林业遥感课件

*1.1遙感的基本概念遙感（RemoteSensing)20世紀60年代發展起來的對地觀測綜合性技術。通常有廣義和狹義的理解。

廣義遙感指各種非直接接觸的、遠距離探測目標的技術。主要根據物體對電磁波的反射和輻射特性對目標進行採集，利用聲波、外力波和地震波等也都包含在廣義的遙感之中。

狹義遙感指從遠距離、高空，以至外層空間的平臺（plantform）上，利用可見光、紅外、微波等遙感器（Remote

Sensor）,通過攝影、掃描等各種方式，接收來自地球表層各類地物的電磁波資訊，並對這些資訊進行加工處理，從而識別地面物質的性質和運動狀態的綜合技術。*

遙感不同於遙測和遙控。遙測是指對被測物體某些運動參數和性質進行遠離測量的技術，分接觸測量和非接觸測量。遙控是指遠距離控制目標物運動狀態和過程的技術。遙感技術主要通過觀測電磁波原理，判讀和分析地物目標及現象。也就是說，利用了物體的電磁波特性，即“一切物體，由於其種類及環境條件的不同，因而具有反射或輻射不同波長的電磁波的特性”。所以，遙感也可以說是一種利用物體反射或輻射電磁波的固有特性，通過研究電磁波特性，達到識別物體及其環境的技術。*地面感測器*1.2遙感系統

遙感系統包括：被測目標的資訊特徵(目標物）;資訊的獲取（遙感平臺）;資訊的接收與記錄、資訊的處理（地面接收站）和資訊應用（分析解譯）四大部分。

目標物的電磁波特性-----任何目標都具有發射、反射和吸收電磁波的性質，這是遙感的資訊源。目標物與電磁波的相互作用，構成了目標物的電磁波特性，它是遙感探測的依據。

資訊的獲取-----主要由感測器來完成。接收、記錄目標物電磁波特徵的儀器，稱為感測器。如掃描器、雷達、報機、攝像機、輻射計等。

資訊的接收、記錄和資訊處理-----感測器接收到目標地物的電磁波資訊，記錄在數字磁介質或膠片上。膠片是由人或回收艙送到地面回收，而數字磁介質上記錄的資訊則可通過衛星上的微波天線傳輸給地面的衛星接收站。*

地面站接收到遙感衛星發送來的數字資訊，記錄在高密度的磁介質上（如高密度磁帶HDDT或光碟等），並進行一系列的處理，如資訊恢復、輻射校正、衛星姿態校正、投影變換等，再轉換為用戶可使用的通用數據格式，或轉換成模擬信號(記錄在膠片上)，才能被用戶使用。

資訊的應用----遙感獲取資訊的目的是應用。這項工作由各專業人員根據不同的應用需要而進行。在應用過程中，也需要大量的資訊處理和分析，如不同遙感資訊的融合及遙感與非遙感資訊的複合等。*1.3

遙感的分類按遙感平臺分：

地面遙感：感測器設置在地面平臺上，如車載、船載、手提、固定或活動的高架平臺上等。

航空遙感：感測器設置於航空器上，主要是飛機、氣球等；

航太遙感：感測器設置於環繞地球的航天器上，如人造地球衛星、太空梭、空間站、火箭等；航宇遙感：感測器設置於星際飛機上，指對地月系統外的目標的探測。**按感測器的探測波段分:

紫外遙感：探測波段在0.05-0.38um之間；

可見光遙感：探測波段在0.38-0.76um之間；攝影機、掃描器、攝像儀等。

紅外遙感：探測波段在0.76-1000um之間；攝影機、掃描器等。微波遙感：探測波段1mm-1m之間；掃描器、微波輻射計、雷達、高度計等。

多波段遙感：把目標物輻射來的電磁輻射分割成若干個窄的光譜帶，然後同步探測，同時得到一個目標物不波段的多幅圖像。多光譜攝影機、多光譜掃描器和反束光導管攝像儀等。*按工作方式分:

主動遙感和被動遙感：主動遙感由探測器主動發射一定電磁波能量並接收目標的反向散射信號；被動遙感的感測器不向目標發射電磁波，僅被動接收目標物的自身發射和對自然輻射源的反射能量。成像遙感與非成像遙感：前者感測器接收的目標電磁輻射信號可轉換成（數字或模擬）圖像；後者感測器接收的目標電磁輻射信號不能形成圖像。

按遙感的應用領域可分：從大的研究領域可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等；從具體應用領域可分為資源遙感、環境遙感、農業遙感、林業遙感、氣象遙感、城市遙感等。*1.3

目前遙感技術發展的特點

1.高空間解析度。TM衛星影像空間解析度最高可達15米(ETM+)；SPOT衛星影像空間解析度全色波段現在最高可達2.5米、5米，多光譜波段達10米；美國的IKONOS影像數據解析度可達1米和4米;Qiuckbird影像數據空間解析度最高可達0.61米。

2.高光譜辨率。目前星載遙感器的光譜解析度大約為可見近紅外波段，略優於100nm（10-4m）,在熱紅外波段約200nm左右，而機載的成像光譜儀已達到可見光、近紅外波段約10nm，熱紅外波段約30nm左右，整個波段數已達到256個波段。美國制定EOS計畫（地球觀測計畫）就包括有中分辯率和高解析度的像光譜儀。

***黃河口中巴地球衛星圖像（10月17日）*SPOT5多光譜數字圖像（10米），2002.9.25**TM432,延安地區***3.高時間解析度。不同高度的遙感平臺其重複觀測的週期不同，地球同步軌道衛星可以每半個小時對地觀測一次（FY－2氣象衛星）；太陽同步軌道衛星（如NOAA氣象衛星和FY－1氣象衛星）可以每天2次對同一地區進行觀測。這種衛星可以探測地球表面及大氣在一天或幾小時之內的短週期變化。地球資源衛星（如Landsat、SPOT和CBERS－1）則分別以16天、26天或4-5天對同一地區重複觀測一次，以獲得一個重訪週期內的某些事物的動態變化的數據。而傳統的地面調查則須在大量的人力、物力，用幾年甚至幾十年時間才能獲得地球上大範圍地區動態變化的數據。*

本世紀20年代開始試用航空目視調查和空中攝影;30年代採用常規的航空攝影編制森林分佈圖；40年代航空像片的林業判讀技術得到發展，開始編制航空像片蓄積量表；50年代發展了航空像片結合地面的抽樣調查技術；60年代中，紅外彩色片的應用促進了林業判讀技術的進展，特別是樹種判讀和森林病蟲害探測；70年代初，林業航空攝影比例尺向超小和特大兩極分化，提高了工作效益，與此同時，陸地衛星圖像在林業中開始應用，並在一定程度上代替了高空攝影。70年代後期，陸地衛星數據自動分類技術引入林業，多種感測器也用於林業遙感試驗。80年代衛星不斷提高空間解析度，圖像處理技術日趨完善。90年代航太遙感技術迅速發展，應用廣泛。1.4、林業遙感的發展現狀及未來*

林業遙感技術發展的未來

l.隨著遙感技術的發展，現階段林業遙感技術在生產上應用開始由以航空像片+地面調查為主的工作模式向著以衛片為主+航片+地面調查為輔助的工作模式發展。

2.林業遙感要從定性走向定量，從靜態估測到動態監測，從實驗走向生產實際應用。

3.採用新的遙感資料，Landsat-1…7、SPOT1…5、CBERS-1、2、雷達圖像和高光譜圖像（MODIS）、IKONOS、、QUICKBIRD等；

*

4.多種資訊複合，如不同時相、不同感測器、不同分辯率住資訊的複合，提高林業遙感的分類精度。

5、擴大林業遙感的研究內容：除資源調查外，還應當包括立地評價、區劃、災害監測；環境污染監測，經營活動分析、建築、綠化、人口監測等；

6、提高與普及相結合，使研究成果儘快變成生產力；

2.1電磁波、電磁波譜及大氣窗口

1.電磁波-----當電磁振盪進入空間，變化的磁場激發了渦旋電場，變化的電場又激發了渦旋磁場，使電磁振盪在空間傳播，這就是電磁波。其方向是由電磁振盪向各個不同方向傳播的。

遙感的物理基礎電磁波的性質：（1）實驗證明，光是一種電磁波，具有電磁波的性質，是一種橫波；（2）在真空中以光速傳播；（3）電磁波具有波粒二象性。電磁波在傳播過程中遇到氣體、液體或固體介質時會發生一系列現象。電磁波與地面物體之間的相互作用2.電磁波譜定義：按電磁波在真空中傳播的波長或頻率，遞增或遞減排列，則構成了電磁波譜。該波譜以頻率從高到低排列，可以劃分為γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波。名稱波長範圍頻率範圍紫外線10nm-0.4um750-3000THz可見光0.4-0.7430-750THz紅外線近紅外短波紅外中紅外熱紅外遠紅外0.7-1.3um1.3-3um3-8um8-14um14um－1mm230-430THz100-230THz38-100THz22-38THz0.3-22THz

亞毫米波0.1-1mm0.3-3THz無線電波微波毫米波（EHF）1-10mm30-300GHz釐米波（SHF）1-10cm3-30GHz分米波（UHF）0.1-1m0.3-3GHz超短波（VHF）短波（HF）中波（MF）長波（LF超長波（VLF）1-10m30-300MHz10-100m3-30MHz0.1-1km0.3-3MHz1-10km30-300MHz10-100km3-30KHz2.2太陽輻射與大氣影響一、太陽輻射太陽的表面溫度為6000°K。中心溫度約達15萬度。太陽表面每分鐘釋放出來的熱量在5

1024千卡以上。地球是太陽體積的130萬分之一，距離太陽約1.5億公里。太陽輻射的電磁波到達地球表面大概需要8分鐘的時間。地球表面每分鐘獲得的太陽輻射能量只有1.7卡／米2。除去植物的光合作用耗去的能量以外，被地球表面反射到空中的太陽輻射能量就更少了。在遙感中，一些屬於可見光至近紅外波段的感測器，就是靠接收和記錄這部分能量的反射特徵獲取各種地物資訊的。二、大氣對太陽輻射的影響被反射：約30%；被吸收：約17%；被散射：22%;到達地面的太陽輻射：約31%。（一）大氣層的反射作用進入大氣層前主要波長範圍：0.15-4μm;占太陽輻射總能量的99%，其中可見光區占50%，紅外區占43%，紫外區占7%；最大輻射波長在0.475μm。進入大氣層後有一部分被反射回宇宙空間。反射作用中，雲反射能力變化很大，按地球平均雲量54%計算，1/4的太陽輻射能量被反射回宇宙空間去。（二）大氣層的吸收作用主要成分：氣體分子、水滴和塵埃等；

O2：占1/5，主要吸收<0.2μm的太陽輻射能量；

O3：主要在10-40KM高層大氣層；兩個吸收帶為0.2-0.32μm（藍光區）、0.6μm（橙光區）；

H2O：主要吸收物質，吸收帶紅外線和可見光的紅光波段內。

CO2：只存在於低層大氣層中，而且含量很少，主要吸收4.3μm的太陽輻射能量塵埃：（二）大氣的散射作用說明：IS：地物直接反射的太陽輻射；ID：漫入輻射地面，而又反射到大氣中再進入感器的部分：IO：直接進入Sensor的部分；

大氣的散射現象發生時的物理現象規律與大氣中的分子或其他微粒的直徑及輻射波長的長短密切相關。通常有以下三種情況：

1、瑞利散射

大氣中的粒子（N、CO2、O3、O2等）直徑比波長小的多時所發生的散射稱為瑞利散射。其散射強度與波長的關係為：

I

-4

即波長越長，散射越弱。可見光波段影響最明顯，藍光波長短，散射越強。所以，晴朗的天空會出現藍色。2、米氏散射

在粒子（煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等）直徑較大，與輻射的波長相當時所發生的散射稱為米氏散射。其與波長的關係式：I

-2

即散射的強度與波長的二次方成反比，並且散射光的向前方向比向後方向的散射強度更強，方向比較明顯。3、無選擇性散射無選擇性散射發生在大氣中粒子的直徑比波長大得多時。並且散射強度與波長無關，即無選擇性散射的波段，任何波長的散射強度都相同。（三）大氣窗口通常把電磁波通過大氣層時較少被反射、吸收或散射而透過率較高的波段稱為大氣窗口。大氣窗口的光譜主要有：

0.3-1.3um，即紫外線、可見光、近紅外波段。這一波段是攝影成像的最佳波段，也是許多衛星感測器掃描成像的常用波段，如Landsat衛星的TM1-4波段，SPOT衛星的HRV波段。

1.5－1.8um和2.0-3.5um，即近、中紅外波段。這是白天日照條件好時，掃描成像的常用波段，如TM的5,7波段等，用以探測植物含水量以及雲、雪等，用於地質製圖等。

3.5-5.5um，即中紅外波段。該波段除通透反射光外，也通透地面物體自身發射的熱輻射能量。如NOAA衛星的AVHRR感測器用3.55-3.93探測海面溫度，獲得晝夜雲圖。

8－14um,即遠紅外波段。主要通透來自地物熱輻射的能量，適於夜間成像。

0.8-2.5cm，即微波波段。由於微波穿雲透霧能力強，這一區間可以全天候觀測，而且是主動遙感方式，如側視雷達。Radarsat的衛星雷達影像也在這一區間，常用的波段為0.8cm，3cm，5cm，10cm，甚至可將該窗口擴展至0.05-300cm。2.3地物反射波譜特徵在可見光與近紅外波段（0.3-2.5um），地表物體自身的熱輻射幾乎等於零。地物發出的波譜主要以反射太陽輻射為主。當然，太陽輻射到達地面後，物體除了反射作用外，還有對電磁輻射的吸收作用，如黑色物體的吸收能力較強。最後，電磁輻射未被吸收和反射的其作部分則是透過的部分，即：到達地面的太陽輻射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量

一般說，絕大多數物體對可見光都不具備透射能力，而有些物體，例如，水對一定波長的電磁波則透射能力較強，特別是0.45-0.56um的藍、綠光波段，一般水體的透射深度可達10－20m，混濁水體則為1-2m，清澈水體甚至可透到100m的深度。地物反射波譜曲線除隨不同地物（反射率）不同而外，同種地物在不同內部結構和外部條件下形態表現（反射率）也不同。一般說，地物反射率隨波長變化有規律可循，從而為遙感數據與對應地物的識別規律。例如植被的遙感反射光譜有以下特點：

可見光波段（0.4-0.76um）有一個小的反射峰，位置在0.55um（綠）處，兩側0.45um（藍）和0.67um（紅）則有兩個吸收帶。這一特徵是由於葉綠素的影響，葉綠素對藍光和紅光吸收作用強，而對綠光反射作用強。

在近紅外波段（0.7-0.8um）有一反射的“陡坡”，至1.1um附近有一峰值，形成植被的獨有特徵。這是由於植被葉細胞結構的影響，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。在中紅外波段(1.3-2.5um)受到綠色植物含水量的影響，吸收率大增，反射率大大下降，特別地，以1.45um、1.95um和2.7um為中心是水的吸收帶，形成低谷。植物波譜在上述基本特徵下仍有細部差別，這種差別與植物種類、季節、病蟲害影響、含水量多少等有關系。為了區分植被種類，需要對植被波譜進行研究。反射率(%)波長(um)0.551.10.670.451.4511.952.73.4地物反射波譜測量(一）地物反射波譜測量理論雙向反射比因數R（BRF）：在給定的立體角方向上，在一定的輻射照度和觀測條件下，目標的反射輻射通量與處於同一輻射照度和觀測條件的標準參考面的反射輻射通量之比。（二）地物光譜的測量方法1.樣品實驗室測量2.野外測量2.4地物光譜測定**

航空遙感

定義：航空遙感是以中低空遙感平臺為基礎進行攝影（或掃描）成像的遙感方式。

優點：空間解析度高、靈活性大、適合於微觀研究。

不足：費用昂貴。3.1航空遙感系統一、航空遙感平臺

（一）氣球；（二）飛機；二、航空攝影方式攝影前準備工作；空中攝影的實施**（一）按攝影機主光軸與鉛垂線的關係分主光軸：通過物鏡中心並與主平面（或焦平面)垂直的直線稱為主光軸。像主點：主光軸與感光片的交點稱為像主點。

航攝傾角與像點傾角：主光軸與鉛垂線的夾角a。

1.垂直航空攝影:a≦3º

2.傾斜航空攝影：a>3º（二）按攝影所用的波段分

1.普通黑白攝影；2.天然彩色攝影；3.黑白紅外攝影；

4.彩色紅外攝影；5.多光譜攝影；6.機載側視雷達；**SabBASoOOo**（三）按攝影實施方式分

1.單片攝影為特定目標或小塊地區進行的攝影，一般獲得一張、一對或數張不連續的像片。

2.單航線攝影

沿一條航線對地面上狹長地帶或線狀地物（如鐵路、公路、河流、管道等）進行的連續攝影。

航向重疊：60%，不得小於53%。

3.多航線攝影（面積攝影）

沿數條互相平行的直線航線對一個廣大區域進行的連續的、佈滿區的攝影。

航向重疊：60%，旁向重疊:15%-30%;****（四）按航攝比例尺分1.大比例尺航空攝影：1：1萬；2.中比例尺航空攝影：1：1萬—1：3萬；3.小比例尺航空攝影：1:3萬—1：1：10萬；4.超小比例尺航空攝影：像片比例尺1：10萬–1：25萬；三、航空遙感特點

1.航空遙感空間解析度高、資訊量大。

2.航空遙感靈活，適用於一些專題遙感研究。

3.航空遙感作為實驗性技術系統，是各種星載遙感儀器的先行檢驗者。

4.資訊獲取方便。**四、航空遙感的產品1.鑲輯複照圖：相鄰航片按照同名地物近似地拼疊起來，然後將其縮小複照即可。2.像片略圖：也稱像片草圖。它是按照像片之間重疊部分的同名地物點進行拼接鑲輯，然後把重疊部分切去，舍去像片的邊角，用每張像片的中心部分拉合成一個圖幅整體。（未糾正）3.像片平面圖：由經過糾正的航片拼輯、鑲嵌而成的航空影像圖。4.正射航空影像圖：它是用正射投影儀將普通的航片經過了投影改造成為正射投影片，用其組合而成的航空影像圖。消除了地形引起一誤差，標注有等高線等。**五、航片上的標誌像幅規格：18

18cm2,23

23cm2****3.2航空像片的幾何特徵與物理特性一、航空像片的投影原理（一）中心投影定義：凡空間任意點A（物點）與一固定點S（投影中心）連成的直線或延長線（即中心光線）被一個平面（像平面）所截，則此直線與平面的交點a（像點）稱為A點的中心投影。**

從投影上而言，航空像片（正片）的位置，等於以投影中心為圓心，以焦距f為半徑，將P旋轉至P’（下圖），P’即為正像的位置。**二、航空像片的比例尺

(一）定義：航空像片上某一線段長度與地面相應線段長度之比，稱為像片比例尺，用1/M表示，並有下式：式中：f為焦距，H為飛行器相對航高。（二）影響航空像片比例尺的因素**

1.與焦距和航高的關係：航空像片的比例尺與物鏡焦距成正比，與相對航空成反比。若焦距固定不變，相對航高越高，比例尺就越小。

2.受地形因素的影響

（1）平坦地區：攝像時像片處於水準位置，則像片的比例尺可以近似看成處處一致。例如：f=70mm,H=3500mm,則像片比例尺為1：50000

一般在航空攝影時，焦距是固定的，比例尺主要隨著航高而變化。****

1.與焦距和航高的關係：航空像片的比例尺與物鏡焦距成正比，與相對航空成反比。若焦距固定不變，相對航高越高，比例尺就越小。

2.受地形因素的影響

（1）平坦地區：攝像時像片處於水準位置，則像片的比例尺可以近似看成處處一致。例如：f=70mm,H=3500mm,則像片比例尺為1：50000

一般在航空攝影時，焦距是固定的，比例尺主要隨著航高而變化。****（2）地形複雜地區

由於地形起伏使得每一地物點的航高不同，實際比例尺與不一樣。舉例說明：在用RC-5拍攝的像片,已知航高2600m，焦距210mm,紅松K36號樣地的海拔高為500m，紅松K40號樣地海拔高為290m，則K36的比例尺分母為：****三、航空像片上特殊的點線

S為投影中心，E為地面，P為像面，E與P所夾兩面角a,即為攝影時的傾角。

1.像主點：主光軸OS與像平面垂直的交點o,地面上的相應點稱為地主點O；

2.像底點：通過鏡頭中心S的鉛垂線(NSn)與像面的交點**

3.等角點：主光軸SO與主垂線NSn夾角a（即像片傾角）的二等分線與像平面及地面的交點，都稱等角點。用c和C表示。

4.主縱線：包括主光軸與鉛垂線的平面（W）與像平面的交線（vv’)為主縱線；地面上為VV’。**

5.主橫線：在像片上凡與主縱線垂直的線，稱為像水平線hh’，通過像主點的像水平線為主橫線hoh’o.

6.等比線：像平面上通過等角點c的像水平線，稱為等比線hch’c.

7.真水平線：通過鏡頭中心S所作的水平面與像片面的交線hih’i.**

8.主合點：主縱線與真水平線的交點I.

9.透視軸：延長像片面與地平面相交的直線的透視軸TT’.**(二）特殊點、線間的關係**四、航空像片的物理特性（一）基本概念

1.色調：地物電磁輻射能量在像片上的模擬記錄，在黑白像片上表現為灰度，在彩色像上表現為色彩。

2.色彩：彩色像上某一部分的顏色稱為此部分的色彩。

3.灰階：灰度分成若干個等級，每一等級稱為一級灰階。一般用2n(n是正整數）表示灰階序號0,1,2,3,…2n-1。

4.亮度係數：在相同照度下，某物體表面亮度與絕對白色的理想物體表面亮度之比。表示地物發射（或反射）光的能力。其中：L----為某物體表面亮度；L0----為絕對白色物體表面亮度。**（二）影響航空像片色調的因素

1.地物表面亮度：其取決於攝影時照度和地物自身的亮度係數。

（1）照度：太陽輻射到地表的強度，即像片上的灰度色調。（2）地物亮度係數：當照度一定時，地物亮度係數決定著地物在黑白航空像片上的相應影像的色調。亮度係數越大，色調越淺。

2.感光材料：感光度

3攝影技術：曝光量的選擇、感光片的沖洗及印像、放大技術等。**3.3像片視差和立體觀測一、像片視差產生的原因與糾正

像點位移：根據中心投影的原理，無論是帶有起伏的地形，還是高出地面的任何物體，反映到航空像上的像點與其平面位置相比，一般都會產生位置的移動，這種像點位置的移動，叫做像點位移。主要由像片傾斜、地面點相對於基準面的高差和物理因素等產生的。**（一）像片傾斜引起的像點移位

P為傾斜像片，P0為水準像片；a,a0為同一面點在P和P0上的任意點位；c為等角點；

**將傾斜像片繞等比線hch’c旋轉到與水準像片重合形成疊合圖形。

Ca和Ca0共線，但長度不等。**（二）地形起伏引起的像點位移投影差：由於地面起伏變化，投影在像片上的像點產生的直線移位。其與地形起伏和像片傾斜都有關系。**根據相似三角形原理，可得投影差的公式：其中：r為像點a到像主點的距離；H為攝影航高；h為地面離差；**1.投影差分佈規律（1）對相對高差相等的點，h也相等；r=0時，h=0；像主點無像點移動；（2）h與h成正比，h>0，像點背離像主點方向移位，h>0；h<0，像點朝向像主點方向移位，h<0。（3）h與航高H成反比。**2.投影差的改正（1）像片上改正：投影差在像上的改正是指從含有投影差的像點a向a0改正。改正方向：h>0，像點a朝向像主點方向改正；h<0,像點a背離像主點方向改正。（2）圖版上改正：投影差在圖版上的改正是指從沒有投影差的圖上點A0向A’改正。改正方向為h>0，圖上點A0背朝底點方向改正,h>0;反之…**3.根據像點位移值測量目標的高度根據公式：可得：

例如：一張航空像片，已知攝影高度為400m，在航空像片上量出目標頂點至像點的距離為2.8cm，目標的像點位移值為0.15cm，則目標高度為:

h=400*0.15/2.8=21.43(m)****二、航空像片的立體觀察（一）航空像片立體觀察的原理

瞳孔如同光圈，視網膜如同底片，接受物體的影像資訊。

交會角**生理視差的形成：人們是從眼基線的兩個端點來觀察物體（右眼從右邊觀察物體，左眼從左邊觀察物體），因此兩眼的觀察角度就不同，在兩眼網膜上所產生的物體影像就有差別，即形成了生理視差。**生理視差是產生立體視覺和判斷景物遠近的原因。立體觀察是根據立體視覺原理進行的。實施立體觀察，必須是在連續拍攝的兩張空中照片的重疊部分上進行的。**

人造立體視覺：空間景物在感光材料上構像，再用人眼觀察構像的像片產生生理視差，重建空間景物的立體視覺，所看的空間景物稱為立體影像，產生的立體視覺稱為人造立體視覺。人造立體視覺必須符合自然界立體觀察的四個條件：（1）兩張像片必須是在兩個不同位置對同一景物攝取的立體像對；（2）兩只眼睛必須只能分別觀察像對的一張像片；（3）兩像片上相同景物（同名像點）的連線與眼基線應大致平行；（4）兩像片的比例尺相近（差別

15%）**（二）航空像片的立體觀察立體觀察方法：

1.人眼觀察法

2.儀器法：透鏡式立體鏡、反光式立體鏡、掃描式立體觀測儀和主體顯微鏡等。

******3.光電設備觀察

目前圖像判讀的先進設備，它具有解析度高、適用性強、目標測量定位快等特點。其功能包括放大觀察、立體觀察、圖像處理、圖像資訊整編和圖像存儲等，配有大容量電腦和多種週邊設備。立體觀察效果：1.正立體效果：立體觀察時所得到的立體效應與實地情況相同。2.反立體效果：立體觀察時所得到的立體效應與實地情況相反。3.零立體效果：觀察時所看到的物體影像沒有高低的差別。4.雙影：觀察時航空像片上相同物體影像不能完全重合。****三、航空像片的立體測量測量起伏地形的高差，根據像點左右視差來確定。左右視差：高低不同的地面點，在兩張重疊的航空像片所呈現的相應點橫坐標之差。橫坐標以像主點為原點，右邊為正，左邊為負。**A，C兩點的左右視差為：**B為像片基線；

P為視差較；**3.4高光譜航空遙感一、基本概念

高光譜解析度遙感是指利用很多很窄的電磁波波段從感興趣的物體獲取有關數據，它的基礎是測譜學….二、航空成像光譜儀

1.航空成像光譜儀；

2.多用途航空成像光譜儀；

3.先進的固態陣列光譜輻射儀；

4.航空可見光/紅外成像光譜儀；

5.小型機載成像光譜儀；**航太遙感4.1遙感衛星的姿態與軌道參數遙感衛星也稱地球觀測衛星，是航太遙感平臺的一種主要類型。一、遙感衛星的姿態姿態對數據的品質有影響，必須測量、記錄。（一）三軸傾斜

（二）振動振動是指遙感衛星運行過程中除流動、俯仰與偏航以外的非系統的不穩定振動。二、遙感衛星的軌道參數

軌道參數：表示遙感衛星軌道特徵的數值組稱為軌道參數。

軌道面：遙感衛星在太空中的運行，是一種受到地球以及月球和太陽引力的規律性運動，它所在的包含地球在內的平面叫軌道面。（一）開普勒的六個參數軌道長半軸（a)：衛星軌道遠地點到橢圓軌道中心的距離；軌道偏心率（e）：橢圓軌道焦距與長半軸之比，又稱扁率，e=c/a;軌道傾角（i）：軌道面與赤道面的交角，即從升交點一側的軌道量至赤道面；升交點赤經（

）：軌道上由南向北自春分點到升交點的弧長；近地點角距（ω）：軌道面內近地點與升交點之間的地心角；過地點時刻（t0）：以近地點為基準表示軌道面內衛星位置的量。（二）其他一些常用遙感衛星參數衛星高度：衛星距離地面的高程。運行週期：指衛星繞地一圈所需的時間，即從升交點開始運行到下一次過升交點時的時間間隔，它與衛星的平均高度呈正相關。重複週期：指衛星從某地上空開始運行，經過若干時間的運行後，回到該地上空時所需的天數。降交點時刻：指衛星經過降交點時的地方太陽時的平均值。掃描帶寬度：當衛星沿一條軌道運行時其感測器所觀測的地面帶的橫向寬度。三、遙感衛星的軌道類型地球同步軌道：衛星運行週期等於地球的自轉週期（如果從地面上各地方看過去，衛星在赤道上的一點是靜止的，所以又稱靜止軌道衛星），如氣象衛星、通訊衛星。太陽同步軌道：衛星的軌道面以與地球的公轉方向相同方向而同時旋轉的近圓形軌道（如圖）序號衛星種類軌道數1Landsat56712Landsat76443SPOT5364SPOT24355SPOT42946RADARSAT1827ERS1448CBERS11354總計37602002年度衛星接收統計4.2我國遙感衛星地面站中國遙感衛星地面站正在接收處理的衛星示意圖衛星國家衛星管理組年份LANDSAT5美國NASA/NOA/EOSAT1986年JERS-1日本NASDA1993年ERS-1歐空局ESA1994年ERS-2歐空局ESA1996年RADARSAT加拿大CSA/RSI1997年SPOT-1/2/4法國CNES/SPOTIMAGE1997年LANDSAT-7美國USGS2000年SPOT-5法國SPOTIMAGE2001年ENVISAT

歐空局ESA2003年中國遙感衛星地面站與國際衛星管理機構簽約情況4.3陸地衛星Landsat系列

美國國家航空航天局（NASA）在1967年制訂了一地球資源技術衛星計畫（ERTS計畫），開始命名為ERTS-1，ERTS-2，ERTS-3等，後來改名為Landsat計畫）軌道特徵：Landsat系列衛星的感測器和數據參數：

RBV：反束光導攝像機；MSS：多光譜掃描器；TM：專題製圖儀；ETM+：增加型專題製圖儀；

美國陸地衛星七號(LANDSAT-7)

陸地衛星7號於1999年4月15日由美國航空航天局發射，攜帶了增強型主題成像感測器（ETM+）

衛星參數：近極近環形太陽同步軌道

軌道高度：705公里

傾角:98.22o

運行週期：98.9分鐘

24小時繞地球:15圈

穿越赤道时间:上午10點

扫描带宽度:185公里

重複週期:16天衛星繞行:233圈

波段號 類型 波譜範圍地面解析度1 Blue-Green 0.450-0.515 30m2 Green 0.525-0.60530m3 Red 0.630-0.69 30m4 NearIR 0.775-0.90 30m5 SWIR 1.550-1.75 30m6 LWIR 10.40-12.5 60m7 SWIR 2.090-2.35 30m8 Pan 0.520-0.90 15mLandsat系列衛星的數據產品：（一）像片產品：MSS、TM、ETM+的像片資料。（二）膠片產品：透明膠片和像紙片；按波段不同可分為黑白片和幾個波段合成的彩色合成片（有真、假彩色片之分）。

膠片尺寸：70mm*70mm;240mm*240mm(9.50英寸）（三）數字盤：1.44M軟碟。（四）數字磁帶：HDDT，CCT，8mm磁帶,CD-ROM等不同記錄介質。CD-ROM最常見。4.4法國SPOT衛星

1986年2月22日第一顆；1990年1月22日第二顆；1993年9月26日第三顆；1998年3月24，第四顆；2002年4月，第五顆SPOT系列衛星的軌道特徵：法國SPOT-4衛星軌道參數：

軌道高度：832公里

軌道傾角：98.721o

軌道週期：101.469分/圈

重复周期：369圈/26天

降交点时间：上午10：30分

扫描带宽度：60公里

兩側側視：+/-27o掃描帶寬：950公里波譜範圍：

多光譜XIB10.50–0.59um20米解析度B20.61–0.68um

B30.78–0.89umSWIR1.58–1.75um全色P10米

B20.61–0.68umSPOT系列衛星的數據產品：圖像數據處理品質標準：1A，1B，2，3，4。1A處理精度最低，4級處理精度最高。（一）圖像產品（二）CCT磁帶4.5氣象衛星系列一、概述

氣象衛星主要用於雲移、雲頂高度、雲分佈、海洋表面溫度、對流層上部水蒸氣分佈以及輻射平衡等方面的測定和研究。

1960年4月1日美國發第一顆試驗氣象衛星。目前已發射100多顆氣象衛星。二、軌道類型

有低軌和高軌兩種。低軌較多，飛行高度800-1500KM。高軌衛星飛行高度近36000KM，軌道圓形，週期為24小時，其軌道面與赤道平面重合，與地球轉動同步。三、低軌氣象衛星（一）美國的泰羅斯衛星系列TelevisionandInfraredObserationSatellite,TIROS,第一代實驗氣象衛星，1960年4月1日到1965年7月2日，共10顆。非太陽同步軌道，680-2967KM，軌道傾角為48度-60度。

感測器：AVHRR（AdvancedVeryHighResolutionRadiometer)（二）美國的雨雲衛星系列NIMBUS，1964年8月28日至1978年10月24日，7顆。

特徵：近圓形太陽同步軌道，軌道傾角為98.6度-104.9度，近地點487-1248km，遠地點在955-1354km。

NIMBUS能獲取地球局部的、大範圍地區的可見光每項外衛星圖。（四）美國的諾阿衛星系列

1970年1月23日美國發射第一顆諾阿（NOAA）衛星，到1994年發射16顆。

特徵：近圓形太陽同步軌道，軌道高度為833-870km，軌道傾角99.092度，運行週期為102min。兩顆NOAA組成的雙星系統，每天可對同一地區獲得4次觀測數據。主要用於：氣象領域、非氣象領域（海洋油污監測、探測火山噴發、測定森林火和田野禾草燃燒位置、農業作物長勢監測與作估產，探測湖面水位變化等。NOAA感測器：（1）AVHRR（高解析度掃描輻射計）；（2）TIROS（泰羅斯垂直分佈探測儀）。（AVHRR的通道1為黃-紅譜段，通道2為深紅-近紅外短波譜段，通道3為中紅外譜段，通道4和5為遠紅外譜段。）(五）風雲一號衛星系列1988年9月7日，我國在太原發射中心發射成功。代號FY-1A。該衛星為正六面體，總長度8.6m。1990年9月24日，第二顆風雲一號（FY-1B)發射成功。1999年5月10日，風雲一號C星發射成功。主要用於天氣預報、氣候研究及環境監測。風雲-1C星（FY-1C），是我國第一顆三軸穩定太陽同步極地軌道業務氣象衛星。可以每天兩次獲取當地的觀測資料。軌道特徵：FY-1A和FY-1B均採用近圓形、近極地、太陽同步軌道，高度900km；FY-1C為三軸穩定太陽同步極地軌道，軌道高度870km。感測器：FY1（A、B）上將有2臺甚高解析度掃描輻射計，與NOAA的AVHRR很相似。四、高軌靜止氣象衛星（一）CBERS-1中巴資源衛星

CBERS-1中巴資源衛星由中國與巴西於1999年10月14日合作發射，是我國的第一顆數字傳輸型資源衛星

太陽同步軌道軌道高度：778公里,傾角:98.5o重複週期：26天平均降交點地方時為上午10：30相鄰軌道間隔時間為4天掃描帶寬度:185公里星上搭載了CCD感測器、IRMSS紅外掃描器、廣角成像儀，由於提供了從20米—256米解析度的11個波段不同幅寬的遙感數據，成為資源衛星系列中有特色的一員。

紅外多光譜掃描器：

波段數：4

波谱范围：

B6：0.50–1.10(um)

B7：1.55–1.75(um)

B8：2.08–2.35(um)

B9：10.4–12.5(um)

覆蓋寬度：119.50公里

空間解析度：B6–B8：77.8米

B9：156米CCD相機：

波段數：5

波谱范围：B1：0.45–0.52(um)

B2：0.52–0.59(um)

B3：0.63–0.69(um)

B4：0.77–0.89(um)

B5：0.51–0.73(um)

覆蓋寬度：113公里

空間解析度：19.5米(天底點)

侧视能力：-32士32廣角成像儀：

波段數：2

波谱范围：

B10：0.63–0.69(um)

B11：0.77–0.89(um)

覆蓋寬度：890公里

空間解析度：256米衛星參數：太陽同步軌道

赤道上空高度：568.023公里

半長軸：6946.165公里

軌道傾角：97.662o

週期：96.146分鐘

軌道重複週期：44天

经过降交点的当地时间：10：30-11：00

空間解析度：方位方向18米

距离方向18米

幅宽：75公里ERS衛星

ERS-1ERS-2歐空局分別於1991年和1995年發射。攜帶有多種有效載荷，包括側視合成孔徑雷達（SAR）和風向散射計等裝置），由於ERS-1（2）採用了先進的微波遙感技術來獲取全天候與全天時的圖象，比起傳統的光學遙感圖象有著獨特的優點。衛星參數：橢圓形太陽同步軌道

軌道高度：780公里

半長軸：7153.135公里

軌道傾角：98.52o

飞行周期：100.465分鐘

每天運行軌道數：14-1/3

降交点的当地太阳时：10：30

空間解析度：方位方向<30米

距离方向<26.3米

幅宽：100公里RADARSAT-1

RADARSAT衛星是加拿大於95年11月4日發射的，它具有7種模式、25種波束，不同入射角，因而具有多種解析度、不同幅寬和多種資訊特徵。適用於全球環境和土地利用、自然資源監測等。成像方式推掃式成像感測器全波段多光譜解析度0.61米（星下點）2.44米（星下點波長450-900nm藍：450-520nm綠：520-600nm紅：630-690nm近紅外：760-900nm量化值11位星下點成像沿軌/橫軌跡方向（+/-25度）立體成像沿軌/橫軌跡方向輻照寬度以星下點軌跡為中心，左右各272公里成像模式單景16.5公里X16.5公里條帶16.5公里X16.5公里軌道高度450公里傾角98度（太陽同步）重訪週期1–6天（70釐米解析度，取決於緯度高低）Quickbird衛星*

圖像校正與增強圖像校正輻射校正幾何校正原因：

輻射校正由於遙感檢測系統、大氣散射和吸收等原因引起的圖像模糊失真、分辯率和對比度下降等輻射失真；

幾何校正是由於搭載感測器的遙感平臺飛行資態變化、地球自傳、地球曲率等原因引起的圖像幾何益畸變。*5.1數字圖像基礎知識一、數字圖像和圖像數位化（一）數字圖像的概念早期的遙感技術通過攝影成像方法得到的像片稱之為光學圖像。能在電腦裏存儲、運算、顯示和輸出的圖像稱為數字圖像。

光學圖像可以看成是由無數個很小的單元點子（像元）組成的，每個單元點子的明暗程度記錄了成像瞬間對應的物體的反射光強度（灰度），在遙感圖像其實質就是探測範圍內電磁輻能量分佈圖。*數字方法表示圖像：O圖像xy(x,y)表示像元的位置；f(x,y)表示（x,y)位置上的對應地物電磁輻射強度。對於模擬圖像,x,y,f(x,y)的取值是連續的。*O圖像xy1234213456Pixel

要經過“離散化”取樣才能變成電腦可存儲和運算的數字圖像。函數f(x,y)的取值：離散整數取樣是根據需要，將灰度空間分成2n級（目前n的取值有1、4、7、8，甚至更多），然後根據方格內電磁輻射強弱取其平均值整數作為函數f(x,y)的值。*一幅模擬圖像表示為數字圖像其實質是一個數字矩陣。數字矩陣可以電腦裏進行存儲和運算。*（二）圖像數位化一幅光學圖像經過上述離散取樣，轉化為數字圖像的過程即圖像數位化。

圖像的數位化內容：（1）圖像空間位置的數位化，即圖像的空間取樣。（2）圖像灰度的數位化，即指從圖像灰度的連續變化中進行離散的採樣，目前經常使用的灰度量度有2級，64級，128級，256級。除光學圖像可以數位化為數字圖像外，更多的遙感圖像源於感測器獲得後直接的數字產品，如SPOT,MSS,TM,ETM等航太遙感數字。*（三）灰度直方圖用平面直角坐標系表示一幅灰度範圍為0-n數字圖像像元灰度分佈狀態。橫軸表示灰度級，縱軸（Pi=mi/M)表示灰度級為gi的像元個數mi占像元總數Ｍ的百分比。將2n個Pi繪於圖上，所形成的統計直方圖叫灰度直方圖。*通過灰度直方圖可以直觀地瞭解圖像增強的效果。*二、圖像處理系統與處理內容（一）圖像處理系統*（二）遙感圖像電腦處理的主要內容

１.圖像校正：輻射校正、幾何校正等；

2.增強處理：彩色增強、直方圖增強、圖像運算、多資訊融合等；

3.圖像變換：消除干擾、濾掉雜訊、提高圖像的品質，如Ｋ－Ｌ變換等；

4.電腦資訊提取：非監督分類、監督分類、神經網路分類、模糊分類、空間資訊撮等。*5.2圖像輻射校正一、系統輻射校正（一）光學攝影機內部輻射誤差校正

光學攝影機內部輻射誤差主要是由鏡頭中心和邊緣的透射光的強度不一致造成的，它使得在圖像上不同位置的同一類地物有不同的灰度值。設原始圖像灰度值g，校正的圖像灰度g’,則有g’=g/cos

為像點成像時光線與主光軸夾角。（二）光電掃描器內部輻射誤差的校正兩類誤差：（1）光電轉換誤差；（2）探測器增益變化引起的誤差。*消除方法：楔校準處理方法；二、大氣校正定義：指消除主要由大氣散射引起的輻射誤差的處理過程。（一）公式法與衛星掃描同步進行野外波譜測試，將地面測量結果與衛星影像對應像元亮度值進行回歸分析，回歸方程為：式中，LAi為衛星觀測值；Ri為地面反射率；

a和b為回歸係數；*係數a為大氣散射引起對輻射的干擾部分a=SiLBi

式中，Si為系統增益因素；Lbi為大氣路徑輻射率；b表示輻射率Lai隨地面反射率Ri遞增而增長的程度大小；Ti為大氣透射率；Hi為太陽輻照度；θ為太陽天頂角；由於這個公式計算方法是對於各個波段分別進行的，所以以上各參數都帶有i，代表各波段的序號。將上式代入可得：*上式說明決定Lai的因素比較複雜，用這一公式計算Lai時需要獲得當時具體氣象參數。由前面的公式可得：式中，L’Ai即為校正後圖像灰度值；a為大氣附加輻射部分。*（二）回歸分析法用長波數據來校正短波數。作法：在不受大氣影響的波段（如TM5）和待校正的某一波段圖像中，選擇由最亮至最暗的一系列目標，將每一目標的兩個待比較的波段灰度值提取出來進行回歸分析。例如：式中，為TM5波段的亮度均值；為TM1亮度均值；*a1,b1計算如下：T1、T5表示TM1與TM5波段灰度值，為TM1波段校正後的灰度值。*輻射回歸分析圖：*（三）直方圖校正法通過灰度直方圖對比找出校正量。*5.3幾何校正的原理與方法幾何畸變：遙感圖像在獲取過程中由於多種原因導致景物中目標物相對位置的座標關係圖像中發生變化。一、遙感圖像幾何畸變來源（一）感測器成像幾何形態影響感測器一般的成像幾何形態有中心投影、全影投影、斜距投影以及平行投影等幾種不同類型。1、全景投變形紅外機械掃描器、CCD線陣推帚式感測器。*2、斜距投影變形側視雷達屬斜距投影，其成像變形規律如圖*（二）感測器外方位元素變化畸變*（三）地球自轉的影響地球自轉對於暫態光學成像遙感方式沒有影響，對於掃描成像則造成圖像平行錯動。為圖像錯動量；掃描整景圖像時間；該緯度的地球自轉線速度；圖幅地面長度；地球平均半徑6378KM；衛星運行平均角速度；*（四）地球曲率影響1、在星下點視場角較小，曲率影響可忽略。2、產生的誤差原理與航空像片像點位移相同。*二、遙感圖像幾何校正原理遙感圖像幾何校正包括光學校正和數字糾正兩種方法。

數字糾正是通過電腦對圖像每個像元逐個地解析糾正處理完成的，其包括兩方面：一是像元座標變換；二是像元灰度值重新計算（重採樣）。（一）座標變換的兩種方案首先要確定原始圖像和糾正後圖像之間的座標變換關係。對其包括：

直接法：從原始圖像陣列出發，依次對其中每一個像元分別計算其在輸出（糾正後）圖像的座標，即：*式中，x,y為P點原始圖像的行數和列數；X，Y為P在新圖像中的座標（即地面坐標系），並把P（x,y)的灰度值重新計算後送到P（X，Y）位置上去。間接法：從空白圖像陣列出發，依次計算每個像元P（X，Y）在原始圖像中的位置P（x,y），然後把該點的灰度值計算後返送給P(X,Y)。其糾正公式為：*(二）輸出圖像的邊界大小輸出圖像邊界的地面座標值是由包括糾正後圖像在內的最小長方形範圍來確定的。*1、把原始圖像的4個角點按公式：投影到輸出坐標系中來。2、獲取各自的最大和最小值（Xb、Yb和Xa、Ya）；3、令地面上座標（Yb、Xa）和(Ya、Yb)的點（圖像左上角點）為輸出圖像的第一行第一列像元，以dx和dy劃分網格，每個網格代表輸出圖像的一個像元，在它輸出圖像陣列中的位置為：式中，X，Y為地面某網格中心的座標值；I，J為該網格位於輸出圖像陣列中的行列序號；dx,dy為輸出圖像陣列像元的地面尺寸；*（三）數字圖像灰度值的重採樣校正前後圖像的解析度變化、像元點位置相對變化引起輸出圖像陣列中的同名點灰度值變化。

重採樣：P’的灰度值取決於周圍列陣點上像元的灰度值對其所作的貢獻，這就是灰度值重採樣*1、最近鄰法用距離投影點最近像元灰度值代替輸出像元灰度值。2、雙線性內插法投影點周圍4個相鄰像元灰度值，並根據各自權重計算輸出像元灰度值，公式簡述為：*3、雙三次卷積法獲取與投影點鄰近的16個像元灰度值計算輸出像元灰度值，公式為：*三、數字圖像幾何校正方法數字圖像幾何校正方法有多項式糾正法和共線方程糾正法。前者常用。多項式糾正法的基本思想：回避成像的空間幾何過程，而真接對圖像變形的本身進行數學模擬。常用的二元齊次多項式糾正變換方程為：式中，x,y為某像元的原始圖像座標；X,Y為糾正後同名點的地面（或地圖）坐示；ai,bi為多項式系（i=0,1,2…*

實際工作中，多項式係數求出後，根據上述公式可以求解原始圖像任一像元的座標，並對圖像灰度進行內插，獲取某種投影的糾正圖像。一般選擇最小控制點的數量為:(n+1)(n+2)/2,為多項式次數。四、遙感圖像數字鑲嵌

數字鑲嵌在理論和方法上與幾何校正類似，有幾點注意：

1、鑲嵌要有足夠寬的重疊區，最好不少於圖像的1/5。

2、相鄰的圖像色調或灰度值應一致（通過“直方圖匹配”等方法）；

3、最好依據地圖投影方式先分幅校正，後鑲嵌，以保證較高的精度。*五、多圖像幾何配准在實際應用過程經常需要將同一地區的不同類型感測器獲得的各種