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1、第三章第三章遥感成像原理与遥感遥感成像原理与遥感图像特征图像特征本章提要本章提要 第一节第一节 传感器传感器 第二节第二节 遥感数据的特征遥感数据的特征 第三节第三节 航空遥感数据航空遥感数据 第四节第四节 地球资源卫星数据地球资源卫星数据 第五节第五节 海洋卫星数据海洋卫星数据 第六节第六节 气象卫星数据气象卫星数据 1 传感器传感器 本节主要内容：本节主要内容：本节主要内容：本节主要内容：一、一、传感器的定义和功能传感器的定义和功能 二、传感器的分类二、传感器的分类 三、传感器的组成三、传感器的组成 四、传感器的工作原理四、传感器的工作原理 五、摄影型传感器五、摄影型传感器 六、扫描方式的
2、传感器六、扫描方式的传感器 七、七、微波遥感的传感器微波遥感的传感器一、传感器的定义和功能一、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传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。息的工具。是遥感技术的核心部分。是遥感技术的核心部分。它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波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几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。靠程度。二、传感器的分类二、传感器的分类按工作方式分为：按工作方式分为：主动方式传感器：侧视雷达
3、、激光雷达、主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、微波辐射计。微波辐射计。被动方式传感器：航空摄影机、多光谱被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫描仪（扫描仪（MSSMSS）、）、TMTM、ETMETM、HRVHRV、红外扫描红外扫描仪等。仪等。二、传感器的分类二、传感器的分类uu传感器按照记录方式传感器按照记录方式 非成像方式非成像方式：探测到地物辐射强度，以：探测到地物辐射强度，以数字或者曲线图形表示。数字或者曲线图形表示。如：辐射计、雷达高度计、散射计、激光高如：辐射计、雷达高度计、散射计、激光高度计等。度计等。成像方式成像方式：地物辐射（反射、发射或两地物辐射（反射、发射或两个兼有）能量的
4、强度用图象方式表示。个兼有）能量的强度用图象方式表示。如：摄影机、扫描仪、成像雷达。如：摄影机、扫描仪、成像雷达。三、三、传感器的组成传感器的组成收集器：收集地物的辐射能量。收集器：收集地物的辐射能量。探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。能。处理器：将探测后的化学能或电能等信号进处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。行处理。输出器：将获取的数据输出。输出器：将获取的数据输出。四、摄影型传感器四、摄影型传感器1 1、航空摄影机、航空摄影机2 2、成像原理、成像原理3.3.航空摄影的分类航空摄影的分类4.4.摄影像片的几何特征摄影像片的几何特征四
5、、摄影型传感器四、摄影型传感器1 1、航空摄影机、航空摄影机：它通过光学系统采用感光材它通过光学系统采用感光材料记录地物的反射光谱能量。料记录地物的反射光谱能量。波长范围以波长范围以可见光可见光近红外近红外为主。为主。2 2、成像原理：、成像原理：由于地物各部分反射的光线强由于地物各部分反射的光线强度不同，使感光材料上感光程度不同，形成度不同，使感光材料上感光程度不同，形成各部分的色调不同所致。各部分的色调不同所致。涉及的概念u主光轴：主光轴：通过物镜中通过物镜中心并与主平面（或焦心并与主平面（或焦平面）垂直的直线称平面）垂直的直线称为主光轴。为主光轴。u像主点：像主点：主光轴与感主光轴与感光
6、片的交点称为像主光片的交点称为像主点。点。u航摄倾角：航摄倾角：主光轴与主光轴与主垂线的夹角主垂线的夹角afH像平面像平面投影中心投影中心地物地物 3.3.3.3.航空摄影的分类航空摄影的分类按照航摄倾角分类按照航摄倾角分类uu垂直航空摄影垂直航空摄影垂直航空摄影垂直航空摄影 uu倾斜航空摄影倾斜航空摄影倾斜航空摄影倾斜航空摄影:立体感强立体感强立体感强立体感强 3.3.航空摄影的分类航空摄影的分类按摄影实施方式分类按摄影实施方式分类uu单片摄影单片摄影uu航线摄影航线摄影 航向重叠：航向重叠：60-53%60-53%uu面积摄影面积摄影(多航线摄影多航线摄影)航向重叠：航向重叠：60-53%
7、60-53%旁向重叠：旁向重叠：30-15%30-15%3.3.航空摄影的分类航空摄影的分类按感光片和所用波段分类按感光片和所用波段分类普通黑白摄影：普通黑白摄影：0.38-0.76m0.38-0.76m黑白红外摄影：黑白红外摄影：0.38-1.3m0.38-1.3m天然彩色摄影：天然彩色摄影：0.38-0.76m0.38-0.76m彩色红外摄影：彩色红外摄影：0.38-1.3m0.38-1.3m多光谱摄影：多光谱摄影：通常蓝、绿、红及近红四通常蓝、绿、红及近红四 个波段个波段 3.3.航空摄影的分类航空摄影的分类按比例尺分类按比例尺分类大比例尺航空摄影：比例尺大于大比例尺航空摄影：比例尺大于
8、大比例尺航空摄影：比例尺大于大比例尺航空摄影：比例尺大于1 1 1 1l l l l0000 0000 0000 0000 中比例尺航空摄影：比例尺为中比例尺航空摄影：比例尺为中比例尺航空摄影：比例尺为中比例尺航空摄影：比例尺为1 1 1 1100001000010000100001 1 1 130000 30000 30000 30000 小比例尺航空摄影：比例尺为小比例尺航空摄影：比例尺为小比例尺航空摄影：比例尺为小比例尺航空摄影：比例尺为1 1 1 1300003000030000300001 1 1 1l0l0l0l00000 0000 0000 0000 超小比例尺航空摄影：比例尺为
9、超小比例尺航空摄影：比例尺为超小比例尺航空摄影：比例尺为超小比例尺航空摄影：比例尺为1 1 1 11000001000001000001000001 1 1 1250000250000250000250000 4.4.摄影像片的几何特征摄影像片的几何特征4.1 4.1 像片的投影像片的投影4.2 4.2 像片的比例尺像片的比例尺4.3 4.3 像点位移像点位移4.1 4.1 像片的投影像片的投影(1)(1)中心投影和垂直投影中心投影和垂直投影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：摄影光线航片是中心投影：摄影光线交于同一点交于同一点地图是正射投影：即摄影
10、光地图是正射投影：即摄影光线平行且垂直投影面。线平行且垂直投影面。4.1 4.1 像片的投影像片的投影()中心投影和垂直投影的区别中心投影和垂直投影的区别中心投影和垂直投影的区别中心投影和垂直投影的区别投影距离的影响投影距离的影响投影距离的影响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正射投影正射投影中心投影中心投影正射投影正射投影:总是水平的，总是水平的，不存在倾斜问题不存在倾斜问题中心投影，若投影面倾斜，中心投影，若投影面倾斜，航片各部分的比例尺不同航片各部
11、分的比例尺不同倾斜倾斜水平水平ABCabcHf4.1 4.1 像片的投影像片的投影()中心投影和垂直投影的区别中心投影和垂直投影的区别中心投影和垂直投影的区别中心投影和垂直投影的区别投影面倾斜的影响投影面倾斜的影响投影面倾斜的影响投影面倾斜的影响地形起伏对正射投影地形起伏对正射投影无影响无影响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ABCBACabcabcACCA4.1 4.1 像片的投影像片的投影()中心投影和垂直投影的区别中心投影和垂直投影的区别中心投影和垂直投影的区别中心投影和垂直投影的区别地形起伏的影响地形起伏的影响地形起伏的影响地形起伏的影
12、响(3)(3)中心投影的透视规律中心投影的透视规律u点点u直线直线u曲线曲线4.1 4.1 像片的投影像片的投影 航空像片上某一线段长度与地面相应线段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。长度之比，称为像片比例尺。（1 1）平均比例尺：平均比例尺：以各点的平均高程为起以各点的平均高程为起始面，并根据这个起始面计算出来的比例尺。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比例尺，它可以概略地代表该张航片的比例 尺。尺。4.2 4.2 航空像片比例尺航空像片比例尺 平
13、坦地区、摄影时像片处于水平状态平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（f f）与航与航高（高（H H）之比。之比。fH比例尺比例尺=f/H像平面像平面投影中心投影中心地物地物 fH0h1h2比例尺：比例尺：地地面面起起伏伏，使使得得一一张张像像片片不不同同像像点点的的比比例例尺尺变变化化。4.3 4.3 像点位移像点位移-地形起伏地形起伏SoORrA0Ahha0aH-hfHA地面点地面点像点像点4.3 4.3 像点位移像点位移u 位移量与地形高差成正比。位移量与地形高差成正比。当高差为正时，像点位移为正，是背离像主点方移动
14、；高差为负时，像点位移当高差为正时，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。为负，是朝向像主点方向移动。u 位移量与像点距离像主点的距离成正比。位移量与像点距离像主点的距离成正比。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。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。u 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。即摄影高度越大，因地表起伏的位移量越小。六、扫描方式的传感器六、扫描方式的传感器光机扫描成像光机扫描成像固体自扫描成像固体自扫描成
15、像高光谱成像光谱扫描高光谱成像光谱扫描 照相技术的弱点：照相技术的弱点：乳胶片感光技术本乳胶片感光技术本身存在着致命的弱点，它所传感的辐射波段仅身存在着致命的弱点，它所传感的辐射波段仅限于可见光及其附近；其次，照相一次成型，限于可见光及其附近；其次，照相一次成型，图象存储、图象存储、传输和处理都不方便。传输和处理都不方便。1.1.光光/机扫描成像机扫描成像 1.1 1.1 概念：概念：机械转动装置、光学镜头、探机械转动装置、光学镜头、探测元件、磁介质、胶片测元件、磁介质、胶片瞬时视场角：瞬时视场角：即扫描仪的空间分辨率。即扫描仪的空间分辨率。总视场角总视场角：从遥感平台到地面扫描带从遥感平台到
16、地面扫描带外侧所构成的夹角。外侧所构成的夹角。1.21.2工作原理工作原理：1.31.3几何特性几何特性uu中心投影中心投影uu行扫描行扫描uu每条扫描线均有一个投影中心每条扫描线均有一个投影中心 1.1.光光/机扫描成像机扫描成像 2.2.固体自扫描成像固体自扫描成像2.1 2.1 固体自扫描是用固定的探测元件，通过遥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感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。成像方式。2.2 2.2 与光机扫描的对比：与光机扫描的对比：(1)(1)相同点：相同点：(2)(2)不同点：不同点：对扫描行数据的记录方式。对扫描行数据的记录
17、方式。光机扫描：光机扫描：固体自扫描：固体自扫描：2.3 2.3 电荷藕合器件电荷藕合器件CCDCCD：是一种用电荷量表示是一种用电荷量表示信号大小的探测元件。信号大小的探测元件。2.4 2.4 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。探测元件数目越多，体积越小，分辨率就高。探测元件数目越多，体积越小，分辨率就高。电子藕合器件电子藕合器件CCDCCD逐步替代光学机械扫描系统。逐步替代光学机械扫描系统。2.2.固体自扫描成像固体自扫描成像3 3、高光谱成像光谱扫描、高光谱成像光谱扫描成像光谱仪成像光谱仪：既既能能成像又能获取目标光谱曲线成像又能获取目标光谱曲线的的“谱像合
18、一谱像合一”的技术，称为成像光谱技术。按的技术，称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。七、微波遥感及成像七、微波遥感及成像1.1.概述概述u微波的电磁波范围微波的电磁波范围u微波的划分微波的划分u微波遥感的概念及特点微波遥感的概念及特点 微波与地物相互作用，也存在散射、透射、发射微波与地物相互作用，也存在散射、透射、发射等物理过程，可以通过测量地物在不同频率、不同极等物理过程，可以通过测量地物在不同频率、不同极化条件下的后向散射特性、多普勒效应等，来反演地化条件下的后向散射特性、多普勒效应等，来反演地物的物理特性物的物理特性介电常数、湿度等，及
19、几何特性介电常数、湿度等，及几何特性地物大小、形状、结构、粗糙度等多种有用信息。地物大小、形状、结构、粗糙度等多种有用信息。2.2.主动微波遥感主动微波遥感雷达、微波高度计、微波散射计雷达、微波高度计、微波散射计2.1 2.1 雷达雷达(Radar(Radar，Radio Direction and Radio Direction and RandgeRandge）按工作方式可分为：按工作方式可分为：成像雷达：真实孔径雷达、合成孔径雷达成像雷达：真实孔径雷达、合成孔径雷达 非成像雷达非成像雷达2.1.2 2.1.2 根据根据“多普勒效应多普勒效应”测定运动物体测定运动物体u多多普普勒勒效效应应
20、：目目标标地地物物和和传传感感器器的的相相对对运运动动，所引起的电磁发射频率与回波频率的变化。所引起的电磁发射频率与回波频率的变化。u多多普普勒勒频频移移：一一个个频频率率为为r r的的电电磁磁辐辐射射源源和和被被测测物物体体之之间间的的距距离离变变化化时时，则则被被测测物物体体接接受受的的信号频率信号频率r r,其差其差 即为多普勒频移即为多普勒频移u：辐射源与观察者间的相对速度：辐射源与观察者间的相对速度：辐射源辐射源-观察者间的连线与运动观察者间的连线与运动方向的夹角方向的夹角2.2 2.2 侧视雷达侧视雷达 侧视雷达，其天线不是安装在遥感平侧视雷达，其天线不是安装在遥感平台的正下方，而
21、是与遥感平台的运动方向台的正下方，而是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，向形成角度，朝向一侧或两侧倾斜安装，向侧下方发射微波，接受回波信号。侧下方发射微波，接受回波信号。2.2.1 2.2.1 机载侧视雷达的工作原理机载侧视雷达的工作原理uu机载侧视雷达的工作原理示意图机载侧视雷达的工作原理示意图uu记录地物的回波强度。侧向发射范围宽，记录地物的回波强度。侧向发射范围宽，使不同的地形显示出更大的差别，增强雷使不同的地形显示出更大的差别，增强雷达图像的立体感。达图像的立体感。2.2.2 2.2.2 距离分辨力（垂直于飞行的方向）距离分辨力（垂直于飞行的方向）距离分辨率距离分辨
22、率是指沿距离方向可分辨的两点是指沿距离方向可分辨的两点间的最小距离。间的最小距离。脉冲宽度是决定距离分辨率大小的关键。脉冲宽度是决定距离分辨率大小的关键。目标在距离上的位置是由脉冲回波从目标至雷目标在距离上的位置是由脉冲回波从目标至雷达天线间传播的时间决定的，要区分两个目标达天线间传播的时间决定的，要区分两个目标则必须是目标反射的各部分能量能在不同时间则必须是目标反射的各部分能量能在不同时间内到达天线。内到达天线。距离分辨率取决于脉冲持续时间，即脉冲距离分辨率取决于脉冲持续时间，即脉冲宽度，其与波长是完全不同的概念。宽度，其与波长是完全不同的概念。距离分辨率距离分辨率=0.1s俯角：雷达波束与
23、飞行水平面间的夹角俯角：雷达波束与飞行水平面间的夹角uu近射程比远射程距离上的分辨能力差近射程比远射程距离上的分辨能力差uu脉冲持续时间越小，分辨能力越强脉冲持续时间越小，分辨能力越强2.2.3 2.2.3 方位分辨力方位分辨力n 方位分辨率方位分辨率指沿一条航向线可以分辨的两点指沿一条航向线可以分辨的两点间的最小距离。间的最小距离。n要区分两个目标，必须要求两个目标间的距离要区分两个目标，必须要求两个目标间的距离大于一个波束宽度，只有这样才能在图像上记大于一个波束宽度，只有这样才能在图像上记录为两个点。录为两个点。波瓣角2.2.3 2.2.3 方位分辨率方位分辨率uu方位分辨率与波瓣角方位分
24、辨率与波瓣角()()有关有关.=/D =/D波瓣的宽度与距离成正比，则波瓣的宽度与距离成正比，则方位分辨率方位分辨率 Pa=(/D)RPa=(/D)R发射波长发射波长越短、天线孔径越短、天线孔径D D越大、距目标越大、距目标地物距离地物距离R R越近、则方位分辨力越高。越近、则方位分辨力越高。uu近射程比远射程上的方位分辨能力强近射程比远射程上的方位分辨能力强2.2.3 2.2.3 方位分辨力方位分辨力uu真实孔径侧视雷达真实孔径侧视雷达(RAR-real aperture(RAR-real aperture radar)radar)以实际孔径天线进行工作的侧视雷达。以实际孔径天线进行工作的侧
25、视雷达。提高方位分辨力的途径提高方位分辨力的途径 Pa=(/D)RPa=(/D)R 发射波长发射波长、天线孔径、天线孔径D D、距目标地物距离、距目标地物距离R R2.3 2.3 合成孔径侧视雷达合成孔径侧视雷达 (SAR-synthetic aperture radar)(SAR-synthetic aperture radar)u遥感平台匀速前进遥感平台匀速前进,以一定时间间隔发以一定时间间隔发射脉冲信号射脉冲信号,天线在不同位置接收同一目天线在不同位置接收同一目标的回波信号标的回波信号,将之合成处理后得到真实将之合成处理后得到真实影像影像uu天线孔径为天线孔径为8m8m，波长为，波长为4
26、m4m，目标与平，目标与平台间的距离为台间的距离为400km400km时时 真实孔径侧视雷达的方位方向分真实孔径侧视雷达的方位方向分辨率为辨率为2km2km 合成孔径侧视雷达的方位方向分合成孔径侧视雷达的方位方向分辨率为辨率为4m4m3.3.雷达回波强度的影响因素雷达回波强度的影响因素 雷达回波强度可简单理解为雷达图像上各雷达回波强度可简单理解为雷达图像上各种地物的灰度值，雷达回波强度与后向散射系种地物的灰度值，雷达回波强度与后向散射系数直接相关，而后向散射系数受到雷达遥感系数直接相关，而后向散射系数受到雷达遥感系统参数和地表特性的影响。统参数和地表特性的影响。3.1.1 3.1.1 波长或频
27、率波长或频率 雷达遥感波长的长短，决定了表面粗糙度雷达遥感波长的长短，决定了表面粗糙度的大小和入射波穿透深度的能力。的大小和入射波穿透深度的能力。当波长为当波长为1cm1cm时，大多数表面都被认为是粗时，大多数表面都被认为是粗糙面，穿透能力可以忽略不计；而波长接近糙面，穿透能力可以忽略不计；而波长接近1m1m时，则很少有显得粗糙的，对潮湿土壤的穿透时，则很少有显得粗糙的，对潮湿土壤的穿透能力为能力为0.3m0.3m，而对干燥土壤则为，而对干燥土壤则为1m1m或或1m1m以上。以上。3.1 3.1 雷达遥感系统参数雷达遥感系统参数3.1.2 3.1.2 俯角和照射带宽度俯角和照射带宽度 俯角是雷
28、达波束与飞行平面间的夹角。其俯角是雷达波束与飞行平面间的夹角。其与后向散射强度密切相关，与后向散射强度密切相关，俯角大，雷达回波俯角大，雷达回波强。强。雷达波束在其距离方向上对应于一定的俯雷达波束在其距离方向上对应于一定的俯角范围，在这一范围内，雷达波束照射的地面角范围，在这一范围内，雷达波束照射的地面宽度为照射带宽度。宽度为照射带宽度。图像的近距点对应波束的图像的近距点对应波束的俯角大，回波强；远距点对应于波束的俯角小，俯角大，回波强；远距点对应于波束的俯角小，回波强度小。回波强度小。3.1.3 3.1.3 极化方式极化方式 雷达波束具有偏振性（又称极化）。电磁波与雷达波束具有偏振性（又称极
29、化）。电磁波与目标相互作用时，会使雷达的偏振产生不同方向的目标相互作用时，会使雷达的偏振产生不同方向的旋转，产生水平、垂直两个分量。旋转，产生水平、垂直两个分量。若雷达波的偏振方向垂直于入射面称为水平极若雷达波的偏振方向垂直于入射面称为水平极化，用化，用H H表示；若雷达波的偏振方向平行于入射面表示；若雷达波的偏振方向平行于入射面称为垂直极化，用称为垂直极化，用V V表示。表示。雷达遥感系统可以用不同的极化天线发射和接雷达遥感系统可以用不同的极化天线发射和接受电磁波。常用四种方式：受电磁波。常用四种方式：同向极化：同向极化：HHHH，VV VV 交叉极化（正交极化）：交叉极化（正交极化）：HV
30、HV，VHVH3.2.1 3.2.1 复介电常数复介电常数 物体的复介电常数反映物体本身的电学性物体的复介电常数反映物体本身的电学性质，它是由物质组成及温度决定的。质，它是由物质组成及温度决定的。复介电常数直接影响了物体对电磁能量的复介电常数直接影响了物体对电磁能量的反射，其值越大，雷达回波强度越大。比如金反射，其值越大，雷达回波强度越大。比如金属或含水量高的物体复介电常数大，回波强度属或含水量高的物体复介电常数大，回波强度大；而干木头则反之。大；而干木头则反之。3.2 3.2 地表特性地表特性3.2.2 3.2.2 地形坡度地形坡度地形坡度影响雷达波束的入射角，从而影响回地形坡度影响雷达波束
31、的入射角，从而影响回波强度波强度 地形坡度产生阴影效果，增强图像的立体感。地形坡度产生阴影效果，增强图像的立体感。3.2.3 3.2.3 表面粗糙度表面粗糙度 物体粗糙度远小于入射电磁波波长，表面光滑物体粗糙度远小于入射电磁波波长，表面光滑 物体粗糙度远大于入射电磁波波长，表面粗糙物体粗糙度远大于入射电磁波波长，表面粗糙 2 遥感数据的特征遥感数据的特征 本节主要内容：本节主要内容：一、一、遥感图像的空间分辨率遥感图像的空间分辨率 二、遥感图像的波谱分辨率二、遥感图像的波谱分辨率 三、遥感图像的辐射分辨率三、遥感图像的辐射分辨率 四、遥感图像的时间分辨率四、遥感图像的时间分辨率一、遥感图像的空
32、间分辨率一、遥感图像的空间分辨率 空间分辨率又称地面分辨率，空间分辨率又称地面分辨率，前者针对传感器或图像而言，指图像上能够详前者针对传感器或图像而言，指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，或指遥细区分的最小单元的尺寸或大小，或指遥感器区分两个目标的最小角度或线性距离感器区分两个目标的最小角度或线性距离的度量；的度量；后者针对地面而言，指可以识别的最小地面距后者针对地面而言，指可以识别的最小地面距离或最小目标物的大小。离或最小目标物的大小。空间分辨率三种表示法空间分辨率三种表示法（1 1）像元（）像元（pixelpixel）指单个像元所对应的地面面积的大指单个像元所对应的地面面积的大小，
33、单位为米或公里。小，单位为米或公里。QuickBirdQuickBird：0.61m0.61m0.61m0.61m LandsatLandsat/TM/TM：28.5m28.5m28.5m28.5m NOAA/AVHRR NOAA/AVHRR：1100m1100m1100m1100m 空间分辨率三种表示法空间分辨率三种表示法（2 2）线对数（）线对数（line pairsline pairs）对于摄影系统而言，影像最小单元常通过对于摄影系统而言，影像最小单元常通过1mm1mm间隔内包含的线对数确定，单位为线对间隔内包含的线对数确定，单位为线对/mm/mm。（3 3）瞬时视场）瞬时视场(Inta
34、ntaneousIntantaneous Field Of View Field Of ViewIFOV)IFOV)指传感器内单个探测元件的受光角度或观测视指传感器内单个探测元件的受光角度或观测视野，单位为毫弧度野，单位为毫弧度(mradmrad)。IFOVIFOV越小，空间分越小，空间分辨率越大。辨率越大。空间分辨率三种表示法空间分辨率三种表示法一般来说，遥感系统的空间分辨率越高，其识一般来说，遥感系统的空间分辨率越高，其识别物体的能力越强。但实际上地物在图像上别物体的能力越强。但实际上地物在图像上的分辨程度，不完全依靠空间分辨率的具体的分辨程度，不完全依靠空间分辨率的具体值，还与它的形状、
35、大小、以及与它周围物值，还与它的形状、大小、以及与它周围物体的亮度、结构的相对差异有关。体的亮度、结构的相对差异有关。二、图象的光谱分辨率二、图象的光谱分辨率 波谱分辨率是指传感器在所选用的波段波谱分辨率是指传感器在所选用的波段数量的多少、各波段的波长位置，波长间隔的数量的多少、各波段的波长位置，波长间隔的大小。即选择的通道数、每个通道的中心波大小。即选择的通道数、每个通道的中心波长、带宽，这三个因素共同决定光谱分辨率。长、带宽，这三个因素共同决定光谱分辨率。地物目标的识别，其依据是探测目标和特地物目标的识别，其依据是探测目标和特征的亮度差异，其征的亮度差异，其前提条件前提条件有两个：一是地物
36、有两个：一是地物本身必须有充足的对比度；二是传感器必须有本身必须有充足的对比度；二是传感器必须有能力记录下这个对比度。能力记录下这个对比度。辐射分辨率辐射分辨率是指传感器对光谱信号强弱的是指传感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。即探测器的灵敏度敏感程度、区分能力。即探测器的灵敏度-遥感遥感器感测元件在接受光谱信号时能分辨的最小辐器感测元件在接受光谱信号时能分辨的最小辐射度差，或指对两个不同辐射源的辐射量的分射度差，或指对两个不同辐射源的辐射量的分辨能力。辨能力。三、辐射分辨率三、辐射分辨率 辐射分辨率一般用灰度的分级数来表示辐射分辨率一般用灰度的分级数来表示，即最暗即最暗最亮灰度值间分级的
37、数目最亮灰度值间分级的数目量化级量化级数。数。TMTM比比MSSMSS的辐射分辨率提高，图像的可检测的辐射分辨率提高，图像的可检测能力增强。能力增强。一般瞬时视场一般瞬时视场IFOVIFOV越大，空间分辨率越低；越大，空间分辨率越低；但是，但是，IF0VIF0V越大，辐射分辨率高。越大，辐射分辨率高。可见可见高空间分辨率与高辐射分辨率难以两高空间分辨率与高辐射分辨率难以两全，它们之间必须有个折衷全，它们之间必须有个折衷。四、图象的时间分辨率四、图象的时间分辨率1.1.时间分辨率指对同一地点进行采样的时间时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。间隔，即采样的时间
38、频率，也称重访周期。2.2.时间分辨率由飞行器的轨道高度、轨道时间分辨率由飞行器的轨道高度、轨道倾角、运行周期、轨道间隔、偏移系数等倾角、运行周期、轨道间隔、偏移系数等参数所决定。参数所决定。3.3.多时相遥感情息可以提供目标变量的动多时相遥感情息可以提供目标变量的动态变化信息，用于资源、环境、灾害的监态变化信息，用于资源、环境、灾害的监测、预报，并为更新数据库提供保证，还可测、预报，并为更新数据库提供保证，还可以根据地物目标不同时期的不同特征，提高以根据地物目标不同时期的不同特征，提高目标识别能力和精度。目标识别能力和精度。3 航空遥感数据航空遥感数据 本节主要内容：本节主要内容：一、一、黑
39、白全色片与黑白红外片黑白全色片与黑白红外片 二、二、天然彩色片与彩色红外片天然彩色片与彩色红外片 三、热红外扫描图像三、热红外扫描图像 四、多波段遥感图像四、多波段遥感图像 一黑白全色片与黑白红外片一黑白全色片与黑白红外片uu黑白全色片黑白全色片：对整个可见光波段的各感：对整个可见光波段的各感光乳胶层具有均匀的响应光乳胶层具有均匀的响应uu黑白红外片：黑白红外片：仅对近红外波段的感光乳仅对近红外波段的感光乳胶层有响应。胶层有响应。二二.天然彩色片与彩色红外片天然彩色片与彩色红外片uu天然彩色片：感光膜由三层乳胶层组成。天然彩色片：感光膜由三层乳胶层组成。片基以上依次为感红层、感绿层、感蓝层。片
40、基以上依次为感红层、感绿层、感蓝层。uu彩色红外片：彩红外胶片的三层感光乳胶彩色红外片：彩红外胶片的三层感光乳胶层中，片基以上依次为感红层感绿层，层中，片基以上依次为感红层感绿层，感红外层。感红外层。彩红外片成像原理彩红外片成像原理 所谓人造地球卫星轨道就是人造地球卫星绕地球所谓人造地球卫星轨道就是人造地球卫星绕地球运行的轨道。这是一条封闭的曲线。这条封闭曲线形运行的轨道。这是一条封闭的曲线。这条封闭曲线形成的平面叫人造地球卫星的轨道平面，轨道平面总是成的平面叫人造地球卫星的轨道平面，轨道平面总是通过地心的。通过地心的。4 人造地球卫星概述人造地球卫星概述轨道分类：轨道分类：按离地面的高度：按
41、离地面的高度：低轨道、中轨道和高轨道低轨道、中轨道和高轨道按形状：按形状：圆轨道和椭圆轨道圆轨道和椭圆轨道按飞行方向分：按飞行方向分：顺行轨道（与地球自转方向相同）顺行轨道（与地球自转方向相同）逆行轨道（与地球自转方向相反）逆行轨道（与地球自转方向相反）赤道轨道（在赤道上空绕地球飞行）赤道轨道（在赤道上空绕地球飞行）极轨道（经过地球南北极上空）极轨道（经过地球南北极上空）描述轨道的空间形状、位置和某一时刻描述轨道的空间形状、位置和某一时刻卫星在轨道中的位置的参数：卫星在轨道中的位置的参数：uu轨道长半径轨道长半径auu卫星轨道偏心率卫星轨道偏心率euu轨道面倾角轨道面倾角iuu运行周期运行周期
42、T人造地球卫星几种特殊轨道人造地球卫星几种特殊轨道(1)(1)地球同步轨道。地球同步轨道。卫星在顺行轨道上绕地球运行时，卫星在顺行轨道上绕地球运行时，其运行周期（绕地球一圈的时间）与地球的自转周其运行周期（绕地球一圈的时间）与地球的自转周期相同。这种卫星轨道叫地球同步轨道。期相同。这种卫星轨道叫地球同步轨道。人造地球卫星几种特殊轨道人造地球卫星几种特殊轨道(1)(1)地球同步轨道。地球同步轨道。卫星在顺行轨道上绕地球运行时，卫星在顺行轨道上绕地球运行时，其运行周期（绕地球一圈的时间）与地球的自转周其运行周期（绕地球一圈的时间）与地球的自转周期相同。这种卫星轨道叫地球同步轨道。期相同。这种卫星轨
43、道叫地球同步轨道。(2)(2)地球静止卫星轨道。地球静止卫星轨道。如果地球同步轨道卫星正好如果地球同步轨道卫星正好在地球赤道上空离地面在地球赤道上空离地面3578635786千米的轨道上绕地球运千米的轨道上绕地球运行，由于它绕地球运行的角速度与地球自转的角速行，由于它绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同，从地面上看去它好像是静止的，这种卫星度相同，从地面上看去它好像是静止的，这种卫星轨道叫地球静止卫星轨道。地球静止卫星轨道是地轨道叫地球静止卫星轨道。地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例，它只有一条。球同步轨道的特例，它只有一条。(3)(3)太阳同步卫星。太阳同步卫星。卫星总是在相同的当地时
44、间从相同的方向经过卫星总是在相同的当地时间从相同的方向经过同一纬度。同一纬度。这类卫星的特点是：只要设计好轨道、发射时这类卫星的特点是：只要设计好轨道、发射时间，就可以使某一地区在卫星经过时总处于阳光照间，就可以使某一地区在卫星经过时总处于阳光照射下，太阳能电池不会中断工作，可以拍摄下最好射下，太阳能电池不会中断工作，可以拍摄下最好的图像，资源卫星、照相卫星、气象卫星多属此类。的图像，资源卫星、照相卫星、气象卫星多属此类。5 地球资源卫星数据地球资源卫星数据 一、一、LandsatLandsat数据数据 二、二、SPOTSPOT数据数据 三、三、IKONOSIKONOS数据数据 四、四、QUI
45、CKBIRDQUICKBIRD数据数据 五、五、CBERSCBERS数据数据 六、六、JERSJERS数据数据 七、七、IRSIRS数据数据一、一、Landsat数据数据陆地卫星陆地卫星LandsatLandsat，19721972年发射第一颗，已年发射第一颗，已连续连续3 36 6年为人类提供陆年为人类提供陆地卫星图像，共发射了地卫星图像，共发射了7 7颗，产品主要有颗，产品主要有MSS,TM,ETMMSS,TM,ETM，属于中高属于中高度、长寿命的卫星。度、长寿命的卫星。一、一、Landsat数据数据陆地卫星的运行特点：陆地卫星的运行特点：（1 1）近极地、近圆形的轨）近极地、近圆形的轨道
46、；道；（2 2）轨道高度为）轨道高度为700700900 900 kmkm；（3 3）运行周期为）运行周期为9999103 103 min/min/圈；圈；（4 4）太阳同步卫星）太阳同步卫星 Landsat轨道参数轨道参数Launched byDate of launchDate of terminationAltitudeSensorRecurrent periodLANDSAT-1NASA1972.7.231978.1.6 918kmRBV/MSS18 daysLANDSAT-2NASA1975.1.221982.2.25918kmRBV/MSS18 daysLANDSAT-3NASA1
47、978.3.5 1983.3.31918kmRBV/MSS18 daysLANDSAT-4NASA1982.7.162001.6.15705kmMSS/TM16 daysLANDSAT-5NASA1984.3.1 Operating*1705kmMSS/TM16 daysLANDSAT-6NASA1993.10.51993.10.5-ETM16 daysLANDSAT-7NASA1999.4.15Operating*2705kmETM+16 days2005.11.282003MSS数据数据 mss影像数据的记录影像数据的记录 多光谱扫描仪探测器上获取的目标地物多光谱扫描仪探测器上获取的目标地
48、物模拟信号经过模数转换，以数字形式记模拟信号经过模数转换，以数字形式记录下不同波段的特征值，这些特征值经过录下不同波段的特征值，这些特征值经过采样与归一化处理，以采样与归一化处理，以6464级辐射亮度来描级辐射亮度来描述不同地物的光谱特性。述不同地物的光谱特性。MSS数据数据波段序号波段序号波段序号波段序号波长波长波长波长波段名称波段名称波段名称波段名称地面分辨率地面分辨率地面分辨率地面分辨率4 40.50.60.50.6绿色绿色绿色绿色79m79m5 50.60.70.60.7红色红色红色红色79m79m6 60.70.80.70.8近红外近红外近红外近红外79m79m7 70.81.10.
49、81.1近红外近红外近红外近红外79m79mLandsatLandsat1 1，2 2，3 3的的mssmss波段波段第八波段仅在第八波段仅在LandsatLandsat3 3上安装上安装8 810.412.610.412.6热红外热红外热红外热红外240m240m MSS数据数据波段序号波段序号波段序号波段序号波长波长波长波长波段名称波段名称波段名称波段名称地面分辨地面分辨地面分辨地面分辨率率率率1 10.50.60.50.6绿色绿色绿色绿色82m82m2 20.60.70.60.7红色红色红色红色82m82m3 30.70.80.70.8近红外近红外近红外近红外82m82m4 40.81.
50、10.81.1近红外近红外近红外近红外82m82mLandsatLandsat4 4，5 5的的mssmss波段波段TM数据数据(Landsat-4,5)专题制图仪探测器上获取的目标地物模拟专题制图仪探测器上获取的目标地物模拟信号经过模数转换，以数字形式记录下不同信号经过模数转换，以数字形式记录下不同波段的特征值，这些特征值经过采样与归一化波段的特征值，这些特征值经过采样与归一化处理，以处理，以256256级辐射亮度来描述不同地物的光级辐射亮度来描述不同地物的光谱特性。谱特性。TM TM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仪，是在机械扫描仪，是在MSSMSS基础上改进和发展