遥感第3章遥感成像原理与遥感图像特征.ppt

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1、第三章 遥感成像原理与图像特征,1 遥感平台与遥感器 2 摄影成像 3 扫描成像 4 微波遥感与成像,3.1.1 遥感平台的种类 地面平台：高度在050m范围内，包括车、船、塔、三脚架、遥感塔、遥感车等，对地观测研究中应用较少。主要目的是对地物波谱进行测量。航空平台：高度在百米10多km，包括低、中、高空飞机，以及飞艇、气球等。航天平台：高度在150km以上，其中最高的是位于赤道上空36000km高的静止卫星，其次是700900km高的陆地观测卫星，航天飞机一般在240350km高度。,3.1 遥感平台与遥感器,In situ spectroradiometer measurement of

2、soybeans,遥感车-地面遥感平台,高空平台(5-10km),运八,运七,其他：里尔、双水獭、空中国王等,航摄飞机,遥感飞机,中低空(1-8Km),航摄飞机,其他飞机(500m),GT500,蜜蜂3无人机,航摄飞机,航天飞机,遥感卫星,遥感卫星,3.1.2 遥感器与遥感图像特征参数一、遥感器的组成收集器：负责收集来自地物目标的电磁辐射能量。具体元件有透镜、反射镜、天线等。探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。具体元件有感光胶片、光电管、光敏和热敏元件等处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。有摄影处理装置和电子处理装置。输出器：将获取的数据输出。,3.1 遥感平台与遥感器,二、遥

3、感器的分类 由于地物对不同波段电磁波的发射和反射特性大不相同，并且电磁波随着波长的变化性质有很大的差异，因而接受电磁辐射的传感器的种类繁多，大致有以下几种类型：按数据记录方式分：成像方式传感器和非成像方式传感器；非成像传感器记录的是地物的一些物理参数，在成像系统中，按成像原理又可分为摄影成像、扫描成像等类型；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

4、机、多光谱扫描仪（MSS）、TM、ETM、HRV、红外扫描仪等。,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三、遥感器的性能指标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。传感器的分辨率是遥感技术及其应用中的一个重要概念，也是衡量遥感数据质量特征的一个重要指标四、遥感图像特征参数 遥感图像主要记录目标物体三方面信息特征，即几何特征、物理特征和时间特征，它们用空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率和时间分辨率等参数来表现。这些正是传感器的最具实用意义的性能指标。,3.1 遥感平台与遥感器,图像的空

5、间分辨率：指像素所代表的地面范围大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。用来表征影像分辨地表细节的能力。扫描成像-像元：扫描仪瞬时视场所对应的地面实际大小 摄影成像-线对/米(线对:能分辨的地物的最小距离),DPI 等表示 信息识别目标的空间尺度与遥感信息空间分辨率的关系(P81,表3.8),空间分辨率,Instantaneous Field of View（IFOV）,Spatial Resolution,Coarse or low resolution,Fine or high resolution,图像的光谱分辨率：传感器在接收目标辐射的波谱时所能分辨的最小波长间隔(传感器

6、各个波段的宽度)，间隔愈小，分辨率愈高。(P82,F3.26)一般来说，光谱分辩率越高，专题研究针对性越强，识别精度越高，地物越容易区分和识别。信息冗余增大：对于特定目标，并非波段越多，光谱分辨率越高，效果就越好，而要根据目标的光谱特性和必需的地面分辨率来综合考虑。在某些情况下，波段太多，分辨率太高，接收到的信息量太大，形成海量数据，反而会“掩盖”地物辐射特性，不利于快速探测和识别地物。,光谱（波谱）分辨率,遥感器的工作波段在“大气窗口”中间选择。根据理论分析和实际经验效果相结合进行综合考虑。保证分类精度的情况下放宽波谱段，以保证足够的辐射能量被遥感器记录接收和下来。但不能有太多的重叠。具体应

7、用中根据研究目的选择能够突出目标信息的波段。1）根据室内地物波谱曲线特征，直观地分析比较，根据差异的程度，找出遥感器相应的工作波段；2）利用数理统计方法，选择相关性小、方差大的图像。熵，方差大，信息量大。,Spectral resolution,Spectral Resolution,图像的辐射分辨率：是指传感器接受电磁波辐射信号时能够分辨的最小辐射度差。遥感器探测元件的辐射灵敏度和有效量化级决定了遥感构像的辐射分辨率。一般用灰度的分级数表示。,辐射分辨率,8-bit image,2-bit image,图像的时间分辨率：指对同一地点进行遥感采样的时间间隔,即采样的时间频率,也称重访周期。由卫

8、星运动系统决定。用途：注意研究对象的时间动态特征。1）自然规律的时间考虑 作物监测：农时，拔节期、氧化期、乳熟期 植被：叶子展开、叶子开始黄枯 地质、土壤：不长庄稼 2）社会经济现象的时间考虑 城市研究：根据对城市的发展特点了解状况。环境污染监测：立法前后、总量控制前后等等。,时间分辨率,Point their sensors to image the same area,3.2.1 摄影型传感器航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪器，它通过光学系统采用胶片或磁带或光敏元件（数字摄影）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。摄影机分类 分幅式摄影机 全景摄影机（扫描摄影机）多

9、光谱摄影机 数码摄影机,3.2 摄影成像,3.2.2 摄影的分类（摄影方式）按摄影机主光轴与铅垂线的关系分 垂直摄影 和 倾斜摄影（P57）按摄影实施方式分 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。单航线摄影：沿一条航线，对地面狭长地区或沿线状地物（道路、河流、管道等）进行的连续摄影。相邻像片间应有一定的重叠以使相邻像片的地物能互相衔接及满足立体观察的需要，称为航向重叠。航向重叠一般应达到60%，至少不小于53%。面积摄影（多航线摄影）：沿数条互相平行的直线航线对较大区域进行的连续的、布满全区的摄影。面积摄影要求各航线互相平行。在同一条航线上相邻像片间的

10、航向重叠为6053%。相邻航线间的像片也要有一定的重叠（旁向重叠），一般为1530%。航线一般为东西或南北向，限制航线长度为60120KM为宜。,3.2 摄影成像,3.2.2 摄影的分类（摄影方式）按感光片和所用波段分 普通黑白摄影：采用全色黑白感光材料进行的摄影。它对可见光波段（0.40.76m）内的各种色光都能感光。黑白红外摄影：采用黑白红外感光材料进行的摄影。能对可见光、近红外（0.41.3m）波段感光，尤其对水体植被反应灵敏。天然彩色摄影：感受可见光波段内的各种色光，能将物体的自然色彩、明暗度以及深浅表现出来。彩色红外摄影：对0.41.3m波段感光，却使绿光感光之后变为蓝色，红光感光之

11、后变为绿色，近红外感光后成为红色，它与彩色片相比，在色别、明暗度和饱合度上都有很大的不同。多光谱摄影：多光谱摄影是利用摄影镜头与滤光片的组合，同时对一地区进行不同波段的摄影，取得不同的分波段像片。机载侧视雷达：是利用测试雷达在微波波段进行的主动式遥感。,3.2 摄影成像,3.2.2 摄影的分类（摄影方式）按比例尺分类 大比例尺摄影：所获像片比例尺大于1：l万 中比例尺摄影：像片比例尺为1：1万1：3万 小比例尺摄影：像片比例尺为1：3万1：l0万 超小比例尺摄影：比例尺为1：10万1：25万,3.2 摄影成像,3.2.3 摄影像片的几何特征与物理特征 一、投影方式：中心投影。就是空间任意直线均

12、通过一固定点（投影中心）投射到一平面（投影平面）上而形成的透视关系。（P58 T3.11）中心投影与垂直投影的区别（P59）二、中心投影的透视规律：中心投影上，点的像还是点，线的像还是线，面的像还是面。特殊情况下：直线的像变成点，曲线的像为直线。（P5960）三、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。航片的比例尺随航高而改变。这里是指像片的平均比例尺，中心投影像片的比例尺在中心和边缘是不同的。比例尺随着图像处理而变化，也受地形起伏影响。四、像点位移：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。地形起伏和像片倾斜引起的像点位移分别对应于投影误差和倾

13、斜误差。,3.2 摄影成像,通常使用的水平像片，误差主要来源于地形起伏，像片边缘部分误差大。工作中只使用像片的中间部分，这部分称为航空像片的使用面积。一张像片的使用面积一般可由像片的航向重叠和旁向重叠部分的中线（或距中线不超过1cm的线）所围成。,3.2.3 摄影像片的几何特征与物理特征 五、摄影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、飞机的震动也影响航片的分辨率。六、摄影像片的物理特征 自行阅读P6367。,3.2 摄影成像,3.2.4 摄影像片

14、的种类与特点可见光黑白全色像片：0.40.76彩色像片：0.40.76；三层彩色感光乳剂；接近天然彩色。黑白红外像片：0.41.1。彩（色）红外像片：0.41.1；红外波段在红层感光，红橙波段绿层感光，篮绿波段在蓝层感光。彩红外像片典型特征：植被色调以红为主；水体为篮青色。热红外像片：814。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

15、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P145,3.2 摄影成像,3.3.1 扫描类型的传感器 光机扫描仪 用光学系统接收来自目标地物的辐射，并分成几个不同的光谱段，使用探测仪器把光信号转变为电信号，同时发射信号回地面，如MSS、TM等。分为红外扫描仪和多光谱扫描仪。推帚式扫描仪 用平行排列的CCD探测杆收集地面辐射信息，每根探测杆由3 000/6 000个CCD元件呈一字排列，负责收集某一波段的地面辐射信息，是推帚式扫描成像。（工作原理图）,3.3 扫描成像,推帚式扫描仪工作原理图,3.3.2 遥感卫星的姿态和轨道特征 遥感卫星在太空中飞行时由于受各种

16、因素的影响，会发生滚动、俯仰、偏航以及振动等姿态变化现象，从而对所获取的数据质量有很大的影响。介绍卫星轨道特征对于了解卫星遥感数据的特征与应用非常重要。轨道高度：卫星离地面的平均距离 低轨：150300km，获取大比例尺、高分辨率图象，寿命短，几天到几周（由于地心引力、大气摩擦），一般用于军事侦察，多数是军事卫星。中轨：3001500km，寿命为1年以上，一般用于资源与环境遥感，如陆地卫星、气象卫星和海洋卫星。高轨：35860km，寿命很长，如通信卫星；GPS卫星：22000KM高。,3.3 扫描成像,3.3.2 遥感卫星的姿态和轨道特征 轨道形状：固定的椭圆轨道绕地球周期性的运行。,3.3

17、扫描成像,3.3.2 遥感卫星的姿态和轨道特征 轨道倾角：卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。度量：卫星经过升交点方向的轨道面，顺时针转到赤道面的夹角。,3.3 扫描成像,卫星轨道与地球赤道面有两个交点：升交点：卫星由南向北飞行时与地球赤道面的交点降交点：卫星由北向南飞行时与地球赤道面的交点。,上升与下降轨道,3.3.2 遥感卫星的姿态和轨道特征 卫星姿态和坐标：要保持卫星姿态相对稳定，控制3轴6个自由度。,3.3 扫描成像,滚动,俯仰,偏航,X 卫星运动方向,Y 赤道面内垂直X轴,Z 垂直地球,滚动,俯仰,偏航,3.3.2 遥感卫星的姿态和轨道特征 卫星运行周期和重访周期 运行周期（T）：卫

18、星绕地球运行一周所需要的时间。重访周期：卫星从某地上空开始，经若干时间的运行后，回到该 地上空时所需的天数。对遥感动态监测更重要。如Landsat卫星 为16天，SPOT卫星为26天。扫描带宽度 扫描带宽度是当卫星沿一条轨道运行时其传感器所观测的地面带 的横向（舷向）宽度。它与总视场角（总扫描角）对应关系见教材P68公式3.6。,3.3 扫描成像,扫描带,3.3.2 遥感卫星的姿态和轨道特征 轨道类型：遥感卫星的轨道可分为多种类型，最常见的是地球同步轨道和太阳同步轨道。地球同步轨道：公转方向与地球自转方向一致，角速度相等。其运行周期等于地球的自转周期，如果从地面上各地方看过去，卫星在赤道上的一

19、点是静止不动的，所以又称静止轨道卫星。静止轨道卫星能够长期观测特点的地区，卫星高度高，能将大范围的区域同时收入视野，因此被广泛应用于气象和通讯领域中。太阳同步轨道：指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（图示），即卫星轨道面与太阳地球连线之间的夹角(光照角)不随地球绕太阳公转而改变。卫星轨道倾角很大，绕过地球极地地区，因此又称极轨卫星。,3.3 扫描成像,静止轨道卫星,BACK,由于光照角保持恒定，因此，太阳光的入射角几乎是固定的，这对于利用太阳反射光的被动式传感器来说，具有很大的优点，使得卫星在不同时相对同一地区遥感时，太阳高度角大致相等。这给遥感资料的处理带来很大的

20、方便，比如能够方便遥感图像的色调对比等。,太阳同步轨道,BACK,极轨卫星（太阳同步）,BACK,3.3.3 气象卫星系列 高轨气象卫星(静止气象卫星)-地球同步轨道（地球同步卫星）轨道高度：地球赤道上空36000公里左右，轨道面与赤道面重合 分辨率：1.255公里 优点：信息采集时间周期（获得一次观测资料）约20分钟；绕地球一周约24小时，能观测1/4地球面积，由34颗卫星形成空 间监测网对地球中低纬度地区进行监测。主要应用领域：全球性大气环流；全球性天气过程 典型代表：日本的葵花气象卫星系列GMS（E1400）、美国的GOES系列、欧空局Meteosat(00)、印度的INSAT（E740

21、）、中国的FY-2（E1050）。,3.3 扫描成像,GMS气象卫星,数据来源：日本葵花气象卫星。1977.71995.3共发射了5颗卫星。地球卫星同步轨道。星上载有可见光-红外自旋扫描辐射计(成像)和空间环境监测仪。可提供：全景圆形图像、日本邻区局部放大图像、分割圆形为7扇形图像，极地立体投影图像、墨卡托投影图像。各种图像均有可见光、红外及等温、分层等图像。GMS图像。,GMS图像,日本静止卫星,GMS,全球圆盘图,空间分辨率为：可见光 公里、红外5公里,1.25,FY-2气象卫星,数据来源：中国第二代气象卫星。1997.6.10发射，设计寿命3年轨道：地球同步轨道，轨道高度35800km星

22、上仪器：载有三通道可见光、红外和水汽自旋扫描辐射计(成像)、云图广播和数据收集转发器等。可提供：辐射计的可见光通道（0.551.05微米）可得到白天云和地表反射的可见光图像，热红外通道（10.512.5微米）可得到昼夜的云和地表发射的热红外图像、水汽通道（0.620.76微米）可得到对流层中上部水汽分布信息图像。FY-2资料。参考网站：http:/国家气象卫星中心,3.3.3 气象卫星系列 低轨气象卫星(极轨气象卫星)-近极地太阳同步轨道 轨道高度：8001600公里，南北向绕地球运转，轨道经过两极 分辨率：星下点1.1公里，边缘部分4公里，扫描宽度：2800公里（对东西宽约2800km的带状

23、地域进行观测）信息采集时间周期：每天固定时间经过固定地点 优点：可获得全球观测资料并有利于使用；提高了图像的空 间分辨率与探测资料的精度；每天拍摄时得到了必需的照明条 件，保证了图像质量；卫星上的太阳能电池可得到足够的太阳 照射，供给星内设备使用。,3.3 扫描成像,目前多数气象卫星属于低轨道卫星，它们每天一般只能获得两次观测资料。美国NOAA卫星系列,双星运行,上下午各获取一次信息。典型代表：美国的NOAA卫星系列、中国的FY-1。,NOAA卫星,数据来源：美国气象卫星。近圆形太阳同步轨道。卫星携带的遥感器：甚高分辨率扫描辐射计(AVHRR，提供5个通道成像，其光谱特征见NOAA卫星资料)和

24、泰罗斯业务垂直观测系统(TOVS，测量大气中气温及湿度垂直分布的多通道分光计)。NOAA极轨气象卫星采用双星运行模式，单号星从南向北飞，经过赤道时间为地方时14:30；双号星从北向南飞，经过赤道时间为地方时07:30。参考网站:http:/www.saa.noaa.gov/http:/www.goes.noaa.gov/NOAA卫星资料。,NOAA气象卫星的用途,除了在气象领域应用外，还能广泛应用于非气象领域，如海洋油污监测、探测火山喷发、测定森林火灾和田野禾草燃烧位置，以及测定海洋涌流、探测植被生产力、确定蝗虫孳生地范围、农作物长势监测与作物估产、探测湖面水位变化等。,NOAA-14图像,广

25、州,To be continued,NOAA-16图像,NOAA-16 日期:2003年05月11日时间:04:59:14(UTC)（UTC指国际标准时间或格林尼治时间）,To be continued,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）,To be continued,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）,To be continued,NOAA AVHRR image,时间：2003年1月18日地点：堪

26、培拉NOAA AVHRR 图像图像反映火灾的发生和痕迹。,FY-1气象卫星,数据来源：中国风云气象卫星。近极地太阳同步轨道。FY-1（A、B）卫星上主要的遥感器是两台甚高分辨率扫描辐射计(AVHRR),每台有5个通道，各通道的波长范围和光谱效应分别是：通道 波 长 主要用途（光谱效应）1 0.580.68m绿红 白天云图及地表图像 2 0.725l.lm 近红外 白天云图、水、冰雪、植被 3 0.480.53m蓝绿 海洋观察（水色）、陆表图像 4 0.530.68m绿红 海洋观察（水色）、陆表图像 5 10.512.5m热红外 昼夜云图、海、陆、云顶温度FY-1C星于1999年5月10日发射，

27、遥感器为多通道可见红外扫描辐射计（MVIRS）。（C、D星参见这里）,FY-1气象卫星的数据特点,FY-l（A、B）的AVHRR数据与美国NOAA卫星的AVHRR很相似，可互相切换工作，互为备份。FY-1卫星发送数据的方式有三种：高分辨率图像传输(HRPT)和4 km分辨率的自动图像传输(APT)和延时图像传输（DPT）。实时传输采用与NOAA卫星兼容的体制，即HRPT和DPT两种。即世界各地凡是可以接受NOAA卫星HRPT和APT信号的用户都可实时接收FY-1的相应数据。DPT仅向中国的气象卫星地面站发送。参考网站 http:/http:/,FY-1、2气象卫星的用途,（1）可连续对我国及周

28、边地区的天气进行实时监测，较大地提高了对影响我国的各种尺度的天气系统的监测能力，所获云图资料可填补我国西部和西亚、印度洋上的大范围气象资料的空白。（2）可连续监测天气变化。（3）其视野更广，可覆盖以我国为中心的约1亿km2的地球表面，即亚洲、大洋洲及非洲和欧洲的一部分。观测和提供这一区域内的云图、温度、水气、风场等气象动态，为进行中长期天气预报和灾害预报起重要作用。,FY-1D 图像,To be continued,FY-1D 图像,To be continued,FY-1D 图像,To be continued,FY-1D 图像,BACK,3.3.4 陆地卫星系列 以探测陆地资源为目的的卫星

29、叫陆地资源卫星。一、Landsat数据 二、SPOT数据 三、CBERS数据 四、IKONOS数据 五、QUICKBIRD数据 六、JERS数据（参考教材后光盘，课堂不介绍）七、IRS数据（参考教材后光盘，课堂不介绍）,3.3 扫描成像,一、Landsat数据陆地卫星Landsat，1972年发射第一颗，已连续31年为人类提供陆地卫星图像，共发射了7颗，产品主要有MSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。陆地卫星的运行特点：（1）近极地、近圆形的轨道；（2）轨道高度为700900 km；（3）运行周期为99103 min/圈；（4）轨道与太阳同步。参考网站：http:/geo.arc.n

30、asa.gov http:/landsat7.usgs.gov/http:/www.landsat.org/,3.3.4 陆地卫星系列数据,Landsat轨道参数,Landsat卫星的传感器,(1)MSS：多光谱扫描仪，5个波段。(2)TM：主题绘图仪，7个波段。(3)ETM+：增强主题绘图仪，8个波段。,Landsat数据系列,MSS的波谱段,通道号,光谱段颜色,波长范围,/,m,MSS4,绿色,0.5,0.6,MSS5,红色,0.6,0.7,MSS6,红近红外,0.7,0.8,MSS7,近红外,0.8,1.1,MSS8,远红外,10.4,12.6,空间分辨率,79,79,79,79,240

31、,TM的波谱段和光谱效应,TM数据是第二代多光谱段光学机械扫描仪，是在MSS基础上改进和发展而成的一种遥感器。TM采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。,ETM数据()的波谱段,ETM数据是第三代推帚式扫描仪，是在TM基础上改进和发展而成的一种遥感器。,MSS数据获取原理图,MSS数据是一种多光谱段光学机械扫描仪所获得的遥感数据。,BACK,TM数据获取的传感器,BACK,BACK,RS&GIS技术集成遥感与地理信息系统,LandSat30米TM多光谱卫星影像,RS&GIS技术集成遥感与地理信息系统,LandSat15米ETM全色卫星影像,LandSat30

32、米TM多光谱与15米ETM全色融合后卫星影像,二、SPOT数据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日停止运行。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，在法属圭亚那卫星发射中心由阿里亚娜4号火箭运载成功发射。中等高度（832km)圆形近极地太阳同步轨道。主要成像系统:高分辨率可见光扫描

33、仪（HRV，HRG），VEGETATION，HRS。,3.3.4 陆地卫星系列数据,SPOT卫星的轨道参数,空间分辨率:全色波段-10米;多光谱波段-20米优势特征：卫星搭载的传感器具有倾斜（侧视）能力，可以获取相邻轨道的地表信息，使重叠率达到 60，构成“立体像对”。信息获取的重复周期：一般地区 35天；部分地区达到1天（提前申请，由地面控制中心编程控制传感器的姿态来实现）。,SPOT卫星的运行,轨道,HRV装备,SPOT卫星群的组合,SPOT的HRV波谱段和光谱效应,SPOT13号卫星上携带两台HRV传感器。（示图）(HRV数据采集原理）,SPOT的HRG、HRS波谱段,SPOT5卫星上H

34、RG（高分辨率几何装置）与HRV基本相同。HRS是SPOT5特有的一个高分辨率立体成像装置，工作波段0.480.71m。其分辨率更高，它提供2.5m全色和10m多光谱图像，即将向全世界提供服务.（参见）SPOT卫星参考网站：http:/,HRV数据采集原理,HRV是推帚式扫描仪。探测元件为4根平行的CCD线列，每根探测一个波 段，每线含3000（HRV13）或6000（PAN波段）个CCD元件。,BACK,SPOT传感器,BACK,SPOT10米全色,SPOT20米多光谱,Spot10米全色与TM30米多光谱融合卫星影像,Spot10米全色与TM30米多光谱融合卫星影像,Spot5 2.5米全

35、色与10米多光谱融合卫星影像,三、CBERS数据特点数据来源：中巴地球资源卫星。太阳同步极地轨道。传感器()：,CBERS具有三台成像传感器：高分辨率CCD像机(CCD)、红外多谱段扫描仪(IR-MSS)、广角成像仪(WFI)。,3.3.4 陆地卫星系列数据,详见教材P51、P158160和书后光盘参考网站：http:/,四、IKONOS数据自从l994年3月lO日美国克林顿政府颁布关于商业遥感数据销售新政策以来，解禁了过去不准101m级分辨率图像商业销售，使得高分辨率卫星遥感成像系统迅速发展起来。美国空间成像公司(Space-Imaging)的IKONOS卫星是最早获得许可之一。经过5年的努

36、力，于1999年9月24日率先将IKONOS-2高分辨率(全色1m，多光谱4m)卫星，由加州瓦登伯格空军基地发射升空。（IKONOS-1于99年4月发射失败）具有太阳同步轨道，倾角为98.1。设计高度681km(赤道上)，轨道周期为98.3min，下降角在上午10:30，重复周期l3d。全境成像面积可达1111平方公里。,3.3.4 陆地卫星系列数据,携带一个全色1m分辨率传感器和一个四波段4m分辨率的多光谱传感器。传感器由三个CCD阵列构成三线阵推扫成像系统。全色光谱响应范围：0.450.90m而多光谱则相应于Landsat-TM的波段：MSI-1 0.450.53m 蓝绿波段 MSI-2

37、0.520.61m 绿黄波段 MSI-3 0.640.72m 红波段 MSI-4 0.770.88m 近红外波段,IKONOS数据,IKONOS数据特点,数据来源：美国IKONOS卫星。太阳同步轨道，重复周期13d。传感器()。IKONOS影像获取模式()。MTF补偿()。星历与姿态量测()。参考网站：http/,IKONOS的传感器包括一个全色1m分辨率传感器和一个四波段4m分辨率的多光谱传感器。,IKONOS传感器是三线阵CCD推帚式成像，因此在正常模式下，它可取得正视、后视和前视推扫成像。,IKONOS图像可以实现模量传递函数(MTF)的补偿，为此卫星的传感器设计了进行MTF的测量。有了

38、这些测量值，可以对因光学和检测器等引起的像质模糊进行补偿。,IKONOS卫星内设有GPS天线，接收的信号被记录下来，经过处理可以提供每个图像的星历参数；传感器系统设计有三轴稳定装置和量测装置，以获得相应姿态数据。,IKONOS卫星的外形,IKONOS卫星图像,拍摄时间2002年10月,IKONOS 图像,地区：上海浦东,分辨率：1 m,采集时间：2000年 3月26日,IKONOS高分辨率卫星遥感影像西藏拉萨布达喇宫,IKONOS高分辨率卫星遥感影像福建福州,五、QuickBird数据美国DigitalGlobe公司的高分辨率商业卫星，于2001年10月18日在美国发射成功。卫星轨道高度450

39、km,倾角98,卫星重访周期16d（与纬度有关）。QuickBird图像，目前是世界上分辨率最高的遥感数据，为0.61 m，幅宽16.5 km。可应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。参考网站：Http:/Http:/Http:/,3.3.4 陆地卫星系列数据,QuickBird数据的光谱段,Quickbird传感器为推扫式成像扫描仪,QuickBird 传感器结构图,QuickBird 影像图,多光谱影像分辨率2.8 m,QuickBird 影像图,华盛顿纪念碑,北京故宫0.6快鸟,天安门0.6快鸟,美国Quick-bird 卫星 分辨率0.62米,3.3.5 海洋卫星系列 海洋卫星

40、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。一、SEASAT数据 二、MOS数据 三、ERS 数据 四、RADARSAT数据 五、HY-1数据,3.3 扫描成像,SEASAT数据,数据来源:美国海洋卫星（Seasat1称为海星1号）1978年6月发射,为近极地太阳同步近圆形轨道，轨道高790km,轨道倾角1080。绕地球周期是100分钟左右。卫星能覆盖全球95%的地区，即南北纬720之间地区，一次扫描覆盖海面宽度1900km。卫星载有5种传感器，其中

41、4种是微波传感器,3种是成像传感器。这3种成像传感器是合成孔径侧视雷达(SAR-A)、多通道微波扫描辐射计(SNMR)和可见光-红外辐射计(VIR)。,MOS数据,数据来源：日本海洋观测卫星。近圆形近极地太阳同步轨道，轨道高907.8km。倾角99.10；绕地球周期6190.5秒，每天绕地球13.958圈；回归周期17天。卫星载有3种遥感器，多谱段电子自扫描辐射计(MESSR)、可见光-热红外辐射计(VTIR)和微波辐射计(MSR)。,MOS传感器结构图,成像光谱仪原理,入口光学镜,校正灯,平行光管光学镜,产生,成像,焦平面,校正灯,入口孔,ERS 数据,数据来源：欧洲遥感卫星。圆形极地太阳同

42、步轨道。轨道高度为780公里轨道倾角为98.520，飞行周期为100.465分钟幅宽为100公里 雷达地面分辨率可达30 m。主要用于海洋学、冰川学、海冰制图、海洋污染监测、船舶定位、导航，水准面测量、岸洋岩石圈的地球物理及地球固体潮和土地利用制图等领域。,RADARSAT数据,数据来源：加拿大遥感卫星。圆形近极地太阳同步轨道。轨道高度为796公里，倾角为98.60，运行周期为100.7分钟，重复周期为24天。携带的成像遥感器有合成孔径雷达(SAR)、多谱段扫描仪、高分辨率辐射计(AVHRR)，非成像遥感器有散射计。,中国HY-1数据,2002年5月15日，我国自行研制的第一颗用于海洋环境探测

43、的海洋水色卫星“海洋1号”，卫星重量为368公斤，属小卫星，运行在798千米高的极地太阳同步轨道上，设计寿命年。它装载一台海洋水色扫描仪和一台CCD相机，用可见光和红外光探测海洋水色，能为利用海洋资源、管理海洋资源提供科学的依据。2002年9月18日交付给国家海洋局，正式投入使用，结束了我国没有海洋卫星的历史，大大提高了我国的海洋监测能力。,3.3.6 高光谱成像光谱扫描 成像光谱仪：既能获取大量地物目标窄波段连续光谱图像的同时，又能获得每个像元几乎连续的光谱数据（连续光谱曲线）。高光谱遥感：是高光谱分辨率遥感的简称。它是在电磁波的紫外线、可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，获取许多非常

44、窄的光谱连续的影像数据的技术。高光谱成像光谱仪的特征：高的光谱分辨率。它为每个像元提供数十至数百个窄波段（通常波段宽度10nm）光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲线。高光谱遥感的特点：光谱分辨率高（纳米级）波段窄、波段数多且连续谱像合一特点信息量大，一次数据获取达GB级数据速率高高光谱遥感的应用优势：借助高光谱丰富的光谱信息的优势，区分出那些具有诊断性光谱特征的地表物质。如在岩性识别、荒漠化监测、地质矿物分类与成图上具有广泛的应用前景。,3.3 扫描成像,高光谱意指高的光谱分辨率（窄波段），高光谱成像光谱仪通常有数十-数百个波段。美国（空军）1996年4月26日发射的UVISI成像光谱仪有

45、400波段，波段宽度1-3nm，可以精细探测、监测同类地物之间的微小差异。,Flight Area:Changzhou area of Jiangsu Province,China.Flight Time:September 9,1999.Spectral Channels:80 Spectral range:400nm-850nm Spectral sampling:1.86nmSpectral resolution:5nm,中国鄱阳湖地区高光谱图象三种不同类型植被的识别分析,中国鄱阳湖地区高光谱图象植被类型制图,中国常州地区高光谱图象的信息分析与制图,中国东海高光谱图象,3.4 微波遥感与

46、成像,在电磁波谱中，波长在1mm1m范围的波称微波。微波遥感的主要波段：X:2.423.75cm；C:3.75 7.5cm；L:1530cm（微波波段划分见教材P72表3.5）微波遥感特性：能全天候、全天时工作()；对某些地物具有特殊的波谱特征,如水和冰(微波波段发射率的差异)对冰、雪、森林、土壤（尤其对干燥、松散物质）等具有一定穿透能力()；对海洋遥感具有特殊意义()；分辨率较低，但特征明显()。,由于微波的波长较长，因而散射相对较小，在大气中衰减少，对云层、雨区的穿透能力较强，基本不受烟、云、雨的限制。对于热带雨林地区更有意义。,这一特性可以用来探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事目标以及

47、埋藏在地下的工程、矿藏、地下水等。电磁波通过介质时，部分被吸收，强度要衰减。故将电磁波振幅减少1/e倍（37%）的穿透深度定义为趋肤深度H:H=(5.310-31/2)/式中：为地物的介电常数；为地物的导电率。,微波对于海水特别敏感，其波长很适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测。,微波传感器的分辨率比较低，是由于其波长较长，衍射现象显著的缘故。同时，观察精度和取样速度往往不能协调。,雷达传感器全天时、全天候的信息获取特征使其在各个应用领域中有其独特的地位和作用,3.4.1 微波遥感方式和传感器 主动微波遥感()雷达侧视雷达合成孔径侧视雷达被动微波遥感（),3.4 微波遥感与成像,是指通过

48、向目标地物发射微波并接受其后向辐射信号来实现对地观测的遥感方式。主要传感器为雷达，此外还有微波高度计和微波散射计。,是指通过传感器，接受来自目标地物发射的微波，而达到探测目的的遥感方式。被动接受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。,雷 达,雷达（Radar）意为无线电测距和定位。其工作波段都在微波范围,少数也利用其他波段。按照雷达的工作方式可分为：成像雷达和非成像雷达。成像雷达中又可分为真实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达。雷达是由发射机通过天线在很短的时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反射的回波信号而

49、进行显示的一种传感器。,BACK,BACK,侧视雷达,侧视雷达的天线与遥感平台的运动方向形成角度，朝向一侧或两侧倾斜安装，向侧下发射微波，接收回波信号（包括振幅、位相、极化）。侧视雷达工作原理（参考教材P75图3.21)。侧视雷达的分辨率可分为：距离分辨率（垂直于飞行的方向）和方位分辨率（平行于飞行的方向）。,BACK,合成孔径侧视雷达是利用遥感平台的前进运动，将一个小孔径的天线安装在平台的侧方，以代替大孔径的天线，提高方位分辨率的雷达。遥感平台在匀速前进运动中，以一定的时间间隔发射一个脉冲信号，天线在不同的位置上接收回波信号，并记录和储存下来。,BACK,合成孔径侧视雷达,不同雷达波段穿透能

50、力比较-中国内蒙古地区,陆地卫星信息与雷达信息穿透能力比较-中国内蒙古地区,RADARSAT雷达卫星简介,RADARSAT卫星是加拿大于95年11月4日发射的，近极地圆形太阳同步轨道，轨道高度为796公里，倾角为98.60，运行周期为100.7分钟，重访周期为24天，标称分辨率：10-100米。携带的成像遥感器有合成孔径雷达(SAR)、多谱段扫描仪、高分辨率辐射计(AVHRR)，非成像遥感器有散射计。它具有7种模式、25种波束，不同入射角，因而具有多种分辨率、不同幅宽和多种信息特征。适用于全球环境和土地利用、海洋监测等。,合成孔径雷达(SAR),SAR是一套多波束合成孔径雷达，工作频率为5.3