遥感成像原理与遥感图像特征

遥感成像原理与遥感图像特征3.4微波遥感与成像微波波段划分第2页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像微波遥感的特点：1、能全天候、全天时工作2、对某些地物具有特殊的波谱特征：在微波波段，水的比辐射率为0.4，冰的比辐射率为0.99；而在红外波段，水的比辐射率为0.96，冰的比辐射率为0.92。3、对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力。4、对海洋遥感具有特殊意义：适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测5、分辨率较低，但特性明显。

第3页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像微波遥感方式：主动和被动第4页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像微波遥感传感器分类主动方式被动方式1、雷达（侧视雷达）：成像2、微波高度计：不成像3、微波散射计：不成像1、微波辐射计：成像2、微波散射计：不成像第5页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像微波遥感传感器分类微波散射计：测量地物的散射或反射特性微波高度计：测量目标物与遥感平台间的距离，从而准确得知地表高度变化，海浪的高度等参数。根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。第6页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像微波遥感传感器分类微波辐射计

微波辐射计主要用于探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的能力,其发射强度与自身的亮度温度有关。通过扫描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图,对地面物体状况的探测很有意义。亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度。第7页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像微波遥感传感器分类侧视雷达侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面,发射一个窄的波束,覆盖地面上这一侧面的一个条带,然后接收在这一条带上地物的反射波,从而形成一个图像带。随着飞行器前进,不断地发射这种脉冲波束,又不断地接收回波,从而形成一幅一幅的雷达图像。雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标不同部位时，要有时间先后差异，这样从目标反射的回波也同时出现时间差，才有可能区分目标的不同部位。第8页,共37页，2024年2月25日，星期天合成孔径雷达

合成孔径雷达与侧视雷达类似,也是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射信号。所不同的是将发射和接收天线分成许多小单元,每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位置不同，记录的回波相位和强度都不同。目的：提高图象在飞行方向的分辨率。3.4微波遥感与成像微波遥感传感器分类第9页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像侧视雷达工作原理雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能量很强的脉冲波，当遇到地面物体时，被反射回来的信号再被天线接收。由于系统与地物距离不同，同时发出的脉冲，接收的时间不同。第10页,共37页，2024年2月25日，星期天遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行；在波束宽度范围内，地面不同的地物由于距离不同而在不同的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图象扫描线。返回的信号被天线接收并记录下来3.4微波遥感与成像侧视雷达工作原理第11页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像侧视雷达工作原理——有关术语A：飞行方向；B：天底方向E：方位向；D：距离向；C：扫描宽度第12页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像侧视雷达工作原理——有关术语A入射角;B视角;C斜距;D地距;φ俯角φ第13页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像侧视雷达工作原理——有关术语A:近射程（nearrange）;B:远射程（farrange）第14页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像侧视雷达工作原理——距离分辨力Pg在侧视方向的分辨率—距离分辨率Pg=c

/2sin

脉冲持续期（脉冲宽度），

视角，c光速越大（俯角（90-）越小），Pg越小，分辨率越高即：距离越近，距离向分辨率越低ττ/2第15页,共37页，2024年2月25日，星期天距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反沿航线方向的分辨率—方位分辨率，沿迹分辨率Pa=

*R波束宽度，R天线到该像元的倾斜距离=/l,波长，l天线长度Pa=(/l)*R天线越长，Pa越小，方位分辨率越高3.4微波遥感与成像侧视雷达工作原理——方位分辨力Paβ第16页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达（SAR，SyntheticApertureRadar）,也是侧视雷达。基本原理：利用短的天线，通过修改数据记录和处理技术，产生很长孔径天线的效果，等于通过加长天线孔径来提高观测精度。在沿飞行航迹方向上形成一个天线阵列，并与数据记录和处理过程联系在一起。在不同位置接收同一地物的回波信号，信号得到的时间不同，相位和强度不同，形成相干影象。经过复杂的处理，得到地面的实际影象第17页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理第18页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹方向的分辨率为：ra=l/2l为天线长度第19页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理第20页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理第21页,共37页，2024年2月25日，星期天3.4微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理第22页,共37页，2024年2月25日，星期天3.5遥感图像的特征几何特征：目标地物的大小、形状及空间分布特点；物理特征：目标地物的属性特点；时间特征：目标地物的变化动态特点

第23页,共37页，2024年2月25日，星期天3.5遥感图像的特征遥感图象上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来表征图象分辨地面目标细节能力的指标。通常用像元大小、像解率或视场角来表示。像元（pixel）：将地面信息单元离散化而形成的格网单元，单位为米，是组成图象的基本单元。像元越小，空间分辨率越高；像解率是用单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行细线的条数来表示，如线/毫米或线对/毫米；瞬时视场角(instantaneousfieldofview,IFOV):指传感器的张角及瞬时视域，又称角分辨率。

传感器在某一时刻所能感测的外来光（或其它电磁波）所来自的空间角度区域空间分辨率第24页,共37页，2024年2月25日，星期天分辨率（像元大小）=平台高度*角分辨率（弧度）D=H*IFOV如，飞机飞行高度8000米，角分辨率为2.5毫弧度，则地面分辨率为：8000m*2.5*10-3=20m3.5遥感图像的特征空间分辨率第25页,共37页，2024年2月25日，星期天不同空间分辨率的图象第26页,共37页，2024年2月25日，星期天1米第27页,共37页，2024年2月25日，星期天10米第28页,共37页，2024年2月25日，星期天30米第29页,共37页，2024年2月25日，星期天80米第30页,共37页，2024年2月25日，星期天传感器在接收目标辐射的光谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高或：所记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，越宽，分辨率越低不同光谱分辨率的传感器对同一地物的探测效果有很大区别；如MSS（100-200nm）、AVIRIS（10nm）传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值，才能取得好效果感测人体选择8-12m,探测森林火灾应选择3-5m波谱分辨率3.5遥感图像的特征第31页,共37页，2024年2月25日，星期天3.5遥感图像的特征波谱分辨率第32页,共37页，2024年2月25日，星期天3.5遥感图像的特征波谱分辨率第33页,共37页，2024年2月25日，星期天3.5遥感图像的特征辐射分辨率传感器接收光谱信号时，能分辨的最小辐射差。在遥感图象上表现为每一像元的辐射量化级(D)。如6bit,7bit,8bit,11bit,……一个6-bit的传感器可以记录26级（64）的亮度值，一个8-bit的传感器可以记录28级（256）的亮度值，一个12-bit的传感器可以记录212级（4096）的亮度值第34页,共37页，2024年2月25日，星期天8-bit256greys6-bit64greys4-bit16greys3-bit8greys2-bit4greys1-bit2greys辐射分辨率第35页,共37页，2024年2月25日，星期天Maximumbrightness=255Max