第三章遥感数据获取.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章遥感数据获取,遥感数据采集,一幅图像实际上记录的是物体辐射能量的空间分布，这个分布是空间坐标、时间和波长的函数，即:,I=(,x,y,z,t,),遥感平台,与传感器,遥感平台,遥感平台是安装遥感器的飞行器，是用于安置各种遥感仪器，使其从一定高度或距离对地面目标进行探测，并为其提供技术保障和工作条件的运载工具。,对地观测的遥感平台应能提供稳定的对地定向，并对平台飞行高度、速度等有特定的要求。高精度高分辨率的遥感器对平台更有严格的要求，如平台姿态控制和安装精度的要求等。,遥感平台,遥感平台,高度,用途,备注,静止卫星,36，000km,定点地球观测,GMS,地球观测卫星,5001000km,定期地球观测,Landsat,航天飞机,240350km,不定期观测,无线探空仪,100m-100km,各种调查,探空气球,高空喷气机,1000012000m,侦察，大范围调查,中低空飞机,5008000m,航空摄影测量,飞艇,5003000m,空中侦察,直升机,1002000m,摄影测量,无线遥控飞机,500m以下,各种调查,牵引飞机,50500m,牵引滑翔机,索,道,1040m,遗迹考古调查,吊车,550m,近距离摄影测量,地面遥感,030m,地面实况调查,类型,概念,优点,航天遥感,航空遥感,近地遥感,利用卫星、航天飞机、宇宙飞船、航天空间站等携带遥感仪器的遥感,覆盖范围大,，不受领空限制，可进行定期、重复观测,利用飞机携带遥感仪器的遥感,距地面高度在几十米以内的遥感,机动性强,，可以根据研究主题选择恰当的传感器、适当的飞行高度和飞行区域,用于城市遥感、海面污染监测、森林火灾监测等中、高分辨率的遥感活动,传感器,传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。,传感器的构成,电磁波幅射,信息,收集,探测器,信息处理,信息输出,传感器的分类,摄影机,框幅式,缝隙式,全景式,扫描仪,雷达,非成像传感器,航天遥感,Physical separation between sensor and target,扫描式传感器,逐点逐行以时序方式获取二维图像。,14,视场角,(FOV),14,sub-orbital point,15,瞬时视场角,(IFOV),16,在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝，随物镜作垂直航线方向扫描。由于物镜摆动的幅面很大，可将航线两边地平线内的影像摄入底片。,光机,扫描仪,17,光机,扫描仪,推帚式扫描仪,成像原理：当飞机或卫星向前飞行时，在相机焦平面上与航向垂直的狭隙中，对出现的与航向垂直，且与缝隙等宽的一条地面影像连续摄影。,19,推帚式扫描仪,当飞机或卫星向前飞行时，在相机焦平面上与航向垂直的狭隙中，对出现的与航向垂直，且与缝隙等宽的一条地面影像连续摄影。,20,推帚式扫描仪,多光谱扫描仪,R CCD,G CCD,B CCD,红外滤光片,变焦镜头,R/B CCD,G CCD,红外滤光片,变焦镜头,青色滤光片,红、蓝滤光片,R/G/B CCD,红、绿、蓝方格图案滤光片,红外滤光片,变焦镜头,分色棱镜,二向分色棱镜,(a),三板式的棱镜分光,(b)二,板式的二向色棱镜分光,(c),单板式的方格图案滤色片分光,多波段影像,红波段,.63-.69,microns(4m),绿波段,.52-.60,microns(4m),近红外波段,.76-.90,microns(4m),同时采集的全色影像,.45-.90,microns(1m),蓝波段,.45-.52,microns(4m),遥感图像数字化,遥感数字图像的表示方法,遥感数字图,像可以理解为多维数组，每个像元的明暗程度记录了,成像瞬间对应的物体的反射光强度（灰度），在遥感图像其实质,就是探测范围内电磁辐能量分布图,像元,像元是遥感影像上能够详细区分的最小单元,遥感图像的数字化,采样：按照一定的空间网格对连续图像进行空间坐标的数字化,量化：对采样点的辐射值进行数字化即指从图像灰度的连续变化中进行离散的采样，目前经常使用的灰度量度有2级，64级，128级，256级。,均匀数字化,非均匀数字化,对图像空间坐标的离散化，它决定了图像的空间分辨率。,用一个网格把待处理的图像覆盖，然后把每一小格上模拟图像的各个亮度取平均值，作为该小方格中点的值。,图像的采样,遥感图像的采样,遥感图像的采样,方法：正方形点阵法、正三角形点阵法、正六角形点阵法,采样是按照间隔对图像进行离散化的过程,采样点的像元值表示该点周围某个小范围内的平均辐射值,遥感图像的量化,将采样过程中获得的像元平均值按照一定的编码规则划分为若干等级,0255,(a)256,级灰度图象,(,b),子图,(,c),子图对应的量化数据,图像量化实例,量化的方法包括：分层量化、均匀量化和非均匀量化。,分层量化是把每一个离散样本的连续灰度值只分成有限多的层次。,均匀量化是把原图像灰度层次从最暗至最亮均匀分为有限个层次，如果采用不均匀分层就称为非均匀量化。,(,a),量化 (,b),量化为8,bit,量化示意图,对一幅图像，当量化级数一定时，采样点数对图像质量有着显著的影响。采样点数越多，图像质量越好；当采样点数减少时，图上的块状效应就逐渐明显。,当图像的采样点数一定时，采用不同量化级数的图像质量也不一样。量化级数越多，图像质量越好，当量化级数越少时，图像质量越差，量化级数最小的极端情况就是二值图像，图像出现假轮廓。,采样点数和量化级数的关系,(,a),采样点256,256时的图像,(,b),采样点64,64时的图像,(,c),采样点32,32时的图像,(,d),采样点16,16时的图像,采样点数与图像质量之间的关系,(,a),量化为2级的,Lena,图像,(,b),量化为16级的,Lena,图像,(,c),量化为256级的,Lena,图像,量化级数与图像质量之间的关系,遥感数据产品特点,遥感图像的存储模式,磁带、磁盘、光盘,CCT计算机兼容磁带,BIP,按像元波段交叉式，以一对像元为基本单位进行记录,BIL按照扫描行为单位，各波段同一扫描行数据依次记录,BSQ以波段为单位，每波段所有扫描行依次记录,遥感图像的信息内容,波谱信息,空间信息,时间信息,遥感图像的波谱信息,遥感图像中每个像元的亮度值代表该像元中地物的平均辐射值，它随地物的成分、纹理、状态、表面特征以及电磁波段的不同而变化,遥感系统的辐射分辨率指遥感探测器记录地面反射、发射或后向散射的辐射通量对信号强度差异的敏感性，也称为量化等级,遥感图像的辐射分辨率,光谱分辨率,NIR,SWIR,MWIR,LWIR,400 nm,700,1500,3000,R,B,5000,14000 nm,G,Panchromatic,:one very wide band,LOW,Multispectral,:,several to tens of bands,MED,Hyperspectral,:,hundreds of narrow bands,HIGH,光谱分辨率,NASA AVIRIS Cuprite,NV,HSI Data,(1995),遥感卫星：,常用的遥感卫星包括美国陆地卫星Landsat、IKONOS卫星、NOAA卫星、法国SPOT卫星、印度IRS-IC卫星、中巴卫星CBERS等。,蓝0.45-0.52,m,绿0.52-0.60,m,红0.63-0.69,m,近红外0.76-0.90,m,全色0.45-0.90,m,-空间分辨率1、4m,-时间分辨率：4天,An AVIRIS(NASA)HSI Image Cube,空间分辨率,一个像元所代表的地面实际尺寸就是空间分辨率，简称分辨率。,如1米分辨率，是指影像上的一个像元表示地面上边长为1米的正方形的范围。,遥感图像的空间分辨率,空间分辨率,1 meter ground sample distance,4 meter ground sample distance,空间分辨率的应用,范围,只有在很少对现实在制图适合的标准场景大小下图像才是有用的。已有一些数据提供商可以按照范围给定数据。,比例,图像的比例依图像数据的质量而定，且与空间分辨率有非常密切的关系。通常，高空间分辨率数据集产生高地图比例。下表提供了一些对各种没有失真的空间分辨率，可达到的最佳地图比例的建议。,图像分辨率 典型地图比例,1000 m 1:1 500 000,100 m 1:250 000,30 m 1:80 000,10 m 1:25 000,遥感系统的时间分辨率指获取某一特定区域遥感影像的频率。,遥感图像的时间信息,2001年5月,2003年10月,遥感卫星系统,Landsat 7 Facts,Altitude:705 kilometers,Period:98.9 minutes,Inclination:Sun-synchronous,98.2 degrees,Equatorial crossing:Southbound 10:00AM+/-15 min.,Repeat coverage interval:16 days(233 orbits),Swath width:185 kilometers,On-board data storage:375 Gb(solid state),Landsat 7 Bands,1,0.45-0.52m,Blue-Green,30 m,2,0.52-0.60 m,Green,30 m,3,0.63-0.69 m,Red,30 m,4,0.76-0.90 m,Near IR,30 m,5,1.55-1.75 m,Mid-IR,30 m,6,10.40-12.50 m,Thermal IR,60 m,7,2.08-2.35 m,Mid-IR,30 m,0,52-0.90 m,Panchromatic,15 m,SPOT 5 Bands,Band(microns),Colors,Resolution,0.51-0.73,Panchromatic,2.5&5m,0.50-0.59,Green,10m,0.61-0.68,Red,10m,0.79-0.89,Near IR,10m,1.58-1.73,Mid IR,20m,SPOT Image of,Kuwait City,2004,IKONOS,1992 Land Remote Sensing Policy Act permitted private companies to enter the satellite imaging business.,Lockheed Martin,Launched 2000,1 m resolution,Bands:Blue,Green,Red,Near IR,Now operated by GeoEye Inc.,Dulles VA,IKONOS SAMPLE IMAGERY,Multi-spectral,4m GRC,Pan-chromatic,1m GRC,不同传感器参数对比,传感器,空间分辨率,光谱分辨率,radiometric temporal,-,AVHRR,1.1 and 4 KM,4 or 5 bands 10 bit 12 hours,2400 Km .58-.68,.725-1.1,3.55-3.93 (0-1023)(1 day,1 night),10.3-11.3,11.5-12.5(micrometers),Landsat MSS,80 meters,4 bands 6 bit 16 days,185 Km .5-.6,.6-.7,.7-.8,.8-1.1 (0-63),Landsat TM,30 meters,7 bands 8 bit 14 days,185 Km .45-.52,.52-.6,.63-.69,(0-255),.76-.9,1.55-1.75,10.4-12.5,2.08-2.3 um,SPOT P,10 meters 1 band 8 bit 26 days,60 Km .51-.73 um (0-255)(2 out of 5),SPOT X,20 meters 3 bands 8 bit 26 days,60 Km .5-.59,.61-.68,.79-.89 um (0-255)(2 out of 5),IKONOS 1 and 4 meters,1 and 4 bands 10 bit 1-2 days,11 km .45-.9,.44-.51,.52-.60,(0-1023),.63-.70,.76-.85,