遥感导论电子教桉.ppt

遥感导论,面向二十一世纪课程教材,研制 尹占娥 黄春晖 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,电子教案,使用说明,本电子教案，是为方便教师和学生使用高等教育出版社出版的面向二十一世纪课程教材遥感导论（梅安新等编）而研制的，同时也适用于高等教育出版社出版的遥感概论（彭望琭等编）。,在章节安排上主要以梅安新等编著的遥感导论为主（见表：电子教案章节与遥感导论教材章节的对应关系），同时参考了彭望琭等编著的遥感概论教材。为便于授课和自学，本电子教案的体系与教材略有差异，但主要内容基本相同。本教案为教师们授课提供基本的思路、框架、体系和一些最基本的素材，教师在授课时可以根据自己的喜好和掌握的材料进行调整与修改。为充分利用网络资源，提供了上网查资料的教学活动，使学生及时了解遥感技术的最新发展动态，保证教学内容的新颖性和先进性。,使用说明,电子教案章节与遥感导论教材章节的对应关系,在内容的安排上，以基础知识和实践内容为主线，比较深的研究性内容不作为本教案的重点。电子教案因与教材配套，内容丰富全面，各高校在使用时可自行调整选讲的内容和章节，也可根据所掌握的材料，自组教学内容，对重点和难点内容自行调整。同时考虑到本课程目的是使地学、测绘及相关专业的学生掌握遥感理论和应用遥感数据的方法，教案在讲解遥感原理的基础上，侧重于对各种遥感数据和信息提取方法方面的教学，并安排相应的实习内容，以提高教学效果。,使用说明,在版面设计上，充分考虑幻灯片的视觉效果，以吸引学生注意力和提高他们学习的兴趣。每张幻灯片以主题词为主，相关内容放在隐藏的文本框内，使学生掌握知识时有层次感、问题感，有利于教师开展启发式教学，提高学生学习兴趣。,使用说明,本电子教案还精心组织了多幅说明遥感原理的图表、数据示例、传感器外形图、卫星空间组合等图片，穿插在幻灯片相关内容中，以超级链接的方式放映，增加学生对知识的感性认识，提高学生学习兴趣。,使用说明,使用说明,前言：介绍本门课程的教学目标、教学要求、教学主要内容和参考书目，单击可放映。 主界面：列出遥感导论课程所讲授的共八章的章标题；有下划线的为超级链接，从该主界面可直接链接到各章，开始讲授各章内容；每章内容讲解结束时，点击 按钮，可返回到主界面，也可以点击 按钮进入下一章内容。,返回,下一章,使用说明,章界面：列出该章节要讲授的各节标题；本章提要（）为隐藏的文本框，点击可放映“本章提要”内容；有下划线为超级链接，当鼠标指针变为手形时，点击可链接到该内容，开始讲授。,使用说明,节界面：每节结束后有红色的“ ”的提示语；节内容有多张幻灯片时，这些幻灯片之间有绿色的“To be continued”提示语，点击可继续本节内容，直到有红色的“本节结束”提示语出现；每节内容讲解结束后相应有两个按钮： 和 。 点击 返回 按钮，可返回到章界面。 点击 下一节 按钮，可继续下一节的教学内容。,返回,下一节,下一节,返回,本节结束,使用说明,下一章,BACK,在每章最后一节内容结束后有红色的“本节结束”、“本章结束”提示语，同时出现 按钮，点击可直接到下一章的章界面，开始讲授下一章内容。 每节的幻灯片中，有下划线的红色字设置有链接内容，鼠标移至该位置，变为手形，点击可链接到相关内容，如图表、数据示例、传感器外形图等，这种超级链接到的幻灯片上，有 back 按钮，观看结束后，可返回到原幻灯片处，继续讲解。术语后有（）的，为设置有隐藏功能的文本框，点击后出现的文本框中是关于该术语的进一步详细解释或说明内容，观看结束后，再次点击可隐藏，隐藏后可继续讲解该幻灯片的内容。,使用说明,本电子教案由尹占娥设计，尹占娥、 黄春晖制作。该项目得到了上海市教委“2002课程建设”项目的资助，在制作的过程中，梅安新等许多老师和学生提出了宝贵意见，还得到高等教育出版社徐丽萍副编审多方面的支持，在此表示衷心的感谢，正是由于他们的关心和支持，该项目才得以顺利地完成和出版。 由于时间仓促，本教案难免存在不妥之处，敬请使用者批评指正。 联系信箱：clgisshtu.edu.cn,前言 ：教学目标,掌握遥感的概念、遥感的原理与方法、遥感的技术系统。 掌握常用遥感数据的特征和应用、信息提取的方法。 了解遥感信息的应用。,前言 ：教学要求,上课认真听讲，记笔记，有不懂的地方及时提问 或课后查阅资料。 认真完成实习作业并按时上交，成绩将记入总分。 认真完成课后作业。 能自觉阅读课后参考书目。,前言 ：教学主要内容,遥感概念及遥感技术系统 遥感基础原理 遥感数据类型 航空像片及信息提取 陆地卫星图像及信息的提取 遥感图像的计算机处理,前言 ：参考书目,梅安新等.遥感导论.北京：高等教育出版社，2002 彭望琭等.遥感概论.北京：高等教育出版社，2003 胡著智等.遥感技术与地学应用.南京：南京大学出版社，2001 遥感学报(20022003) 遥感信息（20022003） 国土资源遥感（20022003）,遥 感 导 论,第一章 遥感碧空慧眼 第二章 遥感原理 第三章 遥感数据 第四章 遥感数据的校正 第五章 遥感图像的处理 第六章 遥感数据的信息提取 第七章 遥感应用 第八章 3S技术的集成应用,第一章 遥感碧空慧眼,本章提要() §1 遥感绪论 §2 遥感概念和遥感数据 §3 遥感的特性 §4 遥感平台 §5 遥感数据的类型 §6 遥感数据的应用领域 §7 遥感的发展简况,返回,本章主要介绍遥感概念、遥感的特点、遥感数据、遥感数据类型、遥感数据的应用以及遥感技术的发展。,下一章,遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门综合性探测技术。 遥感技术与现代物理学、空间技术、计算机技术、数学和地理学密切相关。 遥感技术已广泛应用于各种领域，成为地球环境资源的调查和规划不可缺少的有效手段。,§1 遥感绪论,返回,下一节,本节结束,遥感( Remote Sensing )概念 广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。 遥感定义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。,§2 遥感概念和遥感数据,To be continued,遥感数据（遥感数据获取示图） 太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。传感器将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据（遥感数据示例）。,§2 遥感概念和遥感数据,返回,本节结束,下一节,空间特性 视域范围大，具有宏观特性()。 光谱特性：探测的波段从可见光向两侧延伸,扩大了地物特性的研究范围()。 时相特性：周期成像，有利于进行动态研究和环境监测()。,§3 遥感的特性,航空与航天飞行器运行快、周期短，可获得多时相数据。例如Landsat 5每天环绕地球14.5圈，覆盖地球一遍所需时间仅16天，而气象卫星的周期更短（1天或半天）。,由于探测距离远，传感器所获得的地面影像覆盖的空间范围较大。以美国陆地卫星5号（Landsat 5 ）为例，它距离地表的高度是705.3 km，对地球表面的扫描宽度是185 km，一幅TM图像可以全部覆盖我国海南岛大小的面积。,目前用于遥感的电磁波段有紫外线、可见光、红外线和微波。,电磁波谱图,To be continued,遥感的特点 大面积的同步观测()。 时效性()。 数据的综合性和可比性()。 经济性()。 局限性()。,遥感探测可以在短时间内对同一地区进行重复探测，监测地球上许多事物的动态变化。一般地球资源卫星89天可重复一次，气象卫星每天两次，而传统的地面调查需要花费大量的人力和物力，且周期很长。因此，遥感方法具有很好的时效性。遥感在天气预报、火灾和水灾监测以及军事行动等领域的应用，反映了遥感方法的时效性优势。,如一幅Landsat图像，覆盖面积185 km×185 km， 在56 min内可完成扫描，实现对地的大面积同步观测。所取得的数据可进行大面积资源和环境调查，并且不受地形阻隔等限制。,遥感获得的地物电磁波特性数据综合地反映了地球上许多自然、人文信息，客观地记录了地面的实际状况，数据综合性很强。 同时，不同的卫星传感器获得的同一地区的数据以及同一传感器在不同时间获得的同一地区的数据，均具有可比性。,从投入的费用与所获取的效益看，遥感与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。如Landsat卫星的投入与效益比估计为1:80 。,信息的提取方法不能满足遥感快速发展的要求。 数据的挖掘技术不完善，使得大量的遥感数据无法有效利用。,返回,本节结束,下一节,§3 遥感的特性,遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为： 地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。 航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和气球。 航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。 人造地球卫星的类型： 低高度、短寿命卫星：150350 km，用于军事。 中高度、长寿命卫星：3501800 km，地球资源。 高高度、长寿命卫星：约3600 km，通信和气象。,§4 遥感平台,返回,下一节,本节结束,按平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感数据。 按电磁波段分 可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外遥感数据等。 按传感器的工作方式分 主动遥感、被动遥感数据。,§5 遥感数据的类型,返回,下一节,本节结束,林业：清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。 农业：作物估产、作物长势及病虫害预报。 水文与海洋：水资源调查、水资源动态研究、冰雪监控、海洋渔业。 国土资源：国土资源调查、规划和政府决策。 气象：天气预报、气候预报、全球气候演变研究。- -,§6 遥感数据的应用领域(一),To be continued,环境监测：水污染、海洋油污染、大气污染、固体垃圾等及其预报。 测绘：航空摄影测量测绘地形图、编制各种类型的专题地图和影像地图。 城市：城市综合调查、规划及发展。 考古：遗址调查、预报。 地理信息系统：基础数据、更新数据。,§6 遥感数据的应用领域(二),返回,下一节,本节结束,照相机、气球、飞机构成初期遥感技术系统。 1962年在美国密歇根大学召开的第一次国际环境遥感讨论会上，美国海军研究局的Eretyn Pruitt（伊·普鲁伊特）首次提出“Remote Sensing”一词，会后被普遍采用至今。 二次大战中的航空侦察促进了航空摄影技术的发展。,§7 遥感的发展简况(一),To be continued,20世纪60年代以来，苏美空间技术竟相发展，分别发射了一系列的空间计划卫星，促进了航天遥感技术的发展。 20世纪70年代，空间技术转向为人类服务，地球资源技术卫星诞生。 20世纪80年代，地球资源技术卫星的传感器技术不断提高。 20世纪90年代，除美苏外，其他国家均发射了各种资源卫星。 目前，高分辨率的商业卫星发展迅速。,§7 遥感的发展简况(二),本节结束,本章结束,下一章,返回,遥感数据获取原理,BACK,什么是传感器？,传感器是收集、量测和记录遥远目标的信息的仪器，是遥感技术系统的核心。 传感器一般由信息收集、探测系统、信息处理和信息输出4部分组成。,BACK,本图为TM图像； 黄河入海口，反映泥沙堆积； 拍摄时间为1990年。,遥感数据示例,本图为TM图像； 黄河入海口，反映泥沙堆积； 拍摄时间为1990年。,BACK,电磁波谱,BACK,电磁波谱,BACK,第二章 遥感原理,本章提要() §1 遥感的电磁波原理 §2 太阳辐射 §3 太阳辐射与大气的作用 §4 太阳辐射与地物的作用 §5 地物的热辐射 §6 微波与地物的作用 §7 各典型地物的光谱曲线,本章主要介绍遥感的物理基础，包括地物的电磁波特性、太阳辐射、大气对太阳辐射的影响、大气窗口的概念、地物反射太阳光谱的特性、地物的热辐射、地物与微波的作用机理。,返回,下一章,电磁波 交互变化的电磁场在空间的传播。 描述电磁波特性的指标 波长、频率、振幅、位相等。 电磁波的特性 电磁波是横波，传播速度为3×108 m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一规律。,§1 遥感的电磁波原理,To be continued,电磁波谱 按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。 依次为： 射线X射线紫外线可见光红外线微波无线电波。 电磁波谱示图,To be continued,§1 遥感的电磁波原理,紫外线：波长范围为0.010.38m，太阳光谱中，只有0.30.38m波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000 m以下。 可见光：波长范围：0.380.76m，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。 红外线：波长范围为0.761000m，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。 微波：波长范围为1 mm1 m，穿透性好，不受云雾的影响。,遥感应用的电磁波波谱段,本节结束,返回,下一节,太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。 从太阳光谱曲线可以看出()：,§2 太阳辐射,太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射； 太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 0.76 µm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 µm左右； 到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 3.0 µm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外； 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减； 各波段的衰减是不均衡的。,本节结束,返回,下一节,§3 太阳辐射与大气的作用,一、大气结构 二、大气成分 三、大气吸收作用 四、大气散射作用 五、大气窗口,本节结束,返回,下一节,太阳辐射与地表的相互作用() 地物的反射率() 漫反射() 镜面反射(),§4 太阳辐射与地物的作用,太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即： 到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量 地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。 一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波则透射能力较强，特别是0. 450. 56m的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达1020 m，清澈水体可达100 m的深度。 地表吸收太阳辐射后具有约300 K的温度，从而形成自身的热辐射，其峰值波长为9.66 m，主要集中在长波，即6m以上的热红外区段。,反射率（）：地物的反射能量与入射总能量的比，即=(P/ P 0)×100%。 地物在不同波段的反射率是不同的。 反射率是可以测定的。 反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。 地物的反射光谱曲线：反射率随波长变化的曲线。,不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的。一般地物的反射近似漫反射，但各个方向反射的能量大小不同。,物体的反射满足反射定律，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波，水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很亮，有时很暗，就是这个原因造成的。,本节结束,返回,下一节,温度一定时，物体的热辐射遵循基尔霍夫定律。 地物的发射率随波长变化的曲线叫发射光谱曲线。 地物的发射率与地表的粗糙度、颜色和温度有关。 表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。 地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、热惯性大的地物，发射率大。如水体夜晚发射率大，白天就小。 探测地物的热辐射特性的热红外遥感在夜间和白天进行的结果是不同的。 热红外遥感探测的地物热辐射量用亮度温度表示，它不同于地面温度，是接收的热辐射能量的转换值，图像上表示为亮度。,§5 地物的热辐射,本节结束,返回,下一节,在电磁波谱中，波长在1mm1m范围的波称微波。（微波波段划分） 微波遥感特性： 能全天候、全天时工作()； 对某些地物具有特殊的波谱特征； 对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力()； 对海洋遥感具有特殊意义()； 分辨率较低，但特征明显()。,§6 微波与地物的作用,由于微波的波长较长，因而散射相对较小，在大气中衰减少，对云层、雨区的穿透能力较强，基本不受烟、云、雨的限制。对于热带雨林地区更有意义。,微波传感器的波长分辨率比较低，是由于其波长较长，衍射现象显著的缘故。同时，观察精度和取样速度往往不能协调。,这一特性可以用来探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事目标以及埋藏在地下的工程、矿藏、地下水等。 电磁波通过介质时，部分被吸收，强度要衰减。故将电磁波振幅减少1/e倍（37%）的穿透深度定义为趋肤深度H: H=(5.3×10-31/2)/ 式中：为地物的介电常数；为地物的导电率。,微波对于海水特别敏感，其波长很适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测。,本节结束,返回,下一节,植被光谱曲线 土壤光谱曲线 水体光谱曲线 岩石光谱曲线 常见地物比较光谱曲线,§7 各典型地物的光谱曲线,本节结束,本章结束,返回,下一章,近红外：0.763.0 µm，与可见光相似。 中红外：3.06.0 µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。 远红外：6.015.0 µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。 超远红外：15.01 000 µm，多被大气吸收，遥感探测器一般无法探测。,红外线的划分,BACK,太阳辐射（1）,P34, 图 2.20,To be continued,地面太阳辐射,波长(nm),大气上界太阳辐照度,海平面太阳辐照度,太阳光谱辐照度,太阳辐射（2）,BACK,在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等于零。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，即： 到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量 一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，特别是对0. 45 0. 56m的蓝绿光波段，一般水体的透射深度可达1020 m，清澈水体可达100 m的深度。 对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5 cm的电磁波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透过地面岩石和土壤。,地物波谱特征,BACK,大气结构,从地面到大气上界，大气的结构分层为： 对流层：高度在712 km,温度随高度而降低，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。 平流层：高度在1250 km，底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。 电离层：高度在501 000 km，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。 大气外层：80035 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。,BACK,大气主要由气体分子、悬浮的微粒、水蒸气、水滴等组成。 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3 悬浮微粒：尘埃,大气成分,BACK,大气的吸收作用： 大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带（如下表）。,大气的吸收作用,BACK,大气的散射作用,不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。 对遥感图像来说，降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。 散射主要发生在可见光区。 大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射：d ,BACK,大气窗口,概念：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫大气窗口。,BACK,微波的波段划分,BACK,植物的光谱曲线,返回,土壤的光谱曲线,返回,水体的光谱曲线,返回,岩石的光谱曲线,返回,常见地物的光谱曲线比较,To be continued,常见地物的光谱曲线比较,返回,本章提要() 第一节 传感器 第二节 遥感数据的分辨率 第三节 航空遥感数据 第四节 地球资源卫星数据 第五节 海洋卫星数据 第六节 气象卫星数据,第三章 遥感数据,本章主要介绍获得遥感数据的传感器的类型与获取数据的工作原理，介绍常用的遥感数据，如航空数据、陆地卫星数据、海洋卫星数据、气象卫星数据的特点。,返回,下一章,§1 传感器,本节主要内容： 一、传感器的定义和功能 二、传感器的分类 三、传感器的组成 四、传感器的工作原理 五、摄影型传感器 六、扫描方式的传感器 七、微波遥感的传感器,To be continued,一、传感器的定义和功能 传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。 它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。,To be continued,§1 传感器,二、传感器的分类 按工作方式分为： 主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、微波辐射计。 被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫描仪（MSS）、TM、ETM(1,2)、HRV、红外扫描仪等。,To be continued,§1 传感器,三、 传感器的组成 收集器：收集来自地物目标镜、天线。 探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。 处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。 输出：将获取的数据输出。,To be continued,§1 传感器,四、传感器的工作原理 是收集、量测和记录来自地面目标地物的电磁波信息的仪器，是遥感技术的核心部分。 根据传感器的工作方式分为：主动式和被动式两种。 主动式：人工辐射源向目标物发射辐射能量，然后接收目标物反射回来的能量，如雷达。 被动式：接收地物反射的太阳辐射或地物本身的热辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪（MSS、TM、ETM、HRV）。,To be continued,§1 传感器,五、摄影型传感器 航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪器，它通过光学系统采用胶片或磁带记录地物的反射光谱能量。记录的波长范围以可见光近红外为主。,To be continued,§1 传感器,六、扫描方式的传感器 光机扫描仪 用光学系统接收来自目标地物的辐射，并分成几个不同的光谱段，使用探测仪器把光信号转变为电信号，同时发射信号回地面，如MSS、TM等。 分为红外扫描仪和多光谱扫描仪。 推帚式扫描仪 用平行排列的CCD探测杆收集地面辐射信息，每根探测杆由3 000/6 000个CCD元件呈一字排列，负责收集某一波段的地面辐射信息，是推帚式扫描成像。（工作原理图）,To be continued,§1 传感器,七、微波遥感的传感器 主动微波遥感() 雷达 侧视雷达 合成孔径侧视雷达 被动微波遥感（),是指通过向目标地物发射微波并接受其后向辐射信号来实现对地观测的遥感方式。主要传感器为雷达，此外还有微波高度计和微波散射计。,是指通过传感器，接受来自目标地物发射的微波，而达到探测目的的遥感方式。被动接受目标地物微波辐射的传感器为微波辐射计，被动探测目标地物微波散射特性的传感器为微波散射计。,本节结束,返回,下一节,§1 传感器,§2 遥感数据的分辨率,图像的空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。 波谱分辨率：传感器能分辨的最小波长间隔。间隔越小，波谱分辨率越高。,To be continued,遥感数据的分辨率,本节结束,返回,下一节,§3 航空遥感数据,本节主要内容： 一、航空摄影的分类 二、航空像片的感光片性能 三、航空像片的特性 四、航空像片的分辨率 五、彩色红外像片 六、黑白像片的色调 七、航空像片的比例尺 八、光机扫描航空图像,To be continued,一、 航空摄影的分类 按照航摄倾角分类() 按摄影实施方式分类() 按感光片和所用波段分类() 按比例尺分类(),垂直航空摄影 倾斜航空摄影,单片摄影 单航线摄影 面积摄影 (多航线摄影),普通黑白摄影 黑白红外摄影 天然彩色摄影 彩色红外摄影,大比例尺航空摄影：所获像片比例尺大于1l0 000 中比例尺航空摄影：像片比例尺为110 000130 000 小比例尺航空摄影：像片比例尺为130 0001l00 000 超小比例尺航空摄影：比例尺为1100 0001250 000,To be continued,§3 航空遥感数据,二、航空像片的感光片性能 感光材料是胶片()和印像纸的通称。由感光乳剂层和片基组成。黑白片有单层感光乳剂，彩色片有三层感光乳剂。 感光材料的性能指标： （1） 感光度：感光的快慢程度。 （2） 反差()：最大光学密度与最小光学密度之差。 （3） 分辨率：对景物细微部分的表现能力，用线对数(mm)表示。 航摄选用感光度高、反差适中、有较高分辨率的感光材料。,感光材料的乳剂层上使影像表达出所摄物体各部分在光量方面差别的能力，称为乳剂的反差，即黑白差。感光材料特性曲线的直线段斜率为反差系数。,遥感中常用的胶片是全色片、天然彩色片、彩色红外片等。它们的感光范围各不相同。,感光特性曲线,To be continued,§3 航空遥感数据,三、航空像片的特性 什么是航片() ？ 航片属于中心投影。 中心投影上，点的像还是点，线的像还是线，面的像还是面。 航片的比例尺随航高而改变。 地形的起伏和投影面的倾斜会引起航片上像点的位置的变化，叫像点位移。 航空像片用亮度系数来表示地物的反射率。,由地物反射的光线进入摄影机镜头，使感光材料产生光化学反应而形成。 因此，像片的特性取决于：地物反射率、相机性能和感光材料的性能。,To be continued,§3 航空遥感数据,四、航空像片的分辨率 是衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。 用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平行细线的数目来表示。 主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的分辨率。但景物的反差、大气的光学条件、飞机的震动也影响航片的分辨率。,To be continued,§3 航空遥感数据,五、彩色红外像片 由地物反射的光线进入摄影机镜头，使彩色红外感光底片产生光化学反应，由该底片印出的像片称为彩红外像片。 彩色红外感光片没有感蓝层和黄滤色层，有感绿、感红和感红外层。因此不受大气散射蓝光的影响，像片清晰度很高，适合城市航空摄影。 在彩红外航片上()：,植被在彩红外像片上表现为不同程度的品红到红色。因为近红外段的光谱反射率远远高于它在可见光波段的光谱反射率。 水在彩红外像片上表现为蓝到青色(清水呈蓝色，浊水呈青色)。 城市呈现内部有纵横纹理的青色。 公园、绿化带呈品红到红色。 湿地呈青色。 干旱裸地和沙漠都呈黄色。 雪和云都呈白色。,To be continued,§3 航空遥感数据,六、黑白像片的色调 黑白像片上某一部分的黑白深浅的程度称为色调，它能反映物体反射率的大小。 影响航空像片色调的因素： 地物表面亮度（取决于摄影时的照度和地物自身的亮度系数）； 感光材料（摄影时应选取感光度高、反差系数适中、分辨率较高的感光片）； 摄影技术（包括曝光量的选择、感光片的冲洗以及印像、放大技术）。,To be continued,§3 航空遥感数据,七、航空像片的比例尺 航摄相机的焦距f与航高H的比。 航片的比例尺：1M=f/H 。 比例尺随着图像处理而变化。 大比例尺航片：1:5 0001:10 000。 中比例尺航片：1:10 0001:30 000。 小比例尺航片：1:30 0001:100 000。 地形起伏也会影响比例尺。,To be continued,§3 航空遥感数据,八、光机扫描航空图像 光学机械扫描成像仪是借助于遥感平台沿航向运动和仪器本身光学机械舷向扫描来获取地面航向条带图像的一种仪器，简称光机扫描仪。 目前常用的有红外扫描仪和多光谱段扫描仪。光机扫描仪的工作波长范围比摄影机宽得多，可达0.314m (包括近紫外、可见光、近红外、中红外和远红外)。 高光谱航空遥感成为航空遥感的全新技术。,本节结束,返回,下一节,§3 航空遥感数据,亮度系数,亮度系数（P）：在相同照度条件下，某物体的亮度与绝对白体理想表面的亮度之比。 亮度系数的特点： （1）亮度系数的范围0P 1； （2）相同地物，由于干湿程度不同，亮度系数也不同； （3）亮度系数与物体表面的颜色有关； （4）表面光滑的物体比粗糙的物体亮度系数大； （5）许多性质完全不同的物体具有相同的亮度系数。,BACK,感光特性曲线,BACK,曝光量（H）的对数,底片的密度（D）,§4 地球资源卫星数据(),一、Landsat数据 二、SPOT数据 三、IKONOS数据 四、QUICKBIRD数据 五、CBERS数据 六、JERS数据 七、IRS数据,以探测陆地资源为目的的卫星叫陆地资源卫星。 目前，主要的陆地资源卫星有： （1）美国陆地卫星(Landsat)； （2）法国陆地观测卫星(SPOT)； （3）欧空局地球资源卫星(ERS)； （4）俄罗斯钻石卫星(ALMAZ)； （5）日本地球资源卫星(JERS)； （6）印度遥感卫星(IRS)； （7）中-巴地球资源卫星（CBERS）。,To be continued,一、Landsat数据 陆地卫星Landsat，1972年发射第一颗，已连续31年为人类提供陆地卫星图像，共发射了7颗，产品主要有MSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。 陆地卫星的运行特点： （1）近极地、近圆形的轨道； （2）轨道高度为700900 km； （3）运行周期为99103 min/圈； （4）轨道与太阳同步。,To be continued,§4 地球资源卫星数据,Landsat轨道参数,To be continued,Landsat卫星的传感器,(1) MSS：多光谱扫描仪，5个波段。 (2) TM ：主题绘图仪，7个波段。 (3) ETM+：增强主题绘图仪，8个波段。,To be continued,Landsat数据系列,To be continued,MSS的波谱段,To be continued,TM数据()的波谱段,TM数据是第二代多光谱段光学机械扫描仪，是在MSS基础上改进和发展而成的一种遥感器。TM采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。,To be continued,ETM数据()的波谱段,ETM数据是第三代推帚式扫描仪，是在TM基础上改进和发展而成的一种遥感器。,To be continued,Landsat参考网站,教学活动：上网查资料，了解Landsat卫星的最新动态。 http:/geo.arc.nasa.gov http:/landsat.gsfc.nasa.gov/ http:/landsat7.usgs.gov/ http:/landsat.gsfc.nasa.gov/ http:/www.landsat.org/ http:/www.gsfc.nasa.gov/,结束,返回,MSS数据获取原理图,MSS数据是一种多光谱段光学机械扫描仪所获得的遥感数据。,BACK,TM数据获取的传感器,BACK,二、 SPOT数据 1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系统”(SPOT)的卫星，也叫做“地球观测实验卫星”。 SPOT1，1986年2月发射，至今还在运行。 SPOT2，1990年1月发射，至今还在运行。 SPOT3，1993年9月发射，1997年11月14日停止运行。 SPOT4，1998年3月发射，至今还在运行。 SPOT5, 2002年5月4日凌晨当地时间1时31分，在法属圭亚那卫星发射中心由阿里亚娜4号火箭运载成功发射。 中等高度（832 km)圆形近极地太阳同步轨道。 主要成像系统:高分辨率可见光扫描仪（HRV，HRG），VEGETATION，HRS。,To be continued,§4 地球资源卫星数据,SPOT卫星的轨道参数,To be continued,SPOT卫星的运行,To be continued,轨道,HRV装备,SPOT卫星群的组合,To be continued,SPOT的HRV波谱段,SPOT13号卫星上携带两台HRV传感器。（示图）(HRV数据采集原理）,To be continued,SPOT的HRG、HRS波谱段,SPOT5卫星上HRG（高分辨率几何装置）与HRV基本相同。 HRS是SPOT5特有的一个高分辨率立体成像装置，工作波段0.480.71 m 。,To be continued,SPOT参考网站,教学活动：上网查资料，了解SPOT卫星的最新动态。 http:/www.spotimage.com.cn,结束,返回,HRV数据采集原理,HRV是推帚式扫描仪。 探测元件为4根平行的CCD线列，每根探测一个波段，每线含3 000（HRV13）或6 000（PAN波段）个CCD元件。,BACK,SPOT传感器,BACK,三、IKONOS数据 自从l994年3月lO日美国克林顿政府颁布关于商业遥感数据销售新政策以来，解禁了过去不准101 m级分辨率图像商业销售，使得高分辨率卫星遥感成像系统迅速发展起来。 美国空间成像公司(Space-Imaging)的IKONOS卫星是最早获得许可之一。经过5年的努力，于1999年9月24日空间成像公司率先将IKONOS-2高分辨率(全色1 m，多光谱4 m)卫星，由加州瓦登伯格空军基地发射升空。,To be continued,§4 地球资源卫星数据,具有太阳同步轨道，倾角为98.1°。设计高度681km(赤道上)，轨道周期为98.3 min，下降角在上午10:30，重复周期l3 d。 携带一个全色1 m分辨率传感器和一个四波段4 m分辨率的多光谱传感器。 传感器由三个CCD阵列构成三线阵推扫成像系统。,IKONOS数据,To be continued,IKONOS光谱段,全色光谱响应范围： 0.150.90m 而多光谱则相应于Landsat-TM的波段： MSI-1 0.450.52m 蓝绿波段 MSI-2 0.520.60m 绿红波段 MSI-3 0.630.69m 红波段 MSI-4 0.760.90m 近红外波段,To be continued,IKONOS数据特点,数据来源：美国IKONOS卫星。 太阳同步轨道，重复周期13 d。 传感器()。 IKONOS影像获取模式()。 MTF补偿()。 星历与姿态量测()。 IKONOS图像产品。,IKONOS的传感器包括一个全色1m分辨率传感器和一个四波段4m分辨率的多光谱传感器。,IKONOS传感器是三线阵CCD推帚式成像，因此在正常模式下，它可取得正视、后视和前视推扫成像。,IKONOS图像可以实现模量传递函数(MTF)的补偿，为此卫星的传感器设计了进行MTF的测量。有了这些测量值，可以对因光学和检测器等引起的像质模糊进行补偿。,IKONOS卫星内设有GPS天线，接收的信号被记录下来，经过处理可以提供每个图