；而航空可见、红外成像光谱仪A VI R I S,有 2 2 4 个波段

29、(0.4 2.4 5 u m,波段间隔 近 1 0 n m),可以捕捉到各种物质特征波长的微小差异。可见，光谱分辨率越高，专题研究的针对性越强，对物体的识别精度越高，遥感应用分析的效果也就越好。但是，面对大量多波段信息以及它所提供的这些微小的差异，人们要直接地将它们与地物特征联系起来，综合解译是比较困准的，而多波段的数据分析，可以改善识别和提取信息特征的概率和精度。分波段记录的遥感图像，可以构成一个多维的向量空间，空间的维数就是采用的波段数。例如，选用3 个波段，构成一个三维特征空间。图像上的一个像元，在各波段均有一个光谱值。每个像元在个波段的图像数据(亮度值)构成一个多维向量，它们对应于多维

30、空间上的一个点，用 X”向量表示，如图2-3。Xb图2-3三维向量空间2.1.3 时间分辨率时间分辨率（T e m p o r a l R e s o l u t io n）是关于遥感影像间隔时间的一项性能指标。遥感探测器按一定的时间周期重复采集数据，这种重复周期，又称回归周期。它是由飞行器的轨道高度、轨道倾角、运行周期、轨道间隔、偏移系数等参数所决定。这种重复观测的最小时间间隔称为时间分辨率。根据遥感系统探测周期的长短可将时间分辨率划分为三种类型：超短或短周期时间分辨率：主要指气象卫星系列（极轨和静止气象卫星），以“小时”为单位，可以用采反映一天以内的变比。如探测大气海洋物理现象、突发陆灾害

31、监测（地震、火山爆发、森林火灾等）、污染源监测等。中周期时间分辨率：主要指对地观测的资源卫星系列，以“天”为单位，可以用来反映月、旬、年内的变化。如探测值物的季相节律，捕捉某地域农时历关键时刻的遥感数据，以获取一定的农学参数，进行作物估产与动态监测，农林牧等再生资源的凋查，旱涝灾害监测、气候、大气、海洋动力学分析等。长周期时间分辨率：主要指较长时间间隔的各类遥感信息，用以反映“年”为单位的变化，如湖泊消长、河道迁徙、海岸进退、城市扩展、灾情调查、资源变化等等。至于数百年、上千年的自然环境历史变迁，则需要参照历史考古等信息研究遥感影像上留下的痕迹，寻找其周围环境因子的差异，以恢复当时的古地理环境

32、。2.1.4 辐射分辨率一 辐 射 分 辨 率（Radiant Resolution）辐射分辨率指遥感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。即探测器的灵敏度一一遥感器感测元件在接收光谱信号时能分辨的最小辐射度差，或指对两个不同辐射源的辐射量的分辨能力。一般用灰度的分级数来表示，即最暗一最亮灰度值（亮度值）间分级的数目一一量化级数。它对于目标识别是一个很有意义的元素。例如Landsat/M SS,起初以6 bits（取值范围。63）记录反射辐射值，经数据处理把其中3 个波段扩展到7 bits（取值范围0127）；而 Landsat4、5/T M,7 个波段中的6 个波段在30mx30m的空间分辨

33、率内，其数据的记录以 8 bits（取值范围0 255）,显然T M 比 MSS的辐射分辨率提高，图像的可检测能力增强。对于空间分辨率与辐射分辨率而言，有一点是需要说明的。一般瞬时视场IFOV越大，最小可分像素越大，空间分辨率越低；但是，IFOV越大，光通量即瞬时获得的入射能量越大，辐射测量越敏感，对微弱能量差异的检测能力越强，则辐射分辨率越高。因此，空间分辨率越大，将伴之以辐射分辨率的降低。可见，高空间分辨率与高辐射分辨率难以两全，它们之间必须有个折衷。二 辐射量特性入射到遥感器的电磁波用探测元件变换为电信号后进行数字化，在这一变换处理中,输入和输出的关系表示为图2-4 中的曲线。图中左侧的

34、无信号区是探测原件的灵敏度对该部分电磁波很弱而无响应的区域，右侧的饱和区是指电磁波即使再强输出业务变化的区域，这两个区域所夹的区域输入输出几乎是呈线性关系。把这种线性关系的近似性称为线性化(l i n e a r i t y)此外，该区域的输入宽度所对应的最大输入与最小输入之比称为动态范围(d y n a m i c r a n g e),通常以d B 为单位表示。当输入信号包含噪声，就会存在进行无意义的量化的危险。输入信号中的有效信号S与噪声N之比称为信噪比S /N (s i g n a l t o n o i s e r a t i o),用下式表示：S/M =201og|()(S/N)d

35、B有效量化的级数是动态范围和s/N比率所确定。在量化数据中，对应一个通道一个像元的信息量用比特(b i t)表示。1比特可以表示成 0 或 1 两个状态的信息量。如果设数据的量化级数为n,则其信息量用下式表示：log2 n(bit)遥感中经常使用的是6比特、8比特或者1 0 比 特(表 2T)。可是在计算机处理中使用字 节(b y t e：l b y t e=8 b i t e s)为单位，所以，通常用一个字节或两个字节的数据进行处理。图像数据的全部数据量用下式表示为：行数X像元数X通道数X比特数/8 (b y t e)表 2-1 主要传感器的量化比特数遥感器卫星量化比特摘 要M SSL a

36、n dsa t6校正后为8比特数据TML a n dsa t8H RV(XS)SP O T8H RV(P A)SP O T6A VH RRN O A A1 0发送时有1 0 比特和1 6 比特数据SA RJ E RS 13实数部分3比特，虚数部分3比特2.2 遥感图像的数据格式多波段图像具有空间的位置和光谱的信息。多波段图像的数据格式根据在二维空间的像元配置中如何存贮各种波段的信息而分为以下几类(图2-6)(1)B SQ 格 式(ba n d seq u en ti a l)各波段的二维图像数据按波段顺序排列。(像元号顺序)，行号顺序)，波段顺序)(2)B I L 格 式(ba n d i n

37、 ter l ea v ed by l i n e)对每一行中代表一个波段的光谱值进行排列，然后按波段顺序排列该行，最后对各行进行重复。(像元号顺序)，波段顺序)，行号顺序)(3)B I P 格 式(ba n d i n ter l ea v ed by p i xel)在一行中，每个像元按光谱波段次序进行排列，然后对该行的全部像元进行这种波段次序排列，最后对各行进行重复。(波段次序，像元号顺序)，行号顺序)(4)行程编码格式(r u n-l en g th en co di n g)为了压缩数据，采用行程编码形式，属波段连续方式，即对每条扫描线仅存储亮度值以及该亮度值出现的次数，如一条扫描线

38、上有6 0 个亮度值为1 0 的水体。它在计算机内以0 6 0 0 1 0 整数格式存储。其涵义为6 0 个像元，每个像元的亮度值为1 0 o 计算机仅存6 0 和 1 0；这要比存储6 0 个 1 0 的存储量少得多。但是对于仅有较少相似值的混杂数据,此法并不适宜。(5)H D F 格式H D F 格式是一种不必转换格式就可以在不同平台间传递的新型数据恪式，由美国国家高级计算应用中心(N C SA)研制，已经应用于M O D I S、M I SR等数据中。I I D F 有 6种主要数据类型：栅格图像数据、调色板(图像色谱)、科学数据集、H D F 注释(信息说明数据)、Vda ta(数据表

39、)、Vg r o u p (相关数据组合)。H D F 采用分层式数据管理结构，并通过所提供的“层体目录疗构”可以直接从嵌套的文件中获得各种信息。因此，打开一个H D F 文件，在读取图像数据的同时可以方便的查取到其地理定位、轨道参数、图像属性、图像噪声等各种信息参数。具体地讲，一个H D F 文件包括一个头文件和一个或多个数据对象。一个数据对象是由一个数据描述符和一个数据元素组成。前者包含数据元素的类型、位置、尺度等信息；后者是实际的数据资抖。H D F 这种数据组织方式可以实现H D F 数据的自我描述。H D F 用户可以通过应用界面来处理这些下同的数据集。例如一套8 bi t 图像数据

40、集一般有3 个数据对象一一1个描述数据集成员、1 个是图像数据本身、1 个描述图像的尺寸大小。在普通的彩色图像显示装置中，图像是分为R、G、B 3 个波段显示的，这种按波段进行的处理最适合B S Q 方式。而在最大似然比分类法中对每个像元进行的处理最适合B I P 方式。B I L 方式具有以上两种万式的中间特征。在遥感数据中，除图像信息以外还附带有各种注记信息。这是提供数据结构在进行数据分发时，对存储方式用注记信息的形式来说明所提供的格式。以往曾使用多种格式，但从1 9 8 2 年左右起逐渐以世界标准格式的形式进行分发。因为这种格式是由L an ds at T e chn i calW o

41、r k i n g G r o u p 确定的，所以也叫L T W G 格式。世界标准格式具有超结构(s u p e r s t r u ct u r e)的构造，在它的卷描述符、文件指针、文件说明符的3 种记录中记有数据的记录方法。其图像数据部分为B S Q 方式或B I L 方式。2.3 卫星遥感系统2.3.1 航天遥感一、遥感卫星的姿态遥感卫星在太空中飞行时由于受各种因素的影响，其姿态是不断变化的。这使得它所搭载的传感器在获取地表数据时不能始终保持设定的理想状态，从而对所获取的数据质量有很大的影响。为了修正这些影响，在获取地表数据的同时，必须测量、记录遥感卫星的姿态数据。一般来说，遥感卫

42、星的姿态变化可以从下述两方面来描述：(1)三轴倾斜三轴倾斜是指遥感卫星在飞行的过程中发生的滚动、俯仰与偏航现象。滚动是一种横向摇摆，俯仰是一种纵向摇摆，偏航则是指遥感卫星在飞行过程中偏移运行轨道。(2)振动振动是指遥感卫星运行过程中除滚动、俯仰与偏航以外的非系统性的不稳定振动。遥感卫星运行中的姿态变化对其所获取的数据有很大影响。扫描成图所获取的数据随时间序列面变化，因此卫星的位置和倾斜的时间性变化干扰扫描图像质量，所以必须在平台上装载姿态测量传感器和记录仪，并在使用数据前做几何校正。二、遥感卫星的轨道参数（1）开普勒参数用于表示遥感卫星轨道特征的数值组叫轨道参数。遥感卫星在太空中的运行，是一种

43、受到地球以及月球和太阳引力的规律性运动，它所在的包含地球在内的平面叫轨道面。轨道参数各式各样、但对于遥感卫星来说，独立的轨道参数有六个，即开普勒的六个参数（图2-5）。即轨道长半轴（a）：卫星轨道远地点到椭圆轨道中心的距离；轨道偏心率（e）：椭圆轨道焦距与长半轴之比，又称扁率。e=c/a；轨道倾角（i）：轨道面与赤道面的交角，即从升交点一侧的轨道量至赤道面；升交点赤经（Q）：轨道上由南向北自春分点到升交点的弧长；近地点角距（3）：轨道面内近地点与升交点之间的地心角；过近地点时刻（t。）：以近地点为基淮表示轨道面内卫星位置的量。根据a和e可以确定轨道的形状和大小，根 据i和Q可确定轨道面的方向，

44、根据3可确定轨道面中轨道的长轴方向。根 据t O可求出任何一时刻卫星在轨道上的位置。以上参数由于比较直观、易于理解，多用来表示轨道状况；有时也用三轴方向的位置及速度作为轨道参数来代替上述六个参数。图 2-5卫星的空间轨道（2）其他一些常用遥感卫星参数卫星高度：卫星高度就是卫星距离地面的高程。根据开普勒第三定律，可以计算卫星的平均高度。运行周期：卫星运行周期是指卫星绕地一圈所需的时间。即从升交点开始运行到下一次过升交点时的时间间隔。它与卫星的平均高度呈正相关。重复周期：卫星重复周期是指卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行后，到该地上空时所需的天数。降交点时刻：降交点时刻是指卫星经过降交点时

45、的地方太阳时的平均值。扫描带宽度：扫描带宽度是当卫星沿一条轨道运行时其传感器所观测的地面带的横向（舷向）宽度。三、遥感卫星的轨道类型遥感卫星在太空中的运行轨道对遥感数据的特征有很大影响。遥感卫星的轨道可分为多种类型。最常见的是地球同步轨道和太阳同步轨道。地球同步轨道其运行周期等于地球的自转周期，如果从地面上个地方看过去，卫星在赤道上一点是静止不动的，所以又称静止轨道卫星。静止轨道卫星能够长期观测特定的地区，卫星高度高，能将大范围的区域同时收入视野，因此被广泛应用于气象和通讯领域中。太阳同步轨道是指卫星的轨道面以与地球的公转方向相同方向而同时旋转的近圆形轨道，卫星轨道倾角很大，绕过地球极地地区，

46、因此又称极轨卫星。在太阳同步轨道上，卫星于同一纬度的地点，每天在同一地方时同一方向通过，即卫星轨道面永远与当时的“地心-日心连线”保持恒定角度。因此，太阳光的入射角几乎是固定的，这对于利用太阳反射光的被动式传感器来说，具有很大的优点，使得卫星在不同时相对同一地区遥感时，太阳高度角大致相等。2.3.2 常用卫星遥感系统一、陆地卫星系列（一）、陆地卫星Landsat计划表2-2 Landsat系列卫星运行参数项目卫星编号Landsat 1 3Landsat4/5,7轨道高度H915km705km轨道倾角i99.12598.22运行周期T103.26min98.9min长半轴a7285.438km7

47、083.465km降交点时间t9：42am9：45am重复周期D18 天(251 圈)16 天(233 圈)偏移系数d-1-7在赤道上相邻轨道间距离159km172km成像宽度185km185km在轨道上相邻轨道间重叠度26km(14%)13km(7%)表 2-3 M S S 和 T M 的观测参数传感器波段波 长（u m）I F O VM S S40.5 0.6 绿色8 0 m50.6 0.7 红色8 0 m60.7-0.8近红外8 0 m70.8-1.1 近红外8 0 mT M10.4 5-0.5 2 蓝色3 0 m20.5 2-0.6 0 绿色3 0 m30.6 3-0.6 9 红色3

48、0 m40.7 6 0.9 0 近红外3 0 m51.5 5-1.7 5 短波红外3 0 m61 0.4 1 2.5 热红外1 2 0 m72.0 8-2.3 5 短波红外3 0 m表 2-4 E T M+的观测参数波 长（P m）分辨率覆盖范围0.4 5 0.5 2 蓝色3 0 m1 8 3 X 1 7 0 k m0.5 2 0.6 0 绿色3 0 m0.6 3-0.6 9 红色3 0 m0.7 6 0.9 0 近红外3 0 m1.5 5-1.7 5 短波红外3 0 m1 0.4 1 2.5 近红外6 0 m2.0 8-2.3 5 短波红外3 0 m0.5 0-0.9 0 全色1 5 m（二

49、）、地球观测实验卫星SPOT i 一 划表 2-5 S P O T 卫星轨道特征轨道高度H8 3 2 k m长半轴a7 2 0 0 +5 0 0 k m轨道倾角i9 8.7运行周期T1 0 1.4 m i n降交点时间t1 0：30 a m 1 5 m重复周期D2 6 天（369 圈）偏移系数d+5在轨道上相邻轨道间距离1 0 8.4 k m单台H R V 图像幅宽60 k m两台H R V 幅宽1 1 7k m （重叠 3k m）表 2-6 S P0 T T ,2,3 上 H R V 的观测参数波;及波 长（口 m）IF OVX S 10.5 0.5 9 绿色2 0 mX S 20.61-0

50、.68 红色2 0 mX S 30.78 0.8 9 近红外2 0 mPA0.5 1-0.731 0 m表2-7 SPOT-4 HRVIR的观测参数波段波 长（u m）IFOVXS10.50.59 绿色20mXS20.61-0.68 红色20mXS30.780.8 9近红外20mXS41.5 8-1.7 5短波红外PA0.61-0.6810m（三）、中巴地球资源一号卫星计划表2-8资源一号卫星传感器的基本参数传感器名称CCD相机宽视场成像仪（WFI）红外多光谱扫描仪（IRMSS）传感器类型推扫式推扫式（分立相机）振荡扫描式（前向和反向）可见/近红外波段1：0.450.52 微米2：0.520.