遥感导论___第三章.ppt

第三章 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、气象卫星系列,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 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、全球性大气环流 2、全球性天气过程,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 1 美国陆地卫星系列 Landsat,陆地卫星Landsat，1972年发射第一颗，已连续31年为人类提供陆地卫星图像，共发射了7颗，产品主要有MSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。 陆地卫星的运行特点： （1）近极地、近圆形的轨道； （2）轨道高度为700900 km； （3）运行周期为99103 min/圈； （4）轨道与太阳同步。,Landsat,Landsat轨道参数,Landsat卫星的传感器,(1) MSS：多光谱扫描仪，5个波段。 (2) TM ：主题绘图仪，7个波段。 (3) ETM+：增强主题绘图仪，8个波段。,MSS的波谱段,TM数据的波谱段,ETM数据的波谱段,MSS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。,TM传感器,2 SPOT 卫星系列 1978年，法国、比利时、瑞典等设计、研制，名为“地球观测实验系统”的卫星(SPOT)。共设计发射5颗。为中等高度圆形近极地太阳同步轨道。 主要成像系统：HRV，HRG、HRS，VEGETATION 即高分辨率几何成像装置 、高分辨率立体成像装置、植被探测器,SPOT卫星的轨道参数,SPOT卫星,SPOT的HRV波谱段,SPOT13号卫星上携带两台HRV传感器,SPOT的HRG、HRS波谱段,SPOT5卫星上HRG（高分辨率几何装置）与HRV基本相同。 HRS是SPOT5特有的一个高分辨率立体成像装置，工作波段0.480.71 m 。,美国空间成像公司(Space-Imaging)的IKONOS卫星是最早获得许可之一。经过5年的努力，于1999年9月24日空间成像公司率先将IKONOS-2高分辨率(全色1 m，多光谱4 m)卫星，由加州瓦登伯格空军基地发射升空。,3 IKONOS数据,太阳同步轨道，倾角为98.1 高度681km(赤道上) 轨道周期为98.3 min，下降角在上午10:30 重复周期l3 d 全色：1 m分辨率传感器 多光谱：四波段4 m分辨率传感器。 传感器为三线阵CCD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。,IKONOS运行特征,IKONOS光谱段,全色光谱响应范围： 0.150.90m 多光谱对应Landsat-TM的波段： MSI-1 0.450.52m 蓝绿波段 MSI-2 0.520.60m 绿红波段 MSI-3 0.630.69m 红波段 MSI-4 0.760.90m 近红外波段,IKONOS数据特点,IKONOS图像可以实现模量传递函数(MTF)的补偿，为此卫星的传感器设计了进行MTF的测量。有了这些测量值，可以对因光学和检测器等引起的像质模糊进行补偿。,IKONOS卫星内设有GPS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。,IKONOS卫星的外形,IKONOS 图像,地区： 上海浦东,分辨率： 1 m,采集时间： 2000年 3月26日,DigitalGlobe公司于2001年10月18日在美国成功发射的高分辨率商业卫星。 卫星轨道高度450 km,倾角98,卫星重访周期16 d（与纬度有关）。 QuickBird图像，最高的分辨率为0.61 m，幅宽16.5 km。 可应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。,4 QuickBird数据,QuickBird的光谱段,QuickBird 传感器结构图,QuickBird 影像图,华盛顿纪念碑,5 CBERS数据,CBERS是中国和巴西合作研制的遥感卫星 1997年10月发射CBERS-l 1999年10月发射CBERS-2 卫星设计寿命为2年。,太阳同步极轨道 轨道高度778 km轨道 倾角是98.5 每天绕地球飞行14圈。 卫星穿越赤道时当地时间总是上午10:30 卫星重访地球上相同地点的周期为26天。,CBERS卫星特征,三种成像传感器: 高分辨率像机(CCD) 红外多谱段扫描仪(IR-MSS) 广角成像仪(WFI) WFI的分辨率:256m， IR-MSS分辨率:78m和156m， CCD分辨率:19.5m。 2号星上携带全色2.5米分辨率HR传感器,CBERS传感器,CBERS卫星传感器,CBERS的CCD光谱段,高分辨率CCD像机具有与陆地卫星的TM类似的几个谱段(5个谱段)，其星下点分辨率为19.5m，高于TM；覆盖宽度为113 km。 B1:0.450.52m，蓝。 B2:0.520.59m，绿。 B3:0.630.69m，红。 B4:0.770.89m，近红外。 B5:0.510.73m，全波段。,CBERS的IR-MSS光谱段,IR-MSS(4个谱段)，覆盖宽度为119.5 km。 B6:0.501.10m，蓝绿近红外, 77.8 m。 B7:1.551.75m，相当于TM5, 77.8 m。 B8:2.082.35m，相当于TM7, 77.8 m。 B9:10.412.5m，相当于TM6, 156 m。,CBERS的WFI光谱段,WFI(2个谱段)，覆盖宽度890 km。 B10:0.630.69m， 红,分辨率为256 m。 B11:0.770.89m， 近红外,分辨率为256 m。,To be continued,三、 海洋卫星数据,SEASAT数据 MOS数据 ERS 数据 RADARSAT数据,SEASAT数据,美国海洋卫星 近极地近圆形太阳同步轨道 卫星载有5种传感器 其中3种是成像传感器： 合成孔径侧视雷达(SAR-A) 多通道微波扫描辐射计(SNMR) 可见光-红外辐射计(VIR) 。,MOS数据,日本海洋观测卫星 近圆形近极地太阳同步轨道 卫星载有3种遥感器： 多谱段电子自扫描辐射计(MESSR) 可见光-热红外辐射计(VTIR) 微波辐射计(MSR),ERS 数据,欧洲遥感卫星 圆形极地太阳同步轨道 雷达地面分辨率可达30 m 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。,RADARSAT数据,数据来源：加拿大遥感卫星。 圆形近极地太阳同步轨道。 成像遥感器： 合成孔径雷达(SAR) 多谱段扫描仪 高分辨率辐射计(AVHRR) 非成像遥感器： 散射计,3.2 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。 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 摄影种类： 垂直摄影、倾斜摄影 2 摄影像片的几何特征： 中心投影及影响因素 3 像片比例尺 4 投影误差(像点位移）,三、摄影胶片的物理特征,光学密度： 胶片感光后显影后，表现出的深浅程度。 感光度： 胶片感光的速度。 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,1、航空摄影的分类 2、航空像片的感光片性能 3、航空像片的特性 4、航空像片的分辨率 5、彩色红外像片 6、黑白像片的色调 7、航空像片的比例尺 8、光机扫描图像,1、航空摄影的分类 2、航空像片的感光片性能 感光度：感光的快慢程度。 反差：最大光学密度与最小光学密度之差。 分辨率：对景物细微部分的表现能力，用线 对数(mm)表示。,3、航空像片的特性 航片属于中心投影 航片的比例尺随航高而改变。 像点位移： 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。 航空像片用亮度系数来表示地物的反射率。,4、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。 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。 主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的分辨率。,5、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： 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）； 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）； 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）。,6、航空像片的比例尺 航摄相机的焦距f与航高H的比 航片的比例尺：1M=f/H 比例尺随着图像处理而变化 地形起伏也会影响比例尺,亮度系数,物体的亮度与绝对白体理想表面的亮度之比。 特点： （1、亮度系数0P 1； （2、干湿程度不同，亮度系数也不同； （3、亮度系数与物体表面的颜色有关； （4、表面光滑的物体比粗糙的物体亮度系数大。,3.3 扫描成像,光学/机械扫描成像： 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。,目前常用的有红外扫描仪和多光谱段扫描仪。光机扫描仪的工作波长范围比摄影机宽得多，可达0.314m (包括近紫外、可见光、近红外、中红外和远红外)。 固体自扫描成像 用固定的探测元件（CCD），通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描成像。 高光谱成像扫描,3.4、微波遥感 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： (1) 全天候、全天时的信息获取能力 (2) 对某些地物的特殊识别能力 (3) 有一定的穿透能力 (4) 适宜对海面进行监测,雷 达,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。 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实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达。,侧视雷达,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，向侧下发射微波，接收回波信号（包括振幅、位相、极化）。 工作原理（P.75图3.21)。 分辨率分为： 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,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平台的侧方，以代替大孔径的天线，提高方位分辨率的雷达。 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，天线在不同的位置上接收回波信号，并记录和储存下来。,合成孔径侧视雷达,3.5 遥感图像的特征 空间分辨率： 扫描成像-像元，扫描仪瞬时视场所对应的地面实际大小 摄影成像-线对/米，( 线对:能分辨的地物的最小距离) 信息识别目标的空间尺度与遥感信息空间分辨率的关系,光