1、第二章 影像獲取2.1 航空影像獲取2.2 遙感影像2.1 航空影像獲取一、攝影原理小孔成像原理攝影物鏡攝影物鏡鏡箱鏡箱暗箱暗箱攝影成果：負(fù)片與正片二、航空攝影機(jī) 航空攝影機(jī)還有座架及各種控制系統(tǒng)設(shè)備、壓平裝置、有的還包括像移補(bǔ)償器等1.攝影物鏡主光軸主光軸：組成物鏡的各個(gè)透鏡的光學(xué)中心位于同一條直線 上，稱其為物鏡的主光軸。 主平面主平面：其中Q、Q為主平面，可用在作圖時(shí)用它來代替物 鏡實(shí)體； 攝影物鏡起成像和聚光的作用，由多個(gè)透鏡組合而成，借以消除或減小像差。物方空間和像方空間：物方主點(diǎn)和像方主點(diǎn)：主光軸與主平面的交點(diǎn)稱 為主點(diǎn)。物方焦點(diǎn)和像方焦點(diǎn)：平行于光軸的投影光線經(jīng)物 鏡折射后與光軸

2、的交點(diǎn)，物方焦距和像方焦距：主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離稱為焦距物方節(jié)點(diǎn)（前方節(jié)點(diǎn)）與像方節(jié)點(diǎn)（后方節(jié)點(diǎn)） 在相同的介質(zhì)中，通過節(jié)點(diǎn)的共軛光線，正好通過物鏡主點(diǎn)，稱這個(gè)投射光線為某一物點(diǎn)的主光線。兩節(jié)點(diǎn)的距離很小，通常把它們看作一個(gè)點(diǎn)。3.物鏡的光圈與光圈號(hào)數(shù) 為什么要設(shè)置光圈？ 光圈的作用：調(diào)節(jié)物鏡使用面積的大?。?控制和調(diào)節(jié)進(jìn)入物鏡的光量。FdD1112.2.物鏡的成像公式 2FXx有效孔徑：控制光束柱面積的真實(shí)光圈孔徑用d表示 。相對(duì)孔徑：有效孔徑與物鏡焦距f之比 ，即d/f 。構(gòu)像的亮度與相對(duì)孔徑的平方成正比。光圈號(hào)數(shù)：光圈號(hào)數(shù)：相對(duì)孔徑的倒數(shù)，K=/ 焦面上影像的亮度與光圈號(hào)數(shù)的平方成反比。曝光

3、量H=Et212221KKEE22121KKtt4.景深與無窮遠(yuǎn)起點(diǎn) 景深是指攝影對(duì)光調(diào)焦于D時(shí)遠(yuǎn)景點(diǎn)M與近景點(diǎn)N之間的縱深間距。 當(dāng)物鏡對(duì)光于無窮遠(yuǎn)，像面位于焦面處，這時(shí)在焦面上能構(gòu)成清晰影像的最近物距稱無窮遠(yuǎn)起點(diǎn)。 242)(2KDFFDKFDl景深與焦距成反比:焦距長(zhǎng)，景深小，焦距短，景深大；l景深與物距成正比；景物遠(yuǎn)，景深大，景物近，景深?。籰與光圈號(hào)數(shù)正比；光圈號(hào)數(shù)大景深大；光圈號(hào)數(shù)小景深小。景深小景深大5.攝影機(jī)快門 快門從打開到關(guān)閉所經(jīng)歷的時(shí)間稱為曝光時(shí)間，或稱快門速度。 快門中心快門：快門打開后，感光材料滿幅同時(shí)曝光焦面快門：感光材料各部分的曝光量相同B門、T門視場(chǎng)：光線通過物

4、鏡后，焦面上照度不均勻的光亮圓像場(chǎng)：物鏡焦面上中央成像清晰的范圍。視場(chǎng)角：物鏡后節(jié)點(diǎn)向視場(chǎng)邊緣射出的光線所張開的 角度像場(chǎng)角：物鏡后節(jié)點(diǎn)向像場(chǎng)邊緣射出的光線所張開的 角度6.視場(chǎng)、像場(chǎng)、視場(chǎng)角、像場(chǎng)角 fltg22航攝儀主距、像幅及像場(chǎng)角三者之間的關(guān)系為：像場(chǎng)角影響到像幅的大小和所攝地區(qū)的面積。航攝儀的分類2攝影機(jī)分類焦距（mm）像場(chǎng)角短焦距攝影機(jī)100度（特寬）中焦距攝影機(jī)150-30070-100（寬角）長(zhǎng)焦距攝影機(jī)300=70（常角）三、攝影機(jī)的種類量測(cè)攝影機(jī)的特征如下： 1）像距是一個(gè)固定值2）量測(cè)用攝影機(jī)承片框上具有框標(biāo)量測(cè)用攝影機(jī)和非量測(cè)攝影機(jī)1. 量測(cè)用攝影機(jī)框標(biāo)（fiducia

5、l mark)a.類型l 邊框標(biāo)：位于像幅四邊中心l 角框標(biāo)：位于像幅四角框標(biāo)在航片上的位置具有邊框標(biāo)的航片具有邊、角框標(biāo)的航片航片上框標(biāo)的形狀b.框標(biāo)的形狀機(jī)械框標(biāo)（或邊框標(biāo)）xyo光學(xué)框標(biāo)（或角框標(biāo)）xyoc.框標(biāo)的作用l 建立框標(biāo)坐標(biāo)系l 用于改正底片變形l 用于確定掃描坐標(biāo)系與像平面坐標(biāo)系的關(guān)系x建立框標(biāo)坐標(biāo)系y攝影機(jī)軸攝影機(jī)軸：從航空攝影機(jī)物鏡的后節(jié)點(diǎn)作像片平面的垂線稱為攝影機(jī)軸 。像主點(diǎn)像主點(diǎn)：攝影機(jī)軸與像平面的交點(diǎn)。攝影機(jī)主距（像片主距）攝影機(jī)主距（像片主距）：攝影機(jī)物鏡后節(jié)點(diǎn)到像主點(diǎn)的垂距，基本上等于物鏡焦距。一般用f表示。 3).量測(cè)用攝影機(jī)的內(nèi)方位元素是已知的sfxyabx

6、yo內(nèi)方位元素的作用：它能唯一確定物鏡后節(jié)點(diǎn)在框標(biāo)坐標(biāo)系中的唯一位置。當(dāng)像片內(nèi)方位元素已知后，就可確定攝影物鏡的位置，同時(shí)可確定攝影時(shí)的光束。 攝影機(jī)的內(nèi)方位元素（像片的內(nèi)方位元素）：描述攝影中心與像片之間位置關(guān)系的參數(shù)。包括像片主距f和像主點(diǎn)在框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo) （x0、y0）。sfxyab 與量測(cè)攝影機(jī)相比，非量測(cè)攝影機(jī)沒有框標(biāo)標(biāo)志，物鏡畸變差較大。2. 非量測(cè)攝影機(jī) 遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一門綜合性探測(cè)技術(shù)。 遙感技術(shù)與現(xiàn)代物理學(xué)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)和地理學(xué)密切相關(guān)。 遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，成為地球環(huán)境資源的調(diào)查和規(guī)劃不可缺少的有效手段。2.2 遙感影像一、

7、遙感基本概念廣義：泛指一切無接觸的遠(yuǎn)距離探測(cè)，包括對(duì)電磁場(chǎng)、力場(chǎng)、機(jī)械波（聲波、地震波）等的探測(cè)。遙感定義：通過某種傳感器裝置，在不與被研究對(duì)象直接接觸的情況下，獲取其特征信息（一般是電磁波），并對(duì)信息進(jìn)行提取、加工、表達(dá)和應(yīng)用的一門科學(xué)與技術(shù)。接收預(yù)處理用戶應(yīng)用處理分析結(jié)果、圖表輸出遙感數(shù)據(jù)獲取原理二、遙感技術(shù)系統(tǒng)的組成1.空間信息獲取系統(tǒng) 遙感平臺(tái)、遙感器等2.地面接收和預(yù)處理系統(tǒng)l 地面數(shù)據(jù)接收和記錄系統(tǒng)l 圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3.信息分析應(yīng)用系統(tǒng)遙感平臺(tái)遙感平臺(tái)是裝載傳感器的運(yùn)載工具,按高度分為：l 近地平臺(tái)：為航空和航天遙感作校準(zhǔn)和輔助工作。l 航空平臺(tái)：80 km以下的平臺(tái)，包括飛機(jī)和

8、氣球。 l 航天平臺(tái)：80 km以上的平臺(tái)，包括高空探測(cè)火 箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)。高空： 10000-20000米中空：5000-10000米低空： 5000米定義:傳感器是收集、探測(cè)、記錄地物電磁波 輻射信息的工具。 它的性能決定遙感的能力，即傳感器對(duì)電 磁波段的響應(yīng)能力、傳感器的空間分辨率 及圖像的幾何特征、傳感器獲取地物信息 量的大小和可靠程度。傳感器傳感器的組成收集器：收集來自地物目標(biāo)輻射的電磁波能 量。如透鏡組、天線。探測(cè)器：將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能或電 能。如感光膠片、光電管等。處理器：將探測(cè)后的化學(xué)能或電能等信號(hào)進(jìn) 行處理。輸出： 將獲取的數(shù)據(jù)輸出。三、遙感的分

9、類1.根據(jù)遙感平臺(tái)l 地面遙感：平臺(tái)與地面接觸，對(duì)地面、地下或水l 下所進(jìn)行的遙感和測(cè)試。 平臺(tái)為汽車、三角架、船艦等l 航空遙感：從空中對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行的遙感 平臺(tái)為飛機(jī)或氣球l 航天遙感：從外層空間對(duì)地球目標(biāo)物所進(jìn)行的遙感。 以衛(wèi)星、火箭和航天飛機(jī)為平臺(tái) 2.根據(jù)電磁波譜的分類l 可見光遙感l(wèi) 紅外遙感l(wèi) 微波遙感l(wèi) 多光譜遙感l(wèi) 紫外遙感：處于探索階段 3.根據(jù)電磁輻射來源的分類l 被動(dòng)遙感：不利用人工輻射源，而是直接接收與記錄目標(biāo)物反射的太陽(yáng)輻射或者目標(biāo)物本身發(fā)射的熱輻射和微波l 主動(dòng)遙感：利用人工輻射源從平臺(tái)上先向目上標(biāo)發(fā)射電磁輻射，然后接收和記錄目標(biāo)物反射或散射回來的電磁波4.根據(jù)資

10、料的顯示形式l圖像方式遙感：把目標(biāo)物發(fā)射或反射的電磁波能量分布以圖像色調(diào)來表示l非圖像方式遙感：記錄目標(biāo)物發(fā)射或反射的電磁輻射的各種物理參數(shù)，最后資料為數(shù)據(jù)或曲線圖宏觀性、綜合性 覆蓋范圍大、信息豐富。一景TM影像為185185平方公里；影像包含各種地表景觀信息，有可見的，也有潛在的。四、遙感技術(shù)特點(diǎn)多波段性 波段的延長(zhǎng)使對(duì)地球的觀測(cè)走向了全天候。 Space Imaging Space Imaging多波段圖像Here is an example of three bands, green, red and near infra-red displayed separately as gra

11、yscale多波段圖像多時(shí)相性 重復(fù)探測(cè)，有利于進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。五、常用的遙感數(shù)據(jù)1.陸地資源衛(wèi)星數(shù)據(jù) 以探測(cè)陸地資源為目的的衛(wèi)星叫陸地資源衛(wèi)星。2.海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù) 海洋衛(wèi)星主要用于海洋溫度場(chǎng)，海流的位置、界線、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水團(tuán)的溫度、鹽度、顏色、葉綠素含量，海冰的類型、密集度、數(shù)量、范圍以及水下信息、海洋環(huán)境、海洋凈化等方面的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。3.氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù) 氣象衛(wèi)星是廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域的一種衛(wèi)星，是太空中的自動(dòng)化高級(jí)氣象站。它能連續(xù)、快速、大面積地探測(cè)全球大氣變化情況。（1）美國(guó)陸地衛(wèi)星(Landsat)；（2）法國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星(SPOT)；（3）美國(guó)的IKON

12、OS衛(wèi)星；（4）美國(guó)的Quickbird衛(wèi)星（5）歐空局地球資源衛(wèi)星(ERS)；（6）加拿大Radarsat衛(wèi)星；（7）中-巴地球資源衛(wèi)星（CBERS）；（8）印度遙感衛(wèi)星(IRS)； Landsat衛(wèi)星原名地球資源技術(shù)衛(wèi)星ERTS，是美國(guó)國(guó)家航空和航天局（NASA）發(fā)射的用來獲取地球表面圖像的一種遙感平臺(tái)，以觀察陸地環(huán)境和資源為主。 1) Landsat數(shù)據(jù) Landsat衛(wèi)星系列RBV:反束光導(dǎo)攝像機(jī)； MSS：多光譜掃描儀TM：專題制圖儀；EYM+：增強(qiáng)專題制圖儀Landsat-5成像裝置參數(shù)傳感器名稱視場(chǎng)（km2)圖像類型波段（um）地面分辨率TM185*170多光譜影像0.45-0.

13、5230米0.52-0.6030米0.63-0.6930米0.76-0.9030米1.55-1.7530米10.40-12.5120米2.08-2.3530米MSS185*170多光譜影像0.5-0.680米0.6-0.70.7-0.80.9-1.1 Landsat衛(wèi)星部分軌道參數(shù)像片產(chǎn)品： 用戶可以獲取MSS、TM和ETM+的像片資料。 MSS和TM的數(shù)據(jù)是以景為單元構(gòu)成的，每景約相當(dāng)于地面上185km*185km的面積（landsat-7為185km*170km。）膠片產(chǎn)品: 膠片有透明膠片（負(fù)片和正片兩種）及像片紙（正片）兩種。膠片尺寸有70mm*70mm及240mm*240mm兩種。數(shù)

14、字盤和數(shù)字磁帶: 數(shù)字盤是以1.44兆軟盤為介質(zhì)的Landsat單波段數(shù)據(jù)。Landsat系列衛(wèi)星的數(shù)據(jù)產(chǎn)品 2) SPOT數(shù)據(jù) 1978年起，以法國(guó)為主，聯(lián)合比利時(shí)、瑞典等歐共體某些國(guó)家，設(shè)計(jì)、研制了一顆名為“地球觀測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”(SPOT)的衛(wèi)星，也叫“地球觀測(cè)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”。到目前為止，已經(jīng)發(fā)射了5顆衛(wèi)星。 SPOT衛(wèi)星部分軌道參數(shù)標(biāo)稱軌道高度832 km軌道傾角98.7運(yùn)行一圈的周期101.46 min日繞總?cè)?shù)14.19圈重復(fù)周期26 d SPOT衛(wèi)星系列HRV:高分辨率可見光成像裝置HRVIR：高分辨率可見光及紅外成像裝置VI:“植被”成像裝置HRS:高分辨率立體成像裝置 SPOT圖像數(shù)

15、據(jù)處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為四級(jí)五等即1A，1B，2，3，4.其中1A處理精度最低，4級(jí)處理精度最高。無論哪一級(jí)產(chǎn)品，都有膠片和CCT磁帶兩類產(chǎn)品，影像基本比例尺為1：40萬。SPOT-5空間分辨率3) IKONOS數(shù)據(jù) 美國(guó)空間成像公司(Space-Imaging) 于1999年9月24日率先將IKONOS-2高分辨率(全色1m，多光譜4m)衛(wèi)星發(fā)射升空，這是世界上第一顆商用1m分辨率的遙感衛(wèi)星。IKONOS基本參數(shù)IKONOS產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo) IKONOS衛(wèi)星影像掃描面積有11km11km，130km56km，37km100km, 11km100km, 11km1000km等規(guī)格。 影像廣泛用于精度相對(duì)

16、較高的城市內(nèi)部的綠化、交通、地籍等的現(xiàn)狀調(diào)查、規(guī)劃、測(cè)繪地圖等。2008年8月18日拍攝的IKONOS衛(wèi)星影像 美國(guó)DigitalGlobe公司的高分辨率商業(yè)衛(wèi)星，于2001年10月18日在美國(guó)發(fā)射成功。 QuickBird影像分辨率非常高，全色分辨率為0.61m，單景范圍為 16.5 公里16.5 公里。4) QuickBird數(shù)據(jù)Quickbird成像參數(shù)5) GeoEye 數(shù)據(jù) 2006年1月，ORBIMAGE公司成功收購(gòu)Space Imaging，創(chuàng)辦了GeoEye，使GeoEye一舉成為世界上最大的商業(yè)遙感衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)公司。 2008年9月6日，美國(guó)GeoEye公司、NGA(國(guó)家地理空間情報(bào)局)和Google聯(lián)合投資研制的GeoEye-1衛(wèi)星在美國(guó)加州范登堡空軍基地升空于，成為全球分辨率最高的商業(yè)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星。GeoEye-1 技術(shù)參數(shù)GeoEye-1影像參數(shù)2008年10月7日GeoEye-1拍攝的首張照片：位于美國(guó)賓夕法尼亞州的庫(kù)茨敦大學(xué)鳥瞰圖6）CEBRS數(shù)據(jù)CBERS計(jì)劃是中國(guó)和巴西為研制遙感衛(wèi)星合作