第五章热红外遥感图像判读

（二）形态



由于热红外图像常存在畸变，地物影像遂发生 一些变形。同样大小的地物在图像中央和边缘 影像大小会明显不同。 由于地面分辨力较低，又是根据地物的辐射温 度来成像（地物辐射温度又受空气、风等多种 因素干扰），所以地物在热红外图像上的形状 轮廓常常比较模糊。 由于受空气、风等因素的影响，小的热目标， 往往会在图像上 产生“热晕”效应。
（二）比例尺切向畸变
1、航向比例尺
在红外扫描图像上可以看作有两种比例 尺：一种是沿飞行方向的比例尺，一种 是沿扫描方向的比例尺。 由于地面扫描重叠率与成像扫描重叠率 一致，因此航向比例尺就是胶片移动速 度与飞行速度之比，是一个常数。在同 一张图像上，航向比例尺是一致的，它 与目标所处的位置无关。


同时，在航向上成像时间是连续的，构成—条 不分幅的条带状图像。 另外，一条扫描线上一系列扫描点是在飞行平 台飞行过程中经过若干个成像瞬间完成的，即 是不同步的。所以热红外扫描图像又称之为动 态多中心投影 。 既然在每一条扫描线上遵循中心投影的成像规 律，则扫描方向上必有地形引起的像点位移 。
2、温度分辨力
指能区分地面上温度差异的能力，主要 取决于扫描仪探测元件的性能。 现代技术已经能研制出温度分辨力达 0.01˚C的传感器。 在资源遥感中使用的热红外扫描仪温度 分辨力大多在0.1一0.5˚C之间，基本上能 满足目前应用要求。

3、图像的温度标定



未作温度标定的热红外图像，只能用它定性地 确定地物温度的相对高低，而不能得知地物的 准确温度数值。 近期的热红外图像都是作过温度标定的，其上 有灰阶条带，每一灰阶表示一定的温度范围， 只要将图像中地物的色调与灰阶比较，就可确 定出地物的温度范围。 彩色热红外图像对地面温度分布反映得更醒目， 其上每一种颜色表示一定的温度范围，两种色 区的界线即为地面上的等温线。
（二）植被判读



白天，绿色植物在图像上一般为冷显示，呈较 暗的色调，而夜间一般为热显示，出现中到亮 灰色调。 但草地的情况则不同，夜间它在热图像上呈暗 色调的冷显示。 干燥的植物，如农作物秸秆等，在夜间的图像 上呈暖色调。 这是因为干燥植物保护了其下面的地面热量， 从而形成暖的夜间显示。
（三）岩石判读





此外，航高一定时，每条扫描线上随扫描角 (θ )的增大，飞机到目标间的距离（斜距）也 在增加，因而瞬时视场沿飞行方向和扫描方向 的线度也在扩大。瞬时视场的投影形状由圆形 逐渐变成椭圆形。 根据图中的几何关系，可以导出沿飞行方向和 扫描方向的瞬时视场线度公式： D飞=Dsecθ =（Hsecθ ）β D扫=Dsec2θ =（Hsec2θ ）β


必须指出，这些图像上所表示的温度是地物的 辐射温度（又叫亮度温度），而不是地物的实 际温度。辐射温度是根据地物辐射能量大小标 定出来的，它等于具有同等辐射能量的黑体的 温度。 地物的辐射温度（T辐）与其实际温度（T实） 的关系为： T辐=ε3/4T实 由于各种地物的发射率都小于1，所以地物的 辐射温度总是低于其实际温度
（四）非系统畸变及其影响因素
1、速高比变化引起的成像比例形变 扫描成像时，往往由于航速的变化而引起速高 比的失谐，从而造成图像在航向比例上的形变。 飞行速度增加，速高比变大。由于速高比已经 设定，就引起拉片速度相对变慢，造成图像被 压缩，成像比例尺变小。 反之，则会造成图像被拉长，成像比例尺变大， 并使扫描重叠率降低，甚至可能出现漏带现象。

2、切线比例尺




沿扫描方向的比例尺叫切线比例尺，是随着扫 描角的变化而变化的（图）。 在数值上，切线比例尺等于像元（扫描图像上 最基本的成像单元）直径与扫描方向瞬时视场 线度之比。 对同一扫描仪而言，像元直径是常数。因此， 切线比例尺的大小就决定于扫描方向的视场线 度。如图所示，切线比例尺从机下点向两侧方 向，随视场线度的增加而减小。即随视场扫描 角的增大，图像边缘的比例尺逐渐变小，造成 图像被压缩，引起扫描图像发生畸变（图）。 对于光学机械扫描仪来讲，图像边缘部分的比 例尺，具有与倾斜摄影像片相类似的特性。
公式推导：


可见，扫描线不是一条等宽的直带，它由中心 位置向两侧弯曲并逐渐展宽。在同一条扫描线 上，其分辨力从机下点向两侧逐渐变低。 当然，热红外扫描图像的分辨力除了决定于瞬ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ时视场线度外，还与探测器的温度灵敏度（也 叫温度分辨力）的高低以及目标和背景的温差 大小等有关。如果温度分辨力比较高，有时即 使地面目标小于瞬时视场线度，也可以被探测 出来。
（三）地面分辨力
热红外扫描图像地面空间分辨力，取决 于扫描系统的瞬时视场角和扫描成像时 的飞行高度。 所渭瞬时视场角是指扫描镜固定的某一 瞬间，投射到探测器上那一束红外光的 立体角。 瞬时视场角β决定于探测元件的大小d和 焦距f的比值，用弧度表示（图）β =d/f




如图，立体角β对应地面 面积为瞬时视场，其直径 为瞬时视场线度（D）。 即用扫描方式能分辨地面 目标的最小尺寸 瞬时视场对应于图像上的 面积就是像元，它是构成 扫描图像的基本单元。 瞬时视场角愈小，相对应 的地面瞬时视场也愈小， 扫描仪分辨力就愈高。反 之，分辨力则较低。
（三）阴影



热图像阴影称为热阴影、冷阴影，与光阴影范 围相近。 热图像上，未被直接照射的地面比被直接照射 的地面温度低，因而热辐射也弱，呈冷显示。 热图像阴影与光阴影有本质不同。太阳光照消 失后，热阴影并不马上消失，而是逐渐消散。 不代表物体本身的热辐射特性，是一种噪音。
地面上的一些热源或冷源在图像上也会产 生阴影。 如暖风（或冷风）吹过地面，由于某些物 体的阻挡，背风面地面上的温度与迎风面 温度不同，会产生风阴影（可以是热显示， 也可以是冷显示）。这种阴影形状与普通 阴影不同，类似于许多热尾流，给人以吹 拂飘动的感觉，并且轮廓边界不十分清楚。
岩石由于其热容量和热惯量均较低，因 此在白天的热图像上一般为较暖的色调， 在夜间的热图像上为较冷的色调。 由于岩石的种类很多，不同种类的岩石 其热性质也很不相同，因而在热图像上 的显示也有差别。

热红外扫描图像的信息特征
一、图像的空间信息特征 （一）投影性质——中心轴线投影 热红外扫描属点扫描式成像：仪器在飞行过程 中依靠扫描镜左右摆动完成一行行扫描线，即 每条扫描线由一系列扫描点构成。 而每一条扫描线都有一个透视中心，这样在一 条航带的飞行轨迹上就有一条由许多透视中心 的连线构成的投影轴线。 因此热红外扫描图像属中心轴线投影。
如上图所示，扫描角（θ ）和瞬时视场 （β）不同。前者是个变量，它取决于扫 描镜摆动的幅度，其所对应的地面宽度 是瞬时视场线度的累积。 但对于某一具体扫描仪而言，它有一个 最大的扫描角或称总扫描角，这是个常 数，其所对应的地面宽度范围即为整个 扫描条带的宽度。

瞬时视场的大小和扫描条带的宽度，还 与航高有关。航高增加，地面分辨力减 小，整个地面覆盖宽度加大。 机下点（或星下点）的瞬时视场线度 D=βH 式中β为瞬时视场角(弧度)，H为航高（m）
热红外图像判读
一、判读标志 （一）色调 热图像色调反映了地物的表面温度，所以常常 使用“暖信息”、“冷信息”等术语。一般表 面温度愈高的地物色调愈浅，否则色调越深。 地物不同时刻获得的热红外图像其色调存在日 变化。应用色调标志时，要注意成像时间。 白天的热红外图像上水体（热水体除外）的色 调总是比陆地的色调深，而夜间图像上水体的 色调则比陆地浅。

此外，飞机等喷气热尾流也在红外图像 上构成热阴影，并且在它们刚刚离开后， 还不会马上消失。 冷阴影和热阴影可以统称为热红外阴影。

二、典型地物热图像判读
（一）水体判读 白天，水体表面温度比周围背景环境低，在热 红外图像上呈暗色调，为冷显示； 夜晚，水的表面温度比背景环境高，在图像上 为亮色调，呈热显示。据此可以判定成像时间。 热水体，即使在白天，它仍为热显示，呈亮灰 到白的色调。 初冬季节的水体和冰体之间存在着明显温差， 造成在同一张图像上，未结冰的水体被记录成 暖色调，冰体被记录成冷色调。 潮湿地面，无论白天还是夜间都比干燥地面为 冷，因而在热图像上为较冷的色调。在地下水 到达地表并被蒸发的地区，以及沿着断层赋存 地下水的地方，也往往呈冷色调显示。
2、飞行平台侧滚引起的图像形变
平台侧滚会使扫描条带发生左右偏移， 地面目标偏离中心线，地物发生弯曲形 变（见图）。 这种形变的一般规律是：与航线垂直的 线性目标不发生方向性变化，其余线性 目标均发生弯曲，尤其是与航线近于平 行的线性目标，将发生波纹状变形，变 形方向与侧滚方向一致。

3、飞行平台仰俯引起的图像畸变

仰俯动作会造成对地面扫描线间隔疏密 不同的变化，从而使目标在图像上被压 缩或被拉长（图）。
二、热红外图像的光谱信息特征
1、光谱分辨力 指能区分地物热辐射波谱特征差异大小 的能力。主要取决于扫描仪分光系统所 划分的谱带宽度，谱带越窄区分不同波 谱特征地物的能力愈强。 目前大多数热红外图像都是宽谱带（8— 14微米）单波段图像，因此波谱分辨力 不如可见光图像。