第一讲高分辨率遥感基础

高分辨率遥感培训课程2011-04培训大纲第一讲高分辨率遥感概论第二讲高空间分辨率遥感预处理第三讲高空间分辨率遥感处理第四讲高光谱分辨率遥感图像处理（上）第五讲高光谱分辨率遥感图像处理（下）第六讲高分辨率遥感应用第一讲高分辨率遥感概论1．基本概念；2.遥感平台；3．高分辨率遥感新型传感器；4．高分辨率遥感图像的获取模式；5．遥感图像处理流程；6．国内外高分辨率卫星影像介绍。主要内容高分辨率遥感指高空间、高光谱和高时间分辨率遥感。空间分辨率：指遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离，由传感器的瞬时视场角（IFOV）决定。光谱分辨率：指探测器在波长方向上的记录宽度，又称为波段宽度（bandwidth）。时间分辨率：指在同一区域进行的相邻两次遥感观测的最小时间间隔。对轨道卫星，亦称覆盖周期。第一讲高分辨率遥感基础1.基本概念全色Panchromatic高光谱Hyperspectral多光谱Multispectral彩色colorphotography主要通过形状（空间信息）识别地物主要通过光谱信息识别地物增加了颜色的感知加强型的颜色感知光学遥感的发展——空间、光谱分辨率的不断提高1.基本概念第一讲高分辨率遥感基础平台是一种运载工具。遥感平台：遥感中搭载传感器的工具统称为遥感平台（Platform）。目前，平台成熟且能服务于综合应用的主要有：航天遥感平台航空遥感平台地面移动遥感平台第一讲高分辨率遥感基础2.遥感平台第一讲高分辨率遥感基础第一讲高分辨率遥感基础传感器－平台结合起来确定了遥感影像数据的特性，尤其是其分辨率。例如，当一个特定的传感器从更高的高度进行观测时，获取的影像面积增加的同时，可以观测到的细节信息却减少了。根据城市对遥感数据的分辨率需求、数据类型需求、时间需求和预算标准，用户可以确定哪一种影像数据是最合适的。航空遥感平台和卫星遥感平台通常都装载一种或多种传感器。2.遥感平台第一讲高分辨率遥感基础航天遥感平台主要指人造卫星、航天飞机和空间站。传感器的监测需要知道卫星的轨道参数。卫星传感器需要将遥感影像数据发送到地面进行分析和处理。获得的高分辨率全色影像和成像光谱仪数据将能对城市空间数据的快速更新提供服务多波段和多极化方式的雷达数据，将能解决阴雨多雾情况下的城市全天候和全天时对地观测。2.遥感平台—航天遥感平台第一讲高分辨率遥感基础常用轨道参数：轨道高度：轨道高度定义为卫星到地区表面的距离，单位通常为公里。通常情况下，遥感卫星飞行在离地面150公里到36000公里（GEO）。飞行高度影响着能看到地面的范围，影响着能看到地面多大的细节，影响着卫星的空间分辨率。轨道倾角：是卫星飞行平面和赤道平面的交角。卫星飞行的轨道倾角，跟传感器的视场、到地面的高度等都是可以观测的。轨道周期：完成一次完整飞行所需要的时间。重复飞行周期：两次连续经过同一个地方的时间差，通常用天来记录。2.遥感平台--航天遥感平台第一讲高分辨率遥感基础美国IKONOSⅡ卫星第一讲高分辨率遥感基础美国华盛顿（1米）第一讲高分辨率遥感基础QuickBird卫星

QuickBird卫星于2001年10月由美国DigitalGlobe公司发射，是目时世界上唯一能提供亚米级分辨率的商业卫星，具有很高的地理定位精度和海量星上存储。第一讲高分辨率遥感基础西班牙马德里体育场（0.61m）第一讲高分辨率遥感基础航空遥感平台的实现根据操作要求有几种类型的飞机。飞机的高度和飞行姿态对比例尺和获取的影像产生影响。在航空摄影测量中，影像是记录在硬拷贝材质上或者用数码相机记录数字影像。例如多光谱扫描仪，获取的数据可以存储在磁带上和其他的海量存储设备里或者直接传输到接收站。

2.遥感平台—航空遥感平台第一讲高分辨率遥感基础飞机的飞行姿态受风的影响，其相对一个飞行轨道能够由三个不同的旋转角度来表示：旁向倾角航向倾角像片旋角机载卫星定位系统和导航系统能够在规则间隔下测量飞机的方位和三个旋转角度，用于校正由于飞机高度和方位误差造成的遥感数据的几何变形。2.遥感平台—航空遥感平台第一讲高分辨率遥感基础无人机：UAVRS系统

飞艇无人机飞艇第一讲高分辨率遥感基础2.遥感平台—中低空遥感平台无人机优点：

无人机以其机动灵活、成本低、操作及维护简单等特点,在建筑物密集地区、地形复杂的丘陵及多云雾地区相对于常规的航空摄影测量方法具有更强的适应性。无人机搭载的高精度数码成像设备,具备面积覆盖、垂直或倾斜成像的技术能力,获取图像的空间分辨率达到分米级,能够满足1∶1万或更大比例尺遥感应用的需求。缺点：

其获取的影像存在像幅小、数量多、基线短、重叠度不规则且倾角过大等问题。第一讲高分辨率遥感基础2.遥感平台—中低空遥感平台飞艇平流层飞艇与其他平台相比，具有以下几个特点：长期定点驻空可机动飞行，易于部署可承载大型载荷可重复使用良好的飞行特性效费比较高（充气一次4-5万，2层楼高的停放地）可实现综合信息服务第一讲高分辨率遥感基础2.遥感平台—中低空遥感平台地面移动遥感平台，目前主要：有服务于可量测影像数据采集的移动测量系统有服务于城市智能交通的路面检测系统有塔载传感器服务于城市污染监测的各类遥感监测平台2.遥感平台—地面移动遥感平台第一讲高分辨率遥感基础光学卫星：GeoEye-10.41mIKONOS1mCartosat-1（IRS-P5）2.5m；Cartosat-2（印度）－全色1m

QuickBird0.61mRapidEye5个波段的多光谱影像，原始分辨率6.5m德国

ALOS2.5m日本KOMPSAT-2韩国阿里郎卫星，1m全色以及4m多光谱

WorldView-20.5m美国DigitalGlobe公司

ZY-22.36m3-5m雷达卫星：COSMO-SkyMed1mTerraSARX德国1mRadasat-17种模式、25种波束，具有10m-100m多种分辨率

Radasat-2加拿大

3m第一讲高分辨率遥感基础3.新型传感器—航天遥感平台数码相机单面阵数码相机：EQ-90mm-CLR多面阵数码相机：DMC、UCD三线阵数码相机：ADS40第一讲高分辨率遥感基础3.新型传感器—航空遥感平台EQ-90mm-CLR

单面阵航空数码相机获取的是彩色影像。影像幅面小，通常为4kx4k或3kx4.5k左右。但其影像的分辨率高，当摄影比例尺为1：18000，航高3050米时，其影像分辨率达到0.16m，影像清晰度高于IKONOS影像（1.0m）和QuickBird影像（0.61m）。有的系统还装有高精度全球定位系统GPS和惯性测量装置IMS，可提供较高精度的影像外方位元素。相机无框标，但像元行列排列非常规则。第一讲高分辨率遥感基础DMC、UCD

均由4个（全色波段）相机构成大幅面黑白影像和4个（红、绿、蓝＋红外）多光波构成大幅面彩色影像。第一讲高分辨率遥感基础ADS40（1）高度的区域覆盖能力（视场角,宽度）（2）高精度和准确度（空间的和放射性的）（3）多光谱影像（4）线性传感器特性（5）立体成像能力（6）直接的数字工作流程（7）可负担的传感器第一讲高分辨率遥感基础第一讲高分辨率遥感基础德国，Munich飞行高度：2500mGSD:25cmADS40影像第一讲高分辨率遥感基础RGB与近红外ADS40影像第一讲高分辨率遥感基础3.新型传感器—地面遥感平台第一讲高分辨率遥感基础地面成像光谱系统（FISS）3.新型传感器—地面遥感平台第一讲高分辨率遥感基础FISS影像遥感器在扫描工作方式上，基本分为两种模式:摆扫成像、推扫成像。

第一讲高分辨率遥感基础4.高分辨率遥感图像的获取模式摆扫型成像推扫型成像第一讲高分辨率遥感基础4.高分辨率遥感图像的获取模式—摆扫型摆扫成像摆扫型(Whiskbroom)成像由光机左右摆扫和飞行平台向前运动完成二维空间成像，其线列探测器完成每个瞬时视场像元的光谱维获取。优点：可以得到很大的总视场（FOV可达900），像元配准好，不同波段任何时候都凝视同一像元；在每个光谱波段只有一个探测元件需要定标，增强了数据的稳定性；由于是进入物镜后再分光，一台仪器的光谱波段范围可以做得很宽，比如从可见光一直到热红外波段。其不足之处是，由于光机扫描，每个像元的凝视时间相对就很短，要进一步提高光谱和空间分辨率以及信噪比比较困难。第一讲高分辨率遥感基础4.高分辨率遥感图像的获取模式—推扫型推扫成像推扫型成像采用一个面阵探测器，其垂直于运动方向在飞行平台向前运动中完成二维空间扫描。优点：像元的凝视时间大大增加了，因为它只取决于平台运动的地速；相对于摆扫型成像光谱仪，其凝视时间的增加量可以达到103数量级。由于没有光机扫描运动机构，仪器的体积相对比较小。不足之处：由于探测器器件尺寸和光学设计的困难，总视场角不可能做得很大，一般只能达到在30°左右。面阵CCD器件上万个探测元件的标定也很困难。现今的面阵器件主要集中在可见光、近红外波段。园林遥感三维重建目标识别城市管理灾害监测影像城市高分辨率遥感影像遥感影像几何纠正遥感影像辐射校正影像配准影像镶嵌影像增强……影像解译影像分类影像融合特征选择可选操作具体应用处理变化检测环境监测………高分辨率遥感影像处理一般流程第一讲高分辨率遥感基础5.遥感图像处理流程QuickBird卫星分辨率：

0.61米全色

2.44米多光谱幅宽16.5公里450公里高的太阳同步轨道拥有者：美国DigitalGlobe公司第一讲高分辨率遥感基础6.国内外高分辨率卫星影像介绍

QuickBird卫星应用城市规划与监测中的应用左图为印度德里市从左至右是2000年到2005年的变化监测，图中红色区域为变化区域第一讲高分辨率遥感基础

QuickBird卫星应用城市、海洋水污染监测中的应用

通过过QuickBird卫星影像可以直观的监测出城市污水企业所排放的工业废水情况，能及时的作出对环境影响程度的评估,如图所示，在污水放管道的上方（B处和C处）藏有暗道排放，从图片中可以清晰的监测出该管道的精确位置，在A处可以看到由于污染严重，河水表面积累了一层厚厚的油污和浮游物体，给环境带来极大负面影响。

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QuickBird卫星应用农业、林业中的应用采用QuickBird多光谱数据可以对林业的病虫灾害进行快速识别，右图红色区域为识别出来来受到病虫的侵蚀处的树木。第一讲高分辨率遥感基础IKONOS卫星IKONOS卫星于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星.IKONOS可采集1米分辨率全色和4米分辨率多光谱卫星影像，可将全色和多光谱影像可融合成1米分辨率的彩色影像.第一讲高分辨率遥感基础6.国内外高分辨率卫星影像介绍IKONOS卫星产品分辨率全色：1米；多光谱：4米全色波段:0.45-0.90微米多光谱波段1(蓝色):0.45-053微米波段2(绿色):0.52-0.61微米波段3(红色):0.64-0.72微米波段4(近红外):0.77-0.88微米拥有者：美国洛克希德.马丁公司第一讲高分辨率遥感基础IKONOS卫星应用IKONOS用于基础地理信息更新

与航空摄影比较，IKONOS卫星影像具有很大优势：

1、快速采集大范围影像

2、影像覆盖范围大，后期处理投入小

3、定期更新资料方便

4、在边境地区、禁飞区有着不可比的优势第一讲高分辨率遥感基础IKONOS卫星应用IKONOS用于资源调查与管理

IKONOS影像产品广泛应用于城市规划、交通、土地和地籍等现状调查、城市定向监测、电讯基站布站设计、森林管理、水资源管理、河床与水质监测、电力传输、土地登记、港口或海湾管理、采煤区管理、农作物管理、测绘地图、大型工程选址、勘察和已建工程的受损监测、城市三维景观建模以及更新基础地理信息等领域。

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1、IKONOS数据可应用于大比例尺土地利用动态监测，其多光谱影像可满足乡、镇土地利用调查精度要求，成图比例尺为1∶20000，全色波段影像可用于制作1∶10000的土地利用现状图

2、多光谱彩色合成影像可以划分到三级地类如地物边界、所有级别的道路、田埂、建筑物IKONOS卫星应用IKONOS用于土地详查，城市用地监测评估第一讲高分辨率遥感基础IKONOS用于土地详查，城市用地监测评估第一讲高分辨率遥感基础GeoEye-1卫星世界上规模最大的商业卫星遥感公司美国GeoEye，于2008年9月6日成功发射了迄今技术最先进、分辨率最高的商业对地成像卫星——GeoEye-1。该卫星具有分辨率最高、测图能力极强、重访周期极短的特点。第一讲高分辨率遥感基础6.国内外高分辨率卫星影像介绍GeoEye-1卫星真正的半米卫星：全色影像分辨率0.41米，

多光谱影像分辨率1.65米，定位精度达到3米.大规模测图能力：每天采集近70万平方公里的全色影像数据或近35万平方公里的全色融合影像数据.重访周期短：3天（或更短）时间内重访地球任一点进行观测.第一讲高分辨率遥感基础GeoEye-1卫星应用

GeoEye-1高分辨率卫星影像应用前景广阔，在实现大面积成图项目、细微地物的解译与判读等方面优势突出。第一讲高分辨率遥感基础WorldView-2卫星

WorldView-2卫星于2009年10月份成功发射升空。该卫星是著名卫星影像提供商DigitalGlobe公司的第三颗卫星，它配备了全球顶尖的成像工具。星载多光谱遥感器不仅将具有4个业内标准谱段（红、绿、蓝、近红外），还将包括四个额外（海岸、黄、红边和近红外2）。第一讲高分辨率遥感基础6.国内外高分辨率卫星影像介绍WorldView-2卫星下图为WorldView-2卫星与其他高分辨率卫星的参数比较：

第一讲高分辨率遥感基础WorldView-2卫星应用政府部门应用企业应用技术应用政府部门应用：WorldView-2卫星将为政府机构及时的提供最新、最重要地理数据；企业应用：WorldView-2卫星先进的大面积扫描能力、精确的定位系统能为企业在降低成本的同时，提供更准确的全球事态。技术应用：WorldView-2影像和精确的地图结合在一起，将可以得到一个更为真实可靠、详细明了的卫星地图。

第一讲高分辨率遥感基础Cartosat-1（IRS-P5）卫星Cartosat-1号卫星，又名IRS-P5，是印度政府于2005年5月5日发射的遥感制图卫星，它搭载有两个分辨率为2.5米的全色传感器，连续推扫，形成同轨立体像对；数据主要用于地形图制图、高程建模、地籍制图以及资源调查等。Cartosat-1设计寿命5年，目前卫星运行等各项指标正处于最好的时期，数据质量稳定可靠。真2.5米空间分辨率，提供同轨立体像对，立体观测和非立体单片观测两种模式重访周期短，信息含量更丰富

第一讲高分辨率遥感基础6.国内外高分辨率卫星影像介绍

Cartosat-1（IRS-P5）卫星应用地形图制图

以北京市怀柔区某一立体像对作为研究对象，通过对其生产的DLG及DEM产品的精度进行分析，其DLG产品完全满足国家1：50000比例尺地形图的平面精度且满足国家1：25000地形图精度要求；DEM产品高程精度满足国家1：50000DEM的一级产品精度要求，基本满足国家1：25000DEM精度标准。第一讲高分辨率遥感基础

Cartosat-1（IRS-P5）卫星应用资源调查

P5卫星获取数据和其它多光谱数据结合在一起，可以广泛地应用于：国土、海洋、矿产资源调查，林业和农业资源调查，水资源、水土流失调查，环境保护，城市规划。第一讲高分辨率遥感基础

Cartosat-1（IRS-P5）卫星应用第一讲高分辨率遥感基础资源调查

P5卫星的2.5米高分辨率影像，可应用于城市三维立体提取，水利设施监测、电力选线、道路规划以及设施制图等方面。

Cartosat-1（IRS-P5）卫星应用三维信息提取及基础设施规划第一讲高分辨率遥感基础

COSMO-Skymed高分辨率雷达卫星高分辨率雷达卫星COSMO-SkyMed是意大利航天局和意大利国防部共同研发的，该卫星星座共有四颗卫星。

COSMO-SkyMed系统将以全天候全天时对地观测的能力、高重访周期、1米高分辨率为资源环境监测、灾害监测、海事管理及科学应用等相关领域的探索开辟更为广阔的道路。第一讲高分辨率遥感基础6.国内外高分辨率卫星影像介绍COSMO-Skymed高分辨率雷达卫星参数与应用

卫星分辨率：1米扫描带宽：10公里具备雷达干涉测量地形能力可服务于民间、公共机构、军事和商业的两用对地观测系统。第一讲高分辨率遥感基础中巴资源2号（ZY-2）卫星2004年中巴两国正式签署补充合作协议，启动资源02B星研制工作。2007年9月19日，卫星在中国太原卫星发射中心发射，并成功入轨，2007年9月22日首次获取了对地观测图像。资源2号卫星是具有高、中、低三种空间分辨率的对地观测卫星，搭载的2.36米分辨率的HR相机改变了国外高分辨率卫星数据长期垄断国内市场的局面。

第一讲高分辨率遥感基础6.国内外高分辨率卫星影像介绍

中巴资源2号（ZY-2）卫星的应用李德仁等人采用“资源二号”卫星3米全色波段影像监测北京市违章建筑资源二号卫星采用太阳同步轨道设计,可以获取3m全色波段的影像数据.利用卫星的侧摆照相,一个季度以内至少可以一次以上覆盖全市域,为违章建筑的查处提供了良好的时效性,3m的空间分辨率可以满足查处100平方米的违章建筑的要求。第一讲高分辨率遥感基础地球空间信息技术（包括对地观测技术）已成为最有发展潜力的高新技术《Nature》2004年1月号指出美国劳动部已将地球空间技术与纳米技术和生物技术并列为当今最有前途和最具发展潜力的三大高新技术。第一讲高分辨率遥感基础实习（一）主要内容：快速认识ENVIENVI简介——ENVI/IDL的特点先进、可靠的影像分析工具——全套影像信息智能化提取工具,全面提升影像的价值。专业的光谱分析——高光谱分析一直处于世界领先地位。随心所欲扩展新功能——底层的IDL语言可以帮助用户轻松地添加、扩展ENVI的功能，甚至开发定制自己的专业遥感平台。流程化图像处理工具——ENVI将众多主流的图像处理过程集成到流程化（Workflow）图像处理工具中，进一步提高了图像处理的效率。与ArcGIS的整合——从2007年开始，与ESRI公司的全面合作,为遥感和GIS的一体化集成提供了一个典型的解决方案。实习（一）安装目录结构Bin：相应的ENVI运行目录。Data：数据目录，保存一矢量文件夹（一些矢量数据）、两个TM5栅格数据、两个DEM数据和一个高光谱数据。Filt_func：ENVI常规传感器的光谱库文件。例如：aster、modis、spot、tm等。Help：ENVI的帮助文档。Lib：IDL生成的可编译的程序，用于二次开发。Map_proj：影像的投影信息，文本格式，客户可以进行定制。Menu：ENVI菜单文件，可以进行中、英文菜单互换。Save：应用IDL可视化语言编译好的、可执行的ENVI程序。Save_add：客户自主开发的、可执行程序，比如各种补丁程序。Spec_lib：波谱库，不同地区可以有不同的波谱库，用户可以自定义。栅格文件系统和储存ENVI栅格文件格式：ENVI使用的是通用栅格数据格式，包含一个简单的二进制文件（asimpleflatbinary）和一个相关的ASCII（文本）的头文件。ENVI头文件包含用于读取图像数据文件的信息，它通常创建于一个数据文件第一次被

ENVI读取时。单独的ENVI头文本文件提供关于图像尺寸、嵌入的头文件（若存在）、数据格式及其它相关信息。所需信息通过交互式输入，或自动地用“文件吸取”创建，并且以后可以编辑修改。您可以在ENVI之外使用一个文本编辑器生成一个ENVI头文件通用栅格数据都会存储为二进制的字节流，通常它将以BSQ（按波段顺序）、BIP（波段按像元交叉）或者BIL（波段按行交叉）的方式进行存储。栅格文件系统和储存储存窗口菜单界面

，将影像按照需要的格式进行存储，保存的为原始数据，没有拉伸。主影像窗口ImagesAs，将影像按照需要的格式进行存储，存储的影像是显示的影像样式。ZoomAs，将Zoom窗口显示的影像按照需要的格式进行存储。其他窗口下的文件存储例如：Map—Mosaicking的镶嵌窗口下：Apply；SaveTemplate等；Classification等功能下：OutputResultto等。数据输入——一般数据的打开使用OpenImageFile打开

ENVI图像文件或其它已知格式的二进制图像文件。

ENVI自动地