林業(yè)遙感教案第一章

緒論

1.1

遙感的基本概念

1.2

遙感系統(tǒng)

1.3遙感的分類

1.4

目前遙感技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)

1.5林業(yè)遙感的發(fā)展現(xiàn)狀及未來

第二章

遙感的物理基礎(chǔ)

2.1

電磁波、電磁波譜及大氣窗口

2.2

太陽輻射與大氣影響

2.2.1太陽輻射

2.2.2大氣對太陽輻射的影響

2.2.3大氣窗口

2.3

地物反射波譜特征

2.4

地物反射波譜測量

2.4.1地物反射波譜測量理論

2.4.2地物光譜的測量方法

2.4.3

地物光譜測定

第三章

航空遙感

3.1

航空遙感系統(tǒng)

3.1.1航空遙感平臺

3.1.2航空攝影方式

3.1.3航空遙感特點(diǎn)

3.1.4航空遙感的產(chǎn)品

3.1.5航片上的標(biāo)志

3.2

航空像片的幾何特征與物理特性

3.2.1航空像片的投影原理

3.2.2航空像片的比例尺

3.2.3航空像片上特殊的點(diǎn)線

3.2.4航空像片的物理特性

3.3

像片視差和立體觀測

3.3.1像片視差產(chǎn)生的原因與糾正

3.3.2航空像片的立體觀察

3.3.3航空像片的立體測量

3.4

高光譜航空遙感

3.4.1基本概念

3.4.2航空成像光譜儀

第四章

航天遙感

4.1

遙感衛(wèi)星的姿態(tài)與軌道參數(shù)

4.1.1遙感衛(wèi)星的姿態(tài)

4.1.2遙感衛(wèi)星的軌道參數(shù)

4.1.3遙感衛(wèi)星的軌道類型

4.2

我國遙感衛(wèi)星地面站

4.3

陸地衛(wèi)星Landsat

系列

4.4

法國SPOT衛(wèi)星

4.5

氣象衛(wèi)星系列

4.5.1概述

4.5.2軌道類型

4.5.3低軌氣象衛(wèi)星

4.5.5高軌靜止氣象衛(wèi)星

第五章

圖像校正與增強(qiáng)

5.1

數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識

5.1.1數(shù)字圖像和圖像數(shù)字化

5.1.2遙感圖像計(jì)算機(jī)處理的主要內(nèi)容

5.2

圖像輻射校正

5.2.1系統(tǒng)輻射校正

5.2.2大氣校正

5.3

幾何校正的原理與方法

5.3.1遙感圖像幾何畸變來源

5.3.2遙感圖像幾何校正原理

5.3.3數(shù)字圖像幾何校正方法

5.3.4遙感圖像數(shù)字鑲嵌

5.3.5多圖像幾何配準(zhǔn)

5.4

遙感圖像增強(qiáng)處理

5.4.1彩色增強(qiáng)處理

第六章

遙感圖像目視判讀與制圖

6.1

目視判讀原理

6.1.1一般概念與圖像判讀過程

6.1.5目視判讀標(biāo)志

6.2

目視判讀的方法與步驟

6.2.1目視判讀的方法

6.2.2遙感影像判讀步驟

6.3土地利用判讀實(shí)例

6.3.1土地利用分類

6.3.2遙感土地利用判讀特點(diǎn)

第一章緒論要點(diǎn)：遙感的基本概念；遙感系統(tǒng)；遙感分類；目前遙感技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)；林業(yè)遙感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來1.1遙感的基本概念

遙感（RemoteSensing)20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的對地觀測綜合性技術(shù)。通常有廣義和狹義的理解。廣義遙感指各種非直接接觸的、遠(yuǎn)距離探測目標(biāo)的技術(shù)。主要根據(jù)物體對電磁波的反射和輻射特性對目標(biāo)進(jìn)行采集，利用聲波、外力波和地震波等也都包含在廣義的遙感之中。

狹義遙感指從遠(yuǎn)距離、高空，以至外層空間的平臺（plantform）上，利用可見光、紅外、微波等遙感器（RemoteSensor）,通過攝影、掃描等各種方式，接收來自地球表層各類地物的電磁波信息，并對這些信息進(jìn)行加工處理，從而識別地面物質(zhì)的性質(zhì)和運(yùn)動狀態(tài)的綜合技術(shù)。遙感不同于遙測和遙控。遙測是指對被測物體某些運(yùn)動參數(shù)和性質(zhì)進(jìn)行遠(yuǎn)離測量的技術(shù)，分接觸測量和非接觸測量。遙控是指遠(yuǎn)距離控制目標(biāo)物運(yùn)動狀態(tài)和過程的技術(shù)。遙感技術(shù)主要通過觀測電磁波原理，判讀和分析地物目標(biāo)及現(xiàn)象。也就是說，利用了物體的電磁波特性，即“一切物體，由于其種類及環(huán)境條件的不同，因而具有反射或輻射不同波長的電磁波的特性”。所以，遙感也可以說是一種利用物體反射或輻射電磁波的固有特性，通過研究電磁波特性，達(dá)到識別物體及其環(huán)境的技術(shù)。1.2遙感系統(tǒng)遙感系統(tǒng)包括：被測目標(biāo)的信息特征(目標(biāo)物）;信息的獲?。ㄟb感平臺）;信息的接收與記錄、信息的處理（地面接收站）和信息應(yīng)用（分析解譯）四大部分。目標(biāo)物的電磁波特性-----任何目標(biāo)都具有發(fā)射、反射和吸收電磁波的性質(zhì)，這是遙感的信息源。目標(biāo)物與電磁波的相互作用，構(gòu)成了目標(biāo)物的電磁波特性，它是遙感探測的依據(jù)。信息的獲取-----主要由傳感器來完成。接收、記錄目標(biāo)物電磁波特征的儀器，稱為傳感器。如掃描儀、雷達(dá)、報(bào)機(jī)、攝像機(jī)、輻射計(jì)等。信息的接收、記錄和信息處理-----傳感器接收到目標(biāo)地物的電磁波信息，記錄在數(shù)字磁介質(zhì)或膠片上。膠片是由人或回收艙送到地面回收，而數(shù)字磁介質(zhì)上記錄的信息則可通過衛(wèi)星上的微波天線傳輸給地面的衛(wèi)星接收站。地面站接收到遙感衛(wèi)星發(fā)送來的數(shù)字信息，記錄在高密度的磁介質(zhì)上（如高密度磁帶HDDT或光盤等），并進(jìn)行一系列的處理，如信息恢復(fù)、輻射校正、衛(wèi)星姿態(tài)校正、投影變換等，再轉(zhuǎn)換為用戶可使用的通用數(shù)據(jù)格式，或轉(zhuǎn)換成模擬信號(記錄在膠片上)，才能被用戶使用。信息的應(yīng)用----遙感獲取信息的目的是應(yīng)用。這項(xiàng)工作由各專業(yè)人員根據(jù)不同的應(yīng)用需要而進(jìn)行。在應(yīng)用過程中，也需要大量的信息處理和分析，如不同遙感信息的融合及遙感與非遙感信息的復(fù)合等。1.3遙感的分類按遙感平臺分：

地面遙感：傳感器設(shè)置在地面平臺上，如車載、船載、手提、固定或活動的高架平臺上等。

航空遙感：傳感器設(shè)置于航空器上，主要是飛機(jī)、氣球等；

航天遙感：傳感器設(shè)置于環(huán)繞地球的航天器上，如人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站、火箭等；航宇遙感：傳感器設(shè)置于星際飛機(jī)上，指對地月系統(tǒng)外的目標(biāo)的探測。按傳感器的探測波段分:紫外遙感：探測波段在0.05-0.38um之間；可見光遙感：探測波段在0.38-0.76um之間；攝影機(jī)、掃描儀、攝像儀等。紅外遙感：探測波段在0.76-1000um之間；攝影機(jī)、掃描儀等。微波遙感：探測波段1mm-1m之間；掃描儀、微波輻射計(jì)、雷達(dá)、高度計(jì)等。多波段遙感：把目標(biāo)物輻射來的電磁輻射分割成若干個窄的光譜帶，然后同步探測，同時(shí)得到一個目標(biāo)物不波段的多幅圖像。多光譜攝影機(jī)、多光譜掃描儀和反束光導(dǎo)管攝像儀等。按工作方式分:主動遙感和被動遙感：主動遙感由探測器主動發(fā)射一定電磁波能量并接收目標(biāo)的反向散射信號；被動遙感的傳感器不向目標(biāo)發(fā)射電磁波，僅被動接收目標(biāo)物的自身發(fā)射和對自然輻射源的反射能量。成像遙感與非成像遙感：前者傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號可轉(zhuǎn)換成（數(shù)字或模擬）圖像；后者傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號不能形成圖像。按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域可分：從大的研究領(lǐng)域可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等；從具體應(yīng)用領(lǐng)域可分為資源遙感、環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、氣象遙感、城市遙感等。1.4目前遙感技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)1.高空間分辨率。TM衛(wèi)星影像空間分辨率最高可達(dá)15米(ETM+)；SPOT衛(wèi)星影像空間分辨率全色波段現(xiàn)在最高可達(dá)2.5米、5米，多光譜波段達(dá)10米；美國的IKONOS影像數(shù)據(jù)分辨率可達(dá)1米和4米;Qiuckbird影像數(shù)據(jù)空間分辨率最高可達(dá)0.61米。2.高光譜辨率。目前星載遙感器的光譜分辨率大約為可見近紅外波段，略優(yōu)于100nm（10-4m）,在熱紅外波段約200nm左右，而機(jī)載的成像光譜儀已達(dá)到可見光、近紅外波段約10nm，熱紅外波段約30nm左右，整個波段數(shù)已達(dá)到256個波段。美國制定EOS計(jì)劃（地球觀測計(jì)劃）就包括有中分辯率和高分辨率的像光譜儀。3.高時(shí)間分辨率。不同高度的遙感平臺其重復(fù)觀測的周期不同，地球同步軌道衛(wèi)星可以每半個小時(shí)對地觀測一次（FY－2氣象衛(wèi)星）；太陽同步軌道衛(wèi)星（如NOAA氣象衛(wèi)星和FY－1氣象衛(wèi)星）可以每天2次對同一地區(qū)進(jìn)行觀測。這種衛(wèi)星可以探測地球表面及大氣在一天或幾小時(shí)之內(nèi)的短周期變化。地球資源衛(wèi)星（如Landsat、SPOT和CBERS－1）則分別以16天、26天或4-5天對同一地區(qū)重復(fù)觀測一次，以獲得一個重訪周期內(nèi)的某些事物的動態(tài)變化的數(shù)據(jù)。而傳統(tǒng)的地面調(diào)查則須在大量的人力、物力，用幾年甚至幾十年時(shí)間才能獲得地球上大范圍地區(qū)動態(tài)變化的數(shù)據(jù)。（彩圖略）1.5林業(yè)遙感的發(fā)展現(xiàn)狀及未來本世紀(jì)20年代開始試用航空目視調(diào)查和空中攝影；30年代采用常規(guī)的航空攝影編制森林分布圖；40年代航空像片的林業(yè)判讀技術(shù)得到發(fā)展，開始編制航空像片蓄積量表；50年代發(fā)展了航空像片結(jié)合地面的抽樣調(diào)查技術(shù)；60年代中，紅外彩色片的應(yīng)用促進(jìn)了林業(yè)判讀技術(shù)的進(jìn)展，特別是樹種判讀和森林病蟲害探測；70年代初，林業(yè)航空攝影比例尺向超小和特大兩極分化，提高了工作效益，與此同時(shí)，陸地衛(wèi)星圖像在林業(yè)中開始應(yīng)用，并在一定程度上代替了高空攝影。70年代后期，陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)自動分類技術(shù)引入林業(yè)，多種傳感器也用于林業(yè)遙感試驗(yàn)。80年代衛(wèi)星不斷提高空間分辨率，圖像處理技術(shù)日趨完善。90年代航天遙感技術(shù)迅速發(fā)展，應(yīng)用廣泛。林業(yè)遙感技術(shù)發(fā)展的未來:l．隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段林業(yè)遙感技術(shù)在生產(chǎn)上應(yīng)用開始由以航空像片+地面調(diào)查為主的工作模式向著以衛(wèi)片為主+航片+地面調(diào)查為輔助的工作模式發(fā)展。2．林業(yè)遙感要從定性走向定量，從靜態(tài)估測到動態(tài)監(jiān)測，從實(shí)驗(yàn)走向生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用。3．采用新的遙感資料，Landsat-1…7、SPOT1…5、CBERS-1、2、雷達(dá)圖像和高光譜圖像（MODIS）、IKONOS、QUICKBIRD等.4.多種信息復(fù)合，如不同時(shí)相、不同傳感器、不同分辯率住信息的復(fù)合，提高林業(yè)遙感的分類精度。5．?dāng)U大林業(yè)遙感的研究內(nèi)容：除資源調(diào)查外，還應(yīng)當(dāng)包括立地評價(jià)、區(qū)劃、災(zāi)害監(jiān)測；環(huán)境污染監(jiān)測，經(jīng)營活動分析、建筑、綠化、人口監(jiān)測等；6、提高與普及相結(jié)合，使研究成果盡快變成生產(chǎn)力；

第二章遙感的物理基礎(chǔ)要點(diǎn)：電磁波；電磁波譜；太陽與大氣影響；大氣窗口；地物反射波譜特征；地物反射波譜測量；2.1電磁波、電磁波譜及大氣窗口1.電磁波當(dāng)電磁振蕩進(jìn)入空間，變化的磁場激發(fā)了渦旋電場，變化的電場又激發(fā)了渦旋磁場，使電磁振蕩在空間傳播，這就是電磁波。其方向是由電磁振蕩向各個不同方向傳播的。電磁波的性質(zhì)：（1）實(shí)驗(yàn)證明，光是一種電磁波，具有電磁波的性質(zhì)，是一種橫波；（2）在真空中以光速傳播；（3）電磁波具有波粒二象性。電磁波在傳播過程中遇到氣體、液體或固體介質(zhì)時(shí)會發(fā)生一系列現(xiàn)象。2.電磁波譜定義：按電磁波在真空中傳播的波長或頻率，遞增或遞減排列，則構(gòu)成了電磁波譜。該波譜以頻率從高到低排列，可以劃分為γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波。2.2

太陽輻射與大氣影響2.2.1太陽輻射太陽的表面溫度為6000°K。中心溫度約達(dá)15萬度。太陽表面每分鐘釋放出來的熱量在5×1024千卡以上。地球是太陽體積的130萬分之一，距離太陽約1.5億公里。太陽輻射的電磁波到達(dá)地球表面大概需要8分鐘的時(shí)間。地球表面每分鐘獲得的太陽輻射能量只有1.7卡／米2。除去植物的光合作用耗去的能量以外，被地球表面反射到空中的太陽輻射能量就更少了。在遙感中，一些屬于可見光至近紅外波段的傳感器，就是靠接收和記錄這部分能量的反射特征獲取各種地物信息的。2.2.2大氣對太陽輻射的影響被反射：約30%；被吸收：約17%；被散射：22%;到達(dá)地面的太陽輻射：約31%。(1)大氣層的反射作用進(jìn)入大氣層前主要波長范圍：0.15-4μm;占太陽輻射總能量的99%，其中可見光區(qū)

占50%，紅外區(qū)占43%，紫外區(qū)占7%；最大輻射波長在0.475

μm。進(jìn)入大氣層后有一部分被反射回宇宙空間。反射作用中，云反射能力變化很大，按地球平均云量54%計(jì)算，1/4的太陽輻射能量被反射回宇宙空間去。（2）大氣層的吸收作用主要成分：氣體分子、水滴和塵埃等；O2：占1/5，主要吸收<0.2

μm的太陽輻射能量；O3：主要在10-40KM高層大氣層；兩個吸收帶為0.2-0.32

μm（藍(lán)光區(qū)）、0.6

μm（橙光區(qū)）；H2O：主要吸收物質(zhì)，吸收帶紅外線和可見光的紅光波段內(nèi)。CO2：只存在于低層大氣層中，而且含量很少，主要吸收4.3

μm的太陽輻射能量.塵埃：（3）大氣的散射作用說明：IS：地物直接反射的太陽輻射；ID：漫入輻射地面，而又反射到大氣中再進(jìn)入感器的部分：IO：直接進(jìn)入Sensor的部分；大氣的散射現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的物理現(xiàn)象規(guī)律與大氣中的分子或其他微粒的直徑及輻射波長的長短密切相關(guān)。通常有以下三種情況：①瑞利散射大氣中的粒子（N、CO2、O3、O2等）直徑比波長小的多時(shí)所發(fā)生的散射稱為瑞利散射。其散射強(qiáng)度與波長的關(guān)系為：即波長越長，散射越弱?？梢姽獠ǘ斡绊懽蠲黠@，藍(lán)光波長短，散射越強(qiáng)。所以，晴朗的天空會出現(xiàn)藍(lán)色。米氏散射在粒子（煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等）直徑較大，與輻射的波長相當(dāng)時(shí)所發(fā)生的散射稱為米氏散射。其與波長的關(guān)系式：

即散射的強(qiáng)度與波長的二次方成反比，并且散射光的向前方向比向后方向的散射強(qiáng)度更強(qiáng)，方向比較明顯。③無選擇性散射

無選擇性散射發(fā)生在大氣中粒子的直徑比波長大得多時(shí)。并且散射強(qiáng)度與波長無關(guān)，即無選擇性散射的波段，任何波長的散射強(qiáng)度都相同。2.2.3大氣窗口通常把電磁波通過大氣層時(shí)較少被反射、吸收或散射而透過率較高的波段稱為大氣窗口。大氣窗口的光譜主要有：0.3-1.3um，即紫外線、可見光、近紅外波段。這一波段是攝影成像的最佳波段，也是許多衛(wèi)星傳感器掃描成像的常用波段，如Landsat衛(wèi)星的TM1-4波段，SPOT衛(wèi)星的HRV波段。1.5－1.8um和2.0-3.5um，即近、中紅外波段。這是白天日照條件好時(shí)，掃描成像的常用波段，如TM的5,7波段等，用以探測植物含水量以及云、雪等，用于地質(zhì)制圖等。

3.5-5.5um，即中紅外波段。該波段除通透反射光外，也通透地面物體自身發(fā)射的熱輻射能量。如NOAA衛(wèi)星的AVHRR傳感器用3.55-3.93探測海面溫度，獲得晝夜云圖。8－14um,即遠(yuǎn)紅外波段。主要通透來自地物熱輻射的能量，適于夜間成像。0.8-2.5cm，即微波波段。由于微波穿云透霧能力強(qiáng)，這一區(qū)間可以全天候觀測，而且是主動遙感方式，如側(cè)視雷達(dá)。Radarsat的衛(wèi)星雷達(dá)影像也在這一區(qū)間，常用的波段為0.8cm，3cm，5cm，10cm，甚至可將該窗口擴(kuò)展至0.05-300cm。2.3

地物反射波譜特征在可見光與近紅外波段（0.3-2.5um），地表物體自身的熱輻射幾乎等于零。地物發(fā)出的波譜主要以反射太陽輻射為主。當(dāng)然，太陽輻射到達(dá)地面后，物體除了反射作用外，還有對電磁輻射的吸收作用，如黑色物體的吸收能力較強(qiáng)。最后，電磁輻射未被吸收和反射的其作部分則是透過的部分，即：到達(dá)地面的太陽輻射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量一般說，絕大多數(shù)物體對可見光都不具備透射能力，而有些物體，例如，水對一定波長的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特別是0.45-0.56um的藍(lán)、綠光波段，一般水體的透射深度可達(dá)10－20m，混濁水體則為1-2m，清澈水體甚至可透到100m的深度。地物反射波譜曲線除隨不同地物（反射率）不同而外，同種地物在不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件下形態(tài)表現(xiàn)（反射率）也不同。一般說，地物反射率隨波長變化有規(guī)律可循，從而為遙感數(shù)據(jù)與對應(yīng)地物的識別規(guī)律。例如植被的遙感反射光譜有以下特點(diǎn)：可見光波段（0.4-0.76um）有一個小的反射峰，位置在0.55um（綠）處，兩側(cè)0.45um（藍(lán)）和0.67um（紅）則有兩個吸收帶。這一特征是由于葉綠素的影響，葉綠素對藍(lán)光和紅光吸收作用強(qiáng)，而對綠光反射作用強(qiáng)。在近紅外波段（0.7-0.8um）有一反射的“陡坡”，至1.1um附近有一峰值，形成植被的獨(dú)有特征。這是由于植被葉細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。在中紅外波段(1.3-2.5um)受到綠色植物含水量的影響，吸收率大增，反射率大大下降，特別地，以1.45um、1.95um和2.7um為中心是水的吸收帶，形成低谷。植物波譜在上述基本特征下仍有細(xì)部差別，這種差別與植物種類、季節(jié)、病蟲害影響、含水量多少等有關(guān)系。為了區(qū)分植被種類，需要對植被波譜進(jìn)行研究。2.4

地物反射波譜測量2.4.1地物反射波譜測量理論

雙向反射比因子R（BRF）：在給定的立體角方向上，在一定的輻射照度和觀測條件下，目標(biāo)的反射輻射通量與處于同一輻射照度和觀測條件的標(biāo)準(zhǔn)參考面的反射輻射通量之比。2.4.2地物光譜的測量方法(1)樣品實(shí)驗(yàn)室測量(2)野外測量2.4.3

地物光譜測定

第三章

航空遙感要

點(diǎn)：航空遙感系統(tǒng)；航空像片的幾何特片與物理特性；像片視差和立體觀測；高光譜航空遙感；定義：航空遙感是以中低空遙感平臺為基礎(chǔ)進(jìn)行攝影（或掃描）成像的遙感方式。

優(yōu)點(diǎn)：空間分辨率高、靈活性大、適合于微觀研究。不足：費(fèi)用昂貴。3.1

航空遙感系統(tǒng)3.1.1航空遙感平臺

（一）氣球；（二）飛機(jī)；(圖略)3.1.2航空攝影方式

攝影前準(zhǔn)備工作；空中攝影的實(shí)施（一）按攝影機(jī)主光軸與鉛垂線的關(guān)系分主光軸：通過物鏡中心并與主平面（或焦平面)垂直的直線稱為主光軸。

像主點(diǎn)：主光軸與感光片的交點(diǎn)稱為像主點(diǎn)。

航攝傾角與像點(diǎn)傾角：主光軸與鉛垂線的夾角a。

1.垂直航空攝影:

a?3o

2.傾斜航空攝影：a>3o（二）按攝影所用的波段分

1.普通黑白攝影；2.天然彩色攝影；3.黑白紅外攝影；

4.彩色紅外攝影；5.多光譜攝影；6.機(jī)載側(cè)視雷達(dá)；（三）按攝影實(shí)施方式分

1.單片攝影

為特定目標(biāo)或小塊地區(qū)進(jìn)行的攝影，一般獲得一張、一對或數(shù)張不連續(xù)的像片。

2.單航線攝影

沿一條航線對地面上狹長地帶或線狀地物（如鐵路、公路、河流、管道等）進(jìn)行的連續(xù)攝影。

航向重疊：60%，不得小于53%。

3.多航線攝影（面積攝影）

沿?cái)?shù)條互相平行的直線航線對一個廣大區(qū)域進(jìn)行的連續(xù)的、布滿區(qū)的攝影。

航向重疊：60%，旁向重疊:15%-30%;（四）按航攝比例尺分1.大比例尺航空攝影：1：1萬；2.中比例尺航空攝影：1：1萬?1：3萬；3.小比例尺航空攝影：1:3萬?1

：1：10萬；4.超小比例尺航空攝影：像片比例尺1：10萬?

1：25萬；3.1.3航空遙感特點(diǎn)

1.航空遙感空間分辨率高、信息量大。

2.航空遙感靈活，適用于一些專題遙感研究。

3.航空遙感作為實(shí)驗(yàn)性技術(shù)系統(tǒng)，是各種星載遙感儀器的先行檢驗(yàn)者。

4.信息獲取方便。3.1.4航空遙感的產(chǎn)品1.鑲輯復(fù)照圖：

相鄰航片按照同名地物近似地拼疊起來，然后將其縮小復(fù)照即可。2.像片略圖：

也稱像片草圖。它是按照像片之間重疊部分的同名地物點(diǎn)進(jìn)行拼接鑲輯，然后把重疊部分切去，舍去像片的邊角，用每張像片的中心部分拉合成一個圖幅整體。（未糾正）3.像片平面圖：

由經(jīng)過糾正的航片拼輯、鑲嵌而成的航空影像圖。4.正射航空影像圖：它是用正射投影儀將普通的航片經(jīng)過了投影改造成為正射投影片，用其組合而成的航空影像圖。消除了地形引起一誤差，標(biāo)注有等高線等。3.1.5航片上的標(biāo)志

像幅規(guī)格：18×18cm2,23

×

23cm23.2

航空像片的幾何特征與物理特性3.2.1航空像片的投影原理（一）中心投影定義：凡空間任意點(diǎn)A（物點(diǎn)）與一固定點(diǎn)S（投影中心）連成的直線或延長線（即中心光線）被一個平面（像平面）所截，則此直線與平面的交點(diǎn)a（像點(diǎn)）稱為A點(diǎn)的中心投影。從投影上而言，航空像片（正片）的位置，等于以投影中心為圓心，以焦距f為半徑，將P旋轉(zhuǎn)至P’（下圖），P’即為正像的位置。3.2.2航空像片的比例尺(一)定義：航空像片上某一線段長度與地面相應(yīng)線段長度之比，稱為像片比例尺，用1/M表示，并有下式：式中：f為焦距，H為飛行器相對航高。（二）影響航空像片比例尺的因素1.與焦距和航高的關(guān)系：航空像片的比例尺與物鏡焦距成正比，與相對航空成反比。若焦距固定不變，相對航高越高，比例尺就越小。

2.受地形因素的影響

（1）平坦地區(qū)：攝像時(shí)像片處于水平位置，則像片的比例尺可以近似看成處處一致。

例如：f=70mm,H=3500mm,則像片比例尺為1：50000

一般在航空攝影時(shí)，焦距是固定的，比例尺主要隨著航高而變化。1.與焦距和航高的關(guān)系：航空像片的比例尺與物鏡焦距成正比，與相對航空成反比。若焦距固定不變，相對航高越高，比例尺就越小。2.受地形因素的影響

（1）平坦地區(qū)：攝像時(shí)像片處于水平位置，則像片的比例尺可以近似看成處處一致。

例如：f=70mm,H=3500mm,則像片比例尺為1：50000

一般在航空攝影時(shí)，焦距是固定的，比例尺主要隨著航高而變化。(2)地形復(fù)雜地區(qū)

由于地形起伏使得每一地物點(diǎn)的航高不同，實(shí)際比例尺與不一樣。舉例說明：在用RC-5拍攝的像片,已知航高2600m，焦距210mm,紅松K36號樣地的海拔高為500m，紅松K40號樣地海拔高為290m，則K36的比例尺分母為：3.2.3航空像片上特殊的點(diǎn)線S為投影中心，E為地面，P為像面，E與P所夾兩面角a

,即為攝影時(shí)的傾角。

1.像主點(diǎn)：主光軸OS與像平面垂直的交點(diǎn)o,地面上的相應(yīng)點(diǎn)稱為地主點(diǎn)O；

2.像底點(diǎn)：通過鏡頭中心S的鉛垂線(NSn)與像面的交點(diǎn)3.等角點(diǎn)：主光軸SO與主垂線NSn夾角a（即像片傾角）的二等分線與像平面及地面的交點(diǎn)，都稱等角點(diǎn)。用c和C表示。

4.主縱線：包括主光軸與鉛垂線的平面（W）與像平面的交線（vv’)為主縱線；地面上為VV’。5.主橫線：在像片上凡與主縱線垂直的線，稱為像水平線hh’，通過像主點(diǎn)的像水平線為主橫線hoh’o.

6.等比線：像平面上通過等角點(diǎn)c的像水平線，稱為等比線hch’c.

7.真水平線：通過鏡頭中心S所作的水平面與像片面的交線hih’i.8.主合點(diǎn)：主縱線與真水平線的交點(diǎn)I.

9.透視軸：延長像片面與地平面相交的直線的透視軸TT’.特殊點(diǎn)、線間的關(guān)系:3.2.4航空像片的物理特性（一）基本概念

1.色調(diào)：地物電磁輻射能量在像片上的模擬記錄，在黑白像片上表現(xiàn)為灰度，在彩色像上表現(xiàn)為色彩。

2.色彩：彩色像上某一部分的顏色稱為此部分的色彩。

3.灰階：灰度分成若干個等級，每一等級稱為一級灰階。一般用2n(n是正整數(shù))表示灰階序號0,1,2,3,…2n-1。4.亮度系數(shù)：在相同照度下，某物體表面亮度與絕對白色的理想物體表面亮度之比。表示地物發(fā)射（或反射）光的能力。

其中：L----為某物體表面亮度；L0----為絕對白色物體表面亮度。(二）影響航空像片色調(diào)的因素

1.地物表面亮度：其取決于攝影時(shí)照度和地物自身的亮度系數(shù)。

（1）照度：太陽輻射到地表的強(qiáng)度，即像片上的灰度色調(diào)。

（2）地物亮度系數(shù)：當(dāng)照度一定時(shí)，地物亮度系數(shù)決定著地物在黑白航空像片上的相應(yīng)影像的色調(diào)。亮度系數(shù)越大，色調(diào)越淺。

2.感光材料：感光度

3

攝影技術(shù)：曝光量的選擇、感光片的沖洗及印像、放大技術(shù)等。3.3

像片視差和立體觀測3.3.1像片視差產(chǎn)生的原因與糾正

像點(diǎn)位移：根據(jù)中心投影的原理，無論是帶有起伏的地形，還是高出地面的任何物體，反映到航空像上的像點(diǎn)與其平面位置相比，一般都會產(chǎn)生位置的移動，這種像點(diǎn)位置的移動，叫做像點(diǎn)位移。主要由像片傾斜、地面點(diǎn)相對于基準(zhǔn)面的高差和物理因素等產(chǎn)生的。（一）

像片傾斜引起的像點(diǎn)移位P為傾斜像片，P0為水平像片；a,a0為同一面點(diǎn)在P和P0上的任意點(diǎn)位；c為等角點(diǎn)；

將傾斜像片繞等比線hch’c旋轉(zhuǎn)到與水平像片重合形成疊合圖形。Ca和Ca0共線，但長度不等。

（二）

地形起伏引起的像點(diǎn)位移投影差：由于地面起伏變化，投影在像片上的像點(diǎn)產(chǎn)生的直線移位。其與地形起伏和像片傾斜都有關(guān)系。根據(jù)相似三角形原理，可得投影差的公式：其中：r為像點(diǎn)a到像主點(diǎn)的距離；H為攝影航高；h為地面離差；1.投影差分布規(guī)律

（1）對相對高差相等的點(diǎn)，Dh也相等；r=0時(shí)，

Dh=0；像主點(diǎn)無像點(diǎn)移動；

（2）

Dh與h成正比，h>0，像點(diǎn)背離像主點(diǎn)方向移位，

Dh>0；h<0，像點(diǎn)朝向像主點(diǎn)方向移位，

Dh<0。

（3）

Dh與航高H成反比。2.投影差的改正（1）像片上改正：投影差在像上的改正是指從含有投影差的像點(diǎn)a向a0改正。改正方向：h>0，像點(diǎn)a朝向像主點(diǎn)方向改正；h<0,像點(diǎn)a背離像主點(diǎn)方向改正。（2）圖版上改正：投影差在圖版上的改正是指從沒有投影差的圖上點(diǎn)A0向A’改正。改正方向?yàn)閔>0，圖上點(diǎn)A0背朝底點(diǎn)方向改正,

Dh>0;反之…3.根據(jù)像點(diǎn)位移值測量目標(biāo)的高度

根據(jù)公式可得：：例如：一張航空像片，已知攝影高度為400m，在航空像片上量出目標(biāo)頂點(diǎn)至像點(diǎn)的距離為2.8cm，目標(biāo)的像點(diǎn)位移值為0.15cm，則目標(biāo)高度為:

h=400*0.15/2.8=21.43(m)3.3.2航空像片的立體觀察（一）航空像片立體觀察的原理瞳孔如同光圈，視網(wǎng)膜如同底片，接受物體的影像信息。

交會角瞳孔如同光圈，視網(wǎng)膜如同底片，接受物體的影像信息。

交會角生理視差的形成：人們是從眼基線的兩個端點(diǎn)來觀察物體（右眼從右邊觀察物體，左眼從左邊觀察物體），因此兩眼的觀察角度就不同，在兩眼網(wǎng)膜上所產(chǎn)生的物體影像就有差別，即形成了生理視差。生理視差是產(chǎn)生立體視覺和判斷景物遠(yuǎn)近的原因。立體觀察是根據(jù)立體視覺原理進(jìn)行的。實(shí)施立體觀察，必須是在連續(xù)拍攝的兩張空中照片的重疊部分上進(jìn)行的。人造立體視覺：空間景物在感光材料上構(gòu)像，再用人眼觀察構(gòu)像的像片產(chǎn)生生理視差，重建空間景物的立體視覺，所看的空間景物稱為立體影像，產(chǎn)生的立體視覺稱為人造立體視覺。

人造立體視覺必須符合自然界立體觀察的四個條件：

（1）兩張像片必須是在兩個不同位置對同一景物攝取的立體像對；

（2）兩只眼睛必須只能分別觀察像對的一張像片；

（3）兩像片上相同景物（同名像點(diǎn)）的連線與眼基線應(yīng)大致平行；

（4）兩像片的比例尺相近

（二）航空像片的立體觀察立體觀察方法：

1.人眼觀察法

2.儀器法：透鏡式立體鏡、反光式立體鏡、掃描式立體觀測儀和主體顯微鏡等

。

3.光電設(shè)備觀察

目前圖像判讀的先進(jìn)設(shè)備，它具有分辨率高、適用性強(qiáng)、目標(biāo)測量定位快等特點(diǎn)。其功能包括放大觀察、立體觀察、圖像處理、圖像信息整編和圖像存儲等，配有大容量計(jì)算機(jī)和多種外圍設(shè)備。立體觀察效果：1.正立體效果：立體觀察時(shí)所得到的立體效應(yīng)與實(shí)地情況相同。2.反立體效果：立體觀察時(shí)所得到的立體效應(yīng)與實(shí)地情況相反。3.

零立體效果：觀察時(shí)所看到的物體影像沒有高低的差別。4.

雙影：觀察時(shí)航空像片上相同物體影像不能完全重合。3.3.3航空像片的立體測量測量起伏地形的高差，根據(jù)像點(diǎn)左右視差來確定。左右視差：高低不同的地面點(diǎn)，在兩張重疊的航空像片所呈現(xiàn)的相應(yīng)點(diǎn)橫坐標(biāo)之差。橫坐標(biāo)以像主點(diǎn)為原點(diǎn)，右邊為正，左邊為負(fù)。3.4.1基本概念

高光譜分辨率遙感是指利用很多很窄的電磁波波段從感興趣的物體獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，它的基礎(chǔ)是測譜學(xué)….3.4.2航空成像光譜儀

1.

航空成像光譜儀；

2.多用途航空成像光譜儀；

3.

先進(jìn)的固態(tài)陣列光譜輻射儀；

4.航空可見光/紅外成像光譜儀；

5.小型機(jī)載成像光譜儀；

第四章

航天遙感要

點(diǎn)：遙感衛(wèi)星的姿態(tài)與軌道參數(shù)；我國遙感衛(wèi)星地面站；美國Landsat衛(wèi)星及其影像特征；法國SPOT衛(wèi)星及其影像特征；氣象衛(wèi)星及其影像特征；中巴資源衛(wèi)星及其影響像特征；其它衛(wèi)星及其影像特征；4.1

遙感衛(wèi)星的姿態(tài)與軌道參數(shù)

遙感衛(wèi)星也稱地球觀測衛(wèi)星，是航天遙感平臺的一種主要類型。4.1.1遙感衛(wèi)星的姿態(tài)

姿態(tài)對數(shù)據(jù)的質(zhì)量有影響，必須測量、記錄。

（一）三軸傾斜（二）振動

振動是指遙感衛(wèi)星運(yùn)行過程中除流動、俯仰與偏航以外的非系統(tǒng)的不穩(wěn)定振動。4.1.2遙感衛(wèi)星的軌道參數(shù)

軌道參數(shù)：表示遙感衛(wèi)星軌道特征的數(shù)值組稱為軌道參數(shù)。

軌道面：遙感衛(wèi)星在太空中的運(yùn)行，是一種受到地球以及月球和太陽引力的規(guī)律性運(yùn)動，它所在的包含地球在內(nèi)的平面叫軌道面。（一）開普勒的六個參數(shù)軌道長半軸（a)：衛(wèi)星軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)到橢圓軌道中心的距離；軌道偏心率（e）：橢圓軌道焦距與長半軸之比，又稱扁率，e=c/a;軌道傾角（i）：軌道面與赤道面的交角，即從升交點(diǎn)一側(cè)的軌道量至赤道面；升交點(diǎn)赤經(jīng)（8）：軌道上由南向北自春分點(diǎn)到升交點(diǎn)的弧長；近地點(diǎn)角距（ω）：軌道面內(nèi)近地點(diǎn)與升交點(diǎn)之間的地心角；過地點(diǎn)時(shí)刻（t0）：以近地點(diǎn)為基準(zhǔn)表示軌道面內(nèi)衛(wèi)星位置的量。（二）其他一些常用遙感衛(wèi)星參數(shù)衛(wèi)星高度：衛(wèi)星距離地面的高程。運(yùn)行周期：指衛(wèi)星繞地一圈所需的時(shí)間，即從升交點(diǎn)開始運(yùn)行到下一次過升交點(diǎn)時(shí)的時(shí)間間隔，它與衛(wèi)星的平均高度呈正相關(guān)。重復(fù)周期：指衛(wèi)星從某地上空開始運(yùn)行，經(jīng)過若干時(shí)間的運(yùn)行后，回到該地上空時(shí)所需的天數(shù)。降交點(diǎn)時(shí)刻：指衛(wèi)星經(jīng)過降交點(diǎn)時(shí)的地方太陽時(shí)的平均值。掃描帶寬度：當(dāng)衛(wèi)星沿一條軌道運(yùn)行時(shí)其傳感器所觀測的地面帶的橫向?qū)挾取?.1.3遙感衛(wèi)星的軌道類型(1)地球同步軌道：衛(wèi)星運(yùn)行周期等于地球的自轉(zhuǎn)周期（如果從地面上各地方看過去，衛(wèi)星在赤道上的一點(diǎn)是靜止的，所以又稱靜止軌道衛(wèi)星），如氣象衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星。(2)太陽同步軌道：衛(wèi)星的軌道面以與地球的公轉(zhuǎn)方向相同方向而同時(shí)旋轉(zhuǎn)的近圓形軌道（如圖）4.2

我國遙感衛(wèi)星地面站2002年度衛(wèi)星接收統(tǒng)計(jì)中國遙感衛(wèi)星地面站與國際衛(wèi)星管理機(jī)構(gòu)簽約情況4.3

陸地衛(wèi)星Landsat

系列

美國國家航空航天局（NASA）在1967年制訂了一地球資源技術(shù)衛(wèi)星計(jì)劃（ERTS計(jì)劃），開始命名為ERTS-1，ERTS-2，ERTS-3等，后來改名為Landsat計(jì)劃）軌道特征：Landsat系列衛(wèi)星的傳感器和數(shù)據(jù)參數(shù)：

RBV：反束光導(dǎo)攝像機(jī)；MSS：多光譜掃描儀；TM：專題制圖儀；ETM+：增加型專題制圖儀；美國陸地衛(wèi)星七號

(LANDSAT-7)

陸地衛(wèi)星7號于1999年4月15日由美國航空航天局發(fā)射，攜帶了增強(qiáng)型主題成像傳感器（ETM+）

(圖略)衛(wèi)星參數(shù)：近極近環(huán)形太陽同步軌道；軌道高度：705公里；傾角:98.22o

；運(yùn)行周期：98.9分鐘；24小時(shí)繞地球:15圈；穿越赤道時(shí)間:上午10點(diǎn)；掃描帶寬度:185公里；重復(fù)周期:16天

衛(wèi)星繞行:233圈

波段號

類型

波譜范圍地面分辨率

1

Blue-Green

0.450-0.515

30m

2

Green

0.525-0.60530m

3

Red

0.630-0.6930m

4

NearIR0.775-0.9030m

5

SWIR

1.550-1.7530m

6

LWIR

10.40-12.5

60m

7

SWIR2.090-2.3530m

8

Pan

0.520-0.90

15m

Landsat系列衛(wèi)星的數(shù)據(jù)產(chǎn)品：（一）像片產(chǎn)品：MSS、TM、ETM+的像片資料。（二）膠片產(chǎn)品：透明膠片和像紙片；按波段不同可分為黑白片和幾個波段合成的彩色合成片（有真、假彩色片之分）。

膠片尺寸：70mm*70mm;240mm*240mm(9.50英寸)（三）數(shù)字盤：1.44M軟盤。（四）數(shù)字磁帶：HDDT，CCT，8mm磁帶,CD-ROM等不同記錄介質(zhì)。CD-ROM最常見。4.4

法國SPOT衛(wèi)星

1998年3月24，第四顆；2002年4月，第五顆；1986年2月22日

第一顆；1990年1月22日

第二顆；1993年9月26日

第三顆；SPOT系列衛(wèi)星的軌道特征：

法國SPOT-4衛(wèi)星軌道參數(shù)：軌道高度：832公里；軌道傾角：98.721o

；軌道周期：101.469分/圈；重復(fù)周期：369圈/26天；降交點(diǎn)時(shí)間：上午10：30分；掃描帶寬度：

60

公里；兩側(cè)側(cè)視：+/-27o

掃描帶寬：950公里波譜范圍：

多光譜XI20米分辨率

B10.50?0.59umB20.61?0.68umB30.78?0.89umSWIR

1.58?1.75um全色P10米B20.61?0.68umSPOT系列衛(wèi)星的數(shù)據(jù)產(chǎn)品：圖像數(shù)據(jù)處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：1A，1B，2，3，4。1A處理精度最低，4級處理精度最高。（一）圖像產(chǎn)品（二）CCT磁帶4.5

氣象衛(wèi)星系列4.5.1概述

氣象衛(wèi)星主要用于云移、云頂高度、云分布、海洋表面溫度、對流層上部水蒸氣分布以及輻射平衡等方面的測定和研究。

1960年4月1日美國發(fā)第一顆試驗(yàn)氣象衛(wèi)星。目前已發(fā)射100多顆氣象衛(wèi)星。4.5.2軌道類型

有低軌和高軌兩種。低軌較多，飛行高度800-1500KM。高軌衛(wèi)星飛行高度近36000KM，軌道圓形，周期為24小時(shí)，其軌道面與赤道平面重合，與地球轉(zhuǎn)動同步。4.5.3低軌氣象衛(wèi)星（一）美國的泰羅斯衛(wèi)星系列Television

and

Infrared

Obseration

Satellite,TIROS,第一代實(shí)驗(yàn)氣象衛(wèi)星，1960年4月1日到1965年7月2日，共10顆。

非太陽同步軌道，680-2967KM，軌道傾角為48度-60度。

傳感器：AVHRR（Advanced

Very

High

Resolution

Radiometer)（二）美國的雨云衛(wèi)星系列NIMBUS，1964年8月28日至1978年10月24日，7顆。特征：近圓形太陽同步軌道，軌道傾角為98.6度-104.9度，近地點(diǎn)487-1248km，遠(yuǎn)地點(diǎn)在955-1354km。NIMBUS能獲取地球局部的、大范圍地區(qū)的可見光每項(xiàng)外衛(wèi)星圖。（四）美國的諾阿衛(wèi)星系列

1970年1月23日美國發(fā)射第一顆諾阿（NOAA）衛(wèi)星，到1994年發(fā)射16顆。

特征：近圓形太陽同步軌道，軌道高度為833-870km，軌道傾角99.092度，運(yùn)行周期為102min。兩顆NOAA組成的雙星系統(tǒng)，每天可對同一地區(qū)獲得4次觀測數(shù)據(jù)。

主要用于：氣象領(lǐng)域、非氣象領(lǐng)域（海洋油污監(jiān)測、探測火山噴發(fā)、測定森林火和田野禾草燃燒位置、農(nóng)業(yè)作物長勢監(jiān)測與作估產(chǎn)，探測湖面水位變化等。NOAA傳感器：（1）AVHRR（高分辨率掃描輻射計(jì)）；（2）TIROS（泰羅斯垂直分布探測儀）。（AVHRR的通道1為黃-紅譜段，通道2為深紅-近紅外短波譜段，通道3為中紅外譜段，通道4和5為遠(yuǎn)紅外譜段。）(五)風(fēng)云一號衛(wèi)星系列1988年9月7日，我國在太原發(fā)射中心發(fā)射成功。代號FY-1A。

該衛(wèi)星為正六面體，總長度8.6m。1990年9月24日，第二顆風(fēng)云一號（FY-1B）發(fā)射成功。1999年5月10日，風(fēng)云一號C星發(fā)射成功。主要用于天氣預(yù)報(bào)、氣候研究及環(huán)境監(jiān)測。風(fēng)云-1C星（FY-1C），是我國第一顆三軸穩(wěn)定太陽同步極地軌道業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星?？梢悦刻靸纱潍@取當(dāng)?shù)氐挠^測資料。

軌道特征：FY-1A和FY-1B均采用近圓形、近極地、太陽同步軌道，高度900km；FY-1C為三軸穩(wěn)定太陽同步極地軌道，軌道高度870km。傳感器：FY1（A、B）上將有2臺甚高分辨率掃描輻射計(jì)，與NOAA的AVHRR很相似。4.5.5高軌靜止氣象衛(wèi)星（一）CBERS-1

中巴資源衛(wèi)星CBERS-1

中巴資源衛(wèi)星由中國與巴西于1999年10月14日合作發(fā)射，是我國的第一顆數(shù)字傳輸型資源衛(wèi)星

。太陽同步軌道

軌道高度：778公里,傾角:98.5o

重復(fù)周期：26天

平均降交點(diǎn)地方時(shí)為上午10：30

相鄰軌道間隔時(shí)間為

4

天掃描帶寬度:185公里星上搭載了CCD傳感器、IRMSS紅外掃描儀、廣角成像儀，由于提供了從20米?256米分辨率的11個波段不同幅寬的遙感數(shù)據(jù)，成為資源衛(wèi)星系列中有特色的一員。4.5.5高軌靜止氣象衛(wèi)星（一）CBERS-1

中巴資源衛(wèi)星CBERS-1

中巴資源衛(wèi)星由中國與巴西于1999年10月14日合作發(fā)射，是我國的第一顆數(shù)字傳輸型資源衛(wèi)星

。太陽同步軌道

軌道高度：778公里,傾角:98.5o

重復(fù)周期：26天

平均降交點(diǎn)地方時(shí)為上午10：30

相鄰軌道間隔時(shí)間為

4

天掃描帶寬度:185公里星上搭載了CCD傳感器、IRMSS紅外掃描儀、廣角成像儀，由于提供了從20米?256米分辨率的11個波段不同幅寬的遙感數(shù)據(jù)，成為資源衛(wèi)星系列中有特色的一員。紅外多光譜掃描儀：波段數(shù)：4波譜范圍：B6：0.50?1.10(um)B7：1.55?1.75(um)B8：2.08?2.35(um)B9：10.4?12.5(um)覆蓋寬度：119.50公里空間分辨率：B6?B8：77.8米B9：156米

CCD相機(jī)：波段數(shù)：5波譜范圍：B1：0.45?0.52(um)B2：0.52?0.59(um)B3：0.63?0.69(um)B4：0.77?0.89(um)B5：0.51?0.73(um)覆蓋寬度：113公里空間分辨率：19.5米(天底點(diǎn))側(cè)視能力：-32士32

廣角成像儀：波段數(shù)：2波譜范圍：B10：0.63?0.69(um)B11：0.77?0.89(um)覆蓋寬度：890公里空間分辨率：256米

(二)日本JERS-1衛(wèi)星

JERS-1日本宇宙開發(fā)事業(yè)團(tuán)于1992年發(fā)射。用于國土調(diào)查、農(nóng)林漁業(yè)、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害監(jiān)測。星上傳感器SAR。衛(wèi)星參數(shù)：太陽同步軌道；赤道上空高度：568.023公里；半長軸：6946.165公里；軌道傾角：97.662o

；周期：96.146分鐘；軌道重復(fù)周期：44天；經(jīng)過降交點(diǎn)的當(dāng)?shù)貢r(shí)間：10：30-11：00；空間分辨率：方位方向18米；距離方向18米；幅寬：75公里(三)

ERS衛(wèi)星

ERS-1

ERS-2

歐空局分別于1991年和1995年發(fā)射。攜帶有多種有效載荷，包括側(cè)視合成孔徑雷達(dá)（SAR）和風(fēng)向散射計(jì)等裝置），由于ERS-1（2）采用了先進(jìn)的微波遙感技術(shù)來獲取全天候與全天時(shí)的圖象，比起傳統(tǒng)的光學(xué)遙感圖象有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。衛(wèi)星參數(shù)：橢圓形太陽同步軌道；軌道高度：780公里；半長軸：7153.135公里；軌道傾角：98.52o；飛行周期：100.465分鐘；每天運(yùn)行軌道數(shù)：14

-1/3；降交點(diǎn)的當(dāng)?shù)靥枙r(shí)：10：30；空間分辨率：方位方向<30米；距離方向<26.3米；幅寬：100公里；（四）Quickbird衛(wèi)星成像方式

推掃式成像

傳感器

全波段

多光譜

波長

450-900nm

藍(lán)：450-520nm

綠：520-600nm

紅：630-690nm

近紅外：760-900nm

量化值

11位

星下點(diǎn)成像

沿軌/橫軌跡方向（+/-25度）

立體成像

沿軌/橫軌跡方向

輻照寬度

以星下點(diǎn)軌跡為中心，左右各272公里

成像模式

單景16.5公里×16.5公里

條帶16.5公里X16.5公里

軌道高度

450公里傾角

98度（太陽同步）

重訪周期

1?6天（70厘米分辨率，取決于緯度高低）

第五章

圖像校正與增強(qiáng)要

點(diǎn)：遙感數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識，介紹遙感數(shù)字圖像幾何糾正、圖像增強(qiáng)的基本原理和方法、圖像分類等。原因：輻射校正由于遙感檢測系統(tǒng)、大氣散射和吸收等原因引起的圖像模糊失真、分辯率和對比度下降等輻射失真；幾何校正是由于搭載傳感器的遙感平臺飛行資態(tài)變化、地球自傳、地球曲率等原因引起的圖像幾何益畸變。5.1

數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識5.1.1數(shù)字圖像和圖像數(shù)字化（一）數(shù)字圖像的概念早期的遙感技術(shù)通過攝影成像方法得到的像片稱之為光學(xué)圖像。

能在計(jì)算機(jī)里存儲、運(yùn)算、顯示和輸出的圖像稱為數(shù)字圖像。

光學(xué)圖像可以看成是由無數(shù)個很小的單元點(diǎn)子（像元）組成的，每個單元點(diǎn)子的明暗程度記錄了成像瞬間對應(yīng)的物體的反射光強(qiáng)度（灰度），在遙感圖像其實(shí)質(zhì)就是探測范圍內(nèi)電磁輻能量分布圖。數(shù)字方法表示圖像：

(x,y)表示像元的位置；f(x,y)表示（x,y）位置上的對應(yīng)地物電磁輻射強(qiáng)度。對于模擬圖像,x,y,f(x,y)的取值是連續(xù)的。

要經(jīng)過“離散化”取樣才能變成計(jì)算機(jī)可存儲和運(yùn)算的數(shù)字圖像。

函數(shù)f(x,y)的取值：離散整數(shù)取樣是根據(jù)需要，將灰度空間分成2n級（目前n的取值有1、4、7、8，甚至更多），然后根據(jù)方格內(nèi)電磁輻射強(qiáng)弱取其平均值整數(shù)作為函數(shù)f(x,y)的值。一幅模擬圖像表示為數(shù)字圖像其實(shí)質(zhì)是一個數(shù)字矩陣。數(shù)字矩陣可以計(jì)算機(jī)里進(jìn)行存儲和運(yùn)算。（二）圖像數(shù)字化

一幅光學(xué)圖像經(jīng)過上述離散取樣，轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像的過程即圖像數(shù)字化。

圖像的數(shù)字化內(nèi)容：

（1）圖像空間位置的數(shù)字化，即圖像的空間取樣。

（2）圖像灰度的數(shù)字化，即指從圖像灰度的連續(xù)變化中進(jìn)行離散的采樣，目前經(jīng)常使用的灰度量度有2級，64級，128級，256級。

除光學(xué)圖像可以數(shù)字化為數(shù)字圖像外，更多的遙感圖像源于傳感器獲得后直接的數(shù)字產(chǎn)品，如SPOT,MSS,TM,ETM等航天遙感數(shù)字。（三）灰度直方圖用平面直角坐標(biāo)系表示一幅灰度范圍為0-n數(shù)字圖像像元灰度分布狀態(tài)。橫軸表示灰度級，縱軸（Pi=mi/M)表示灰度級為gi的像元個數(shù)mi占像元總數(shù)Ｍ的百分比。將2n個Pi繪于圖上，所形成的統(tǒng)計(jì)直方圖叫灰度直方圖。通過灰度直方圖可以直觀地了解圖像增強(qiáng)的效果。二、圖像處理系統(tǒng)與處理內(nèi)容（一）

圖像處理系統(tǒng)5.1.2遙感圖像計(jì)算機(jī)處理的主要內(nèi)容

１.圖像校正：輻射校正、幾何校正等；2.增強(qiáng)處理：彩色增強(qiáng)、直方圖增強(qiáng)、圖像運(yùn)算、多信息融合等；3.圖像變換：消除干擾、濾掉噪聲、提高圖像的質(zhì)量，如Ｋ－Ｌ變換等；4.計(jì)算機(jī)信息提?。悍潜O(jiān)督分類、監(jiān)督分類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類、模糊分類、空間信息撮等。5.2

圖像輻射校正5.2.1系統(tǒng)輻射校正（一）光學(xué)攝影機(jī)內(nèi)部輻射誤差校正

光學(xué)攝影機(jī)內(nèi)部輻射誤差主要是由鏡頭中心和邊緣的透射光的強(qiáng)度不一致造成的，它使得在圖像上不同位置的同一類地物有不同的灰度值。設(shè)原始圖像灰度值g，校正的圖像灰度g’,則有g(shù)’=g/cosa

a為像點(diǎn)成像時(shí)光線與主光軸夾角。（二）光電掃描儀內(nèi)部輻射誤差的校正

兩類誤差：（1）光電轉(zhuǎn)換誤差；（2）探測器增益變化引起的誤差。消除方法：楔校準(zhǔn)處理方法；5.2.2大氣校正定義：指消除主要由大氣散射引起的輻射誤差的處理過程。（一）公式法

與衛(wèi)星掃描同步進(jìn)行野外波譜測試，將地面測量結(jié)果與衛(wèi)星影像對應(yīng)像元亮度值進(jìn)行回歸分析，回歸方程為：式中，LAi為衛(wèi)星觀測值；Ri為地面反射率；

a和b為回歸系數(shù)；系數(shù)a為大氣散射引起對輻射的干擾部分式中，Si為系統(tǒng)增益因素；Lbi為大氣路徑輻射率；b表示輻射率Lai隨地面反射率Ri遞增而增長的程度大?。籘i為大氣透射率；Hi為太陽輻照度；θ為太陽天頂角；

由于這個公式計(jì)算方法是對于各個波段分別進(jìn)行的，所以以上各參數(shù)都帶有i，代表各波段的序號。將上式代入可得：上式說明決定Lai的因素比較復(fù)雜，用這一公式計(jì)算Lai時(shí)需要獲得當(dāng)時(shí)具體氣象參數(shù)。

由前面的公式可得：

式中，L’Ai即為校正后圖像灰度值；a為大氣附加輻射部分。

（二）回歸分析法

用長波數(shù)據(jù)來校正短波數(shù)。

作法：在不受大氣影響的波段（如TM5）和待校正的某一波段圖像中，選擇由最亮至最暗的一系列目標(biāo)，將每一目標(biāo)的兩個待比較的波段灰度值提取出來進(jìn)行回歸分析。例如：式中，

X平均為TM5波段的亮度均值；

Y平均為TM1亮度均值；a1,b1計(jì)算如下：T1、T5表示TM1與TM5波段灰度值，

T’1

為TM1波段校正后的灰度值。輻射回歸分析圖：（三）直方圖校正法通過灰度直方圖對比找出校正量。5.3

幾何校正的原理與方法幾何畸變：遙感圖像在獲取過程中由于多種原因?qū)е戮拔镏心繕?biāo)物相對位置的坐標(biāo)關(guān)系圖像中發(fā)生變化。5.3.1遙感圖像幾何畸變來源（一）傳感器成像幾何形態(tài)影響傳感器一般的成像幾何形態(tài)有中心投影、全影投影、斜距投影以及平行投影等幾種不同類型。1、全景投變形紅外機(jī)械掃描儀、CCD線陣推帚式傳感器。2、斜距投影變形側(cè)視雷達(dá)屬斜距投影，其成像變形規(guī)律如圖（二）

傳感器外方位元素變化畸變（三）地球自轉(zhuǎn)的影響地球自轉(zhuǎn)對于瞬時(shí)光學(xué)成像遙感方式?jīng)]有影響，對于掃描成像則造成圖像平行錯動。（四）地球曲率影響1、在星下點(diǎn)視場角較小，曲率影響可忽略。2、產(chǎn)生的誤差原理與航空像片像點(diǎn)位移相同。5.3.2遙感圖像幾何校正原理遙感圖像幾何校正包括光學(xué)校正和數(shù)字糾正兩種方法。

數(shù)字糾正是通過計(jì)算機(jī)對圖像每個像元逐個地解析糾正處理完成的，其包括兩方面：一是像元坐標(biāo)變換；二是像元灰度值重新計(jì)算（重采樣）。（一）坐標(biāo)變換的兩種方案

首先要確定原始圖像和糾正后圖像之間的坐標(biāo)變換關(guān)系。對其包括：直接法：從原始圖像陣列出發(fā)，依次對其中每一個像元分別計(jì)算其在輸出（糾正后）圖像的坐標(biāo)，即：

式中，x,y為P點(diǎn)原始圖像的行數(shù)和列數(shù)；X，Y為P在新圖像中的坐標(biāo)（即地面坐標(biāo)系），并把P（x,y）的灰度值重新計(jì)算后送到P（X，Y）位置上去。間接法：從空白圖像陣列出發(fā)，依次計(jì)算每個像元P（X，Y）在原始圖像中的位置P（x,y），然后把該點(diǎn)的灰度值計(jì)算后返送給P(X,Y)。其糾正公式為：(二)輸出圖像的邊界大小輸出圖像邊界的地面坐標(biāo)值是由包括糾正后圖像在內(nèi)的最小長方形范圍來確定的。1、把原始圖像的4個角點(diǎn)按公式：投影到輸出坐標(biāo)系中來。2、獲取各自的最大和最小值（Xb、Yb和Xa、Ya）；3、令地面上坐標(biāo)（Yb、Xa）和(Ya、Yb)的點(diǎn)（圖像左上角點(diǎn)）為輸出圖像的第一行第一列像元，以dx和dy劃分網(wǎng)格，每個網(wǎng)格代表輸出圖像的一個像元，在它輸出圖像陣列中的位置為：式中，X，Y為地面某網(wǎng)格中心的坐標(biāo)值；I，J為該網(wǎng)格位于輸出圖像陣列中的行列序號；dx,dy為輸出圖像陣列像元的地面尺寸；（三）數(shù)字圖像灰度值的重采樣

校正前后圖像的分辨率變化、像元點(diǎn)位置相對變化引起輸出圖像陣列中的同名點(diǎn)灰度值重采樣：P’的灰度值取決于周圍列陣點(diǎn)上像元的灰度值對其所作的貢獻(xiàn)，這就是灰度值重采樣.1、最近鄰法

用距離投影點(diǎn)最近像元灰度值代替輸出像元灰度值。2、雙線性內(nèi)插法

投影點(diǎn)周圍4個相鄰像元灰度值，并根據(jù)各自權(quán)重計(jì)算輸出像元灰度值，公式簡述為：3、雙三