R第31章：遥感成像原理与遥感图像特征

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 本章主要内容 遥感平台 摄影成像 扫描成像 微波遥感与成像 遥感图像特征 遥感平台是搭载传感器的工具。根据运遥感平台是搭载传感器的工具。根据运载工具的类型，可分为地面平台、航空平载工具的类型，可分为地面平台、航空平台、航天平台。台、航天平台。n地面平台地面平台：三角架、遥感塔、遥感车和遥感船三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等与地面接触的平台称为地面平台或近地面平等与地面接触的平台称为地面平台或近地面平台。台。(0-50 m)它通过地物光谱仪或传感器来对地它通过地物光谱仪或传感器来对地面进行近距离遥感，测定各种地物的波谱特性面进行

2、近距离遥感，测定各种地物的波谱特性及影像的实验研究。及影像的实验研究。第一节第一节 遥感平台遥感平台三角架：0.75-2.0米；对测定各种地物的波谱特性和进行地面摄影。遥感塔：固定地面平台；用于测定固定目标和进行动态监测；高度在6米左右。遥感车、船：高度的变化；测定地物波谱特性、取得地面图像；遥感船除了从空中对水面进行遥感外，可以对海底进行遥感。航空平台：航空平台：包括飞机和气球。包括飞机和气球。飞机按高度可以分为低空平台、中空平台和高空平台。低空平台：2000米以内，对流层下层。中空平台：2000-6000米 ，对流层中层。高空平台：12000米左右的对流层以上。气球：低空气球：凡是发放到对

3、流层中去的气球称为低空气球；高空气球：凡是发放到平流层中去的气球称为高空气球。可上升到12-40公里的高空。填补了高空飞机升不到，低轨卫星降不到的空中平台的空白。航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。一、气象卫星系列一、气象卫星系列1.气象卫星概述气象卫星概述A. 美国的“泰诺斯 ”(TIROS)卫星系列：第一代实验气象卫星，从60年-65年共发射了10颗，极轨气象卫星。美国的雨云（Nimbus）卫星系列： 64-78年共发射了7颗，太阳同步轨道。美国的艾萨（ESSA）卫星系列：66-69年共发射了9颗。B.1970-1977年第二代气象卫

4、星.地球同步气象卫星.SMS GOES GMS等.C.78年后,美国的NOAA卫星系列：70-94年共发射了16颗。太阳同步轨道。 (1)1960年年4月月美国发射了第一颗气象卫星泰罗斯泰罗斯-1(Tiros-1)。随后，前苏联也相继发射了自己的气象卫星。目前，在轨道上运行的大多数气象卫星是由美国和俄罗斯发射的，其中很大一部分为极地轨道卫星，简称极轨卫星,1966年美国发射第一颗业务气象卫星艾萨年美国发射第一颗业务气象卫星艾萨(ESSA)是极轨卫星，主要提供可见光云图。 (2) 1970年、年、1978年年美国又相继发射泰罗斯泰罗斯3和诺阿诺阿(NOAA）系列业务气象卫星。这些卫星都属于极轨气

5、象卫星。极轨气象卫星的飞行高度一般在8001500公里左右。由于卫星的飞行高度低，因此卫星照片分辨率高，图象清晰,1974年，美国成功地研制了第一颗年，美国成功地研制了第一颗静止业务环境监测卫星静止业务环境监测卫星(GOES)。静止业务环境监测卫星在赤道的某一经度、约36000公里高度上，它环绕地球一周约需24小时，几乎与地球自转同步。从地球上看好象卫星是相对静止的，故又称为地球静止卫星。 目前，目前，日本日本GMS系列静止气象卫星、系列静止气象卫星、俄罗斯俄罗斯的的GOMES卫星卫星、欧盟欧盟 METEOSAT-3 卫星、卫星、印度的印度的INSAT以及美国的两颗静止卫星以及美国的两颗静止卫

6、星(GOES-E和和GOES-W)共共6颗卫星组成地球静颗卫星组成地球静止气象卫星监测网止气象卫星监测网W.W.W 。这些卫星位于赤。这些卫星位于赤道上空约道上空约36000公里高，每半小时向地球发公里高，每半小时向地球发送一次图片送一次图片.气象卫星分布 (3)78年以后年以后，气象卫星进入第三个发展阶段。，气象卫星进入第三个发展阶段。以以NOAA 系列为代表，近极地太阳同步轨道。系列为代表，近极地太阳同步轨道。 中国也先后成功地发射了中国也先后成功地发射了6颗气象卫星颗气象卫星（88年开始）年开始）3颗风云颗风云FY1和（和（97年开始）年开始）3颗风云颗风云FY2。依靠这些卫星，中国建立

7、了依靠这些卫星，中国建立了自己的卫星天气预报和监测系统。风云自己的卫星天气预报和监测系统。风云FY1是一种极地轨道气象卫星。风云是一种极地轨道气象卫星。风云FY2是一是一种静止气象卫星种静止气象卫星我国气象卫星情况 1、 1988年9月7日 FY-1 A星发射 试验星4、 1999年5月10日 FY-1 C星发射 业务星3、 1997年6月10日 FY-2 A 星发射2、 1990年9月3日 FY-1 B星发射 试验星5、 2000年 6月25日 FY-2 B星发射一、气象卫星系列一、气象卫星系列2、气象卫星的特点、气象卫星的特点 轨道：低轨(太同)和高轨(地同)。 短周期重复观测：静止气象卫

8、星30分钟一次；极轨卫星半天一次。利于动态监测。 成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。 资料来源连续、实时性强、成本低。气象卫星观测的优势和特点气象卫星观测的优势和特点空间覆盖优势 极轨气象卫星(低轨)在约900km的高空对地观测，一条轨道的扫描宽度可达2800km。每天都可以得到覆盖全球的资料; ; 地球静止卫星在36万公里的高空观测地球(高轨)，一颗静止卫星的观测面积就可达1亿7千万平方公里，约为地球表面的13; ; 只有通过卫星的大范围观测，才使人类获得了几乎无常规观测的大范围海洋、两极和沙漠地区的资料; ; 目前已经可以通过卫星观测系统，获取全球或任何感兴趣区域的空间

9、连续的高分辨率气象和环境资料,不受国界限制. 气象卫星观测可以大大地改善资料的时间取样频次。特别是静止气象卫星可以获得每半小时一次的大范围实时资料。有利于对灾害性天气的动态监测。 双星组网的极轨气象卫星也可以每天提供4次全球覆盖的图象资料和垂直探测资料。而常规高空站每天只在00时12时（世界时）进行两次观测,且无法观测海洋和无人地区。时间取样优势 与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均一性和良好的代表性。 尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料的不一致性;测站分布的不均匀等，也使资料的不

10、确定性增加。 气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进行观测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。卫星资料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有较好的区域代表性。资料一致性优势 与 其 它 观 测 方 法 相 比 ， 气 象 卫 星 是 从 大 气 层外这个新视角观测地球大气系统的，所以有些重要的气候变量，特别是通过整个垂直方向大气层的积分参数，如地气系统的反照率、大气顶的地气系统的射出长波辐射，只能通过气象卫星观测才能获得。 目前已成功地从气象卫星观测资料中导出了全球大气温度和湿度廓线、辐射平衡、海陆表面温度及云顶温度、风场、云参数、冰雪覆盖、云中液态水含量和降水量、臭氧总量和廓线

11、、陆地下垫面状态、植被状况等诸多重要气候和环境参数,这是任何其他观测手段所不能观测的。综合参数观测优势一、气象卫星系列一、气象卫星系列3、气象卫星的应用领域、气象卫星的应用领域天气分析与气象预报气候研究与气候变迁的研究资源环境领域：海洋研究、森林火灾、水污染FY-1CDFY-1CD通道编号、波长范围及其主要用途通道编号、波长范围及其主要用途 通道1、2的探测波段分别处于植被反射的低谷和高峰区，利用二者的差值可以计算各种植被指数，植被指数能反映作物、森林、草场的生长情况，病虫害及作物缺水状况，并能进行作物估产，这个通道还可以做判识水陆边界，河口泥沙海冰等。FY-1CDFY-1CD通道编号、波长范

12、围及其主要用途通道编号、波长范围及其主要用途 通道3处在红外短波窗区，它对检测地面高温热源，比如，森林和草场的火灾特别有效。FY-1CFY-1C、D D通道编号、波长范围及其主要用途通道编号、波长范围及其主要用途 通道4、5处于红外窗区，用以测量地面温度，这两个通道相结合的目的在于对海面温度反演中对大气削弱进行订正，计算的地表和海表温度在农业、渔业、洋流、城市热岛等方面有广泛的应用。LSTSSTFY-1CDFY-1CD通道编号、波长范围及其主要用途通道编号、波长范围及其主要用途 通道6对雪的反射率较低，与其它通道结合有助于云、雪的判识，同时此通道对土壤湿度比较敏感，有助于干旱监测。 通道7-9

13、是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中叶绿素的含量， 它还可以反映海洋浑浊度和海洋污染以及赤潮等情况。 通道 10是低层水汽通道，用于大气修正和大气透过率的计算。火情监测火情监测在AVHRR图象中，由于高温目标在通道三的亮温大大高于背景象元的亮温，因而在通道三图象上，含火点象元与周围象元产生明显反差。利用增强，多通道彩色合成、阈值判断等处理技术，可以从AVHRR资料中得到反映地面明火区、过火区、未燃区（森林、草原、农田）、烟雾范围和方向等各种反映林火和草原火的信息。并可探测到面积低于一个象元的亚象元火点。极轨气象卫星（FY、 NOAA）覆盖范围宽广，每天观测频次在中高纬度达8-10次，可以多频次的

14、监测火情。气象卫星作用 热 带 气 旋沙尘暴监测气象卫星作用沙尘暴沙尘暴气象卫星作用卫星遥感产品热岛效应热岛效应火山爆发海温分布祝贺风云一号D气象卫星发射成功 2002.5.15陆地资源系列二、陆地卫星系列二、陆地卫星系列- LandsatLandsat ERTS landsat1,2,3 landsat4,5 landsat7,8 陆地卫星是1972年发射第一颗，已连续为人类提供陆地卫星图像，共发射8颗，产品主要有MSS，TM，ETM,属于中高度、长寿命卫星。Characteristic Launched byDate of launchDate of terminationAltitude

15、SensorRecurrent periodLANDSAT-1NASA1972.7.231978.1.6 915kmRBV/MSS18 daysLANDSAT-2NASA1975.1.221982.2.25915kmRBV/MSS18 daysLANDSAT-3NASA1978.3.5 1983.3.31915kmRBV/MSS18 daysLANDSAT-4NASA1982.7.162001.6.15705kmMSS/TM16 daysLANDSAT-5NASA1984.3.1 Operating*1705kmMSS/TM16 daysLANDSAT-6NASA1993.10.51993.1

16、0.5- ETM16 daysLANDSAT-7NASA1999.4.15Operating*2705kmETM+16 days*1 : The data reception by NASDA was finished to Jun 30, 2001.*2 : The data reception by NASDA was finished to Nov 30, 2002. 太阳同步卫星：卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向 ，由于这种轨道的倾角接近90,卫星要在极地附近通过,所以又称它为近极地太阳同步卫星轨道 。 Sun Synchronous Orbit of Landsat 7 S

17、un Elevation Angle Landsat卫星的传感器MSSMSS：多光谱扫描仪，：多光谱扫描仪，5 5个波段。个波段。TMTM ：主题绘图仪，：主题绘图仪，7 7个波段。个波段。ETM+ETM+：增强主题绘图仪，：增强主题绘图仪，8 8个波段。个波段。通道号 光谱段颜色 波长范围/m MSS4 绿 0.50.6 MSS5 红 0.60.7 MSS6 红近红外 0.70.8 MSS7 近红外 0.81.1 MSS8 远红外 10.412.6 MSS的波谱段 TMTM数据是第二代多光谱段光学数据是第二代多光谱段光学机械扫描机械扫描仪，是在仪，是在MSSMSS基础上改进和发展而成的一种遥

18、基础上改进和发展而成的一种遥感器。感器。TMTM采取双向扫描，提高了扫描效率，采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收灵缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。敏度。TM数据的波谱段介绍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数据是第三代推帚式扫描仪，是在数据是第三代推帚式扫描仪，是在TMTM基础基础上改进和发展而成的一种遥感器。上改进和

19、发展而成的一种遥感器。ETM Characteristic Bandwavelength bandResolution1 0.45-0.52mm 30m 2 0.52-0.60mm 30m 3 0.63-0.69mm 30m 4 0.76-0.90mm 30m 5 1.55-1.75mm 30m 6 10.4-12.5mm 60m 7 2.08-2.35mm 30m 8 0.50-0.90mm 15m Wavelength Visible : 2bands Near-infrared : 2bands Spatial Resolution 83m Swath Width 185km Wavel

20、ength Visible : 3bands Near-infrared and Middle-infrared : 3bandsThermal-infrared : 1band Spatial Resolution Visible,Near-infrared and Middle-infrared : 30m Thermal-infrared : 120m Swath Width About 180km Overview The ETM+ is an improved version of the Landsat 4/5 Thematic Mapper (TM) payloads, but

21、still provides data continuity with all prior Landsat missions. Improvements in the instrument include increased spatial resolution of the thermal IR band (Band 6), improvement of the radiometric calibration equipment, and the addition of a panchromatic band (Band 8). Below is a simplified diagram o

22、f the ETM+. Sun-synchronous orbit Sub-recurrent orbitSatellites and obits二、陆地卫星系列二、陆地卫星系列- SPOT- SPOT卫星SPOT DATASPOT DATA简介简介19781978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些国家，设计、研制了一颗名为体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实地球观测实验系统验系统”(SPOT)(SPOT)的卫星，也叫做的卫星，也叫做“地球观测实验卫地球观测实验卫星星”。 SPOT1SPOT1，19861986年年2 2月发射，至今还

23、在运行。月发射，至今还在运行。 SPOT2SPOT2，19901990年年1 1月发射，至今还在运行。月发射，至今还在运行。 SPOT3SPOT3，19931993年年9 9月发射，月发射，19971997年年1111月月1414日停止运行。日停止运行。 SPOT4SPOT4，19981998年年3 3月发射，至今还在运行。月发射，至今还在运行。 SPOT5, 2002SPOT5, 2002年年5 5月月4 4日凌晨当地时间日凌晨当地时间1 1时时3131分，在法属圭分，在法属圭亚那卫星发射中心由阿里亚娜亚那卫星发射中心由阿里亚娜4 4号火箭运载成功发射。号火箭运载成功发射。中等高度（中等高度

24、（832 km)832 km)圆形近极地太阳同步轨道。圆形近极地太阳同步轨道。 主要成像系统主要成像系统: :高分辨率可见光扫描仪（高分辨率可见光扫描仪（HRVHRV，HRGHRG），），VEGETATIONVEGETATION，HRSHRS。SPOT卫星的轨道参数轨道高度轨道高度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6

25、0 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SPOT卫星的运行SPOT卫星群的组合Observation Band Visible : 2bands Near-infrared : 1band Panchromatic-Band : 1band Spatial Resolution Multispectoral-Band : 20m Panchromatic-Band : 10m Swath Width About 60km HRV数据采集原理 HRVIR Scanning Image SPOT的HRV波谱段 光谱段光谱段 光谱特性光谱特性

26、 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 mSPOT1 3号卫星上携带两台号卫星上携带两台HRV传感器。传感器。SPOT的HRG、HRS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）与（高分辨率几何装置）与HRVHRV基本基本相

27、同。相同。HRSHRS是是SPOT5SPOT5特有的一个高分辨率立体成像装特有的一个高分辨率立体成像装置，工作波段置，工作波段。 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 2000 01 02 03 04 05 06 07 08 09 SPOT 5 SPOT 4 卫星运行服务中断发射日或重新开始服务日 SPOT 1 SPOT 2SPOT 3 Spot Spot 立体像对立体像对 轨道旁向倾斜，像对最短时间差为0.5小时自动相关生成DEM，高程精度为7-11米 (VirtuoZo) SPOTSPOT的倾斜观测功能的倾斜观测功能重复观测能力单星：重复观测能

28、力单星：23天天/次，多星：次，多星：1天天/次次2020600 Km maxiHRS120 Km立体成像立体成像装置装置HRSHRSSpot-5基本产品基本产品10米多光谱米多光谱5米全色米全色2.5米全色米全色+Spot-5Spot-5增值产品增值产品 10米多光谱米多光谱5米米PanSpot 5 Spot 5 同轨立体像对同轨立体像对Spot 5 HRS立体像立体像对生成的对生成的10米高程精度米高程精度DEM二、陆地卫星系列二、陆地卫星系列- - IKONOS自从自从l994l994年年3 3月月lOlO日美国克林顿政府颁布关于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

29、过去商业遥感数据销售新政策以来，解禁了过去不准不准10101 m1 m级分辨率图像商业销售，使得高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。分辨率卫星遥感成像系统迅速发展起来。 美国空间成像公司美国空间成像公司(Space-Imaging)(Space-Imaging)的的IKONOSIKONOS卫星是最早获得许可之一。经过卫星是最早获得许可之一。经过5 5年的努力，年的努力，于于19991999年年9 9月月2424日空间成像公司率先将日空间成像公司率先将IKONOS-2IKONOS-2高分辨率高分辨率( (全色全色1 m1 m，多光谱，多光谱4 m4 m) )卫卫星，

30、由加州瓦登伯格空军基地发射升空。星，由加州瓦登伯格空军基地发射升空。具有太阳同步轨道，倾角为具有太阳同步轨道，倾角为98.198.1。设计高。设计高度度681km(681km(赤道上赤道上) )，轨道周期为，轨道周期为98.3 min98.3 min，下，下降角在上午降角在上午10:3010:30，重复周期，重复周期l l3 d3 d。携带一个全色携带一个全色1 m1 m分辨率传感器和一个四波段分辨率传感器和一个四波段4 m4 m分辨率的多光谱传感器。分辨率的多光谱传感器。 传感器由三个传感器由三个CCDCCD阵列构成三线阵推扫成像系阵列构成三线阵推扫成像系统。统。IKONOSIKONOS外形

31、外形轨道轨道: 680km, 太阳同步太阳同步, 98.2 倾斜倾斜IKONOS光谱波段红波段红波段 .63-.69 microns (4m)近红外近红外 .76-.90 microns (4m)蓝波段蓝波段 .45-.52 microns (4m)绿波段绿波段 .52-.60 microns (4m)IKONOS光谱段全色光谱响应范围：全色光谱响应范围：0.150.150.90m0.90m多光谱则相应于多光谱则相应于LandsatLandsat-TM-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 0.5

32、20.60m 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IKONOS数据特点总结1.1. 数据来源：数据来源：美国美国IKONOSIKONOS卫星。卫星。2.2. 太阳同步轨道太阳同步轨道。3.3. 传感器传感器: : IKONOSIKONOS的传感器包括一个全色的传感器包括一个全色1m1m分分辨率传感器和一个四波段辨率传感器和一个四波段4m4m分辨率的多光谱分辨率的多光谱传感器。传感器。4.4. IKONOSIKONOS影像获取模式影像获取模式

33、: :IKONOSIKONOS传感器是三线传感器是三线阵阵CCDCCD推帚式成像，因此在正常模式下，它推帚式成像，因此在正常模式下，它可取得正视、后视和前视推扫成像。可取得正视、后视和前视推扫成像。5.5. MTFMTF补偿补偿: :IKONOSIKONOS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)的补偿，为此卫星的传感器设计了进行的补偿，为此卫星的传感器设计了进行MTFMTF的测量。的测量。有了这些测量值，可以对因光学和检测器等引起有了这些测量值，可以对因光学和检测器等引起的像质模糊进行补偿。的像质模糊进行补偿。 6.6. 星历与姿态量测星历与姿态量测: : IKO

34、NOSIKONOS卫星内设有卫星内设有GPSGPS天线，接天线，接收的信号被记录下来，经过处理可以提供每个图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。和量测装置，以获得相应姿态数据。7.7. IKONOSIKONOS图像产品图像产品。 IKONOS卫星图像 IKONOS 图像二、陆地卫星系列二、陆地卫星系列- - QuickBirdQuickBirdQuickBird数据介绍数据介绍美国美国DigitalGlobeDigitalGlobe公司的高分辨率商业卫星，公司的高分辨率商业

35、卫星，于于20012001年年1010月月1818日在美国发射成功。日在美国发射成功。卫星轨道高度卫星轨道高度450 km,450 km,倾角倾角9898, ,卫星重访周卫星重访周期期1 16 d6 d（与纬度有关）。（与纬度有关）。QuickBirdQuickBird图像，目前是世界上分辨率较高的图像，目前是世界上分辨率较高的遥感数据，为遥感数据，为0.61 m0.61 m，幅宽，幅宽16.5 km16.5 km。可应用于制图、城市详细规划、环境管理、可应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。农业评估。 QuickBird数据的光谱段数据类型 波段范围/ m分辨率/ m多 波 段蓝：0

36、.450.52 2.44绿：0.520.60 2.44 红：0.630.69 2.44 近红外：0.760.90 2.44 全 波 段 0.450.90 0.61 Quickbird传感器为推扫式成像扫描仪传感器为推扫式成像扫描仪 QuickBird 传感器结构图 QuickBird 影像图多光谱影像多光谱影像分辨率分辨率2.8 m QuickBird 影像图影像图华盛顿纪念碑华盛顿纪念碑quikbird三、海洋卫星系列三、海洋卫星系列1.1.海洋遥感的特点：海洋遥感的特点：需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖的观测；同步覆盖的观测；以微波遥感为

37、主；以微波遥感为主；电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段的一条新路。探测手段的一条新路。海面实测资料的校正。海面实测资料的校正。范围广、幅度大、变化快等特点。范围广、幅度大、变化快等特点。全天候、全天时；能获得海水温度盐度及海面粗糙度全天候、全天时；能获得海水温度盐度及海面粗糙度突破深度上的局限性突破深度上的局限性需结合其他实测资料需结合其他实测资料2.2. 主要的海洋卫星简介主要的海洋卫星简介美国的海洋卫星（美国的海洋卫星（SEASAT):SEASAT):19781978年发射；近极年发射；近极地太阳同步轨道；扫描覆盖海洋的宽地太阳同步轨道；扫

38、描覆盖海洋的宽1900km1900km；五种传感器，以微波为主。五种传感器，以微波为主。日本的海洋观测卫星系列（日本的海洋观测卫星系列（MOS-1)MOS-1)：获取大陆获取大陆架浅海的海洋数据。架浅海的海洋数据。欧洲海洋卫星系列（欧洲海洋卫星系列（ERSERS）：）：使用全天候测量和使用全天候测量和成像的微波技术，提供全球观测数据，主要用成像的微波技术，提供全球观测数据，主要用于海况海洋循环及海洋、冰层等领域。于海况海洋循环及海洋、冰层等领域。加拿大的雷达卫星（加拿大的雷达卫星（RADARSATRADARSAT）: :加、美、德、加、美、德、英共同设计，英共同设计，19951995年发射，资

39、源管理、冰、海年发射，资源管理、冰、海洋和环境监测。洋和环境监测。 Overview ：Marine Observation Satellite-1(MOS-1), Momo-1 is the Japans first Earth Observation Satellite developed applying domestic technologies as a part of Satellite Earth Observation Systems for contributing to effective utilization of Earth resources, environmen

40、tal protection, etc. Marine Observation Satellite-1b(MOS-1b), Momo-1b was launched to succeed the Momo-1. The MSR is a radio sensor scanning the earth surface along the flight path with its rotating dish antenna. Using a rotating scanning mirror, the VTIR mechanically scans from right to left at a r

41、ight angle to the satellites flight direction. Multispectral Electronic Self-Scanning Radiometer(MESSR) is an electoronic scanning radiometer that observes solar light reflected from the earth surface. It is equipped with two camera systems that are set parallel to the satellites flight direction. 第

42、二节 摄影成像一摄影机二摄影像片的几何特征三摄影胶片的物理特性一、摄影机：一、摄影机：1 1、摄影：、摄影：通过成像设备获取物体影像的技术。依靠通过成像设备获取物体影像的技术。依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。像。 数字摄影则通过放置在焦平面的光敏元件，经光数字摄影则通过放置在焦平面的光敏元件，经光/ /电转换，以数字信号来记录物体的影像。电转换，以数字信号来记录物体的影像。 2、特点：特点： 摄影机是遥感技术中使用历史最久，较为完善摄影机是遥感技术中使用历史最久，较为完善的一种摄影方式传感器。摄影所得到的像片具有信的一种摄影方式传

43、感器。摄影所得到的像片具有信息量大、分辨率高等特点，不仅可以获取地物的形息量大、分辨率高等特点，不仅可以获取地物的形状，还可以获得地物从可见光到近红外各个波段的状，还可以获得地物从可见光到近红外各个波段的光谱辐射。光谱辐射。 3、方式：分幅式摄影机全景式摄影机多光谱摄影机数码摄影机波段不同所需镜头和外壳的材料不同波段不同所需镜头和外壳的材料不同多机组合型多镜头组合型光束分离型框标压平线压平线：压平线： 像片四边井像片四边井字形直线叫压平线，字形直线叫压平线，其弯曲度说明摄影时其弯曲度说明摄影时感光胶片未压平而产感光胶片未压平而产生的影像变形情况。生的影像变形情况。. 4、航空摄影图像的种类种类

44、 （1）按像片倾斜角分类 根据主光轴与地面的关系，分为垂直投影和倾斜投影。 垂直摄影：垂直摄影：主光轴垂直于地面或偏离垂线在主光轴垂直于地面或偏离垂线在3 30 0以内，以内，取得的像片为水平像片。取得的像片为水平像片。 从判读或测量方面来看，比倾斜摄影要好，但直观性从判读或测量方面来看，比倾斜摄影要好，但直观性差。差。 倾斜摄影：倾斜摄影：主光轴偏离垂线大于主光轴偏离垂线大于3 30 0 ，取得的像片为倾，取得的像片为倾斜摄影。斜摄影。 对图要求不高时采用，具有较强的透视感，对地物和对图要求不高时采用，具有较强的透视感，对地物和目标判读特别有利。目标判读特别有利。 如军事侦探方面常用该种方式

45、。如军事侦探方面常用该种方式。 （2 2）按摄影的实施方式分类：）按摄影的实施方式分类： 可分为：单片摄影（特殊任务特殊任务）； 航线摄影（沿指定线路沿指定线路）； 面积摄影（按规定设置的一系列互按规定设置的一系列互 相平行的直线航线相平行的直线航线）。航向重叠达60%-65%，旁向重叠为30-40%。二、摄影像片的几何特征二、摄影像片的几何特征像片的投影像片的比例尺像点位移（一）、像片的投影（一）、像片的投影 1、含义：中心投影：中心投影：空间任意直线均通过一固定点投射到一平面上而形成透视关系。 航空像片即属于中心投影 。 垂直投影：垂直投影：当把投影中心移到无穷远处时，所有的投影线都互相平

46、行，这样的投影称为垂直投影。中心投影 垂直投影ABCDabcd中心投影中心投影ABCDabcd正射投影正射投影航片是中心投影，即摄影光线交于同一点地图是正射投影，即摄影光线平行且垂直投影面。2、中心投影和垂直投影的区别投影距离的影响 投影面倾斜的影响地形起伏的影响i. 投影距离的影响正射投影正射投影:比例尺比例尺和投影距离无关和投影距离无关中心投影中心投影:焦距固定，航高改焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变变，其比例尺也随之改变H1H2f正射投影中心投影ii.投影面倾斜的影响垂直投影垂直投影:其影像比例尺有所放大其影像比例尺有所放大中心投影，各点相对位置中心投影，各点相对位置及形状发生变化

47、。及形状发生变化。iii.地形起伏的影响地形起伏使地形起伏使投影点距与地面实距投影点距与地面实距成比例缩小，相对位置不变成比例缩小，相对位置不变对中心投影引起投影差对中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同航片各部分的比例尺不同BACabcAC3、中心投影的透视规律点的像仍然是点。点的像仍然是点。与像面平行的直线的像还是直线；如果直线垂与像面平行的直线的像还是直线；如果直线垂直于地面，有两种情况：直于地面，有两种情况： 第一；当直线与像第一；当直线与像片垂直并通过投影中片垂直并通过投影中 心时，该直线在像片上心时，该直线在像片上的像为一个点；的像为一个点； 第二；直线的延长线不通过第二；直线的

48、延长线不通过投影中心，这时直线的投影仍为直线，但该垂投影中心，这时直线的投影仍为直线，但该垂直线状目标的长度和变形情况则取决于目标在直线状目标的长度和变形情况则取决于目标在像片中的位置。像片中的位置。平面上的曲线，在中心投影的像片上为一条直平面上的曲线，在中心投影的像片上为一条直线；或一般仍为曲线。线；或一般仍为曲线。 中心投影成像特征： 点点点；点； 直线直线点，或点，或直线；直线； 空间曲线空间曲线直线，或直线，或- - 曲线。曲线。（二）航空像片比例尺（二）航空像片比例尺 航空像片上某一线段 长度与地面相应线段长度之比，称为像片比例尺。 （1 1）平均比例尺）平均比例尺：以各点的平均高程

49、为起始面，并根据这个起始面计算出来的比例尺。 （2 2）主比例尺）主比例尺：由像主点航高计算出来的比例尺，它可以概略地代表该张航片的比例尺。 航测部门提供 摄影比例尺 即航片上某线段l地面相应线段的水平距离L之比，称之为摄影比例尺1/m。平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（f）与航高（H）之比。fH比例尺比例尺=f/H像平面投影中心地物例题例题已知地形图的比例尺为1：50000，在地形图上量得长度为3。5cm. ABAB的实际长度的实际长度: :3。5*50000=175000cm=1750m；在相片上量得相应ab两点的长度为7cm,则像片的比例尺为：则像片

50、的比例尺为：1/m=ab/AB=1/2500 地面起伏，使得一张像片不同像点的比例尺变化。fH0h1h2101hHfm201hHfm比例尺：01Hfm（三）像点位移（三）像点位移在中心投影的像片上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片上的位置移动，这种现象称为像点位移。SnNRrA0Ahha0aH-hfHAh地面点像点a0 a0a= a0aSA0 A0,S 1/m=a0a/ A0, A0=/ A0, A0 = A0, A0/m AA0,A0Sa0 又又oa=r,os=f, AA0=h A0, A0/A A0=oa/os= A0, A0/h=r/f A0, A0=rh/f

51、 =rh/fm mf=H =hr/HA0地面点SoNRrA0hha0aH-hfHAh像点（三）像点位移（三）像点位移（1）位移量与地形高差成正比，即高差越位移量与地形高差成正比，即高差越大引起的像点位移量也越大。大引起的像点位移量也越大。当高差为正时，像点位移为正，是背离像主点方移动；高差为负时，像点位移为负，是朝向像主点方向移动。（2 2）位移量与像点距离像主点的距离成正）位移量与像点距离像主点的距离成正比比，即距像主点越远的像点位移量越大，像片中心部分位移量较小。像主点无位移。（3 3）位移量与摄影高度（航高）成反比。）位移量与摄影高度（航高）成反比。即摄影高度越大，因地表起伏的位移量越小

52、。三、摄影胶片的物理特性三、摄影胶片的物理特性 感光度：指胶片的感光速度。遥感需用感光度高的胶片。 光学密度D ：指胶片经感光 显影后，影像表现出的深浅程度,表示变黑的程度。 反差与反差系数：反差指胶片的明亮部分与阴暗部分的密度差。 反差系数是指拍摄后负片影像与景物亮 度差之比。 r =影像反差/景物反差 =1;1 灰雾度D0 ：未经感光的胶片，显影后仍产生轻微的密度，呈浅灰色，故称灰雾度 宽容度L ：指表达被摄物体亮度间距的能 力。遥感摄影希望用宽容度大的胶片。 解像力（感光胶片的分辨力）：解像力的大小以每毫米范围内分辨出的线条数表示。单位：线对/毫米。DcDdD0ClgHlgO感光特征曲线

53、：横坐标为曝光量的对数值，纵坐标为胶片的光学密度。 L感光特征曲线感光特征曲线遥感摄影胶片的类型 黑白摄影胶片黑白摄影胶片A.A.色盲片：色盲片：只能吸收短波段，对大于 0.5微米的电磁波完全不感光。B.B.正色片：正色片：感光范围可从蓝光扩大到绿黄光区(0.5-0.52)。C.C.分色片：分色片：感光范围扩大到0.6微米。对绿黄光可区分且较敏感。D.D.全色片：全色片：能感受全部可见光0.6-0.72 。但在绿光部分感光度稍有降低。 彩色片彩色片A.A.天然彩色片：天然彩色片：能较真实地还原出被摄物体的自然色彩，又称真彩色,具较具较高的空间分辨率高的空间分辨率 。B.B.红外彩色片：红外彩色

54、片：由于红外光对眼睛没有色感，故赋予红外敏感区的颜色是假彩色，所以红外彩色片时假彩色片。一般在摄影时加用黄滤光片，滤去蓝光，并使用彩色红外胶片摄影而得。 多光谱摄影多光谱摄影: :通过加不同颜色的滤光片分光，和使用敏感波段不同的黑白胶片摄影，可以同时获取多波段的黑白航空相片。 热红外扫描：热红外扫描：由于摄影胶片对地物的热辐射信息不敏感，在该波长范围内的信息通常采用热红外方式搜集。 热红外图象是地物自身发射的热辐射能热红外图象是地物自身发射的热辐射能量的记录，因此白天、黑夜均可成像。量的记录，因此白天、黑夜均可成像。较好的热红外扫描温度分辨率可达摄氏较好的热红外扫描温度分辨率可达摄氏0.1-0

55、.50.1-0.5度度 摄影方式与扫描方式的区别摄影方式与扫描方式的区别: （1）摄影方式的传感器： 航空摄影机、多光谱摄影机 通过成像设备获取物体影像的技术。依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影则通过放置在焦平面的光敏元件，经光/电转换，以数字信号来记录物体的影像。 特点： 摄影机是遥感技术中使用历史最久，较为完善的一摄影机是遥感技术中使用历史最久，较为完善的一种摄影方式传感器，摄影所得到的像片具有信息量大、分辨种摄影方式传感器，摄影所得到的像片具有信息量大、分辨率高等特点，不仅可以获取地物的形状，还可以获得地物从率高等特点，不仅可以获取地物的形状，还可以获得地物从可

56、见光到近红外各个波段的光谱辐射。可见光到近红外各个波段的光谱辐射。 （2） 扫描方式传感器： 红外扫描仪、多光谱扫描仪、固体扫描仪、侧视雷达 依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图象。 特点： 扫描方式传感器是将由光学系统所探测的地物辐射扫描方式传感器是将由光学系统所探测的地物辐射能量转换为电信号，这种电信号可用发射器传送、显示或存能量转换为电信号，这种电信号可用发射器传送、显示或存贮，并可以经过处理转换成影像或磁带。它不像摄影系统那贮，并可以经过处理转换成影像或磁带。它不像摄影系统那样受到本身结构和感光胶片响应范围等

57、限制，而是用磁带记样受到本身结构和感光胶片响应范围等限制，而是用磁带记录信息，经过处理变成图像，一般地，图像分辨率较小，探录信息，经过处理变成图像，一般地，图像分辨率较小，探测波段可包括紫外、红外、可见光和微波波段。测波段可包括紫外、红外、可见光和微波波段。第三节第三节 扫描成像扫描成像一、光一、光/ /机扫描成像机扫描成像1. 1.概念：概念：依靠机械传动装置使光学镜头摆动，形成对目标地物逐点逐行扫描。探测元件把接受到的电磁波能量转换成电信号，在磁介质上记录或再经电/光转换成为光能量，在设置于焦平面的胶片上形成影像.照相技术的弱点照相技术的弱点：乳胶片感光技术本身存在着致命的弱点，它所传感的

58、辐射波段仅限于可见光及其附近；其次，照相一次成型，图像存储、 传输和处理都不方便。瞬时视场角瞬时视场角：扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目标物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角。即扫描仪的空间分辨率。总视场角总视场角：扫描带的地面宽度称总视场。从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角，叫总视场角。2. 2.工作原理：工作原理：扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运动而摆动，依次对地面进行扫描，地面物体的辐射波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开，再聚焦到感受不同波长的 探测元件上。2. 2.几种光机扫描仪几种光机扫描仪红外扫描仪

59、红外扫描仪：接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元件。多光谱扫描仪（多光谱扫描仪（MSS)MSS)：与红外扫描仪基本类似，其不同之处是，外加一个分光系统，把来自地物的电磁波信号，分成若干个不同的波段，同时用多个探测器同步记录相应波段的信息。而红外扫描仪只在红外波段工作。扫描宽度：轨道方向：自北而南扫描方向：自西而东专题制图仪专题制图仪TMTM：专题制图仪TM的成像原理与MSS一致，与MSS相比，空间分辨率由80米提高到30米；探测波段由4个增加到7个，辐射性能也有明显提高。 特点：特点：利用光电探测器解决了各种波长辐射的成像方法。输出的电学图像数据，存储、传输和处理方面十分方便。但装置庞杂，

60、高速运动使其可靠性差；在成像机理上，存在着目标辐射能量利用率低的致命弱点。二、固体自扫描成像二、固体自扫描成像1.固体自扫描是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。 目前常用的探测元件是电荷藕合器件CCD,它是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件。 扫描方式上具有刷式扫描成像特点。扫描方式上具有刷式扫描成像特点。 线列探测器在光学焦面上垂直于飞行方向作横向排列，当飞行器向前飞行完成纵向扫描时，排列的探测器就好象刷子扫地一样扫出一条带状轨迹，从而得到目标物的二维信息 。 探测元件数目越多，体积越小，分辨率就越高。电子藕合器件CCD（停留时间长，稳