第三章遥感成像原理与遥感图像特征
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第三章 遥感传感器及其成像原理
一、遥感图像特征 二、遥感传感器 三、遥感数据的选购（视时间）
一、遥感图像特征
1 几何特征 2 物理特征 3 时间特征
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、遥感图像特征
1）空间分辨率（地面分辨率）
➢ 空间分辨率，也称地面分辨率，它们均反映对两个非常靠 近的目标物的识别、区分能力。
3）辐射分辨率
辐射分辨率：指传感器在接收目标辐射 的波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。
（能量上、强度上的分辨，表现为灰度量化级）。
例如：Landsat5的TM3 其最小辐射量值Rmin=-0.0083mv/(cm2·sr·μm)
最大辐射量值Rmax=1.410mv/(cm2·sr·μm) 量化级D为28=256级 其辐射分辨率RL=(Rmax -Rmin)/D=0.0055 mv/(cm2·sr·μm)
一、遥感图像特征
例2：SPOT-HRV全色波段的探测元件长度为13μm; 焦距为1m; 轨道高度为822km。求地面分辨率。 解：IFOV=HS/f=8.22×105×13×10-6÷1=10.686m
一、遥感图像特征
例3：Landsat-MSS多光谱扫描仪，每个探测器的瞬时视场为86μrad，
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。
一、遥感图像特征
2）波谱分辨率（光谱分辨率）
波谱分辨率：指传感器在接收目标辐射的波谱 时能分辨的最小波长间隔。
间隔↓，分辨率↑ 光谱分辨率通过遥感器所选用的波段数量的多 少、各波段的波长位置、及波长间隔的大小，即 选择的通道数、每个通道的中心波长、带宽，这 三个因素共同决定光谱分辨率。
Landsat/TM有7个波段，如TM3波段（0.63-0.69 μm ，波段间隔 为0.06 μm ）
航空可见、红外成像光谱仪AVIRIS有224个波段（0.4-2.45μm波 段间隔近10nm）。
图中红线内为32nm光谱分辨的反射曲线，可见 在1.2 μm 处出现明显的双谷形态。
一、遥感图像特征
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
空间分辨率和光谱分辨率的矛盾
提高空间分辨率 瞬时视场IFOV要小。
IFOV小 探测元件接受到的辐射能量相
应减少，即瞬时获得的入射能量小 对微弱
能量差异的检测能力差
H：摄影机距地面高度，单位m
f：摄影机焦距，单位mm
R g:地面分辨率，单位线对/mm
一、遥感图像特征
（4）地面分辨率的计算
扫描方式： IFOV也可理解成：扫描成像过程中一个光敏
探测元件通过望远镜系统投射到地面上的直径
或者边长。
IFOVHHS
f
S f
S: 探测元件的边长
H: 遥感平台的航高
H
f : 望远镜系统的焦距
➢ 空间分辨率：是针对遥感器或图像而言的，指图像上能够 详细区分的最小单元的尺寸或大小，或指遥感器区分两个 目标的最小角度或线性距离的度量。
➢ 地面分辨率：是针对地面而言，是指可以识别的最小地面 距离或最小目标物的大小。
一般有三种表示方法：
(1)像元
(2)线对数
(3)瞬时视场
一、遥感图像特征
（1）像元（pixel）
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。
卫星高度为915km，因此每个像元的地面分辨率为79m×79m，每个波
段由6个相同大小的探测单元与飞行方向平等排列，这样在瞬间看到的
地面大小为474m×79m，又由于扫描总视场为11.56°，对应地面宽度
Βιβλιοθήκη Baidu
为185km，因此扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，其地面范围为
474m× 185km，又因扫描周期为73.42ms，卫星速度（地速）为
IF O V
一、遥感图像特征
例1：摄影机焦距152mm，航高为6000m，系统分辨 率为40线对/mm。求地面分辨率。（P80）
解： RgR H sf 线/对 m
式中：Rg的单位是 线对/m
1m
1线对/ m表明：1m中只能区分1个线对，也就是2条线 （一明一暗），每条线为0.5m，因此其分辨能力为 0.5m，也即地面分辨率为0.5m。（书中不太好理解）
指单个像元所对应的地面面积大小，单位为m×m或 km×km。
如美国QuickBird商业卫星一个像元相当地面面积 0.61m×0.61m，简称其空间分辨率为0.61m，Landsat/TM一 个像元相当地面面积28.5m×28.5m，简称其空间分辨率为 30m。
（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。
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
一、遥感图像特征 二、遥感传感器 三、遥感数据的选购（视时间）
一、遥感图像特征
1 几何特征 2 物理特征 3 时间特征
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、遥感图像特征
1）空间分辨率（地面分辨率）
➢ 空间分辨率，也称地面分辨率，它们均反映对两个非常靠 近的目标物的识别、区分能力。
3）辐射分辨率
辐射分辨率：指传感器在接收目标辐射 的波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。
（能量上、强度上的分辨，表现为灰度量化级）。
例如：Landsat5的TM3 其最小辐射量值Rmin=-0.0083mv/(cm2·sr·μm)
最大辐射量值Rmax=1.410mv/(cm2·sr·μm) 量化级D为28=256级 其辐射分辨率RL=(Rmax -Rmin)/D=0.0055 mv/(cm2·sr·μm)
一、遥感图像特征
例2：SPOT-HRV全色波段的探测元件长度为13μm; 焦距为1m; 轨道高度为822km。求地面分辨率。 解：IFOV=HS/f=8.22×105×13×10-6÷1=10.686m
一、遥感图像特征
例3：Landsat-MSS多光谱扫描仪，每个探测器的瞬时视场为86μrad，
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。
一、遥感图像特征
2）波谱分辨率（光谱分辨率）
波谱分辨率：指传感器在接收目标辐射的波谱 时能分辨的最小波长间隔。
间隔↓，分辨率↑ 光谱分辨率通过遥感器所选用的波段数量的多 少、各波段的波长位置、及波长间隔的大小，即 选择的通道数、每个通道的中心波长、带宽，这 三个因素共同决定光谱分辨率。
Landsat/TM有7个波段，如TM3波段（0.63-0.69 μm ，波段间隔 为0.06 μm ）
航空可见、红外成像光谱仪AVIRIS有224个波段（0.4-2.45μm波 段间隔近10nm）。
图中红线内为32nm光谱分辨的反射曲线，可见 在1.2 μm 处出现明显的双谷形态。
一、遥感图像特征
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
空间分辨率和光谱分辨率的矛盾
提高空间分辨率 瞬时视场IFOV要小。
IFOV小 探测元件接受到的辐射能量相
应减少，即瞬时获得的入射能量小 对微弱
能量差异的检测能力差
H：摄影机距地面高度，单位m
f：摄影机焦距，单位mm
R g:地面分辨率，单位线对/mm
一、遥感图像特征
（4）地面分辨率的计算
扫描方式： IFOV也可理解成：扫描成像过程中一个光敏
探测元件通过望远镜系统投射到地面上的直径
或者边长。
IFOVHHS
f
S f
S: 探测元件的边长
H: 遥感平台的航高
H
f : 望远镜系统的焦距
➢ 空间分辨率：是针对遥感器或图像而言的，指图像上能够 详细区分的最小单元的尺寸或大小，或指遥感器区分两个 目标的最小角度或线性距离的度量。
➢ 地面分辨率：是针对地面而言，是指可以识别的最小地面 距离或最小目标物的大小。
一般有三种表示方法：
(1)像元
(2)线对数
(3)瞬时视场
一、遥感图像特征
（1）像元（pixel）
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。
卫星高度为915km，因此每个像元的地面分辨率为79m×79m，每个波
段由6个相同大小的探测单元与飞行方向平等排列，这样在瞬间看到的
地面大小为474m×79m，又由于扫描总视场为11.56°，对应地面宽度
Βιβλιοθήκη Baidu
为185km，因此扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，其地面范围为
474m× 185km，又因扫描周期为73.42ms，卫星速度（地速）为
IF O V
一、遥感图像特征
例1：摄影机焦距152mm，航高为6000m，系统分辨 率为40线对/mm。求地面分辨率。（P80）
解： RgR H sf 线/对 m
式中：Rg的单位是 线对/m
1m
1线对/ m表明：1m中只能区分1个线对，也就是2条线 （一明一暗），每条线为0.5m，因此其分辨能力为 0.5m，也即地面分辨率为0.5m。（书中不太好理解）
指单个像元所对应的地面面积大小，单位为m×m或 km×km。
如美国QuickBird商业卫星一个像元相当地面面积 0.61m×0.61m，简称其空间分辨率为0.61m，Landsat/TM一 个像元相当地面面积28.5m×28.5m，简称其空间分辨率为 30m。
（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。
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