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鏡箱暗箱攝影成果：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：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：其中Q、Q為主平面，可用在作圖時(shí)用它來(lái)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)〔前方節(jié)點(diǎn)〕F‘F‘AA’KK‘在相同的介質(zhì)中，通過(guò)節(jié)點(diǎn)的共軛光線，正好通過(guò)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。2.物鏡的成像公式AABB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)：相對(duì)孔徑的倒數(shù)，K=ｆ/ｄ焦面上影像的亮度與光圈號(hào)數(shù)的平方成反比。曝光量H=Et4.景深與無(wú)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(wú)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(wú)窮遠(yuǎn)起點(diǎn)。景深與焦距成反比:焦距長(zhǎng)，景深小，焦距短，景深大；景深與物距成正比；景物遠(yuǎn)，景深大，景物近，景深?。慌c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)快門快門從翻開(kāi)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?？扉T中心快門：快門打開(kāi)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(guò)物鏡后，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(kāi)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(kāi)的

角度6.視場(chǎng)、像場(chǎng)、視場(chǎng)角、像場(chǎng)角航攝儀主距、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。航攝儀的分類攝影機(jī)分類焦距（mm）像場(chǎng)角短焦距攝影機(jī)<150>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)〔fiducialmark)a.類型邊框標(biāo)：位于像幅四邊中心角框標(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)的作用建立框標(biāo)坐標(biāo)系

用于改正底片變形

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：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)：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)物鏡后節(jié)點(diǎn)到像主點(diǎn)的垂距，根本上等于物鏡焦距。一般用f表示。3).量測(cè)用攝影機(jī)的內(nèi)方位元素是的sfxyaboxyo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(méi)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年代開(kāi)展起來(lái)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、遙感根本概念廣義：泛指一切無(wú)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(guò)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)地面數(shù)據(jù)接收和記錄系統(tǒng)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：近地平臺(tái)：為航空和航天遙感作校準(zhǔn)和輔助工作。航空平臺(tái)：80km以下的平臺(tái)，包括飛機(jī)和氣球。

航天平臺(tái)：80km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(lái)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、遙感的分類1.根據(jù)遙感平臺(tái)地面遙感：平臺(tái)與地面接觸，對(duì)地面、地下或水

下所進(jìn)行的遙感和測(cè)試。平臺(tái)為汽車、三角架、船艦等航空遙感：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)電磁波譜的分類可見(jiàn)光遙感紅外遙感微波遙感多光譜遙感紫外遙感：處于探索階段3.根據(jù)電磁輻射來(lái)源的分類被動(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(lái)的電磁波4.根據(jù)資料的顯示形式圖像方式遙感：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(lái)表示非圖像方式遙感：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185×185平方公里；影像包含各種地表景觀信息，有可見(jiàn)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。?SpaceImaging?SpaceImaging多波段圖像Hereisanexampleofthreebands,green,redandnearinfra-reddisplayedseparatelyasgrayscale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IKONOS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(lái)獲取地球外表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)星系列衛(wèi)星編號(hào)發(fā)射日期退役日期搭載的傳感器11972.7.231978.1.6RBV，MSS21975.1.221982.2.5RBV，MSS31978.3.51983.3.31RBV，MSS41982.7.262001.6.15TM，MSS51984.3.1運(yùn)行中TM，MSS(已退役)61993.10.5發(fā)射失敗71999.4.15運(yùn)行中ETM+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0.45-0.5230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0.6-0.70.7-0.80.9-1.1Landsat衛(wèi)星局部軌道參數(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?！衬z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)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)星局部軌道參數(shù)標(biāo)稱軌道高度832km軌道傾角98.7°運(yùn)行一圈的周期101.46min日繞總?cè)?shù)14.19圈重復(fù)周期26dSPOT衛(wèi)星系列衛(wèi)星編號(hào)發(fā)射日期狀態(tài)搭載的傳感器11986.2運(yùn)行中HRV

21990.1運(yùn)行中HRV,31993.91997.11HRV,41998.3運(yùn)行中HRVIR,VI52002.5運(yùn)行中HRVIR,HRS,VI

HRV:高分辨率可見(jiàn)光成像裝置HRVIR：高分辨率可見(jiàn)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)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(wú)論哪一級(jí)產(chǎn)品，都有膠片和CCT磁帶兩類產(chǎn)品，影像根本比例尺為1：40萬(wàn)。SPOT-5空間分辨率波段分辨率高分辨率幾何裝置植被探測(cè)器高分辨率立體成像裝置PA：0.51-0.73um2m-10mB0:0.43-0.47um-1km-B1:0.49-0.61um10m--B2:0.61-0.68um10m1km-B3:0.78-0.89um10m1km-SWIR:1.58-1.75um20m1km-視場(chǎng)寬度60km2250km120km3)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根本參數(shù)IKONOS產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)IKONOS衛(wèi)星影像掃描面積有11km×11km，130km×56km，37km×100km,11km×100km,11km×1000km等規(guī)格。影像廣泛用于精度相對(duì)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)