农推课件第2章航天遥感

1、第三章 航天遥感一、航天遥感概述 航天遥感泛指利用各种空间飞行器为平台的遥感技术系统。它以地球人造卫星为主体，包括载人飞船、航天飞机和空间站，有时也把各种行星探测器包括在内。在航天遥感平台上采集信息的方式有四种：一是宇航员操作，如在“阿波罗”飞船上宇航员利用组合像机拍摄地球照片：二是卫星舱体回收，如中国的科学实验卫星回收的卫星像片；三是通过扫描将图像转换成数字编码，传输到地面接收站；四是卫星数据采集系统收集地球或其它行星、卫星上定位观测站发送的探测信号，中继传输到地面接受站。1、人造卫星的分类 （1）根据运行轨道高度 、低高度、短寿命卫星，150-200km，1-3周，军事 、中高度、长寿命卫

2、星，300-1500km，1年以上，陆地卫星、气象卫星、海洋卫星 、高高度、长寿命卫星，35786km，3年以上，通讯卫星，静止气象卫星（2）按照用途 、科学卫星：探测卫星、天文卫星 、技术卫星：试验卫星 、应用卫星：地球资源卫星、气象卫星、海洋卫星、通讯卫 星、测地卫星、导航卫星、侦察卫星、截击卫星等2.卫星的运行特征 遵守开普勒三定律：椭圆轨道、地球位于一个焦点上，卫星与地球连线在等时间内扫过面积相等。（1）运行轨道类型 、地球同步轨道 运行周期与地球自转周期相同（其中的静止轨道，倾角为零，距地球赤道上空35786km，地球同步轨道有无数条，而地球静止轨道只有一条）（通讯卫星、广播卫星、气

3、象卫星）、太阳同步轨道 轨道平面绕地球自转轴旋转，旋转方向与地球公转方向相同，旋转角速度等于地球公转角速度， 特点：相同方向经过同一纬度的当地时间相同。（地球资源卫星）、极轨轨道 倾角为90o轨道，观察范围最大，可获得全球资料，静止轨道，可获得赤道附近小于三分之一的资料。（气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星）2.卫星的运行特征 2.卫星的运行特征（2）轨道形状 椭圆形，有近地点和远地点（4）卫星坐标和姿态 、地心坐标：地心至春分点为X轴，Y轴在赤道平面内且垂直与X轴，Z轴垂直于X轴、Y轴的直角坐标系。卫星沿固定轨道运行，坐标一般以时间为参数，在星历表中可查。 、三轴定向：卫星运动方向X轴（滚动）

4、、垂直轨道面的Y轴（俯仰）、垂直地球的Z轴（航偏）3、航天遥感的特点（1）范围大、宏观性（2）周期性、动态性（3）多谱段识别多种地物（4）成图快（5）收集资料方便，不受地形限制 二、陆地卫星（Landsat） 原名地球资源技术卫星ERTS（Earth Resource Technology Satellite），它是美国国家航空和航天局NASA（National Aeronautics and Space Administration）发射的用来获取卫星图像的一种遥感平台，以探测陆地环境和资源为主。 Landsat卫星是目前世界范围内应用最广泛的载有光学传感器的民用对地观测卫星，在围绕地球的轨

5、道上运转，获取了数百万幅有价值的图像。图像上载有丰富的地面信息，在农业、林业、生态、地质、地理、气象、水文、海洋、环境污染、地图测绘等方面得到了广泛的应用。1、Landsat传感器 （1）反束光导摄影管RBV Return Beam Vidicon Camera Landsat1、Landsat2、Landsat3（2）多光谱扫描仪（MSS） MultiSpectral Scanner Landsat1-5（3）专题制图仪（TM） Thematic Mapper Landsat4、Landsat5（4）改进型增强专题制图仪（ETM+） Enhanced Thematic Mapper Plus

6、 Landsat72、TM各波段及其遥感意义 TM1：0.450.52m，蓝波段；对水体的穿透力强，对叶绿素与叶色素浓度反映敏感，有助于判别水深、水中叶绿素分布、沿岸水和近海水域制图等；TM2：0.520.60m，绿波段；在两个叶绿素吸收带间，相应于健康植物的绿色；对健康茂盛植物反映敏感，对水的穿透力较强； TM各波段及其遥感意义TM3：0.630.69m，红波段；为叶绿素的主要吸收波段；反映不同植物的叶绿素吸收、植物健康状况，用于区分植物种类与植物覆盖度；TM4：0.760.90m，近红外波段；对绿色植物类别差异最敏感，用于生物量调查、作物长势测定、进行农作物估产等。TM各波段及其遥感意义T

7、M5：1.551.75m，中红外波段；处于水的吸收带（1.41.9m）内，反映含水量敏感，用于土壤湿度、植物含水量调查、水分状况、地质研究，作物长势分析等，提高区分不同作物类型的能力，易于区分云、冰与雪。TM各波段及其遥感意义TM6：10.412.5m，热红外波段；在这个波段来自表面发射的辐射量，按照发射能力和温度（表面）测定，根据辐射响应的差别，区分农、林覆盖类型，辨别表面湿度、水体、岩石以及监测与人类活动的热特征，进行热测量与制图，对于植物分类和估算收成很有用。TM7：2.082.35m，近红外波段；处于水的强吸收带，为探测岩石发射光谱特性而选择的，用于城市土地利用与制图，岩石光谱反射及地

8、质探矿与地质制图，特别是热夜变岩页环的制图。三、SPOT卫星 SPOT卫星由瑞典、比利时等国家参加，法国国家空间研究中心（CNES）设计制造。1986年发射第一颗，到2002年已经发射了5颗。SPOT的轨道是太阳同步圆形近极地轨道，高度822km左右，卫星的覆盖周期是26天，重复感测能力一般35天，部分地区达到1天。 1、SPOT卫星的参数波段分辨率高分辨率几何装置植被探测器高分辨率立体成像装置PA：0.510.73m2.5m或5m-10mB0：0.430.47m-1km-B1：0.490.61m10m-B2：0.610.68m10m1km-B3：0.780.89m10m1km-SWIR：1.

9、581.75m20m1km-视场宽度60km2250km120km2、SPOT卫星的优点 图像空间分辨率高，可达10-20米。地面扫描宽度117公里（每台60公里，两台间重叠3公里）。灵敏度高。在良好的光照条件下可探测出低于0.5%的地面反射变化。带有可定向的反射镜，使仪器具有偏离天顶点（倾斜）观察的能力（倾角27o）。具有立体观测能力。 四、气象卫星系列1、气象卫星概述 （1）美国的“泰诺斯”(TIROS)卫星系列：第一代实验气象卫星，从60年-65年共发射了10颗，极轨气象卫星；美国的雨云（Nimbus）卫星系列：64-78年共发射了7颗，太阳同步轨道；美国的艾萨（ESSA）卫星系列：66

10、-69年共发射了9颗，极轨气象卫星；美国的NOOA卫星系列：70-94年共发射了16颗。太阳同步轨道。气象卫星概述（2）日本GMS卫星、俄罗斯的GOMES卫星、欧盟METEOSAT-3卫星、印度的INSAT、美国的两颗静止卫星(GOES-E和GOES-W)共6颗卫星组成地球静止气象卫星监测网。（3）中国也先后成功地发射了8颗气象卫星（4颗FY-1和4颗FY-2）。依靠这些卫星，中国建立了自己的卫星天气预报和监测系统。FY-1是极轨气象卫星。FY-2是静止气象卫星。 2、气象卫星的特点 （1）轨道：低轨和高轨；（2）成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量；（3）短周期重复观测：静止

11、气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次；（4）资料来源连续、实时性强、成本低。3.气象卫星观测的优势 （1）空间覆盖优势（2）时间取样优势（3）资料一致性优势（4）综合参数观测优势4、气象卫星的应用领域（1）天气分析与气象预报；（2）气候研究与气候变迁的研究；（3）资源环境领域：海洋研究、森林火灾、 水污染。 五、中巴地球资源卫星CBERS中巴地球资源卫星是1988年中国和巴西两国政府联合议定书批准，在中国资源一号原方案基础上，由中、巴两国共同投资，联合研制的卫星（代号CBERS）。并规定CBRES投入运行后，由两国共同使用。CBERS-1是我国第一代传输型地球资源卫星，星上三种遥感相机可昼夜

12、观测地球，利用高码速率数传系统将获取的数据传输回地球地面接收站，经加工、处理成各种所需的图片，供各类用户使用。 1、CBERS的波段设置 CBERS的波段设置2、中巴资源卫星的特点（1）可替代性（2）自主性（3）经济性（4）高精度、高性能的太阳同步轨道卫星公用平台 六、其他卫星 1、QuickBird（美）2、IKONOS（美）3、OrbView（美）4、Formosat（台）5、IRS（印）6、RadarSat（加）7、ASTER（美）8、MODIS（美） 七、卫星数据的采购1、卫星数据查询网址： 2、卫星数据选择考虑事项：（1）空间分辨率能否满足制图比例尺要求； (2）光谱特征能否满足解译

13、要求；（3）满足前两个要求下的卫星数据性价比。3、卫星产品处理级别分类 （1）原始数据产品（Level0） 原始数据产品是卫星下行数据经过格式化同步、按景分幅、格式重整等处理后得到的产品，产品格式为HDF格式，其中包含用于辐射校正和几何校正处理所需的所有参数文件。原始数据产品可以在各个地面站之间进行交换并处理。（2）系统几何校正产品（Level2） 系统几何校正产品是指经过辐射校正和系统级几何校正处理的产品，其地理定位精度误差为250米，一般可以达到150米以内。如果用确定的星历数据代替卫星下行数据中的星历数据来进行几何校正处理，其地理定位精度将大大提高。几何校正产品的格式可以是FASTL7A

14、格式、HDF格式或GeoTIFF格式。卫星产品处理级别分类（3）几何精校正产品（Level3） 几何精校正产品是采用地面控制点对几何校正模型进行修正，从而大大提高产品的几何精度，其地理定位精度可达一个象元以内，即30米。产品格式可以是FASTL7A格式、HDF格式或GeoTIFF格式。（4）高程校正产品（Level4） 高程校正产品是采用地面控制点和数字高程模型对几何校正模型进行修正，进一步消除高程的影响。产品格式可以是FASTL7A格式、HDF格式或GeoTIFF格式。要生成高程校正产品，要求用户提供数字高程模型数据。 第四章 遥感图像处理为什么进行图像处理遥感图像处理是指对遥感探测所获取的

15、图像或资料进行的各种技术处理。遥感影像表征了地物波谱辐射能量的空间分布，辐射能量的强弱与地物的某些物性相关。为了挖掘遥感资料的信息潜力,提高解译效果,必须用先进技术方法对原始影像进行一系列处理图像处理，使影像更为清晰，目标物体的标志更明显突出，易于识别。 遥感图像处理内容遥感图像处理包括对原始图像复原的恢复处理；为使图像更加清晰，目标地物更为突出明显，便于信息提取和识别的增强处理；以及进行自动识别和信息提取的分类处理。遥感图像处理内容图像复原是指借助某些方法,改正成像过程中因仪器性能弱点和大气干扰等因素所导致的误差,并期望使图像失真缩小到最低程度。图像增强是指利用光学仪器或电子计算机等手段,改

16、变图像的表现形式和影像特征,使图像变得更加清晰可判,目标物更加突出易辨。图像分类则是通过电子计算对遥感图像上的目标进行自动识别和类型划分，直接得到解译结果。方法主要有光学处理和计算机数字图像处理。 一、遥感图像分类1、光学图像电磁辐射能的平面分布图，表示的是地物的发射辐射能、反射辐射能或其他辐射能量。光学图像的特点：灰度值在整个图像中的空间上是连续不间断的，非负的。光学图像可以真实的反映再现被摄景物的状况，是被摄景物的一个模拟，称模拟信号。2、数字图像能够被计算机存储、处理和使用的图像。光学图像称为模拟量，数字图像称为数字量，二者之间的转换称为A/D转换，即模/数转换analog-to-dig

17、ital conversion (A/D)，反之，称D/A。模拟量与数字量的本质区别：模拟量是连续变量，而数字量则是离散变量。 3、A/D转换采样/抽样；量化：在连续灰度的极限取值范围内离散化，即分成若干个灰度等级值。最常用的是bit，即每个像元记录为一个字节，若用8bit，灰度区间从0-255共256个等级，0代表黑，255代表白，其它居中渐变。也可用4bit，16bit。二、遥感图像增强 1、反差增强反差增强，又称“对比度扩展”，指调整影像反差，增大对比度的方法。直方图histogram：图像的灰度级（亮度值）的统计分布图，模拟灰度级（亮度值）的分布函数，横坐标表示亮度值，纵坐标表示每个亮

18、度所包含的像素数占图像总像素数的比率。 2、密度分割概念：单波段黑白遥感图像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像。这种方法又叫密度分割。分层方法：分层方案与地物光谱差异对应合适，可以较好地区分地物类别。3、图像运算概念：两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增强，达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。原理：地物不同波段的光谱差异。方法：根据实际情况，采取加、减、乘、除四则运算。4、多光谱变换多光谱变换:针对多光谱影象存在的一定程度上的相关性以及数据冗余现象，通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量,增强或提取有用信息目的的方法。多光谱变换

19、的本质:对遥感图像实行线性变换，使光谱空间的坐标按一定规律进行旋转。 5、彩色合成把数字图像组合转换成彩色图形，或者把各种增强或分类图像组合叠加，以彩色图像显示出来。（彩色的视觉分辨能力比黑白高）利用计算机将同一地区不同波段的图像存放在不同通道的存储器中，并依照彩色合成原理，分别对各通道的图像进行单基色变换，在彩色屏幕上进行叠置，从而构成彩色合成图像。彩色合成图像分为真彩色图像和假彩色图像。 6、滤波空间滤波（spatial filtering）以突出图像上的某些特征为目的，通过像元与周围相邻像元的关系，采取空间域中的邻域处理方法进行图像增强方法。 空间域滤波以影像（影像亮度）为对象进行的滤波

20、处理平滑滤波 平均值法Smooth 中值法Median 边缘增强梯度法Sobel或Roberts 拉普拉斯算法Laplacian 锐化法Sharpen 定向滤波 Directional 频率域滤波以图像的频谱（亮度频率）为对象进行的滤波高通滤波High Pass低通滤波Low Pass 三、遥感数据校正1、辐射校正辐射畸变:地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时，受到传感器本身、大气辐射等其他因素的影响而发生改变。这种改变称为辐射畸变。存在“同物异谱，异物同谱”现象影响辐射畸变的因素：传感器本身的影响导致图像不均匀、产生条纹和噪音，大气对辐射的影响。 2、几何校正（1）概念 遥感图像在成像时，

21、由于成像投影方式、传感器外方位元素变化、传感介质的不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素的影响，使获得的遥感图像相对于地表目标存在一定的几何变形，使得图像上的几何图形与该物体在所选定的地图投影中的几何图形产生差异，使图像产生了几何形状或位置的失真。主要表现为位移、旋转、缩放、仿射、弯曲和更高阶的歪曲。消除这种差异的过程称为几何校正。 系统误差改正：对一些系统误差按实际测定的参数，如传感器姿态、传感器运行至各个摄站时刻、传感器内部结构的几何偏移等加以改正。几何精校正：当系统误差改正后，影像上还有残剩误差，包括残剩的系统误差和偶然误差，一般用地面控制点作进一步的几何处理。（2）控制点选取方法选取原则： 均匀分布 特征明显 足够数量选取方法： 固定的地形地物交叉点 对角线选取 - 棋盘方式加密 - 蛇形加密(主城区和山区)控制点的数量：每景宜在20-30个技术指标：校正后的图面中误差一般不大于0.5mm，最大不大于lmm。 3、配准影像配准 (Matching) 是将同一地区的不同特性的相关影像(如不同传感器，不同日期，不同波段或传感器在不同位置获取的同一地区地物)在几何上互相匹配，即实现影像与影像间地理坐标及像元空间分辨率上的统一。 4、镶嵌影像镶嵌(Mosaicking)是将两幅或多幅影像拼在一起，构成一幅整体影像的技术过程。先镶嵌后