第五章航空遥感

❖ 3）位移量与摄影高度（航高）成反比。
其中：r为像点a到像主点的距离；H为摄影航高；h为地面离差；
h
rh H 35
根据相似三角 形原理，可得 投影差的公式：
h
rh H
其中：r为像 点a到像主点 的距离；
H为摄影航高；
h为地面离差；
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1.投影差分布规律
（1）对相对高差相 等的点， h也相等； r=0时， h=0；像主点 无像点移动；
亮度系数
亮度系数（P）：在相同照度条件下，某物体的亮度与
绝对白体理想表面的亮度之比。 亮度系数的特点：
（1）亮度系数的范围0≤P ≤1；
（2）相同地物，由于干湿程度不同，亮度系数也不同； （3）亮度系数与物体表面的颜色有关； （4）表面光滑的物体比粗糙的物体亮度系数大； （5）许多性质完全不同的物体具有相同的亮度系数。
2.像底点：
通过镜头中心S的
铅垂线(NSn)与像
面的交点
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3.等角点： 主光轴SO与主垂 线NSn夹角a（即 像片倾角）的二 等分线与像平面 及地面的交点， 都称等角点。用 c和C表示。
4.主纵线： 包括主光轴与铅 垂线的平面（W） 与像平面的交线 （vv’)为主纵 线；
地面上为VV’。 27
5.主横线： 在像片上凡与主 纵线垂直的线， 称为像水平线 hh’，通过像主 点的像水平线为 主横线hoh’o.
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（二）影响航空像片色调的因素
1.地物表面亮度：其取决于摄影时照度和地物 自身的亮度系数。
（1）照度：太阳辐射到地表的强度，即像片上 的灰度色调。
（2）地物亮度系数：当照度一定时，地物亮度系 数决定着地物在黑白航空像片上的相应影像的色调。 亮度系数越大，色调越浅。
2.感光材料：感光度
3 摄影技术：曝光量的选择、感光片的冲洗及印 像、放大技术等。
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5.2 航空像片的几何特征与物理特性
❖ 三、航空像片上特殊的点线：像主点、主纵 线等。
❖ 四：航空像片上的物理特性： ❖ 1.色调、色彩、灰阶、亮度系数
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三、航空像片上特殊的点线
S为投影 中心，E为地面， P为像面，E与P所 夹两面角a ,即为 摄影时的倾角。
1.像主点： 主光轴OS与像平 面垂直的交点o, 地面上的相应点 称为地主点O；
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5.2 航空像片的几何特征与物理特性
❖ 一、航空像片的投影原理
❖ 1.中心投影定义：凡空间任意点A（物点）与一固定点S（投 影中心）连成的直线或延长线（即中心光线）被一个平面 （像平面）所截，则此直线与平面的交点a（像点）称为A点 的中心投影。
❖ 2.特点： 航片属于中心投影。 中心投影上，点的像还是点，线的像还是线，面的像还是面。 航片的比例尺随航高而改变。 地形的起伏和投影面的倾斜会引起航片上像点的位置的变化， 叫像点位移。
第五章 航空遥感
定义：航空遥感是以中低空遥感平台为基础进 行摄影（或扫描）成像的遥感方式。
❖ 5.1 航空遥感系统 ❖ 5.2 航空像片的几何特征与物理特性 ❖ 5.3 像片视差和立体观测 ❖ 5.4 高光谱航空遥感
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5.1 航空遥感系统
❖ 一、航空遥感平台： ❖ 1.气球 ❖ 2.飞机：低空、中空、高空 ❖ 二、航空摄影方式： ❖ 1.按照摄影机主光轴与铅垂线的关系分：垂直航空
2.像片略图： 也称像片草图。它是按照像片之间重叠 部分的同名地物点进行拼接镶辑，然后把重叠部分切去， 舍去像片的边角，用每张像片的中心部分拉合成一个图 幅整体。（未纠正）
3.像片平面图： 由经过纠正的航片拼辑、镶嵌而成的 航空影像图。
4.正射航空影像图：它是用正射投影仪将普通的航片经 过了投影改造成为正射投影片，用其组合而成的航空影 像图。消除了地形引起一误差，标注有等高线等。
❖ （3）扩大遥感技术应用范围,开辟了传 统遥感无法涉足的新的研究方向。
❖ 如不同树种的识别,不同矿物的识别,使遥感技 术应用的范围大大提高;利用高光谱数据进行 有关植被叶绿素a 、木质索、纤维素、生物物 理化学参数的提取等生化分析取得了较好的结 果,为遥感技术的应用提供了新的研究方向,使 得原先无法进行的应用方向成为可能。
2.受地形因素的影响
（1）平坦地区：摄像时像片处于水平位置， 则像片的比例尺可以近似看成处处一致。
例如：f=70mm,H=3500mm,则像片比例尺为1： 50000
一般在航空摄影时，焦距是固定的，比例尺 主要随着航高而变化。
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20
（2）地形复杂地区
由于地形起伏使得每一地物点的航高不同， 实际比例尺与不一样。
（2）图版上改正：投影 差在图版上的改正是指从 没有投影差的图上点A0向 A’改正。改正方向为h>0， 图上点A0背朝底点方向改 正, h>0;反之…
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5.4 高光谱航空遥感
❖ 一、基本概念
❖ 高光谱遥感是高光谱分辨率遥感的简称。 它是在电 磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围 内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。 其成像光谱 仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段 信息。它的基础是测谱学.
2600 290 210
1100
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23
5.2 航空像片的几何特征与物理特性
❖ 二、航空像片的比例尺
航摄相机的焦距f与航高H的比。 航片的比例尺：1／M=f/H 。
比例尺随着图像处理而变化。 大比例尺航片：1:5 000～1:10 000。 中比例尺航片：1:10 000～1:30 000。 小比例尺航片：1:30 000～1:100 000。 地形起伏也会影响比例尺。
摄影、倾斜航空摄影。 ❖ 2.按照摄影所用的波段分：普通黑白、天然彩色、
黑白红外、彩色红外、多光谱、机载侧视雷达。 ❖ 3.按照摄影实施方式：单片摄影、单航线、多航线
（面积摄影）
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❖ （一）按摄影机主光轴与铅垂线的关系分
❖
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。
❖
像主点：主光轴与感光片的交点称为像主点。
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5.3 像片视差和立体观测
❖ 一、像片视差产生的原因和纠正
❖ 1.像片倾斜产生的像点位移：
❖ 2.地形起伏产生的像点位移：公式5.3、5.2
❖ 中心投影下的位移量、地面高差、摄影高度、像主 点的距离的关系：
❖ 1）位移量与地形高差h成正比，即高程差越大引起 的像点位移量也越大。
❖ 2）位移量与像主点的举例成正比，即距主点越远 的像点位移量越大，像片中心部分位移量较小。
（2） h与h成正 比，h>0，像点背离像主 点方向移位， h>0； h<0，像点朝向像主点方 向移位， h<0。
（3） h与航高H 成反比。
h
rh H
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2.投影差的改正
（1）像片上改正：投影 差在像上的改正是指从含 有投影差的像点a向a0改 正。改正方向：h>0，像 点a朝向像主点方向改正； h<0,像点a背离像主点方 向改正。
航向重叠：60%，不得小于53%。
3.多航线摄影（面积摄影）
沿数条互相平行的直线航线对一个广大区域进行的 连续的、布满区的摄影。
航向重叠：60%，旁向重叠:15%-30%;
6
7
二、航空摄影方式
4.按照航摄比例尺分：大比例尺、中比例尺、 小比例尺、超小比例尺。
❖ 大比例尺航空摄影：所获像片比例尺大于1／ l0 000
❖ 中比例尺航空摄影：像片比例尺为1／10 000～1／30 000
❖ 小比例尺航空摄影：像片比例尺为1／30 000～1／l00 000
❖ 超小比例尺航空摄影：比例尺为1／100 000～1／250 000
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航空遥感的产品
1.镶辑复照图： 相邻航片按照同名地物近似地拼叠起 来，然后将其缩小复照即可。
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中心投影：以某一中心点成像
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中心投影的特点
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航空像片的比例尺
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二、航空像片的比例尺 (一）定义：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，用1/M表 示，并有下式：
1f MH
式中：f为焦距，H为飞行器相对航高。
（二）影响航空像片比例尺的因素
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1.与焦距和航高的关系：航空像片的比例尺 与物镜焦距成正比，与相对航空成反比。若焦距固定 不变，相对航高越高，比例尺就越小。
a cn f tg 2 seca
oi f ctga
ci si f sin a
Vi '
SN sin a
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四、航空像片的物理特性
（一）基本概念
1.色调：地物电磁辐射能量在像片上的模拟记 录，在黑白像片上表现为灰度，在彩色像上表现为色彩。 通常划分成0到255共256个级别，0表示最暗（全黑），255表 示最亮（全白）。灰阶数总数为2n。
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航空遥感数据色调
黑白像片上某一部分的黑白深浅的程度称为色 调，它能反映物体反射率的大小。
影响航空像片色调的因素：
地物表面亮度（取决于摄影时的照度和地物自 身的亮度系数）； 感光材料（摄影时应选取感光度高、反差系数 适中、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）。
举例说明：在用RC-5拍摄的像片,已知航高 2600m，焦距210mm,红松K36号样地的海拔高为500m， 红松K40号样地海拔高为290m，则K36的比例尺分母 为：
mK 36
H K 36 fK
H 0 hK 36 fK
2600 500 210
10000
21
mK 40
H0
hK 40 fK
6.等比线： 像平面上通过等 角点c的像水平线， 称为等比线 hch’c.
7.真水平线： 通过镜头中心S所 作的水平面与像
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片面的交线
8.主合点： 主纵线与真水平 线的交点I.
9.透视轴： 延长像片面与地 平面相交的直线 的透视轴TT’.
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(二）特殊点、线间的关系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
on f .tga
oc f tg a 2
2.色彩：彩色像上某一部分的颜色称为此部分 的色彩。
3.灰阶：灰度分成若干个等级，每一等级称为 一级灰阶。一般用2n(n是正整数）表示灰阶序号 0,1,2,3,…2n-1。
4.亮度系数：在相同照度下，某物体表面亮度
与反绝射对）白 光色 的P的 能理 力LL想 。0 物体表其--为中面绝：亮对L度-白-之-色-比为物。某体表物表示体面地表亮物面度发亮。射度；（L或0-- 31
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航片上的标志 像幅规格：18 18cm2,23
23cm2
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三、航空遥感的特点
❖ 优点： ❖ 1.航空遥感空间分辨率高、信息容量大。 ❖ 2.航空遥感灵活，适用于一些专题遥感研究。 ❖ 3.航空遥感作为实验性技术系统，是各种星
载遥感仪器的先行检验者。 ❖ 4.信息获取方便。
不足：费用昂贵。
❖ 高光谱遥感与一般遥感主要区别在于：高光谱遥感 的成像光谱仪可以分离成几十甚至数百个很窄的波段 来接收信息；所有波段排列在一起能形成一条连续的 完整的光谱曲线；光谱的覆盖范围从可 见光到热红 外的全部电磁辐射波谱范围。而一般的常规遥感不具 备这些特 点，常规遥感的传感器多数只有几个，十 几个波段；更重要的是这些波段在电磁波谱上不连续。
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高空间分辨率图像
❖ 高空间分辨率图像：一般指图像的空间分辨 率达到10米以内的航天、航空遥感图像。
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高光谱图像特征
❖ 高光谱遥感技术又称为成像光谱技术,是指利用很 多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获取有关数 据。
❖ （1）高光谱遥感的显著特点之一是其所提供的高 光谱分辨率。
❖ 过去的多光谱遥感,如TM 等只能提供7 个100～ 200nm 分辨率的间断波段信息,高光谱遥感则可提 供几十数百个10nm 左右分辨率的连续波段信息, 使得高光谱遥感有足够的光谱分辨率对那些具有 纳米级诊断光谱特性的地表物体进行区分。
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高光谱图像特征
❖ （2）谱像合一技术是高光谱遥感的另一显著 特点。
❖ 在对目标地物成像的同时,每一个像素都获得 了几十至几百个连续光谱的覆盖,使其图像同 时具有空间、辐射和波谱的信息。
❖ 高光谱遥感的出现使遥感领域发生了巨大的 变化,大大加快了遥感技术从定性到定量发展 的步伐。
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高光谱图像特征
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高光谱图像特征
❖ (4) 推动遥感定性分析向定量或半定量的转 化成为可能。
❖
航摄倾角与像点倾角：主光轴与铅垂线的夹
角a。
❖
1.垂直航空摄影: a≦3º
❖
2.倾斜航空摄影：a>3º
3
主光轴
像主点
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航空像片的分类标准
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（三）按摄影实施方式分
1.单片摄影
为特定目标或小块地区进行的摄影，一般获得一张、 一对或数张不连续的像片。
2.单航线摄影
沿一条航线对地面上狭长地带或线状地物（如铁路、 公路、河流、管道等）进行的连续摄影。