第07讲 遥感成像原理与图像特征之二_航空摄影像片特征

1、遥感地质学遥感地质学 Remote Sensing Geology遥感成像原理与图像特征（遥感成像原理与图像特征（2）光学摄影像片的特征光学摄影像片的特征河北工程大学资源学院河北工程大学资源学院遥感地质学章节内容遥感地质学章节内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 遥感物理基础（电磁波谱与电磁辐射）遥感物理基础（电磁波谱与电磁辐射）第三章第三章 遥感成像原理与图像特征遥感成像原理与图像特征第四章第四章 遥感图像处理遥感图像处理第五章第五章 遥感图像地质解译标志遥感图像地质解译标志第六章第六章 遥感图像地貌解译遥感图像地貌解译第七章第七章 遥感图像的岩性解译遥感图像的岩性解译第八章第八章 遥感图

2、像构造解译遥感图像构造解译第九章第九章 遥感应用遥感应用第三章第三章 遥感成像原理与图像特征遥感成像原理与图像特征 本章主要内容本章主要内容遥感技术系统（遥感平台和传感器）遥感图像种类与基本属性光学摄影成像与图像特征扫描成像与图像特征微波遥感成像与图像特征三、光学摄影成像与图像特征（一）摄影成像遥感器（一）摄影成像遥感器（二）摄影胶片（二）摄影胶片（三）摄影像片的特征（三）摄影像片的特征（一）摄影成像遥感器 摄影机结构摄影机结构 摄影机类型摄影机类型1 1、分幅式摄影机、分幅式摄影机2 2、全景式摄影机、全景式摄影机3 3、数码摄影机、数码摄影机4 4、多光谱摄影机、多光谱摄影机摄影机结构与普

3、通照相机相似，由镜头、摄影机结构与普通照相机相似，由镜头、镜箱、暗盒和座架等部分组成。镜箱、暗盒和座架等部分组成。镜头由复式组合镜头由复式组合镜片构成，它们由镜片构成，它们由不同曲不同曲率半径和不同化学成分率半径和不同化学成分的凹凸透镜组成。的凹凸透镜组成。镜头镜头焦距焦距f是固定是固定。短焦距。短焦距f200 mm，航天遥感，航天遥感f300 mm、甚至、甚至1000 mm。镜箱镜箱由金属制成，严密不透光而坚固。由金属制成，严密不透光而坚固。前前端装有镜头，后端为像框端装有镜头，后端为像框。常用像框规格。常用像框规格有有1818cm、2323cm、3030cm，其中以其中以1818cm最为普

4、遍。最为普遍。暗盒与像框相连，内有两个卷片轴，上面暗盒与像框相连，内有两个卷片轴，上面可卷有可卷有30米米120米长、带齿孔的胶卷，米长、带齿孔的胶卷，依靠盒内的压平板或流动气流使胶卷平整依靠盒内的压平板或流动气流使胶卷平整紧贴在像框上。借助自动控制的操纵器，紧贴在像框上。借助自动控制的操纵器，胶片与镜头快门相互配合，可以按一定的胶片与镜头快门相互配合，可以按一定的间隔连续拍摄，通过卷片轴自动卷片，完间隔连续拍摄，通过卷片轴自动卷片，完成全部摄影过程。成全部摄影过程。座架座架：承受航摄仪的底座，它固定在飞机：承受航摄仪的底座，它固定在飞机的照相舱口上。座架可使摄像机作旋转和的照相舱口上。座架可

5、使摄像机作旋转和倾斜动作以置平摄像机。倾斜动作以置平摄像机。又称为帧幅式摄影机，一次曝光得到地面一幅像片，是又称为帧幅式摄影机，一次曝光得到地面一幅像片，是最常用的摄影遥感相机。最常用的摄影遥感相机。又称为扫描摄影机，焦距较长，有的在又称为扫描摄影机，焦距较长，有的在600mm以上可以上可在长在长23cm（航向），宽（航向），宽128cm（横向）的胶片上成像，（横向）的胶片上成像，在军事侦察中应用较多。在军事侦察中应用较多。成像原理与一般摄影机相同，结构也类似。所不同的是成像原理与一般摄影机相同，结构也类似。所不同的是记录介质不是胶片，而光敏电子元件把光信号置换为电记录介质不是胶片，而光敏电子

6、元件把光信号置换为电信号后记录在磁性介质上。信号后记录在磁性介质上。为了要同时直接获取可见光和近红外波谱段范围为了要同时直接获取可见光和近红外波谱段范围内的若干个分波段影像，可以采用多光谱摄影机。多相内的若干个分波段影像，可以采用多光谱摄影机。多相机组合型、多镜头组合型、光束分离型机组合型、多镜头组合型、光束分离型 。（三）摄影像片的特征（三）摄影像片的特征以航空摄影为例以航空摄影为例 摄影像片的种类摄影像片的种类 摄影像片的特征摄影像片的特征1、空间特征（几何特征）、空间特征（几何特征）2、波谱特征、波谱特征 摄影像片质量评定摄影像片质量评定航空遥感优点：航空遥感优点：空间分辩率高，信息容量

7、大；空间分辩率高，信息容量大；适用于专题遥感研究；适用于专题遥感研究；航空遥感作为实验性技术系统，检验各种星载遥感仪器；航空遥感作为实验性技术系统，检验各种星载遥感仪器；信息获取方便。信息获取方便。弱点：受天气等条件限制大；观测范围受到限制；数据弱点：受天气等条件限制大；观测范围受到限制；数据的周期性和连续性不如航天遥感。的周期性和连续性不如航天遥感。航片工作波段在近紫外到近红外（航片工作波段在近紫外到近红外（0.31.3微米）之间。微米）之间。以色调或色彩以及由它们组合成的形态特征反映地物的波以色调或色彩以及由它们组合成的形态特征反映地物的波谱信息。谱信息。色调：用灰阶表示，从白到黑分为十阶

8、。地物反射率高，色调：用灰阶表示，从白到黑分为十阶。地物反射率高，色调浅；地物反射率低，色调深。色调浅；地物反射率低，色调深。在真彩色片上是一致的；红外彩色是象征性彩色。在真彩色片上是一致的；红外彩色是象征性彩色。航空摄影像片的种类 航空摄影像片的种类通常按摄影方式区分。航空摄影像片的种类通常按摄影方式区分。1、按摄影机主光轴与铅垂线的关系：、按摄影机主光轴与铅垂线的关系：2、按摄影所用的波段、按摄影所用的波段3、按摄影实施方式分、按摄影实施方式分4、比例尺分大、中、小等比例尺航片、比例尺分大、中、小等比例尺航片垂直摄影：摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在垂直摄影：摄影机主光轴垂直于地面或偏离

9、垂线在3 3以内。以内。倾斜摄影：摄影机主光轴偏离地面垂线大于倾斜摄影：摄影机主光轴偏离地面垂线大于3 3。有时为了。有时为了增强摄影立体感，采用倾斜摄影方式。增强摄影立体感，采用倾斜摄影方式。主光轴：通过物镜中心并与主平面（焦平面）垂直的直线。主光轴：通过物镜中心并与主平面（焦平面）垂直的直线。主光轴垂直于像片面。主光轴垂直于像片面。像主点像主点(principal point, PP)：主光轴与感光片的交点。：主光轴与感光片的交点。像片倾角像片倾角(航摄倾角航摄倾角)：主光轴与铅垂线的夹角。也是像片面：主光轴与铅垂线的夹角。也是像片面与水平面的夹角。与水平面的夹角。黑白全色像片黑白全色像片

10、黑白红外像片黑白红外像片 天然彩色像片天然彩色像片 彩色红外像片彩色红外像片多光谱摄影：多个波段航空像片多光谱摄影：多个波段航空像片机载侧视雷达机载侧视雷达单片摄影：为特定目标或小块地区进行的摄影，单张、单片摄影：为特定目标或小块地区进行的摄影，单张、不连续。不连续。单航线摄影：单航线摄影：沿一条航线对地面狭长地带或线状地物沿一条航线对地面狭长地带或线状地物（铁路、公路）进行连续摄影。（铁路、公路）进行连续摄影。多航线摄影：多航线摄影：沿数条互相平行的直线航线对一个广大地沿数条互相平行的直线航线对一个广大地区进行的连续的、布满全区的摄影。由几个相互平行、相区进行的连续的、布满全区的摄影。由几个

11、相互平行、相互连续并有一定重叠部分的单航线摄影组成。互连续并有一定重叠部分的单航线摄影组成。航向重叠：航向重叠：相邻两像片间重叠部分。保证没有摄影漏洞相邻两像片间重叠部分。保证没有摄影漏洞及立体观察及立体观察航向重叠度：航向重叠度：航向重叠的面积与一张像片的总面积之比。航向重叠的面积与一张像片的总面积之比。一般为一般为60%，不小于，不小于53%。旁向重叠：旁向重叠：相邻航线的各相邻像片间的重叠相邻航线的各相邻像片间的重叠旁向重叠度：旁向重叠度：旁向重叠面积与一张像片总面积之比。一旁向重叠面积与一张像片总面积之比。一般为般为15%-30%。为避免飞行偏差，一般航线长度限制在为避免飞行偏差，一般

12、航线长度限制在60-120KM。航向重航向重叠叠旁向重旁向重叠叠 S亮甲山亮甲山石门寨石门寨垂直摄影像片垂直摄影像片的空间特征的空间特征()q像片的投影性质像片的投影性质q像片的比例尺像片的比例尺q像点位移像点位移q空间分辨率空间分辨率q立体观察立体观察像片的投影像片的投影 中心投影和正射投影中心投影和正射投影 中心投影的透视规律中心投影的透视规律用一组假想的直线将物体向几何面投射称为用一组假想的直线将物体向几何面投射称为投影投影。其投射线称为其投射线称为投影射线投影射线。投影的几何面通常取平面称为投影的几何面通常取平面称为投影平面投影平面。在投影平面上得到的图形称为该在投影平面上得到的图形称

13、为该物体在投影平面上的投影物体在投影平面上的投影。根据所用投影射线组遵循规律及投影射线与投影平面相关位根据所用投影射线组遵循规律及投影射线与投影平面相关位置的不同置的不同, 投影有投影有中心投影中心投影与与平行投影平行投影两种：两种：当投影射线会聚于一点时当投影射线会聚于一点时, 称为称为中心投影中心投影；投影射线的会聚点；投影射线的会聚点S 称为称为投影中心投影中心；当诸投影射线都平行于某一固定方向时的投影称为当诸投影射线都平行于某一固定方向时的投影称为平行投影平行投影当投影射线与投影平面成斜交的称为当投影射线与投影平面成斜交的称为斜投影斜投影; 投影射线与投影投影射线与投影平面成正交的称为

14、平面成正交的称为正射投影正射投影。 ABCDabcd中心投影中心投影ABCDabcd投影投影航片是中心投影，地形图是投影。在航摄仪对地面进行摄影时，地面景物为投影物体，航摄仪在航摄仪对地面进行摄影时，地面景物为投影物体，航摄仪镜头为投影中心，摄影胶片便是投影面，上有投影像。镜头为投影中心，摄影胶片便是投影面，上有投影像。由摄影胶片显影制成负片（底片）。利用负片印制成的像片由摄影胶片显影制成负片（底片）。利用负片印制成的像片称为正片。称为正片。中心投影有两种状态：正片位置和负片位置。投影平面和物中心投影有两种状态：正片位置和负片位置。投影平面和物点位在投影中心的两侧，此时像片为负片点位在投影中心

15、的两侧，此时像片为负片, 像片所处的位置称像片所处的位置称为为负片位置负片位置。以投影中心为对称中心。以投影中心为对称中心, 将负片转到物空间将负片转到物空间, 即即投影平面与物点位在投影中心的同一侧，此时像片为正片投影平面与物点位在投影中心的同一侧，此时像片为正片, 其其所处的位置称为所处的位置称为正片位置正片位置。正片相当于负片以投影中心作同。正片相当于负片以投影中心作同等大小的投影晒印片。不论像片是处在负片位置或正片等大小的投影晒印片。不论像片是处在负片位置或正片位置位置, 像点与物点之间的几何关系并没有改变。像点与物点之间的几何关系并没有改变。中心投影的透视规律：中心投影的透视规律：点

16、点点，投影线上的多个点点，投影线上的多个点一个点；一个点；直线：平行像平面直线：平行像平面直线，形状一致，直线，形状一致，垂直于地面垂直于地面点，投影线通过投影中心的垂直于点，投影线通过投影中心的垂直于像片的直线，像片的直线，直线，不过投影中心时投影长度和直线，不过投影中心时投影长度和变形与其在像片中的位置有关，近中心处缩短、边缘夸大；变形与其在像片中的位置有关，近中心处缩短、边缘夸大；曲线曲线曲线；曲线；面状物体：水平面面状物体：水平面平面，平面，垂直面垂直面直线，位于投影中心，直线，位于投影中心，其它位置，顶部其它位置，顶部直线，直线，侧面侧面梯形或不规则形状。梯形或不规则形状。像片的比例

17、尺像片的比例尺像片比例尺：像片比例尺：航空像片上某一线段长度与地面相应线段长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，用度之比，称为像片比例尺，用1/m表示。表示。 平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（片比例尺等于像机焦距（f）与航高（）与航高（H）之比，）之比， 即：即：式中式中f是物镜的焦距，是物镜的焦距，H是飞行器的相对航高。是飞行器的相对航高。主比例尺：由像主点航高计算出来的比例尺，它可以概略主比例尺：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尺。通常所说的像片比

18、例尺称为主比例地代表该张航片的比例尺。通常所说的像片比例尺称为主比例尺。因为像片受倾斜误差、投影误差等的影响，所以在像片上，尺。因为像片受倾斜误差、投影误差等的影响，所以在像片上，只有某些线或点符合该比例尺。只有某些线或点符合该比例尺。 平均比例尺：以各点的平均高程为起始面，并根据这个起平均比例尺：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。始面计算出来的比例尺。像点位移像点位移 像点位移概念像点位移概念 像点位移量像点位移量 像点位移规律像点位移规律根据中心投影的原理，无论是带有起伏状态的地形，或是根据中心投影的原理，无论是带有起伏状态的地形，或是高出地面的任何物体，反映到航

19、空照片上的像点与其平面高出地面的任何物体，反映到航空照片上的像点与其平面位置相比，一般都会产生位置的移动，这种像点位置的移位置相比，一般都会产生位置的移动，这种像点位置的移动，叫像点位移（投影差）。动，叫像点位移（投影差）。位移量就是中心投影与垂直位移量就是中心投影与垂直投影在同一水平面上（后再投影在同一水平面上（后再进行中心投影）的进行中心投影）的“投影误投影误差差”。 位移量与地形高差成正比，即高差越位移量与地形高差成正比，即高差越大引起的像点位移量也越大。当高差为大引起的像点位移量也越大。当高差为正时，像点位移为正，是背离像主点方正时，像点位移为正，是背离像主点方向移动；高差为负时，像点

20、位移为负，向移动；高差为负时，像点位移为负，是朝向像主点方向移动。是朝向像主点方向移动。 位移量与像点至像主点的距离成正比，位移量与像点至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。像主点处片中心部分位移量较小。像主点处r0无无位移。位移。 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，因地表起伏引起的像即摄影高度越大，因地表起伏引起的像点位移量越小。点位移量越小。航片的空间分辨率 衡量航空像片质量和确定其使用价值的重要物理特征，通常指一幅像片内辨别和区分相邻近的两个物体的能力，常用影像分辨率和

21、地面分辨率来表示。 影像分辨率：像片或底片一个毫米范围内，能分辨出的相间排列的黑白线对数。 地面分辨率：指能够观察到地面最小物体的尺寸，即遥感图象上能够详细区分的最小物体的大小，是用来表征图象分辨地面目标细节能力的指标。）线对（）影像分辨率（线对航空像片比例尺的分母地面分辨率m/mm1000mm/立体观察在满足立体观察条件时，可以将二维影像转化为三维空间的在满足立体观察条件时，可以将二维影像转化为三维空间的光学立体模型光学立体模型，突出地物的空间特性，使人眼易于辨认地物和确定空间位置。遥感图像的立突出地物的空间特性，使人眼易于辨认地物和确定空间位置。遥感图像的立体观察是目视解译的一种重要手段。

22、体观察是目视解译的一种重要手段。立体观察时，必须具备下列条件立体观察时，必须具备下列条件： 成像对的两张航空像片必须是在空中相同高度，各自相互具有超覆成像对的两张航空像片必须是在空中相同高度，各自相互具有超覆部分。部分。 两张像片在进行立体观察时，一定要按固定的相对位置放置，即让两张像片在进行立体观察时，一定要按固定的相对位置放置，即让两片先重叠，然后分开，左面的像片应放在左侧，右边的放在右侧，两片先重叠，然后分开，左面的像片应放在左侧，右边的放在右侧，不能倒置。不能倒置。 观察时分别用双目各看一张像片，即左眼看左片，右眼看右片。观察时分别用双目各看一张像片，即左眼看左片，右眼看右片。立体镜原

23、理与使用方法立体镜原理与使用方法 仪器：仪器：反光立体镜、反光立体镜、红绿眼镜、偏振眼镜红绿眼镜、偏振眼镜90909090180立体镜下所见为地物的光学立体模型立体镜下所见为地物的光学立体模型,常与实际情况不完全常与实际情况不完全一致一致,地形起伏显得很大，这种现象叫超高感或立体效地形起伏显得很大，这种现象叫超高感或立体效应变形。应变形。产生原因：光学立体模型的垂直比例尺与水平比例尺不一致。产生原因：光学立体模型的垂直比例尺与水平比例尺不一致。航空像片的波谱特征 航片以色调或色彩以及由它们组合的形态特征反映地物对航片以色调或色彩以及由它们组合的形态特征反映地物对可摄影波段电磁波的反射特征可摄影

24、波段电磁波的反射特征 色调色调 地物影像色调一般规律地物影像色调一般规律1.1.黑白全色航片黑白全色航片2.2.黑白红外航片黑白红外航片3.3.多波段航片多波段航片4.4.天然彩色片天然彩色片5.5.彩色红外片彩色红外片色调色调-指黑白像片上影像黑白深浅的程度，是地物反射的电指黑白像片上影像黑白深浅的程度，是地物反射的电磁波与感光胶片产生光化学反应的记录。反射率高磁波与感光胶片产生光化学反应的记录。反射率高-色调浅；色调浅；反射率低反射率低-色调深。色调深。黑白红外航片：色调取决于地物对近红外波的反射程度。强反黑白红外航片：色调取决于地物对近红外波的反射程度。强反射近红外的地物射近红外的地物-

25、健康植物健康植物-明亮的浅色调。强吸收近红外地明亮的浅色调。强吸收近红外地物物-水体水体-暗暗(黑黑)色调。色调。多波段航片：取决地物对相应通道工作波段的电磁波反射程度，多波段航片：取决地物对相应通道工作波段的电磁波反射程度，与地物色彩有关。与地物色彩有关。 BGR IR天然彩色片天然彩色片-真彩色，影像色彩与地物原色真彩色，影像色彩与地物原色一致一致彩色红外片彩色红外片-假彩色，其色彩只具象征性，假彩色，其色彩只具象征性，而非地物原色而非地物原色航片资料及像片质量评定 航摄技术要求航摄技术要求 影像质量影像质量像片重叠度应满足区域内各部位立体观察和量测，避免像片像片重叠度应满足区域内各部位立

26、体观察和量测，避免像片间有遗漏，间有遗漏，航向重叠度航向重叠度应不小于应不小于53，旁向重叠度旁向重叠度不少于不少于15。像片的倾角像片的倾角3。航偏角航偏角即航片边缘与像片基线的夹角即航片边缘与像片基线的夹角6。航线弯曲航线弯曲评定，像主点的连线应是直线，即将像片按评定，像主点的连线应是直线，即将像片按航线排列，用直线连接首尾两张像片的主点，并量测连线总航线排列，用直线连接首尾两张像片的主点，并量测连线总长度长度L，要求其中个别像主点偏离此直线的偏差值，要求其中个别像主点偏离此直线的偏差值L/L 3。像片压平程度像片压平程度，可由像片四条压平线平直程度验证，其弯曲，可由像片四条压平线平直程度

27、验证，其弯曲程度不得大于程度不得大于0.05-0.1mm。影像质量：白黑片清晰、黑度适中、反差正常、色调层次丰影像质量：白黑片清晰、黑度适中、反差正常、色调层次丰富、色调均匀、没有黑斑、云影和伤痕；彩色片色别清晰、富、色调均匀、没有黑斑、云影和伤痕；彩色片色别清晰、色差正常、明度变化明显、色彩丰富、饱和度高，能识别出色差正常、明度变化明显、色彩丰富、饱和度高，能识别出与地物无关的影像，如静电放射树枝状花纹、指纹、显影气与地物无关的影像，如静电放射树枝状花纹、指纹、显影气泡、灰尘白斑、黑度不均匀。泡、灰尘白斑、黑度不均匀。其它无关的影像，例如像片底片边缘静电放射造成的树枝状其它无关的影像，例如像

28、片底片边缘静电放射造成的树枝状黑花纹、底片上遗留着手指汗渍印纹、底片上的划伤痕、显黑花纹、底片上遗留着手指汗渍印纹、底片上的划伤痕、显影时留下的气泡斑痕、小霉点痕和棱角状灰尘在像片上产生影时留下的气泡斑痕、小霉点痕和棱角状灰尘在像片上产生的白斑点等。像片还能因影像时没有压紧出现的虚模影像，的白斑点等。像片还能因影像时没有压紧出现的虚模影像，或者水漂洗不够，受潮出现影像泛黄，定影时像片晃动不够或者水漂洗不够，受潮出现影像泛黄，定影时像片晃动不够或时间不够，使银粒过于集中，在象纸上出现黑色银亮斑或或时间不够，使银粒过于集中，在象纸上出现黑色银亮斑或像片呈暗灰色等。像片呈暗灰色等。 航片注记框标压平线压平线压平线： 像片四边井字形直线叫压平线，其弯曲度说明摄影时感光胶片未压平而产生的影像变形情况。 时表水准器像主点框标框标：位于航片的四边或框标：位于航片的四边或四角。将对应框标相连，四角。将对应框标相连，连线的交点就是像片的主连线的交点就是像片的主点（中心点）。点（中