遥感导论第三章

第一节 遥感平台

遥感平台：高度在150km以上的称为航天平台，
目前发展最快，应用最广。

根据航天平台的服务内容，可分为：气象卫星 系列、陆地卫星系列、海洋卫星系列。
一、气象卫星系列 ■每天对全球扫描两遍。
优点：获全球气象资料，得全球 1.气象卫星的分类 大气变化的宏观资料。 缺点：对一特定区域，一天只能 按运行轨道可分 ■太阳同步轨道气象卫星 观测２次，不能取得连续变化的 （极轨气象卫星、低轨） 观测。在极地观测频繁。
Launched by LANDSAT-1 NASA Date of launch 1972.7.23 Date of termination 1978.1.6 Altitude Sensor Recurre nt period 18 days
915km
RBV/MSS
LANDSAT-2
LANDSAT-3 LANDSAT-4
垂直投影特点：
影像与实物的大小比例在影像各点上是一样的， 具有统一的比例尺，影像上地物形状没有变形 地形图是缩小后的垂直投影
（3）中心投影和垂直投影的区别
■ ■ ■
投影距离的影响 投影面倾斜的影响 地形起伏的影响
区别1——投影距离的影响
垂直投影:比例尺 和投影距离无关。 中心投影:受投影距离影 响，像片比例尺与平台 高度H和焦距f有关。
NOAA-17 卫星沙尘监测信息
2008年3月19日0时0分 NOAA-17 卫星沙尘监测信息
渤海湾大部、辽东湾西部和辽东半岛东侧有密实的雾覆盖区
利用卫星资料的温度特性能力，经解析处理生成图像。
FY2C 2013-03-16 中国陆地云图
FY2C 2013-03-16
中国大陆区域水汽云图
二、陆地卫星系列 --- Landsat系列
第三章 遥感成像原理与遥感图像特征
本章主要内容



遥感平台 摄影成像 扫描成像 微波遥感与成像 遥感图像特征
第三章 遥感成像原理与遥感图像特征
第一节 遥感平台（自学为主）
1、气象卫星按轨道分哪两种？各有什么特点？ 2、简述风云一号FY-1A/B星具有5个通道波段范围与作用。 3、试述Landsat5卫星传感器TM各通道的波段范围与作用。 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、摄影成像的基本原理是什么？其图像有什么特征？ 2、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
http://cdc.cma.gov.cn/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。
a2 b2
H2
f
a1 b1
H1
A
B
垂直投影
中心投影
区别2——投影面倾斜的影响
垂直投影:总是水平的， 不存在倾斜问题。
中心投影：若投影面倾斜， 航片各部分的比例尺不同。
ab = bc
a
c b
a
b
c
ab≠bc
A
B
C
A
B
C
垂直投影
中心投影
区别3——地形起伏的影响 地形起伏对垂直 投影无影响
地面起伏越大，像上 投影点水平位置的位 移量就越大
■ 倾斜摄影 摄影机主光轴 偏离垂线大于3 度，影像畸变 大。
（1）中心投影与垂直投影 （2）两种投影的透视规律与特点 （3）中心投影和垂直投影的区别 （4）像片的比例尺与像点位移

二、摄影像片的几何特征
（1）中心投影与垂直投影
中心投影
垂直投影
中心投影：光线通过投影中心投射到成影面上，形成透视影像。 垂直投影：相互平行的光线投射到与光线垂直的平面上。 摄影像片是中心投影。 大比例尺地形图是垂直投影。
三、海洋卫星系列
海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界 线、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水团的 温度、盐度、颜色、叶绿素含量，海冰的类型、密集 度、数量、范围以及水下信息、海洋环境、海洋净化 等方面的动态监测。
1
海洋遥感的特点：
1) 需要高空和空间的遥感平台，以进行
大面积同步覆盖的观测； 2) 以微波遥感为主； 3) 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。 4) 海面实测资料的校正。
a
b
c
a b
c
C A’ B’
C A’ B’ C’
C’
A
Fra Baidu bibliotek
垂直投影
A
中心投影
（4）像片的比例尺与像点位移
A、像片比例尺——平均比例尺
■ 像片上两点之间的距离与地面上相应两点实 际距离之比。
b
像平面
投影中心
a
f
1 f ab m H AB
H
地物
A B
地面起伏，使得一张像片不同像点的比例尺变化。
f
运行中每一条轨道都 要经过地球南北两极附 近上空。
■地球同步轨道气象卫星 （静止气象卫星、高轨）
■对地球近1/4面积的地区连续进 行气象观测。3-4颗卫星形成空间 监测网。 ■对全球中低纬度地区进行监测， 对某一固定地区， 每隔20-30min获一次资料。提高 了预报各种灾害性天气的能力。
2、气象卫星概述
Band 1 2 3 4 5 6 7 wavelength band 0.45-0.52mm 0.52-0.60mm 0.63-0.69mm 0.76-0.90mm 1.55-1.75mm 10.4-12.5mm 2.08-2.35mm
LANDSAT-7
Band Blue Green Red Near-infrared mid -infrared 热红外 mid -infrared Resolution 30m 30m 30m 30m 30m 60m 30m
（2）两种投影的透视规律与特点——中心投影的透视规律
■
■
点——点。 直线——直线、点
■ ■
空间曲线——曲线。 面状物体——各种线投影组合
中心投影的主要变形规律
■ 影像与实物的大小比例在影像各个点上不一样； 各点比例尺与平台高度和焦距有关。 ■ 影像上地物形状越是远离投影中心，影像变形 越大，各点变形方向不同。
hb
B
rh H
■ 位移量与地形高差成 正比。当高差为正时，像 点位移为正；高差为负时， 像点位移为负。
■ 位移量与像点距离像 ■ 位移量与摄影高度 主点的距离成正比，即 （航高）成反比。 距像主点越远的像点位 移量越大，像片中心部 分位移量较小。像主点 无位移。
比 例 尺
1 f m H0
H0
1 f m H 0 h2
1 f m H 0 h1
h1 h2
B、像点位移
定义：摄像片上地物的像点位置相对参照点产生了变 化，称为像点位移，也就是误差。 位移的结果：使得地物在像片上的影像形状发生变形。 像点位移的原因：引起像点位移的原因有像片倾斜、 地面起伏、感光片变形、镜头畸变、大气折射以及地 球曲率等等，其中最主要的是像片倾斜和地面起伏。 投影误差：因地形起伏引起的像点位移 倾斜误差：因像片倾斜产生的像点位移。
NASA
NASA NASA NASA
1984.3.1
1993.10.5 1999.4.15 2013.2.11
Operating*1
1993.10.5 Operating*2 Operating*2
705km
705km
MSS/TM
ETM ETM+
16 days
16 days 16 days
Characteristic
SPOT5影像数据特征 Characteristics of SPOT5 Image Data
波段 PAN（全色） Band1（近红外） Band2（红色） 波长/µ m 0.49～0.69 0.78～0.89 0.61～0.68 分辨率/m 2.5 10 10
Band3（绿色） Band4（中红外）
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
2.5米全色
5米全色
2、高空间分辨率陆地卫星--IKONOS


1米全色 4米多光谱（4个）
全色光谱响应范围： 0.45～0.90μm 而多光谱则相应于Landsat-TM的波段： 0.45～0.53μm ，TM10.45～0.52μm 蓝波段 0.52～0.61μm ，TM20.52～0.60μm 绿波段 0.64～0.72μm ，TM30.63～0.69μm 红波段 0.77 ～ 0.88μm ， TM40.76 ～ 0.90μm 近红外波 段
IKONOS 图像
分辨率： 1m 地区：
上海浦东 采集时间： 2000年 3月26日
2、高空间分辨率陆地卫星--QuickBird QuickBird数据的光谱段
数据类型 波段范围/ μm 蓝：0.45~0.52 绿：0.52~0.60 多 波 段 红：0.63~0.69 近红外：0.76~0.90 全 波 段 0.45~0.90 分辨率/ m 2.44 2.44 2.44 2.44 0.61
■
第一代气象卫星（1960-）：
主要代表有：泰罗斯-1(Tiros-1)、艾萨(ESSA)、雨 云（Nimbus）、爱托斯（ATS）
■
第二代气象卫星（1970-1977年）：
除了第一代的一些改进型外，出现了静止卫星系列
■
第三代气象卫星（TIROS-N 1978年）：
主要以诺瓦NOAA卫星系列为代表。
第二节 摄影成像
摄影成像：传统摄影是依靠光学镜头及放置
在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影则
通过放置在焦平面的光敏元件，经光/电转换，以 数字信号来记录物体的影像。 依据探测波长的不同，又可分近紫外摄影、 可见光摄影、红外摄影、多光谱摄影等。
一、摄影方式
按摄影机主光轴与地面的关系可分： ■ 垂直摄影： ■ 摄影机主光轴垂直于地面或者偏离垂线在3度以内 ■ 像片为水平像片，地物一般与地物顶部形状基本相 似
①地形起伏引起的像点位移——投影误差
定义：由于地面起伏，高于或低于基准面的地 面点，像片上的像点相对于其在基准面上的投 影点的像点所产生的直线位移，叫做投影误差 位移量：
①投影误差
S
δ
rh H
像点
f
a a0
O
r
H
地面
A
基准面
ha
A1
A0
O
B0

B0
h——地形高差 r——像点距离像主点的距离 H——摄影高度（航高）
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。
中国也先后成功地发射了（4颗风云－1和5颗风云－ 2）。风云－1是一种极地轨道气象卫星。风云－2是一种 静止气象卫星。 风云-3是二代极地轨道气象卫星 2颗。
风云一号A/B 其波段及主要用途
3、气象卫星的应用领域
①
② ③
天气分析与气象预报（由云图信息做短时间的推 测） 气候研究与气候变迁的研究（据长期观测数据作 推断） 资源环境领域 （利用连续云图可了解水团、漩涡、洋流的分布 和变动情况，为航海提供安全保障；可测量海面 温度。另外，气象卫星还可以进行环境监测，如： 森林火灾、尘暴、水污染）
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？
NASA
NASA NASA
1975.1.22
1978.3.5 1982.7.16
1982.2.25
1983.3.31 2001.6.15
915km
915km 705km
RBV/MSS
RBV/MSS MSS/TM
18 days
18 days 16 days
LANDSAT-5
LANDSAT-6 LANDSAT-7 LANDSAT-8