《遥感数据获取》PPT课件

第一节传感器第二节遥感数据的分辨率第三节航空遥感数据第四节地球资源卫星数据第五节海洋卫星数据第六节气象卫星数据,第4-5讲遥感数据获取,1传感器,一、传感器的定义和功能二、传感器的分类三、传感器的组成四、传感器的工作原理五、摄影型传感器六、扫描方式的传感器七、微波遥感的传感器,一、传感器的定义和功能传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。,1传感器,二、传感器的分类按工作方式分为：主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、微波辐射计。被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫描仪（MSS）、TM、ETM(1,2)、HRV、红外扫描仪等。,1传感器,遥感器按照记录方式分类非成像方式：探测到地物辐射强度按照数字或者曲线图形表示。如，辐射计、雷达高度计、散射计、激光高度计成像方式：地物辐射（反射、发射或两个兼有）能量的强度用图像方式表示。如，摄影机、扫描仪、成像雷达。,三、传感器的组成收集器：收集来自地物目标镜、天线。探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。输出：将获取的数据输出。,1传感器,四、传感器的工作原理是收集、量测和记录来自地面目标地物的电磁波信息的仪器，是遥感技术的核心部分。根据传感器的工作方式分为：主动式和被动式两种。主动式：人工辐射源向目标物发射辐射能量，然后接收目标物反射回来的能量，如雷达。被动式：接收地物反射的太阳辐射或地物本身的热辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪（MSS、TM、ETM、HRV）。,1传感器,五、摄影型传感器航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪器，它通过光学系统采用胶片或磁带记录地物的反射光谱能量。记录的波长范围以可见光近红外为主。,1传感器,六、扫描方式的传感器光机扫描仪用光学系统接收来自目标地物的辐射，并分成几个不同的光谱段，使用探测仪器把光信号转变为电信号，同时发射信号回地面，如MSS、TM等。分为红外扫描仪和多光谱扫描仪。推帚式扫描仪用平行排列的CCD探测杆收集地面辐射信息，每根探测杆由3000/6000个CCD元件呈一字排列，负责收集某一波段的地面辐射信息，是推帚式扫描成像。（工作原理图）,1传感器,七、微波遥感的传感器主动微波遥感雷达侧视雷达合成孔径侧视雷达被动微波遥感,是指通过向目标地物发射微波并接受其后向辐射信号来实现对地观测的遥感方式。主要传感器为雷达，此外还有微波高度计和微波散射计。,是指通过传感器，接受来自目标地物发射的微波，而达到探测目的的遥感方式。被动接受目标地物微波辐射的传感器为微波辐射计，被动探测目标地物微波散射特性的传感器为微波散射计。,1传感器,2遥感数据的分辨率,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。波谱分辨率：传感器能分辨的最小波长间隔。间隔越小，波谱分辨率越高。,遥感数据的分辨率,3航空遥感数据,一、航空摄影的分类二、航空像片的感光片性能三、航空像片的特性四、航空像片的分辨率五、彩色红外像片六、黑白像片的色调七、航空像片的比例尺八、光机扫描航空图像,一、航空摄影的分类按照航摄倾角分类垂直/倾斜按摄影的实施方式按感光片和所用波段分类按比例尺分类,大比例尺航空摄影：所获像片比例尺大于1l0000中比例尺航空摄影：像片比例尺为110000130000小比例尺航空摄影：像片比例尺为1300001l00000超小比例尺航空摄影：比例尺为11000001250000,3航空遥感数据,按摄影的实施方式分：单片摄影、航线摄影和面积摄影,倾斜像片远近分辨率的差异明显,彩色摄影-济南泉城广场,二、航空像片的感光片性能感光材料是胶片和印像纸的通称。由感光乳剂层和片基组成。黑白片有单层感光乳剂，彩色片有三层感光乳剂。感光材料的性能指标：（1）感光度：感光的快慢程度。（2）反差：最大光学密度与最小光学密度之差。（3）分辨率：对景物细微部分的表现能力，用线对数(mm)表示。航摄选用感光度高、反差适中、有较高分辨率的感光材料。,3航空遥感数据,感光特性曲线,曝光量（H）的对数,底片的密度（D）,三、航空像片的特性什么是航片？航片属于中心投影。中心投影上，点的像还是点，线的像还是线，面的像还是面。航片的比例尺随航高而改变。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，叫像点位移。航空像片用亮度系数来表示地物的反射率。,3航空遥感数据,四、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。但景物的反差、大气的光学条件、飞机的震动也影响航片的分辨率。,3航空遥感数据,五、彩色红外像片由地物反射的光线进入摄影机镜头，使彩色红外感光底片产生光化学反应，由该底片印出的像片称为彩红外像片。彩色红外感光片没有感蓝层和黄滤色层，有感绿、感红和感红外层。因此不受大气散射蓝光的影响，像片清晰度很高，适合城市航空摄影。,3航空遥感数据,彩红外航摄像片-温州地区航摄比例尺1:10000，航摄日期：2000年12月,六、黑白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）。,3航空遥感数据,西宁黑白摄影，航摄比例尺1:3000，航摄日期：2001年6月（立体象对左、右片）,七、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。大比例尺航片：1:50001:10000。中比例尺航片：1:100001:30000。小比例尺航片：1:300001:100000。地形起伏也会影响比例尺。,3航空遥感数据,八、光机扫描航空图像光学机械扫描成像仪是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)。高光谱航空遥感成为航空遥感的全新技术。,3航空遥感数据,亮度系数,亮度系数（P）：在相同照度条件下，某物体的亮度与绝对白体理想表面的亮度之比。亮度系数的特点：（1）亮度系数的范围0P1；（2）相同地物，由于干湿程度不同，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；（5）许多性质完全不同的物体具有相同的亮度系数。,4地球资源卫星数据(),一、Landsat数据二、SPOT数据三、IKONOS数据四、QUICKBIRD数据五、CBERS数据六、JERS数据七、IRS数据,以探测陆地资源为目的的卫星叫陆地资源卫星。主要的陆地资源卫星有：（1）美国陆地卫星(Landsat)；（2）法国陆地观测卫星(SPOT)；（3）欧空局地球资源卫星(ERS)；（4）俄罗斯钻石卫星(ALMAZ)；（5）日本地球资源卫星(JERS)；（6）印度遥感卫星(IRS)；（7）中-巴地球资源卫星（CBERS）,一、Landsat数据陆地卫星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700900km；（3）运行周期为99103min/圈；（4）轨道与太阳同步。,4地球资源卫星数据,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。,Landsat数据系列,MSS的波谱段,TM数据()的波谱段,ETM数据()的波谱段,ETM数据是第三代推帚式扫描仪，是在TM基础上改进和发展而成的一种遥感器。,Landsat参考网站,上网查资料，了解Landsat卫星的最新动态。/////,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数据获取的传感器,二、SPOT数据1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系统”(SPOT)的卫星，也叫做“地球观测实验卫星”。SPOT1，1986年2月发射，至今还在运行。SPOT2，1990年1月发射，至今还在运行。SPOT3，1993年9月发射，1997年11月14日停止运行。SPOT4，1998年3月发射，至今还在运行。SPOT5,2002年5月4日凌晨当地时间1时31分，在法属圭亚那卫星发射中心由阿里亚娜4号火箭运载成功发射。中等高度（832km)圆形近极地太阳同步轨道。主要成像系统:高分辨率可见光扫描仪（HRV，HRG），VEGETATION，HRS。,4地球资源卫星数据,SPOT卫星的轨道参数,SPOT卫星的运行,轨道,HRV装备,SPOT卫星群的组合,SPOT的HRV波谱段,SPOT13号卫星上携带两台HRV传感器。（示图）(HRV数据采集原理）,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0.480.71m。,SPOT参考网站,上网查资料，了解SPOT卫星的最新动态。,HRV数据采集原理,HRV是推帚式扫描仪。探测元件为4根平行的CCD线列，每根探测一个波段，每线含3000（HRV13）或6000（PAN波段）个CCD元件。,SPOT传感器,三、IKONOS数据自从l994年3月lO日美国克林顿政府颁布关于商业遥感数据销售新政策以来，解禁了过去不准101m级分辨率图像商业销售，使得高分辨率卫星遥感成像系统迅速发展起来。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1m，多光谱4m)卫星，由加州瓦登伯格空军基地发射升空。,4地球资源卫星数据,具有太阳同步轨道，倾角为98.1。设计高度681km(赤道上)，轨道周期为98.3min，下降角在上午10:30，重复周期l3d。携带一个全色1m分辨率传感器和一个四波段4m分辨率的多光谱传感器。传感器由三个CCD阵列构成三线阵推扫成像系统。,IKONOS数据,IKONOS光谱段,全色光谱响应范围：0.150.90m而多光谱则相应于Landsat-TM的波段：MSI-10.450.52m蓝绿波段MSI-20.520.60m绿红波段MSI-30.630.69m红波段MSI-40.760.90m近红外波段,IKONOS数据特点,数据来源：美国IKONOS卫星。太阳同步轨道，重复周期13d。传感器()。IKONOS影像获取模式()。MTF补偿()。星历与姿态量测()。IKONOS图像产品。,IKONOS卫星的外形,IKONOS卫星图像,IKONOS图像,地区：上海浦东,分辨率：1m,采集时间：2000年3月26日,IKONOS参考网站,、上网查资料，了解IKONOS卫星最新动态。http/,四、QuickBird数据美国DigitalGlobe公司的高分辨率商业卫星，于2001年10月18日在美国发射成功。卫星轨道高度450km,倾角98,卫星重访周期16d（与纬度有关）。QuickBird图像，目前是世界上分辨率最高的遥感数据，为0.61m，幅宽16.5km。可应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。,4地球资源卫星数据,QuickBird数据的光谱段,Quickbird传感器为推扫式成像扫描仪,QuickBird传感器结构图,QuickBird影像图,多光谱影像分辨率2.8m,QuickBird影像图,华盛顿纪念碑,quikbird,QuickBird数据参考网站,上网查资料，了解QuickBird卫星的最新动态。Http:/Http:/Http:/,五、CBERS数据特点数据来源：中巴地球资源卫星。太阳同步极地轨道。传感器()：,CBERS具有三台成像传感器：高分辨率CCD像机(CCD)、红外多谱段扫描仪(IR-MSS)、广角成像仪(WFI)。,4地球资源卫星数据,CBERS数据,CBERS计划是中国和巴西为研制遥感卫星合作进行的一项计划。CBERS采用太阳同步极轨道。轨道高度778km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，这样可以在不同的天数里为卫星提供相同的成像光照条件。卫星重访地球上相同地点的周期为26天。,于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。三台成像传感器为：广角成像仪(WFI)、高分辨率CCD像机(CCD)、红外多谱段扫描仪(IR-MSS)。以不同的地面分辨率覆盖观测区域：WFI的分辨率可达256m，IR-MSS可达78m和156m，CCD为19.5m。,CBERS数据,CBERS卫星传感器,CBERS卫星系统,数据权限平台（DCP）,监控站,CBERS卫星,数据接收站,测控中心,图像处理中心,任务中心,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113km。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IRMSS光谱段,红外多光谱扫描仪IRMSS(4个谱段)，覆盖宽度为119.5km。B6:0.501.10m，蓝绿近红外,分辨率77.8m。B7:1.551.75m，近红外相当于TM5,分辨率为77.8m。B8:2.082.35m，近红外相当于TM7,分辨率为77.8m。B9:10.412.5m，热红外相当于TM6,分辨率为156m。,CBERS的WFI光谱段,广角成像仪WFI(2个谱段)，覆盖宽度890km。B10:0.630.69m，红,分辨率为256m。B11:0.770.89m，近红外,分辨率为256m。,上网查资料，了解CBERS卫星的最新动态。,CBERS参考网站,六、JERS数据数据来源：日本地球资源卫星。近圆形、近极地、太阳同步、中等高度轨道。是一颗将光学传感器和合成孔径雷达系统置于同一平台上的卫星，主要用途是观测地球陆域，进行地学研究等。共有3台遥感器：可见光近红外辐射计（VNR）、短波红外辐射（SWIR）、合成孔径雷达（SAR）。,4地球资源卫星数据,JERS-1SAR传感器,合成孔径雷达(SAR)SAR是一套多波束合成孔径雷达，工作频率为5.3GHz，属C频段，HH极化。SAR扫描左侧地面。它有5种工作模式，5种模式的照射带分别为：500km,300km,200km,300km与500km，800km。地面分辨率分别为28m25m，28m25m，9ml0m，30m35m与55m32m，28m31m。,JERSImage,地点：美国内华达州JERS图像,JERS数据参考网站,http:/www.eorc.nasda.go.jp/http:/www.eoc.nasda.go.jp/http:/www.jers-,七、IRS数据及特点数据来源：印度遥感卫星1号。太阳同步极地轨道。该卫星载有三种传感器：全色像机（PAN）（）；线性成像自扫描仪（LISS）（）；广域传感器（WiFS）（）。,4地球资源卫星数据,IRS图像,海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界线、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水团的温度、盐度、颜色、叶绿素含量，海冰的类型、密集度、数量、范围以及水下信息、海洋环境、海洋净化等方面的动态监测。,5海洋卫星数据(),SEASAT数据MOS数据ERS数据RADARSAT数据,SEASAT数据,数据来源：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。这3种成像传感器是合成孔径侧视雷达(SAR-A)、多通道微波扫描辐射计(SNMR)和可见光-红外辐射计(VIR)。,MOS数据,数据来源：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)和微波辐射计(MSR)。MOS传感器结构图。,ERS数据,数据来源：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30m。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。携带的成像遥感器有合成孔径雷达(SAR)、多谱段扫描仪、高分辨率辐射计(AVHRR)，非成像遥感器有散射计。,6气象卫星数据,气象卫星是广泛应用于国民经济领域和军事领域的一种卫星，是太空中的自动化高级气象站。它能连续、快速、大面积地探测全球大气变化情况。,NOAA卫星系列（美国）GMS气象卫星系列（日本）FY气象卫星系列（中国）,NOAA卫星,数据来源：美国气象卫星。近圆形太阳同步轨道。卫星携带的环境监测遥感器主要有改进型甚高分辨率辐射计(AVHRR)和泰罗斯业务垂直观测系统(TOVS)。NOAA图像。参考网站://,GMS气象卫星,数据来源：日本葵花气象卫星。地球卫星同步轨道。星上载有可见光-红外自旋扫描辐射计(成像)和空间环境监测仪。可提供：全景圆形图像、日本邻区局部放大图像、分割圆形为7扇形图像，极地立体投影图像、墨卡托投影图像。各种图像均有可见光、红外及等温、分层等图像。GSM图像。,FY气象卫星,数据来源：中国风云气象卫星。近极地太阳同步轨道。卫星上主要的遥感器是两台甚高分辨率扫描辐射计(AVHRR),每台有5个通道，各通道的波长范围分别是：AVHRR1：0.580.68m，绿红AVHRR2：0.725l.lm，近红外AVHRR3：0.480.53m，蓝绿AVHRR4：0.530.68m，绿红AVHRR5：10.512.5m，热红外AVHRR1和2可获取白天云图及地表图像；AVHRR3和4可获取海洋水色和陆表图像；AVHRR5可获取昼夜云图、海温和地表温度。,FY气象卫星的用途,（1）可连续对我国及周边地区的天气进行实时监测，较大地提高了对影响我国的各种尺度的天气系统的监测能力，所获云图资料可填补我国西部和西亚、印度洋上的大范围气象资料的空白。（2）可连续监测天气变化。（3）其视野更广，可覆盖以我国为中心的约1亿km2的地球表面，即亚洲、大洋洲及非洲和欧洲的一部分。观测和提供这一区域内的云图、温度、水气、风场等气象动态，为进行中长期天气预报和灾害预报起重要作用。,FY气象卫星的数据特点,FY-l-A的AVHRR数据与美国NOAA卫星的AVHRR很相似，可互相切换工作，互为备份。FY-1两卫星的实时传输采用与NOAA卫星兼容的体制，有高分辨率图像传输(HRPT)和4km分辨率的自动图像传输(APT)两种。FY图像(4幅）参考网站：,推帚式扫描仪工作原理图,ETM传感器的构造,1.主框架2.太阳阴影孔隙3.扫描镜4.初扫描镜5.次扫描镜6.主焦平面7.混合预放大器8.校正梭9.黑体10.后置光学装置11.辐射冷却器12.电路板装置13.对地遮蔽,14.电子调制解调器15.电源供应16.热控制窗17.全孔径校正装置,ETM的组成,BACK,辐射冷却器,Y方向速度,反射镜和探测器,太阳阴影,设备孔,来自地面辐射,全孔径校正门,电子设备,像底点,热辐射门,Landsat卫星的TM传感器,BACK,冷却门,全孔径校正器,对地传感器装配,像底点,换向X波段天线,S波段天线,Y方向速度,太阳板阵列,粗太阳敏感器,设备孔,CARTERRAGeo（地理的、全色和多光谱）：经过投影和地理改正，没有进行DEM改正，图像精度50m，适合于快速浏览和分析应用。CARTERRAReference:该产品应用DEM进行了纠正，但精度较低，约25m，适合于大区域制图、GIS底图、区域规划、区域环境监测、自然灾害评估等。CARTERRAPrecision(精确、全色):使用地面控制点和DEM进行正射纠正，是精确图像，精度为4m，能满足美国1:4800测图要求。该产品主要提供美国州和地方政府的项目工程使用，国家基础地图的测图，地籍测量，城市规划和设计，GIS数据更新，选址等。CARTERRAPrecision(精确、全色、向用户提供DEM):与前一产品基本相同，只是美国境外用户需要提供地面控制点和DEM数据进行正射纠正处理。,IKONOS图像产品,多通道微波扫描辐射计(SNMR),SNMR是一种被动式成像微波遥感器。有5个微波通道，波长分别为0.81lcm，1.43cm，1.67cm，2.81cm，4.54cm。空间分辨率为22100km，扫描带宽600km，辐射分辨率达零点几K(K是绝对温度的单位)；有云时测温精度为2K，测风精度为2ms。,可见光-红外辐射计(VIR),VIR有两个通道：0.520.73m和10.512.5m。VIR可获得可见光和热红外影像，可测海水温度等。空间分辨率为25km，带宽1900km。,多谱段电子自扫描辐射计(MESSR),MESSR数据是由CCD构成的自扫描推帚式多谱段扫描仪，简称CCD像机其地面分辨率为50m，可获立体图像。舷向总探测带宽为186km(两台MESSR综合起来的总带宽)。,可见光-热红外辐射计(VTIR),VTIR数据有一个可见光谱段和3个热红外谱段，其用途是监测海洋水色和海洋表面温度。地面分辨率为900m(可见光)或2700m，地面扫描带的宽度为1500km。,微波辐射计(MSR),MSR是工作在K频段的双频微波辐射计，主要用于水蒸气量、冰量、雪量、雨量、气温、锋面、油污等的观察。MOMO-1应用于陆地遥感时，其性能优于陆地卫星的MSS。,ETM传感器,ETM传感器结构图,冷却门,全孔径校正器,对地传感器装配,像底点,换向X波段天线,S波段天线,Y方向速度,太阳板阵列,粗太阳敏感器,设备孔,AVHRR数据的波段及主要应用,MOS传感器结构图,成像光谱仪原理,入口光学镜,校正灯,平行光管光学镜,产生,成像,焦平面,校正灯,入口孔,MOS传感器结构图,调制光电扫描仪MOS-IRS,光谱仪,行摄像机,光谱仪,固定安置构件,步进马达,太阳校正反射板,校正元件,合成孔径雷达(SAR),SAR是一套多波束合成孔径雷达，工作频率为5.3GHz，属C频段，HH极化。SAR扫描左侧地面。它有5种工作模式，5种模式的照射带分别为：500km，300km，200km，300km与500km，800km。地面分辨率分别为28m25m，28m25m，9ml0m，30m35m与55m32m，28m31m。,RADARSAT多谱段扫描仪,RADARSAT多谱段扫描仪是多线列式遥感器，有4个谱段(O.45O.50m，O.520.59m，O.62O.68m，0.84mO.88m)，地面覆盖宽度为417km，地面分辨率为30m。,散射计,散射计用于测量海洋表面风速、风向。测量风带精度约10，风向精度20，覆盖地面1200km。雷达卫星应用于农业、海洋、冰雪、水文、资源管理、渔业、航海业、环境监测、北极和近海勘测等。,BACK,高分辨率辐射计(