第3章 遥感成像原理与遥感图像特征(2)
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遥感原理与应用 作业(含答案)
遥感原理与应用作业18地6118078607宋雨龙第一章绪论 (1)第二章电磁辐射与地物光谱特征 (3)第三章遥感成像原理与图像特征 (4)第四章卫星遥感平台 (5)第五章遥感数字图像处理基础 (6)第六章遥感数字图像处理 (7)第七章多源遥感信息融合 (9)第八章遥感图像分类 (9)第九章遥感技术应用 (10)第一章绪论1.阐述遥感的基本概念。
答：遥感（RS），即遥远的感知。
是指应用探测仪器，不与被测目标直接接触，在高空或远距离处，接收目标辐射或反射的电磁波信息，并对这些信息进行加工处理与分析，揭示出目标的特征性质及其运动状态的综合性探测技术。
2.遥感的主要特点表现在哪几方面？举例说明。
答：①感测范围大，具有综合、宏观的特点：遥感从飞机上或人造地球卫星上获取的航空或卫星影像，比在地面上观察视域范围大得多。
例如：一幅陆地卫星TM影像可反映出185km×185km的景观实况，我国全境仅需500余张这种影像就可拼接成全国卫星影像图。
②信息量大，具有手段多、技术先进的特点：根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和传感器来获取信息。
③获取信息快，更新周期短，具有动态监测的特点：卫星围绕地球运转，能及时获取所经地区的最新资料，例如：Landsat-5/7陆地卫星每16天即可对全球陆地表面成像一次。
④具有获取信息受条件限制少的特点：自然条件恶劣，人类难以到达的地方，如沙漠、沼泽、高山峻岭等都可以使用遥感进行观测。
⑤应用领域广，具有用途大、效益高的特点：遥感已广泛应用于环境监测、资源勘测、农林水利、地质勘探、环境保护、气象、地理、测绘、海洋研究和军事侦察等领域，且应用领域在不断扩展。
遥感在众多领域的广泛应用产生了十分可观的经济效应和卓有成效的社会效应。
3.遥感有哪几种主要分类？其分类依据是什么？4.当前遥感发展的现状和特点如何？答：当今，遥感技术已经发生了根本的变化，主要表现在遥感平台、传感器、遥感的基础研究和应用领域等方面。
遥感第3章--遥感成像原理与遥感图像特征
soybeans
遥感车--地面遥感平台
• 高空平台(5-10km)
航摄飞机
运七 运八
其他：里尔、双水獭、 空中国王等
遥感飞机
• 中低空(1-8Km)
航摄飞机
运十二 运五
• 其他飞机(500m)
蜜蜂3 无人机
航摄飞机
GT50 0
航天飞机
遥感卫星
遥感卫星
§3.1 遥感平台与遥感器
3.1.2 遥感器与遥感图像特征参数
❖ 按传感器的工作波段分为：可见光传感器、红外传感器 和微波传感器，从可见光到红外区的光学波段的传感器 统称光学传感器，微波领域的传感器统称为微波传感器。
§3.1 遥感平台与遥感器
二、遥感器的分类
❖ 按工作方式分为
（1）主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、 微波辐射计。
（2）被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫 描仪（MSS）、TM、ETM、HRV、红外扫描仪 等。
❖ 热红外像片：8~14μｍ。
热红外像片典型特征：热阴影；
高速运动热物体的“拖迹”；
（参见教材P144 ）
受风的影响较大。
§3.2 摄影成像
3.2.4 摄影像片的种类与特点
摄影像片特点： (1) 投影方式：绝大部分采用中心投影方式成像； (2) 视觉感受：大部分为大中比例尺像片，像片中各种人造地物 的形状特征与图型结构清晰可辨，从航空像片上可看到地物顶 （冠）的形态； (3) 阴影：本影与落影受地物在相片上的方位影响。 详见教材P145
些情2）况利下用，数波理统段计太方多法，，分选辨择率相关太性高小，、接方收差到大的信 息的量图太像大。熵，，形方成差海大量，数信据息量，大反。而会“掩盖”地物
辐射特性，不利于快速探测和识别地物。
遥感车--地面遥感平台
• 高空平台(5-10km)
航摄飞机
运七 运八
其他：里尔、双水獭、 空中国王等
遥感飞机
• 中低空(1-8Km)
航摄飞机
运十二 运五
• 其他飞机(500m)
蜜蜂3 无人机
航摄飞机
GT50 0
航天飞机
遥感卫星
遥感卫星
§3.1 遥感平台与遥感器
3.1.2 遥感器与遥感图像特征参数
❖ 按传感器的工作波段分为：可见光传感器、红外传感器 和微波传感器，从可见光到红外区的光学波段的传感器 统称光学传感器，微波领域的传感器统称为微波传感器。
§3.1 遥感平台与遥感器
二、遥感器的分类
❖ 按工作方式分为
（1）主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、 微波辐射计。
（2）被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫 描仪（MSS）、TM、ETM、HRV、红外扫描仪 等。
❖ 热红外像片：8~14μｍ。
热红外像片典型特征：热阴影；
高速运动热物体的“拖迹”；
（参见教材P144 ）
受风的影响较大。
§3.2 摄影成像
3.2.4 摄影像片的种类与特点
摄影像片特点： (1) 投影方式：绝大部分采用中心投影方式成像； (2) 视觉感受：大部分为大中比例尺像片，像片中各种人造地物 的形状特征与图型结构清晰可辨，从航空像片上可看到地物顶 （冠）的形态； (3) 阴影：本影与落影受地物在相片上的方位影响。 详见教材P145
些情2）况利下用，数波理统段计太方多法，，分选辨择率相关太性高小，、接方收差到大的信 息的量图太像大。熵，，形方成差海大量，数信据息量，大反。而会“掩盖”地物
辐射特性，不利于快速探测和识别地物。
第三章遥感成像原理与遥感图像特征
覆盖类f型: 望，远它镜所系记统录的的焦是距一种复合信号响应。因此，一般 图像包含的是“纯像元”和“混合”像元的集合体，这依 赖于IFOV的大小和地面物体的空间复杂性。I F O V
一、遥感图像特征
（4）地面分辨率的计算
摄影方式：
Rg Rs f H
Rs：胶片的分辨率和摄影镜头的分辨率所构成的系统 分辨率，单位线对/mm
6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星正好向前移动474m，因此扫描线正
好衔接。
0.5~0.6μm 0.6~0.7μm
扫描方向
.m 1
m
2
...k m 3
...m 4
5
0.7~0.8μm
0.8~1.1μm
卫
星
10.4~12.6μm 前 进
方
向
6
成像板
一、遥感图像特征
一般来说：遥感系统的空间分辨率越高，其识别 物体的能力越强。但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，而 是和它的形状、大小，以及它与周围物体亮度、结 构的相对差有关（反差）。例如MSS的空间分辨率 为79m，但是宽仅10-20m的铁路，公路，当它们通 过沙漠、水域、草原等背景光谱较单调或与道路光 谱差异大的地区，往往清晰可辨。
一、遥感图像特征
（3）瞬时视场（IFOV）
指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野。单位为
毫弧度（mrad）。
S
S ➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，空间分辨率越高。 f
f ➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小。
➢一个瞬S:时探视测场元内件的的信边息长，表示一个像元。
➢在任何H:一遥个感给平定台的的瞬航时高视场内，往往包含着不止一种地面H
一、遥感图像特征
（4）地面分辨率的计算
摄影方式：
Rg Rs f H
Rs：胶片的分辨率和摄影镜头的分辨率所构成的系统 分辨率，单位线对/mm
6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星正好向前移动474m，因此扫描线正
好衔接。
0.5~0.6μm 0.6~0.7μm
扫描方向
.m 1
m
2
...k m 3
...m 4
5
0.7~0.8μm
0.8~1.1μm
卫
星
10.4~12.6μm 前 进
方
向
6
成像板
一、遥感图像特征
一般来说：遥感系统的空间分辨率越高，其识别 物体的能力越强。但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，而 是和它的形状、大小，以及它与周围物体亮度、结 构的相对差有关（反差）。例如MSS的空间分辨率 为79m，但是宽仅10-20m的铁路，公路，当它们通 过沙漠、水域、草原等背景光谱较单调或与道路光 谱差异大的地区，往往清晰可辨。
一、遥感图像特征
（3）瞬时视场（IFOV）
指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野。单位为
毫弧度（mrad）。
S
S ➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，空间分辨率越高。 f
f ➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小。
➢一个瞬S:时探视测场元内件的的信边息长，表示一个像元。
➢在任何H:一遥个感给平定台的的瞬航时高视场内，往往包含着不止一种地面H
第3章 遥感成像原理与遥感图像特征
深海和海底）
海面实测资料的校正
海洋卫星简介
（1）Seasat1
“雨云”7号卫星（Nimbus-7） 日本海洋观测卫星（MOS1） ERS（欧空局） 加拿大雷达卫星（RADARSAT）
遥感成像原理
摄影成像
定义：摄影是通过成像设备获取物体影像 的技术。 传统摄影：依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片
★开创了海洋遥感和微波遥感的新阶段，为观测海
况，研究海面形态、海面温度、风场、海冰、大
气含水量等开辟了新途径。
海洋遥感的特点
需要高空和空间的遥感平台，以进行大 面积的同步覆盖观测 以微波为主（1、穿透云层、2、海水温度盐度、粗
糙度的监测）
电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋 遥感探测手段的一条新路（应用范围可延伸到
被动微波遥感
通过传感器，接收来自目标地物发射的微 波，而达到探测目的的遥感方式称被动微 波遥感。 被动接收目标地物微波辐射的传感器为微 波辐射计 被动探测目标地物微波散射特性的传感器 为微波散射计
遥感图像特征
遥感影像的特征
目标地物的大小、形状及空间分布特点； 目标地物的属性特点； 目标地物的变化动态特点。
垂直投影：不存在投影面的倾斜。
地形起伏的影响
中心投影：地形起伏造成像点位移。
垂直投影：不存在像点位移。
像点位移
像点位移量与地面高差h和像点到 像主点的距离r成正比关系，与航 高H成反比关系。
像片的比例尺
像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际 距离之比。
航高未知时?
第一，已知某一地面目标的大小，可以通 过量测其在像片上的影像而算出该像片的 比例尺。 第二，若具有摄影地区的地形图，先在像 片上和地形图上找到两个地物的对应点， 然后分别在像片上和地形图上量得其长度。
海面实测资料的校正
海洋卫星简介
（1）Seasat1
“雨云”7号卫星（Nimbus-7） 日本海洋观测卫星（MOS1） ERS（欧空局） 加拿大雷达卫星（RADARSAT）
遥感成像原理
摄影成像
定义：摄影是通过成像设备获取物体影像 的技术。 传统摄影：依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片
★开创了海洋遥感和微波遥感的新阶段，为观测海
况，研究海面形态、海面温度、风场、海冰、大
气含水量等开辟了新途径。
海洋遥感的特点
需要高空和空间的遥感平台，以进行大 面积的同步覆盖观测 以微波为主（1、穿透云层、2、海水温度盐度、粗
糙度的监测）
电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋 遥感探测手段的一条新路（应用范围可延伸到
被动微波遥感
通过传感器，接收来自目标地物发射的微 波，而达到探测目的的遥感方式称被动微 波遥感。 被动接收目标地物微波辐射的传感器为微 波辐射计 被动探测目标地物微波散射特性的传感器 为微波散射计
遥感图像特征
遥感影像的特征
目标地物的大小、形状及空间分布特点； 目标地物的属性特点； 目标地物的变化动态特点。
垂直投影：不存在投影面的倾斜。
地形起伏的影响
中心投影：地形起伏造成像点位移。
垂直投影：不存在像点位移。
像点位移
像点位移量与地面高差h和像点到 像主点的距离r成正比关系，与航 高H成反比关系。
像片的比例尺
像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际 距离之比。
航高未知时?
第一，已知某一地面目标的大小，可以通 过量测其在像片上的影像而算出该像片的 比例尺。 第二，若具有摄影地区的地形图，先在像 片上和地形图上找到两个地物的对应点， 然后分别在像片上和地形图上量得其长度。
第二讲 遥感成像原理与遥感图像特征
• 高光谱影像数据的光谱是由从可将光到近红外波段之 间的许多连续波谱组成，带宽一般小于 10nm 2015-4-29 21 遥感与地理信息系统
光谱分辨率
2015-4-29
遥感与地理信息系统
22
辐射分辨率
• 辐射分辨率：是指传感器能分辨的目标反射或辐射的电磁 辐射强度的最小变化量，在遥感图像上表现为每一个像元 的辐射量化级。 • 在可见、近红外波段用噪声等效反射率表示，在热红外波 段用噪声等效温差、最小可探测温差和 最小可分辨温差 表示。 RL ( Rmax Rmin ) D
遥感与地理信息系统
遥感卫星
Landsat卫星系列
2013 年2月11日，美 国航空航天局(NASA) 成功发射Landsat-8 卫星,Landsat-8卫星 包含OLI（陆地成像 仪）和TIRS（热红外 传感器）两种传感器。 卫星一共有11个波段， 卫星每16天可以实现 一次全球覆盖。
2015-4-29 遥感与地理信息系统 10
2015-4-29
Landsat1
Landsat2
Landsat3
Landsat4
Landsat5 1984.3 705km 98.2 9:30am 16天 185km 7 MSS、TM
Landsat7 1999.4.15 705km 98.2 10:00am 16天 185km 8 ETM+
Landsat8 2013.2.11 705km 98.2 10:00am 16天 185km 11 OLI、TIRS
2015-4-29
遥感与地理信息系统
14
遥感图像特征
遥感图像的特征主要有：几何特征（形状、大小、 空间分布）、物理特征（光谱、辐射、属性）和 时间特征（动态变化），具体表现参数为： • 空间分辨率 • 光谱分辨率 • 辐射分辨率 • 时间分辨率
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要求探测元件的响应时间至少要<0.2μs的1/3。
• 固体自扫描中： 用一竖列的10个探测元件同时扫，每个元件只扫51条线，则 在瞬时视场的停留时间为2μs。 若用一竖列的512个探测元件同时扫，只要一次自扫描即可， 像刷子刷过一样。此时，CCD探测元件与地面上的像元（瞬时 视场）相对应，靠遥感平台前进运动就可直接以刷式扫描成像。
（2）线对数（line pairs）
对于摄影系统而言，影像最小单元常通过1mm间隔内包 含的线对数确定，单位为线对/mm。所谓线对指一对同等大 小的明暗条纹或规则间隔的明暗条对。
一、遥感图像特征
（3）瞬时视场（IFOV）
指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野。单位为
毫弧度（mrad）。
S
S ➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，空间分辨率越高。 f f ➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小。
4 5
0.7~0.8μm
0.8~1.1μm
卫
星
10.4~12.6μm 前 进
方
向
6
成像板
一、遥感图像特征
一般来说：遥感系统的空间分辨率越高，其识别 物体的能力越强。但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，而 是和它的形状、大小，以及它与周围物体亮度、结 构的相对差有关（反差）。例如MSS的空间分辨率 为79m，但是宽仅10-20m的铁路，公路，当它们通 过沙漠、水域、草原等背景光谱较单调或与道路光 谱差异大的地区，往往清晰可辨。
成像方式遥感器 扫描成像类型（光电成像类型） 微波成像类型（雷达成像类型）
二、 遥感传感器
⑴ 摄影成像类型
① 摄影成像原理：通过成像设备获取物体影像的技术。 ② 分类
• 固体自扫描中： 用一竖列的10个探测元件同时扫，每个元件只扫51条线，则 在瞬时视场的停留时间为2μs。 若用一竖列的512个探测元件同时扫，只要一次自扫描即可， 像刷子刷过一样。此时，CCD探测元件与地面上的像元（瞬时 视场）相对应，靠遥感平台前进运动就可直接以刷式扫描成像。
（2）线对数（line pairs）
对于摄影系统而言，影像最小单元常通过1mm间隔内包 含的线对数确定，单位为线对/mm。所谓线对指一对同等大 小的明暗条纹或规则间隔的明暗条对。
一、遥感图像特征
（3）瞬时视场（IFOV）
指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野。单位为
毫弧度（mrad）。
S
S ➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，空间分辨率越高。 f f ➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小。
4 5
0.7~0.8μm
0.8~1.1μm
卫
星
10.4~12.6μm 前 进
方
向
6
成像板
一、遥感图像特征
一般来说：遥感系统的空间分辨率越高，其识别 物体的能力越强。但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，而 是和它的形状、大小，以及它与周围物体亮度、结 构的相对差有关（反差）。例如MSS的空间分辨率 为79m，但是宽仅10-20m的铁路，公路，当它们通 过沙漠、水域、草原等背景光谱较单调或与道路光 谱差异大的地区，往往清晰可辨。
成像方式遥感器 扫描成像类型（光电成像类型） 微波成像类型（雷达成像类型）
二、 遥感传感器
⑴ 摄影成像类型
① 摄影成像原理：通过成像设备获取物体影像的技术。 ② 分类
第三章遥感成像原理及遥感图像特征
3.1.1 遥感平台
遥感平台（platform）是搭载传感器的工具。 根据运载工具的类型划分：
航天平台 150km以上， 卫星、宇宙飞船。
航空平台 百米至十余千米，低、中、高空飞机以及飞船、气球等。
地面平台 0—50m， 车、船、塔等。
3.1.2 卫星的轨道参数
卫星在空间运行，遵循天体运动的开普勒三定律。
一、太阳同步轨道
（ sun-synchronous satellite orbit ） 卫星的轨道面以与地球的公转方向相同方向而同时旋转的 近圆形轨道。
卫星的轨道平面与赤道平面的夹角一般是不会变的, 但会 绕地球自转轴旋转。
轨道平面绕地球自转轴旋转的方向与地球公转的方向相同 ，旋转的角速度等于地球公转的平均角速度, 即0.9856度 /日或360度/年, 这样的轨道称为太阳同步轨道。
四、卫星的轨道参数
•赤道坐标系 赤道坐标系是取赤道面为基准 面，以地球自转轴、以及从地 心指向春分点的直线为坐标轴 所构成的坐标系。虽然由于地 轴的运动，该坐标系相对于恒 星其位置是变动的，但是，对 于轨道寿命有限的卫星运动来 说，影响很小。
开普勒的轨道参数
五、开普勒的6个参数
（1）轨道倾角 轨道平面与地球赤道平面的夹角。具体计算是在卫星轨道
➢ 风云一号C卫星轨道参数 轨道特征：太阳同步轨道 轨道高度：863km 轨道倾角：98.79° 轨道偏心率：0.00188 轨道回归周期：10.61天 轨道降交点地方时：8∶34（1999－07－04）
二、陆地卫星
1、Landsat卫星
• Landsat是美国于1972年在世界上第1次发射的真正的地球观测卫星，由于 它的出色的观测能力推动了卫星遥感的飞跃发展。是太阳同步轨道卫星 。 星上搭载多光谱扫描仪（MSS）和专题扫描仪（TM）两种遥感器。 Landsat -1用于国内和国外的大范围研究，验证研究数据对探测、绘制、测 量和评定地球资源和环境条件的实际应用。 Landsat -2具有更大的能力，能白天和夜晚测量来自陆地和水面的辐射。有 效载荷基本上与Landsat -1相同。 Landsat -3用于继续研究和发展中分辨力多光谱遥感系统。 TM是4号星以后搭载的。6号星以后仅搭载ETM，并予定追加IFOV为15ｍ 的全色波段。
遥感成像原理与遥感图像特征
第三章遥感成像原理与遥感图像特征目的与要求：掌握可见光、近红外、热红外和SAR成像机理，遥感器的类型及其特性对遥感影像的影响，评价遥感影像的主要指标等。
重点及难点：遥感器与遥感成像特性，评价遥感影像的主要指标；遥感成像机理。
教学法：讲授法、演示法教学过程：第一节传感器一、传感器的定义和功能传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。
它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。
二、传感器的分类按工作方式分为：主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、微波辐射计。
被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫描仪（MSS）、TM、ETM、HRV、红外扫描仪等。
三、传感器的组成收集器：收集地物的辐射能量。
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：将获取的数据输出。
四、传感器的工作原理收集、量测和记录来自地面目标地物的电磁波信息的仪器，是遥感技术的核心部分。
根据传感器的工作方式分为：主动式和被动式两种。
主动式：人工辐射源向目标物发射辐射能量，然后接收目标物反射回来的能量，如雷达。
被动式：接收地物反射的太阳辐射或地物本身的热辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪（MSS、TM、ETM、HRV）。
传感器按照记录方式1）非成像方式：探测到地物辐射强度，以数字或者曲线图形表示。
如：辐射计、雷达高度计、散射计、激光高度计等。
2）成像方式：地物辐射（反射、发射或两个兼有）能量的强度用图象方式表示。
如：摄影机、扫描仪、成像雷达。
五、摄影型传感器1、航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪器，它通过光学系统采用感光材料记录地物的反射光谱能量。
记录的波长范围以可见光~近红外为主。
2、成像原理：由于地物各部分反射的光线强度不同，使感光材料上感光程度不同，形成各部分的色调不同所致。
涉及的概念◆主光轴：通过物镜中心并与主平面（或焦平面）垂直的直线称为主光轴。
第三章 遥感成像原理与遥感图像特征
航空平台：包括飞机和气球。飞机按高度可以分为低空
平台、中空平台和高空平台。 • 低空平台：2000米以内，对流层下层中。 • 中空平台：2000-6000米 ，对流层中层。 • 高空平台：12000米左右的对流层以上。 • 气球：低空气球：凡是发放到对流层中去的气球称为低 空气球；高空气球：凡是发放到平流层中去的气球称为 高空气球。可上升到12-40公里的高空。填补了高空飞 机升不到，低轨卫星降不到的空中平台的空白。 航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。
一、气象卫星系列
3、气象卫星的应用领域
天气分析与气象预报 ② 气候研究与气候变迁的研究 ③ 资源环境领域：海洋研究、森林火灾、 水污染
①
FY-1C\D通道编号、波长范围及其主要用途
通道1、2的探测波段分别处 于植被反射的低谷和高峰区， 利用二者的差值可以计算各 种植被指数，植被指数能反 映作物、森林、草场的生长 情况，病虫害及作物缺水状 况，并能进行作物估产，这 个通道还可以做判识水陆边 界，河口泥沙海冰等。
LANDSAT-1 LANDSAT-2 LANDSAT-3 LANDSAT-4 LANDSAT-5 LANDSAT-6 LANDSAT-7
NASA NASA NASA NASA NASA NASA NASA
1972.7.23 1975.1.22 1978.3.5 1982.7.16 1984.3.1 1993.10.5 1999.4.15
气象卫星观测的优势和特点
资料一致性优势 与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均一性 和良好的代表性。 尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范来统一常 规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避免不同国家和 地区、使用不同仪器和方法获得的资料的不一致性。 测站分布的不均匀等，也使资料的不确定性增加。 气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进行观 测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。卫星资 料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有较好的区域 代表性。
遥感导论第三章
前言：
传感器
遥感传感器是获取遥感数据的关键设备
（1）摄影类型的传感器； （2）扫描成像类型的传感器； （3）微波成像类型的传感器；
第二节 摄影成像 一、摄影机；三、摄影胶片的物理特性（自学为主： 阅读教材；内容了解即可）。 二、摄影像片的几何特性（讲述法；问题法讨论与训 练） 1、摄影成像的投影方式是什么？ 2、名次解释：平均比例尺、像点位移。 3、像片投影误差的规律是什么？
FY2C 2008-03-19 中国陆地云图
FY2C 2008-03-19 海区云图
/shishi/satellite.jsp 中国气象科学数据共享服务网
中午前后，气象卫星监测到甘肃西部、宁夏东部出现 扬沙天气。南疆盆地也出现了沙尘天气，部分地区还出现 了沙尘暴天气。
8
0.50-0.90mm
全色波段
15m
LANDSAT-7采用ETM+，比TM增加了全色波段，分辨率15米。
--- SPOT系列
■ 1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧 共体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测 实验系统”(SPOT)的卫星，也叫做“地球观测实验 卫星”。
SPOT1，1986年2月发射，至今还在运行。 SPOT2，1990年1月发射，至今还在运行。 SPOT3，1993年9月发射，1997年11月14日停止。 SPOT4，1998年3月发射，至今还在运行。 SPOT5, 2002 年 5 月 4 日凌晨当地时间 1 时 31 分，成功发射。
0.49～0.61 1.58～1.78
10 20
重复观测26天
SPOT5图像（10米）
SPOT5图像（2.5米）
Spot-5基本产品
10米多光谱
遥感导论_3遥感成像原理与遥感图像特征2
32
微波遥感传感器分类
1、雷达（侧视雷达）：成像
主动方式
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
被动方式
2、微波散射计：不成像
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。 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 33 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
• 把探测器按扫描方向阵列式排列来感应地面响 应，以替代机械的真扫描。即通过仪器中的广 角光学系统（平面反射镜）采集地面辐射能， 并聚焦投射到焦平面的阵列探测元件上。这些 光电元件同时感应地面响应，同时采光，同时 转换为电信号，同时成像。
8
常用探测元件是电荷藕合器件CCD：是由半导体材料制成的，在这种器件 上受光或电激作用产生电荷靠电子和空穴运载，在固体内移动以产生输出 电信号。用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号。可做成集成度非 常高的组合件。
•典型实例： 加拿大CASI (Compact Airborne Spectrographic Imager)
0.385-0.9μm：288个波段
主要高光谱仪器
AVIRIS (Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer) (0.4-2.5) (美国NASA JPL)(224个波段) CASI(Compact Airborne Spectrographic Imager) (288个 波段)（加拿大） EO-1 （Hyperion）（卫星） HYDICE(Hyperspectral Digital Image Collection Experiment) (206波段) HYMAP (128波段) (澳大利亚) MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) （卫星）(36波段)
第三章 遥感成像原理与遥感图像特征
（5）
（700） （98.2太阳同步） （2）
Quick Bird(快鸟) 卫星
快鸟卫星是目前世界上商业卫星中分辨率 最高、性能较优的一颗卫星。其全色波段 分辨率为0.61米，彩色多光谱分辨率为 2.44米，幅宽为16.5公里
QuickBird卫星主要成像参数 成像方式 推扫式成像 传感器 分辨率 波长 全波段 0.61米（星下点） 多光谱 2.44米（星下点） 蓝： 450-520nm 450-900nm 绿： 520-600nm 红： 630-690nm 近红外：760-900nm
二、气象卫星系列
我国：
风云一号，风云二号
气象卫星的特点： 1. 轨道
低轨（极地轨道）——近极地，与太阳同 步。800～1600km。 高 轨 （ 静 止 卫 星 ） —— 与 地 球 同 步 。 36000km。
2. 短周期重复观测
静止卫星：0.5小时1次；极轨卫星：0.5～ 1天1次。
NOAA-17
NOAA-17 日期: 2003年5年11日 时间: 01:49:15 (UTC) （UTC指国际标准时间 或格林尼治时间）
NOAA-17
NOAA-17 日期: 2003年5月11日 时间: 00:09:45 (UTC) （UTC指国际标准时间 或格林尼治时间）
NOAA AVHRR
立体成像 沿轨/横轨迹方向 单景 16.5公里 X 16.5公里 成像模式 条带 16.5公里 X 165公里 轨道高度 450公里 倾角 98度（太阳同步） 重访周期 1 – 6天 （70厘米分辨率，取决于纬度高低）
QuickBird 传感器结构图
QuickBird 影像图
多光谱影像
分辨率2.8 m
遥感成像原理和遥感成像特征
主要产品:CCT磁带、胶带、像片
02.
中巴资源卫星CBERS
发射的高精度卫星，是世界上第一颗商用1m分辨率遥感卫星。
4m分辨率 多光谱 波长范围同landsatTM
1m分辨率 全色 波长范围
IKONOS
主要用于云移，云顶高度，云分布，海洋表面温度，对流层上部水蒸气分布以及辐射平衡方面的测定和研究。
S
A
B
C
a
b
c
S
A
B
C
a
b
c
S
A
B
C
a
b
c
点
直线
曲线
面
1、中心投影(成像特征)
投影距离的影响
投影面倾斜的影响
地形起伏的影响
1、中心投影(与垂直投影的区别)
1
定义：像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。1/m = ab/AB
2
类型：主比例尺：表示像片大概的比例尺，一般用于平坦地区的水平像片，由航测部门提供。（1/m = F/H）
缝隙摄影机
S
H
V
又称扫描摄影机或摇头摄影机。
01
02
03
在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝，并随物镜作垂直于航线方向扫描，得到一幅扫描成的图像。
在摄影瞬间得到的是地面上平行于航线的一条很窄的影像。
全景摄影机
对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机，是充分利用地物在不同光谱区有不同的反射来增多获取目标的信息量，以便提高影像的判读和识别能力。
1
2
2、影像的形成过程
航空摄影的成像过程与一般照相是相同的，地物原型的反射光谱强度是不同的，使得感光材料的感光程度不同，形成了不同密度、不同颜色的航片模型。
02.
中巴资源卫星CBERS
发射的高精度卫星，是世界上第一颗商用1m分辨率遥感卫星。
4m分辨率 多光谱 波长范围同landsatTM
1m分辨率 全色 波长范围
IKONOS
主要用于云移，云顶高度，云分布，海洋表面温度，对流层上部水蒸气分布以及辐射平衡方面的测定和研究。
S
A
B
C
a
b
c
S
A
B
C
a
b
c
S
A
B
C
a
b
c
点
直线
曲线
面
1、中心投影(成像特征)
投影距离的影响
投影面倾斜的影响
地形起伏的影响
1、中心投影(与垂直投影的区别)
1
定义：像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。1/m = ab/AB
2
类型：主比例尺：表示像片大概的比例尺，一般用于平坦地区的水平像片，由航测部门提供。（1/m = F/H）
缝隙摄影机
S
H
V
又称扫描摄影机或摇头摄影机。
01
02
03
在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝，并随物镜作垂直于航线方向扫描，得到一幅扫描成的图像。
在摄影瞬间得到的是地面上平行于航线的一条很窄的影像。
全景摄影机
对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机，是充分利用地物在不同光谱区有不同的反射来增多获取目标的信息量，以便提高影像的判读和识别能力。
1
2
2、影像的形成过程
航空摄影的成像过程与一般照相是相同的，地物原型的反射光谱强度是不同的，使得感光材料的感光程度不同，形成了不同密度、不同颜色的航片模型。
第三章遥感成像原理与遥感图像特征ppt课件
是静止的，这种卫星轨道叫地球静止卫星轨道。
地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例，它
只有一条。
编辑版pppt
7
附录：3 卫星轨道及其运行特点
在地球静止卫星轨道运行的卫星的覆
盖范围很广，利用均布在地球赤道上的 3
颗这样的卫星就可以实现除南北极很小一
部分地区外的全球通信。
编辑版pppt
8
§1 遥感平台
➢ 摄影机外壳材料：不同波段选用不同材料
➢ 镜头：根据所摄取的波段选择。
编辑版pppt
12
§２ 摄影成像－摄影机
2、全景摄影机-扫描摄影机
缝隙式（或航带摄影机）和镜头转动式摄影机。
➢不是一幅一幅地曝光，而是连续曝光，不需快门。
➢为了得到清晰的影像必须满足：
f
WP Wi W
H
➢缺点？
编辑版pppt
分辨率较高的感光片）；
摄影技术（包括曝光量的选择、感光片的冲洗以及印
像、放大技术）。
编辑版pppt
44
航空像片的分辨率
是衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。
用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平行细
线的数目来表示。
主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的
分辨率。但景物的反差、大气的光学条件、飞机
扫描成像过程当旋转棱镜旋转时第一个镜面对地面横越航线方向扫视一次在扫描视场内的地面辐射能由幅的一边到另一边依次进入传感器经探测器输出视频信号再经电子放大器放大和调制在阴极射线管上显示出一条相应于地面扫描视场内的景物的图像线这条图像线经曝光后在底片上记录下来
第三章遥感成像原理与遥感图像
特征
讲授教师：张彦丽
30
编辑版pppt
31
地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例，它
只有一条。
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7
附录：3 卫星轨道及其运行特点
在地球静止卫星轨道运行的卫星的覆
盖范围很广，利用均布在地球赤道上的 3
颗这样的卫星就可以实现除南北极很小一
部分地区外的全球通信。
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8
§1 遥感平台
➢ 摄影机外壳材料：不同波段选用不同材料
➢ 镜头：根据所摄取的波段选择。
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§２ 摄影成像－摄影机
2、全景摄影机-扫描摄影机
缝隙式（或航带摄影机）和镜头转动式摄影机。
➢不是一幅一幅地曝光，而是连续曝光，不需快门。
➢为了得到清晰的影像必须满足：
f
WP Wi W
H
➢缺点？
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分辨率较高的感光片）；
摄影技术（包括曝光量的选择、感光片的冲洗以及印
像、放大技术）。
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44
航空像片的分辨率
是衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。
用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平行细
线的数目来表示。
主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的
分辨率。但景物的反差、大气的光学条件、飞机
扫描成像过程当旋转棱镜旋转时第一个镜面对地面横越航线方向扫视一次在扫描视场内的地面辐射能由幅的一边到另一边依次进入传感器经探测器输出视频信号再经电子放大器放大和调制在阴极射线管上显示出一条相应于地面扫描视场内的景物的图像线这条图像线经曝光后在底片上记录下来
第三章遥感成像原理与遥感图像
特征
讲授教师：张彦丽
30
编辑版pppt
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极化的概念和极化类型
•水平极化：电磁波的电场
矢量与入射面垂直(入射波与 目标表面入射波处的法线所 组成的平面)。 •垂直极化：电磁波的电场 矢量与入射面平行。
8
同一地区 同一波段 不同极化 的雷达图 像存在着 明显的区 别。 不同极化 的图像就 象不同波 段一样可 彩色合成。
9
3.4 微波遥感与成像
31
探测目标表面粗糙程度是影响雷达后向散射 的重要因素，粗糙程度与雷达波长有关，波 长长时，粗糙度对后向散射的影响小。
32
在平滑表面A处，雷达波全部被反 射，没有产生后向散射，在雷达图 像上呈现黑安。在比较粗糙的B处， 有部分后向散射被雷达天线接收， 在图像上呈现明亮。
33
Local incidence angle
3.4 微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
提高航 迹向空 间分辨 率的有 效途径-合成孔 径技术
16
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/2 l为天线长度
17
3.4 微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
18
3.4 微波遥感与成像
42
先进雷达技术应用
43
立体雷达测量成图技术 --相反的观测方向得到 的立体像对，非常有用。
44
相位差与相干雷达
45
干涉雷达系统 原理就是在平 台上安装两个 天线，但要求 错开一点距离， 对地面目标探 测后，通过计 算A便可求出 地面高程。
46
通过干涉雷达获得的地面高程图像
47
聚 束 图 像
26
Layover现象 非常严重。
27
雷达阴影产生的原理
28
雷 达 阴 影 在 图 像 上 的 表 现
29
目标特性与图像表征
30
在雷达图像影响最大的因素包括：
1：Surface roughness of the target 2：Radar viewing and surface geometry relationship 3：Moisture content and electrical properties of the target
目的：提高图象在飞行方向的分辨率。
7
HH - for horizontal transmit and horizontal receive, VV - for vertical transmit and vertical receive, HV - for horizontal transmit and vertical receive, and VH - for vertical transmit and horizontal receive.
• 采样：按照一定的空间网格对连续图像进行空间坐标的数字化。 • 量化：对采样点的辐射值进行数字化。
遥感数字图像可以理解为多维数组.
62
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。
63
3.5 遥感图像的特征
侧视雷达（SLR）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。
10
3.4 微波遥感与成像
侧视雷达工作原理 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
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
64
3.5 遥感图像的特征
空间分辨率
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=20m
65
不 同 空 间 分 辨 率 的 图 像
56
加拿大Convair-580 C/X SAR 系统
美国NASA的AirSAR系统
加拿大Sea Ice and Terrain Assessment(STAR)系统
57
航天雷达系统
卫 星 雷 达 系 统 卫欧 星空 雷局 达 系 统一 系 列 SEASAT 卫日 星本 雷 达 系 统一 系 列 JERSERS-
48
SAR
干涉SAR重复轨道相位图
49
通过干涉雷达获得的地面三维高程图像
50
航空雷达遥感系统基本原理
51
航天雷达遥感系统基本原理
52
机载合成孔 径雷达系统
L波段合成孔径雷达
53
L-SAR表明损害的堤坝和淹没地区
L-波段机载SAR用于洪 水监测
54
都江堰地区机载L-SAR图像
55
金门L-SAR图像
得知地表高度变化，海浪的高度等参数。
4
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。
68
1 meter
3.5 遥感图像的特征
波谱分辨率
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（10 nm ） •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。
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。 5
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 。
66
1米
30米
10米
67
空间分辨率的应用
• 范围——只有在很少对现实在制图适合的标准场景大小下 图像才是有用的。已有一些数据提供商可以按照范围给定 数据。 • 比例——图像的比例依图像数据的质量而定，且与空间分 辨率有非常密切的关系。通常，高空间分辨率数据集产生 高地图比例。下表提供了一些对各种没有失真的空间分辨 率，可达到的最佳地图比例的建议。 • 图像分辨率 典型地图比例 • 1000 m 1:1 500 000 • 100 m 1:250 000 • 30 m 1:80 000 • 10 m 1:25 000
3.4 微波遥感与成像
介绍 雷达基础知识 几何特性与空间分辨率
雷达图像畸变
目标微波特性
雷达图像特性
雷达遥感应用
雷达遥感系统
1
3.4 微波遥感与成像
微波波段划分
2
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。 3
3.4 微波遥感与成像
微波遥感传感器分类 1、雷达（侧视雷达）：成像 主动方式 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
被动方式
2、微波散射计：不成像
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
合成孔径雷达工作原理
19
3.4 微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
20
雷达遥感图像畸变
21
斜距向几何畸变
22
近 距 离 端 图 像 压 缩
纠正后的正确图像 23
foreshortening
24
在陡峭山脉 地区的侧视 雷达图像上 存在严重的 forshorteni ng现象。
25
出现Layover 现象的原理
58
加拿大的RADASAT卫星雷达系统
RADASAT覆盖500公里， 可选择多种模式
59
机载三维成像仪
60
61
3.5 遥感图像的特征
遥感图像的表示方法
• 二维的连续的光密 度函数 • 图像上的光密度随 坐标x,y变化而变 化，如果取一个方 向的图像，则密度 随空间变化，是一 条连续的曲线。
遥感光学图像的数字化：
(a) 2级的Lena图像
(b) 16级的Lena图像
(c) 256级的Lena图像
感测人体选择8-12m, 探测森林火灾应选择3-5 m
69
3.5 遥感图像的特征
波谱分辨率
70
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