遥感概论第六章

RS资料遥感图像的特征RS图像数字磁带摄影（可见光、彩色紫外、红外等）扫描（热红外扫描、微波、雷达）遥感图像的特征凯文卡特，赢得九四年普立玆新闻特写摄影奖的作品

遥感图像的特征气象卫星在红外大气窗区测量洋面、海面发射的辐射图中显示了中国沿海地区海温分布，深蓝色是温度较低的区域，浅蓝色是温度较高的区域。遥感图像的特征遥感图像的几何特征遥感图像的物理特征遥感图像的符号注记遥感图像的特征RS图像的几何特征航空摄影图像的几何特征航空扫描图像的几何特征陆地卫星摄影图像的几何特征SPOT卫星图像的几何特征航空摄影图像的特征

垂直摄影摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在3o以内。取得的像片称水平像片或垂直像片。航空摄影测量和制图大都是这类像片。摄影机从飞行器上对地摄影时，根据摄影机主光轴与地面的关系，可分为垂直摄影和倾斜摄影。倾斜摄影摄影机主光轴偏离垂线大于3o，取得的像片称倾斜像片。全景摄影成像时，镜头垂直飞行器下方航带中心线时为垂直摄影，其余状态下均为倾斜摄影。倾斜摄影时，主光轴偏离垂线角度愈大，影像畸变也愈大，给图像纠正带来困难，不利于制图。但有时为了获取较好的立体效果且对制图要求不高，也采用倾斜摄影。航空摄影图像的特征地面物体为投影物体航摄仪镜头为投影中心投影胶片为投影面投影性质中心投影设想物体射出的一束投影直线，经过投影中心，最后聚焦到投影面上成像。投影性质中心投影与垂直投影的区别（1）投影距离的影响（2）投影面倾斜的影响（3）地形起伏的影响垂直投影图像的缩小和放大与投影距离无关，并有统一的比例尺。中心投影则受投影距离（遥感平台高度）影响，像片比例尺与平台高度H和焦距f有关。中心投影与垂直投影的区别投影距离的影响投影面倾斜的影响当投影面倾斜时，垂直投影的影像仅表现为比例尺有所放大，像点相对位置保持不变。在中心投影的像片上比例关系有显著的变化，各点的相对位置和形状不再保持原来的样子。中心投影与垂直投影的区别中心投影与垂直投影的区别地形起伏的影响垂直投影时，随地面起伏变化，投影点之间的距离与地面实际水平距离成比例缩小，相对位置不变。中心投影时，地面起伏越大，像片上投影点水平位置的位移量就越大，产生投影误差。这种误差有一定的规律。中心投影透视规律投影性质在中心投影的像片上，各种物体的形状不同及其所处的位置不同，其变形的情况也各不相同。了解不同形状物体在中心投影影像上的变形规律，对解译和制图是必要的。点线面地面物体是一个点，在中心投影上仍然是一个点。如果有几个点同在一投影线上，它的影像便重叠成一个点。点ABSa/b线与像面平行的直线，在中心投影上仍然是直线，与地面目标的形状基本一致。例如地面上有两条道路以某种角度相交，反映在中心投影像片上也以相应的角度相交。如果直线垂直于地面（如电线杆），其中心投影有两种情况：一是当直线与像片垂直并通过投影中心（主光轴）时，该直线在像片上是一个点；二是直线的延长线不通过投影中心，这时直线的投影仍然是直线。平面上的曲线，在中心投影的像片上仍为曲线。面状物体的中心投影相当于各种线的投影的组合。水平面的投影仍为一平面。垂直面的投影依其所处的位置而变化，当位于投影中心时，投影所反映的是其顶部的形状，呈一直线；在其他位置时，除其顶部投影为一直线外，其侧面投影成不规则的梯形。面像片上的特征点和特征线像主点地主点像底点地底点主纵线主横线等比线等角点比例尺像片的比例尺即像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。图中像片上的a、b两点是地面上A、B两点的投影。ab:AB即为像片的比例尺。H为摄影平台的高度；f为摄影机的焦距。通常f可以在像片的边缘或相应的影像资料中找到，H由摄影部门提供。比例尺=ab:AB=f:H像点位移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位置上的移动。其位移量就是中心投影与垂直投影在同一水平面上的“投影误差”。

r：像点到像主点的距离h:

地面高差H：摄影高度由可以看出：位移量与地形高差h成正比位移量与像点到像主点的距离r成正比位移量与摄影高度（航高）H成反比像点位移S’航空扫描图像的特征航空热红外扫描图像的几何特征由飞机携带红外扫描仪获得地面热辐射信息，并转换成用可见光形式记录在普通黑白胶片上的影像，称为航空热红外图像。影像特征表现投影性质影像畸变投影性质普通航空像片是地面的中心投影，而红外扫描图像是靠转动扫描装置逐行扫描地面而成像的。每一行扫描线都有一个透视中心，被称为“多中心投影”图像。由于每幅扫描影像不存在一个统一的透视中心，就没有摄影航空像片的景深感。图像类别成像方式成像特点普通航空像片单中心投影具有景深感红外扫描像片多中心投影景深不明显影像畸变扫描方向的畸变由于扫描线两端的地面分辨单元要比中心处大，且扫描镜以恒定的角速度转动，图像则以恒定的线速度记录，以致使每个地面分辨单元等量地被记录在图像上。这样就使图像受到从两边向中心的压缩，使像幅边缘的比例尺相对变小。飞行方向航向方向的畸变由于高空风对航速及地面高程差之比（V/H）的误差，会造成航向方向的影像畸变。如果因风速使胶卷移动速度太慢，目标在影像的主纵线方向会被压缩，反之，会被拉长。如果是低空高速飞行，扫描线稀疏，影像粗糙，但像片比例尺较大；高空低速飞行，扫描线较密，影像显得细致，但比例尺较小，分辨率较低。影像畸变多波段扫描图像的几何特征航空扫描图像的特征由于多波段扫描谱段划分较窄，能同时记录地物发出的紫外、可见光和红外辐射信息，这对于了解各种地物的反射和发射特性，获得它们的多种信息是非常有用的。可以通过多谱段图像的对比分析和彩色合成达到较好的判读和应用效果。雷达图像的几何特征航空扫描图像的特征雷达图像的比例尺和地面覆盖取决于飞机飞行的高度和由近距离到远距离的俯角。航空扫描图像的特征比例尺和地面覆盖高空侧视雷达图像，比例尺小，但连续覆盖好，便于制作镶嵌图，一般作为区域规划和资源的底图使用。低空侧视雷达图像，立体感很强。由于比例尺较大，相隔适当距离的相邻两条雷达航线，可获得有重叠图像的立体像对。如利用两种不同的飞行高度和两个相反的天线方向来成像。雷达图像的几何畸变航空扫描图像的特征合成孔径侧视雷达把一系列天线，等距离布设在一条直线上，利用它们接收窄脉冲信号，以获得较高方位分辨率。合成孔径侧视雷达还结合利用脉冲压缩技术获取良好的距离分辨率。地形起伏也在雷达图像上造成像点位移。山峰比起山谷离飞机的航迹更近，使山峰的位置对于山麓向近距离方向偏移。航空扫描图像的特征合成孔径雷达SAR成像陆地卫星图像的特征图像的地理坐标卫星像片的经纬度是根据成像时的精确时间、卫星姿态数据和前进方向等因素，通过计算机求得的。卫星向地面发回图像讯号的同时，带有精确的同步定时信号。如果卫星姿态稳定，任何一个精确的时刻，卫星都有一个相应的角位置，则可确定任何时刻的卫星的地面投影位置。图像的地理坐标陆地卫星图像的特征极圈范围内中纬度地区在赤道附近卫星像片上的经纬度，完全是受卫星轨道平面与赤道平面夹角的控制。极圈范围内，卫星运行轨道几乎与纬线平行，因此卫片上的上下方向与一般地图的概念不同，指示的是东西方向。图像的地理坐标陆地卫星图像的特征北极圈地区图像陆地卫星图像的特征图像的地理坐标中纬度地区，卫星轨道和经纬线明显斜交，因此在像片的同一边框上，可同时出现经线和纬线。中纬度地区图像在赤道附近，卫星轨道与经线略成斜交，因此像片上经纬线的布局和地图相似，经线出现在边框上。图像的地理坐标陆地卫星图像的特征赤道附近地区图像图像的投影性质陆地卫星图像的特征卫星上的传感器RBV所成的像属于中心投影，MSS所成的像属于多中心投影。因此像片自中心到边缘各部位的变形是不一样的，而且因地形起伏等因素会产生像点位移，但由于卫星航高较大，且相对像幅面积又小，因此可以把它当作垂直投影。陆地卫星图像的特征图像的重叠纵向重叠：也叫航向重叠，是卫星沿着轨道方向发生的重叠，即在同一轨道上，像片的上下边缘与相邻图幅的重叠部分。旁向重叠：相邻轨道之间的像片重叠。旁向重叠完全是由卫星的运行轨道所决定的。像片具有足够的重叠的情况下，才能成立体像对，并进行立体观察和测量。陆地卫星图像的特征图像的纵向重叠在赤道附近，陆地卫星1、2、3号，每过一天卫星轨道向西移动经度为1.43º，相当于地球赤道上西移159km，而地球的横向覆盖为185km，故在赤道上第M-1天和第M天拍摄的相邻两张图像形成旁向重叠。陆地卫星图像的特征图像的旁向重叠MSS的旁向重叠P%=(185-159)/185=14%图像的畸变

陆地卫星图像的特征卫星姿态的影响地面起伏的影响大气折光的影响卫星在运行方向上速度或轨道高度发生变化，使像幅比例尺发生改变。卫星偏航使图像方位变化并发生变形。对于RBV图像，其误差发生在以像底点为中心的辐射线上，高差为正，误差外移，反之，误差内移。对于MSS、TM图像，以摄影轴为准，愈向两侧其误差愈大，高差为正，误差外移，反之，误差内移。大气密度随高度的增加而递减，致使光线穿过大气时发生折射，造成位置偏移。SPOT卫星图像的特征SPOT卫星使用了CCD线性阵列探测器和推扫式扫描技术，属多中心投影。每个地面成像点具有最大限度的曝光时间。扫描仪的机械结构简单，能够提供最佳几何质量的图像。扫描轴能够进行侧向移动瞄准，可以任意观测星下轨道两侧至少400km内的任一个指定地区。卫星以不同角度对同一地区进行扫描时，可获得良好的立体像对。投影特点

SPOT卫星图像的特征分辨率

SPOT卫星同时采用全色和多光谱两种方式，其空间分辨率分别为10m和20m。比例尺

SPOT图像的胶片规格为240mm，比例尺为1：400000。地面覆盖在垂直图像上为60×60km，在倾斜图像上可达60×80km。RS图像的物理特征遥感图像的特征图像物理特性概述黑白航空图像的物理特性彩色航空遥感图像的物理特性陆地卫星图像的物理特性SPOT卫星图像的物理特性RS图像物理特征概述遥感图像的物理性质主要取决于地物电磁辐射特性图像反差颜色与灰阶分辨力可辨性颜色与灰阶是划分地物的波谱性质的尺度颜色与灰阶RS图像的物理特征可见光像片上的颜色和灰阶反映了物体的反射系数和光学特性，如物体的颜色、化学成分等。红外像片的颜色和灰阶反映了地物的反射率和热性质，如温度、热容量等。微波雷达像片的颜色与灰阶反映地物的回射率和介电常数等。图像反差RS图像的物理特征图像的反差是图像中最亮部分与最暗部分之比，常用反差比C来表示。定义为Cr=Bmax/Bmin在10级灰阶的黑白像片上，Cr≥4.5时为高反差，2.5≤

Cr

＜4.5时为中反差，1＜

Cr＜2.5时为低反差。当Bmin=0时，Cr不定；当Bmax=Bmin时，Cr=1，无反差。反差比常用于描述物体与相邻背景的差别，因此是决定图像的解像力的重要因素。图像的分辨力RS图像的物理特征

图像的分辨率分影像分辨率和地面分辨率。影像分辨率是指像片或底片上1mm中可显现的线条数目，受传感器光学系统分辨率、感光片分辨率等的影响。地面分辨率是指遥感时借助于光学仪器或其他电子仪器的放大，能观察到的地面物体的最小尺寸。图像的可辨性RS图像的物理特征地物的识别难易程度称为可辨性。图像中某类地物的可辨性的好与差取决于地物与其所处背景的反差条件。当与背景反差小时，虽然地物大于分辨率，但其特征没有明显地反射出来，因此不易识别，即可辨性差。研究植被情况，应选择夏季的可见光和红外像片；研究地貌状况应以冬季所成影像为佳；通过水分研究隐伏地质构造，选春、秋季影像最好。植被密集区，道路排列布局性质结构不易辨识黑白航空图像的物理特征普通黑白像片的物理特性色调：主要体现为物体的反射能力——用亮度系数r来表示r=B/B0，即相同照度条件下，某物体的表面亮度与绝对白色的理想表面亮度之比。黑土亮度系数最小雪的亮度系数最大近红外图像物理特性色调：在普通黑白像片上，绿色植被的色调较深。感光波长为0.3~1.36μm，最佳感光波长0.76~0.85μm。绿色植被对可见光吸收多，反射以绿光为主，而全色胶片对绿光的感光弱。在近红外黑白像片上，绿色植物色调较浅。绿色植被对近红外具有较强的反射率。水体对近红外波段具有较强的吸收能力，因此呈深灰甚至黑色，水越深，越清澈，吸收红外线的能力越强。阴影：红外像片上阴影较普通黑白像片上更深。红外线波长较长，散射作用较弱。黑白航空图像的物理特征热红外图像物理特性热红外图像是地面热辐射的遥感图像，主要反映各种地物表面温度差异信息。白天的热红外扫描图像是地物反射和发射红外辐射的影像；夜间的热红外扫描图像是地物发射红外辐射的影像。正片上的黑暗区表示物体的热辐射微弱，体表温度低；明亮区表示物体热辐射较强，体表温度高。黑白航空图像的物理特征白天夜间热红外图像物理特性水体因热容量大，较其他地物的温度低，图像上呈黑色。水体发射红外线的能力强，其温度较其他地物高，呈白色或灰色。傍晚时，红外扫描图像的对比度较差，而植被的红外辐射最强，因此此时的像片有利于进行植被分类。傍晚黑白航空图像的物理特征雷达图像物理特性雷达图像是由很多不同亮度的点构成的影像。点的亮度不同，反映目标反射回波的强度不同。雷达回波的强度与雷达系统的俯角、波长有关，还与地面物体的介电常数、粗糙度有关。介电常数反映地物反射雷达能量的强弱程度。

表面粗糙度平滑表面中等糙度粗糙表面黑白航空图像的物理特征雷达图像物理特性镜面反射全部能量，没有能量回到天线，雷达图像上为黑色调。中糙度表面，镜面反射部分能量，散射余能，图像上记录中等亮度的回波。粗糙表面，散射全部能量，图像上产生一个明亮的标记。墨西哥湾附近的油膜黑白航空图像的物理特征多波段航空图像物理特性对同一地区用二个或更多波段获取的航空像片，称为多谱段航空像片。多谱段像片的波长选择和谱段数目主要根据遥感对象的波谱特性及应用要求而定。黑白航空图像的物理特征可见光云图

红外云图

云层越厚，反照率越大，色调也越白。红外云图是一张亮度温度分布图。

彩色航空图像的物理特征普通彩色像片与普通黑白像片都是全色片，都反映可见光波段的信息，都是根据形状、大小、色调、阴影和组合图案等标志进行判读。不同的是普通黑白像片上的色调是从白到黑灰度深浅的变化，而彩色像片上的地物的颜色是地物的天然色彩。通常把色彩归纳为三个特性，即色相、明度和纯度。彩色航空图像物理特性彩色红外航空摄影使用彩色红外胶片和黄色滤光镜。彩色红外胶片上涂上了对绿光、红光和红外敏感的乳剂，可把景物的绿光记录成蓝色，红光记录成绿色，红外线辐射记录成红色，因而得到的是一种假彩色像片。彩色航空图像的物理特征彩色红外航空图像物理特性TM4（红）、3（绿）、2（蓝）假彩色合成图像假彩色图像上的绿色植物呈红色或粉红色。不同的颜色组合，目的是突出特定的目标物。植被、水体和土壤等地理要素在摄影红外波段的反射率差异比在可见光波段要大，因而具有较高的空间分变率。红外线的波长较长，受大气的散射影响比可见光小，因而穿透大气的能力较强，使红外像片的色相、反差和清晰度均比普通彩色像片好。彩色航空图像的物理特征陆地卫星图像的物理特征陆地卫星图象为多波段遥感资料，具有宏观性强、信息丰富和周期覆盖地表、提供全球地球资源环境信息的特点。陆地卫星图像物理特性RBV图像物理特性MSS图像物理特性TM图像物理特性RBV卫星图像的物理特性地面分辨率：陆地卫星1、2号的RBV图像为3个波段，分辨率为80m；3号RBV图像为全波段，地面分辨率为40m。光谱效应：RBV-1：对水体有透视能力，可穿透水深约10m。RBV-2：适宜于辨认岩性、地形地貌、地质构造及水中悬浮物质。RBV-3：对水体植被反映明显。陆地卫星图像的物理特征MSS卫星图像的物理特性地面分辨率：MSS-4、5、6、7波段的地表分辨率为79m，MSS-8波段为热红外波段，分辨率为240m。光谱效应：MSS4：波长0.5~0.6μm，是可见光中的青绿光。对水体有透视能力，可研究水下地形。可穿透水深约10m。MSS5：波长0.6~0.7μm，是可见光中的黄红光。对水体浑浊程度如水中的泥沙、悬移质状况及陆地地貌有明显的反映。陆地卫星图像的物理特征MSS卫星图像的物理特性光谱效应：MSS6：波长0.7~0.8μm，是可见光中的红光和反射红外波段。对水体和湿地特别对植被和土壤湿度的研究较好。水在该波段有强烈的吸收作用，因此呈黑色。MSS7：波长0.8~1.1μm，属于反射红外波段。不仅对水体和浅层地下水有较好的研究效果，同时对植被生长有明显反映。MSS8：波长10.4~12.6μm，主要用于地热测量和制图。陆地卫星图像的物理特征TM卫星图像的物理特性波段信息TM5的像元亮度值数量可达90~100级，其次是TM7、TM4、TM6，其亮度值级数约为50~60级，TM3为35~40级，TM1为30~35级，TM2为20~30级。TM5包含的信息量最丰富，占总信息量的43.5%，其次是TM7，占24.4%，TM4占13.2%，TM3占5.4%。TM5提供的光谱信息最为丰富，TM7的信息量就单波段而言居第二位，但与TM5重叠过多，因此其重要性不及TM4和TM3。陆地卫星图像的物理特征光谱效应：TM2、3、4分别与MSS4、5、6相近，同时还新增了TM1、5、6、7四个波段。TM2、3与MSS4、5大体相当，只是其光谱区更窄，能更好地反映叶绿素在绿光波段的次反射峰和红光波段的强吸收谷。TM4包括了MSS6、7光谱区间的部分，避开小于0.76μm叶绿素反射光谱未开始出现陡坡效应的波段和大于0.9μm可能发生水分子吸收的谱带，使能更集中地反映植被的近红外反射强峰。TM1属蓝光波段，TM6为热红外波段，TM5、7为近红外波段。较MSS图像信息量大得多。TM卫星图像的物理特性陆地卫星图像的物理特征SPOT图像的物理特征HRV（高分辨力传感器）光谱效应：HRV1：波段0.5~0.59μm（绿波段）。位于植被叶绿素光谱反射曲线最大值的波长附近，用于探测植被和水的浑浊度。HRV2：波段（红波段）。与陆地卫星TM5波段一致，对作物、裸露土壤和岩石表面有较高可辨性。HRV3：波段（近红外波段）。很好地穿透大气层，在该波段内，植被特别明亮，水体特别暗。HRV：全波段图像与可见光黑白像片相似。由于分辨率为10m，且可对同一地区获得立体像对，因此是资源、环境调查的优质图像。目标地物传感器遥感图像遥感图像处理目标地物的大小、形状及空间分布目标地物的属性特点目标地物的变化动态特点几何特征物理特征时间特征空间分辨率光谱分辨率辐射分辨率时间分辨率RS图像的分辨力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。图像的空间分辨力RS图像的分辨力图像的光谱分辨力RS图像的分辨力是指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高。不同波谱分辨率的传感器对同一地物探测效果有很大区别。不同波谱分辨率对水铝矿反射光谱的获取是指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。即传感器对光谱信号强弱的敏感程度、