第四章

遙感圖像種類和特性主要內容第一節遙感圖像分類及其基本特性第二節航空攝影像片特性第三節熱紅外圖像特征第四節側視雷達圖像特征第五節航天遙感圖像特性第一節遙感圖像分類及其基本特性遙感圖像分類遙感圖像的基本特性遙感圖像分類按航空平臺分按傳感器的工作方式分按傳感器的工作波段分遙感圖像分類——按航空平臺分航空遙感圖像：以飛機、飛艇或氣球為運載工具，飛行在大氣層內，高度低于20km的傳感器獲得的圖像；航天遙感圖像：以人造地球衛星、航天飛機或空間飛船為運載工具，飛行在大氣層外，高度在200km以上的傳感器獲得的圖像，簡稱衛星圖像。遙感圖像分類—按傳感器工作方式分光學攝影像片：采用光學攝影機和感光膠片瞬時曝光成像的遙感圖像。常規攝影像片：按航空攝影測量的工作方式設計航線獲得的像片。具有規定的航向重疊和旁向重疊，能進行立體觀察和測繪地形圖。既可用于測繪地圖也用于遙感圖像判讀。非常規攝影像片：不能滿足航測制圖，只能作為遙感調查、圖像判讀的像片。掃描圖像：采用掃描方式成像的圖像，如電子掃描的如RBV圖像、光機掃描的如TM圖像、固體自掃描的如SPOT圖像及采用無線電掃描的雷達圖像。遙感圖像分類—按傳感器工作波段分有紫外圖像、可見光圖像、近紅外、熱紅外圖像和多波段、超多波段圖像等。遙感圖像的基本特性波譜特性空間特性時間特性影像重疊度遙感圖像的基本特性——波譜特性任何遙感圖像，其影像上記錄的是地表各種地物反射或發射電磁波的強弱差異——遙感識別地物的基本依據。地物波譜特性的差異通過光化學作用，顯示在圖像上稱為影像灰度（色調）或色彩的差異。各種遙感圖像上的灰度和色彩都是其響應波段內電磁輻射能量的反映。色彩和灰度都是地表各地物在其響應波段范圍內電磁輻射能量大小的反映。分析遙感圖像的波譜特性必須與其響應波段范圍相對應。波譜分辨率：圖像上能分辨的最小波長間隔，即圖像色彩所反映的波段數、波長范圍及波長間隔。 波譜分辨率越高，區分具有微小波譜特征差異地物的能力越強。輻射分辨率：圖像上能分辨出的最小輻射強度差，是反映地物在波譜輻射強度或反射率上的細微差異的能力。波譜特性參數灰度：灰度或黑度是地面各種地物光譜特性在遙感圖像上的反映。地物輻射（或反射）光譜強度不同，在黑白遙感圖像上表現為灰色深淺的差異。灰階：灰度深淺的分級。第一級是輻射最強的，呈白色，末級輻射強度相當于零，則呈黑色，中間可劃分為若干灰度間隔。彩色遙感圖像以顏色顯示地面各種物體的光譜特性。波譜特性參數遙感圖像的基本特性——空間特性遙感圖像是空間地物在二維平面上的投影，具有空間特性。空間特性：是指以形態學的觀點分析地面各種地物與圖像顯示的形狀、大小、比例及空間位置等幾何關系，這些關系對于建立判讀標志、識別地物，進行圖像處理、測繪地圖以及空間分析等具有重要依據。空間特性參數——地理位置指遙感圖像上物體的地理坐標。衛星圖像一般均在四周注記經緯線及中心點的經緯度。航空遙感圖像通常用像片與地形圖上相關地物對照，概略確定其地理位置。當需要確定圖像的精確的經緯度或平面坐標時，通常通過地面控制點糾正計算求得。中心投影一維中心投影多中心投影旋轉斜距投影詳見下節空間特性參數——

投影性質與影像幾何畸變空間特性參數——影像比例尺指圖像上物體的大小與地面實際地物大小之比。由傳感器光學系統焦距與遙感平臺航高之比來確定。空間特性參數——空間分辨率空間分辨率：指圖像能分辨出具有一定反差，相距一定距離相鄰目標的能力。影像分辨率：指用顯微鏡觀察時，1mm寬度內所能分辨出的相間排列的黑白線對數（線對數/mm）。它受光學系統分辨率、感光材料分辨率，影像比例尺，相鄰地物間的反差等因素的綜合影響。地面分辨率：像片上能分辨出的地面最小物體的尺寸，或圖像能分辨出具有一定反差的相鄰目標的最小距離。遙感圖像的基本特性——時間特性遙感影像是成像瞬間地物電磁輻射能量的記錄，而地物都具有時相變化。一是自然變化過程，即其發生、發展和演化的過程。二是節律，即事物的發展在時間序列上的某種周期性重復，即地物波譜特性隨時間的變化而變化。指同一地區遙感影像重復覆蓋的頻率。時間分辨率越高，越能反映目標的變化情況。時間特性參數——時間分辨率遙感圖像的基本特性——影像重疊度指相鄰圖像的重復成像范圍，分為航向重疊和旁向重疊。不同用途的遙感圖像，對重疊度有不同要求。如常規的航空面積攝影是用于立體觀測和測繪地圖的，要求航向重疊在53%、旁向重疊在15%以上。第二節

航空攝影像片的特性航空攝影像片種類航空攝影像片的物理特征（波譜效應）航空攝影像片的規格注記和像片縮影圖航空攝影像片的幾何特征像片的立體觀察和立體測量航空攝影像片種類按攝影范圍分按攝影機主光軸與主垂線交角關系分按感光材料分（見第三章“感光材料”部分）按攝影范圍分單片攝影：對某特定小面積或目標進行。航線攝影：沿一定路線，按照一定的曝光間隔連續拍攝，用于線狀目標，鐵路、公路、河流等。面積攝影：由多條平行的直線航線攝影組成且具有一定重疊，覆蓋整個區域的攝影。像片除有53-60%以上的航向重疊外，相鄰航線間還應有15%以上的重疊，稱旁向重疊。該方式應用較廣。攝影像片的重疊航向重疊：為了使相鄰像片的地物能互相銜接以滿足立體觀察的需要，相鄰像片間需要有一定的重疊，稱為航向重疊。航向重疊一般為60％，至少不小于53％。旁向重疊：相鄰航線間的像片也要有一定的重疊，這種重疊稱為旁向重疊，一般應為15％以上，實施面積攝影時，要求航線與緯線平行，航線長度一般為60－120km。面積攝影航空像片的重疊按攝影機主光軸與主垂線交角

（稱像片傾斜角）的關系分垂直攝影：主光軸與主垂線重合，傾斜角=0°。垂直攝影主光軸垂直于地面，感光膠片與地面平行。由垂直攝影獲得的像片稱水平航空像片。近似垂直攝影：傾斜角<3°，在實際航空攝影中大量采用。獲得的像片稱近似水平像片。傾斜攝影：傾斜角>3°。獲得的像片稱傾斜航空像片。航空攝影像片的物理特征（波譜效應）影像色調與地物波譜特性的關系黑白全色像片色調與波譜特征的關系黑白紅外片色調與波譜特征的關系天然彩色像片的波譜響應特征彩紅外片色彩的波譜響應特征影像色調航空像片的影像是地面各種物體反射或發射電磁波能量的記錄。色調：指黑白像片上，由不同光學密度表現出來的從白到黑的深淺程度。色調是地物反射的電磁波與感光膠片產生光化學反應的記錄。影像色調與地物波譜特性的關系在攝影方式遙感中，膠片的鹵化銀就相當于地物波譜的檢測器，在其響應波段范圍內，地物反射或發射的電磁波能量越大，則激發膠片鹵化銀的能力越強，在負片上密度越大，曬成正片則成淺色調。色調是在像片響應波段范圍內，地物反射波譜總能量的函數。反射波譜能量強，色調淺；反之則色調深。黑白全色像片色調與波譜特征的關系波譜響應范圍為0.39—0.72，色調深淺取決于反射波譜在0.39—0.72范圍內的積分。該積分值大，色調淺；積分值小，色調深。黑白紅外片色調與波譜特征的關系波譜響應范圍為0.7—0.9，對0.7—0.9的入射光反射率高，色調淺；對0.7—0.9的入射光反射率低，色調深。水——淺黑或黑植物——淺灰色水陸分界——截然黑白紅外片天然彩色像片的波譜響應特征影像色彩與景物自然顏色接近。地物顏色像片顏色蘭色蘭波段綠色綠波段紅色紅波段受散射蘭光的影響嚴重，不適于高空攝影。彩紅外片色彩的波譜響應特征地物顏色 像片顏色 綠光 蘭色 紅光 綠色

0.76—1.3um近紅外光 紅色反射紅光的物體綠色，綠光的物體蘭色，反射0.76—1.3um近紅外光的物體紅色。植物——紅色清水——蘭黑混濁水——淺蘭濕地——暗色調（較干地）水陸分界極好分辨彩紅外片1彩紅外片2彩紅外片色彩的波譜響應特征優點：避免了散射蘭光的影響，故影像清晰度高。植被，一些土壤巖、水體在攝影紅外區出現特征光譜。航空攝影像片的規格注記

和像片縮影圖規格注記像片縮影圖航空攝影像片的規格目前我國常用的航空像片的像幅有：1818cm2、2323cm2和3030cm2三種。航空攝影像片的注記在航空像片的四邊，通常印有一些攝影狀態的記錄。水準器編號壓平線框標時表水準器編號時表框標圖航空像片上的注記航空攝影像片的注記框標：像片四邊的中部黑色箭頭（或在四角隅的“”標志），對稱的兩框標連線的交點為像片中心點，通常與像主點重合。時表：記錄本張像片的拍攝時刻。水準器：水準氣泡說明本張像片攝影時的光軸傾斜情況。水泡居中時水平。水準器上的同心圓，每圈為1°，讀數從中心算起。航空攝影像片的注記壓平線：像片四邊井字形的直線。其彎曲度說明攝影時感光膠片未壓平而產生的影像變形情況。像片編號：表示航攝區的位置、攝影時間，本張像片在整個圖幅及本條航線內的順序。航空攝影像片縮影圖面積攝影的像片常有幾百張，為了便于檢索，常將整個航區的像片按影像順序重疊排列拼接起來，然后概略標出攝影區的經緯線和圖幅編號，縮小拍攝成一張像片縮影圖。根據像片縮影圖，可以迅速找到某一像片的位置。航空攝影像片的幾何特征中心投影成像像片比例尺像點位移航空像片的分辨率中心投影成像中心投影：空間任意直線均通過一固定點（投影中心S）投射到一個平面（投影平面P）上而形成的透視關系。SaAPbBPaSAbB中心光線：地面每一物點所反射的許多光線中，有一條通過鏡頭中心，而不改變其方向，這條光線稱為中心光線。像點：可以看成中心光線和底片的交點。中心投影成像對于航空像片，地面各地物點的反射光線（投影光線）都通過航攝機鏡頭中心（投影中心），投射到底片（投影面）上，形成各地物點的像點。所以航空像片是地面景物的中心投影。中心投影成像特征空間點在投影面（像面）上的中心投影仍為一個點。空間直線的像一般還是直線，但是如果直線的延長線通過投影中心時，則該直線的像就是一個點。空間曲線的像一般仍為曲線，但若空間曲線在一個平面上而該平面又通過投影中心時，它的像為一條直線。空間平面的像一般為平面，但若該平面通過投影中心時，像則成為直線。投影距離變化：對于垂直投影，構像比例尺與投影距離無關；對于中心投影，構像比例尺隨投影距離（航高）變化而變化。航空像片比例尺。1/M=f/H

式中，M為航空像片比例尺的分母，f為焦距，H為航高。中心投影和垂直投影的區別P1P2a1o1b1a2o2b2P1a1o1b1S1S2a2o2b2H2H2投影距離變化的影響投影面傾斜的影響：對于垂直投影，投影面總是水平的，圖上各部分的比例尺是統一的；對于中心投影，若投影面傾斜時，像片各部分比例尺不一致。中心投影和垂直投影的區別投影面傾斜的影響P0Pa0ob0SAOBab地形起伏的影響：地形起伏對垂直投影沒有影響；對中心投影有影響，aa0是由中心投影引起的投影差。中心投影和垂直投影的區別地形起伏的影響PoB0aobA0ABPa0oSaoA0A航空像片是中心投影，地形圖是垂直投影，因此用航空像片繪制地形圖時，必須：統一像片比例尺糾正因像片傾斜和地形起伏所引起的誤差中心投影和垂直投影的轉換像主點(o)：航空攝影機主光軸SO與像面的交點。像底點(n)：通過鏡頭中心S的地面鉛垂線（主垂線）與像面的交點。等角點(c)：主光軸與主垂線的交角是像片傾斜角，像片傾角的平分線與像面的交點稱為等角點。當地面平坦時，以像片等角點C為頂的角才與地面上相應角大小相等。除此以外，像片上其它任何點都不具這一性質。航空像片上的特征點和線PP0h0hc

ocnSNCOVVh0hc

航空像片上存在著一些特殊的點線。它們對于研究影像的幾何性質、變形規律以及確定像片的空間位置等具有重要意義。主縱線：包含主垂線與主光軸的平面稱為主垂面。主垂面與像面的交線VV稱為主縱線，它在像片上是通過像主點和像底點的直線。主橫線：與主縱線垂直且通過像主點的h0h0稱為主橫線。等比線：通過等角點且垂直于主縱線的直線hchc稱等比線。水平像片和傾斜像片在等比線上的比例尺相同。航空像片上的特征點和線PP0h0hc

ocnSNCOVVh0hc

像片比例尺航空像片上某一線段長度與地面相應線段長度之比，稱為像片比例尺。平坦地區垂直攝影時像面水平，像片的比例尺處處一致，比例尺等于焦距（f）與航高（H）之比，與線段的方向和長度無關。1/M=f/H實際上，地面是起伏的，因地形起伏使各地面點至投影中心的距離不相等。因此，即使像片絕對水平，像片比例尺還是有變化的。只有等比線上的點與水平地形、垂直像片的比例尺一致。像片比例尺SH0fABCDEFh1h2T1T2T0fedcba一般公式：像片比例尺水平像片的平均比例尺，選擇各點的平均高程為起始面，根據這個起始面計算出來的像片比例尺，稱為水平像片的平均比例尺。根據像主點計算出來的像片比例尺稱為像片的主比例尺。地形起伏引起的比例尺變化比較簡單，只與每點處的實際航高有關。對于像面傾斜所引起的比例尺變化比較復雜，不僅每個點處的比例尺不同，而且沿不同方向變化也不一樣。比例尺的量測

常選高程最大和最小的四個明顯地物像點，量取像片上像點距離d1、d2和實地距離D1和D2，求其比例尺后取平均值。像點位移地形起伏引起的像點位移——投影誤差像片傾斜引進的像點位移——傾斜誤差地形起伏引起的像點位移因地形起伏引起的像點位移，稱為地形起伏引起的像點位移，也叫投影誤差。公式為：式中：r為向徑，為像點至像主點的距離（＜３°時可用像底點代替）；H為基準面算起的相對航高；Δh為地面相對于基準面的高程差。Pa0oSaoA′AA0B0’B0hahbBbb0fH地形起伏引起的像點位移投影差與向徑成正比，像片中心部分投影差小，像主點是唯一不因高差而產生投影差的點。投影差與高差成正比，高差為正時（地形凸起），投影差為正，像點背離像底點向外位移；高差為負時（地形低洼），投影誤差為負，像點向像底點方向位移。投影差與航高成反比，即航高越高，投影差越小。據此，從像片上量出某直立物體的投影差及向徑r，可算出物體高度Ah。投影誤差規律像片傾斜引進的像點位移也稱傾斜誤差：某物點在傾斜像片上的投影向徑與在相同條件下的水平像面上投影的向徑之差。可推出：式中：f為攝影機焦距，

c為傾斜像片上像點a至等角點c的距離，

為c與等比線的交角（稱為方向角）。V0VSa0oa0a

cP0hc

hc

V0VP0

A航空像片上的特征點和線scno傾斜誤差的方向是在像點與等角點的連線上。傾斜誤差跟像點距等角點距離的平方成正比。當0°，=0°或180°時，a=0，即等比線上的像點位移為0。 0°，c0

，=90°或270°時，有max，即主縱線上像點位移最大。傾斜誤差的分布規律a的符號因sin而定，當0180°時,a為負，即像點向著等角點方向移動；當180°360°時，a為正，即像點背著等角點方向移動。也即等比線將像片分為兩部分，包含像主點部分，所有像點都朝等角點（C）方向位移；而包含像底點部份，所有像點都向背離等角點方向位移。誤差與向徑平方成正比，故邊部畸變大。由于sin(180°+)=-sin，所以當c為定值時，對稱于等角點的像點，其傾斜誤差大小相等，方向相反。傾斜誤差的分布規律像片傾斜誤差規律由于航空像片邊緣部分誤差大，工作中只使用像片的中間部分，這部分稱為航空像片的使用面積，一張像片的使用面積由航向重疊和旁向重疊部分的中線（或距中線不超過1cm的線）所圍成航空像片的使用面積影像分辨率：像片或底片上一mm內可分辨的線條數目，與傳感器分辨率、感光材料的分辨率及大氣狀況等有關。地面分辨率：像片上能分辨出的兩個物體在地面上的最小間隔，或像片上能分辨出的最小物體在地面上的實際大小，與航攝比例尺及影像分辨率有關：航空像片的分辨率Rg——以米為單位的地面分辨率，Rs——影像分辨率，M——像片比例尺分母。像片的立體觀察與立體測量立體觀察原理像對的立體觀察條件立體測量立體觀察原理立體像對：利用攝影機在空中或地面相鄰兩點，即從攝影基線兩端點攝取的具有重疊影像的一對像片稱為立體像對。立體觀察：用光學儀器或肉眼對有一定重疊率的像對進行觀察以獲得地物和地形的光學立體模型，稱為像片的立體觀察。立體觀察原理——人眼構造人眼好像一只完善的、能自動調節焦距和光圈的攝影機 水晶體——相當于攝影機的物鏡視網膜——相當于底片，能產生視覺瞳孔——相當于光圈，能自動調節光量 通過水晶體周圍韌帶的伸縮作用，可以改變水晶體的表面曲率（厚、薄），從而改變焦距。網膜中心為黃斑，黃斑中有直徑為0.4mm的視網窩，它是網膜中感光最強的部分。通過網窩中心和水晶體光心的連線稱視軸。當人視某物點時，視軸能自動轉向某點。人眼觀察物體也是個中心投影過程。人眼構造單眼看物體時，不能區分物體的遠近，主要是靠經驗判斷a2a1A1A2A3S單眼視物雙眼觀察，可以判定物體的遠近。交會角（視差角）：雙眼觀察時，雙視軸交于物點上，其交角稱為交會角（），又稱視差角。物點遠，交會角小，反之則大。通過比較交會角大小，可確定注視點的遠近。b—眼線基線長，D—物點與眼睛的距離。Ab1a1c1CBbDb2a2S1S2c2雙眼視物明視距離：一般D為25cm，若取b為6.5cm，則交會角為15?左右，人能看清物體的細節，而眼又不感覺緊張疲勞，這一物距稱為正常視力的明視距離。生理視差：雙眼觀察時，地物點在空間的位置不同，它們在兩眼視網膜上的像點分布狀況就不同，這種差別稱生理視差生理視差是因地點對每只眼睛的相對位置不同引起的。是產生立體感覺的原因。像點a1、a2和b1、b2點到相應網膜中心c1，c2的距離之差即為生理視差。即明視距離和生理視差b2c2a2像點在像點中心（c1或c2）左側時，距離規定為正，在中心點右側時為負：注視點C：生理視差為0遠點B：生理視差為負近點A：生理視差為正根據生理視差的大小，人眼便通過視覺神經判斷出注視點周圍物點相對于注視點的遠近，獲得立體感。換句話說，只要能產生生理視差，人就獲得立體的感覺。生理視差兩眼的旁向最大偏斜為±45°。當視軸偏斜45°時，而且物點在明視距離處，由于物點至兩眼的距離不等，在兩視網膜上產生的影像比例尺不同，比例尺之差約為13.5％。當比例尺之差達到16％時，立體效應開始破壞，產生雙影。視軸偏斜S1S2402mm250mm65mm354mm45°250mm指用雙眼對從相鄰兩攝影站對同一地區攝取的兩張像片進行觀察，而生成空間光學立體模型的觀察過程。像對的立體觀察P1P2a'1S1S2b'1b'2a'2a2a1b2b1AB觀察對象必須是從相鄰兩個不同攝影站對同一地區拍攝的互有重疊的像片，即立體像對。兩張像片的比例尺之差不得超過16%。觀察時兩張像片應按攝影時的相對位置安放，使同名點的連線與眼基線平行，且兩點距離等于或略小于眼基線長度。兩眼必須分別各看兩張像片上的相應影像，左眼看左片，右眼看右片。像對的立體觀察條件立體像對的獲得像對立體觀察像對立體觀察橋式立體鏡：兩透鏡中心的距離等于眼基線，使像片正好在焦平面上，則被觀察的物體的像位于無窮遠處，能觀察像片重疊部分的一半，適于野外使用。反光立體鏡：由放大鏡和四片兩兩相互平行的反光鏡組成，可以觀察23-30cm邊長的大像幅立體像對，配有視差桿，可用來測定像點間的高差。立體鏡的構造首先將像片固定，用針刺出每張像片的像主點O1、O2，并將其轉刺于相鄰像片上O1'和O2'

，在像片上畫出像片基線O1O2'和O1'O2。立體鏡觀察步驟再在圖紙上畫一條直線，使兩張像片上基線O1O2’和O1’O2與直線重合；在直線上調整兩張像片的距離，使基線上任意一對相應像點間的距離略小于立體鏡的觀察基線；將立體鏡放在像對上，使立體鏡觀察基線與像片基線平行，左眼看左像，右眼看右像。O1O2’O1’O2立體效應嚴格按上述條件放置像片，觀察到的立體模型與原景物一致，稱正立體效應。若左右像片對調，則原來的生理視差變得相反，光學模型也變得與原景物相反，稱反立體效應。左右像片各自向同方向旋轉90，則破壞了立體觀察的基本條件，雖仍能看到物體的影像，但無任何立體感，稱零立體效應。光學立體模型的變形立體鏡下看到的光學立體模型比實際地形起伏有所夸大，原因是光學立體模型的垂直比例尺與水平比例尺不一致的緣故，變形量用系數K表示。當基線與兩張像片像主點的距離大致相等時，K值的近似公式為：

K＝d／f d為立體鏡焦距，f為航攝機焦距。航空像片的立體量測——像片坐標像片坐標：以像主點為原點

x軸：方向線（飛行方向）；右為正，左為負。

y軸：垂直x軸，上為正Y+Y-X+X-O1O2’x1y1a1X-’X+’Y-’Y+’a2x2O2O1’y2A：a1,a2；a1（xa1，ya1）、a2（xa2，ya2）C：c1,c2；c1（xc1，yc1）、c2（xc2，yc2）航空像片的立體量測——左右視差左右視差（橫視差）：像對上同名點橫坐標之差，以Pa=Xa1-Xa2

表示。O2O1C2a2S2S1a2‘c2‘a1c1P1P2CAHchHBfa的橫視差Pa＝xa1－xa2c的橫視差Pc＝xc1－xc2設A、C兩點高差為h，h＝HA－HC攝影基線S1S2長度為B，S1S2＝B△S1a2’a1∽△S2AS1航空像片的立體量測——左右視差O2O1C2a2S2S1a2‘c2‘a1c1P1P2CAHchHABf而a2’a1＝a2’o1+o1a1＝xa1－xa2

＝Pa像點上的左右視差與雙眼觀察時的生理視差相似，是構成光學立體模型的決定因素。兩個不等高的地面點在像對上的像點，其左右視差不同，兩者左右視差之差，稱為左右視差較，以P表示。某像點相對于像點A的高差為：HA—A點的相對航高，b——像片上的攝影基線長，P－該點相對于A點的左右視差較。航空像片的立體量測第三節熱紅外圖像的特征幾何特征物理特征熱紅外圖像采用光學機械掃描方式成像。有3-5μm（中紅外）及8-14μm（遠紅外）兩個重要的大氣窗口。由于8-14μm波段包含了地球表面平均溫度下輻射通量的最大強度，故常用。不僅波譜性質，而且幾何性質與常規航片均有根本不同。幾何特征投影性質地面分辨率幾何畸變比例尺投影性質為多中心投影，在一張光機掃描影像上，各像點都有自己的投影中心。同一掃描線上各像點成像時刻相差很小，一般可認為每行掃描線各有一個投影中心。在一條掃描線上。因投影中心及地面起伏會產生像點位移，且離投影中心越遠，像點位移量越大，這構成了光機掃描影像最基本的幾何性質。地面分辨率取決于掃描儀瞬時視場角的大小和航高。瞬時視場角：掃描儀的掃描光學系統在任一瞬間向地面張開的立體角。瞬時視場：瞬時視場角所包括的地面范圍。總視場：掃描帶的地面寬度。總視場角：瞬時視場角從遙感平臺到地面掃描帶外側所構成的夾角。瞬時視場的線度（直徑）就是掃描儀能分辨的地面最小目標的尺寸——地面分辨率。地面分辨率飛機正下方的瞬時視場為一圓形，或正方形，其邊長

D0＝H·H——航高；——掃描儀的瞬時視場角。航高大，分辨率低，航高小，分辨率高。中央部位，射線垂直向下，D最小，地面分辨率最高。兩側部位，射線斜射，D>D0

地面分辨率隨掃描角α增大而減小。一般紅外掃描儀，瞬時視場角1—3毫弧度，航高為1000米時，地面分辨為1—3米。航高2000米時2—6m。幾何畸變系統畸變：掃描鏡檢測地面時以恒定的角速度旋轉，而光點在膠片上記錄圖像時以恒定的線速度記錄。因而遠離中部的影像被壓縮，產生幾何變形。系統畸變屬規則變形，可以通過電子校正消除。非系統畸變：飛行器的橫滾、俯仰、震動以及天氣對成像的影響，使地物輻射溫度不穩定都會產生畸變，屬不規則畸變，難以消除。比例尺掃描圖上有兩種比例尺航向比例尺：垂直掃描線方向的比例尺。在同一張圖像上，各點航向比例尺相同，其值取決于膠片移動速度與飛行速度之比。切線比例尺：是沿掃描線方向的比例尺。切線比例尺隨掃描角（）的變化而變化。在數值上，切線比例尺等于像點直徑與掃描方向瞬時視場線度之比。隨增大，視場線度增大，切線比例尺減小，故圖像邊緣的切線比例尺比圖像中央小。物理特征波譜效應溫度分辨率色調特性物理特征波譜效應：熱紅外波段有3—5和8—14兩個窗口。熱紅外掃描探測的是上述兩個波段的熱紅外輻射強度，溫度高，發射率大，其影像色調淺，反之則深。溫度分辨率：指區分地面微小溫度差異的能力。現代資源遙感中所用的熱紅外掃描儀，溫度分辨率大都在0.1—0.5℃之間。物理特征——色調特性地物的真實溫度取決于自身的熱學性質，主要是熱容量或熱慣量性質。色調與熱容量的關系：地物熱容量大（如水），日溫差小。白天影像表現冷特征，呈深色調；夜間圖像表現熱特征，淺色調。熱紅外圖像所表現的主要內容之一，就是地物的熱容量或熱慣量性質。午后1時和黎明6時前后為最佳拍攝時間，因為此時溫差最大，成像效果最好。物理特征——色調特性色調受氣象條件的影響：天氣陰、晴或有風對色調均有影響。冷、熱陰影：在熱圖像上，由熱源和地物之間的關系引起的物體的陰影，稱為熱陰影或冷陰影。熱暈效應：受空氣、風等因素影響，一個很小的目標，特別是一些高溫地物，其熱圖像會比原物大許多，且隨氣流擴散而漸模糊，稱為熱暈效應。熱紅外圖像第四節側視雷達圖像特征投影方式幾何畸變地面分辨率色調特征信息特點投影方式屬旋轉斜距投影：一次向垂直航向方向的一個窄條帶區域發射微波，然后按雷達距地物點的射程遠近（即斜距）記錄成像。側視雷達是一種主動式傳感器，用天線向地面發射微波，接收目標反射的回波，經檢測、放大成像。近距離壓縮：由于雷達從近射程到遠射程掃描時，距離和俯角變化而引起圖像在橫向（即距離方向）上的畸變，稱為近距離壓縮。在雷達波束照射區內，地面各點對應的俯角不等，而圖像比例尺與俯角成正比，俯角越大，圖像比例尺越小，即近射程部分被壓縮。影像變形的方向與航攝片正好相反，航空攝影像片中是遠距離地物被壓縮。幾何畸變——影像變形透視收縮：由于按射程遠近記錄，當地面有起伏或物體有高差時所造成的影像畸變，稱為透視收縮效應。山坡的長度在雷達圖像中被壓縮了。如整個山坡到達雷達天線的距離相等，山坡的回波同時到達雷達天線，成為雷達影像上的一個非常亮的點。幾何畸變——地形起伏移位ABA’B’前向壓縮疊掩：由于按射程遠近記錄，使一個有高度的地物，其頂部回波先于底部回波，稱疊掩。雷達陰影：因山峰陡峭，山峰背面將產生雷達波照射不到的盲區，影像的相應位置形成灰黑色調的暗區，稱為雷達陰影。幾何畸變——地形起伏移位H陰影ABA’B’疊掩側視雷達圖像地面分辨率——距離分辨率距離分辨率，即垂直于航線方向的分辨率PλC——光速，——脈沖寬度，β——波束照射俯角Pr越小分辨率越高，要提高距離分辨率就須減少脈沖寬度，但脈沖寬度過小能量就太弱，不利于探測目標。方位分辨率即沿航線方向的分辨率Pa，隨雷達種類而異。真實孔徑雷達： λ—波長，D—天線孔徑，R—雷達至目標距離（斜距）。合成孔徑雷達：Ｐa≈Ｄ／２地面分辨率——方位分辨率色調特征記錄的是目標反射回波的強度，回波強，淺色調，回波弱，深色調。影響反射回波強度的因子：地物的電導率或復介電常數表面粗糙度入射波角度所使用微波的極化性質有關。介電常數對色調的影響電導率或復介電常數高的物體對微波的反射能力強。復介電常數是描述物體表面電性能的復數常數，取其實部用介電常數表示。金屬、濕度大物體——電導率高，淺色。

地物 導電率色調 清水高淺灰 混濁水低暗灰 濕土高淺灰 干土低暗灰表面粗糙度對色調的影響完全光滑表面：鏡面反射，幾乎所有的反射能量都集中在以反射線為中心的很小的立體角角度范圍內，因此一般情況下，幾乎沒有回波信號，只有當雷達波束垂直于這類地物表面時，才能收到很強的回波。稍粗糙表面：鏡面反射+漫反射，雷達天線可以接收到少部分能量，但信號較弱。非常粗糙表面：無鏡面反射，全部是漫反射。接收到的回波較強。地物表面粗糙，漫反射強、回波強、淺色調，反之深色調。平靜水面因鏡面反射而呈黑色。入射角太小（小于10°），則在地面產生的鏡面反射波為天線接收，呈亮灰色，但空間分辨率低（近程壓縮）；入射角大，回波弱，影像呈黑灰色調。只有當入射角在10—50°之間時，地面才有均勻回波，這也是側視雷達采用側方成像的原因。地面入射角對色調的影響極化：通常電場強度在各方向（垂直于傳播方向的平面上）是相等的，若其總是固定在某個方向振動，則稱電磁波在該方向被極化（偏振）。依電場矢量與入射面（通常是地表面）的關系有水平極化（H）和垂直極化（V），水平極化兩者相互垂直，垂直極化兩者互相平行。考慮發射和接收的電磁波不同極化方向，可分為HH，VV，HV，VH四種極化方式。前兩者稱為平行極化或同類極化，后兩種為交叉極化。極化方式對色調的影響有些目標不同極化方式下的回波信號之間的差異很大，多數地面目標對HH方式回波信號最強。同類（平行）極化回波可近似看作準鏡面反射式散射，回波在接近于垂直入射時最強，入射角增大時，回波強度減弱，大于30°時隨入射角變化不大。極化方式對色調的影響側視雷達信息特點穿透力強具有全天候的工作能力缺點：變形大，分辨率低。第五節航天遙感圖像特征陸地衛星地球觀測實驗衛星（SPOT）圖像極軌氣象衛星及其圖像陸地衛星遙感數據軌道特征傳感器覆蓋特征陸地衛星圖像的幾何特征陸地衛星圖像的物理特征空間分辨率陸地衛星美國國家航空航天局（NASA）1967年制訂了地球資源技術衛星計劃(ERTS)，預定發射6顆地球資源衛星ERTS－2發射之前，NASA將這一計劃改名為陸地衛星計劃(LandSat）。LandSat-11972.7.23MSS一臺（MSS4～7）RBV3臺（RBV1～3）各一個通道LandSat-21975.1.22同LandSat-1LandSat-31978.3.5MSS一臺（MSS4～8）RBV2臺相同（只有一個全色通道）LandSat-41982.7.16MSS一臺（MSS1～4同于MSS4～7）TM一臺（TM1～7）LandSat-51984.3.1同LandSat-4LandSat-71999.4.15增強型主題成像傳感器（ETM+1～8

）LandSat—7軌道特征LandSat1234，57高度(km)905.5~918905.5~918906~918705.3705軌道傾角(°)99.90699.21099.11798.22098.22旋轉周期(min)103.143103.115103.15089.998.9日繞圈數14141414.514.5回歸周期(天)1818181616覆蓋全球圈數251251251233233降交點時刻8:509:089:319:4510掃描帶寬(km)185185185185185降交點西退(km)28622862286227632763相鄰降交點距離(km)159.38159.38159.66170170中等高度、近極地、近圓形與太陽同步軌道傳感器陸地衛星上有三種傳感器：RBV－反光束導管攝像機；MSS－多光譜掃描儀（MultiSpectralScanner）；TM－專題制圖儀（ThematicMapper)

。傳感器——反光束導管攝像機（RBV）Landsat-1、2上各有三臺RBV，同時拍攝星下185*185km2的地面景物。每臺RBV機鏡頭上分別裝一塊濾光片，每個濾光片分別對應一個光譜段：

RBV－10.475～0.575m蘭綠光波段

RBV－20.580～0.680m黃紅光波段

RBV－30.690～0.830m紅、近紅外波段Landsat-3上有兩臺波段完全相同的攝像機并聯組成，波段0.505～0.750m，拍攝的圖像兩幅并列，每幅圖像對應地面面積為98*98km2，圖像上下和左右分別重疊17km和13km，地面分辨率為38m*38m

。因反束光導管易出故障，回收的圖像很少，故被淘汰。多光譜掃描儀MSS視場角為14.9°，地面對應掃描寬度為185KM。每行3240個像元。掃描頻率為：13.62次/秒。共分四個波段，每波段有６個探測器記錄。自西向東為有效掃描，回掃為無效，關閉光路。掃描儀內沿運行方向：排列6個探測器每掃一次，產生24條掃描線，每個探測單元的瞬時視場為7979m2。每幅圖像有2340行掃描線。輻射量化級別為128級。專題制圖儀TM是改進型的光學機械掃描儀，較之MSS，它具有更好的波譜選擇性，更好的幾何保真度，更高的輻射準確度和分辨率。采用雙向掃描，使探測時間倍增。有7個波段，且探測儀器安裝在焦平面上，減少了幾何變形程度。波段1—5和7有16個探測器，每次掃描產生16掃描行數據，瞬時視場（即地面分辨率）為3030m。波段6有四個探測器，每次掃描產生4掃描行數據，瞬時視場（地面分辨率)為120120m。掃描寬度均為185km。專題制圖儀TM輻射量化級別：1-5和7波段為256級，6波段128級。TM—1，2，3，4，5，7每幅有6166條掃描線，TM—6有1542條掃描線。陸地衛星MSS和TM性能表MSS和TM掃描特征掃描通道MSS1-4MSS8TM1-5，7TM6掃描方式單向掃描雙向掃描掃描鏡擺動頻率（次/秒）13.627探測單元62164瞬時視場（mm）79792402403030120120掃描寬度(km)185185掃描面積（kmm）185474185480掃描線寬（m）7924030120一幅圖像的掃描線（條）234077061661542覆蓋面積（km2）185185185185覆蓋特征陸地衛星以185公里掃幅寬度的觀測帶覆蓋全球一次的飛行路徑（相鄰觀測帶的銜接方式）稱覆蓋模式。Landset-1，2，3軌道周期為103.2分鐘，此間地球自轉25.8°，每天繞地球運行14圈，在赤道處同天相鄰軌道間距為2862KM，毗鄰軌道觀測重疊14%，星下點軌跡相距159KM，同天相鄰的軌道間距需18個觀測帶充滿，即覆蓋周期為18天，覆蓋圈數為251圈。Landset-4，5,7軌道周期為99分鐘，每天繞地球14.5圈，同天相鄰軌道西移2763KM，經16天，運行233圈覆蓋全球一次，赤道上毗鄰觀測帶重疊7.3%，旁向重疊隨緯度增加而升高。陸地衛星的旁向重疊率（%）航向重疊：是在對圖像進行分幅時，為便于用戶進行拼接，人為處理加上的。航向重疊寬度為15KM，約為圖幅的8%。時間分辨率(遙感圖像重復覆蓋同一地區所需的時間): Landsat-1,2,3為18天，Landsat-4,5,7為16天陸地衛星圖像的幾何特征—投影性質MSS和TM圖像屬多中心投影。每條掃描線具有一個投影中心（星下點）。多中心投影也存在地形起伏引起的像點位移。高于或低于基準面的地物影像沿掃描線方向發生移動。位移量與航高，地物高差和掃描距離有關，相鄰的觀測帶的重疊影像也可以構成立體像對。由于衛星高度大，掃描角很小，像點位移很小，故MSS和TM圖像可看做垂直投影。陸地衛星圖像的幾何特征—幾何畸變地球自轉引起的圖像歪斜畸變：衛星由北-東向南-西運行，傳感器掃描的同時，地球自西向東轉，造成掃描線依次向西扭移，圖像發生斜歪，影像東西兩邊是以6（TM16）條掃描線為階高的階梯狀。故原始的MSS或TM圖像一般都需進行去斜歪校正處理，且圖像為平行四邊形。陸地衛星圖像的幾何特征—經緯度圖像中心的經緯度根據成像時間、軌道參數等要素，通過計算機求得。由于衛星傾角為99°，因此北極附近衛星運行軌道幾乎與緯線平行，圖幅南北方與一般地圖不同。中緯度地區，衛星軌道與經緯線成明顯的斜交，且總是經度上端西斜。赤道地區，衛星的軌道與經緯線略成斜交。NESWNNEWS赤道地區中緯地區北極圈地區S空間分辨率對于陸地衛星來說，空間分辨率就是地面分辨率，它大致上相當于傳感器探測地面的瞬時視場的大小。地面分辨率可以理解為在圖像上顯示出地面上的最小地物的尺寸（也就是像元）的大小。一般講，凡是大于分辨率的地物可較為容易辨認；小于分辨率的地物辨認就比較困難。但能夠辨認還與地物間的反差、地物形狀有關，反差大，或線狀地物，即使大小或寬度<地面分辨率，有時也可識別。陸地衛星圖像的物理特征灰度與輻射分辨率MSS、TM圖像的波譜效應灰度與輻射分辨率像元——掃描圖像中最小的可分辨面積，地面上最小的探測記錄單位。DN值——像元灰度的數字數據，記錄的是像元內地物的平均輻射值。隨地物的成份、結構、狀態、表面特征而變化。DN值是輻射量的相對量度，所表示的反射率在0-100%之間，DN與輻亮度（L）的關系為：L＝a+bDN a，b為傳感器性能常數DNmax代表了輻射量量化的等級，值越大，越能區別輻射量微小差異的像元，即輻射分辨率越大。輻射分辨率——遙感信息或儀器所能分辨的最小輻射度差。（又稱輻射靈敏度）灰度——DN值經電光轉換，在膠片上掃描出相應深淺的色調。DN值常被歸并為人眼能夠識別的較小灰度等級。MSS圖像灰度級為15。TM圖像灰度級為16。MSS、TM的DNmax分別為128級和256級灰度與輻射分辨率MSS、TM圖像的波譜效應多波段圖像分波段記錄地物的波譜特性。同一地物在不同波段的亮度（灰度）值不同及不同地物在同一波段的亮度值差異，構成圖像的波譜特征信息（波譜信息）。波譜效應：各種地物在某波段圖像的色調特征稱該波段圖像上的波譜效應。多波段效應：不同波段圖像上，地物的色調不同，多波段圖像識別和區分地物的能力也就不同，稱多波段效應。TM1（0.45—0.52）屬藍綠光波段，對水體穿透力強（清水可達30m），對葉綠素和葉色素濃度敏感。植被、水體、土壤等在此波段反射率差別明顯。有助于判別水質、水深、淺海水下地形、水體渾濁度、沿岸水流、海水葉綠素濃度。對水體污染尤其對金屬和化學污染具有較好的反映。影像上植被色調最暗、水體次之，新鮮雪最淺。但受散射蘭光的影響最嚴重，水陸界線不清。MSS、TM圖像的波譜效應TM2（0.52—0.60）與MSS4（0.5—0.6）屬綠黃光波段，對水有較強的透射能力，水體色調較淺，可反映一定深度（>10m）的水下地形，有利于識別水體渾濁度、沿岸流、沙洲等。葉綠素在此波段有一個反射峰，稱綠峰，健康植物對綠光有一定的反射，影像色調較淺。可用于探測健康植物綠色反射率，按綠峰反射評價植物生產力，區分林種。藍、綠、黃色地物影像一般呈淺色調，隨著紅色成份的增加而變暗，浮在水面的油污和金屬化合物因妨礙綠光透過也有所顯示。受散射光影響，此波段反差較小，地物邊界輪廓有些模糊。MSS、TM圖像的波譜效應TM3（0.63—0.69）與MSS5（0.6—0.7）屬橙紅光波段，對水體有一定的的透射能力（約2m），可反映水中泥沙含量、水下地貌和沙流。為葉綠素的主要吸收波段，健康植物影像色調深，病害植物，枯樹等則呈淺色調。可根據不同植物的葉綠素吸收來區分植物類型、覆蓋度、判斷植物生長狀況和健康狀況。橙紅色地物影像一般色調淺，綠色地物色調深。裸露的地表、植被、土壤、水系、巖石、地層、地貌特征等影像清晰，色調層次多，信息量最為豐富。用于地貌特征研究效果較好。MSS、TM圖像的波譜效應TM4（0.76—0.90）與MSS6（0.7—0.8）和MSS7（0.8—1.1）屬近紅外波段。這三種圖像波譜效應相似，是水的強吸收和植被強反射波段。圖像清晰、反差大、立體感強，能顯示多種地物細節，圖像上水體呈黑色調，富水地物呈深色調。水陸分界最為清楚。用于勾繪水體，區分土壤濕度及尋找地下水，識別與水有關的地質構造、地貌（潮間帶、潮水溝、古河道、邊灘等）、土壤巖石類型等。MSS、TM圖像的波譜效應TM4（0.76—0.90）與MSS6（0.7—0.8）和MSS7（0.8—1.1）健康植物對近紅外波具有最強的反射，為明亮的淺色調，而病害植物則呈較深色調。闊葉樹色淺，針葉樹色調相對較深。對植物的類別、密度、生長力、病蟲害等變化最為敏感。用于植物識別分類、生物量調查及作物長勢測定。MSS、TM圖像的波譜效應TM5（1.55—1.75）屬近紅外波段，位于水的兩個強吸收帶（1.4、1.9）之間和土壤、植物的強反射波段內。對地物含水量反映最為敏感。可用于土壤濕度、植物含水量調查，水分狀況研究，作物長勢分析等，區分裸土與植物覆蓋，不同含水量植被類型的能力最強。對土壤和巖性類型的判定也有一定作用。信息量大，利用率高。MSS、TM圖像的波譜效應TM6（10.4—12.5）與MSS8（10.4—12.6）屬熱紅外波段。對熱敏感，反映地表溫度。可用于農業與森林區分，辨別地表溫度差異；監測與人類活動有關的熱特征；進行水體溫度變化制圖。MSS、TM圖像的波譜效應TM7（2.08—2.35）屬近紅外波段。這是為地質研究追加的波段。位于水的強吸收帶（1.9、2.7）之間，土壤反射特性與TM5差不多，水體是黑色調。此波段是絕大多數造巖礦物反射波譜的高峰段，而含氧基礦物（如粘土）和碳酸鹽礦物（如方解石）具有判別性的特征波譜吸收收帶，其影像是暗色調，所以該波段對直接出露地表的粘土與碳酸鹽巖較敏感，可以探測與熱液蝕變有關的含鐵粘土礦物。用于地質探礦與制圖。MSS、TM圖像的波譜效應軌道特征傳感器地球觀測實驗衛星（SPOT）圖像1978年起，以法國為主（聯合比利時、瑞典等）設計研制了一顆名為“地球觀測實驗系統”（SPOT）的衛星。1986年3月22日，由法國的阿里安娜火箭送入太空，衛星代號為SPOT-1。與Landsat相似，也是近極地、近圓形、與太陽同步軌道。SPOT系列產品主要用于制圖、DTM、農林、環境監測、區域和城市規劃與制圖。SPOT衛星SPOT對地觀測衛星系統傳感器SPOT-11986年3月22日兩臺完全相同的高分辨率可見光掃描儀HRVSPOT-21990年