遥感原理与应用课件

第一章电磁波及遥感物理基础1遥感的概念2电磁波和电磁波谱3物体的发射辐射

1)黑体辐射

2)太阳辐射

3)大气对辐射的影响

4)一般物体的发射辐射5)地球发射4地物的反射辐射

1)地物的反射类别

2)光谱反射率以及地物的反射光谱特性

3)影响地物光谱反射率变化的因素5地物波谱特性的测定

1)地物波谱特性的概念

2)地物波谱特性的测定原理

3)地物波谱特性的测定步骤遥感概念的理解遥感:遥远的感知,是在不直接接触的情况下,对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术.一般指的是电磁波遥感.全球昼夜温差98年长江洪水的遥感监测

（雷达与TM影象的复合）

北京地区4米遥感影图

（美国SPACEIMAGE公司的IKONOS卫星）北京地区1米遥感影象图

（同时也发布了北朝鲜导弹基地的1米影象图）陈述彭先生指出，没有遥感，就提不出全球变化这样的科学问题。所以遥感对地学本身有巨大的推动作用，就象望远镜对天文学和物理学的推动作用一样。电磁波

:根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场能够在它的周围引起变化的磁场,这个变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化电场,并在更远的区域内引起新的变化磁场.这种变化的电场和磁场交替产生,以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波.电磁波的特点：波粒二象性，波动性和粒子性波动性形成了光的干涉，衍射，偏振现象

电磁波谱不同的电磁波由不同的波源产生．如果按照电磁波在真空中传播的波长递增（或频率递减）的顺序排列，就能得到电磁波谱图．

对于任何温度，任何波长吸收比始终等于一的物体BTal(,)=1显然，绝对黑体的单色吸收比等于一，即：绝对黑体绝对黑体

模型模型绝对黑体绝对黑体1.2物体的发射辐射理解基尔霍夫定律的假想实验理解基尔霍夫定律的假想实验黑体真空容器内处于

热平衡状态温度为T

因为温度不变，所以每个物体吸收辐射能应等于它发射的辐射能。

吸收本领大的物体也是辐射本领大的物体

所以各物体辐出度和吸收比之比为一常量。B2A1A3A基尔霍夫定律基尔霍夫定律：任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比，等于同一温度绝对黑体的单色辐出度。

绝对黑体的辐射定律T绝对黑体实验装置1、绝对黑体单色辐出度按波长分布实验en=h-=34663

10hJs..式中h称为普朗克常数振子在辐射或吸收能量时，从一个状态跃迁到另一个状态。在能量子假说基础上，普朗克得到了黑体辐射公式：

对于频率为ν的谐振子最小能量为BhckTMhcetlllpl(,)=--25121这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。c

——光速k——玻尔兹曼恒量e——自然对数的底λλB曲线下的面积等于绝对黑体在一定温度下的辐射出射度即：BBMMTTd()()=ll由实验及理论都可以得到BMTT()=s4斯忒藩—玻尔兹曼定律()TM~B()TMs=5.67108+w.mK2.4

推导1斯忒藩（Stefan)——玻尔兹曼定律0

MBλ（T）最大值所对应的波长为λm维恩位移定律:

维恩位移定律指出，当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值向短波方向移动。例子：低温火炉辐射能集中在红光。高温物体辐射能集中在蓝、绿色。mbK=-310.2.897Tλmb=λmMBλ（T）λ

推导2维恩（Wien)位移定律推导3温度越高,所有波长上的波谱辐射通量越大下图为绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线MBλ（T）0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K1.2.2太阳辐射太阳常数:就是指在日地平均距离处垂直于太阳光线的平面上，在单位时间内单位面积上所接收到的太阳辐射能。1.36×1000瓦每平方米．太阳光谱辐照度指投射到单位面积上的太阳辐射通量密度，该值随波长不同而异。太阳表面发出的连续光谱，近似于5800。K的黑体辐射。而且由于太阳大气的吸收，光谱辐照度按波长的分布具有不连续性，这种太阳光谱中的吸收线称为“夫琅和费谱线”。这些吸收谱线与太阳大气中的化学成份一一对应。如在波长为5892A处的吸收线对应于钠原子的吸收。图2.7显示了太阳辐射能量的分布情况，比较大气上界和海平面上的太阳辐照度，可见由于地球大气的吸收，在红外波段形成若干个吸收带。太阳辐照度分布曲线1.2.3大气对辐射的影响１地球大气组成：不变成分（氮．氧．氩．二氧化碳．氦．）可变成分（甲烷．氢．水蒸汽．液态和固态水．盐粒．尘烟）垂直分布：大气层中的温度分布和铅直分层大气层中的温度分布和铅直分层1.对流层(troposphere)厚度：0—12km（低纬17—18km，高纬8—9km；夏季高于冬季）对流层的主要特点：集中了80%以上的大气质量和几乎全部的水汽温度随高度的升高而降低，平均每100m降低0.65℃具有强烈的对流(convection)与乱流(turbulence)运动气象要素(meteorologicalelement)的水平分布很不均匀.平流层(stratosphere)厚度从对流层顶向上，一直到55km左右为平流层。这一层集中了大气中的大部分臭氧，空气密度很小。气温随高度而升高；平流层顶气温可达-3—-17℃空气以水平运动为主，气流运行平稳，没有强烈的对流水汽和尘埃很少，很少有云，透明度好4.热层(thermosphere)从中间层顶向上，到大约800km左右为热层（又称热成层、暖层）。其主要特点有：气温随高度而升高；300km处气温可达1000℃，顶部可高达2000℃空气在强烈的太阳紫外线与宇宙射线作用下处于高度电离状态，故又称为电离层（ionosphere）5.散逸层(exosphere)

热成层以上为外层（又称散逸层），是大气圈与星际空间的过渡带。其主要特点有：空气非常稀薄空气质点的运动速度很快，受到的地球引力很小，可逃逸到星际空间２．大气对太阳辐射的吸收，散射，辐射作用太阳辐射穿过大气层时，大气分子对电磁波的某些波段有吸收作用。吸收作用使辐射的能量转变为分子的内能，从而引起这些波段太阳辐射强度的衰减，甚至某些波段的电磁波完全不能通过大气。氧气：小于0.2

μm；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥感影响不大。水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽略不计。

辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开，称为散射。散射使原传播方向的辐射强度减弱，而增加其他各方向的辐射。由于太阳辐射需二次通过大气至传感器，且二次影响增加了信号中的噪声成分，造成遥感图像的质量下降。散射作用：太阳辐射在长波过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。改变了电磁波的传播方向；干扰传感器的接收；降低了遥感数据的质量、影像模糊，影响判读。大气散射集中在太阳辐射能量最强的可见光区。因此，散射是太阳辐射衰减的主要原因。

散射现象的实质是电磁波在传输中遇到大气微粒而产生的一种衍射现象。因此，这种现象只有当大气中的分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。大气散射有三种情况：

1.瑞利散射

瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。多波段中不使用蓝紫光的原因：无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？

颜色红橙黄黄绿青兰紫紫外线波长0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。云雾为什么通常呈现白色？大气反射作用电磁波在传播过程中，如果通过两种介质的交界面，会出现反射现象。反射主要发生在云层顶部，取决于云量，而且各波段受到不同程度的影响，因此应尽量选择无云的天气接收遥感信号。

30%被云层反射回；17%被大气吸收；22%被大气散射；31%到达地面。３大气窗口因为折射并不改变辐射强度，所以太阳辐射经过大气传输后，主要是反射、吸收和散射的共同影响衰减了辐射强度，剩余部分即为透过的部分。对遥感传感器而言，只能选择透过率高的波段，才对观测有意义。

通常把电磁波通过大气层时较少被反射，吸收或散射的，透过率较高的波段称为大气窗口。

大气窗口的光谱段主要有：遥感中的常用大气窗口如下：

(1)0.3-1.5μm，可见光、部分紫外和近红外；

(2)1.3-2.5μm，部分近红外；

(3)3.5-5.5μm，中红外；

(4)8-14μm，远红外；

(5)>8mm，微波。

５）地球的辐射

主动遥感遥感太阳

被动遥感

地球:辐射集中在长波波段名称波长地球辐射的分段特性特性可见光和近红外0.3-2.5微米地表反射太阳辐射为主中红外2.5-6微米地表反射太阳辐射和自身的热辐射远红外大于6微米地表物体自身热辐射为主７．与大气吸收作用有关的因子有哪些？８．试述大气窗口的概念。

９.大气散射元的成分有哪些？１０.试述由米氏散射理论描述的散射元直径、入射光波长和散射能量之间的关系。按照发射率与波长的关系，把地物分为：黑体或绝对黑体：发射率为1，常数(理想)。灰体(greybody)：发射率小于1，常数选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。绝对白体（理想）4)一般物体的发射辐射4地物的反射辐射1）类别2）光谱反射率及地物的光谱反射特性镜面反射漫反射方向反射1）地物反射类别地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。反射率随入射波长而变化。影响地物反射率大小的因素：入射电磁波的波长入射角的大小地表颜色与粗糙度2）光谱反射率及地物的光谱反射特性地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。A地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。B不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、沙漠、湿地、小麦的光谱曲线C同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。（不同植物）并且地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。时间特性空间特性不同植物光谱曲线比较

植被的病虫害

时间特征地物的波谱特性：指各种地物各自具有的电磁波特性（发射辐射和反射辐射）测定原理测定方法测定步骤５地物波谱特性的测定第一章电磁波及遥感物理基础1遥感的概念2电磁波和电磁波谱3物体的发射辐射

1)黑体辐射

2)太阳辐射

3)大气对辐射的影响

4)一般物体的发射辐射4地物的反射辐射

1)地物的反射类别

2)光谱反射率以及地物的反射光谱特性

3)影响地物光谱反射率变化的因素5地物波谱特性的测定

1)地物波谱特性的概念

2)地物波谱特性的测定原理

3)地物波谱特性的测定步骤补充材料１辐射能量:电磁辐射的能量.w辐射通量:单位时间通过一定面积的辐射能量．Ｗ辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能．Ｗ／平方米辐射出射度：辐射源的物体表面单位面积上的辐射能．辐照度：被辐射的物体表面单位面积的辐射能．辐射亮度：补充材料２遥感影像的特征空间分辨率：每个像元对应空间的大小.巨型环境特征,大型环境特征,中型环境特征,小型环境特征.波谱分辨率：传感器所用的波段数目,波段宽度,中心波长几光的波谱范围.辐射分辨率：区分光谱信号强度差异的能力.时间分辨率：对同一地区遥感影像重复覆盖的时间.补充材料３遥感系统的组成遥感系统信息源信息获取信息记录与传输信息处理地面站的处理用户处理光学处理数字图像处理图象校正图象增强多元信息复合计算机解译处理信息应用一遥感平台的种类遥感平台:搭载传感器的工具统称为遥感平台.地面遥感平台:三脚架,遥感塔,遥感车

100米以下.

航空平台:100米以上,100公里以下航天平台:航天飞机和卫星,240公里以上A.气象卫星

B.陆地卫星

C.海洋卫星

第二章遥感平台及运行特点陆地卫星：ＳＰＯＴ，ＬＡＮＤＳＡＴ，ＩＫＯＮＯＳ，海洋卫星：以微波为主气象卫星:ＮＯＡＡ系列为代表二卫星轨道随着遥感技术的发展，各种地球资源卫星提供了越来越多的卫星遥感图像（简称卫星图象）。卫星图像有几个优点：宏观性好，成本低，周期性好。卫星运行轨道对卫星图象具有多种影响，有必要加以了解。根据开普勒定律，人造地球卫星在空间的位置可以用几个特定数据来确定，这些数据称为轨道参数,对地观测卫星轨道一般为椭圆形，轨道有6个参数：①半长轴a:即卫星离地面的最大高度,它用来确定卫星轨道的大小；②偏心率e:决定卫星轨道的形状；③轨道面倾角i:地球赤道平面与卫星轨道平面间的夹角；④升交点赤经W:卫星轨道与地球赤道面有两个交点，卫星由南向北飞行时与地球赤道面的交点称为升交点，卫星由北向南飞行时与地球赤道面的交点称为降交点；升交点与春分点之间的角距为Ｗ．⑤近地点角距w:升交点向径与轨道近地点向径之间的夹角；⑥卫星过近地点的时刻T，对于卫星的跟踪和预报来说，上述参数中最重要的轨道参数是轨道倾角ī和升交点赤径Ω，它们确定了卫星的轨道相对于地球的方位，但还必须知道椭圆轨道半长轴的方向。

一陆地资源卫星1:landsat概况:1967年计划

72年发射第一颗,78年失败

75年发射第二颗,82年失败

78年发射第三颗,83年失败

82年发射第四颗,一年后失败

83年发射第五颗,至今

93年发射第六颗,下落不明

99年发射第七颗,2003年5月,传感器坏了.美国陆地卫星五号(LANDSAT5)

陆地卫星5号载了主题成像传感器（TM）卫星参数：->

近极近环形太阳同步轨道

轨道高度：

705公里

倾角:

98.22o

运行周期：

98.9分钟

24小时绕地球:

15圈

穿越赤道时间:

上午10点

扫描带宽度:

185公里

重复周期:

16天

卫星绕行:

233圈与太阳同步可重复轨道美国陆地卫星五号(LANDSAT5)

陆地卫星5号载了主题成像传感器（TM）波段号

波段

频谱范围μ

分辨率m

B1

Blue-Green

0.450.52

30

B2

Green

0.52-0.60

30

B3

Red

0.63-0.69

30

B4

NearIR

0.76-0.90

30

B5

SWIR

1.55–1.75

30

B6

LWIR

10.40–12.5

120

B7

SWIR

2.08-2.35

30

2.spotSpot对地观测卫星系统是由法国空间研究中心发展的，参与的国家还有比利时和瑞典。系统包含了卫星、对卫星控制和编程的地面设施、图像制作处理和分发的机构等。Spot系统迄今为止已发射了五颗卫星

Spot1，1986年2月发射，目前仍在运行，但从2002年5月停止接受其影像。

Spot2，1990年1月发射，至今还在运行。

Spot3，1993年9月发射，运行4年后在1997年11月由于事故停止运行。

Spot4，1998年3月发射，卫星作了一些改进。

Spot5，2002年其5月发射，其性能作了重大改进。

Spot轨道有如下特点

近极地与太阳同步卫星：轨道近极地有利于增大卫星对地面总的观测范围。

轨道高度：832公里轨道倾角：98．７度一天绕地球：14运行周期：101分钟重复周期：26天一个重复周期内卫星绕地球：369圈相继轨迹间地面偏移距离：向西2823公里卫星参数近极地与太阳同步轨道

在对不同日期获取的影像比较时，为了保证比较的效果，需要影像都是处于相同的太阳照度之下。这就要求卫星保持与太阳同步即卫星轨道平面与太阳方向之间的夹角是恒值。卫星轨道按这样设计的话，能保证可在同一当地时间内飞过给定的地点。（卫星过赤道时间为当地时间10点半）。可重复轨道轨道高度：８３２公里运行周期：１０１．４分钟重复周期：２６天轨道倾角：９８．７度

每26天，每颗Spot卫星飞过地面上的同一地点。在这段时间内卫星绕过地球一个整数的圈数（369圈，卫星每天绕地球14又5/26圈）。下一个26天，又重复一次。为了保证卫星在一个周期内将全球完整覆盖一次，Spot采用了"双垂直"的视场配置模式，两个高分辨率成像装置沿地面轨迹获取两条数据带，这个宽度大于相邻两地面轨迹间的距离。SPOT5号卫星上搭载有三种成像装置，除了前几颗卫星上的高分辨率几何装置(HRG)和植被探测器(VEGETATION)外，SPOT5更有一个高分辨率立体成像(HRS)装置。

这几种探测器的分辨率和视场分别如下：书３９页

波段高分辨率几何装置植被成像装置高分辨率立体装置PA：(0.49-0.69μm)

2.5m或5m

10mB0：(0.43-0.47μm)

1kmB1：(0.49-0.61μm)

10m

B2：(0.61-0.68μm)

10m

1kmB3：(0.78-0.89μm)

10m

1kmSWIR：(1.58-1.75μm)20m1km视场60km2250km120km３中巴卫星（中国资源一号卫星系列）1999年发射，比ＴＭ的空间分辨率高，比SPOT的波段多．运行特点：见书４２页4高分辨率的卫星：ikonos,QuickBrid5高光谱类卫星:Eo-15雷达:Radarsat,ERS6商业小卫星:重量轻，成本低，体积小，发射灵活．思考题１遥感系统的组成２遥感平台３目前常用的遥感图像（TM，ETM+、SPOT、CBERS、MODIS等）的基本技术参数（波谱段范围、分辨率等）．４遥感图像的特征（空间、时间、光谱、辐射分辨率）。第三章遥感传感器及成像原理

3.1传感器的组成及分类

3.2扫描类型的传感器

3.3雷达成像仪3.1传感器的组成及分类传感器:收集,探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器收集器探测器处理器输出器胶卷光电器件热电器件透镜反射镜天线光电倍增管电子倍增管胶片磁带传感器的分类按电磁波辐射来源分:主动传感器,被动传感器按对电磁波记录方式分:成像方式,非成像方式按成像原理和所获取图像的性质不同分:摄影机,扫描仪,雷达制作背景:胶片的感光范围有限制,只能探测到0.3-1.4微米之间的电磁辐射.扫描仪主要依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行逐点,逐行采样,以得到目标地物电磁辐射特性信息,利用光电效应和光热效应,将辐射能转为电能,或是其他物理特性的变化,从而对物体进行探测.3.2扫描成像类传感器----依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图象．

对物面扫描的成像仪：特点:对地面直接扫描光机扫描仪(红外扫描仪，多光谱扫描仪)，成像光谱仪，多频段频谱仪

对像面扫描的成像仪：特点:瞬间在像面上先形成一条线图象,甚至是一幅二维影象,然后对影象进行扫描成像.线阵列ＣＣＤ推扫式成像仪，电视摄像机3.2.1光学机械扫描成像结构组成:光学机械扫描仪是借助遥感平台沿飞行方向运动和遥感器本身光学机械横向扫描达到地面覆盖,得到地面条带图象的成像装置.主要有红外扫描仪和多光谱扫描仪2种,主要由收集器,分光器,探测器,处理器,输出器等几部分组成.1）收集器多光谱扫描仪可用透镜系统也可以用反射镜系统作为收集器,但是红外扫描仪采用反射镜系统.2）分光器目的是将收集器收集的地面电磁波信息分解成所需要的光谱成分.常用的有分光棱镜,衍射光栅,分光滤光片.3）探测器探测分光后的电磁波并把它变为电信号的元件叫探测器.分为光电子发射型(探测从紫外到可见光区的地物光谱特性),光激发载流子型(从可见光到红外区的电磁波辐射),热效应型的探测器(热红外探测器,能把红外辐射转变为电能,必须低温下工作).4）处理器从探测器出来的低电信号,需放大和限制带宽.一般在探测器后面设置低躁声的前置放大器来进行这项工作.5）输出器一种是胶片,一种是磁带,要把探测器输出的视频信号记录在胶片上,必须经电光变换线路来调制一些发光器件,这时发光器件上的光信号强度和视频信号强度一致,当胶片曝光时，数据就被记录下来。输出数据用磁带仪记录在磁带上。有的磁带记录仪作为遥感数据的暂存器，在一定时期向地面发送。扫描成像过程当旋转棱镜旋转时，镜面对地面横越航线方向扫视一次，在地面瞬时视场内的地面辐射能由旋转棱镜反射到反射镜组，经其反射，聚焦在分光器上，经光器分光后分别照射到相应的探测器上。探测器则将辐射能转变为视频信号，再经电子放大器放大和调整，在阴极射线管上显示瞬时视场的地面影像，底片曝光后记录下来，或者视频信号经模数转换器转换。变成数字的电信号，经采样，量化和编码，变成数据流，向地面作实时发放或由磁带记录仪记录后作延时回放。随着棱镜的旋转，垂直于飞行方向上的地面依次对地面进行扫描，形成一条条相互衔接的地面影像，最后形成连续的地面条带影像。1）瞬时视场角：扫描系统在某一时刻对空间所张的角度。探测原件的线度与光学系统的总焦距之比。2）像点：瞬时视场角在影像上对应的点，也叫像元，像素。3）空间分辨率：瞬时视场在地面对应的距离。扫描角越大，分辨率越低，航高越高，分辨率也越低垂直摄影时，扫描角θ为０a=d×H/f

d：为探测器尺寸，

f：为扫描仪焦距，Ｈ：为航高当观测视线倾斜时，

(平行于航线方向的地面分辨率)

aθ=a×secθ(垂直于航线方向的地面分辨率)

aθ1=a×secθ×secθ４）扫描线的衔接Ｗ＝Ａ／ＴＡ为探测器的地面分辨率Ｔ为旋转棱镜扫描一次的时间Ｗ为飞机的地速这时，两个扫描带的重叠度为０．但是没有空隙．为使扫描线正确衔接，速度与行高之比应为一个常数常见光机扫描类型的传感器１ＭＳＳ多光谱扫描仪结构扫描反射镜：用于获取垂直飞行方向两边共１８５Ｋm范围内的来自景物的辐射能．反射镜组：将扫描镜反射进入的地面景物聚集在成像面上．成像板：２４＋２个玻璃纤维单元，按波段排成４行，每个单元对应空间分辨率，探测器：将辐射能转化成电信号输出成像过程扫描仪每个探测器的瞬时视场角为86微弧度，卫星高度为915公里，因此，扫描瞬间每个像元的地面分辨率为79m×79m,每个波段由６个相同大小的探测单元与飞行方向平行排列，这样瞬间看见的地面大小为474m×79m.又由于扫描总视场为11.56度，地面宽度为185公里，因此，扫描一次每个波段获取６条扫描线图像，其地面范围为474m×185km,扫描周期为73.4ms（1000毫秒＝１秒），在扫描一次的时间里卫星向前正好移动474m,因此扫描线正好衔接．成像板上的光学纤维单元接收的辐射能，经光学纤维传递到探测器，探测器对信号减波后有24路输出，采用脉码多路调制方式，对每个信道做一次抽样，经过计算，每9.958微秒扫描镜视轴仅在地面上移动了56米，因此采样后的mss的空间分辨率为56m×79m（Landsat-4为68m×83m）采样后对每个像元采用6bit进行编码，采样后的数据用脉码调制方式馈入天线向地面发送地面接收及产品地面接收站主要接收卫星发下来的遥感图像信息和卫星姿态，星历参数等，将这些信息记录在高密度数字磁带上，然后送往数据中心处理成可供用户使用的胶片和数字磁带等．地面接收站包括以下几个部分：天线及伺服系统，接收分系统，计算机，模拟检测系统，定时系统，信标塔等．ＭＳＳ的产品分为几个类别粗加工产品（辐射校正，几何校正，），精加工产品（在粗加工的基础上用控制点进行了校正）特殊产品ＴＭ专题制图仪高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器与ＭＳＳ相比，ＴＭ增加一个扫描改正器，使扫描行垂直于飞行轨道，另外使往返双向都对地面扫描，探测器１００个，分７个波段ＴＭ各波段的图像特征波段号波段波长范围（）设计数据波段特征主要用途TM1蓝0.45～0.52植物色素吸收峰0.45对水体穿透力强，对叶绿素及叶色素浓度反映敏感有助于判别水深，水中叶绿素分布，近海域制图TM２绿0.52～0.60植物在绿光波段反射峰0.55对健康茂盛植物绿发射敏感，对水的穿透力较强探测健康植物，评价植物生长活力，研究水下地形特征和水污染TM３红0.6３～0.69植物叶绿素吸收峰0.65为叶绿素主要吸收波段用于区分植物种类与植物覆盖度，探测植物叶绿素吸收的差异，在秋季则反映叶黄素、叶红素的差异TM４近红外0.76～0.90受植物细胞结构的影响，植物在0.70至1.3高反射对绿色植物类别差异最敏感，为植物通用波段确定绿色植被类型，做生物长势和生物量的调查，水域判别等TM５中红外1.55～1.75水分子在1.4、1.9的吸收峰处于水的吸收范围内，反映含水量敏感用于植物含水量的调查、土壤湿度、水分状况、作物长势的研究，区分云和雪TM６热红外10.4～12.5地物热红外发射特征可进行热制图植物和地物的热强度测定分析，人类热活动特征监测ＴＭ探测技术指标探测器波段（微米）分辨率（米）量化（比特）扫幅（公里）像元数信噪比Ｓ／ＮＴＭ0.45-0.520.52-0.600.63-0.690.76-0.901.55-1.7510.40-12.502.08-2.353030303030120308888888185185185185185185185632063206320632063206320632052-14360-27948-24835-34240-1940.1-0.2821-164ETM＋增强型专题制图仪与TM传感器相比有以下３方面的改进：１）增加全色波段，分辨率为１５米２）采用双增益技术使远红外波段的分辨率提高到６０米３）卫星的辐射定标误差小于５％红外扫描仪热红外像片的色调特征热红外扫描仪对温度敏感性高，因为它与温度的4次方成正比，温度的变化能产生较高的色调差别。例58页的机场的停机坪的热红外像片，像片中的飞机已发动的温度较高，色调浅，未发动的温度低，显得很暗，水泥跑道发射率较高，出现灰色调，飞机的金属蒙皮，发射率很低，显得很黑。3.2.2对像面扫描的成像仪与其他的扫描成像的区别是探测器系统是电荷耦合器件ＣＣＤ．它是一种新兴半导体器件，利用电荷量来表示信号，用耦合的方法进行信号传输的器件。成像原理：以法国SPOT卫星上装载的HRV为例把电荷耦合器件做成电极数目相当多的一个线阵列法国ＳＰＯＴ卫星上装载的ＨＲＶ是一种线阵列推扫式扫描仪，，仪器中有一个平面反射镜，将地面辐射来的电磁波反射到反射镜组，然后聚焦在ＣＣＤ线阵列元件上，ＣＣＤ的输出端以一路时序视频信号输出．由于使用ＣＣＤ做探测器，在瞬间能同时得到垂直航线的一条图象线，不需要用摆动的扫描镜，以推扫方式获取沿轨道的连续图象条带．ＳＰＯＴ卫星有两种ＨＲＶ，一种是多光谱型的，一种是全色的．两种ＨＲＶ的主要参数如下：具体的SPOT卫星ＨＲＶ探测器主要技术指标见书３８页．ＳＰＯＴ５地面分辨率见书３９页．3.2.3成像光谱仪将传统的空间成像技术与地物光谱技术有机地结合在一起，可以实现对同一地区同时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像．它基本上属于多光谱扫描仪，其构造与ＣＣＤ线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪类型相同，区别在于通道数目多，各通道的波段宽度很窄．3.3雷达成像仪雷达：无线电测距和定位．工作波段大多在微波范围．按照工作方式分为成像雷达和非成像雷达，成像雷达分为真实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达．雷达是由发射机通过天线在很短的时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后利用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器．侧视雷达的天线不是安装在遥感平台的正下方，而是与遥感平台的运动方向形成角度，朝向一侧或两侧倾斜安装，向侧下方发射电磁波，接收回波信号的真实孔径侧视雷达：以实际孔径天线进行工作的．距离分辨率：在脉冲的发射方向上，能分辨两个目标的最小距离．它与脉冲的宽度有关，因此，若提高距离分辨率需要减小脉冲宽度，目前采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率方位分辨率：是指相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离，它与波瓣角有关，要提高方位分辨率就要加大天线孔径或者缩短距离和工作波长，但是不可取，因此，出现了合成孔径侧视雷达．合成孔径侧视雷达：是利用遥感平台的前进运动，将一个小孔径的天线安装在平台的侧方，以代替大孔径的天线，提高方位分辨率的雷达．在移动中选择若干个位置,在每个位置上发射一个信号,接收相应发射位置的回波信号储存记录下来.思考题1主要的遥感平台有哪些？各自的特点2扫描成像的基本原理3说出任意一种传感器的成像过程及波段范围及主要技术指标第四章遥感图象数字处理的基础知识主要内容:1图象的表示形式2遥感数字图象表示方法3遥感数字图象处理系统1图象的表示形式在空间域的表示1)光学图象连续的光密度函数.像片上的密度随坐标X,Y的变化而变化.我们用连续变化的函数来表示.光学图像、照片以及人的眼睛看到的一切景物，都是模拟图像，这类图像无法直接用计算机处理。为了使图像能在电子计算机中作处理运算，必须将模拟图像转化为离散数字所表示的图像，即所谓的数字图像。2)数字图象是一个二维离散的光密度函数,相对于光学图象,它在空间坐标(X,Y)和密度上都离散化.可以用一个二维矩阵表示:单色且时不变时：为M×N矩阵。多光谱时：

其中，di(l)为第i个光谱的光谱响应函数

2二者的转化将模拟图像转化为数字图像的过程称为图像数字化。这一过程是图像处理技术的基础，一般图像数字化包括下列两个步骤：采样和量化将二维空间图像上的连续亮度住处（即灰度）转化成离散的抽样点（即象素点）具体做法如图1所示：量化就是把抽样后每一个象素点的亮度值离散化使其成为有限个整数值（一般为0-256个灰度值）。把一个象素点，由黑色渐变为灰色渐变为白色的连续变化的亮度值量化为0~256个灰度值，（每个象素用一个字节来储存量化后的信息，即8Bit）,量化后的灰度值即反映了对应象素点的亮度明暗值。经过抽样、量化后，一幅黑白模拟图像就会离散化成为M*N个字节的数字图像，即变成适用于电子计算机处理的数字图像。在图像数字化过程中把原来连续变化的亮度信息变成离散的数字信息，二者间是有差别的，即在数字化过程中会带来一定的误差。数字化后的一幅黑白图像，可以用M×N个字节来表示。对电子计算机来说，可以用数学公式f（Xi，Yj）来表示。数组f（Xi，Yj）中i=1，2，3…m，j=1，2，3，…n。式中f（Xi，Yj）值代表图像中（Xi，Yj）点处象素的灰度值。在现实生活中有多种多样的图像，根据各类图像灰度层次的多少、光谱轴及时间轴上的组合方式的不同，其数字化后的描述形式如下表所示。图像数字化后描述形式备注二值图像f（X，Y）=1或0文字、线条图、指纹等黑白图像0≤f（X，Y）≤2n-1黑白图像，一般n=6~8彩色图像|fi（X，Y）|i=R，G，B以三基色表示的彩色图像光谱图像|fi（X，Y）|i=1，2…m遥感图像，m=6~8或更大立体图像fl（X，Y），fr（X，Y）左右视点得到同物体的图像对动态图像|ft（X，Y）|t=t1，t2…tr.动态图像，动画制做等在频率域的表示空间域来表示图象的时候,它是空间坐标的函数,用频率域的形式表达时,图象是频率坐标的函数,通常用傅立叶变换实现空间域变入频率域,反之采用傅立叶逆变换.二维离散傅立叶变换为：

2遥感数字图象表示方法1)存储介质磁带,磁盘,光盘2)类型二值数字图象单波段图象数字彩色图象多波段图象多波段数字图象的存储通常有3种数据格式:BSQ（波段顺序格式）每行数据后面紧接着同一波谱波段的下一行数据。这种格式最适于对单个波谱波段中任何部分的空间（X，Y）存取。BIP（每个像元按波段次序交叉排列）按BIP格式存储的图像按顺序存储第一个像元所有的波段，接着是第二个像元的所有波段，然后是第3个像元的所有波段，等等，交叉存取直到像元总数为止。这种格式为图像数据波谱（Z）

的存取提供最佳性能。BIL（逐行按波段次序排列）按BIL格式存储的图像先存储第一个波段的第一行，接着是第二个波段的第一行，然后是第三个波段的第一行，交叉存取直到波段总数为止。每个波段随后的行按照类似的方式交叉存取。这种格式提供了空间和波谱处理之间一种折衷方式。ERDASIMAGINE平台简介ERDASIMAGINE是美国ERDAS公司开发的专业遥感图像处理与地理信息系统软件。ERDASIMAGINE功能简介打开IMAGINE窗口数据输入输出窗口数据预处理模块专题制图模块图像解译模块图像库管理模块图像分类模块空间建模工具矢量功能模块雷达图像处理模块虚拟GIS模块正射影像校正模块立体分析模块第四章遥感图像处理一、名词解释：1、光学影像2、数字影像3、空间域图像4、频率域图像5、图像采样6、灰度量化7、几何变形8、几何校正9、粗加工处理10、精加工处理11、多项式纠正12、间接法纠正13、最邻近像元重采样14、图像配准15、数字镶嵌16、正射影像17、地理编码图象18、辐射误差19、辐射定标20、大气校正21、图像增强22、图像直方图23、假彩色合成24、密度分割25、真彩色合成26、伪彩色图像27、图像平滑28、图像锐化29、边缘检测30、低通滤波31、高通滤波32、图像融合33、直方图正态化34、线性拉伸35、直方图均衡36、邻域法处理二、填空题：1、光学图像是一个

函数。2、数字图像是一个

函数。3、光学图像转换成数字影像的过程包括

等步骤。4、图像数字化中采样间隔取决于图像的

，应满足（公式）。5、一般图像都由不同的

、

、

、

的周期性函数构成。6、3S集成一般指

、

和

的集成。分别写出中心投影，推扫式传感器（旁向，航向倾斜），扫描式传感器的共线方程表达式

，

，

，

。遥感图像的变形误差可以分为

和

，又可以分为

和

。外部误差是指在

处于正常的工作状态下，由

所引起的误差。包括

，

，

，

等因素引起的变形误差。传感器的六个外方位元素中

的变化对图像的综合影响使图像产生线性变化，而

使图像产生非线性变形。地球自转对于多中心投影影像产生像点位移在

方向上，位移量bb’=

。TM卫星图像的粗纠正使用的参数有

，

，

，

纠正的变形有

，

。遥感图像几何纠正的常用方法有

，

，

。多项式拟合法纠正中，项数N与其阶数n的关系

。多项式拟合法纠正中，一次项纠正

，二次项纠正

，三次项纠正

。10、项式拟合法纠正中控制点的要求是

，

，

。11、多项式拟合法纠正中控制点的数量要求，一次项最少需要

个控制点，二次项最少项需要

个控制点，三次项最少需要

个控制点。12、SPOT图像采用共线方程纠正时需要

，有

未知参数，最少需要

个控制点。13、常用的灰度采样方法有

，

，

。14、数字图象配准的方式有

，

。15、数字图像镶嵌的关键

，

，

。16、在姿态角都为0的情况下，中心投影像片的投影差为

，推扫式影像（HRV）的投影差为

，扫描仪影像（MSS）的投影差

，侧视雷达影像（SAR）的投影差

。17、灰度采样中，双线性内插的权矩阵采用

函数求取，双三卷积的权矩阵采用

函数求取。18、辐射传输方程可以知道，辐射误差主要有

，

，

。19、常用的图像增强处理技术有

，

。20、增强的常用方法有

，

，

，

，

，

，

等。子21、直方图均衡效果

，

，

。22、3*3的拉普拉斯算子

。23、图像平滑和锐化的关系

。

24、图像融合的层次

，

，

。25、HIS中的H指

，I指

，S指

。图像融合的常用算法

，

，

，

，

等。三、选择题：(单项或多项选择)数字图像的①空间坐标是离散的，灰度是连续的②灰度是离散的，空间坐标是连续的③两者都是连续的④两者都是离散的。采样是对图像①取地类的样本②空间坐标离散化③灰度离散化。量化是对图像①空间坐标离散化②灰度离散化③以上两者。图像数字化时最佳采样间隔的大小①任意确定②取决于图像频谱的截止频率③依据成图比例尺而定。图像灰度量化用6比特编码时，量化等级为①32个②64个③128个④256个。BSQ是数字图像的①连续记录格式②行、波段交叉记录格式③象元、波段交叉记录格式。垂直航线方向距离越远比例尺越小的影像是①中心投影影像②推扫式影像（如SPOT影像）③逐点扫描式影像（如TM影像）④真实孔径侧视雷达影像。垂直航线方向距离越远比例尺越大的影像是①中心投影影像②推扫式影像（如SPOT影像）③逐点扫描式影像（如TM影像）④真实孔径侧视雷达影像。真实孔径天线侧视雷达影像上高出地面的物点其象点位移（投影差）①向底点方向位移②背向底点方向位移③不位移。逐点扫描式影像（如TM影像）上高差引起的像点位移（投影差）发生在①像底点的辐射方向②扫描方向。多项式纠正用一次项时必须有①1个控制点②2个控制点③3个控制点④4个控制点。多项式纠正用二次项时必须有①3个控制点②4个控制点③5个控制点④6个控制点。多项式纠正用一次项可以改正图像的①线性变形误差②非线性变形误差③前两者。共线方程的几何意义是在任何情况下①像主点、像底点和等角点在一直线上②像点、物点和投影中心在一直线上③主点、灭点和像点在一直线上。四、问答题：叙述中心投影的航空像片,MSS多光谱扫描仪影像,SPOT的HRV推扫式影像和真实孔径侧视雷达图像的几何特征。叙述最邻近法、双线性内插、双三次卷积重采样原理（可作图说明）和优缺点。两幅影像进行数字镶嵌应解决哪些关键问题？解决的基本方法是什么？叙述多项式拟合法纠正卫星图像的原理和步骤。多项式拟合法选用一次项、二次项和三次项，各纠正遥感图像中的哪些变形误差？多项式拟合法平差后精度应控制在什么范围内？超限了怎么办？叙述共线方程法纠正SPOT卫星图像的原理和步骤。叙述数字图像镶嵌的过程。画出各个外方位元素变化引起的图形变化情况叙述光学影像与数字影像的关系和不同点。怎样才能将光学影像变成数字影像。叙述空间域图像与频率域图像的关系和不同点。叙述储存遥感图像有哪几种方法，列举2—3种数字图像存储格式，并说明其特点。16、叙述3S集成的形式和作用。根据辐射传输方程，指出传感器接收的能量包含哪几方面，辐射误差及辐射误差纠正内容是什么，简述遥感数字影像增强处理的目的，例举一种增强处理方法，说明其原理和步骤。什么是遥感图像大气校正？为什么要进行遥感图像大气校正？请以多光谱扫描仪（MSS）资料为例，说明大气校正的原理和方法。以美国陆地卫星TM图像的波段为例，分别说明遥感图像的真彩色合成与假彩色合成方案。与真彩色合成图像相比，假彩色合成图像在地物识别上有何优越性？叙述美国陆地卫星ETM图像分辨率30米的5、4、3波段影像与分辨率15米的全色影像进行融合的步骤和方法。22、Notethatclouds,snowonthemountains,andlightdesertsoils(rightcenter)allappearwhiteinthefalsecolorcompositeimageandthethreeblackandwhitefilterimages.Thereareseveralareasofbrighttomediumredinthef.c.composite.Trytofindtheircorrespondinglocationsinthethreefilterimagesandbeawareoftheirgraylevels.

第五章遥感图像的几何处理5.1遥感传感器的构像方程5.2遥感图像的几何变形5.3遥感图像的几何处理5.4多图像的配准和镶嵌5.1遥感传感器的构像方程一遥感图像通用构像方程传感器坐标系像点坐标系地面坐标系

设地面点P在地面坐标系中的坐标为（XYZ）P，P在传感器坐标系中的坐标为（UVW）P，传感器投影中心S在地面坐标系中的坐标为（XYZ）S，传感器的姿态角为（

)

则通用的构像方程为：式中，A为传感器坐标系相对于地面坐标系的旋转矩阵，是传感器姿态角的函数。A=其中二中心投影构像方程根据中心投影的特点，图像坐标（x,y,-f）和传感器系统坐标之间有如下关系：

其中：为成像比例尺分母，为摄影机主距所以中心投影像片坐标与地面点大地坐标的关系（构像方程）为其正算公式：其反算公式：以上是中心投影的构像方程，下面我们看看多中心投影的构像方程三全景摄影机的构像方程其中四推扫式传感器的构像方程在时刻T时像点P的坐标为（0，y,-f）,因此推扫式传感器的构像方程为：或当推扫式传感器沿卫星轨道方向旁向倾斜固定角θ时，当推扫式传感器阵列在其卫星轨道方向内向前或向后倾斜角为θ时五扫描式传感器的构像方程任意一个像元的构像，等效于中心投影朝旁向旋转了扫描角θ后，以像幅中心成像的几何关系，所以扫描式传感器的构像方程为：其中：5.2遥感图像的几何变形一传感器成像方式引起的图像变形：传感器的成像方式有中心投影，全景投影，斜距投影，以及平行投影，由于中心投影在垂直摄影和地面平坦的情况下，地面物体与其景物具有相似性，不存在由成像方式造成的图像变形，因此把中心投影的图像作为基准图像来讨论其他方式投影图像的变形规律。1全景投影变形全景投影的影像面不是一个平面，而是一个圆柱面为焦距，为成像角，=57.29570/rad2斜距投影变形侧视雷达属于斜距投影变形,S为雷达天线,Sy为雷达成像面,地物点P在斜距投影图像上的图像坐标为yp,H为航高,所以斜距投影图像上的影像坐标为而地面上P点在等效中心投影图像oy’上的像点P′为y′p=变形误差为:传感器外方位元素,是指传感器成像时的位置(XSYSZS)和姿态角().当外方位元素偏离标准位置而出现变动时,就会使图像产生变形.这种变形一般由地物点图像的坐标误差来表达,并可以通过传感器的构像方程推出.二传感器外方位元素变化的影响三地形起伏引起的像点位移投影误差是由地面起伏引起的像点位移，当地形有起伏时，对于高于或低于某一基准面的地面点，其在像片上的像点与其在基准面上垂直投影点在像片上的构像点之间有直线位移。如图所示。四地球曲率引起的图像变形地球曲率引起的像点位移与地形起伏引起的像点位移类似。只要把地球表面(把地球表面看成球面)上的点到地球切平面的正射投影距·离看做是一种系统的地形起伏，就可以利用前面介绍的像点位移公式来估计地球曲率所引起的像点位移，如图所示。

五大气折射引起的图像变形六地球自转的影响思考题1,说明遥感图像几何变形误差的主要类型2,为什么说中心投影的构像是遥感影像构像基础?附加知识软件操作1数据的输入和输出2视窗操作2图像的裁剪和拼接遥感作为空间数据，具有空间地理位置的概念。当遥感图像在几何位置上发生了变化，产生行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化时，说明遥感影像发生了几何畸变。产生畸变的图像给定量分析及位置配准造成困难。在应用遥感图像之前，必须将其准确投影到需要的坐标系中。因此，遥感图像的几何处理是遥感信息处理过程中的重要环节。5.3遥感影像的几何校正遥感数据接受后，首先由接受部门进行校正，这种校正往往根据遥感平台、地球、传感器的各种参数进行处理（粗加工）。遥感图像的粗加工处理仅做系统误差的改正，即把与传感器有关的测定的校正数据带入相应的构像方程。粗加工处理对传感器内部畸变的改正很有效，但是处理后仍有很大的残差（系统误差和偶然误差），而用户拿到这种产品后，由于使用的目的不同或投影及比例尺不同，仍旧进一步做几何校正（几何精校正）。一遥感图像的精加工处理遥感图像的精校正是指消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像的过程。它包括两个环节：一是像素坐标的变换；二是对坐标变换后的像素亮度值进行重采样。常用的纠正方法有多项式法，共线方程法，多项式法

1基本思路校正前的图像看起来是由行列整齐的等间距像元点组成的，但是实际上，由于某种几何畸变，图像中像元点对应的地面距离并不相等。校正后的图像也是由等间距的网格点组成的，且以地面为标准，符合某种投影的均匀分布。2具体步骤①找到一种数学关系，建立变换前图像坐标（X，Y）与变换后图像坐标（u，v）的关系，通过每一个变换后的图像像元的中心位置计算出变换前对应的图像坐标点。分析得知，整数（u，v）的像元点在原图像坐标系中一般不在整数（X，Y）点上。计算校正后图像中每一点所对应原图中的位置（X，Y）。计算时按行逐点计算，每行结束后进行下一行计算，直到全图结束。②计算每一点的亮度值。由于计算后的（U,V）多数不在原图的像元中心处，因此必须重新计算新位置的亮度值。一般来说，新点的亮度值介于邻点亮度值之间，所以常常采用内插法计算。

通常数学关系表示为二元N次多项式：③计算方法（以多项式法为例）(反解法)首先建立两图像像元点之间的对应关系，记做：

通常数学关系表示为二元N次多项式：实际计算中常常采用二元二次多项式，其展开式为：为了通过（）找到对应的（首先要计算出上面式的12个系数，这就需要12个方程，实际工作中发现，6个控制点是解线性方程的理论最低数，这样少的控制点较正后的图像效果差，因此在实际工作中，要增加控制点，控制点增加后计算结果有所改变，需采用最小二乘法，通过对控制点数据进行曲面拟合来求系数。如上式可变为：1这里代表，L为控制点的个数，将上式写成距阵形式记为：

同样以Y为主的距阵形式为：

系数确定后，利用公式1便可以根据每一个像元点的行列值求出所对应的原图像对应的值。为了确定校正后图像上每点的亮度值，只要求出其原图点的亮度。

不在采样点数字影像采样函数通常有三种方法：最近邻法、双向线性内插法、三次卷积内插法。I。最近邻法图像中两相临点的距离为1，即行间距为1，列间距为1，取与所计算点（x,y）周围相临的4个点，比较他们与被计算点的距离，哪个点距离最近，就取哪个的亮度值作为（x,y）点的亮度值。设该最近邻点的坐标为（K，L），则：

K=Integer(x+0.5)L=Integer(y+0.5)式中，Integer为取整，于是点（K，L）的亮度值就作为点（x,y）的亮度值。这种方法简单易用，计算量小，在几何精度上精度为0.5个像元，但是处理后的图像的亮度具有不连续性，从而影响了精度。II。双线性内插法取（x,y）点周围的4邻点，在方向（或方向内插两次），再在或方向内插一次，得到（x,y）点的亮度值，该方法为双线性内插法。设4个邻点分别为（i,j）,(i,j+1)，（i+1,j）,(i+1,j+1),i代表左上角为原点的行数，j代表列数。设a=x-I,β=y-j,过（x,y）做直线与x轴平行，与4邻点组成的边相交于点（i,y）和(i+1,y)。先在y方向内插，计算交点的亮度f(I,y)和f(i+1,y).由梯形计算公式：所以：同理：然后，计算X方向组成的内插值来内插值，结果为综合以上3个公式得：其中，i,j的值由x,y取整；实际计算时，先对全幅图像沿行依次计算每一个点，再沿列逐行计算，直到全部点计算完毕。双线性内插法虽然与最邻近法比起来其计算量增加，但是精度明显提高，特别是对亮度不连续现像或线状特征的块状化现像有明显的改善。但是这种内插法对图像起到平滑的作用，从而使对比度明显的分界线变的模糊。换一个角度说明双线性插值法卷积核是一个三角形函数11122122pYXy1y2aby1-yx1-xx2x1双线性插值法示意图双线性插值法双线性插值法加权平均值III。三次卷积内插法这是进一步提高内插精度的方法。其基本思想是增加邻点来获得最佳插值函数。取与计算点相邻的16个点，与双线性内插类似，可先在一个方向上内插，如先在X方向上，每4个值依次内插4次，求出再根据这4个结果在Y方向上内插，得到f(x,y)每一组4个样点组成一个连续内插函数。可以证明，这种三次多项式内插过程实际上是一种卷积运算，所以又叫三次卷积内插。双三次卷积法卷积核可以利用三次样条函数

p11121314213141222324323334424344Yx双三次卷积法示意图

y

x双三次卷积法3.控制点的选取１）Ｎ次多项式控制点的最少数目为:

２）一般来说，控制点应选取在图像上易分辨且较精细的特征点，这很容易通过目视的方法来辨别，如道路的交叉点，河流弯曲或分叉处，海岸线弯曲处等，控制点的选取要均匀．（Ｎ＋１）（Ｎ＋２）／２5.4图像间的自动配准和数字镶嵌一多图像几何配准多图像是指同一地区不同时刻的图像，或不同遥感器获得的多种图像。多图像的几何配准就是指将多图像的同名影像通过几何变换实现重叠，通常叫相对配准；将相对配准的多图像纳入某一地图坐标系统，通常叫绝对配准。多项式和共线方程遥感图像数字纠正方法可以实现多图像的几何配准，例如：采用多项式纠正，一旦在多图像上选择分布均匀、足够数量的一些同名影像作为相互匹配的控制点，就可以根据控制点解求多项式系数，实现一幅图像对另一幅图像的几何校正，从而达到多图像的几何配准。但是在很多情况下，很难找到准确可靠的控制点，所以多图像的几何配准，通常都采用相关函数的原理进行自动配准。多图像自动配准的基本原理是根据对两个图像的近似性的量度，即在两个图像的相对移动中，找出其相似性量度值最大，或差别最小的位置作为图像配准的位置。多图像几何配准基本原理T1T2T3S1S2S3参考图像搜索图像计算两个图像相似性量度值，可以采用不同的方法。应用较多的有：1图像的互相关法两个图像之间的空间相关称为互相关。数字图像的互相关表达式为：为了避免由于图像中不同部位平均亮度值的差别造成的假的峰值，可以用两个图像中亮度值的平方和对进行标准化，即：使其值最大的坐标位置就是两个图像相匹配的位置2绝对差值法该方法是用模块在搜索图像的搜索区内逐个像元地移动并运用下式进行计算在搜索区内，使d(m,n)为最小值的坐标位置（m,n）就是Ti和Si匹配最好的位置。二数字图像的镶嵌当你感兴趣的研究区域在不同的图像文件时，需要对不同的图像文件合在一起形成一幅完整的包含感兴趣区域的图像，这就是图像镶嵌。通过图像镶嵌处理，可以获得更大范围的地面图像。参与镶嵌的图像可以是不同时间同一传感器获得，也可以是不同时间不同传感器获得，但要求镶嵌的图像之间要有一定的重叠度。其过程如下：1图像的几何纠正2镶嵌边搜索：选择一定范围的重叠区，确定一维模板，在重叠区内自左向右进行搜索，按一定的算法计算相关系数，确定该行的镶嵌点，逐行进行搜索镶嵌点可以得到镶嵌边。3亮度和反差调整：求接缝点左右图像的平均亮度值，然后，对一个图像改变整幅图像基色，求出左右图像在接缝边上的灰度极值，对这个图像作反差拉伸。4边界线的平滑：思考题：遥感影像几何纠正的目的是什么？试述多项式校正法纠正卫星图像的原理和步骤。附加知识：软件应用:几何校正的方法图象镶嵌第六章辐射校正

辐射校正一辐射校正的含义二辐射畸变产生的原因三辐射校正的方法

一辐射校正的含义进入传感器的辐射强度取决于两个因素一太阳辐射照射到地面的辐射强度;二地物的光谱反射率。当太阳辐射相同时，像元亮度值的差异直接反映了地物目标反射率的差异。但是在实际测量的时候，辐射强度值还受到其他因素的影响而发生改变。引起图像的失真，这一改变的部分就是需要校正的部分，消除影像中各种失真的过程称为辐射校正.目的是尽可能恢复图像的本来面目，为遥感图像的识别，分类，解译等后续工作打下基础。