1、遙感成像原理與遙感圖像特征,成永生,遙感平臺(tái),3.1 遙感平臺(tái),遙感平臺(tái)（platform）是搭載傳感器的工具。 根據(jù)運(yùn)載工具的類型劃分： 航天平臺(tái)（150km） 航空平臺(tái)（100m至十余公里） 地面平臺(tái)（050m）,在遙感平臺(tái)中，航天遙感平臺(tái)目前發(fā)展最快，應(yīng)用最廣。 根據(jù)航天遙感平臺(tái)的服務(wù)內(nèi)容，可以將其分為： 氣象衛(wèi)星系列 陸地衛(wèi)星系列 海洋衛(wèi)星系列,氣象衛(wèi)星系列,氣象衛(wèi)星是最早發(fā)展起來的環(huán)境衛(wèi)星。1960年美國發(fā)射第一顆實(shí)驗(yàn)性氣象衛(wèi)星（TIROS-1） 氣象預(yù)報(bào) 氣象研究 資源調(diào)查 海洋研究,氣象衛(wèi)星發(fā)展階段,20世紀(jì)60年代發(fā)展了第一代氣象衛(wèi)星。 TIROS、ESSA、Nimbus、AT

2、S 1970-1977年發(fā)展了第二代氣象衛(wèi)星 ITOS-1、SMS、GOES、GMS、Meteosat 1978年以后氣象衛(wèi)星進(jìn)入了第三個(gè)發(fā)展階段。 NOAA系列,第一代氣象衛(wèi)星,泰諾斯（TIROS-Television and Infrared Observation Satellite，電視和紅外輻射觀測衛(wèi)星），極軌氣象衛(wèi)星 艾薩（ESSA-Environmental Science Serivce Administration Satellites，環(huán)境科學(xué)服務(wù)業(yè)務(wù)衛(wèi)星） 雨云（Nimus）,實(shí)驗(yàn)性氣象衛(wèi)星 艾托斯（ATS-Application Technology Satellite

3、，應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星），靜止氣象衛(wèi)星,第二代氣象衛(wèi)星,ITOS-1, Improved TIROS Operational System NOAA SMS（地球同步氣象衛(wèi)星），“雨云”氣象衛(wèi)星的發(fā)展 GOES（靜止同步環(huán)境應(yīng)用衛(wèi)星） 前蘇聯(lián)“流星”II型氣象衛(wèi)星 日本GMS，靜止氣象衛(wèi)星 歐洲空間局Meteosat 構(gòu)成了全球氣象衛(wèi)星系統(tǒng),全球氣象衛(wèi)星系統(tǒng),世界氣象檢測網(wǎng)計(jì)劃（World Weather Watch，W.W.W）的最重要組成部分，由64個(gè)國家配合同步實(shí)驗(yàn)，該衛(wèi)星系統(tǒng)包括五個(gè)靜止衛(wèi)星系列和兩個(gè)極軌衛(wèi)星系列。,第三代氣象衛(wèi)星,以NOAA系列為代表 美國國家海洋大氣局的第三代實(shí)用氣象觀

4、測衛(wèi)星，第一代稱為“泰羅斯”（TIROS)系列（1960-1965年），第二代稱為“艾托斯”（ITOS)/NOAA系列（1970-1976年），其后運(yùn)行的第三代稱為TIROS-N/NOAA系列。 NOAA的軌道是接近正圓的太陽同步軌道，軌道高度為870千米和833千米，軌道傾角為98.9和98.7，周期為101.4分鐘。 NOAA的應(yīng)用目的是日常的氣象業(yè)務(wù)，平時(shí)有兩顆衛(wèi)星運(yùn)行。由于一顆衛(wèi)星可以每天至少可以對地面同一地區(qū)進(jìn)行兩次觀測，所以兩顆衛(wèi)星就可以進(jìn)行四次以上的觀測。 NOAA攜帶的探測儀器主要有高分辨率輻射計(jì)（AVHRR/2)和泰羅斯垂直分布探測儀（TOVS)。,我國氣象衛(wèi)星發(fā)展情況,FY

5、-1（1988年9月7日，太陽同步軌道）：我國第一顆環(huán)境遙感衛(wèi)星，主要任務(wù)是獲取全球的晝夜云圖資料及進(jìn)行空間海洋水色遙感試驗(yàn)。 FY-1B（1990年9月3日）：用于天氣預(yù)報(bào)、提供植被指數(shù)、區(qū)分云雪、進(jìn)行海洋水色觀測。 FY-2（1997年6月10日，地球同步軌道）：主要功能是對地觀測，每小時(shí)獲取1次可見光、紅外與水汽云圖。 FY-1C（1999年，太陽同步軌道）：獲取全球的晝夜云圖資料。,氣象衛(wèi)星特點(diǎn),（1）軌道：低軌（極軌，即近極地與太陽同步,800-1600km） 高軌（靜止，與地球同步，35800km） （2）短周期重復(fù)觀測：靜止氣象衛(wèi)星具有較高的重復(fù)周期（0.5小時(shí)1次）；極軌衛(wèi)星如

6、NOAA等中等重復(fù)覆蓋周期，約 0.51天次。 （3）成像面積大，有利于獲得宏觀同步信息，減少數(shù)據(jù)處理容量。 氣象衛(wèi)星掃描寬度約2800km，只需23條軌道就可以覆蓋我國。相對于其他衛(wèi)星資料（如陸地衛(wèi)星）更加容易獲得完全同步、低云量或無云的影像。 （4）資料來源連續(xù)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，成本低,氣象衛(wèi)星資料的應(yīng)用,天氣分析和氣象預(yù)報(bào) 氣候研究和氣候變遷的研究 資源環(huán)境其他領(lǐng)域,氣象衛(wèi)星云圖觀測海流變化 氣象衛(wèi)星資料應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測,陸地衛(wèi)星系列,從1958年以來，美國國家宇航局(NASA)發(fā)射的“水星”、“雙子星”等宇宙飛船以及“阿波羅”載人飛船，拍攝了大量地表照片，提供了從宇宙空間探測、分析、研究地球資

7、源的可能性。陸地衛(wèi)星系列是指地球資源衛(wèi)星，美國成功發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星之后，俄羅斯、法國、印度、中國等都發(fā)射了陸地衛(wèi)星。,對地球科學(xué)的發(fā)展：更新研究手段和方法 數(shù)字化圖像處理技術(shù)的發(fā)展：提供信息數(shù)據(jù)，擴(kuò)大了應(yīng)用廣度和深度。,1、主要的陸地衛(wèi)星系列,（1）陸地衛(wèi)星（Landsat） （2）斯波特衛(wèi)星（SPOT） （3）中國資源一號(hào)衛(wèi)星中巴地球資源衛(wèi) 星（CBERS） （4）其他陸地衛(wèi)星,陸地衛(wèi)星（Landsat）,Landsat,設(shè)計(jì)壽命為6年 目前運(yùn)轉(zhuǎn)工作的是Landsat-5和Landsat-7 軌道：太陽同步的近極地圓形軌道，保證北半球中緯度地球獲得中等太陽高度角的上午影像，且衛(wèi)星通過某一

8、地點(diǎn)的地方時(shí)相同。 覆蓋周期：16-18天 圖像的覆蓋范圍185185km2（ Landsat-7 185170km2 ） 分辨率不斷提高(30 15m,60m 120m ),SPOT,地球觀測衛(wèi)星系統(tǒng) 發(fā)射了5顆衛(wèi)星（1986-2002） 軌道：太陽同步的近極地圓形軌道 覆蓋周期：26天 重復(fù)觀測能力1-5天 產(chǎn)生立體像對 分辨率：10米到幾百米,中巴地球資源衛(wèi)星（CBERS）,1999.10.14 軌道：太陽同步的近極地圓形軌道 覆蓋周期：26天 重復(fù)觀測能力：3天 最高空間分辨率：19.5m,其他陸地衛(wèi)星,天空實(shí)驗(yàn)室（Skylab，美國1973年發(fā)射） 熱容量制圖衛(wèi)星（HCMM1978）

9、 地球資源衛(wèi)星（ Bnaskara，印度） 空間實(shí)驗(yàn)室（Specelab，歐空局）,IKONOS（4m彩色、1m全色） Quickbird（快鳥、0.6m）,海洋衛(wèi)星系列,1978年美國發(fā)射了世界上第一顆海洋衛(wèi)星（Seasat1） 開創(chuàng)了海洋遙感和微波遙感的新階段，為觀測海況，研究海面形態(tài)、海面溫度、風(fēng)場、海冰、大氣含水量等開辟了新途徑。,海洋遙感的特點(diǎn),需要高空和空間的遙感平臺(tái)，以進(jìn)行大面積的同步覆蓋觀測 以微波為主（1、穿透云層、2、海水溫度鹽度、粗糙度的監(jiān)測） 電磁波與激光、聲波的結(jié)合是擴(kuò)大海洋遙感探測手段的一條新路（應(yīng)用范圍可延伸到深海和海底） 海面實(shí)測資料的校正,海洋衛(wèi)星簡介,（1）

10、Seasat1 “雨云”7號(hào)衛(wèi)星（Nimbus-7） 日本海洋觀測衛(wèi)星（MOS1） ERS（歐空局） 加拿大雷達(dá)衛(wèi)星（RADARSAT）,遙感成像原理,攝影成像,定義：攝影是通過成像設(shè)備獲取物體影像的技術(shù)。 傳統(tǒng)攝影：依靠光學(xué)鏡頭及放置在焦平面的感光膠片來記錄物體影像。 數(shù)字?jǐn)z影：通過放置在焦平面的光敏元件，經(jīng)光/電轉(zhuǎn)換，以數(shù)字信號(hào)來記錄物體的影像。,依據(jù)探測波段：近紫外攝影、可見光攝影、紅外攝影、多光譜攝影,攝影機(jī),定義：攝影機(jī)是成像遙感最常用的傳感器，可裝載在地面平臺(tái)、航空平臺(tái)及航天平臺(tái)上，有分幅式和全景式攝影機(jī)之分。,分幅式攝影機(jī),分幅式攝影成像示意圖,全景式攝影機(jī),縫隙式攝影機(jī) 鏡頭轉(zhuǎn)

11、動(dòng)式攝影機(jī),縫隙式攝影機(jī),鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)式攝影機(jī),多光譜攝影機(jī),a、多相機(jī)組合型；b 、多鏡頭組合型； c 、光束分離型,數(shù)碼攝影機(jī),成像原理與一般攝影機(jī)同，結(jié)構(gòu)也類似。所不同的是其記錄介質(zhì)不是感光膠片，而是光敏電子器件，如CCD（電荷耦合器件Charge Coupled Device的縮寫）,攝影像片的幾何特征,攝影機(jī)從飛行器上對地?cái)z影時(shí)，根據(jù)攝影機(jī)主光軸與地面的關(guān)系，可分為： 垂直攝影 傾斜攝影,垂直攝影： 攝影機(jī)主光軸垂直于地面或偏離垂線在3以內(nèi)。取得的像片稱水平像片或垂直像片。航空攝影測量和制圖大都是這類像片。,垂直攝影,傾斜攝影,攝影機(jī)主光柱偏離垂線大于3，取得的像片稱傾斜像片。 全景攝影

12、成像時(shí)，鏡頭垂直飛行器下方航帶中心線時(shí)為垂直攝影，其余狀態(tài)下均為傾斜攝影。 傾斜攝影時(shí)，主光軸偏離垂線角度越大，影像畸變也越大，給圖像糾正帶來困難，不利于制圖。但有時(shí)為了獲取較好的立體效果且對制圖要求不高，也采用傾斜攝影。,傾斜攝影,3、垂直攝影像片的幾何特征,（1）像片的投影 （2）像片的比例尺 （3）像點(diǎn)位移,像片的投影 常用的大比例尺地形圖屬于垂直投影或近垂直投影，而攝影像片卻屬于中心投影。,垂直投影和中心投影,中心投影與垂直投影的區(qū)別： 第一，投影距離的影響。 第二，投影面傾斜的影響。 第三，地形起伏的影響。,投影距離的影響,中心投影：投影距離不同或焦距不同則像片的比例尺也不同。 垂直

13、投影：投影距離不同與像片比例尺無關(guān)。,投影傾斜面的影響,中心投影：投影面的傾斜造成同一個(gè)像片不同部位比例尺的差異。 垂直投影：不存在投影面的傾斜。,地形起伏的影響,中心投影：地形起伏造成像點(diǎn)位移。 垂直投影：不存在像點(diǎn)位移。,像點(diǎn)位移,像點(diǎn)位移量與地面高差h和像點(diǎn)到像主點(diǎn)的距離r成正比關(guān)系，與航高H成反比關(guān)系。,像片的比例尺,像片上兩點(diǎn)之間的距離與地面上相應(yīng)兩點(diǎn)實(shí)際距離之比。,航高未知時(shí)?,第一，已知某一地面目標(biāo)的大小，可以通過量測其在像片上的影像而算出該像片的比例尺。 第二，若具有攝影地區(qū)的地形圖，先在像片上和地形圖上找到兩個(gè)地物的對應(yīng)點(diǎn)，然后分別在像片上和地形圖上量得其長度。,已知某河流的

14、寬度為20M，在像片上量得的寬度為0.5cm，則該像片的比例尺為：,計(jì)算比例尺實(shí)例1,已知的地形圖比例尺為1：50000，在地形圖上量得AB兩點(diǎn)的長度為3.5cm，像片上量得相應(yīng)ab兩點(diǎn)的長度為7cm，則像片的比例尺為：,計(jì)算比例尺實(shí)例2,攝影膠片的物理特性,攝影成像多以膠片為記錄載體（雖然可以用磁帶記錄），因此，熟悉膠片的特性對于遙感攝影的信息分析十分重要。遙感上用感光度高、反差適中的膠片。,微波遙感與成像,在電磁波譜中，波長在1mm-1m的波段范圍稱微波。該范圍內(nèi)又可再分為毫米波、厘米波和分米波。在微波技術(shù)上，還可將厘米波分成更窄的波段范圍，并用特定的字母表示。,厘米波的譜帶劃分,微波遙感

15、,微波遙感是指通過微波傳感器獲取從目標(biāo)地物發(fā)射或反射的微波輻射，經(jīng)過判讀處理來識(shí)別地物的技術(shù)。,能全天候、全天時(shí)工作 對某些地物具有特殊的波譜特征 對冰、雪、森林、土壤等具有一定的穿透能力 對海洋遙感具有特殊意義 分辨率較低，但特性明顯,微波遙感方式和傳感器,有源（主動(dòng)） 無源（被動(dòng)）,主動(dòng)微波遙感是指通過向目標(biāo)地物發(fā)射微波并接收其后向散射信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對地觀測遙感方式。 主要傳感器是雷達(dá)。,被動(dòng)微波遙感,通過傳感器，接收來自目標(biāo)地物發(fā)射的微波，而達(dá)到探測目的的遙感方式稱被動(dòng)微波遙感。 被動(dòng)接收目標(biāo)地物微波輻射的傳感器為微波輻射計(jì) 被動(dòng)探測目標(biāo)地物微波散射特性的傳感器為微波散射計(jì),遙感圖像特征,遙感影像的特征,目標(biāo)地物的大小、形狀及空間分布特點(diǎn)； 目標(biāo)地物的屬性特點(diǎn)； 目標(biāo)地物的變化動(dòng)態(tài)特點(diǎn)。,遙感圖像的空間分辨率,圖像的空間分辨率