遥感知识集锦--遥感成像原理与遥感图像特征

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遥感知识集锦--遥感成像原理与遥感图像特征

遥感平台是搭载传感器的工具。在遥感平台中，航天遥感平台目前发展最快、应用最广。根据航天遥感平台的服务内容，可以将其分为气象卫星系列、陆地卫星系列和海洋卫星系列。
1. 气象卫星概述
第一代：20世纪60年代      TIROS、ESSA、Nimbus、ATS
第二代：1970-1977年        ITOS-1、SMS、GOES、GMS、Meteosat
第三代：1978年以后         NOAA系列
我国的气象卫星发展较晚。“风云一号”气象卫星（FY-1）是中国发射的第一颗环境遥感卫星。其主要任务是获取全球的昼夜云图资料及进行空间海洋水色遥感实验。
2. 气象卫星特点
1）轨道
   气象卫星的轨道分为两种：低轨和高轨。
（1）高轨气象卫星：轨道高度：36000公里
     信息采集时间周期：约20分钟
     分辨率：1.25 ~ 5公里
     主要应用领域：全球性大气环流；全球性天气过程
（2）低轨气象卫星：轨道高度：36000公里
     信息采集时间周期：约20分钟
     分辨率：1.25 ~ 5公里
     主要应用领域：全球性大气环流；全球性天气过程
2）短周期重复观测
3）成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量
4）资料来源连续、实时性强、成本低
3. 陆地卫星系列
1）陆地卫星（Landsat）
轨道:太阳同步的近极地圆形轨道
重复覆盖周期:16 18天
图象覆盖范围：185 * 185 km（Landsat 7 185*170 km）。
Landsat上携带传感器空间分辨率不断提高，从80 m到 30 m到 15 m
2）法国SPOT卫星系列
地球观察卫星系统。由瑞典、比利时等国家参加，由法国国家空间研究中心（CNES）设计制造。1986年发射第一颗，到2002年已发射5颗。
特点：太阳同步圆形近极地轨道高度830 km
覆盖周期26天扫描宽度: 60 (×60 ) 公里
主要传感器:2台HRV
空间分辨率: 全色10m; 多光谱20m
能满足资源调查、环境管理与监测、农作物估产、地质与矿产勘探、土地利用、测制地图及地图更新等多方面需求
SPOT 卫星系列优势特征：卫星搭载的传感器具有倾斜（侧视）能力
信息获取的重复周期：一般地区3~5天；部分地区达到1天
3）中巴地球资源卫星CBERS： 1999.10.14，我国第一颗地球资源遥感卫星（又称资源一号卫星）在太原卫星发射中心成功发射
CBERS卫星特点：太阳同步近极地轨道，轨道高度778 km，卫星重访周期26天携带的传感器的最高空，间分辨率是19.5 m
4）高空间分辨率陆地卫星(IKONOS、QUICKBIRD等)

4. 摄影成像
   数字摄影是通过放置在焦平面的光敏元件，经过光电转换，以数字信号来记录物体的影像。依据探测波长的不同，可分为近紫外摄影、可见光摄影、红外摄影、多光谱摄影等。
1）摄影机分类
①分幅式：一次曝光得到目标物一幅像片；镜头:常角、宽角和特宽角
②全景式: 分为缝隙式和镜头转动式
对可见光遥感，摄影机外壳只需是不透光材料，对红外摄影，只能用金属材料。镜头则需根据摄取的波段选择材料。
③多光谱摄影机：多相机组合、多镜头组合、光束分离型
可同时直接获取可见光和近红外范围内若干个分波段影像
2）摄影像片的几何特征
   根据摄影机主光轴与地面的关系，可分为垂直摄影和倾斜摄影。
①垂直摄影像片的几何特征:
1.像片的投影：中心投影
中心投影与垂直投影的区别
（1）投影距离的影响
（2）投影面倾斜的影响
（3）地形起伏的影响
②摄影胶片的物理特性
感光度：指胶片的感光速度。胶片感光度高，在光线较弱时也能方便摄影。
反差：指胶片的明亮部分与阴暗部分的密度差。
灰雾度：未经感光的胶片，显影后仍产生轻微的密度，呈浅灰色，故称灰雾。
宽容度：指胶片表达被摄物体亮度间距的能力。
解像力：通常称为感光胶片的分辨力。
③常用的遥感摄影胶片：
1. 黑白摄影胶片：色盲片，分色片， 全色片，红外黑白片
2. 天然彩色胶片
3. 红外彩色片
5. 扫描成像
扫描成像是依靠探测元件和扫描镜对目标物体以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特征信息，形成一定谱段的图像。其探测波段可包括紫外、红外、可见光和微波波段。
1）光/机扫描成像
光机扫描的几何特征:取决于瞬时视场角、总视场角
进行扫描成像时，总视场角不宜过大，否则图像边缘的畸变太大。通常在航空遥感中，总视场角取70～120
光机扫描仪可分为单波段和多波段两种。多波段扫描仪的工作波段范围很宽，从近紫外、可见光至远红外都有。
多波段扫描仪：地面物体的辐射波束----扫描---反射-----聚焦---分光---再聚焦到感受不同波长的探测元件上。
2）固体自扫描成像
固体扫描是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标进行扫描的一种成像方式。
用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的成像方式。
目前常用的探测元件是电荷耦合器件CCD

3）高光谱成像扫描
对遥感而言，在一定波长范围内，被分割的波段数愈多，即波谱取样点愈多，愈接近于连续波谱曲线，因此可以使得扫描仪在取得目标地物图像的同时也能获取该地物的光谱组成。这种既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。
高光谱成像光谱仪：图像由多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成
光谱波段覆盖了可见光，近红外，中红外和热红外区域全部光谱带
多采用扫描式或推帚式，可以收集200或200以上波段的数据。图像中的每一像元均得到连续的反射率曲线
6. 微波遥感与成像
在电磁波谱中，波长在1mm～1m的波段范围称微波。
微波遥感是指通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来识别地物的技术。
1）微波遥感的特点
①全天候、全天时的信息获取能力
②对某些地物的特殊识别能力,如水和冰(微波波段发射率的差异)
③对冰、雪、森林、土壤（尤其对干燥、松散物质）有一定的穿透能力
④适宜对海面动态情况(海面风、海浪）进行监测
2）微波遥感方式和传感器
①主动微波遥感
是指通过向目标地物发射微波并接受其后向散射信号来实现对地观测遥感方式。主要传感器是雷达。
雷达意为无线电测距和定位。其工作波段大都唉微波范围。雷达是有发射机通过天线在很短时间内，向目标地物发射一簇很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接受目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。不同物体，回波信号的振幅、相位不同，故接收处理后，可测出目标地物的方向、距离等数据。
②被动微波遥感
是指通过传感器，接收来自目标地物发射的微波，而达到探测目地的遥感方式。
3）遥感图像的特征
目标地物——传感器——遥感图像——遥感图像处理
空间分辨率——几何特征——目标地物的大小、形状及空间分布
光谱分辨率（辐射分辨率）——物理特征——目标地物的属性特点
时间分辨率——时间特征——目标地物的变化动态特点
①空间分辨率/地面分辨率
图像的空间分辨率指像素所代表的地面范围的大小
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)
②波谱分辨率
指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。
传感器的波段选择须考虑目标的光谱特征值，才能取得好效果。
③辐射分辨率
指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。
④时间分辨率
卫星的覆盖周期、重访周期。
重复获得同一地区的最短时间间隔。（注意和卫星运行周期的区别）