第三章 遥感图像的种类与特性

第三章遥感图像的种类与特性第1页，课件共62页，创作于2023年2月3.2.1遥感图像的种类几个概念：影像:由地物反射或自身发射的电磁辐射,通过成像系统处理后产生与原物相似的形象。遥感影像:由遥感器对地球表面摄影或扫描获得的影像。遥感图像:遥感影像经过处理或再编码后产生的与原物相似的形象。光学摄影成像的二维连续的图像----像片(Photograph).扫描成像的一维连续一维离散或二维离散的图像----图像(Image)。

第2页，课件共62页，创作于2023年2月按成像遥感器成像方式和工作波长的遥感图像分类表成像方式工作波段实例光学摄影像片常规摄影像片黑白全色像片(可见光)天然彩色像片(可见光)航空像片航天像片非常规摄影像片黑白红外像片(近红外)彩色红外像片(近红外)紫外像片(紫外)多波段像片(紫外-近红外)全景像片(可见光-近红外)扫描图像电子扫描图像电视摄像图像(可见光)RBV图像

光机扫描图像红外扫描图像(中、远红外)多波段扫描图像(紫外-远红外)超多波段扫描图像(可见光-近红外)热红外图像MSS、TM图像成像波谱仪图像固体自扫描图像固体自扫描图像(可见光-近红外)HRV图像

天线扫描图像成像雷达图像（微波）合成孔径雷达图像

既能体现影像特征又能揭示影像的信息内涵第3页，课件共62页，创作于2023年2月3.2.2遥感图像的基本属性（一）波谱特性（波谱分辨率辐射分辨率）（二）空间特性（三）时间特性第4页，课件共62页，创作于2023年2月

㈠.波谱特性（波谱分辨率、辐射分辨率）影像灰度或色彩差异——遥感图像上波谱特性差异。实为其响应(感测)波段内电磁辐射能量大小的反映。黑白全色像片天然彩色像片反映地物对可见光的反射能量黑白红外像片彩色红外像片反映地物在部分可见光和摄影红外波的反射能量热红外图像反映地物在热红外波段的热辐射能量(辐射温度)成像雷达图像反映地物对人工发射微波后向散射回波的强度多波段、超多波段图像其灰度是其各自响应波段辐射能量大小的反映第5页，课件共62页，创作于2023年2月——是从形态学方面识别地物、测绘地图、建立解译标志、图像几何校正及增强处理的重要依据涉及：成像遥感器的空间分辨率；图像投影性质、比例尺、几何畸变等

㈡.空间特性（几何特性）第6页，课件共62页，创作于2023年2月1.空间分辨率指图像能分辨具有不同反差、相距一定距离相邻目标的能力。表示方法：⑴.影像分辨率：指用显微镜观察时,1mm宽度内能分辨出的相间排列的黑白线对数。影响因素:感光材料(显示器)分辨率、影像比例尺、相邻地物间的反差⑵.地面分辨率：指遥感影像上能分辨的地物间的最小距离。（非识别）第7页，课件共62页，创作于2023年2月分辨率：5米，地面上每5米的物品在影像中占1个像素，相当于视角高度约为4km第8页，课件共62页，创作于2023年2月分辨率：2米，地面上每2米的物品在影像中占1个像素，相当于视角高度约为1.8km第9页，课件共62页，创作于2023年2月分辨率：1米，地面上每1米的物品在影像中占1个像素，相当于视角高度约为500m第10页，课件共62页，创作于2023年2月分辨率：0.5米，地面上每0.5米的物品在影像中占1个像素，相当于视角高度约为300m第11页，课件共62页，创作于2023年2月分辨率：25厘米，地面上每25厘米的物品在影像中占1个像素，相当于视角高度约为150m第12页，课件共62页，创作于2023年2月分辨率：12.5厘米，地面上每12.5厘米的物品在影像中占1个像素，相当于视角高度约为80m第13页，课件共62页，创作于2023年2月分辨率：10厘米，地面上每10厘米的物品在影像中占1个像素，相当于视角高度约为60m，或20楼的高度第14页，课件共62页，创作于2023年2月2.影像比例尺指影像上某一线段的长度与地面上相应地物的水平距离的比值。理想条件下：由遥感光学系统的焦距和遥感平台的航高之比确定，即f/H。注意：受中心投影性质所限，不同于垂直投影，受地形起伏及在像幅的位置影响，图像各处比例尺可能不一致。第15页，课件共62页，创作于2023年2月遥感影像均经光学系统聚焦成像，透镜的成像规律和遥感器成像方式决定了遥感图像的投影性质，不同投影性质会产生不同性质的影像几何畸变。3.投影性质与影像几何畸变⑴.中心投影地面上各物点的投影光线都通过一个固定点(S)投影到投影面(P1、P2)上形成的透视影像称中心投影。负像(负片)--P1与地物位于S两侧正像(正片)--P2与地物位于S同侧第16页，课件共62页，创作于2023年2月（2）.多中心投影（扫描中心投影）光机扫描影像为逐点行式扫描成像，每个像点都有各自的投影中心，但同一扫描线上各像元成像时间相差甚小，可认为每一扫描行有一个投影中心，光机扫描影像为多中心投影。第17页，课件共62页，创作于2023年2月（3）.旋转斜距投影Sab--侧视雷达图像影像面ab--在阴极射线管屏幕上光点掠过的轨迹光点出现的时间取决于雷达发出微波到接收到回波间的时间间隔，由于微波传播速度固定∴雷达影像实际为斜距的投影，投影性质为旋转斜距投影第18页，课件共62页，创作于2023年2月畸变（distortion）：严重不正常地变化，既可以指外在的，又可以指内在的。◆物理学之畸变——物体上的直线经过透镜成像后变成弯曲的现象。畸变是由于透镜的放大率随光束和主轴间所呈角度改变而引起的。光线离主轴越远，畸变越大。◆摄影之畸变——拍摄四方形物体时，使周围拍成卷翘或膨鼓的现象。◆遥感学之畸变——在一般的光学系统中，只要畸变引起的图像变形不为人眼所察是可以允许的，允许的畸变值约为4%。但若需图像特性来测定物体尺寸的光学系统，如航空测量镜头等，畸变则直接影响测量精度，必须对其严加校正，使畸变小到万分之一甚至十万分之几。

影像几何畸变第19页，课件共62页，创作于2023年2月

畸变对成像的影响常规摄影畸变现象——第20页，课件共62页，创作于2023年2月摄影畸变—地形第21页，课件共62页，创作于2023年2月

㈢.时间特性

遥感影像是成像瞬间地物电磁辐射能量的记录，而地物具有时相变化：自然变化过程：即发生--发展--演化过程节律：即事物的发展在时间序列上表现出某种周期性重复的规律--亦即地物的波谱特性随时间的变化而变化。所以：遥感影响的时间特性与遥感器时间分辨率;成像季节及时间有关。第22页，课件共62页，创作于2023年2月3.2.3光学摄影像片特性一、帧幅式摄影像片特性二、全景式摄影像片特性第23页，课件共62页，创作于2023年2月◆帧：在数据和数字通讯中，按某一标准预先确定的若干字段组成特定的信息结构；是影像中最小单位的单幅影像画面，相当于电影胶片上每一格镜头，一帧就是一副静止画面，连续者就形成动画，如电视图象；原用于字画、照片等，一幅字画叫一帧。◆景：卫星拍摄一次所获取到的画面。卫星遥感图像资料覆盖区域大，一景卫星遥感图像所包含的面积少则几千平方公里，多则上万平方公里。名词术语解释——第24页，课件共62页，创作于2023年2月（一）帧幅式航空像片种类航空像片--航空摄影获取的反映地面特征的影像像片航空摄影--指运用安装在航空平台上的帧幅式航空摄影机对地面进行光学成像,用感光胶片直接记录地物反射的0.3~1.3μm波段电磁波,并取得像片的整个过程按工作波段和所使用的胶片，可分为：全色黑白天然彩色红外黑白红外彩色多波段航空像片……第25页，课件共62页，创作于2023年2月（二）帧幅式航空像片的地面覆盖与影像重叠面积航空摄影：由许多平行直线性航线组成

为保证连续覆盖和像对立体观察--相邻像片间需要有部分影像重叠：航向重叠：沿航向方向的影像重叠，重叠率＞60％——具有此种重叠关系的两张相邻像片称立体像对旁向重叠：两条相邻航线间的影像重叠，重叠率20~30％。地形起伏越大，重叠率相应要加大。第26页，课件共62页，创作于2023年2月航向重叠旁向重叠第27页，课件共62页，创作于2023年2月1.投影性质及比例尺投影性质——地面的中心投影比例尺：各处影像会出现不一致。在地形起伏地区：各影像点相对航高不同--不同高程处地物影像比例尺不同→地形起伏地区航片只能概略表示（三）帧幅式航片的空间特性第28页，课件共62页，创作于2023年2月中心投影与垂直投影的比较第29页，课件共62页，创作于2023年2月◆两种投影方式比较，当投影面倾斜时，像片各部分的比例尺变化不同，像片各部分的位移量（径向距离）不等（倾斜误差）

二者等比例与不等比例之缩小第30页，课件共62页，创作于2023年2月两种投影方式比较，当地形起伏时，物体的像点位移称为“投影误差”二者投影点相对位置变化比较第31页，课件共62页，创作于2023年2月主比例尺：以航测高差仪记录的像底点的航高（航摄技术鉴定书提供）计算的比例尺。——通常以主比例尺代表像片比例尺。第32页，课件共62页，创作于2023年2月像点位移(δh)(投影差):由中心投影造成，在地面上平面坐标相同但高程不同的点，在像平面上的像点坐标不同--这种像点位置的移动，称像点位移。影像畸变2.地形起伏引起的像点位移与影像畸变基准面像平面第33页，课件共62页，创作于2023年2月3.空间分辨率航片影像分辨率一般在25~100线对/mm地面分辨率（m）4.航片立体观察是目视解译的一种重要手段。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，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。(需立体镜等仪器) 第34页，课件共62页，创作于2023年2月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(0.3-1.3μm）电磁波的反射特征影像色调或色彩是地物反射波谱特性的表征，是从波谱学角度识别地物的重要解译标志。黑白全色航片黑白红外航片天然彩色片彩色红外片多波段航片㈣.航空像片的波谱特性第35页，课件共62页，创作于2023年2月PanchromaticBlackandWhiteInfraredNormalColorFalse-colorInfrared第36页，课件共62页，创作于2023年2月1.黑白全色航片：消色物体——与物体本色一致或接近彩色物体——与物体本色有一定的对应关系2.黑白红外航片：色调取决于地物对近红外波的反射程度，与人眼对物体的感受无关强反射近红外地物--健康植物--明亮的浅色调强吸收近红外地物--水体--暗(黑)色调PanchromaticBlackandWhiteInfrared黑白全色黑-白红外（美，哈德逊河）地物影像色调一般规律第37页，课件共62页，创作于2023年2月3.天然彩色片--真彩色影像色彩与地物原色一致4.彩色红外片--假彩色其色彩只具象征性,而非地物原色

NormalColorFalse-colorInfrared第38页，课件共62页，创作于2023年2月5.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。第39页，课件共62页，创作于2023年2月（五）帧幅式航片影像质量评定黑白航片：清晰、黑度适中、反差正常、色调层次丰富、色调均匀、无黑斑与云影、无伤痕。彩色航片：色别清晰、色差正常、地物各部分明度变化明显、色彩丰富、饱和度较高。应能识别与地物无关的影像，如指纹、灰尘造成的白色斑点等。第40页，课件共62页，创作于2023年2月二.全景式摄影像片特性

优点：影像分辨率极高、整幅影像光强相同缺点：两侧边缘几何畸变较大，地物影像几何形状严重失真。第41页，课件共62页，创作于2023年2月㈠.全景像片的空间特性1.投影性质与影像畸变投影性质：全景影像沿缝隙方向的一维中心投影影像畸变：全景畸变＋扫描位置畸变＋像移补偿畸变全景摄影机第42页，课件共62页，创作于2023年2月摄影畸变—尺度（上下比例，左）与角度（右）第43页，课件共62页，创作于2023年2月与航向(xx’)平行的各条横线间的比例尺不同，但每条横线上比例尺相同;航迹上的主横线比例尺最大,向两侧对称状变小;与航向垂直的纵线上各点比例尺不同，向两侧对称状变小。3.地面分辨率∵斜距随扫描角变化∴不同扫描角处影像地面分辨率不同→同一面积像平面覆盖的地面面积不同。2.比例尺第44页，课件共62页，创作于2023年2月4.地面的连续覆盖⊥航迹方向--由缝隙扫描完成∥航迹方向--由平台运行完成第45页，课件共62页，创作于2023年2月取决于所用胶片类型和特性如:国土卫星地物像机使用的：黑白全色胶片(0.4~0.7μm)：色调特征与全色黑白航片相似彩红外反转片(0.5~0.8μm)：色调特征与彩红外航片相似

㈡.全景像片的波谱特性第46页，课件共62页，创作于2023年2月遥感艺术欣赏——

GoogleEarth拍摄的奇特地貌照GoogleEarth的影像是卫星影像与航拍的数据整合.卫星影像部分：QuickBird（快鸟）、LANDSAT-7等；航拍部分：BlueSky公司（英国公司，以航拍、GIS/GPS相关业务为主）、Sanborn公司、美国公DigitalGlobe公司的QuickBird（快鸟）、美国IKONOS及法国的SPOT5。第47页，课件共62页，创作于2023年2月图中的造型好像是一个人，他头戴印第安头饰，耳朵里却塞着耳机。这一地质奇迹位于加拿大的艾伯塔省，其google坐标是(50.010083,-110.113006)。在当地，他被称为“荒原守护圣”，据称，这个“守护神”乃是大自然的杰作。第48页，课件共62页，创作于2023年2月这个巨大的人造湖只有从高空才能看出端倪，是不是像一个人呢？它位于巴西东部城市巴鲁附近，google坐标为(-21.805149,-49.089977)。第49页，课件共62页，创作于2023年2月这座“心形岛”位于意大利半岛附近的亚得里亚海域，名为Galesnjak，该岛面积仅有10.9万平米，没有人居住。第50页，课件共62页，创作于2023年2月这一“指纹”发现于英国的布莱顿霍夫市的霍夫公园，直径约30米。第51页，课件共62页，创作于2023年2月澳大利亚的平面造型设计师“创造”了第一套“地图字母”。第52页，课件共62页，创作于2023年2月位于英国贝