第四章 遥感图像种类和特性

第四章

遥感图像种类和特性主要内容第一节遥感图像分类及其基本特性第二节航空摄影像片特性第三节热红外图像特征第四节侧视雷达图像特征第五节航天遥感图像特性第一节遥感图像分类及其基本特性遥感图像分类遥感图像的基本特性遥感图像分类按航空平台分按传感器的工作方式分按传感器的工作波段分遥感图像分类——按航空平台分航空遥感图像：以飞机、飞艇或气球为运载工具，飞行在大气层内，高度低于20km的传感器获得的图像；航天遥感图像：以人造地球卫星、航天飞机或空间飞船为运载工具，飞行在大气层外，高度在200km以上的传感器获得的图像，简称卫星图像。遥感图像分类—按传感器工作方式分光学摄影像片：采用光学摄影机和感光胶片瞬时曝光成像的遥感图像。常规摄影像片：按航空摄影测量的工作方式设计航线获得的像片。具有规定的航向重叠和旁向重叠，能进行立体观察和测绘地形图。既可用于测绘地图也用于遥感图像判读。非常规摄影像片：不能满足航测制图，只能作为遥感调查、图像判读的像片。扫描图像：采用扫描方式成像的图像，如电子扫描的如RBV图像、光机扫描的如TM图像、固体自扫描的如SPOT图像及采用无线电扫描的雷达图像。遥感图像分类—按传感器工作波段分有紫外图像、可见光图像、近红外、热红外图像和多波段、超多波段图像等。遥感图像的基本特性波谱特性空间特性时间特性影像重叠度遥感图像的基本特性——波谱特性任何遥感图像，其影像上记录的是地表各种地物反射或发射电磁波的强弱差异——遥感识别地物的基本依据。地物波谱特性的差异通过光化学作用，显示在图像上称为影像灰度（色调）或色彩的差异。各种遥感图像上的灰度和色彩都是其响应波段内电磁辐射能量的反映。色彩和灰度都是地表各地物在其响应波段范围内电磁辐射能量大小的反映。分析遥感图像的波谱特性必须与其响应波段范围相对应。波谱分辨率：图像上能分辨的最小波长间隔，即图像色彩所反映的波段数、波长范围及波长间隔。 波谱分辨率越高，区分具有微小波谱特征差异地物的能力越强。辐射分辨率：图像上能分辨出的最小辐射强度差，是反映地物在波谱辐射强度或反射率上的细微差异的能力。波谱特性参数灰度：灰度或黑度是地面各种地物光谱特性在遥感图像上的反映。地物辐射（或反射）光谱强度不同，在黑白遥感图像上表现为灰色深浅的差异。灰阶：灰度深浅的分级。第一级是辐射最强的，呈白色，末级辐射强度相当于零，则呈黑色，中间可划分为若干灰度间隔。彩色遥感图像以颜色显示地面各种物体的光谱特性。波谱特性参数遥感图像的基本特性——空间特性遥感图像是空间地物在二维平面上的投影，具有空间特性。空间特性：是指以形态学的观点分析地面各种地物与图像显示的形状、大小、比例及空间位置等几何关系，这些关系对于建立判读标志、识别地物，进行图像处理、测绘地图以及空间分析等具有重要依据。空间特性参数——地理位置指遥感图像上物体的地理坐标。卫星图像一般均在四周注记经纬线及中心点的经纬度。航空遥感图像通常用像片与地形图上相关地物对照，概略确定其地理位置。当需要确定图像的精确的经纬度或平面坐标时，通常通过地面控制点纠正计算求得。中心投影一维中心投影多中心投影旋转斜距投影详见下节空间特性参数——

投影性质与影像几何畸变空间特性参数——影像比例尺指图像上物体的大小与地面实际地物大小之比。由传感器光学系统焦距与遥感平台航高之比来确定。空间特性参数——空间分辨率空间分辨率：指图像能分辨出具有一定反差，相距一定距离相邻目标的能力。影像分辨率：指用显微镜观察时，1mm宽度内所能分辨出的相间排列的黑白线对数（线对数/mm）。它受光学系统分辨率、感光材料分辨率，影像比例尺，相邻地物间的反差等因素的综合影响。地面分辨率：像片上能分辨出的地面最小物体的尺寸，或图像能分辨出具有一定反差的相邻目标的最小距离。遥感图像的基本特性——时间特性遥感影像是成像瞬间地物电磁辐射能量的记录，而地物都具有时相变化。一是自然变化过程，即其发生、发展和演化的过程。二是节律，即事物的发展在时间序列上的某种周期性重复，即地物波谱特性随时间的变化而变化。指同一地区遥感影像重复覆盖的频率。时间分辨率越高，越能反映目标的变化情况。时间特性参数——时间分辨率遥感图像的基本特性——影像重叠度指相邻图像的重复成像范围，分为航向重叠和旁向重叠。不同用途的遥感图像，对重叠度有不同要求。如常规的航空面积摄影是用于立体观测和测绘地图的，要求航向重叠在53%、旁向重叠在15%以上。第二节

航空摄影像片的特性航空摄影像片种类航空摄影像片的物理特征（波谱效应）航空摄影像片的规格注记和像片缩影图航空摄影像片的几何特征像片的立体观察和立体测量航空摄影像片种类按摄影范围分按摄影机主光轴与主垂线交角关系分按感光材料分（见第三章“感光材料”部分）按摄影范围分单片摄影：对某特定小面积或目标进行。航线摄影：沿一定路线，按照一定的曝光间隔连续拍摄，用于线状目标，铁路、公路、河流等。面积摄影：由多条平行的直线航线摄影组成且具有一定重叠，覆盖整个区域的摄影。像片除有53-60%以上的航向重叠外，相邻航线间还应有15%以上的重叠，称旁向重叠。该方式应用较广。摄影像片的重叠航向重叠：为了使相邻像片的地物能互相衔接以满足立体观察的需要，相邻像片间需要有一定的重叠，称为航向重叠。航向重叠一般为60％，至少不小于53％。旁向重叠：相邻航线间的像片也要有一定的重叠，这种重叠称为旁向重叠，一般应为15％以上，实施面积摄影时，要求航线与纬线平行，航线长度一般为60－120km。面积摄影航空像片的重叠按摄影机主光轴与主垂线交角

（称像片倾斜角）的关系分垂直摄影：主光轴与主垂线重合，倾斜角=0°。垂直摄影主光轴垂直于地面，感光胶片与地面平行。由垂直摄影获得的像片称水平航空像片。近似垂直摄影：倾斜角<3°，在实际航空摄影中大量采用。获得的像片称近似水平像片。倾斜摄影：倾斜角>3°。获得的像片称倾斜航空像片。航空摄影像片的物理特征（波谱效应）影像色调与地物波谱特性的关系黑白全色像片色调与波谱特征的关系黑白红外片色调与波谱特征的关系天然彩色像片的波谱响应特征彩红外片色彩的波谱响应特征影像色调航空像片的影像是地面各种物体反射或发射电磁波能量的记录。色调：指黑白像片上，由不同光学密度表现出来的从白到黑的深浅程度。色调是地物反射的电磁波与感光胶片产生光化学反应的记录。影像色调与地物波谱特性的关系在摄影方式遥感中，胶片的卤化银就相当于地物波谱的检测器，在其响应波段范围内，地物反射或发射的电磁波能量越大，则激发胶片卤化银的能力越强，在负片上密度越大，晒成正片则成浅色调。色调是在像片响应波段范围内，地物反射波谱总能量的函数。反射波谱能量强，色调浅；反之则色调深。黑白全色像片色调与波谱特征的关系波谱响应范围为0.39—0.72，色调深浅取决于反射波谱在0.39—0.72范围内的积分。该积分值大，色调浅；积分值小，色调深。黑白红外片色调与波谱特征的关系波谱响应范围为0.7—0.9，对0.7—0.9的入射光反射率高，色调浅；对0.7—0.9的入射光反射率低，色调深。水——浅黑或黑植物——浅灰色水陆分界——截然黑白红外片天然彩色像片的波谱响应特征影像色彩与景物自然颜色接近。地物颜色像片颜色兰色兰波段绿色绿波段红色红波段受散射兰光的影响严重，不适于高空摄影。彩红外片色彩的波谱响应特征地物颜色 像片颜色 绿光 兰色 红光 绿色

0.76—1.3um近红外光 红色反射红光的物体绿色，绿光的物体兰色，反射0.76—1.3um近红外光的物体红色。植物——红色清水——兰黑混浊水——浅兰湿地——暗色调（较干地）水陆分界极好分辨彩红外片1彩红外片2彩红外片色彩的波谱响应特征优点：避免了散射兰光的影响，故影像清晰度高。植被，一些土壤岩、水体在摄影红外区出现特征光谱。航空摄影像片的规格注记

和像片缩影图规格注记像片缩影图航空摄影像片的规格目前我国常用的航空像片的像幅有：1818cm2、2323cm2和3030cm2三种。航空摄影像片的注记在航空像片的四边，通常印有一些摄影状态的记录。水准器编号压平线框标时表水准器编号时表框标图航空像片上的注记航空摄影像片的注记框标：像片四边的中部黑色箭头（或在四角隅的“”标志），对称的两框标连线的交点为像片中心点，通常与像主点重合。时表：记录本张像片的拍摄时刻。水准器：水准气泡说明本张像片摄影时的光轴倾斜情况。水泡居中时水平。水准器上的同心圆，每圈为1°，读数从中心算起。航空摄影像片的注记压平线：像片四边井字形的直线。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。像片编号：表示航摄区的位置、摄影时间，本张像片在整个图幅及本条航线内的顺序。航空摄影像片缩影图面积摄影的像片常有几百张，为了便于检索，常将整个航区的像片按影像顺序重叠排列拼接起来，然后概略标出摄影区的经纬线和图幅编号，缩小拍摄成一张像片缩影图。根据像片缩影图，可以迅速找到某一像片的位置。航空摄影像片的几何特征中心投影成像像片比例尺像点位移航空像片的分辨率中心投影成像中心投影：空间任意直线均通过一固定点（投影中心S）投射到一个平面（投影平面P）上而形成的透视关系。SaAPbBPaSAbB中心光线：地面每一物点所反射的许多光线中，有一条通过镜头中心，而不改变其方向，这条光线称为中心光线。像点：可以看成中心光线和底片的交点。中心投影成像对于航空像片，地面各地物点的反射光线（投影光线）都通过航摄机镜头中心（投影中心），投射到底片（投影面）上，形成各地物点的像点。所以航空像片是地面景物的中心投影。中心投影成像特征空间点在投影面（像面）上的中心投影仍为一个点。空间直线的像一般还是直线，但是如果直线的延长线通过投影中心时，则该直线的像就是一个点。空间曲线的像一般仍为曲线，但若空间曲线在一个平面上而该平面又通过投影中心时，它的像为一条直线。空间平面的像一般为平面，但若该平面通过投影中心时，像则成为直线。投影距离变化：对于垂直投影，构像比例尺与投影距离无关；对于中心投影，构像比例尺随投影距离（航高）变化而变化。航空像片比例尺。1/M=f/H

式中，M为航空像片比例尺的分母，f为焦距，H为航高。中心投影和垂直投影的区别P1P2a1o1b1a2o2b2P1a1o1b1S1S2a2o2b2H2H2投影距离变化的影响投影面倾斜的影响：对于垂直投影，投影面总是水平的，图上各部分的比例尺是统一的；对于中心投影，若投影面倾斜时，像片各部分比例尺不一致。中心投影和垂直投影的区别投影面倾斜的影响P0Pa0ob0SAOBab地形起伏的影响：地形起伏对垂直投影没有影响；对中心投影有影响，aa0是由中心投影引起的投影差。中心投影和垂直投影的区别地形起伏的影响PoB0aobA0ABPa0oSaoA0A航空像片是中心投影，地形图是垂直投影，因此用航空像片绘制地形图时，必须：统一像片比例尺纠正因像片倾斜和地形起伏所引起的误差中心投影和垂直投影的转换像主点(o)：航空摄影机主光轴SO与像面的交点。像底点(n)：通过镜头中心S的地面铅垂线（主垂线）与像面的交点。等角点(c)：主光轴与主垂线的交角是像片倾斜角，像片倾角的平分线与像面的交点称为等角点。当地面平坦时，以像片等角点C为顶的角才与地面上相应角大小相等。除此以外，像片上其它任何点都不具这一性质。航空像片上的特征点和线PP0h0hc

ocnSNCOVVh0hc

航空像片上存在着一些特殊的点线。它们对于研究影像的几何性质、变形规律以及确定像片的空间位置等具有重要意义。主纵线：包含主垂线与主光轴的平面称为主垂面。主垂面与像面的交线VV称为主纵线，它在像片上是通过像主点和像底点的直线。主横线：与主纵线垂直且通过像主点的h0h0称为主横线。等比线：通过等角点且垂直于主纵线的直线hchc称等比线。水平像片和倾斜像片在等比线上的比例尺相同。航空像片上的特征点和线PP0h0hc

ocnSNCOVVh0hc

像片比例尺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。平坦地区垂直摄影时像面水平，像片的比例尺处处一致，比例尺等于焦距（f）与航高（H）之比，与线段的方向和长度无关。1/M=f/H实际上，地面是起伏的，因地形起伏使各地面点至投影中心的距离不相等。因此，即使像片绝对水平，像片比例尺还是有变化的。只有等比线上的点与水平地形、垂直像片的比例尺一致。像片比例尺SH0fABCDEFh1h2T1T2T0fedcba一般公式：像片比例尺水平像片的平均比例尺，选择各点的平均高程为起始面，根据这个起始面计算出来的像片比例尺，称为水平像片的平均比例尺。根据像主点计算出来的像片比例尺称为像片的主比例尺。地形起伏引起的比例尺变化比较简单，只与每点处的实际航高有关。对于像面倾斜所引起的比例尺变化比较复杂，不仅每个点处的比例尺不同，而且沿不同方向变化也不一样。比例尺的量测

常选高程最大和最小的四个明显地物像点，量取像片上像点距离d1、d2和实地距离D1和D2，求其比例尺后取平均值。像点位移地形起伏引起的像点位移——投影误差像片倾斜引进的像点位移——倾斜误差地形起伏引起的像点位移因地形起伏引起的像点位移，称为地形起伏引起的像点位移，也叫投影误差。公式为：式中：r为向径，为像点至像主点的距离（＜３°时可用像底点代替）；H为基准面算起的相对航高；Δh为地面相对于基准面的高程差。Pa0oSaoA´AA0B0’B0hahbBbb0fH地形起伏引起的像点位移投影差与向径成正比，像片中心部分投影差小，像主点是唯一不因高差而产生投影差的点。投影差与高差成正比，高差为正时（地形凸起），投影差为正，像点背离像底点向外位移；高差为负时（地形低洼），投影误差为负，像点向像底点方向位移。投影差与航高成反比，即航高越高，投影差越小。据此，从像片上量出某直立物体的投影差及向径r，可算出物体高度Ah。投影误差规律像片倾斜引进的像点位移也称倾斜误差：某物点在倾斜像片上的投影向径与在相同条件下的水平像面上投影的向径之差。可推出：式中：f为摄影机焦距，

c为倾斜像片上像点a至等角点c的距离，

为c与等比线的交角（称为方向角）。V0VSa0oa0a

cP0hc

hc

V0VP0

A航空像片上的特征点和线scno倾斜误差的方向是在像点与等角点的连线上。倾斜误差跟像点距等角点距离的平方成正比。当0°，=0°或180°时，a=0，即等比线上的像点位移为0。 0°，c0

，=90°或270°时，有max，即主纵线上像点位移最大。倾斜误差的分布规律a的符号因sin而定，当0180°时,a为负，即像点向着等角点方向移动；当180°360°时，a为正，即像点背着等角点方向移动。也即等比线将像片分为两部分，包含像主点部分，所有像点都朝等角点（C）方向位移；而包含像底点部份，所有像点都向背离等角点方向位移。误差与向径平方成正比，故边部畸变大。由于sin(180°+)=-sin，所以当c为定值时，对称于等角点的像点，其倾斜误差大小相等，方向相反。倾斜误差的分布规律像片倾斜误差规律由于航空像片边缘部分误差大，工作中只使用像片的中间部分，这部分称为航空像片的使用面积，一张像片的使用面积由航向重叠和旁向重叠部分的中线（或距中线不超过1cm的线）所围成航空像片的使用面积影像分辨率：像片或底片上一mm内可分辨的线条数目，与传感器分辨率、感光材料的分辨率及大气状况等有关。地面分辨率：像片上能分辨出的两个物体在地面上的最小间隔，或像片上能分辨出的最小物体在地面上的实际大小，与航摄比例尺及影像分辨率有关：航空像片的分辨率Rg——以米为单位的地面分辨率，Rs——影像分辨率，M——像片比例尺分母。像片的立体观察与立体测量立体观察原理像对的立体观察条件立体测量立体观察原理立体像对：利用摄影机在空中或地面相邻两点，即从摄影基线两端点摄取的具有重叠影像的一对像片称为立体像对。立体观察：用光学仪器或肉眼对有一定重叠率的像对进行观察以获得地物和地形的光学立体模型，称为像片的立体观察。立体观察原理——人眼构造人眼好像一只完善的、能自动调节焦距和光圈的摄影机 水晶体——相当于摄影机的物镜视网膜——相当于底片，能产生视觉瞳孔——相当于光圈，能自动调节光量 通过水晶体周围韧带的伸缩作用，可以改变水晶体的表面曲率（厚、薄），从而改变焦距。网膜中心为黄斑，黄斑中有直径为0.4mm的视网窝，它是网膜中感光最强的部分。通过网窝中心和水晶体光心的连线称视轴。当人视某物点时，视轴能自动转向某点。人眼观察物体也是个中心投影过程。人眼构造单眼看物体时，不能区分物体的远近，主要是靠经验判断a2a1A1A2A3S单眼视物双眼观察，可以判定物体的远近。交会角（视差角）：双眼观察时，双视轴交于物点上，其交角称为交会角（），又称视差角。物点远，交会角小，反之则大。通过比较交会角大小，可确定注视点的远近。b—眼线基线长，D—物点与眼睛的距离。Ab1a1c1CBbDb2a2S1S2c2双眼视物明视距离：一般D为25cm，若取b为6.5cm，则交会角为15⁰左右，人能看清物体的细节，而眼又不感觉紧张疲劳，这一物距称为正常视力的明视距离。生理视差：双眼观察时，地物点在空间的位置不同，它们在两眼视网膜上的像点分布状况就不同，这种差别称生理视差生理视差是因地点对每只眼睛的相对位置不同引起的。是产生立体感觉的原因。像点a1、a2和b1、b2点到相应网膜中心c1，c2的距离之差即为生理视差。即明视距离和生理视差b2c2a2像点在像点中心（c1或c2）左侧时，距离规定为正，在中心点右侧时为负：注视点C：生理视差为0远点B：生理视差为负近点A：生理视差为正根据生理视差的大小，人眼便通过视觉神经判断出注视点周围物点相对于注视点的远近，获得立体感。换句话说，只要能产生生理视差，人就获得立体的感觉。生理视差两眼的旁向最大偏斜为±45°。当视轴偏斜45°时，而且物点在明视距离处，由于物点至两眼的距离不等，在两视网膜上产生的影像比例尺不同，比例尺之差约为13.5％。当比例尺之差达到16％时，立体效应开始破坏，产生双影。视轴偏斜S1S2402mm250mm65mm354mm45°250mm指用双眼对从相邻两摄影站对同一地区摄取的两张像片进行观察，而生成空间光学立体模型的观察过程。像对的立体观察P1P2a'1S1S2b'1b'2a'2a2a1b2b1AB观察对象必须是从相邻两个不同摄影站对同一地区拍摄的互有重叠的像片，即立体像对。两张像片的比例尺之差不得超过16%。观察时两张像片应按摄影时的相对位置安放，使同名点的连线与眼基线平行，且两点距离等于或略小于眼基线长度。两眼必须分别各看两张像片上的相应影像，左眼看左片，右眼看右片。像对的立体观察条件立体像对的获得像对立体观察像对立体观察桥式立体镜：两透镜中心的距离等于眼基线，使像片正好在焦平面上，则被观察的物体的像位于无穷远处，能观察像片重叠部分的一半，适于野外使用。反光立体镜：由放大镜和四片两两相互平行的反光镜组成，可以观察23-30cm边长的大像幅立体像对，配有视差杆，可用来测定像点间的高差。立体镜的构造首先将像片固定，用针刺出每张像片的像主点O1、O2，并将其转刺于相邻像片上O1'和O2'

，在像片上画出像片基线O1O2'和O1'O2。立体镜观察步骤再在图纸上画一条直线，使两张像片上基线O1O2’和O1’O2与直线重合；在直线上调整两张像片的距离，使基线上任意一对相应像点间的距离略小于立体镜的观察基线；将立体镜放在像对上，使立体镜观察基线与像片基线平行，左眼看左像，右眼看右像。O1O2’O1’O2立体效应严格按上述条件放置像片，观察到的立体模型与原景物一致，称正立体效应。若左右像片对调，则原来的生理视差变得相反，光学模型也变得与原景物相反，称反立体效应。左右像片各自向同方向旋转90，则破坏了立体观察的基本条件，虽仍能看到物体的影像，但无任何立体感，称零立体效应。光学立体模型的变形立体镜下看到的光学立体模型比实际地形起伏有所夸大，原因是光学立体模型的垂直比例尺与水平比例尺不一致的缘故，变形量用系数K表示。当基线与两张像片像主点的距离大致相等时，K值的近似公式为：

K＝d／f d为立体镜焦距，f为航摄机焦距。航空像片的立体量测——像片坐标像片坐标：以像主点为原点

x轴：方向线（飞行方向）；右为正，左为负。

y轴：垂直x轴，上为正Y+Y-X+X-O1O2’x1y1a1X-’X+’Y-’Y+’a2x2O2O1’y2A：a1,a2；a1（xa1，ya1）、a2（xa2，ya2）C：c1,c2；c1（xc1，yc1）、c2（xc2，yc2）航空像片的立体量测——左右视差左右视差（横视差）：像对上同名点横坐标之差，以Pa=Xa1-Xa2

表示。O2O1C2a2S2S1a2‘c2‘a1c1P1P2CAHchHBfa的横视差Pa＝xa1－xa2c的横视差Pc＝xc1－xc2设A、C两点高差为h，h＝HA－HC摄影基线S1S2长度为B，S1S2＝B△S1a2’a1∽△S2AS1航空像片的立体量测——左右视差O2O1C2a2S2S1a2‘c2‘a1c1P1P2CAHchHABf而a2’a1＝a2’o1+o1a1＝xa1－xa2

＝Pa像点上的左右视差与双眼观察时的生理视差相似，是构成光学立体模型的决定因素。两个不等高的地面点在像对上的像点，其左右视差不同，两者左右视差之差，称为左右视差较，以P表示。某像点相对于像点A的高差为：HA—A点的相对航高，b——像片上的摄影基线长，P－该点相对于A点的左右视差较。航空像片的立体量测第三节热红外图像的特征几何特征物理特征热红外图像采用光学机械扫描方式成像。有3-5µm（中红外）及8-14µm（远红外）两个重要的大气窗口。由于8-14µm波段包含了地球表面平均温度下辐射通量的最大强度，故常用。不仅波谱性质，而且几何性质与常规航片均有根本不同。几何特征投影性质地面分辨率几何畸变比例尺投影性质为多中心投影，在一张光机扫描影像上，各像点都有自己的投影中心。同一扫描线上各像点成像时刻相差很小，一般可认为每行扫描线各有一个投影中心。在一条扫描线上。因投影中心及地面起伏会产生像点位移，且离投影中心越远，像点位移量越大，这构成了光机扫描影像最基本的几何性质。地面分辨率取决于扫描仪瞬时视场角的大小和航高。瞬时视场角：扫描仪的扫描光学系统在任一瞬间向地面张开的立体角。瞬时视场：瞬时视场角所包括的地面范围。总视场：扫描带的地面宽度。总视场角：瞬时视场角从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角。瞬时视场的线度（直径）就是扫描仪能分辨的地面最小目标的尺寸——地面分辨率。地面分辨率飞机正下方的瞬时视场为一圆形，或正方形，其边长

D0＝H·H——航高；——扫描仪的瞬时视场角。航高大，分辨率低，航高小，分辨率高。中央部位，射线垂直向下，D最小，地面分辨率最高。两侧部位，射线斜射，D>D0

地面分辨率随扫描角α增大而减小。一般红外扫描仪，瞬时视场角1—3毫弧度，航高为1000米时，地面分辨为1—3米。航高2000米时2—6m。几何畸变系统畸变：扫描镜检测地面时以恒定的角速度旋转，而光点在胶片上记录图像时以恒定的线速度记录。因而远离中部的影像被压缩，产生几何变形。系统畸变属规则变形，可以通过电子校正消除。非系统畸变：飞行器的横滚、俯仰、震动以及天气对成像的影响，使地物辐射温度不稳定都会产生畸变，属不规则畸变，难以消除。比例尺扫描图上有两种比例尺航向比例尺：垂直扫描线方向的比例尺。在同一张图像上，各点航向比例尺相同，其值取决于胶片移动速度与飞行速度之比。切线比例尺：是沿扫描线方向的比例尺。切线比例尺随扫描角（）的变化而变化。在数值上，切线比例尺等于像点直径与扫描方向瞬时视场线度之比。随增大，视场线度增大，切线比例尺减小，故图像边缘的切线比例尺比图像中央小。物理特征波谱效应温度分辨率色调特性物理特征波谱效应：热红外波段有3—5和8—14两个窗口。热红外扫描探测的是上述两个波段的热红外辐射强度，温度高，发射率大，其影像色调浅，反之则深。温度分辨率：指区分地面微小温度差异的能力。现代资源遥感中所用的热红外扫描仪，温度分辨率大都在0.1—0.5℃之间。物理特征——色调特性地物的真实温度取决于自身的热学性质，主要是热容量或热惯量性质。色调与热容量的关系：地物热容量大（如水），日温差小。白天影像表现冷特征，呈深色调；夜间图像表现热特征，浅色调。热红外图像所表现的主要内容之一，就是地物的热容量或热惯量性质。午后1时和黎明6时前后为最佳拍摄时间，因为此时温差最大，成像效果最好。物理特征——色调特性色调受气象条件的影响：天气阴、晴或有风对色调均有影响。冷、热阴影：在热图像上，由热源和地物之间的关系引起的物体的阴影，称为热阴影或冷阴影。热晕效应：受空气、风等因素影响，一个很小的目标，特别是一些高温地物，其热图像会比原物大许多，且随气流扩散而渐模糊，称为热晕效应。热红外图像第四节侧视雷达图像特征投影方式几何畸变地面分辨率色调特征信息特点投影方式属旋转斜距投影：一次向垂直航向方向的一个窄条带区域发射微波，然后按雷达距地物点的射程远近（即斜距）记录成像。侧视雷达是一种主动式传感器，用天线向地面发射微波，接收目标反射的回波，经检测、放大成像。近距离压缩：由于雷达从近射程到远射程扫描时，距离和俯角变化而引起图像在横向（即距离方向）上的畸变，称为近距离压缩。在雷达波束照射区内，地面各点对应的俯角不等，而图像比例尺与俯角成正比，俯角越大，图像比例尺越小，即近射程部分被压缩。影像变形的方向与航摄片正好相反，航空摄影像片中是远距离地物被压缩。几何畸变——影像变形透视收缩：由于按射程远近记录，当地面有起伏或物体有高差时所造成的影像畸变，称为透视收缩效应。山坡的长度在雷达图像中被压缩了。如整个山坡到达雷达天线的距离相等，山坡的回波同时到达雷达天线，成为雷达影像上的一个非常亮的点。几何畸变——地形起伏移位ABA’B’前向压缩叠掩：由于按射程远近记录，使一个有高度的地物，其顶部回波先于底部回波，称叠掩。雷达阴影：因山峰陡峭，山峰背面将产生雷达波照射不到的盲区，影像的相应位置形成灰黑色调的暗区，称为雷达阴影。几何畸变——地形起伏移位H阴影ABA’B’叠掩侧视雷达图像地面分辨率——距离分辨率距离分辨率，即垂直于航线方向的分辨率PλC——光速，——脉冲宽度，β——波束照射俯角Pr越小分辨率越高，要提高距离分辨率就须减少脉冲宽度，但脉冲宽度过小能量就太弱，不利于探测目标。方位分辨率即沿航线方向的分辨率Pa，随雷达种类而异。真实孔径雷达： λ—波长，D—天线孔径，R—雷达至目标距离（斜距）。合成孔径雷达：Ｐa≈Ｄ／２地面分辨率——方位分辨率色调特征记录的是目标反射回波的强度，回波强，浅色调，回波弱，深色调。影响反射回波强度的因子：地物的电导率或复介电常数表面粗糙度入射波角度所使用微波的极化性质有关。介电常数对色调的影响电导率或复介电常数高的物体对微波的反射能力强。复介电常数是描述物体表面电性能的复数常数，取其实部用介电常数表示。金属、湿度大物体——电导率高，浅色。

地物 导电率色调 清水高浅灰 混浊水低暗灰 湿土高浅灰 干土低暗灰表面粗糙度对色调的影响完全光滑表面：镜面反射，几乎所有的反射能量都集中在以反射线为中心的很小的立体角角度范围内，因此一般情况下，几乎没有回波信号，只有当雷达波束垂直于这类地物表面时，才能收到很强的回波。稍粗糙表面：镜面反射+漫反射，雷达天线可以接收到少部分能量，但信号较弱。非常粗糙表面：无镜面反射，全部是漫反射。接收到的回波较强。地物表面粗糙，漫反射强、回波强、浅色调，反之深色调。平静水面因镜面反射而呈黑色。入射角太小（小于10°），则在地面产生的镜面反射波为天线接收，呈亮灰色，但空间分辨率低（近程压缩）；入射角大，回波弱，影像呈黑灰色调。只有当入射角在10—50°之间时，地面才有均匀回波，这也是侧视雷达采用侧方成像的原因。地面入射角对色调的影响极化：通常电场强度在各方向（垂直于传播方向的平面上）是相等的，若其总是固定在某个方向振动，则称电磁波在该方向被极化（偏振）。依电场矢量与入射面（通常是地表面）的关系有水平极化（H）和垂直极化（V），水平极化两者相互垂直，垂直极化两者互相平行。考虑发射和接收的电磁波不同极化方向，可分为HH，VV，HV，VH四种极化方式。前两者称为平行极化或同类极化，后两种为交叉极化。极化方式对色调的影响有些目标不同极化方式下的回波信号之间的差异很大，多数地面目标对HH方式回波信号最强。同类（平行）极化回波可近似看作准镜面反射式散射，回波在接近于垂直入射时最强，入射角增大时，回波强度减弱，大于30°时随入射角变化不大。极化方式对色调的影响侧视雷达信息特点穿透力强具有全天候的工作能力缺点：变形大，分辨率低。第五节航天遥感图像特征陆地卫星地球观测实验卫星（SPOT）图像极轨气象卫星及其图像陆地卫星遥感数据轨道特征传感器覆盖特征陆地卫星图像的几何特征陆地卫星图像的物理特征空间分辨率陆地卫星美国国家航空航天局（NASA）1967年制订了地球资源技术卫星计划(ERTS)，预定发射6颗地球资源卫星ERTS－2发射之前，NASA将这一计划改名为陆地卫星计划(LandSat）。LandSat-11972.7.23MSS一台（MSS4～7）RBV3台（RBV1～3）各一个通道LandSat-21975.1.22同LandSat-1LandSat-31978.3.5MSS一台（MSS4～8）RBV2台相同（只有一个全色通道）LandSat-41982.7.16MSS一台（MSS1～4同于MSS4～7）TM一台（TM1～7）LandSat-51984.3.1同LandSat-4LandSat-71999.4.15增强型主题成像传感器（ETM+1～8

）LandSat—7轨道特征LandSat1234，57高度(km)905.5~918905.5~918906~918705.3705轨道倾角(°)99.90699.21099.11798.22098.22旋转周期(min)103.143103.115103.15089.998.9日绕圈数14141414.514.5回归周期(天)1818181616覆盖全球圈数251251251233233降交点时刻8:509:089:319:4510扫描带宽(km)185185185185185降交点西退(km)28622862286227632763相邻降交点距离(km)159.38159.38159.66170170中等高度、近极地、近圆形与太阳同步轨道传感器陆地卫星上有三种传感器：RBV－反光束导管摄像机；MSS－多光谱扫描仪（MultiSpectralScanner）；TM－专题制图仪（ThematicMapper)

。传感器——反光束导管摄像机（RBV）Landsat-1、2上各有三台RBV，同时拍摄星下185*185km2的地面景物。每台RBV机镜头上分别装一块滤光片，每个滤光片分别对应一个光谱段：

RBV－10.475～0.575m兰绿光波段

RBV－20.580～0.680m黄红光波段

RBV－30.690～0.830m红、近红外波段Landsat-3上有两台波段完全相同的摄像机并联组成，波段0.505～0.750m，拍摄的图像两幅并列，每幅图像对应地面面积为98*98km2，图像上下和左右分别重叠17km和13km，地面分辨率为38m*38m

。因反束光导管易出故障，回收的图像很少，故被淘汰。多光谱扫描仪MSS视场角为14.9°，地面对应扫描宽度为185KM。每行3240个像元。扫描频率为：13.62次/秒。共分四个波段，每波段有６个探测器记录。自西向东为有效扫描，回扫为无效，关闭光路。扫描仪内沿运行方向：排列6个探测器每扫一次，产生24条扫描线，每个探测单元的瞬时视场为7979m2。每幅图像有2340行扫描线。辐射量化级别为128级。专题制图仪TM是改进型的光学机械扫描仪，较之MSS，它具有更好的波谱选择性，更好的几何保真度，更高的辐射准确度和分辨率。采用双向扫描，使探测时间倍增。有7个波段，且探测仪器安装在焦平面上，减少了几何变形程度。波段1—5和7有16个探测器，每次扫描产生16扫描行数据，瞬时视场（即地面分辨率）为3030m。波段6有四个探测器，每次扫描产生4扫描行数据，瞬时视场（地面分辨率)为120120m。扫描宽度均为185km。专题制图仪TM辐射量化级别：1-5和7波段为256级，6波段128级。TM—1，2，3，4，5，7每幅有6166条扫描线，TM—6有1542条扫描线。陆地卫星MSS和TM性能表MSS和TM扫描特征扫描通道MSS1-4MSS8TM1-5，7TM6扫描方式单向扫描双向扫描扫描镜摆动频率（次/秒）13.627探测单元62164瞬时视场（mm）79792402403030120120扫描宽度(km)185185扫描面积（kmm）185474185480扫描线宽（m）7924030120一幅图像的扫描线（条）234077061661542覆盖面积（km2）185185185185覆盖特征陆地卫星以185公里扫幅宽度的观测带覆盖全球一次的飞行路径（相邻观测带的衔接方式）称覆盖模式。Landset-1，2，3轨道周期为103.2分钟，此间地球自转25.8°，每天绕地球运行14圈，在赤道处同天相邻轨道间距为2862KM，毗邻轨道观测重叠14%，星下点轨迹相距159KM，同天相邻的轨道间距需18个观测带充满，即覆盖周期为18天，覆盖圈数为251圈。Landset-4，5,7轨道周期为99分钟，每天绕地球14.5圈，同天相邻轨道西移2763KM，经16天，运行233圈覆盖全球一次，赤道上毗邻观测带重叠7.3%，旁向重叠随纬度增加而升高。陆地卫星的旁向重叠率（%）航向重叠：是在对图像进行分幅时，为便于用户进行拼接，人为处理加上的。航向重叠宽度为15KM，约为图幅的8%。时间分辨率(遥感图像重复覆盖同一地区所需的时间): Landsat-1,2,3为18天，Landsat-4,5,7为16天陆地卫星图像的几何特征—投影性质MSS和TM图像属多中心投影。每条扫描线具有一个投影中心（星下点）。多中心投影也存在地形起伏引起的像点位移。高于或低于基准面的地物影像沿扫描线方向发生移动。位移量与航高，地物高差和扫描距离有关，相邻的观测带的重叠影像也可以构成立体像对。由于卫星高度大，扫描角很小，像点位移很小，故MSS和TM图像可看做垂直投影。陆地卫星图像的几何特征—几何畸变地球自转引起的图像歪斜畸变：卫星由北-东向南-西运行，传感器扫描的同时，地球自西向东转，造成扫描线依次向西扭移，图像发生斜歪，影像东西两边是以6（TM16）条扫描线为阶高的阶梯状。故原始的MSS或TM图像一般都需进行去斜歪校正处理，且图像为平行四边形。陆地卫星图像的几何特征—经纬度图像中心的经纬度根据成像时间、轨道参数等要素，通过计算机求得。由于卫星倾角为99°，因此北极附近卫星运行轨道几乎与纬线平行，图幅南北方与一般地图不同。中纬度地区，卫星轨道与经纬线成明显的斜交，且总是经度上端西斜。赤道地区，卫星的轨道与经纬线略成斜交。NESWNNEWS赤道地区中纬地区北极圈地区S空间分辨率对于陆地卫星来说，空间分辨率就是地面分辨率，它大致上相当于传感器探测地面的瞬时视场的大小。地面分辨率可以理解为在图像上显示出地面上的最小地物的尺寸（也就是像元）的大小。一般讲，凡是大于分辨率的地物可较为容易辨认；小于分辨率的地物辨认就比较困难。但能够辨认还与地物间的反差、地物形状有关，反差大，或线状地物，即使大小或宽度<地面分辨率，有时也可识别。陆地卫星图像的物理特征灰度与辐射分辨率MSS、TM图像的波谱效应灰度与辐射分辨率像元——扫描图像中最小的可分辨面积，地面上最小的探测记录单位。DN值——像元灰度的数字数据，记录的是像元内地物的平均辐射值。随地物的成份、结构、状态、表面特征而变化。DN值是辐射量的相对量度，所表示的反射率在0-100%之间，DN与辐亮度（L）的关系为：L＝a+bDN a，b为传感器性能常数DNmax代表了辐射量量化的等级，值越大，越能区别辐射量微小差异的像元，即辐射分辨率越大。辐射分辨率——遥感信息或仪器所能分辨的最小辐射度差。（又称辐射灵敏度）灰度——DN值经电光转换，在胶片上扫描出相应深浅的色调。DN值常被归并为人眼能够识别的较小灰度等级。MSS图像灰度级为15。TM图像灰度级为16。MSS、TM的DNmax分别为128级和256级灰度与辐射分辨率MSS、TM图像的波谱效应多波段图像分波段记录地物的波谱特性。同一地物在不同波段的亮度（灰度）值不同及不同地物在同一波段的亮度值差异，构成图像的波谱特征信息（波谱信息）。波谱效应：各种地物在某波段图像的色调特征称该波段图像上的波谱效应。多波段效应：不同波段图像上，地物的色调不同，多波段图像识别和区分地物的能力也就不同，称多波段效应。TM1（0.45—0.52）属蓝绿光波段，对水体穿透力强（清水可达30m），对叶绿素和叶色素浓度敏感。植被、水体、土壤等在此波段反射率差别明显。有助于判别水质、水深、浅海水下地形、水体浑浊度、沿岸水流、海水叶绿素浓度。对水体污染尤其对金属和化学污染具有较好的反映。影像上植被色调最暗、水体次之，新鲜雪最浅。但受散射兰光的影响最严重，水陆界线不清。MSS、TM图像的波谱效应TM2（0.52—0.60）与MSS4（0.5—0.6）属绿黄光波段，对水有较强的透射能力，水体色调较浅，可反映一定深度（>10m）的水下地形，有利于识别水体浑浊度、沿岸流、沙洲等。叶绿素在此波段有一个反射峰，称绿峰，健康植物对绿光有一定的反射，影像色调较浅。可用于探测健康植物绿色反射率，按绿峰反射评价植物生产力，区分林种。蓝、绿、黄色地物影像一般呈浅色调，随着红色成份的增加而变暗，浮在水面的油污和金属化合物因妨碍绿光透过也有所显示。受散射光影响，此波段反差较小，地物边界轮廓有些模糊。MSS、TM图像的波谱效应TM3（0.63—0.69）与MSS5（0.6—0.7）属橙红光波段，对水体有一定的的透射能力（约2m），可反映水中泥沙含量、水下地貌和沙流。为叶绿素的主要吸收波段，健康植物影像色调深，病害植物，枯树等则呈浅色调。可根据不同植物的叶绿素吸收来区分植物类型、覆盖度、判断植物生长状况和健康状况。橙红色地物影像一般色调浅，绿色地物色调深。裸露的地表、植被、土壤、水系、岩石、地层、地貌特征等影像清晰，色调层次多，信息量最为丰富。用于地貌特征研究效果较好。MSS、TM图像的波谱效应TM4（0.76—0.90）与MSS6（0.7—0.8）和MSS7（0.8—1.1）属近红外波段。这三种图像波谱效应相似，是水的强吸收和植被强反射波段。图像清晰、反差大、立体感强，能显示多种地物细节，图像上水体呈黑色调，富水地物呈深色调。水陆分界最为清楚。用于勾绘水体，区分土壤湿度及寻找地下水，识别与水有关的地质构造、地貌（潮间带、潮水沟、古河道、边滩等）、土壤岩石类型等。MSS、TM图像的波谱效应TM4（0.76—0.90）与MSS6（0.7—0.8）和MSS7（0.8—1.1）健康植物对近红外波具有最强的反射，为明亮的浅色调，而病害植物则呈较深色调。阔叶树色浅，针叶树色调相对较深。对植物的类别、密度、生长力、病虫害等变化最为敏感。用于植物识别分类、生物量调查及作物长势测定。MSS、TM图像的波谱效应TM5（1.55—1.75）属近红外波段，位于水的两个强吸收带（1.4、1.9）之间和土壤、植物的强反射波段内。对地物含水量反映最为敏感。可用于土壤湿度、植物含水量调查，水分状况研究，作物长势分析等，区分裸土与植物覆盖，不同含水量植被类型的能力最强。对土壤和岩性类型的判定也有一定作用。信息量大，利用率高。MSS、TM图像的波谱效应TM6（10.4—12.5）与MSS8（10.4—12.6）属热红外波段。对热敏感，反映地表温度。可用于农业与森林区分，辨别地表温度差异；监测与人类活动有关的热特征；进行水体温度变化制图。MSS、TM图像的波谱效应TM7（2.08—2.35）属近红外波段。这是为地质研究追加的波段。位于水的强吸收带（1.9、2.7）之间，土壤反射特性与TM5差不多，水体是黑色调。此波段是绝大多数造岩矿物反射波谱的高峰段，而含氧基矿物（如粘土）和碳酸盐矿物（如方解石）具有判别性的特征波谱吸收收带，其影像是暗色调，所以该波段对直接出露地表的粘土与碳酸盐岩较敏感，可以探测与热液蚀变有关的含铁粘土矿物。用于地质探矿与制图。MSS、TM图像的波谱效应轨道特征传感器地球观测实验卫星（SPOT）图像1978年起，以法国为主（联合比利时、瑞典等）设计研制了一颗名为“地球观测实验系统”（SPOT）的卫星。1986年3月22日，由法国的阿里安娜火箭送入太空，卫星代号为SPOT-1。与Landsat相似，也是近极地、近圆形、与太阳同步轨道。SPOT系列产品主要用于制图、DTM、农林、环境监测、区域和城市规划与制图。SPOT卫星SPOT对地观测卫星系统传感器SPOT-11986年3月22日两台完全相同的高分辨率可见光扫描仪HRVSPOT-21990年