第2章 影像获取教材

第二章影像获取§2-1航空影像获取§2-2遥感影像航空摄影：以飞机作为主要工作平台，把航摄仪安装在航摄飞机上，从空中一定角度对地面物体进行摄影，飞行航线一般为东西方向，航摄机在摄影曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面。§2.1航空摄影航空摄影机而在摄影测量学中我们讲的航空摄影是主要是我们高精度的测绘地形图或者是进行4D产品的生产所进行的空中摄影称为航空摄影。我们研究的范围比较窄一些，而且主要指的是针对地面进行摄影。什么叫做航摄仪？

航摄仪（航空摄影机）：是专门设计的大像幅的摄影机，装置在飞机或其他飞行器上对地面进行摄影的仪器。到目前为止，航空摄影机多数还是基于胶片的光学摄影机。随着数字技术和数字摄影测量的发展，大像幅的数字航空摄影机应经问世并开始使用。航摄仪分为：光学航摄仪（模拟航摄仪）、数字航摄仪（面阵的，类似于我们所说的中心投影的、线阵中心投影的推扫式航摄仪）摄影原理摄影成果：负片与正片负片摄影机按小孔成像原理。主光轴、主焦点、物镜中心像片主距：物镜节点到像平面的距离。摄影机焦距：物镜节点到焦点的距离主光轴焦点物镜中心像平面航摄仪的几个主要参数：摄影物镜主光轴：透镜两球面曲率中心的连线称为透镜的光轴，物镜光学系中各透镜的光轴应重合，这就是物镜的主光轴

主平面：其中Q、Q〞为主平面，在作图时用它来代替物镜实体节点：通常两节点S、S〞距离很小，可以看做一点，称为物镜中心由多个不同曲率半径的透镜组合成的对称式物镜。主光轴像方主焦点物方主焦点物镜的成像公式高斯成像公式牛顿成像公式B摄影测量中根据焦距的不同分为：长焦距：(主距>255mm)中焦距：(主距＝102～255mm)短焦距：(主距<102mm)视场：光线通过物镜后，焦面上照度不均匀的光亮圆。像场：物镜焦面上中央成像清晰的范围。视场角：由物镜后节点向视场边缘射出的光线所张开的角，2α像场角：由物镜后节点向像场边缘射出的光线所张开的角，2β视场、像场、视场角、像场角

视场像场像幅2α2β

根据像场角大小的不同分为：常角：(视场角<75°)宽角：(视场角＝75°~100°)特宽角：(视场角>100°)思考：焦距与像场角的关系？当像幅一定的情况下，焦距越大，像场角就越小，摄影的范围就越小。焦距越小，像场角就越大，摄影范围也就随之增大。考虑：买普通照相机时，型号为135的代表什么？代表镜头的焦距是135毫米航空摄影机的结构略图摄影机航摄仪主距f、像幅l及像场角β三者之间的关系为：像场角影响到像幅的大小和所摄地区的面积。航摄仪的分类摄影机分类焦距（mm）像场角短焦距摄影机<150>100度（特宽）中焦距摄影机150~30070~100（宽角）长焦距摄影机>300<70（常角）

考虑：如果把像片分为可量测像片和非可量测像片，二者最大的区别是什么？可量测像片的四角带有框标的。框标航空摄影机是专用的量测摄影机量测摄影机的特征如下：

1、像距是一个固定值2、量测摄影机承片框上具有框标机械框标（或边框标）xyo光学框标（或角框标）xyo设置在摄影机焦平面（承影面）上位置固定的光学机械标志，用于在焦平面上（亦即像片上）建立像方坐标系。具有边框标的航片具有边、角框标的航片航空摄影机特性：物镜成像分解力高物镜成像畸变差小（1）光学特性物镜透光率高光学影像反差大焦面照度均匀（2）焦面上设置有框标（3）有胶片压平系统（4）像距为定值（主距）（5）有减震装置（6）有影像位移补偿装置（7）抗温差、抗过载非量测摄影机无框标装置物镜畸变差较大只要物体被摄成像，都可以使用摄影测量技术解决某一方面的问题，因此，除了使用专用的航空摄影机外，也使用非量测相机。如一般的光学相机和数码相机遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门综合性探测技术。遥感技术与现代物理学、空间技术、计算机技术、数学和地理学密切相关。遥感技术已广泛应用于各种领域，成为地球环境资源的调查和规划不可缺少的有效手段。2.2遥感数据遥感基本概念广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。遥感定义：从远处探测感知物体，即不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。对象：地面载体：电磁波（主要）目的：地面物质的性质和运动状态（周期性、重复性）过程：成像、传输、处理、应用（1）电磁波与电磁波谱电磁波

交互变化的电磁场在空间的传播。描述电磁波特性的指标

波长、频率、振幅、位相等。电磁波的特性

电磁波是横波，传播速度为3×108m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一规律。

电磁波谱

按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。

依次为：

γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。

（1）电磁波与电磁波谱

目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。由于它们的波长或频率不同，不同电磁波又表现出各自的特性和特点。可见光、红外和微波遥感，就是利用不同电磁波的特性。电磁波与地物相互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的主要内容。电磁波紫外线：波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱中，只有0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000m以下。可见光：波长范围：0.38～0.76μm，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。微波：波长范围为1mm～1m，穿透性好，不受云雾的影响。遥感应用的电磁波波谱段BACK太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。传感器将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据。遥感数据遥感数据：航空像片、卫星影像、微波影像接收预处理用户应用处理分析结果、图表输出遥感数据获取原理2.遥感系统（RemoteSensingSystem）1）目标物的电磁波特性_遥感信息源任何目标物都具有发射、反射、吸收电磁波的性质。

2.遥感系统（RemoteSensingSystem）2）信息的获取2.遥感系统（RemoteSensingSystem）3）信息的接收接收、处理、存档、分发各类地球资源遥感卫星数据并进行相关技术研究，为遥感应用提供数据服务。2.遥感系统（RemoteSensingSystem）4）信息的处理—遥感卫星地面站宏观性、综合性覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185×185平方公里；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。遥感技术特点多波段性

波段的延长使对地球的观测走向了全天候。©SpaceImaging©SpaceImagingGreenReflectanceNIRReflectance多波段图像Hereisanexampleofthreebands,green,redandnearinfra-reddisplayedseparatelyasgrayscalegreenredNear-infrared多波段图像多时相性重复探测，有利于进行动态分析。LasVegas,1992LasVegas,1986LasVegas,1972遥感平台遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为：近地平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。航空平台：80km以下的平台，包括飞机和气球。

航天平台：80km以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。高空：10000-20000米中空：5000-10000米低空：<5000米传感器的定义和功能传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。传感器传感器的组成收集器：收集来自地物目标辐射的电磁波能量。如透镜组、天线。探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。如感光胶片、光电管等。处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。输出器：将获取的数据输出。传感器类型按工作方式分主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、微波辐射计。被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫描仪（MSS）、TM、ETM、HRV、红外扫描仪等。按记录数据的方式成像方式传感器和非成像方式传感器按传感器工作的波段可见光传感器、红外传感器和微波传感器

常用的遥感数据1、陆地资源卫星数据以探测陆地资源为目的的卫星叫陆地资源卫星。2、海洋卫星数据海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界线、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水团的温度、盐度、颜色、叶绿素含量，海冰的类型、密集度、数量、范围以及水下信息、海洋环境、海洋净化等方面的动态监测。3、气象卫星数据气象卫星是广泛应用于国民经济领域和军事领域的一种卫星，是太空中的自动化高级气象站。它能连续、快速、大面积地探测全球大气变化情况。目前，主要的陆地资源卫星有：（1）美国陆地卫星(Landsat)；（2）法国陆地观测卫星(SPOT)；（3）欧空局地球资源卫星(ERS)；（4）俄罗斯钻石卫星(ALMAZ)；（5）日本地球资源卫星(JERS)；（6）印度遥感卫星(IRS)；（7）中-巴地球资源卫星（CBERS）。主要的海洋卫星数据包括：（1）美国SEASAT数据（2）日本MOS数据（3）欧洲ERS数据（4）加拿大RADARSAT数据常用的气象卫星包括：（1）NOAA卫星系列（美国）（2）GMS气象卫星系列（日本）（3）FY气象卫星系列（中国）Landsat卫星原名地球资源技术卫星ERTS，是美国国家航空和航天局（NASA）发射的用来获取地球表面图像的一种遥感平台，以观察陆地环境和资源为主。Landsat数据

Landsat卫星部分轨道参数

Landsat卫星系列卫星编号发射日期退役日期搭载的传感器11972.7.231978.1.6RBV，MSS21975.1.221982.2.5RBV，MSS31978.3.51983.3.31RBV，MSS41982.7.262001.6.15TM，MSS51984.3.1运行中TM，MSS(已退役)61993.10.5发射失败71999.4.15运行中ETM+RBV:反束光导摄像机；MSS：多光谱扫描仪TM：专题制图仪；ETM+：增强专题制图仪Landsat空间分辨率卫星编号传感器及波段编号地面分辨率（m)1,2RBV:1，2，3803RBV:全色波段401-7MSS：4，5，6，7803MSS：82404,5TM：1,2,3,4,5,7304,5TM：61207ETM+：1,2,3,4,5,7307ETM+：6607ETM+：全色波段（pan)15SPOT数据

1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系统”(SPOT)的卫星，也叫“地球观测实验卫星”。到目前为止，已经发射了5颗卫星。Spot卫星部分轨道参数标称轨道高度832km轨道倾角98.7°运行一圈的周期101.46min日绕总圈数14.19圈重复周期26d

Spot卫星系列卫星编号发射日期状态搭载的传感器11986.2运行中HRV

21990.1运行中HRV,31993.91997.11HRV,41998.3运行中HRVIR,VI52002.5运行中HRVIR,HRS,VI

HRV:高分辨率可见光成像装置HRVIR：高分辨率可见光及红外成像装置VI:“植被”成像装置HRS:高分辨率立体成像装置

SPOT图像数据处理质量标准分为四级五等，即1A，1B，2，3，4.其中1A处理精度最低，4级处理精度最高。无论哪一级产品，都有胶片和CCT磁带两类产品，影像基本比例尺为1：40万。Spot-5空间分辨率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：0.51-0.73um2m-10mB0:0.43-0.47um-1km-B1:0.49-0.61um10m--B2:0.61-0.68um10m1km-B3:0.78-0.89um10m1km-SWIR:1.58-1.75um20m1km-视场宽度60km2250km120km10m多光谱IKONOS数据美国空间成像公司(Space-Imaging)于1999年9月24日率先将IKONOS-2高分辨率(全色1m，多光谱4m)卫星发射升空，这是世界上第一颗商用1m分辨率的遥感卫星。IKONOS轨道参数标称轨道高度680km轨道倾角98.2°运行周期98min日绕总圈数14.6重复周期3dIKONOS卫星影像扫描面积有11km*11km，130km*56km，37km*100km,11km*100km,11km*1000km等规格。影像广泛用于精度相对较高的城市内部的绿化、交通、地籍等的现状调查、规划、测绘地图等。IKO