第三章遥感数据获取

第三章遥感数据获取第1页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感数据采集一幅图像实际上记录的是物体辐射能量的空间分布，这个分布是空间坐标、时间和波长的函数，即:I=(x,y,z,λ,t)。第2页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感卫星系统第3页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感工作系统第4页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感试验系统（卫星发射前）选择星载传感器的类型确定其技术指标划分和选择最佳的电磁波谱段地面遥感试验工作确定各种对象的辐射光谱特性试验各种传感器的性能研制各种数据的处理技术，判读技术研究影响各种对象的辐射光谱特征及影响传感器性能的各种环境因素等。

第5页，共58页，2023年，2月20日，星期三星载工作系统星载工作系统包括两个分系统：自动调节控制分系统自动调节分系统包括：控制卫星姿态卫星与地面联系星体内仪表运行程序控制轨道调整装置卫星能源供应等传感器分系统第6页，共58页，2023年，2月20日，星期三地面控制系统地面控制中心陆地卫星运行控制中心是指挥卫星工作的枢纽。它控制卫星工作的安排、对卫星发出不同指令；控制卫星运行时姿态、轨道；指挥传感器信息的传输以及星载仪器与地面接收机构工作的配合等。第7页，共58页，2023年，2月20日，星期三信号接收、处理系统地面接收站接收从卫星上传送回来的信息数据，记录在磁带上并交数据处理中心进行处理。地面接收站安装有大型的抛物天线，地面接收站：如日本的东京、泰国的曼谷等等。我国在北京建成的卫星地面接收站，已成为10多年来中国遥感技术和地学遥感应用的重要信息源。第8页，共58页，2023年，2月20日，星期三地面数据处理机构地面数据处理机构主要任务是对视频进行视频-影像转换，进行系统误差和图像误差校正。最后完成70x70毫米的粗制胶片、240X240毫米的粗制和精制胶片，以及计算机兼容磁带（CCT）和数据光盘产品。第9页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感平台第10页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感平台遥感平台是安装遥感器的飞行器，是用于安置各种遥感仪器，使其从一定高度或距离对地面目标进行探测，并为其提供技术保障和工作条件的运载工具。对地观测的遥感平台应能提供稳定的对地定向，并对平台飞行高度、速度等有特定的要求。高精度高分辨率的遥感器对平台更有严格的要求，如平台姿态控制和安装精度的要求等。第11页，共58页，2023年，2月20日，星期三第12页，共58页，2023年，2月20日，星期三第13页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感平台

紫外(0.3-0.4mm)可见光(0.4-0.7mm)红外(0.7-14mm)反射红外(0.7-3mm)近红外(0.7-1.3mm)短波红外(1.3-3mm)中红外(3-6mm)远红外(6-15mm)热红外(8-14mm)微波(0.1-100cm)遥感平台高度用途备注静止卫星36，000km定点地球观测GMS地球观测卫星500－1000km定期地球观测Landsat航天飞机240－350km不定期观测无线探空仪100m-100km各种调查探空气球高空喷气机10000－12000m侦察，大范围调查中低空飞机500－8000m航空摄影测量飞艇500－3000m空中侦察直升机100－2000m摄影测量无线遥控飞机500m以下各种调查牵引飞机50－500m牵引滑翔机系留气球800m以下缩道10－40m遗迹考古调查吊车5－50m近距离摄影测量地面遥感0－30m地面实况调查第14页，共58页，2023年，2月20日，星期三类型概念优点航天遥感航空遥感近地遥感利用卫星、航天飞机、宇宙飞船、航天空间站等携带遥感仪器的遥感覆盖范围大，不受领空限制，可进行定期、重复观测利用飞机携带遥感仪器的遥感距地面高度在几十米以内的遥感机动性强，可以根据研究主题选择恰当的传感器、适当的飞行高度和飞行区域用于城市遥感、海面污染监测、森林火灾监测等中、高分辨率的遥感活动第15页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感数字图像的获取第16页，共58页，2023年，2月20日，星期三传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。第17页，共58页，2023年，2月20日，星期三传感器的工作原理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。第18页，共58页，2023年，2月20日，星期三传感器的一般构成电磁波幅射信息收集探测器信息处理信息输出第19页，共58页，2023年，2月20日，星期三传感器的分类摄影机框幅式缝隙式全景式扫描仪雷达非成像传感器第20页，共58页，2023年，2月20日，星期三单镜头框幅式摄影机主要由收集器－物镜和探测器－感光胶片组成，暗盒、快门、光栏及机械传动装置等。应用：航空、航天摄影测量成像原理：同普通照相机应用示例：

RMKA30/23摄影机

f:305.18mm;像幅：23×23mm；H:250km;1/m:1:820000;4-6s曝光一次。第21页，共58页，2023年，2月20日，星期三第22页，共58页，2023年，2月20日，星期三缝隙式像机应用：飞机或卫星成像原理：当飞机或卫星向前飞行时，在相机焦平面上与航向垂直的狭隙中，对出现的与航向垂直，且与缝隙等宽的一条地面影像连续摄影。应用实例：目前较少使用，是线阵CCD传感器的基础第23页，共58页，2023年，2月20日，星期三缝隙式像机航线物镜筒缝隙胶片卷绕第24页，共58页，2023年，2月20日，星期三全景式摄像机在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝，随物镜作垂直航线方向扫描。由于物镜摆动的幅面很大，可将航线两边地平线内的影像摄入底片。航线摆动物镜筒缝隙扫描方向飞行方向第25页，共58页，2023年，2月20日，星期三多光谱摄像机在物镜后加分光装置，将光分解成多个光束；或利用响应不同波段的多感光层胶片进行多光谱摄影。第26页，共58页，2023年，2月20日，星期三扫描式传感器逐点逐行以时序方式获取二维图像。第27页，共58页，2023年，2月20日，星期三光机扫描仪第28页，共58页，2023年，2月20日，星期三推帚式扫描仪第29页，共58页，2023年，2月20日，星期三彩色摄像机的分光：棱镜和滤色片分光RCCDGCCDBCCD红外滤光片变焦镜头R/BCCDGCCD红外滤光片变焦镜头青色滤光片红、蓝滤光片R/G/BCCD红、绿、蓝方格图案滤光片红外滤光片变焦镜头分色棱镜二向分色棱镜(a)三板式的棱镜分光(b)二板式的二向色棱镜分光(c)单板式的方格图案滤色片分光色再现性好的滤色片是把绿色配置成方格，而在其间配置红、蓝滤色片。绿色多可尽量加宽亮度信号的带宽。采用包含绿色成份的补色滤色片(白、青、黄)可以提高光的利用率。人眼和硅半导体相对不同波长光的敏感曲线第30页，共58页，2023年，2月20日，星期三多波段影像红波段.63-.69microns(4m)绿波段.52-.60microns(4m)近红外波段.76-.90microns(4m)同时采集的全色影响色片.45-.90microns(1m)蓝波段].45-.52microns(4m)第31页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感图像数字化第32页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感数字图像的表示方法遥感数字图像可以理解为多维数组，每个像元的明暗程度记录了成像瞬间对应的物体的反射光强度（灰度），在遥感图像其实质就是探测范围内电磁辐能量分布图

像元——像元是遥感影像上能够详细区分的最小单元第33页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感图像的数字化采样：按照一定的空间网格对连续图像进行空间坐标的数字化量化：对采样点的辐射值进行数字化即指从图像灰度的连续变化中进行离散的采

样，目前经常使用的灰度量度有2级，64级，128级，256级。均匀数字化非均匀数字化第34页，共58页，2023年，2月20日，星期三对图像空间坐标的离散化，它决定了图像的空间分辨率。用一个网格把待处理的图像覆盖，然后把每一小格上模拟图像的各个亮度取平均值，作为该小方格中点的值。图像的采样遥感图像的采样第35页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感图像的采样方法：正方形点阵法、正三角形点阵法、正六角形点阵法采样是按照间隔对图像进行离散化的过程采样点的像元值表示该点周围某个小范围内的平均辐射值第36页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感图像的量化将采样过程中获得的像元平均值按照一定的编码规则划分为若干等级

0－255第37页，共58页，2023年，2月20日，星期三(a)256级灰度图象(b)子图(c)子图对应的量化数据图像量化实例第38页，共58页，2023年，2月20日，星期三量化的方法包括：分层量化、均匀量化和非均匀量化。分层量化是把每一个离散样本的连续灰度值只分成有限多的层次。均匀量化是把原图像灰度层次从最暗至最亮均匀分为有限个层次，如果采用不均匀分层就称为非均匀量化。第39页，共58页，2023年，2月20日，星期三(a)量化(b)量化为8bit量化示意图第40页，共58页，2023年，2月20日，星期三对一幅图像，当量化级数一定时，采样点数对图像质量有着显著的影响。采样点数越多，图像质量越好；当采样点数减少时，图上的块状效应就逐渐明显。当图像的采样点数一定时，采用不同量化级数的图像质量也不一样。量化级数越多，图像质量越好，当量化级数越少时，图像质量越差，量化级数最小的极端情况就是二值图像，图像出现假轮廓。采样点数和量化级数的关系第41页，共58页，2023年，2月20日，星期三

(a)采样点256×256时的图像(b)采样点64×64时的图像(c)采样点32×32时的图像(d)采样点16×16时的图像

采样点数与图像质量之间的关系第42页，共58页，2023年，2月20日，星期三(a)量化为2级的Lena图像(b)量化为16级的Lena图像(c)量化为256级的Lena图像

量化级数与图像质量之间的关系第43页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感数据产品特点第44页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感图像的存储模式磁带、磁盘、光盘CCT－－－计算机兼容磁带BIP—按像元波段交叉式，以一对像元为基本单位进行记录BIL－按照扫描行为单位，各波段同一扫描行数据依次记录BSQ－以波段为单位，每波段所有扫描行依次记录第45页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感图像的信息内容波谱信息空间信息时间信息第46页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感图像的波谱信息遥感图像中每个像元的亮度值代表该像元中地物的平均辐射值，它随地物的成分、纹理、状态、表面特征以及电磁波段的不同而变化第47页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感系统的辐射分辨率指遥感探测器记录地面反射、发射或后向散射的辐射通量对信号强度差异的敏感性，也称为量化等级遥感图像的辐射分辨率第48页，共58页，2023年，2月20日，星期三光谱分辨率NIRSWIRMWIRLWIR400nm

70015003000RB500014000nmGPanchromatic:oneverywidebandLOWMultispectral:severaltotensofbandsMEDHyperspectral:

hundredsofnarrowbandsHIGH第49页，共58页，2023年，2月20日，星期三NASAAVIRISCuprite,NV,HSIData,(1995)第50页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感卫星：常用的遥感卫星包括美国陆地卫星Landsat、IKONOS卫星、NOAA卫星、法国SPOT卫星、印度IRS-IC卫星、中巴卫星CBERS等。–

蓝0.45-0.52µm–

绿0.52-0.60µm–

红0.63-0.69µm–

近红外0.76-0.90µm–

全色0.45-0.90µm--空间分辨率1、4m--时间分辨率：4天第51页，共58页，2023年，2月20日，星期三AnAVIRIS(NASA)HSIImageCube第52页，共58页，2023年，2月20日，星期三遥感图像的空间信息空间频率信息、边缘和线性信息、结构或纹理信息以及几何信息等影响因素：空间分辨率、图像投影性质、比例尺、几何畸变应用：几何校正－－空间信息恢复第53页，