第三章遥感成像原理及遥感图像特征

1、内容提要 遥感平台 摄影成像 扫描成像 微波遥感与成像 遥感图像的特征1 遥感平台遥感平台根据运载工具高度根据运载工具高度分为：地面遥感平台，高度在100米以下；航空平台，高度在100米以上，100km以下；航天平台：高度在240km以上的航天飞机和卫星等根据服务内容根据服务内容航天遥感分为：气象卫星系列、陆地卫星系列和海洋卫星系列。附录：附录：1 开普勒行星运动三定律开普勒行星运动三定律人造地球卫星绕地球运行遵循开普勒行星运动三定人造地球卫星绕地球运行遵循开普勒行星运动三定律。律。（1）卫星轨道为一椭圆卫星轨道为一椭圆，地球（，地球（ 地心地心）在椭圆的）在椭圆的一个焦点上。其长轴的两个端点

2、是卫星离地球最一个焦点上。其长轴的两个端点是卫星离地球最近和最远的点，分别叫做远地点和近地点。近和最远的点，分别叫做远地点和近地点。（2）人造地球卫星在椭圆轨道上绕地球运行时，）人造地球卫星在椭圆轨道上绕地球运行时，其运行速度是变化的，在远地点时最低，在近地其运行速度是变化的，在远地点时最低，在近地点时最高点时最高。速度的变化服从面积守恒规律，即卫。速度的变化服从面积守恒规律，即卫星的向径（卫星至地球的连线）在相同的时间内星的向径（卫星至地球的连线）在相同的时间内扫过的面积相等。扫过的面积相等。（3）人造地球卫星在椭圆轨道上绕地球运行，）人造地球卫星在椭圆轨道上绕地球运行，其其运行周期取决于轨

3、道的半长轴（与半长轴的二分运行周期取决于轨道的半长轴（与半长轴的二分之三次方成正比）。之三次方成正比）。不管轨道形状如何，只要半不管轨道形状如何，只要半长轴相同，它们就有相同的运行周期。长轴相同，它们就有相同的运行周期。附录：2 轨道倾角倾角i决定了轨道面与赤道面，或与地轴之间的关系。i=0时轨道面与赤道面重合。i=90时轨道面与地轴重合。i90时轨道面接近地轴，这时的轨道称近极地轨道。轨道近极地有利于增大卫星对地球的观测范围。附录：附录：3 卫星轨道及其运行特点卫星轨道及其运行特点1.近圆形轨道近圆形轨道不同地区获取的图像比例尺一致。解决了固定扫描频率对地面扫描成像时，扫描行之间衔接问题。2

4、.近极地轨道近极地轨道有利于增大卫星对地面总的观测范围。3.与太阳同步轨道与太阳同步轨道 指的就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向。使得卫星每天在固定的时间（地方时）经过每个地点的上空，使资料获得时具有相同的照明条件。如，landsat 5，在张掖市获取数据时间为上午11:30左右。附录：附录：3 卫星轨道及其运行特点卫星轨道及其运行特点4、地球同步轨道、地球同步轨道：卫星在：卫星在顺行轨道顺行轨道（轨道倾角（轨道倾角小于小于90度）上绕地球运行时，其运行周期（绕度）上绕地球运行时，其运行周期（绕地球一圈的时间）与地球的自转周期相同。这地球一圈的时间）与地球的自转周期相同。这种卫星轨

5、道叫地球同步轨道。种卫星轨道叫地球同步轨道。24小时小时5、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：如果地球同步轨道卫星正好正好在地球赤道上空离地面在地球赤道上空离地面35786千米的轨道千米的轨道上上绕地球运行，由于它绕地球运行的绕地球运行，由于它绕地球运行的角速度与角速度与地球自转的角速度相同地球自转的角速度相同，从地面上看去它好像，从地面上看去它好像是静止的，这种卫星轨道叫是静止的，这种卫星轨道叫地球静止卫星轨道地球静止卫星轨道。地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例，地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例，它它只有一条只有一条。附录：附录：3 卫星轨道及其运行特点卫星轨道

6、及其运行特点 在在地球静止卫星轨道地球静止卫星轨道运行的卫星的覆运行的卫星的覆盖范围很广，利用均布在地球赤道上的盖范围很广，利用均布在地球赤道上的 3颗这样的卫星就可以实现除南北极很小一颗这样的卫星就可以实现除南北极很小一部分地区外的全球通信。部分地区外的全球通信。 1 遥感平台遥感平台一、气象卫星系列二、陆地卫星系列三、海洋卫星系列 摄影成像摄影成像一、摄影机二、摄影像片的几何特征三、摄影胶片的物理特性遥感影像免费下载网站地址：遥感影像免费下载网站地址：/wist-bin/api/ims.cgi?mode=MAINSRCH&JS=1

7、摄影成像摄影成像遥感传感器是获取遥感数据的关键设备（1）摄影类型的传感器；（2）扫描成像类型的传感器；（3）雷达成像类型的传感器；（4）非图像类型的传感器。 摄影成像摄影机摄影成像摄影机1 1、分幅式摄影机、分幅式摄影机一次曝光得到目标物的一幅像片。一次曝光得到目标物的一幅像片。 常角（50-70），宽角（70-105），特宽角（105-135） 焦距：相机的镜头是一组透镜，当平行光线穿过透镜时，会聚到相机的镜头是一组透镜，当平行光线穿过透镜时，会聚到一个点上，这个点叫做焦点。焦点到透镜中心的距离，就称为焦一个点上，这个点叫做焦点。焦点到透镜中心的距离，就称为焦距。距。短焦距（200mm）。航

8、空在150左右，航天大于300。 分辨力：70100线对/MM像幅大小：230mm*230mm,180*180等。 摄影机外壳材料：不同波段选用不同材料 镜头：根据所摄取的波段选择。 摄影成像摄影机摄影成像摄影机2 2、全景摄影机、全景摄影机- -扫描摄影机扫描摄影机缝隙式（或航带摄影机）和镜头转动式摄影机。缝隙式（或航带摄影机）和镜头转动式摄影机。不是一幅一幅地曝光，而是连续曝光，不需快门。为了得到清晰的影像必须满足：缺点？缺点？HfWWWiP 摄影成像摄影成像摄影机摄影机、多光谱摄影机（、多光谱摄影机（目的和意义？目的和意义？）同一地区，同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机。同一地区，同一瞬间

9、摄取多个波段影像的摄影机。（1）多相机(如何获取某个波段的影像？如何获取某个波段的影像？)（2）多镜头型多物镜+相应滤光片+不同光谱感光特性的胶片（3）单镜头分光束分光装置+相应滤光片+不同光谱感光特性的胶片利用相应不同波段的多感光层胶片得到一合成的多光谱影像，如彩色摄影和红外彩色摄影。4 4 、数码摄影机数码摄影机怎样实现？（两个关键点）怎样实现？（两个关键点） 摄影成像摄影成像摄影像片的几何特征摄影像片的几何特征主光轴主光轴：通过物镜中心并与主平面（或焦平：通过物镜中心并与主平面（或焦平面面)垂直的直线称为主光轴。垂直的直线称为主光轴。像主点像主点：主光轴与感光片的交点称为像主点。：主光轴

10、与感光片的交点称为像主点。 主光轴与铅垂线的夹角主光轴与铅垂线的夹角a。两种摄影方式：两种摄影方式：、垂直摄影、倾斜摄影SabBASoOOo垂直摄影垂直摄影倾斜摄影倾斜摄影3 3、 垂直摄影像片的几何特征垂直摄影像片的几何特征（1 1）像片的投影（）像片的投影（分两类？分两类？）中心投影中心投影定义：凡空间任意点定义：凡空间任意点A（物点）与一固定点（物点）与一固定点S（投影中心）连成的直线或延长线（即中心光线）被（投影中心）连成的直线或延长线（即中心光线）被一个平面（像平面）所截，则此直线与平面的交点一个平面（像平面）所截，则此直线与平面的交点a（像点）称为（像点）称为A点的中心投影。点的中

11、心投影。航摄像片为中心投影，地形图为正射投影SBbAaCc中心投影AaBbCc正射投影 从投影上而言，航空像片（正片）的位置，等从投影上而言，航空像片（正片）的位置，等于以投影中心为圆心，以焦距于以投影中心为圆心，以焦距f为半径，将为半径，将P旋转至旋转至P（下图），（下图），P即为正像的位置。即为正像的位置。（1）中心投影与垂直投影的区别）中心投影与垂直投影的区别 第一，投影距离与焦距f的影响：垂直投影图像的缩小和放大与投影距离无关，无无f的概的概念念，并有统一的比例尺。 第二，投影面倾斜的影响： 第三，地形起伏的影响：投影距离的影响投影距离的影响中心投影：投影距离不同或焦距不同则像片的比例

12、尺也不同。垂直投影：投影距离不同与像片比例尺无关。（不存在焦距）投影倾斜面的影响投影倾斜面的影响中心投影：投影面的倾斜造成各点的相对位置和形状相对位置和形状的变化。垂直投影：仅表现为比例尺有所放大。地形起伏的影响地形起伏的影响中心投影：地形起伏造成像点位移。垂直投影：不存在像点位移。（2）中心投影的透视规律）中心投影的透视规律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。 点-点 线-若与像片平行的直线，仍为直线，且与地面目标的形状基本一致；若直线垂直于地面，其中心投影有两种情况。曲线-曲线 面-线的组合。水平面、垂直面及其他。 （2）像片的比例尺(一）定义

13、：一）定义：像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。HfM1式中：式中：f为焦距，为焦距，H为飞行器相对航高。为飞行器相对航高。（二）不知航高的情况下，像片比例尺的求得（二）不知航高的情况下，像片比例尺的求得航高未知时 第一，已知某一地面目标的大小，可以通过量测其在像片上的影像而算出该像片的比例尺。 第二，若具有摄影地区的地形图，先在像片上和地形图上找到两个地物的对应点，然后分别在像片上和地形图上量得其长度。 已知某河流的宽度为20M，在像片上量得的宽度为0.5cm，则该像片的比例尺为：计算比例尺实例1 已知的地形图比例尺为1：50000，在地形图上量得AB两点的长度为3.5cm，像

14、片上量得相应ab两点的长度为7cm，则像片的比例尺为：计算比例尺实例2 1.与焦距和航高的关系：与焦距和航高的关系：航空像片的比例尺与物航空像片的比例尺与物镜焦距成正比，与相对航空成反比。若焦距固定不变，镜焦距成正比，与相对航空成反比。若焦距固定不变，相对航高越高，比例尺就越小。相对航高越高，比例尺就越小。 2.受地形因素的影响受地形因素的影响 （1）平坦地区：）平坦地区：摄像时像片处于水平位置，则摄像时像片处于水平位置，则像片的比例尺可以近似看成处处一致。像片的比例尺可以近似看成处处一致。 例如：例如：f=70mm,H=3500mm,则像片比例尺为则像片比例尺为1：50000 一般在航空摄影

15、时，焦距是固定的，比例尺主要一般在航空摄影时，焦距是固定的，比例尺主要随着航高而变化。随着航高而变化。（三）影响航空像片比例尺的因素（三）影响航空像片比例尺的因素（2）地形复杂地区）地形复杂地区 由于地形起伏使得每一地物点的航高不同，实由于地形起伏使得每一地物点的航高不同，实际比例尺与不一样。际比例尺与不一样。 举例说明：在用举例说明：在用RC-5拍摄的像片拍摄的像片,已知航高已知航高2600m，焦距，焦距210mm,红松红松K36号样地的海拔高为号样地的海拔高为500m，红松，红松K40号样地海拔高为号样地海拔高为290m，则，则K36的的比例尺分母为：比例尺分母为：100002105002

16、6003603636KKKKKfhHfHm1100210290260040040KKKfhHm（3 3）像点位移）像点位移（1）、定义）、定义当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上构像相当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异称对于理想情况下的构像所产生的位置差异称像点位移像点位移地形起伏引起的像点位移spacbABCB0BbAA0sEpb0aa0像片倾斜引起的像点位移投影差：投影差：由于地面起由于地面起伏变化，投影在像片伏变化，投影在像片上的像点产生的直线上的像点产生的直线移位。其与地形起伏移位。其与地形起伏和像片倾斜都有关系。和像片倾斜都有关

17、系。（2）、地形起伏引起的像点位移）、地形起伏引起的像点位移正射影像图正射影像图三峡正射影象图：三条航带三峡正射影象图：三条航带 、175175张航空影像张航空影像根据相似三角根据相似三角形原理，可得形原理，可得投影差的公式：投影差的公式：Hhrh其中：其中：r为像为像点点a到像主点到像主点的距离；的距离；H为摄影航高；为摄影航高；h为地面离差；为地面离差；投影差分布规律投影差分布规律 （1）对相对高差相等）对相对高差相等的点，的点，h也相等；也相等；r=0时，时， h=0；像主点无；像主点无像点移动；像点移动； （2） h与与h成正比，成正比，h0，像点背离像主点，像点背离像主点方向移位，方

18、向移位， h0；h0，像点朝向像主点方向移像点朝向像主点方向移位，位， h0。 （3） h与航高与航高H成成反比。反比。Hhrh 感光材料是胶片感光材料是胶片()和印像纸的通称。由感光乳和印像纸的通称。由感光乳剂层和片基组成。黑白片有单层感光乳剂，彩色剂层和片基组成。黑白片有单层感光乳剂，彩色片有三层感光乳剂。片有三层感光乳剂。 感光材料的性能指标：感光材料的性能指标： （1） 感光度：感光的快慢程度。感光度：感光的快慢程度。 （2） 反差反差()：最大光学密度与最小光学密：最大光学密度与最小光学密度之差。度之差。 （3） 分辨率：对景物细微部分的表现能力，分辨率：对景物细微部分的表现能力，用

19、线对数用线对数(mm)表示。表示。 航摄选用航摄选用感光度高、反差适中、有较高分辨率感光度高、反差适中、有较高分辨率的的感光材料。感光材料。 感光材料的乳剂层上使影像表达出所摄物体感光材料的乳剂层上使影像表达出所摄物体各部分在光量方面差别的能力，称为乳剂的反差，各部分在光量方面差别的能力，称为乳剂的反差，即黑白差。感光材料特性曲线的直线段斜率为反即黑白差。感光材料特性曲线的直线段斜率为反差系数。差系数。 遥感中常用的胶片是全色片、天然彩色片、遥感中常用的胶片是全色片、天然彩色片、彩色红外片等。它们的感光范围各不相同。彩色红外片等。它们的感光范围各不相同。 摄影成像摄影胶片的物理特性摄影成像摄影

20、胶片的物理特性思考：绿色植被在彩红外像片中呈什么颜色？ 由地物反射的光线进入摄影机镜头，使彩色红外由地物反射的光线进入摄影机镜头，使彩色红外感光底片产生光化学反应，由该底片印出的像片感光底片产生光化学反应，由该底片印出的像片称为彩红外像片。称为彩红外像片。 彩色红外感光片没有感蓝层和黄滤色层，有感绿、彩色红外感光片没有感蓝层和黄滤色层，有感绿、感红和感红外层。因此不受大气散射蓝光的影响，感红和感红外层。因此不受大气散射蓝光的影响，像片清晰度很高，适合城市航空摄影。像片清晰度很高，适合城市航空摄影。在彩红外航片上在彩红外航片上( () )：彩色红外像片彩色红外像片黑白像片上某一部分的黑白深浅的程

21、度称为色调，它黑白像片上某一部分的黑白深浅的程度称为色调，它能反映物体反射率的大小。能反映物体反射率的大小。 影响航空像片色调的因素：影响航空像片色调的因素：地物表面亮度（取决于摄影时的照度和地物自身的地物表面亮度（取决于摄影时的照度和地物自身的亮度系数）；亮度系数）； 感光材料（摄影时应选取感光度高、反差系数适中、感光材料（摄影时应选取感光度高、反差系数适中、分辨率较高的感光片）；分辨率较高的感光片）；摄影技术（包括曝光量的选择、感光片的冲洗以及摄影技术（包括曝光量的选择、感光片的冲洗以及印像、放大技术）。印像、放大技术）。黑白像片的色调黑白像片的色调是衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。是

22、衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平行用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平行细线的数目来表示。细线的数目来表示。主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的分辨率。但景物的反差、大气的光学条件、飞机分辨率。但景物的反差、大气的光学条件、飞机的震动也影响航片的分辨率。的震动也影响航片的分辨率。航空像片的分辨率航空像片的分辨率 扫描成像扫描成像、光机扫描成像、固体自扫描成像、高光谱成像光谱扫描 扫描成像扫描成像 扫描成像扫描成像 扫描成像扫描成像 扫描成像类型的传感器是逐点逐行以时序方式获取二维图像，有两种主要的形式:

23、 一是对物面扫描的成像仪，它的特点是对地面直接扫描成像，这类仪器如红外扫描仪、多光谱扫描仪、成像光谱仪、自旋和步进式成像仪及多频段频谱仪等； 二是瞬间在像面上先形成一条线图像，甚至是一幅二维影像，然后对影像进行扫描成像，这类仪器有线阵列CCD推扫式成像仪，电视摄像机等。 扫描成像扫描成像-红外扫描仪1.具体结构元件：一个旋转扫描镜，一个反射镜系统，一个探测器，一个制冷设备，一个电子处理装置和一个输出装置。2.扫描成像过程扫描成像过程 当旋转棱镜旋转时，第一个镜面对地面横越航线方向扫视一次，在扫描视场内的地面辐射能，由幅的一边到另一边依次进入传感器，经探测器输出视频信号，再经电子放大器放大和调制

24、，在阴极射线管上显示出一条相应于地面扫描视场内的景物的图像线，这条图像线经曝光后在底片上记录下来。接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动，胶片也作同步旋转，记录的第二条图像正好与第一条衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相应的二维条带图像。 扫描成像扫描成像-红外扫描仪 由于地面分辨力随扫描角发生变化，而使红外扫描影像产生畸变，这种畸变通常称之为全景畸变，其形成的原因是像距保持不变，总在焦面上，而物距随扫描角发生变化而致。下图是取一段红外扫描仪图像与同一地区航空像片比较，可明显看出全景畸变的影响。 扫描成像扫描成像-红外扫描仪3、光机扫描的几何特征1）瞬时视场角22）总视场角2 tan2

25、HL0 扫描成像扫描成像 扫描成像扫描成像-CCD瞬间：垂直航线的一条图像线。（单中心）连续图像条带：以“推扫”方式获取沿轨道的图像。（多中心） 扫描成像扫描成像-CCDSPOT卫星上有两个：1、多光谱：每个像元的大小相对地面上为20m20m。每个波段有3000个探测元件。一行图像，相对地面上为20m60km。2、全色波段：6000个CCD元件组成一行。一个像元大小为10m10m，一行图像，相对地面上为10m60km。 扫描成像扫描成像-CCD 为了在26天内达到全球覆盖一遍，SPOT卫星上平排安装二台HPV仪器。每台仪器视场宽都为60km，两者之间有3km重叠，因此总的视场宽度为117km。

26、相邻轨道间的间隔约为108km（赤道处），垂直地面观测时，相邻轨道间的影像约有9km重叠。这样共观测369圈，全球在北纬81.3和南纬81.3之间的地表面全部覆盖一遍。 CCD的缺点:光谱灵敏度的有限，只能在可见光和近红外（1.2m以内）区能直接响应地物辐射来的电磁波。对于热红外区没有反应。但如果与多元列阵热红外探测器结合使用，则可使多路输出信号变成一路时序信号，因为它对电能的强度有响应。 扫描成像扫描成像-高光谱成像光谱扫描高光谱成像光谱扫描高光谱遥感( Hyperspectral Remote Sensing) 是指利用很多窄的电磁波波段获取物体有关数据的技术，它可在电磁波的紫外、可见光、

27、近红外、中红外以至热红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据。这样，在传统的二维遥感的基础上增加了光谱维，形成了一种独特的三维遥感。 运用具有高光谱分辨率的仪器，通过获取图像上任何一个像元或像元组合所反映的地球表面物质的光谱特性，经过计算机的图像处理，就能达到快速区分和识别地球表面物质的目的。 成像光谱仪基本上属于多光谱扫描仪，其构造与CCD线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪相同，区别仅在于通道数多，各通道的波段宽度很窄。 扫描成像扫描成像-高光谱成像光谱扫描高光谱成像光谱扫描成像光谱仪按其结构的不同，可分为两种类型。 面阵探测器加推扫式扫描仪的成像光谱仪。它利用线阵列探测器进行扫描，利用色

28、散元件将收集到的光谱信息分散成若干个波段后，分别成像于面阵列的不同行。这种仪器利用色散元件和面阵探测器完成光谱扫描，利用线阵列探测器及沿轨道方向的运动完成空间扫描，它具有空间分辨率高（不低于1030m等特点，主要用于航天遥感。 线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪。它利用点探测器收集光谱信息，经色散元件后分成不同的波段，分别成像于线阵列探测器的不同元件上，通过点扫描镜在垂直于轨道方向的面内摆动以及沿轨道方向的运行完成空间扫描，而利用线探测器完成光谱扫描。 微波遥感与成像微波遥感与成像、微波遥感的特点、微波遥感方式和传感器 在电磁波谱中，波长在在电磁波谱中，波长在1mm1mm1m1m范围的波称微

29、波。范围的波称微波。（微波波段划分微波波段划分） 微波遥感特性：微波遥感特性：v 能全天候、全天时工作能全天候、全天时工作()；v 对某些地物具有特殊的波谱特征；对某些地物具有特殊的波谱特征；v 对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力()；v 对海洋遥感具有特殊意义对海洋遥感具有特殊意义()；v 分辨率较低，但特征明显分辨率较低，但特征明显()。微波遥感的特点微波遥感的特点 微波传感器的波长分辨率比较低，是由于其波长较长，衍射现象显著的缘故。同时，观察精度和取样速度往往不能协调。 这一特性可以用来探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事这一特性可以用来探测隐藏

30、在林下的地形、地质构造、军事目标以及埋藏在地下的工程、矿藏、地下水等。目标以及埋藏在地下的工程、矿藏、地下水等。 电磁波通过介质时，部分被吸收，强度要衰减。故将电磁波电磁波通过介质时，部分被吸收，强度要衰减。故将电磁波振幅减少振幅减少1/e1/e倍（倍（37%37%）的穿透深度定义为）的穿透深度定义为趋肤深度趋肤深度H H: : H H=(5.3=(5.31010-3-31/21/2)/)/式中：式中：为地物的介电常数；为地物的介电常数；为地物的导电率。为地物的导电率。 微波对于海水特别敏感，其波长很适合于海微波对于海水特别敏感，其波长很适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测。面动态情况（

31、海面风、海浪等）的观测。 许多地物，微波辐射能力差别较大，可分辨出可见光和红外许多地物，微波辐射能力差别较大，可分辨出可见光和红外波段所不能区分的地物。如，水和冰。红外波段，水的比辐射率波段所不能区分的地物。如，水和冰。红外波段，水的比辐射率为为0.960.96，冰的为，冰的为0.920.92；在微波波段，水的比辐射率为；在微波波段，水的比辐射率为0.4 0.4 ，而冰，而冰的为的为0.990.99。 微波遥感与成像微波遥感与成像-雷达雷达雷达一词是英语Radar的音译，即“无线电测距和定为”(Radio Detection and Range)。藉由接收空间内存在物体所反射的电磁波，可以计算

32、出该物体之方向方向,距离及速度距离及速度。并且可以探测物体的形状，以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括五个基本组成部分:发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器。雷达发射机产生足够的电磁能量，传送给发射天线，发射天线将这些电磁能量集中到空中某一个很窄的方向上，并发射出去，沿某一方向传播的电磁波遇到物体后，会被物体表面向各个方向反射，其中的一部分被接收天线截获，就形成雷达的回波信号。雷达分为连续波雷达和脉冲雷达脉冲雷达两大类。地物对微波的反射能力取决于本身的性质和形状。 微波遥感与成像微波遥感与成像-雷达雷达金属和各种良导体的反

33、射能力强；木质物体，如树木等，反射能力微弱；反射能力与介电常数密切相关；微波具有极化特性极化特性，在垂直方向和水平方向反射强度不同；所发射的波长越短，反射能力越强。发射波长大于物体长度时，会产生绕射，反射能力越弱；表面光滑会产生镜面反射，表面粗糙发生漫反射。 微波遥感与成像微波遥感与成像-雷达雷达极化是指电磁波在传播的过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变化的状态。天线装在平台的侧面侧面，发射机向侧向面内发射一束窄脉冲，地物反射的微波脉冲，由天线收集后，被接收机接收。由于地面各点到平台的距离不同，接收机接收到许多信号，以它们到平台距离的远近，先后依序记录。信号的强度与辐照带内各种地物的特性、形

34、状和坡向等有关。 微波遥感与成像微波遥感与成像-侧视雷达侧视雷达距离分辨力和方位分辨力 距离分辨力：在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标的最小距离，它与脉冲宽度有关，也与俯角有关，俯角越大距离分辨率越低 微波遥感与成像微波遥感与成像-侧视雷达侧视雷达 若要提高距离分辨力，从式中看来，需减小脉冲宽度，但这样将使作用距离减小。为了保持一定的作用距离，这时需加大发射功率，造成设备庞大，费用昂贵。目前一般是采用脉冲压缩技术来提高距离分辨力。 方位分辨力方位分辨力是指相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离。 微波遥感与成像微波遥感与成像-侧视雷达侧视雷达 要提高方位分辨力，需采用波长较短的电磁波，加

35、大天线孔径和缩短观测距离。这几项措施无论在飞机上或卫星上使用时都受到限制。目前是利用合成孔径侧视雷达来提高侧视雷达的方位分辨力。 微波遥感与成像微波遥感与成像-侧视雷达侧视雷达 微波遥感与成像微波遥感与成像-合成孔径雷达合成孔径雷达合成孔径天线对同一目标的信号不是在同一时刻得到，在每一个位置上都要记录一个回波信号。 微波遥感与成像微波遥感与成像-合成孔径雷达合成孔径雷达等效的波束地面覆盖范围2 LS。 P s= （/2LS）R，（= /D） LS= R=/D R ， P s=D/2 遥感图像的特征遥感图像的特征 获取的信息包括目标地物的大小、形状及空间分布特点，目标的属性特点，目标的运动变化特

36、点。这些特点分为三个方面：几何，物理和时间特征。这三个方面特征的表现为： 遥感图像的空间分辨力 遥感图像的光谱分辨力 遥感图像的辐射分辨力 遥感图像的时间分辨力 遥感图像的特征遥感图像的特征1.遥感图像的空间分辨力遥感图像的空间分辨力传感器瞬时视场内所观察到的地面的大小称空间分辨力。HfRRsg 遥感图像的特征遥感图像的特征2.遥感图像的辐射分辨力遥感图像的辐射分辨力 指传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力。 遥感图像的特征遥感图像的特征3.遥感图像的光谱分辨力遥感图像的光谱分辨力 探测光谱辐射能量的最小波长间隔，应为光谱探测能力。它包括传感器总的探测波段的宽度、波段数、各波段的波长范围和间

37、隔。 遥感图像的特征遥感图像的特征4.遥感图像的时间分辨力遥感图像的时间分辨力是指对同一地区重复获取图像所需的时间间隔。时间分辨力与所需探测目标的动态变化有直接的关系。各种传感器的时间分辨力，与卫星的重复周期及传感器在轨道间的立体观察能力有关。 摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角小于偏离铅垂线的夹角小于3 30 0，夹角为像片倾角，夹角为像片倾角铅垂线像片SA摄影机主光轴像片垂直摄影 感光特性曲线曝光量（H）的对数底片的密度（D）1 遥感平台海洋卫星系列遥感平台海洋卫星系列1、海洋遥感的特点）具有高空和空间的遥感平台，一进行大面积同步覆

38、盖观测）以微波为主3）电磁波与激光、声波的结合4）海面实测资料的校正2、海洋卫星简介 海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界线、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水团的线、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水团的温度、盐度、颜色、叶绿素含量，海冰的类型、密集温度、盐度、颜色、叶绿素含量，海冰的类型、密集度、数量、范围以及水下信息、海洋环境、海洋净化度、数量、范围以及水下信息、海洋环境、海洋净化等方面的动态监测。等方面的动态监测。海洋卫星 () SEASAT MOS ERS RADARSAT SEASAT数据 数据来源：美国海洋卫星。数据来源：美

39、国海洋卫星。 近极地近圆形太阳同步轨道。近极地近圆形太阳同步轨道。 卫星载有卫星载有5 5种传感器，其中种传感器，其中3 3种是成像传感器。这种是成像传感器。这3 3种成像传感器是合成孔径侧视雷达种成像传感器是合成孔径侧视雷达(SAR-A)(SAR-A)、多、多通道微波扫描辐射计通道微波扫描辐射计(SNMR)(SNMR)和可见光和可见光- -红外辐射红外辐射计计(VIR) (VIR) 。 MOS数据 数据来源：日本海洋观测卫星。数据来源：日本海洋观测卫星。 近圆形近极地太阳同步轨道。近圆形近极地太阳同步轨道。 卫星载有卫星载有3 3种遥感器，多谱段电子自扫描辐射计种遥感器，多谱段电子自扫描辐射

40、计(MESSR)(MESSR)、可见光、可见光- -热红外辐射计热红外辐射计(VTIR)(VTIR)和微波辐和微波辐射计射计(MSR) (MSR) 。 MOSMOS传感器结构图。传感器结构图。 ERS 数据 数据来源：欧洲遥感卫星。数据来源：欧洲遥感卫星。 圆形极地太阳同步轨道。圆形极地太阳同步轨道。 雷达地面分辨率可达雷达地面分辨率可达30 m30 m。 主要用于海洋学、冰川学、海冰制图、海洋污染主要用于海洋学、冰川学、海冰制图、海洋污染监测、船舶定位、导航，水准面测量、岸洋岩石监测、船舶定位、导航，水准面测量、岸洋岩石圈的地球物理及地球固体潮和土地利用制图等领圈的地球物理及地球固体潮和土地

41、利用制图等领域。域。 RADARSAT数据 数据来源：加拿大遥感卫星。数据来源：加拿大遥感卫星。 圆形近极地太阳同步轨道。圆形近极地太阳同步轨道。 携带的成像遥感器有合成孔径雷达携带的成像遥感器有合成孔径雷达(SAR)(SAR)、多谱、多谱段扫描仪、高分辨率辐射计段扫描仪、高分辨率辐射计(AVHRR)(AVHRR)，非成像遥，非成像遥感器有散射计感器有散射计 。 NOAA卫星 数据来源：美国气象卫星。数据来源：美国气象卫星。 近圆形太阳同步轨道，双星系统近圆形太阳同步轨道，双星系统870870和和833833公里，公里，轨道倾角轨道倾角98.998.9和和98.798.7，周期，周期101.4

42、min101.4min。 卫星携带的环境监测遥感器主要有改进型甚高分卫星携带的环境监测遥感器主要有改进型甚高分辨率辐射计辨率辐射计(AVHRR)(AVHRR)和泰罗斯业务垂直观测系统和泰罗斯业务垂直观测系统(TOVS)(TOVS)。 NOAANOAA图像。图像。 参考网站参考网站: : / / / / GMS气象卫星 数据来源：日本葵花气象卫星。数据来源：日本葵花气象卫星。 地球卫星同步轨道。地球卫星同步轨道。 星上

43、载有可见光星上载有可见光- -红外自旋扫描辐射计红外自旋扫描辐射计( (成像成像) )和空间和空间环境监测仪。环境监测仪。 可提供：全景圆形图像、日本邻区局部放大图像、可提供：全景圆形图像、日本邻区局部放大图像、分割圆形为分割圆形为7 7扇形图像，极地立体投影图像、墨卡托扇形图像，极地立体投影图像、墨卡托投影图像。投影图像。 各种图像均有可见光、红外及等温分层等图像。各种图像均有可见光、红外及等温分层等图像。 GMSGMS图像。图像。GMS图像 FY气象卫星 数据来源：中国风云气象卫星。数据来源：中国风云气象卫星。 近极地太阳同步轨道。近极地太阳同步轨道。 卫星上主要的遥感器是两台甚高分辨率扫

44、描辐射计卫星上主要的遥感器是两台甚高分辨率扫描辐射计(AVHRR) ,每台有每台有5个通道，各通道的波长范围分别是：个通道，各通道的波长范围分别是： AVHRR1：0.580.68m，绿，绿红红 AVHRR2：0.725l. lm， 近红外近红外 AVHRR3：0.480.53m，蓝，蓝绿绿 AVHRR4：0.530.68m，绿，绿红红 AVHRR5：10.512.5m，热红外，热红外 AVHRR1和和2可获取白天云图及地表图像；可获取白天云图及地表图像； AVHRR3和和4可获取海洋水色和陆表图像；可获取海洋水色和陆表图像； AVHRR5可获取昼夜可获取昼夜云图、海温和地表温度云图、海温和地

45、表温度 。风云气象卫星是中国于1977年开始研制气象卫星，1988年、1990年和1999年，先后发射了3颗第一代极轨气象卫星，即风云1号A、B和C气象卫星。1997年和2000年又先后发射了两颗静止轨道风云2号气象卫星，组成了中国气象卫星业务监测系统，成为继美、俄之后世界上同时拥有两种轨道气象卫星的国家，是中国经过30多年坚持不懈地奋斗和自主创新的结晶。2004年10月19日和2006年12月8日，分别成功发射了风云二号C星和D星，首次共同实现了“双星运行、互为备份”。2008年5月27日，我国新一代极轨气象卫星风云三号A星被成功送入预定轨道。 11个先进的遥感仪器及99个光谱探测通道，其中

46、有5个通道的分辨率达到250米。而在30年前的风云一号A星上，仅有1个仪器及5个通道。目前，我国第二代静止气象卫星风云四号已进入立项阶段，将于2013年前后发射首颗卫星。 感光材料是胶片感光材料是胶片()和印像纸的通称。由感光乳和印像纸的通称。由感光乳剂层和片基组成。黑白片有单层感光乳剂，彩色剂层和片基组成。黑白片有单层感光乳剂，彩色片有三层感光乳剂。片有三层感光乳剂。 感光材料的性能指标：感光材料的性能指标： （1） 感光度：感光的快慢程度。感光度：感光的快慢程度。 （2） 反差反差()：最大光学密度与最小光学密：最大光学密度与最小光学密度之差。度之差。 （3） 分辨率：对景物细微部分的表现

47、能力，分辨率：对景物细微部分的表现能力，用线对数用线对数(mm)表示。表示。 航摄选用航摄选用感光度高、反差适中、有较高分辨率感光度高、反差适中、有较高分辨率的的感光材料。感光材料。 感光材料的乳剂层上使影像表达出所摄物体感光材料的乳剂层上使影像表达出所摄物体各部分在光量方面差别的能力，称为乳剂的反差，各部分在光量方面差别的能力，称为乳剂的反差，即黑白差。感光材料特性曲线的直线段斜率为反即黑白差。感光材料特性曲线的直线段斜率为反差系数。差系数。 遥感中常用的胶片是全色片、天然彩色片、遥感中常用的胶片是全色片、天然彩色片、彩色红外片等。它们的感光范围各不相同。彩色红外片等。它们的感光范围各不相同

48、。 感光片性能感光片性能 感光特性曲线感光特性曲线曝光量（H）的对数底片的密度（D）1 遥感平台气象卫星系列遥感平台气象卫星系列、气象卫星概述应用领域：气象预报、气象研究、资源调查、海洋研究等。20世纪60年代发展了第一代气象卫星：TIROS泰诺斯，ESSA艾萨，“雨云（Nimus）”，ATS艾托斯。19701977发展第二代：ITOS，GMS,全球气象卫星系统以NOAA诺瓦为代表的第三代。 全球气象卫星系统全球气象卫星系统 我国的气象卫星发展比较晚：我国的气象卫星发展比较晚： FY-1,FY-1-B FY-2属于地球同步轨道静止气象卫星。目前，风云一号D星，风云三号A星，风云二号C、D、E星

49、等5颗气象卫星在轨运行 1 遥感平台气象卫星系列遥感平台气象卫星系列2、气象卫星特点）轨道分为：低轨和高轨）短周期重复观测）成像面积大，有利于获得宏观同步信息）资料来源连续、实时性强、成本低气象卫星获得的资料包括：可见光和红外云图等，云量、运分布、大气垂直温度、大气水汽含量、臭氧含量、云顶温度、海面温度等，太阳质子、射线和X射线的高空大气物理参数等空间环境监测资料。另外，兼有通讯卫星的作用。1 遥感平台气象卫星系列遥感平台气象卫星系列、气象卫星资料的应用领域）天气分析和气象预报）气候研究和气候变迁的研究）地球环境其他领域海洋学方面，环境监测等方面。 卫星探测资料能推算海水表面温度分布，确定海流

50、位置，识别海水结冰的范围。 卫星云图能直观形象地展现出陆地和海洋上的云系、风暴、雨、雾、积雪、沙尘等气象情况。1 遥感平台陆地卫星系列遥感平台陆地卫星系列黄岩岛黄岩岛1 遥感平台陆地卫星系列遥感平台陆地卫星系列、主要的陆地卫星系列）陆地卫星（Landsat）SPOT卫星）中国资源一号卫星中巴地球资源卫星（CBERS）4）其他陆地卫星1 遥感平台陆地卫星系列遥感平台陆地卫星系列2、高空分辨率陆地卫星） IKONOS） Quickbird (1）宏观性。覆盖范围大，视野广，可获得准同步、全球性的系统覆盖，为宏观研究各种自然现象和规律提供有利条件。(2)周期性重复覆盖，提供不同季节、不同照度条件的图

51、象，可满足动态检测测与预报分析的需要。(3)数量化对地物的波谱反射、辐射特征，是以影象或数字形式瞬时记录下来。以得到适于计算机处理的数字格式的图象，便于图象的数字化处理，便于定量分析。(4)低一中等太阳高度角(25一30)使图象上产生阴暗效应，从而增强了对地质地貌现象的研究，利于地学分析。(5)几何畸变小(与航空象片相比)可将图象直接放大，以便进行判谈解译。TM图象可放大用于编制地图和专题图。陆地卫星资料特征 陆地卫星系列的局限性，其空间、光谱、时间分分辨力均有一定限制，且缺乏立体覆盖，均受不同程度的影象畸变，数据的及时利用率较差，用户所得的卫星数据不连续。但是，随着遥感信息质量的不断提高，陆

52、地卫星系统的应用能力将得到进一步开拓。局限性陆地卫星陆地卫星LandsatLandsat，19721972年发射第一颗，已连续年发射第一颗，已连续4141年为年为人类提供陆地卫星图像，共发射了人类提供陆地卫星图像，共发射了8 8颗，产品主要有颗，产品主要有MSS,TM,ETMMSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。，属于中高度、长寿命的卫星。 2013年年2月月11日，第八颗日，第八颗LandSat卫星在加州范登堡卫星在加州范登堡空军基地进行发射。空军基地进行发射。陆地卫星的运行特点：陆地卫星的运行特点： （1 1）近极地、近圆形的轨道；）近极地、近圆形的轨道； （2 2）轨道高度为）

53、轨道高度为700700900 km900 km； （3 3）运行周期为）运行周期为9999103 min/103 min/圈；圈； （4 4）轨道与太阳同步。）轨道与太阳同步。（1）Landsat数据数据 Landsat数据系列卫星名称卫星名称发射日期发射日期Landsat-1Landsat-11972.7.231972.7.23Landsat-2Landsat-21975.1.221975.1.22Landsat-3Landsat-31978.3.51978.3.5Landsat-4Landsat-41982.7.161982.7.16Landsat-5Landsat-51984.3.119

54、84.3.1Landsat-6Landsat-61993.10.51993.10.5Landsat-7Landsat-71999.4.151999.4.15Landsat-8Landsat-82013.2.112013.2.11 Landsat轨道参数 Landsat卫星的传感器(1) MSS(1) MSS：多光谱扫描仪，：多光谱扫描仪，5 5个波段。个波段。(2) TM (2) TM ：主题绘图仪，：主题绘图仪，7 7个波段。个波段。(3) ETM+(3) ETM+：增强主题绘图仪，：增强主题绘图仪，8 8个波段。个波段。MSSMSS空间分辨率空间分辨率8080米；米；TMTM可见光近红外可

55、见光近红外3030米，热红外米，热红外120120米；米；ETMETM可见光近红外可见光近红外3030米，热红外米，热红外6060米，全色波米，全色波段段1515米。米。 MSS的波谱段通道号 光谱段颜色 波长范围/m MSS4 绿 0.50.6 MSS5 红 0.60.7 MSS6 红近红外 0.70.8 MSS7 近红外 0.81.1 MSS8 远红外 10.412.6 TM数据()的波谱段 TM10.450.52m 蓝绿波段 TM20.520.60m 绿红波段 TM30.630.69m 红波段 TM40.760.90m 近红外波段 TM51.551.75m 近红外波段 TM610.412

56、.5m 热红外波段 TM72.082.35m 近红外波段 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机械扫描仪，是在扫描仪，是在MSSMSS基础上改进和发展而成的一基础上改进和发展而成的一种遥感器。种遥感器。TMTM采取双向扫描，提高了扫描效采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收率，缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。灵敏度。世界范围内应用率最高的一款卫星影像。世界范围内应用率最高的一款卫星影像。ETM数据()的波谱段ETM10.450.52m 蓝绿波段 ETM20.520.60m 绿红波段 ETM30.630.69m 红波段 ETM40

57、.760.90m 近红外波段 ETM51.551.75m 近红外波段 ETM610.412.5m 热红外波段 ETM72.082.35m 近红外波段 ETM8（PAN）0.520.90 m 可见光近红外 ETMETM数据是第三代推帚式扫描仪，是在数据是第三代推帚式扫描仪，是在TMTM基础上改进和发展而成的一种遥感器。基础上改进和发展而成的一种遥感器。按照NASA 的计划， Landsat 8 要经过 100 天调整期后才能向地面发回观测的结果 Landsat参考网站 教学活动教学活动：上网查资料，了解：上网查资料，了解LandsatLandsat卫卫星的最新动态。星的最新动态。 http:/g

58、 / / / / / 19781978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些国家，设计、研制了一颗名为些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系地球观测实验系统统”(SPOT)(SPOT)的卫星，也叫做的卫星，也叫做“地球观测实验卫星地球观测实验卫星”。 SPOT1SPOT

59、1，19861986年年2 2月发射，月发射，20022002停运。停运。 SPOT2SPOT2，19901990年年1 1月发射，至今还在运行。月发射，至今还在运行。 SPOT3SPOT3，19931993年年9 9月发射，月发射，19971997年年1111月月1414日停止运日停止运行。行。 SPOT4SPOT4，19981998年年3 3月发射，至今还在运行。月发射，至今还在运行。 SPOT5SPOT5, 2002, 2002年年5 5月月4 4日凌晨当地时间日凌晨当地时间1 1时时3131分，在分，在法属圭亚那卫星发射中心由阿里亚娜法属圭亚那卫星发射中心由阿里亚娜4 4号火箭运载成号

60、火箭运载成功发射。功发射。v中等高度（中等高度（832 km)832 km)圆形近极地太阳同步轨道。圆形近极地太阳同步轨道。 主要成像系统主要成像系统: :高分辨率可见光扫描仪（高分辨率可见光扫描仪（HRVHRV，HRGHRG），），VEGETATIONVEGETATION，HRSHRS。 （ 2）SPOT数据数据SPOT卫星的轨道参数标称轨道高度标称轨道高度832 km832 km轨道倾角轨道倾角98.798.7运行一圈的周期运行一圈的周期101.46 min101.46 min日绕总圈数日绕总圈数14.1914.19圈圈重复周期重复周期26 d26 d降交点地方太阳时降交点地方太阳时10:30(1