5遥感技术与应用-航空遥感

传感器（复习）,1传感器的组成2传感器的分类3传感器的性能(空间分辨率、辐射分辨率等)4摄影型传感器5扫描方式的传感器6传感器的发展趋势,航天遥感（复习）,1航天遥感特点、轨道分类2Landsat(陆地）卫星介绍3其它地球资源卫星数据4气象卫星数据,3,第5章航空遥感(airbornesensing),5.1航空遥感系统航空遥感平台、航空摄影方式、优缺点5.2航空像片的物理特性5.3航空像片的几何特征5.4像片投影差5.5像片视差（立体测量）*5.6航摄飞行计划（自学）,本章提要(),航空遥感：以中低空遥感平台为基础进行摄影（或扫描）成像的遥感方式,航空遥感平台一般在海拔12km以下的大气（平流层、对流层），主要包括气球和飞机两种。气球飞机,航空遥感平台,5,航空遥感平台,气球：可携带简单的传感器低空气球：发送到对流层的气球系留气球：用绳子系在地面高空气球：发送到平流层的气球，可达12-40公里,6,BalloonIntrepid,IntrepidbeinginflatedduringtheCivilWarbattleofFairOaksonJune1,1862usingThaddeusS.C.Lowesportablehydrogengeneratingsystem(copyrightSmithsonianInstitution,Washington,D.C.).,Jensen,2000,7,BalloonIntrepid,IntrepidtetheredduringtheCivilWarbattleofFairOaksonJune1,1862(copyrightSmithsonianInstitution,Washington,D.C.).,Jensen,2000,8,飞机：最常用、最广泛的航空遥感平台，可携带多种传感器低空飞机：飞行高度在地面上空2公里以下中空飞机：飞行高度在地面上空2-6公里高空飞机：飞行高度为12-30公里,航空遥感平台,9,NASAER-2,10,TheRQ-1Predatorisamedium-altitude,long-enduranceunmannedaerialvehiclesystem.ItisaJointForcesAirComponentCommander-ownedtheaterassetforreconnaissance,surveillanceandtargetacquisitioninsupportoftheJointForcecommander.TheRQ-1A/BPredatorisasystem,notjustaircraft.Afullyoperationalsystemconsistsoffouraircraft(withsensors),agroundcontrolstation(GCS),aPredatorPrimarySatelliteLink(PPSL),and55personnelforcontinuous24houroperations.,Predator(捕食者),无人机（unmannedaerialvehicle,UAV）,11,Predator(捕食者),无人机（unmannedaerialvehicle,UAV）,12,13,系统介绍：无人机遥感系统可以随时、随地获取地表高分辨率的城市、土地、流域、森林等空间信息影像数据。无人机系统成本低廉，能够低速、低空飞行，有利于遥感作业；并且机动灵活，能快速响应拍摄任务；可以承担高风险或高科技的飞行任务。,系统功能：超低空飞行航拍，获取超高分辨率影像；基于虚拟地理环境（VGE）平台的无人机飞行航线的规划与管理、以及海量高分辨率航空影像的检索、查询与管理；拼接的高分辨率影像地图，与DEM叠加后的高分辨率三维影像地图，基于高分辨率影像地图的三维虚拟现实管理分析系统。,14,应用领域:应急救援与环境监测国土资源勘探与调查城镇规划与农村基础建设交通监控勘查设计与工程监控电网巡检,15,ReconnaissanceinAfghanistan2002,16,ReconnaissanceinAfghanistan2002,（一）按航摄倾角分类（二）按摄影实施方式分（三）按摄影所用波段分（四）按比例尺分,航空摄影方式,18,一）按航摄倾角分,主光轴：通过物镜中心并与像平面垂直的直线；像主点：主光轴与感光片的交点像片倾角（航摄倾角）：主光轴与铅垂线的夹角；像片面与水平面的夹角,19,垂直航空摄影：航摄倾角3获得近水平的航空像片是航空遥感图象的主要获取方法倾斜航空摄影：航摄倾角3获得倾斜航空像片一般用于科学研究,按航摄倾角分,20,GoosenecksoftheSanJuanRiverinUtah,VerticalAerialPhotography,21,Low-obliquephotographofabridgeontheCongareeRivernearColumbia,SC.,Low-obliqueAerialPhotography,22,High-obliquephotographofthegrandCouleeDaminWashingtonin1940,High-obliqueAerialPhotography,23,（2）按摄影实施方式分单片摄影：为特定目标或小块地区进行的摄影，单张、不连续单航线摄影：沿一条航线对地面狭长地带或线状地物（铁路、公路）进行连续摄影航向重叠：相邻两像片间重叠部分。保证没有摄影漏洞及立体观察航向重叠度：航向重叠的面积与一张像片的总面积之比。一般为60%，不小于53%,航空摄影方式,24,多航线摄影：沿数条互相平行的直线航线对一个广大地区进行的连续的、布满全区的摄影。由几个相互平行、相互连续并有一定重叠部分的单航线摄影组成。旁向重叠：相邻航线的各相邻像片间的重叠旁向重叠度：旁向重叠面积与一张像片总面积之比。一般为15%-30%。为避免飞行偏差，一般航线长度限制在60-120km。,航空摄影方式,25,垂直航空摄影的航线,Jensen,2000,单航线摄影,26,垂直航空摄影,Jensen,2000,航向重叠旁向重叠,多航线摄影,27,（3）按摄影所用的波段分普通黑白摄影：城市航空摄影测量使用的基本资料天然彩色摄影：蓝、绿、红三种感光乳剂黑白红外摄影：对可见光、近红外波段感光彩色红外摄影：绿、红、红外波段感光（主要类型）多光谱摄影：多个波段航空像片机载侧视雷达,航空摄影方式,28,（4）按航摄比例尺分大比例尺航空摄影：像片比例尺大于1：1万中比例尺航空摄影：1：1万-1：3万小比例尺航空摄影：1：3万-1：10万超小比例尺航空摄影：1：10万-1：25万,航空摄影方式,29,航空遥感的特点,航空遥感空间分辨率高、信息容量大取得较精确的位置、方位、距离、面积、高度、体积和坡度等数据；主要服务于较大比例尺的区域资源与环境详查、制图,以及解决工程技术上的具体问题；航空遥感灵活，适用于一些专题遥感研究根据用户的需求,灵活选择具有特定空间分辨率、波谱分辨率、时间分辨率的传感器,设计航空遥感飞行的方案和路线等；航空遥感作为实验性技术系统,是各种星载遥感仪器的先行检验者检测传感器的功能；一切星载遥感仪器都是以机载试验为前提的信息获取方便,可以随时随地对需要侦察或普查的地区进行遥感,30,航空遥感的弱点,受天气等条件限制大；观测范围受到限制；费用昂贵，数据的周期性和连续性不如航天遥感，限制了在动态监测方面的应用,31,航空遥感(airborneremotesensing),5.1航空遥感系统5.2航空像片的物理特性地物反射特性、感光材料特性5.3航空像片的几何特征5.4像片投影差5.5像片视差（立体测量）5.6航摄飞行计划,本章提要(),航空像片的物理特性,地物反射特性航空像片上物体的色调，主要取决于摄影时的照度和物体对入射光的反射率。摄影时照度越大，地物反射率越高，地物亮度就越大，像片的色调就越浅。一般用亮度系数来表示地物的反射率大小。,亮度系数（P）是指在相同照度条件下，某物体表面亮度（B）与绝对白体（全白的物体）理想表面亮度（B0）之比，即：P=B/B0,1物体的亮度系数变化范围很大。2同种物体，由于干湿程度的不同，其亮度系数也不同，潮湿的物体亮度系数小，干燥的物体亮度系数大。3表面粗糙的物体比表面光滑的物体亮度系数小。4物体的亮度系数与颜色有关。通常白色物体为白色，黑色物体为黑色。5性质完全不同的物体也可能具有相同的亮度系数。,亮度系数特点,地物反射特性,感光材料的特性,普通黑白胶片一般是全色片，它能感受全部可见光（但对绿光感受较差）黑白红外胶片的感光层中含有感受红外光的物质，能直接记录人眼看不见的近红外光彩色胶片是由对蓝、绿、红三种波长分别敏感的三层乳剂组成，能感受全部可见光，形成天然彩色像片彩色红外胶片是由对绿、红、近红外三种波长分别敏感的三层乳剂组成，能感受可见光-近红外波段，形成彩色红外像片，其颜色与天然彩色像片不同，其中植被为红色,感光材料（胶片或印像纸）主要是由感光乳剂层和片基构成,感光材料的主要性能指标,感光度反差分辨率感光特性曲线,back,航空摄影时需要选择感光度高、反差适中、有较高分辨率的感光材料。以获得影像清晰、层次丰富的高质量航空像片,36,航空遥感(airborneremotesensing),5.1航空遥感系统5.2航空像片的物理特性5.3航空像片的几何特征中心投影、比例尺、特殊点线5.4像片投影差5.5像片视差（立体测量）5.6航摄飞行计划,本章提要(),37,5.3航空像片的几何特征,航空投影原理用一组假想的直线将物体向几何面投射称为投影。其投射线称为投影射线。投影的几何面通常取平面称为投影平面。在投影平面上得到的图形称为该物体在投影平面上的投影。,38,中心投影,中心投影,当投影射线会聚于一点时,称为中心投影；投影射线的会聚点S称为投影中心；,39,航空像片是摄区地面的中心投影,航空摄影时，地面上每一物点所反射的光线，通过镜头中心(S)后，都会聚到焦平面上而产生该物点的像，而航摄机是把感光胶片固定地安装在焦平面上(P)；中心光线：SA、SB、SC、SD物点的像：像中心光线与底片的交点（a、b、c、d）,40,照相机,41,中心投影的成像特点：点的像还是点，直线的像还是直线；空间曲线的像一般仍为曲线；特例：直线的延长线通过投影中心时，该直线的像是一个点；空间曲线在一个平面，而该平面又通过投影中心时，它的像则成为直线。,42,定义：航空像片上一个单位距离代表了实际地面距离的特定单位数可用单位等量、数字比例尺、比率来表示如：像片上1mm代表地面距离25m,则该像片的比例尺可表示为：1mm=25m、1/25000、1：25000,航空像片的比例尺,比例尺的确定：测量任意两点间的像片距离和对应的地面距离S=像片距离/地面距离=d/D,43,像片比例尺的计算,在平坦地区，像片的比例尺处处一致，像片比例尺等于焦距（f）与航高（H）之比，即1/M=f/H由于实际地形起伏不平，水平像片比例尺的一般公式应为：1/M=f/(H0h)（h为地面点与基准面的高差,44,平坦地区：垂直摄影像片的比例尺,S=f/Hf：物镜的焦距；H：飞行器的相对航高f可在像片的边缘或相应的影像资料（航摄报告、设计）中找到；H由摄影部门提供；,平坦地区，像片的比例尺处处一致,45,地形起伏地区，比例尺确定,在地形起伏区，航片各点的比例尺是不同的，与高程有关,S=f/(H0h),h为地面点与基准面的高差,46,例：焦距为152mm的摄影机，在海平面以上5000m的高度处拍摄垂直摄影像片。A点和B点的高程分别为1200m和1960m,求出A和B处的像片比例尺。SA=f/HA=0.152m/(5000-1200)m=1/25000SB=f/HB=0.152m/(5000-1960)m=1/20000,地形起伏地区，比例尺确定,47,航空像片上的特殊点线,2、像底点：主垂线NSn与像面的交点n称为像底点,地面上的相应点称为地底点N,1、像主点：主光轴OS与像平面垂直的交点o称为像主点,地面上的相应点称O为地主点,48,5.3像片投影差,一）像片投影差产生的原因和纠正航空像片是地面的中心投影，根据中心投影的原理，带有起伏状态的地形，或高出地面的物体，反映到航空像片上的像点与其平面位置相比，一般都会产生位置的移动，叫像点位移引起像点位移的因素：地面点相对于基准面的高差（地形起伏）像片倾斜物理因素（摄影材料变形、物镜畸变、大气折光、地球曲率等）,49,1地形起伏引起的像点位移,像片上的投影差h；,A点高程为ha，其在像片上的构像为a；A在基准面上的投影为A0，A0在像片上的构像为a0；aa0为由地形引起的像点位移，也称像片上的投影差h同理，bb0为B的像点位移,h,50,根据三角形相似原理，像点位移的计算公式：h=r*h/Hr:像点a到像主点o的距离;H为摄影航高;ha为地面离差。,h,51,投影差分布规律h与r成正比，即像点离像主点越远，投影差越大，像片中心部位投影差小;r=0时,h=0,像主点无移位。h与h成正比,h0,像点背离像主点方向移位(a0a)；h0,像点朝向像主点方向移位(b0b);h与航高H成反比。,h=r*h/H,52,h=r*h/Hh=H*h/r只适用于垂直摄影，且目标顶底清晰,根据像点位移值测量目标高度,53,根据地形位移在单张航片上测量物体高度,Jensen,2000,Lineofflight,h=H*d/r,54,2像片倾斜引起的像点移位,假设从同一摄站摄取两张像片，一张为倾斜像片P，另一张为水平像片P0，地面一点在倾斜像片P上的构像为a，在水平像片P0上的构像为a0，,55,将倾斜像片绕等比线旋转到与水平像片重合，形成叠合图形ca和ca0不等，二者的差称为因像片倾斜引起的像点位移a(课本P73),2像片倾斜引起的像点移位,a,56,5.4像片视差,由于观察位置发生改变而造成的一个固定物体相对位置的明显变化,像对立体观察,航空相片的立体测量,像对立体观察,像对：指立体像对，系同一航线上两张相邻的具有一定影像重叠度的一对像片。像对立体观察是指用双眼对相邻两摄影站对同一地区摄取的两张像片进行观察，而生成空间光学立体模型的观察过程。,像对立体观察,象对立体观察,立体观察必须满足下列条件：1.必须是由不同的摄影站对同一地区所摄影的两张像片2.两张像片的比例尺相差不得超过16%3.两眼必须分别各看两张像片上的相应影像，即左眼看左像，右眼看右像4.像片所安放的位置，必须能使相应视线成对相交，相应点的连线与眼基线（S1S2）平行,59,60,航空相片的立体测量,像片基线,用左右视差量测像点高差,像片基线长度，是指航空摄影时，同一航线上相邻两摄像站之间的距离（摄影基线）在像片上的实际长度，一般是通过像对左、右像片像主点的相互转刺，分别量测左右像片上两像主点间的距离，以其平均值，作为像片基线长度,61,航空相片的立体测量,航向,像点的坐标,用左右视差量测像点高差,将像主点为坐标系的原点，x轴是两张像片上像主点的连线，y轴是通过像主点垂直于x轴的直线，每一个立体像对中，都具有一个横坐标轴x和两个纵坐标轴y和y,x值在像主点右边为正，左边为负；y值在像主点上边为正，下边为负,62,左右视差：同名地物点在两张重叠的航空相片上所呈现的相应的横坐标之差以像主点位原点，右边为正，左边为负。（横坐标轴为航向）Pa=Xa1-(-Xa2)=Xa1+Xa2Pc=Xc1-(-Xc2)=Xc1+Xc2也等于将S2a2和S2c2平行移动至左边照片S2a2和S2c2处，即Pa=a1a2,Pc=c1c2,左右视差,63,根据三角形相似（S1S2C，c1c2S1）可求得，Pc=(f/(H-h)*BPa=(f/H)*BB为摄影基线任一点的左右视差，等于该点的航空像片比例尺乘以摄影基线长,像点高差与左右视差的关系,64,具有高差的任何两点，其左右视差的差数称为该两点的左右视差较，即P=Pc-Pa=f/(H-h)*B-f/H*B=(Bf/H)*(h/H-h)由于Bf/H=B*(1/m)=b因此，P=bh/(H-h)所以，h=(P*H)/(b+P)P、b：像片基线长、航高H高差可求！,65,5.5航摄飞行计划,所需参数：摄影机的焦距；像幅大小；像片比例尺；航摄地区大小；摄影地区的平均高程；航向重叠度；旁向重叠度；所用飞机飞行的地面速度飞行图及有关参数：基准面以上的航高；飞行线位置、方向、数目；曝光时间；曝光次数；曝光总数。,航空摄影准备工作（航迹规划）分区（区域较大和区域内地形起伏较明显）设计书：比例尺、摄影机、航高、重叠、曝光间隔和时间,66,航空摄影工作：空中摄影实施按设计书进行，考虑天气和飞行状况摄影时间：一般上午10点至下午2点,67,实例：飞行计划编制,已知条件：研究区东西向宽10km,南北向长16km。所用摄影机焦距为152.4mm，像幅为230mm。所需像片比例尺1：25000，标准的航向重叠和旁向重叠分别为60%和30%。起始和终止航线都定在研究区的边界线上。该地区现有的唯一地图比例尺为1：62500，表明平均地面高程为基准面以上300m。要求：完成一个飞行计划和绘制一张飞行图所需的计算