微波遥感图像特征

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典型传感器: 微波辐射计:被动接收目标地物微波辐射的传感 器,主要用于探测地面各点的亮度温度并生成亮 度温度图像。
FY-3微波辐射计
大气温度、水汽廓线,大气降雨、大气可降水量、云中液 态水含量; 反演海面风场(风速、风向)、台风、海冰的监侧; 获取陆地面温度、土壤湿度、积雪深度与水当量、干旱、 洪涝、沙漠,陆地水文与地理环境、植被生物量、农作物生 长评估
100 沙土 沃土 粘土
10
1.0 1.3GHz 4.0GHz 0.01 10.0GHz
0.1
0.1
0.2
0.3
0.4
土壤湿度(grams cm-2)
苏丹西北撒哈拉沙漠 松散沉积物(沙、砂 砾等),介电常数较 基岩小,故穿深能力 较基岩大,一般可穿 透地表下数厘米至数 米。
MSS+SIR-A 沙哈拉 1981.11
一.微波遥感的特点
4.对海洋遥感具有特殊意义 雷达的后向散射强度和粗糙度关系很大,海洋中,海 面受风浪影响起伏多变,粗糙随之变化,导致微波的后向 散射系数也随之变化,微波遥感可以探测海面风浪以及海 洋环流的情况。
海 洋 内 波
一.微波遥感的特点
5.分辨率较低,但特性明显
由于波长较长,衍射现象显著,故分辨率较低;
(3)合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)
基本原理:
利用短的雷达天线,在飞机的匀速前进运动过程中,在沿飞行航 迹方向上形成一个虚拟的天线阵列; 以一定的时间间隔发射脉冲信 号,天线在不同的位置接收回 波信号,对这些回波信号进行 处理,结果类似于用一个很大 的合成天线得到的信号。 这个方法相当于组成一个比实 际天线大得多的合成天线.
要区分两个目标,必须要求两个目标不在同 一波束内。 方位分辨率Pa取决于雷达波束照射的地面带宽的角宽度,即波束 宽度β,和斜距R.
Pa β * R R D
近距离点比远 距离点方位上 的分辨率强;
Pa R D
对于真实孔径雷达: 波长变短方位分辨率提高 孔径变大方位分辨率提高 距离变大方位分辨率降低
二.微波遥感方式和传感器
雨季
旱季
1)介电常数ε:反映物体电学性质,由物质组成和温度决 定。直接影响到物体对电磁波的反射。 介电常数越大,回波越强,雷达图像上的色调越浅。 • 一般干燥物体,介电常数在3-8之间; • 水的介电常数接近80。随着物体含水量的增加,其介 电常数几乎线性增加,会产生20-80的变化;
2. 某些地物的微波波谱差异大(针对被动微波遥 感),特别是很好区分水和冰(在微波波段两者的 比辐射率悬殊,分别为0.4和0.99)。
红外波段,水的比辐射率为0.96,冰的比辐射率为0.92 。
冬 季
夏 季
一.微波遥感的特点
3.对冰、雪、森林、土壤等具有一定的穿透能力 趋肤深度:电磁波衰减(振幅减小)1/e倍(约37%)的穿 透深度。 微波对地物的穿透力与地物的介电常数成反比,与波 长成正比。
二.微波遥感方式和传感器
要提高方位分辨率,需采用波长较短的 Pa 电磁波,加大天线孔径和缩短观测距离。


D
R
例: 设卫星天线孔径D=4m,波长=3cm,距目标地物200km, 则方位分辨力
Pa
= [3 10-2(m)/4(m)]200103(m) =1500m
若要求方位分辨率达到3m,则天线孔径需2000m。 提高方位分辨率的方法: 用合成孔径天线来代替真实孔径天线,以缩短天线孔径。
合成后的天线孔径为Ls,则其方位分 辨率为: Ps=(λ/ Ls)R (1)
∵合成孔径(Ls)=真实天线的方位分
Pa

D
R
辨率(Pa)

Ls=Pa=(λ/D)R 代入(1)式
Ps=D
则有
由于双程相移,方位分辨率还可提高 一倍,即Ps=D/2
由此可知,合成孔径雷达方位向的分辨率与距离无关,所以, 即使从卫星的高度上也可以获得高分辨率的图像。

二.微波遥感方式和传感器
1.主动微波遥感 微波主动遥感:微波散射计,雷达高度计,雷达 (1)雷达 雷达(Radar – Radio Detection and Ranging) 意为无线电波探测物体并测定物体距离。 应用波段:微波(主要),红外,激光; 类型:非成像雷达,
成像雷达
二.微波遥感方式和传感器
(2)瞬时视场(IFOV), 单个探测单元的受光角 度或观测视野,单位为毫弧度(mrad)。
(3)线对数(line pairs),对于摄影系统而言, 摄影最小单元的确定往往通过1毫米间隔内包含 的线对数表示,单位为线对/毫米。
一.遥感图像的空间分辨率 摄影成像
地面分辨率Rg ,单位线对/m,取决于系统分辨率、 焦距以及航高。

波长越长,穿透力越强。
(2m纯雪, X波段(λ<3.75cm)探测雪的表面, L波段 (λ>15cm) 可探测地表) 介电常数比较高的物体(金属,含水量高的物体), 穿透力弱。

热带雨林地区的地貌特征
SIR-C 卫星获得的SAR-L(合成孔径雷达)影像
微波对松散的沙土有一定的穿透能力,波长越长, 穿透能力越强;地物湿度越小,穿透越深。
近程目标先回波,远程目标后回波; 回波强弱因地物而异,按时间序列 记录下来。
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 , 这样逐行扫描,形成一幅二维的雷达图像。
距离(Range)与方位(Azimuth) 地面分辨率:距离分辨率×方位分辨率
雷达天线随飞行器前进, 发出的波束依次向前扫描 (方位向-E);天线发出 的能量短脉冲指向飞行器 的一侧扫描(距离向-D)。
观测精度和取样速度不好协调;
微波的能量较弱,但特性明显;
二.微波遥感方式和传感器
微波遥感分类: 主动微波遥感、被动微波遥感
1.主动微波遥感
信号来源:系统自身发射微波辐射,并接收从目 标后向散射回来的电磁波。 主要传感器:雷达,高度计、散射计。
二.微波遥感方式和传感器 2.被动微波遥感
信号来源:系统自身不发射微波波束,只是接 收目标物发射的微波辐射(用亮温表示)。
二.微波遥感方式和传感器
雷达探测目标其他方面的信息:地物对微波反射能 力的强弱反映自身的性质和形状。
TM432
SIR-C(L) 渤海湾蓟 运河河口 一带
二.微波遥感方式和传感器
地物对微波散射能力的影响因素:
1)介电常数ε 2)地表粗糙度 3) 波长 4)微波遥感极化方式 其他因素(俯角、地表几何特征等)
一.微波遥感的特点
概念:微波遥感是指通过微波传感器获取从目标 地物发射或反射的微波辐射,经过判读处理来 识别地物的技术。
为什么需要微波遥感?
地球上经常有40%-60%的地区被云层覆盖着,尤其是占地球面 积五分之三的海洋上,气候条件变化更大,经常被云层遮蔽。
一.微波遥感的特点
特点: 1.能全天候、全天时工作
二.微波遥感方式和传感器
1)距离分辨率:垂直于飞行方向上 对目标物的分辨能力(所能分辨的 目标间最小距离)。由脉冲宽度 (脉冲持续时间)和俯角决定。
二.微波遥感方式和传感器
距离向分辨率包括斜距和地距 斜距的距离分辨率理论上等于脉 冲宽度的一半。
Pg
C
2 cos
Ps
C
2
Pg
C
2.对某些地物具有特殊的波谱特征
3.对冰、雪、森林、土壤等具有一定的穿透能力 4.对海洋遥感具有特殊意义 5.分辨率较低,但特性明显
一.微波遥感的特点
1.可以全天候全天时工作。微波的波长较可见可 和红外线大,几乎不受云雾的散射影响。
10:30am 14:30pm 22:30pm 光 学
雷 达
一.微波遥感的特点
二.微波遥感方式和传感器
Pg
C
2 cos
距离分辨率随脉冲宽度和俯角变化: 脉冲宽度越小(一次探测到的地面单元长度越 短),分辨率越高。 俯角越大,可分辨的距离越大,分辨率越小。近 程分辨率比远程低。
2)方位分辨率Pa(Azimuth Resolution) Pa指沿航向上可以分辨的两点间的最小距离。
地面分辨率的计算:
Rs f Rg H
Rs:系统分辨率,单位线对/mm H:航高,单位m f: 焦距,单位mm 实际空间分辨率为Rg/2.
1m
不 同 空 间 分 辨 率 的 图 像
1米
ห้องสมุดไป่ตู้30米
10米
分辨率越高,目 标越清楚
一.遥感图像的空间分辨率
一般而言:遥感系统的空间分辨率越高,其识别物体的能力 越强。 实际上:每一目标在图像上的可分辨程度,不完全决定于空 间分辨率的具体值,和它的形状、大小,以及它与周围物体 亮度、结构的反差。 经验证明:遥感器空间分辨率的选择,一般应选择小于被探 测目标最小直径的1/2。
• 岩石的介电常数差别很小;
• 金属物体有很大导电率,介电常数很大,故雷达回波 信号也很强;
二.微波遥感方式和传感器
2)地表粗糙度对回波强度有明显影响。
地表粗糙度(H)往往是相对波长(λ)而 言的。 H<< λ 光滑表面;H >> λ 粗糙表面
地 物 对 微 波 的 反 射
角反射
散射 镜面反射
中等强度回波
——(时间分辨率)。
这三方面特征的表现参数为: • 空间分辨率 • 光谱分辨率 • 辐射分辨率 • 时间分辨率
一.遥感图像的空间分辨率(spatial
resolution)
空间分辨率:指遥感图像上可以区分的最小单元 的尺寸或大小。
三种表示法: (1)像元(pixel),扫描仪瞬时视场所对应的 地面实际大小 。 单位为米(m)。扫描影像。
二.微波遥感方式和传感器
依据发射的及接收的极化的差别,可以有四种组合。
HH VV
HV
VH
不同极化方式使目标对电磁波产生不同的响应,使雷达回波 强度不同。得到的图像有差异,可以更全面的反映目标的特 性和结构,提高识别的精度
二.微波遥感方式和传感器
(2)侧视雷达:在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂 直的侧面,发射很窄的脉冲,然后接收从目标物返回的后向散射 波;
第三章
遥感成像原理与遥感图像特征
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
遥感平台 摄影成像 扫描成像 微波遥感与成像 遥感图像的特征
安装好 envi
微波
波长范围1mm到1m,可进一步划分为若干不同频率(波长)的波段: P波段:0.3-1GHz L波段:1-2GHz S波段:2-4GHz C波段:4-8GHz X波段:8-12.5GHz Ka波段:12.5-18Ghz K波段:18-26.5Ghz Ku波段:26.5-40Ghz (30-100 cm) Previous (15-30 cm) Long (7.5-15 cm) Short (3.75-7.5 cm) Compromise (2.42-3.75 cm) (1.67-2.42 cm) K-under频率 (1.13-1.67 cm) Kurtz (0.75-1.13 cm) K-above
雷达一般结构:
二.微波遥感方式和传感器
雷达测距:电磁波在空间中的传播速度c是一定的,当雷达 在时间t1发射出一个窄脉冲,被目标反射后,在时间t2返回, 则目标地物的距离为:
R=(t2-t1)*c/2
二.微波遥感方式和传感器 雷达测速度:
—多普勒效应
指由观察者和辐射源(或目标与传感器)的 相对运动,所引起的电磁发射频率与回波频率的 变化。 其变化量与物理运动速度成正比,根据多普勒 效应可以测定运动目标物体。
无回波
强回波
二.微波遥感方式和传感器
3)波长 波长越短反射能力越强。
ERS-1 C-band JERS-1 L-band
二.微波遥感方式和传感器
4)极化方式:
极化:表示电磁波电场振动方向的变化。
水平极化:电场振动 方向平行于水平面 (“H”极化) 垂直极化:电场振动 方向垂直于水平面 (“V”极化)
第三章
遥感成像原理与遥感图像特征
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
遥感平台 摄影成像 扫描成像 微波遥感与成像 遥感图像的特征
遥感影像的特征
1.图像的几何特征:目标地物的大小、形状及空间分布特点
——(空间分辨率); 2.物理特征:目标地物的属性特点 ——(辐射分辨率); 3.时间特征:目标地物的变化动态特点
2 cos
设俯角50,脉冲宽度0.1s,则距离分辨力
Pg = 0.5 0.110-6(s) 2.998 108(m/s)/cos 50
= 0.5 0.1 2.998 / 0.642788 100 = 23.2m 用同样的方法可以计算出当俯角为35度时,距离分辨率 为18米。
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