1、第三章 遙感傳感器及其成像原理一、遙感圖像特征二、遙感傳感器三、遙感數據的選購（視時間）n幾何特征n物理特征n時間特征一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征這三方面特征的表現參數為： 空間分辨率 光譜分辨率 輻射分辨率 時間分辨率1）空間空間分辨率（地面分辨率）分辨率（地面分辨率）一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征一般有三種表示方法：(1)像元(2)線對數(3)瞬時視場空間分辨率，也稱地面分辨率，它們均反映對兩個非常靠近的目標物的識別、區分能力。空間分辨率：是針對遙感器或圖像而言的，指圖像上能夠詳細區分的最小單元的尺寸或大小，或指遙感器區分兩個目標的最小角度或線性距離的度量。地面分辨率：是針對地面而言

2、，是指可以識別的最小地面距離或最小目標物的大小。一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征（1）像元（pixel） 指單個像元所對應的地面面積大小，單位為mm或kmkm。 如美國QuickBird商業衛星一個像元相當地面面積0.61m0.61m，簡稱其空間分辨率為0.61m，Landsat/TM一個像元相當地面面積28.5m28.5m，簡稱其空間分辨率為30m。（2）線對數（line pairs） 對于攝影系統而言，影像最小單元常通過1mm間隔內包含的線對數確定，單位為線對/mm。所謂線對指一對同等大小的明暗條紋或規則間隔的明暗條對。（3）瞬時視場（IFOV） 指遙感器內單個探測元件的受光角度或觀測視野

3、。單位為毫弧度（mrad）。 一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征 S f H IFOV S: 探測元件的邊長H: 遙感平臺的航高 f : 望遠鏡系統的焦距 fSIFOV越小，最小可分辨單元越小，空間分辨率越高。IFOV取決于遙感器光學系統和探測器的大小。一個瞬時視場內的信息，表示一個像元。在任何一個給定的瞬時視場內，往往包含著不止一種地面覆蓋類型，它所記錄的是一種復合信號響應。因此，一般圖像包含的是“純像元”和“混合”像元的集合體，這依賴于IFOV的大小和地面物體的空間復雜性。（4）地面分辨率的計算HfRRgsRs：膠片的分辨率和攝影鏡頭的分辨率所構成的系統分辨率，單位線對/mmH：攝影機距地面

4、高度，單位mf：攝影機焦距，單位mmR g:地面分辨率，單位線對/mm攝影方式：攝影方式：一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征 S f H IFOV fSHHIFOVS: 探測元件的邊長H: 遙感平臺的航高 f : 望遠鏡系統的焦距 一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征（4）地面分辨率的計算掃描方式：掃描方式：IFOV也可理解成：掃描成像過程中一個光敏探測元件通過望遠鏡系統投射到地面上的直徑或者邊長。一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征例1：攝影機焦距152mm，航高為6000m，系統分辨率為40線對/mm。求地面分辨率。（P80）解：mHfRRsg/線線對對式中：Rg的單位是 線對/m1m1線對/ m表

5、明：1m中只能區分1個線對，也就是2條線（一明一暗），每條線為0.5m，因此其分辨能力為0.5m，也即地面分辨率為0.5m。（書中不太好理解）例2：SPOT-HRV全色波段的探測元件長度為13m;焦距為1m; 軌道高度為822km。求地面分辨率。解：IFOV=HS/f=8.221051310-61=10.686m一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征例3：Landsat-MSS多光譜掃描儀，每個探測器的瞬時視場為86rad，衛星高度為915km，因此每個像元的地面分辨率為79m79m，每個波段由6個相同大小的探測單元與飛行方向平等排列，這樣在瞬間看到的地面大小為474

6、m79m，又由于掃描總視場為11.56，對應地面寬度為185km，因此掃描一次每個波段獲取6條掃描線圖像，其地面范圍為474m 185km，又因掃描周期為73.42ms，衛星速度（地速）為6.5km/s，在掃描一次的時間里衛星正好向前移動474m，因此掃描線正好銜接。1234560.50.6m0.60.7m0.70.8m0.81.1m10.412.6m掃描方向衛星前進方向成像板mkmmm.一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征 一般來說：遙感系統的空間分辨率越高，其識別物體的能力越強。但實際上每一目標在圖像上的可分辨程度，不完全決定于空間分辨率的具體值，而是和它的形狀、大小，以及它與周圍物體亮度、結

7、構的相對差有關（反差）。例如MSS的空間分辨率為79m，但是寬僅10-20m的鐵路，公路，當它們通過沙漠、水域、草原等背景光譜較單調或與道路光譜差異大的地區，往往清晰可辨。 經驗證明：遙感器空間分辨率的選擇，一般應選擇小于被探測目標最小直徑的1/2。 波譜分辨率：指傳感器在接收目標輻射的波譜時能分辨的最小波長間隔。 間隔，分辨率 光譜分辨率通過遙感器所選用的波段數量的多少、各波段的波長位置、及波長間隔的大小，即選擇的通道數、每個通道的中心波長、帶寬，這三個因素共同決定光譜分辨率。 Landsat/TM有7個波段，如TM3波段（0.63-0.69 m ，波段間隔為0.06 m ） 航空可見、紅外

8、成像光譜儀AVIRIS有224個波段（0.4-2.45m波段間隔近10nm）。一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征2）波譜分辨率（光譜分辨率）波譜分辨率（光譜分辨率）圖中紅線內為圖中紅線內為32nm光譜分辨的反射曲線，可見光譜分辨的反射曲線，可見在在1.2 m 處出現明顯的雙谷形態。處出現明顯的雙谷形態。 輻射分辨率：指傳感器在接收目標輻射的波譜信號時，能分辨的最小輻射度差。 （能量上、強度上的分辨，表現為灰度量化級）。例如：Landsat5的TM3其最小輻射量值Rmin=-0.0083mv/(cm2srm) 最大輻射量值Rmax=1.410mv/(cm2srm) 量化級D為28=256級其輻射分

9、辨率RL=(Rmax -Rmin)/D=0.0055 mv/(cm2srm) 一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征3）輻射輻射分辨率分辨率空間分辨率和光譜分辨率的矛盾 提高空間分辨率 瞬時視場IFOV要小。 IFOV小 探測元件接受到的輻射能量相應減少，即瞬時獲得的入射能量小 對微弱能量差異的檢測能力差 輻射分辨率低 除技術上改進探測元件以外，實際工作中考慮較高空間分辨率的圖像（例如SPOT-HRV-PAN）和較高光譜分辨率的圖像(例如LANDSAT-TM)進行圖像融合，避其弱點，達到既要清晰，又彩色豐富。 一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征4）時間分辨率）時間分辨率 也叫衛星的覆蓋周期、重訪周期。

10、 重復獲得同一地區的最短時間間隔。重復獲得同一地區的最短時間間隔。用途：注意研究對象的時間序列的變化。 比如說 1）自然規律的時間考慮 農作物監測：農時，拔節期、氧化期、乳熟期 植被： 葉子展開、葉子開始黃枯 地質、土壤：不長莊稼 2）社會經濟現象的時間考慮 城市研究：根據對城市的發展特點了解狀況。 環境污染監測：立法前后、總量控制前后 一、遙感圖像特征一、遙感圖像特征1、遙感器概述、遙感器概述 定義：定義：接收、記錄目標物電磁波特性的儀器。接收、記錄目標物電磁波特性的儀器。 分類分類n 根據工作方式的不同，可以分為根據工作方式的不同，可以分為2類：類： 1）主動式主動式：人工輻射源向目標地物

11、發射電磁波，然后接收從目標地：人工輻射源向目標地物發射電磁波，然后接收從目標地 物反射回來的能量。物反射回來的能量。如：側視雷達、激光雷達、微波散射計等如：側視雷達、激光雷達、微波散射計等 2）被動式被動式：接收自然界地物所輻射的能量。：接收自然界地物所輻射的能量。 如：攝影機、多波段掃描儀、微波輻射計、紅外輻射計等如：攝影機、多波段掃描儀、微波輻射計、紅外輻射計等n 遙感器按照記錄方式分類遙感器按照記錄方式分類 1）非成像方式非成像方式：探測到地物輻射強度按照數字或者曲線圖形表示。：探測到地物輻射強度按照數字或者曲線圖形表示。 如：輻射計、雷達高度計、散射計、激光高度計等。如：輻射計、雷達高

12、度計、散射計、激光高度計等。 2）成像方式：成像方式： 地物輻射（反射、發射或兩個兼有）能量的強度用圖成地物輻射（反射、發射或兩個兼有）能量的強度用圖成像方式表示。像方式表示。如：攝影機、掃描儀、成像雷達。如：攝影機、掃描儀、成像雷達。二、二、 遙感傳感器遙感傳感器遙感器的組成不論那一種遙感器，都有以下4個部分組成。n 收集器：收集地物輻射來的能量。類型：透鏡組、 反射鏡組、天線等n 探測器：將收集的輻射能轉換為化學能或電能。 舉例：CCD、攝影感光膠片n 處理器：對收集的信號進行處理。類型：攝影處理 裝置、電子處理裝置n 輸出器：輸出獲取的數據。舉例：磁帶記錄儀、掃 描曬像儀、彩色噴墨儀等二

13、、二、 遙感傳感器遙感傳感器2、成像方式遙感器、成像方式遙感器 攝影成像類型（光學/電成像類型）成像方式遙感器 掃描成像類型（光電成像類型） 微波成像類型（雷達成像類型）二、二、 遙感傳感器遙感傳感器 攝影成像類型攝影成像類型 攝影成像原理：通過成像設備獲取物體影像的技術。 分類 傳統攝影：依靠光學鏡頭及放置在焦平面 的感光膠片來記錄物體影像。 數字攝影：通過放置在焦平面的光敏元件， 經光/電轉換，以數字信號來記錄 物體影像。n探測波段：近紫外攝影、可見光攝影、紅外攝影、多光譜攝影 二、二、 遙感傳感器遙感傳感器 攝影成像類型攝影成像類型 常見攝影機：分幅式攝影機、全景式攝影機、 多光譜攝影機

14、、數碼攝影機 特點1) 歷史悠久、較為完善、使用廣泛。2) 信息量大、分辨率高3) 受到感光劑的限制，感光范圍0.291.10微米，而且只能在晴朗的白天工作。二、二、 遙感傳感器遙感傳感器分幅式攝影機全景攝影機全景攝影機多光譜攝影機多光譜攝影機有三種類型多相機組合型、多鏡頭組合型和光束分離型數碼攝影機 成像原理與一般攝影機同，結構也類似。所不同的是其記錄介質不是感光膠片，而是光敏電子器件，如CCD(電荷合耦器件彩色紅外照相機v 掃描成像原理：掃描成像原理：依靠探測元件和掃描鏡對目標地物以瞬時視場為單位進行的逐點、逐行取樣，以得到目標地物電磁輻射特性信息，形成一定譜段的圖像。（2 2）掃描成像）

15、掃描成像v 探測波段：紫外、紅外、可見光和微波波段v 成像方式：光/機掃描成像、固體自掃描成像、 高光譜成像。二、二、 遙感傳感器遙感傳感器 對物面掃描：對地面直接掃描，采用光/機 掃描系統。 掃描成像方式 對影像掃描：先在像面上形成影像，然后 對影像進行掃描。采用CCD固體自掃描成像系統。二、二、 遙感傳感器遙感傳感器 帚掃式，撣掃式。掃描方式 推掃式。 面陣式。 掃描原理:以MSS為例掃描原理:以MSS為例1234560.50.6m0.60.7m0.70.8m0.81.1m10.412.6m掃描方向衛星前進方向成像板v光/機掃描圖像的幾何特征取決于光/機掃描的瞬時視場角和總視場角。 瞬時視

16、場角（瞬時視場角（2）：掃描鏡在旋轉的一瞬間，接收到的目標物電磁輻射限制在一個很小的角度之內，這個角度就稱為瞬時視場角。總視場角總視場角/總掃描角（總掃描角（2）：從遙感平臺到地面掃描帶外側所構成的夾角。總視場總視場L：掃描帶的地面寬度。L=2Htg 探測元件的選擇：探測元件的選擇：v進行不同波段的探測，需采用不同的掃描探測元件。v不同的探測元件其響應波長不同。v依據目標地物電磁波特性（波段）和大氣窗口來確定，選擇對相應波段響應敏感的探測元件。v舉例： 一般地物：T300K， max10m 選響應波 段為8 14m探測元件 森林火災：T800K， max3.5m 選響應波段為3 5m探測元件W

17、HY?bT maxkmb310898. 2（3）固體自掃描成像）固體自掃描成像v掃描方式：用固定的探測元件，通過遙感平臺的運動對目標地物進行掃描。v優勢：突破了光/機掃描儀對可供選擇的探測器有很大限制的缺點。 光/機掃描儀：要立即測出每個瞬時視場的輻射特征，就要求探測元件的響應速度足夠快。舉例：在1/20s內掃描完一幅含512512個像元的圖像，光/機掃描中，一個探測元件對一幅圖像要掃描512條線，每條線512個像元，則探測元件在每個瞬時視場的停留時間只有 1（20512512）=1.910-7,約 0.2s要求探測元件的響應時間至少要Near-InfreardChannel 3: 3.55-

18、3.93 um Near-InfraredChannel 4: 10.311.3 um Thermal-InfreardChannel 5: 11.512.5 um Thermal-Infrared1） 高分辨率衛星數據2） 中分辨率衛星數據3） 低分辨率衛星數據4） 航空遙感數據三、遙感數據選購三、遙感數據選購1 有什么樣的數據 高分辨率（高清晰度）遙感衛星像片空間分辨率一般為5m-10m左右（現在的說法是小于5米），衛星一般在距地600km左右的太陽同步軌道上運行。 其影像廣泛應用于精度相對較高的城市內部的綠化、交通、污染、建筑密度、土地、地籍等的現狀調查、規劃、測繪地圖；大型工程選址、勘

19、察、測圖和已有工程受損監測等；還可應用于農業、林業、災害等領域內的詳細調查和監測。三、遙感數據選購三、遙感數據選購1）高分辨率數據三、遙感數據選購三、遙感數據選購1）高分辨率數據（1）IKONOS影像（美國）（2）QuickBird影像（美國）（3）SPOT-5影像（法國）（4）SPIN-2（俄國）（5） BhasKara-1，-2影像(印度)空間分辨率為5.8m （6）IRS系列IRS-P6 （印度） 空間分辨率為2.5m（7） EROS影像(以色列)空間分辨率為1m數據數據傳感器傳感器成像方式成像方式光譜光譜空間分辨率空間分辨率（m）成像波段成像波段（m）成像幅寬成像幅寬（km）覆蓋周期覆

20、蓋周期軌道高度軌道高度 空間分辨率一般在80m-10m左右，衛星一般在700km- 900km的近極地太陽同步軌道上運行。而重復（更新）覆蓋同一地區的時間間隔為幾天至幾十天等。 它們廣泛用于資源調查、環境和災害監測、農業、林業、水利、地質礦產和城建規劃等近50個行業和領域。 三、遙感數據選購三、遙感數據選購2）中等分辨率遙感衛星數據 （1 1） LANDSAT-MSSLANDSAT-MSS（美國）影像（美國）影像（2 2） LANDSAT-TMLANDSAT-TM/ETM/ETM（美國）影像（美國）影像（3 3） SPOT-HRVSPOT-HRV（1-41-4）（法國）影像（法國）影像（4 4

21、） CBRS(CBRS(中巴的資源衛星中巴的資源衛星 ) )三、遙感數據選購三、遙感數據選購2）中等分辨率遙感衛星數據 氣象衛星是空間分辨率（清晰度）相對較低的衛星采集（“攝像”）系統，它們就是每天電視氣象預報時的“氣象衛星云圖”，廣泛應用于宏觀觀測的對象，如：氣象預報和觀測海洋表面深度海浪、海冰等。 （1 1）NOAANOAA氣象衛星影像氣象衛星影像（2 2）中國風云）中國風云2 2號衛星影像號衛星影像三、遙感數據選購三、遙感數據選購3）低分辨率遙感衛星數據 2.1 航空遙感數據 建國以來，航空照片已經覆蓋全國各地，數目達數百萬張。這些數據主要存在各省的測繪部門。不僅有歷史的照片，而且近年來，隨著數字化潮流的