《现代遥感导论》PPT课件

1、现代遥感导论,上海师范大学地理系 尹占娥 殷杰,电子教案,使用说明,本电子教案，是为方便教师和学生使 用科学出版社出版的“国家十一五规划” 教 材现代遥感导论（尹占娥编著）而制 作的。,内容说明,电子教案的内容与教材配套，内容丰富全面，各高校在使用时可自行调整选讲的内容和章节，也可根据所掌握的材料，自组教学内容，对重点和难点内容自行调整。同时考虑到本课程目的是使地学、测绘及相关专业的学生掌握遥感理论和应用遥感数据的方法，教案在讲解遥感原理的基础上，侧重于对各种遥感数据和信息提取方法方面的教学，并安排相应的实习内容（参见实习指导光盘），以提高教学效果。,说明,由于时间仓促，本教案难免存在不妥之处

2、，敬请使用者批评指正。 联系信箱：,目录,第一章 绪论 第八章 高光谱遥感数据 第二章 遥感电磁辐射基础 第九章 遥感数字图像处理基础 第三章 传感器 第十章 遥感数据预处理 第四章 航空遥感数据 第十一章 遥感图像的增强处理 第五章 地球资源卫星数据 第十二章 遥感图像的分类 第六章 微波遥感数据 第十三章 分类精度评价 第七章 热红外遥感数据,第一章 绪论,本章提要() 1 遥感概念 2 遥感的特性 3 遥感的分类 4 遥感技术系统 5 遥感的几个基本术语 6 遥感的发展历程 7 遥感的现状与趋势 8 遥感的应用,本章主要介绍遥感概念、遥感的特点、遥感数据、遥感数据类型、遥感数据的应用以及

3、遥感技术的发展。,1 遥感概念,广义遥感: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。 狭义遥感:是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，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。,2 遥感的特性,空间特性:宏观性,大尺度观测 时相特性:周期成像,动态监测 波谱特性:波谱段广,观测范围大,3 遥感的分类,主要按6个方面分类 按遥感探测对象 按遥感平台 按遥感获取的数据形式 按传感器工作方式 按遥感探测的电磁波 按遥感应用,宇宙遥感,地球遥感,航天遥感(150km) 航空遥感(12km) 地面遥感(地面或近地面

4、),成像方式遥感(摄影方式/扫描方式) 非成像方式遥感(光谱辐射计等),主动遥感(雷达) 被动遥感,可见光遥感/红外遥感 微波遥感/紫外遥感等,遥感的分类,4 遥感技术系统,遥感平台 传感器 遥感信息的接收和处理 遥感图像判读和应用,back,遥感平台,地面平台:主要指用于安置传感器的三脚架、遥感塔、遥感车等，高度在100米以下。 航空平台：指高度在12千米以内的飞机和气球。 航天平台：指高度在150千米以上的人造地球卫星、宇宙飞船、空间轨道站和航天飞机等。,人造地球卫星：1、低高度/短寿命（150-350km，几天到几十天） 2、中高度/长寿命（350-1800km，3-5年） 3、高高度/

5、长寿命（36000km，10年以上）,back,传感器,传感器也称遥感器或者探测器，是远距离感测和记录地物环境辐射或反射电磁能量的遥感仪器。根据记录方式不同，主要分为成像方式和非成像方式两类。 传感器一般由信息收集、探测系统、信息处理和信息输出4部分组成。,back,5 遥感的几个基本术语,地物光谱差异 辐射记录差异 空间分辨差异 几何误差 像片格式与数字格式的可转换性 遥感成像系统 大气作用,6 遥感的发展历程,摄影术阶段 空中气球摄影阶段 飞机摄影阶段 航空遥感阶段 卫星遥感阶段 中国的遥感发展简况,7 遥感的现状与趋势,多分辨率多遥感平台并存，空间分辨率、时间分辨率及光谱分辨率普遍提高；

6、 微波遥感、高光谱遥感迅速发展 遥感的综合应用不断深化 商业遥感时代到来,8 遥感的应用,农林方面的应用 地质、矿产方面的应用 水文、海洋方面的应用 环境保护方面的应用 测绘方面的应用 地理学方面的应用,第二章 遥感电磁辐射基础,本章提要() 1 电磁波谱 2 辐射基本定律 3 太阳辐射 4 太阳辐射与大气的相互作用 5 太阳辐射与地面的相互作用 6 三种遥感模式,本章主要介绍遥感的物理基础，包括地物的电磁波特性、辐射基本定律、太阳辐射、大气和地面与太阳辐射的相互作用、大气窗口的概念、地物反射太阳光谱的特性、三种遥感模型等。,1 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

7、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3108 m/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。,电磁波传播示意图,电磁波谱,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： r射线x射线紫外线可见光红外线微波无线电波。 电磁波谱示图,各电磁波段主要特性,紫外线：波长范围为0.010.38m，太阳光谱中，只有0.30.38m波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000 m以下。 可见光：波长范围：0.380.76m，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

8、围为0.761000m，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1 mm1 m，穿透性好，不受云雾的影响。 无线电波：波长范围10-3 104m之间，主要用于广播、通信等方面。,红外线的划分,近红外：0.763.0m，与可见光相似。 中红外：3.06.0m，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。 远红外：6.015.0m，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。 超远红外：15.01000m，多被大气吸收，遥感探测器一般无法探测。,2 辐射基本定律,黑体辐射 普朗克辐射(Planck)定律 斯特潘-玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann) 定律 基尔霍夫（Ki

9、rchho)辐射定律 维恩(Wien)位移定律,黑体辐射,黑体是绝对黑体的简称，指在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数恒等于1（100%）的物体。黑体的热辐射称为黑体辐射。,黑体模型,普朗克辐射(Planck)定律,普朗克定义了一个常数(h)，给出了黑体辐射的能量（Q）与频率（）之间的关系： Q=h h普朗克常数，6.62610-34 焦秒（JS）,斯特潘-玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann) 定律,对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂芬玻尔兹曼定律。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方成正比。,: 斯蒂芬玻尔兹曼常数，5.66970.00297）1012 Wcm-

10、2K-4,红外装置测试温度的理论根据。,基尔霍夫（Kirchho)辐射定律,给定温度下，任何地物的辐射通量密度W与吸收率之比是常数，即等于同温度下黑体的辐射通量密度。,发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不发射该波长的电磁波。,维恩(Wien)位移定律,黑体辐射的峰值波长max与绝对温度T的乘积是常量 ，即：,b : 常数，2897.80.4 m K,黑体温度增加时，其辐射曲线的峰值波长向短波方向移动。,3 太阳辐射,在大气上界测得的太阳辐射光谱曲线为平滑的连续的光谱曲线，它近似于6000K的黑体辐射曲线。,太阳辐射光谱及大气的作用,太阳辐射能量分布,太阳

11、光谱曲线,太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射； 太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 0.76 m的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 m左右； 到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 3.0 m波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外； 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减； 各波段的衰减是不均衡的。,4 太阳辐射与大气的相互作用,大气概况 大气的吸收作用 大气的散射作用 大气窗口 大气校正,大气结构,从地面到大气上界，大气的结构分层为： 对流层：高度在712 km,温度随高度而降低，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。 平流层：高度在1250 km，底部为同

12、温层（航空遥感活动层），同温层以上，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。 电离层：高度在501 000 km，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。 大气外层：80035 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。,大气成分,大气主要由气体分子、悬浮的微粒、水蒸气、水滴等组成。,气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3 悬浮微粒：尘埃,大气的吸收作用,大气的吸收作用：大气中的各种成分对太阳辐 射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带。,大气的散射作用,不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主

13、要原因。 对遥感图像来说，降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。 散射主要发生在可见光区。 大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射：d ,大气窗口,概念：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫大气窗口。,主要大气窗口与遥感应用,大气校正,概念：为消除由大气的吸收、散射等引起失真的辐射校正，称作大气校正。 大气对遥感图像的影响与波长、时间、地点、大气条件、大气厚度、太阳高度角等因素有关。 按照校正的过程，可以分为间接大气校正方法和直接大气校正方法。,直接大气校正是指根据大气

14、状况对遥感图像测量值进行调整，以消除大气影响。,间接大气校正指对一些遥感常用函数，如NDVI 进行重新定义，形成新的函数形 式，以减少对大气的依赖。,5 太阳辐射与地面的相互作用,反射作用 反射率的概念 反射光谱曲线 常见地物的光谱曲线 吸收作用 透射作用,反射作用,镜面反射,漫反射,实际地面反射,反射率的概念,反射率（）：地物的反射能量与入射总 能量的比，即=(P/ P 0)100% 地物在不同波段的反射率是不同的。 反射率是可以测定的。 反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。 地物的反射光谱曲线：反射率随波长变化的曲线。,反射光谱曲线,地物反射率随波长是变化的，我们以波长作为横坐标

15、，反射率作为纵坐标，将地物反射率随波长的变化绘制成曲线，即地物的反射率随波长变化的曲线，叫地物的反射光谱曲线。不同地物的该曲线是不同的。,不同地物反射波谱曲线分析,常见地物的光谱曲线,植物光谱曲线 水体光谱曲线 土壤光谱曲线 岩石光谱曲线,吸收作用,太阳辐射到达地面，一部分能量被地物吸收并且转换成热能，使地表具有一定温度再发射，被称为“热辐射”。 发射率是地物的辐射能量与相同温度下黑体辐射能量之比，又叫比辐射率。 温度一定时，地物的发射率随波长变化的曲线，叫地物的发射光谱曲线。 地表的辐射温度，也叫亮度温度或表征温度，是指能辐射出与观测地物相等辐射能量的黑体温度。,back,常见地物的发射率（

16、赵英时，2003）,back,各类岩浆岩的发射率（梅安新等，2001）,back,透射作用,太阳辐射到达地面时，能穿透地面一定深度，这种现象叫透射。 自然界绝大多数地物对可见光没有透射能力。 红外线只对具有半导体特性的地物，才有一定的透射能力。 微波对地物具有明显的透射能力，其透射深度由入射微波的波长决定。 水体对可见光波段的电磁波透射能力较强 。,6 三种遥感模式,依据传感器探测能量的波长和研究需要， 一般有三种基本的遥感模式： 可见光/近红外遥感 热红外遥感 主动遥感,传感器记录地球表面反射太阳辐射的能量， 此类遥感主要集中在可见光和近红外波段,传感器记录地表自身所发射的辐射能量， 此类遥

17、感主要集中在热红外波段,传感器自身发射出能量，然后探测 并记录地表对该能量的反射,第三章 传感器,本章提要() 1 传感器的组成 2 传感器的分类 3 摄影型传感器 4 扫描方式的传感器 5 传感器的发展趋势,本章主要介绍传感器的组成、分类、各种传感器及其数据获取的成像原理和方式以及传感器未来的发展趋势。,1 传感器的组成,传感器基本上都由收集器、探测器、处理器、输出器等4部分组成 收集器：收集来自目标地物的电磁波能量。 探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。 处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理 输出器：输出获得的图像、数据。,2 传感器的分类,按传感器工作方式 按传感器记录方式

18、 按成像原理和所获取图像性质,主动式传感器和被动式传感器,成像方式的传感器和非成像方式的传感器,摄影方式传感器、扫描方式传感器和雷达,3 摄影型传感器,遥感中常见的摄影机有单镜头框幅式摄影机、缝隙式摄影机、全景式摄影机、多光谱摄影机。,航空摄影机结构示意图,航空摄影机,测图用的航空摄影机须满足很好的光学条件及几何条件： 镜头畸变要小； 解象力要高，包括在图像的边缘部分都能得到清晰的图像； 光轴与胶片平面必须正交； 可以精密测量出光轴与象面的位置关系，即摄影机的内方位元素 胶片应具备严格的平面性，要用真空装置将胶片压紧； 为使相机在高速运动中取得清晰的、消除象移的图像，要配有使胶片平面移动的象移

19、补偿装置。,常用的航空摄影机,常用航空相机的性能（庄逢甘等，1997）,航天摄影机,航天摄影机，在满足上述6条基本要求外，还会遇到 以下一些特殊问题需要解决，即： 必须选择表面质量、光学均匀性和抗弯强度极好的玻璃做为窗口，并有清除窗口污染的装置 为了随时得到合适的曝光量，必须装备自动暴光控制装置 控制窗口内合适的温度、压力和湿度，尽量减少这些因素对空间摄影机光学系统的影响 由于星体的快速移动、平台高度大，须采用高感光度的胶片 为了补偿胶片变形，一般带有格网摄影,目前常用的航天摄影机:RMK-A3023摄影机 ,美国的大像幅摄影机(LFC),4 扫描方式的传感器,光机扫描仪 推帚式扫描仪（CCD

20、固体扫描仪） 高光谱传感器 侧视雷达传感器,光机扫描仪,光机扫描仪是借助于遥感平台 沿飞行方向运动和传感器本身 光学机械横向扫描达到地面覆 盖、得到地面条带图像的成像 装置。主要有多光谱扫描仪 （MSS）和红外扫描仪两 种，它们主要由收集器、分光 器、探测器、处理器和输出器 等几部分组成 。,光机扫描仪数据采集原理,推帚式扫描仪（CCD固体扫描仪）,推帚式扫描仪是把多CCD 探测元件按线性排列方 式，装置成与卫星前进方 向垂直，而且探测元件的 数目等于扫描线上的像元 数，沿卫星前进方向推帚 式扫描成像。CCD扫描仪 按其探测器的排列形式不 同，分为线阵列扫描仪和 面阵扫描仪两种。,推帚式扫描仪

21、的数据采集(Campbell, 2003),高光谱传感器,成像光谱 多光谱扫描仪将可见光和红外波段分割成若干波段，在一定波长范围内，被分割成的波段数愈多（即波谱取样点愈多），愈接近于连续波谱曲线，因而使得扫描仪在取得目标物图像的同时，也能获取该地物的光谱组成。 这种既能成像又能获取目标光谱曲线的 “谱像合一”技术才称为成像光谱技术。 按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。,高光谱传感器,高光谱成像技术 遥感进展中的新技术，其图像由多达数百个波段的非常窄的连续光谱段组成（常用的多光谱扫描仪只有几个十几个波段），光谱覆盖了可见光、近红外、中红外、远红外区域全部光谱段，其光谱仪成像多采用扫描式或推扫式

22、，可以收集200以上波段的数据，所的图像中每一个像元均能得到连续的反射率曲线（而传统的光谱仪在波段之间存在间隔）。 高光谱成像光谱仪工作方式 掸扫式（光/机）：主要用于航空遥感中，较慢的飞行速度是空间分辨率的提高成为可能。 推扫式：有多少个波段就有多少个探测元件。由于像元的摄影时间长，系统的灵敏度和空间分辨率的提高完全可以实现。,侧视雷达传感器,侧视雷达（side looking radar）属于主动式遥感传感器。成像时雷达本身发射一定波长的电磁波波束，然后接收该波束被目标地物发射回的信号，从而探测目标地物的特性。侧视雷达发射的波长主要在微波范围内，因此雷达图像又叫微波图像。 侧视雷达分为真实

23、孔径侧视雷达（SLAR）和合成孔径侧视雷达（SAR）两种。,5 传感器的发展趋势,传感器的重要发展趋势主要有： 更高分辨率传感器 更精细的光谱分辨率传感器 多波段、多极化、多模式合成孔径卫星雷达传感器 可进行立体观测和测量的传感器,立体观测和测量的传感器,同轨立体观测方式,异轨立体观测方式,第四章 航空遥感数据,本章提要() 1 航空遥感平台 2 航空摄影 3 航空像片 4 航空像片的立体观测与立体测量 5 航空像片的目视判读 6 常见地物的像片判读,本章主要介绍航空遥感 的发展、航空遥感平台 的类型、航空摄影原理 和方法、航空像片的立 体观测与立体测量以及 各种类型的航空遥感数 据的判读方法

24、和步骤等。,1 航空遥感平台,航空遥感平台一般在海拔12km以下的大气（平流层、对流层），主要包括气球和飞机两种。 气球 飞机,低空气球：发送到对流层中的气球。大多数可人工控制在空中固定位置上进 行遥感。用绳子拴着的气球叫系留气球，可升至地面上空5km处。 高空气球：发送到平流层中的气球。大多是自由漂移的，可升至1240km。,低空飞机：高度在2000m以下。利用它能获得大比例尺、中比例尺航空遥感 图像。直升飞机可以低至10m，遥感实验时，飞机一般在1000 1500m高度范围内飞行。 中空飞机：高度在20006000m，通常遥感实验时的飞行高度在3000m以上。 一般用它获得中小比例尺的航空

25、遥感图像。 高空飞机：高度在1200030000m，有人驾驶机飞行高度一般在12000m左 右，无人机可达2000030000m高度。,2 航空摄影,航空摄影机 航空摄影机是航空遥感的传感器，一般安装在飞机平台上，从空中对地面进行像片拍摄。 航空摄影机的种类主要有四种，即单镜头框幅航空摄影机、多镜头框幅航空摄影机、条带航空摄影机和全景航空摄影机。其中以单镜头航空摄影机最为常用。,航空摄影的类型,按航摄倾角分类 按摄影实施方式分类 按感光片和波段分类 按比例尺分类,垂直航空摄影 倾斜航空摄影,单片摄影 单航线摄影 面积摄影 (多航线摄影),普通黑白摄影 黑白红外摄影 天然彩色摄影 彩色红外摄影,

26、大比例尺航空摄影：所获像片比例尺大于1l0 000 中比例尺航空摄影：像片比例尺为110 000130 000 小比例尺航空摄影：像片比例尺为130 0001l00 000 超小比例尺航空摄影：比例尺为1100 0001250 000,航空摄影测量,航空摄影测量是应用光学原理，利用光学仪器通过有一定重叠率的像对来获得地物和地形的光学立体模型，并在此基础上进行立体测图。 航空摄影测量的作业分外业和内业 航空摄影测量所用的测图方法主要有综合法、全能法、分工法（微分法）。,外业:像片控制点联测 内业:加密测图控制点 像片调绘 测制地形原图 综合法测图,航空扫描成像,航空扫描成像主要指在航空平台上以扫

27、描方式进行的成像。 包括：雷达扫描成像、热红外扫描成像、多光谱扫描成像以及高光谱扫描成像。,3 航空像片,航空像片的物理特性是指航空像片的色调 或色彩、灰阶、亮度系数等，主要由地物 的反射特性和感光材料的感光特性决定的。 航空像片的物理特性 航空像片的几何特性 航片分辨率,航空像片的物理特性,地物反射特性 航空像片上物体的色调，主要取决于摄影时的照度和物体对入射光的反射率。摄影时照度越大，地物反射率越高，地物亮度就越大，像片的色调就越浅。一般用亮度系数来表示地物的反射率大小。,亮度系数（P）是指在相同照度条件下，某物体表面亮度（B）与 绝对白体（全白的物体）理想表面亮度（B0）之比，即：P=B

28、/ B0,几种地物的亮度系数,亮度系数有以下几个特点： 1物体的亮度系数变化范 围很大。 2同种物体，由于干湿程 度的不同，其亮度系数 也不同，潮湿的物体亮 度系数小，干燥的物体 亮度系数大。 3表面粗糙的物体比表面 光滑的物体亮度系数小。 4物体的亮度系数与颜色 有关。通常白色物体为 白色，黑色物体为黑色。 5性质完全不同的物体也 可能具有相同的亮度系 数。,感光材料的特性,感光材料（胶片或印像纸）主要是由感光乳剂层 和片基构成。 普通黑白胶片一般是全色片，它能感受全部可见光（但对绿光感受较差）。 黑白红外胶片的感光层中含有感受红外光的物质，能直接记录人眼看不见的近红外光。 彩色胶片是由对蓝

29、、绿、红三种波长分别敏感的三层乳剂组成，能感受全部可见光，形成天然彩色像片。 彩色红外胶片是由对绿、红、近红外三种波长分别敏感的三层乳剂组成，能感受可见光-近红外波段，形成彩色红外像片，其颜色与天然彩色像片不同，其中植被为红色。,感光材料的主要性能指标,感光度：感光的快慢程度。 反差：感光材料最大光学密度与最小光学密度之差，也称为黑白差。 分辨率：对景物细微部分的表现能力，通常用一毫米宽度内能够清楚地识别出黑、白相间的平行线对数来表示。 感光特性曲线：对于同一种感光材料，在同一标准光源下，同一距离作不同时间的曝光，经过相同条件的摄影处理，一起测定感光片的密度值。,航空摄影时需要选择感光度高、反

30、差适中、有较高分辨率的 感光材料。以获得影像清晰、层次丰富的高质量航空像片,back,感光特性曲线,back,航空像片的几何特性,航空像片属于中心投影 航片的特征点线 像点位移 航片的比例尺,航空像片属于中心投影,中心投影：空间任意直线均通过一固定点（投影中心）投射到一平面（投影平面）上而形成的透视关系。,航片中心投影,航片的特征点线,航空像片的特征点和线,像点位移,地形的起伏和投影面的倾斜会引起航片上像点位置的变化，叫像点位移。 因地形起伏引起的像点位移，又称投影差；因像片倾斜引起的像点位移，又称倾斜误差。,投影差,投影差大小与像点至像主点的距离成正比。像片中心部分投影差小，像主点是唯一不因

31、高差而产生投影差的点。 投影差大小与高差成正比。高差为正时，投影差为正，即像点离中心点向外移动；高差为负时（即低于起始面），投影差为负，即像点向着中心点移动。 投影差与航高成反比，即航高愈高，投影差愈小。,倾斜误差,倾斜误差的方向是在像点与等角点的连线上。 倾斜误差与像点距等角点距离的平方成正比。 当=0或=180时，=0，即在等比线上的像点不因像片倾斜而产生位移。 像片边缘的倾斜误差是相当大的，因此尽可能地使用像片中心部分。,航片的比例尺,航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比，称为像片比例尺。 在平坦地区，像片的比例尺处处一致，像片比例尺等于焦距（f）与航高（H）之比，即1/M=f/

32、H。 由于实际地形起伏不平，水平像片比例尺的一般公式应为：1/M=f/(H0h)（h为地面点与基准面的高差）。,航片分辨率,航空像片的分辨率主要取决于航空摄影机镜头分辨率和感光乳剂的分辨率，但地景的反差、大气的光学条件、飞机的平稳程度，以及曝光正常和显影等，都会影响航片的分辨率。 衡量航空像片分辨率大小的指标有两种：地面分辨率（GRD）和每毫米线对（LPM）。,空间分辨率最简单的度量指标就是地面分辨距离（GRD），地面分辨 距离定义为影像所记录的最小目标物的大小。,每毫米线对（LPM）,每毫米线对（LPM）是一种用标准化分辨目标测算影像分辨率的方法。它是在地面安置一个分辨率标准目标，在特定的时

33、间由遥感系统记录下来后量测地面分辨距离（GRD）。 在航空摄影中，量测得到的每毫米线对（LPM）分辨率，可以转换为地面分辨距离，其计算方法如下： GRD=,GRD是地面分辨距离，单位为m；H是相对地面的飞行高度，单位 是m；f是焦距，单位是mm，R是系统分辨率，用每毫米线对表示。,4 航空像片的立体观测与立体测量,立体观察原理 像对立体观察 用立体镜进行像对立体观察 航片的立体量测,立体观察原理,用光学仪器或肉眼对一定重叠率的像对进行观察，获得地物和地形的光学立体模型，称为像片的立体观察，它的原理是根据人对物体的双眼观察。 双眼观察立体的原理： （1）眼睛的结构：相当于一架能自动调节焦距和光圈

34、的摄像机。 （2）立体的形成：取决于双眼观察。,单眼观察,双眼观察,轴向旁偏斜时，两眼网 膜上成像比例尺不一致,像对立体观察,像对立体观察是指用双眼对相邻两摄影站对同一地区摄取的两张像片进行观察，而生成空间光学立体模型的观察过程。,象对立体观察,立体观察必须满足下列条件： 1.必须是由不同的摄影站对同 一地区所摄影的两张像片。 2.两张像片的比例尺相差不得 超过16%。 3.两眼必须分别各看两张像片 上的相应影像，即左眼看左像 ，右眼看右像。 4.像片所安放的位置，必须能 使相应视线成对相交，相应点 的连线与眼基线平行。,用立体镜进行像对立体观察,立体镜的构造,桥式立体镜,反光立体镜,用立体镜

35、观察像片的方法,用立体镜进行像对立体观察时，首先要将像片定向。然后将立体镜放在像对上，使立体镜观察基线与像片基线平行。同时用左眼看左像，右眼看右像。,象片定向,航片的立体量测,根据像对构成的立体模型，可以用来测量地形像点间的高差。 立体量测时，两像片的坐标轴是共同的，通常将像主点作为坐标系的原点，x轴是两张像片上像主点的连线，y轴是通过像主点垂直于x轴的直线，每一个立体像对中，都具有一个横坐标轴x和两个纵坐标轴y和y。,像片的直角坐标,x值在像主点右边 为正，左边为负； y值在像主点上边 为正，下边为负,像点的高差与左右视差的关系,像对上同名地物点的横坐标差称为左右视差。,横视差与高差的关系,

36、据相似三角形原理推导出 像点间高差与像点左右视 差关系的公式： h=,h为C点相对基准点A的高 差；P=（Pc-Pa），b 为像片上摄影基线长；HA 为基准点的航高（或平均 航高）。,用视差杆量测左右视差较,视差杆是反光立体镜的主要附件，也叫视差测微尺。,视差杆,航空像片的目视判读,判读标志 判读方法 航片的目视判读步骤,判读标志,形状 大小 色调/色彩 阴影 组合图案,形状,任何地物都具有一定的几何形状，由于地物各部分反射光线的强弱不同，在像片上反映出相应的形状。 航空像片上地物影像的形状是地物的顶部形态。,煤气罐,河流及江心洲,火山,新月形沙丘及沙丘链,大小,地物影像的（尺寸）大小，不仅能

37、反映地物的一些数量特征，而且还能据此判断地物的性质。 要正确判定地物的大小，必须了解像片的比例尺。一般量测像片上影像大小的方法和地形图上相同，其计算公式如下：L= l M 式中：L地物实际尺寸；l地物的影像尺寸；M航空像片比例尺分母。,色调/色彩,色调是地物电磁辐射能量在影像上的模拟记录，在黑白影像上表现为灰度，在彩色影像上表现为色彩。 黑白影像上根据灰度差异划分为一系列等级，称为灰阶。一般情况下从白到黑划分为10级，也有分为15级或更多的。 彩色影像上人眼能分辨出的彩色在数百种以上，常用色别、饱和度和明度来描述。 影响地物色调/色彩的因素包括物质结构组成、含水性、传感器的接收波段、感光材料特

38、性、摄影季节和时间、洗印技术等因素。,阴影,地物的阴影可分为本身阴影和投落阴影两部分。本身阴影（简称本影）是地物本身未被阳光直接照射到的阴暗部分的影像；投落阴影（简称落影）是在地物背光方向上地物投射到地面的阴影在像片上的构像。,航空象片上色调与光照方向的关系,组合图案,不同植被类型的组合图案,不同类型农田的组合图案,判读方法,直接判定法：依据判读标志，直接识别地物属性。 对比分析法：将像片上待判别的影像，与已知地物类别的影像或标准航片，以及区域各种已知地物类别的地图或专题地图进行比较，以判定该地物的性质和类别。 量测法：地物的数量特征，是通过仪器量测计算求得。 逻辑推理法：利用各种现象之间的关

39、系，依照专业逻辑推理进行的判读。 历史对比法：利用不同时间重复成像的航片加以对比分析，从而了解地物与自然现象的变化情况。,航片的目视判读步骤,准备工作 室内判读 野外校核 成图与总结,资料准备 工具材料准备 熟悉地理概况 圈定像片使用面积 像片镶嵌图的制作,解决判读中的疑问和错误 建立解译标志 检验和评价解译结果,6 常见地物的像片判读,水体判读 植被判读 居民地判读 道路判读,水体判读,水强烈吸收红外光，并吸收红光，对蓝绿光反射较强。在彩红外像片上常呈蓝黑色、蓝灰色。 河流判读：界线明显、弯曲自然、宽窄不一的条带状。能判读流向、河宽、流速、桥梁、码头等附属物。 湖泊的判读：轮廓明显的形状、色

40、调较暗。能判读其形状、面积。 海域的判读：浅海海域一般为浅蓝色，深海一般为深蓝色。能清晰地判读出海岸线、潮侵地带、高潮、低潮位置。,河漫滩牛轭湖,侵蚀海岸,深切河流,黄土地区弯曲河流,植被判读,判读标志为：色调/色彩和纹理结构。 纹理结构：细小地物在影像上构成的组合图案。地物的性质不同，组合图案也不同，以此来判读地物群体的性质。 以判读植物群落为主。 植被的判读受季节影响显著。 判读时充分考虑植被的立地条件。,公园绿化植被,天然草操场,人造草操场,居民地判读,城市居民地的判读特点：房屋稠密，面积较大，建筑物排列整齐，能判读建筑物的形状、高度和周边环境。 农村居民地的判读特点：小而分散，有农田包

41、围，能判读居民地的外形和面积及通向居民地的道路。,居民镇,乡村,道路判读,城市的道路呈条带形状很容易判读。 铁路在航空像片上一般为深灰色调，呈线状延伸，转弯较平滑均匀。铁路沿线有停车站、水塔等附属建筑，与其它道路相交时，无论公路或大路一般为垂直交叉通过铁路。 公路与铁路的形状相似，均为线状，但公路转弯较急，曲率半径小，与乡村大路相交不一定成直角。乡村道路多为浅灰色或白色的线条，宽窄不一，边缘往往不清晰。乡村大路，在经过规划的地区，多为直线或折线状，在山区则多为曲线。农村小路比大路窄，影像常为浅色的细线。,航空像片上的道路,第五章 地球资源卫星数据,本章提要() 1 概述 2 Landsat(陆

42、地）卫星简介 3 Landsat(陆地）卫星轨道 4 Landsat(陆地) 卫星工作系统 5 Landsat(陆地）卫星数据特征 6 卫星遥感数据的目视判读 7 其它地球资源卫星数据 8 气象卫星数据,本章主要介绍Landsat 等地球资源卫星和气象 卫星的基本原理、数据 的基本特征和图像数据 目视解译的方法等。,1 概述,以探测地球资源为目的的卫星叫地球资源卫星。 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）

43、印度遥感卫星(IRS)； （7）中-巴地球资源卫星（CBERS）。,2 Landsat(陆地）卫星简介,Landsat (陆地）卫星是目前世界范围内应用最广泛的民用对地观测卫星,3 Landsat(陆地）卫星轨道,地球资源卫星在天空中所走过的路线叫做它的空中轨道（简称轨道）。 Landsat(陆地）卫星的运行特征： （1）近极地、近圆形轨道 （2）运行周期 （3）轨道高度为700900 km （4）轨道运行与太阳同步,Landsat(陆地）卫星轨道特征,Landsat(陆地）卫星的轨道十分接近于正圆轨道,卫星轨道,back,Landsat(陆地）卫星运行周期,卫星运行周期是指卫星绕地球一周所需

44、的时间。 Landsat 13的重复周期为18天，Landsat 47为16天。,Landsat(陆地）卫星轨道示意图,4 Landsat(陆地)卫星工作系统,Landsat(陆地)卫星的工作系统主要包括遥感试验系统、星载系统和地面控制、接收和处理系统。 试验系统 星载系统 地面控制、接收和处理系统,星载系统,Landsat(陆地）卫星的星载系统包括两个分系统：自动调节控制分系统和传感器分系统。 自动调节分系统包括：控制卫星姿态的装置，卫星与地面联系和星体内仪表运行程序控制的装置，保证卫星轨道符合设计要求的轨道调整装置以及卫星能源供应等。 传感器分系统： Landsat(陆地）卫星上装置的传感

45、器有反束光导管摄像机（RBV）、多光谱扫描仪（MSS）、专题制图仪（TM、ETM）。,多光谱扫描仪（MSS）,MSS波段和波长范围,MSS采集地面数据,back,专题制图仪(TM),TM波段、波长范围及分辨率,back,增强型专题制图仪（ETM）,ETM波段、波长范围及分辨率,5 Landsat(陆地）卫星数据特征,Landsat(陆地）卫星图像是地面各种地物光谱特性的反映，在判读时首先必须了解影像色调/色彩的差异、光谱效应以及空间分辨率等物理特性。 灰阶 光谱效应 空间分辨率 成像季节对图像判读的影响,灰阶,地面上各种地物的辐射强度表现在像片格式的卫星图像上是色调的深浅，对色调深浅的分级称为

46、灰阶。 多光谱扫描图像和专题制图仪的图像灰阶划分为15级，第一级是辐射强度最强的，呈白色；第15级辐射强度相当于0，呈黑色。,陆地卫星图像及注记,灰标是各级灰 阶的视觉标志 ，每幅像片格 式的卫星图像 的下边框都附 有灰标。,光谱效应,不同波段的图像对水体、植被等地物的光谱效应 是不同的。 TM1：蓝波段，对水体的穿透力强，对叶绿素及其浓度反映敏感 TM2：绿波段，对健康茂盛植物反映敏感，对水的穿透力也较强 TM3：红波段，广泛用于地貌、岩性、土壤、植被、水中泥沙流等方面 TM4：近红外波段，对植物、土壤等地物的含水量敏感 TM5：近红外波段，对地物含水量很敏感 TM6：热红外波段，对植物分类

47、和估算作物产量很有用 TM7：近红外波段，为地质学研究追加的波段，该波段处于水的强吸收带，多用于城市土地利用与制图，岩石光谱反射及地质探矿与地质制图等方面,Landsat(陆地）卫星图像的几何特性,Landsat(陆地)卫星图像的几何特性主要是地面接收站对所接收的遥感数据进行地理坐标、投影、分幅编号以及遥感数据获取时的状态参数，如成像时间、波段、太阳高度角等 地理坐标 投影性质 重叠 编号 Landsat(陆地）卫星的符号和注记,重叠,航向重叠 Landsat图像是连续扫描成像的，相邻图像的航向重叠是由地面处理机构在分幅时处理形成的，用以拼接相邻图像使用。重叠的宽度为16km，占像幅的9。 旁

48、向重叠 旁向重叠是轨道间相邻图像的重叠，是由轨道间距和成像宽度决定的。在赤道地区轨道间距为159km，成像宽度为185km，有26km重叠，占像距的14%。随着纬度的提高而加大，在两极上空达到最大。,Landsat(陆地）卫星的发展,美国国家宇航局（NASA）今后将着重对 Landsat(陆地） 卫星系统进行以下几个方面的改进： 传感器性能方面：包括空间分辨率、辐射测量(如检校、信噪比、量化、随时间稳定性和光谱分辨率等)和相应的几何特性(如波段间的配准、像元与地面配准等)。 飞行器定位技术、稳定性和姿态控制能力，以改善波段间配准和像元地理配准。 星上数据处理系统和数据传输能力以及改进地面数据接

49、收和处理系统。 因此，未来Landsat(陆地）卫星的对地观测系统将为用户提供更为有价值的地表信息。,Landsat参考网站, （中国卫星遥感地面站） /（美国国家宇航局） / (美国国家地质调查局) / （ Landsat(陆地）卫星官方网站）,6 卫星遥感数据的目视判读,概述 卫星图像的判读标志 卫星图像的判读方法 卫星图像的判读步骤 常见地物的目视判读,概述,卫星图像目视判读分析特点： （1）卫星图像更具宏观性特点 （2）卫星图像具有多波段特点 （3

50、）卫星图像具有周期成像特点,卫星图像的判读标志,卫星图像的判读标志是指卫星图像上反映出的地物和现象的图像特征。 卫星图像的判读标志也可概括为：色调/色彩、形状、大小、阴影和组合图案等特征。,卫星图像的判读方法,直接判读法 对比分析法 逻辑推理法,一般是依据其色调标志和图型标志进行直接判读,对不同波段、不同时相的图像以及与地面已知资 料或实地进行对比分析,大豆、玉米反射光谱曲线随时间变化的情况,借助各种地物和自然现象 间内在联系，结合图像上 表现出的特征，用专业知 识的逻辑推理方法，判定 某一地物或现象的存在及 其属性,卫星图像的判读步骤,准备工作 室内判读 实地（野外）校核验证 成图总结,常见

51、地物的目视判读,水体判读 植被判读 土壤判读 地貌判读 城镇判读,水体判读,水体在卫星图像上要较其他地物容易判读。 尤其在近红外波段的影像上，由于水体对近红外的强烈吸收，水体为黑色，与周围地物的界限很清楚。 湖、河、海以其外部形态，很容易区别。 水中的泥沙含量等状况，在可见光短波影像上有显示。一般水浅或含沙量大的色调浅。 水体明显易判的特点，常作为其他地物定点定位的标志。,植被判读,卫星图像上，植被是群体的特征，不能反映个体的形态，只能判读出植被的类型、生长状况、分布范围。 植被类型的判读要依据纹理结构和色调，并要有该地植物群落组成和植被分类图等资料，要经过实地调查和验证。 植被的判读一般要用

52、多波段合成的图像，如标准假彩色合成图像。在该图像上植被为红色。,土壤判读,土壤判读一般以逻辑推理判读为主。 自然土壤的形成主要受气候、植被、母质、地形、时间等因素的影响。农业土壤除受自然因素影响以外，主要受人类生产活动的影响。,地貌判读,地貌在卫星图像判读时是较为直观的要素。 卫星图像的比例尺小，能反映大的地貌形态特征，如平原、山地、丘陵。 能判读主要的地貌类型及范围，如风沙地貌、黄土地貌、冰川地貌、火山地貌、流水地貌等。,城镇判读,城镇的光谱是建筑物和水泥下垫面的综合反映，与周围环境的反差较大，能判读出城镇的外形和面积。 城镇的内部结构的判读，取决于图像的分辨率。 道路呈长条状，故提高了分辨

53、率，一般能判读出形态和长度，区分道路的等级。,7 其它地球资源卫星数据,法国地球资源卫星数据（SPOT） 印度资源卫星数据（IRS） 中巴地球资源卫星数据（CBERS） 日本地球资源卫星数据（JERS） IKONOS卫星数据 QuickBird卫星数据,法国地球资源卫星数据（SPOT）,1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体国家，设计 、研制了名为“地球观测实验系统”(SPOT)的卫星，也叫做“地球观 测实验卫星”，迄今已经发射了5颗卫星 。,SPOT卫星数据特点,SPOT卫星轨道参数,SPOT卫星的轨道特点,近极地轨道 近圆形轨道 与太阳同步轨道 可重复轨道,SPOT传感器,SP

54、OT卫星的传感器叫高分辨率可见光扫描仪(HRV)，HRV属于CCD推扫式扫描仪，在焦平面上每条扫描线由6000个CCD探测元件线性排列组成。,SPOT传感器外形,SPOT数据各波段的主要用途,SPOT卫星参考网站,http:/www.spotimage.fr（SPOT卫星网站） （中国卫星遥感地面站） （SPOT卫星数据的中国代理：北京视宝卫星图像有限公司）,印度资源卫星数据（IRS）,数据来源：印度遥感卫星IRS-1A,B,C,D 。 太阳同步极地轨道。 该卫星载有三种传感器： 全色像机（PAN）（） 线性成像自扫描仪（LISS）（） 广域传感器（WiFS）（）,PAN数据运用CCD推扫描方

55、式成像，地面分辨率高达5.8m，带宽70km，光谱范围0.50.75m，具有立体成像能力和可在5天内重复拍摄同一地区。运用其资料可以建立详细的数字化制图数据和数字高程模型（DEM）。,LISS数据在可见光和近红外谱段的地面分辨率为23.5m，在短波红外谱段的分辨率为70m，带宽141km，有利于研究农作物含水成分和估算叶冠指数，并能在更小的面积上更精确地区分植被，也能提高专题数据的测绘精度。,WiFS数据是双谱段像机，用于动态监测与自然资源管理。两个波谱段是可见光与近红外，地面分辨率为188.3m，带宽810km。它特别有利于自然资源监测和动态现象（洪水、干旱、森林火灾等）监测，也可用于农作物

56、长势、种植分类、轮种、收割等方面的观察。,LISS数据4个波段,中巴地球资源卫星数据（CBERS）,CBERS数据特点 数据来源：中巴地球资源卫星。 太阳同步极地轨道。 传感器(),CBERS具有三台成像传感器：高分辨率CCD像机(CCD)、红外多谱段扫描仪(IR-MSS)、广角成像仪(WFI)。,CBERS数据,CBERS计划是中国和巴西为研制遥感卫星合作进行的一项计划。 CBERS采用太阳同步极轨道。 轨道高度778 km轨道，倾角是98.5。 每天绕地球飞行14圈。 卫星穿越赤道时当地时间总是上午10:30，这样可以在不同的天数里为卫星提供相同的成像光照条件。 卫星重访地球上相同地点的周

57、期为26天。,CBERS数据,于1997年10月发射CBERS-l；1999年10月发射CBERS-2。 卫星设计寿命为2年。 三台成像传感器为：广角成像仪(WFI)、高分辨率CCD像机(CCD)、红外多谱段扫描仪(IR-MSS)。 以不同的地面分辨率覆盖观测区域：WFI的分辨率可达256m，IR-MSS可达78m和156m，CCD为19.5m。,CBERS的CCD光谱段,高分辨率CCD像机具有与陆地卫星的TM类似的几 个谱段(5个谱段)，其星下点分辨率为19.5m， 高于TM；覆盖宽度为113 km。 B1:0.450.52m，蓝。 B2:0.520.59m，绿。 B3:0.630.69m，

58、红。 B4:0.770.89m，近红外。 B5:0.510.73m，全波段。,CBERS的IRMSS光谱段,红外多光谱扫描仪IRMSS(4个谱段)，覆盖宽度 为119.5 km。 B6:0.501.10m，蓝绿近红外, 分辨率77.8 m。 B7:1.551.75m，近红外相当于TM5,分辨率为77.8 m。 B8:2.082.35m，近红外相当于TM7,分辨率为77.8 m。 B9:10.412.5m，热红外相当于TM6,分辨率为156 m。,CBERS的WFI光谱段,广角成像仪WFI(2个谱段)，覆盖宽度890 km。 B10:0.630.69m，红,分辨率256 m。 B11:0.770

59、.89m，近红外,分辨率256 m。,CBERS参考网站,http/（中国卫星遥感地面站）,日本地球资源卫星数据（JERS）,数据来源：日本地球资源卫星。 近圆形、近极地、太阳同步、中等高度轨道。 是一颗将光学传感器和合成孔径雷达系统置于同一平台上的卫星，主要用途是观测地球陆域，进行地学研究等。 共有3台遥感器：可见光近红外辐射计（VNR）、短波红外辐射（SWIR）、合成孔径雷达（SAR）。,JERS-1 SAR传感器,合成孔径雷达(SAR) SAR是一套多波束合成孔径雷达，工作频率为 5.3 GHz，属C频段，HH极化。SAR扫描左侧地面。 它有5种工作模式，5种模式的照射带分别为： 500km, 300 km, 200 km, 300 km与500km，800km。 地面分辨率分别为28m25 m，28m25 m，9 ml0 m，30 m35 m与55 m32 m，28m31m。,JERS数据参考网站,http:/www.eorc.nasda.go.jp/（日本地球观测研究所） http:/w