遥感技术基础-第06讲(遥感图像及分辨率)

FundamentalsofRemoteSensing解放军信息工程大学测绘学院遥感信息工程系遥感技术基础第六讲遥感图像及分辨率特性主要内容：一、遥感图像的概念二、遥感图像的类型三、遥感图像的空间分辨率四、遥感图像的光谱分辨率五、遥感图像的辐射分辨率六、遥感图像的时相分辨率一、遥感图像的概念遥感图像：利用遥感手段获取的各种图像的总称。遥感技术的流程（遥感图像包括：原始图像和处理图像。后面多数概念是针对原始图像的）遥感数据获取原始遥感数据处理结果(应用)遥感信息处理遥感图像的表现形式成像类传感器的输出成果主要有：模拟图像：胶片形式的图像。也称“硬拷贝图像”。数字图像：数字形式的图像。也称“软拷贝图像”。模拟图像、数字图像是可以相互转化的，在以后的讲课中不再区分。二、遥感图像的类型以下几种因素决定了原始遥感图像的类型：1、应用目的（多样化）在确保应用目标的前提下，用最经济的方法获取应用所需的图像。2、获取手段（各不相同）航空遥感？卫星遥感？用何种类型的传感器成像？按光谱类型对遥感图像进行分类黑白图像：只有亮度差别，无色彩差别。全色图像：黑白图像的一种，记录了所能探测到的景物所有电磁波信息（一般包括可见光和部分近红外）的黑白图像。彩色图像：具有色调、饱和度和亮度等色彩信息。彩色图像一般分为：真彩色图像、假彩色图像。真彩色图像（自然彩色图像）：图像颜色与对应地物颜色基本一致。优点：影像和景物的颜色具有一致性，便于目视判读和识别。假彩色图像：图像颜色与实际地物颜色不一致。按光谱类型对遥感图像进行分类黑白图像真彩色图像假彩色图像提问：为什么要有假彩色图像？（突出感兴趣目标，提高判读和识别效果）按光谱类型对遥感图像进行分类多光谱图像：对同一地面区域进行摄影时，分波段记录地面景物反射来的电磁波信息，形成的一组多波段黑白图像。不同波段图像在几何上是完全配准的，但记录的是景物在不同波段范围内的电磁波信息。多光谱成像目的：是充分利用地物在不同光谱区有不同的反射特征，来增加探测对象的信息量，以便提高影像的判读和识别能力。按光谱类型对遥感图像进行分类RGB合成图像G波段R波段IR波段SPOT全色影像：0.51-0.73(blue-green-red)SPOT多光谱影像：Band10.50-0.59(green)Band20.61-0.68(red)Band30.79-0.89(nearinfrared)按光谱类型对遥感图像进行分类热传感器成像热辐射图像热红外图像：记录的是地物热辐射信息。热红外遥感的大气窗口常选用3µm～5µm和8µm～14µm两个区间。热红外图像上的色调越亮，表示温度越高，色调越暗，表示温度越低。主要用于：军事侦察、火情监测等。电磁波谱的红外波段按光谱类型对遥感图像进行分类微波图像：记录的是波长在1mm～1m之间范围内的地物辐射信息。侧视雷达图像是典型的微波图像，影像的色调特性与雷达接收到的回波信号强度等因素有关。微波图像的特点在以后阐述。Layover微波具有穿透云、雨等能力雷达影像雷达的C波段图像（三极化）极化的概念RADARSAT卫星（加拿大，1995）电磁波谱的微波波段按几何类型对遥感图像进行分类面中心投影图像：面中心投影，同一幅图像内几何关系稳定。投影中心时刻t地面目标面中心投影图象（画幅式图像）图像画幅式摄影相机按几何类型对遥感图像进行分类顺迹扫描仪（推扫式扫描仪）线中心投影图象（线阵列图像）投影中心时刻t图象地面目标线中心投影图像：线中心投影，同一幅图像有多条扫描线构成，同一条扫描线内几何关系稳定。按几何类型对遥感图像进行分类点中心投影图像：点中心投影，同一幅图像有许多扫描点成，每一扫描点的几何关系都不一样。横迹扫描仪（光机扫描仪）投影中心时刻t1图象时刻t2图象地面目标1地面目标2点中心投影图象斜距影像与中心投影影像的比较Layover斜距投影图像（非中心投影图像）斜距投影按立体方式对遥感图像进行分类立体观测方式立体图像（立体像对）用立体像对可测量三维信息空间分辨率的概念空间分辨率的定义：是指图像上能够分辨的最小单元所对应地面尺寸。空间分辨率主要与传感器的瞬时视场角、观测高度有关。在正视情况下，瞬时视场角所对应的地面单元的尺寸等于瞬时视场角乘以传感器的高度。三、遥感图像的空间分辨率卫星遥感图像的空间分辨率卫星轨迹所对应的地面细长条带不同纬度的地面细长条带的重叠情况（空间分辨率与纬度有关）近极轨道空间分辨率的表现形式高分辨率影像低分辨率影像空间分辨率的实际意义图像的空间分辨率越高（即瞬时视场角所对应的地面单元的尺寸越小），对地面目标的几何分辨能力越强；图像的空间分辨率越低（即瞬时视场角所对应的地面单元的尺寸越大），对地面目标的几何分辨能力越弱。数字图像的空间分辨率：对于数字图像而言，若图像的空间分辨率为20米，表示该图像在该分辨率显示时，每个像素所对应的地面尺寸为20米。空间分辨率的例子表1：IKONOS-2图像（美国，1999，第一颗新一代高分辨率卫星图像，可与航片媲美）图像类型波长范围（μm）分辨率（m）地面带宽多光谱波段10.45～0.52兰413km波段20.51～0.60绿4波段30.63～0.70红4波段40.75～0.86近红外4全色0.55～0.90113km重访周期(垂直观测)3天3天空间分辨率的例子表2：QuickBird图像（美国，2001，分辨率最高的一颗商业卫星）图像类型波长范围（μm）分辨率（m）地面带宽多光谱波段10.4～0.52兰416.5km波段20.5～0.60绿4波段30.6～0.69红4波段40.76～0.90近红外4全色0.55～0.900.6116.5km四、遥感图像的光谱分辨率光谱分辨率：反映了传感器的光谱探测能力。它包括传感器探测的波谱宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔。若传感器所探测的波段数愈多，每个波段的波长范围愈小，波段间的间隔愈小，则它的光谱分辨率愈高。传感器的光谱分辨率越高，它获取的图像就越能反映出地物的光谱特性，不同地物间的差别在图像上就能更好地体现出来。光谱分辨率与传感器特性有关：取决传感器对光谱成份的敏感度。光谱分辨率的含义光谱特性曲线光谱分辨率的概念波谱范围？波段划分？黑白图像彩色图像光谱分辨率的例子表3：IKONOS-2图像（美国，1999，第一颗新一代高分辨率卫星图像，可与航片媲美）图像类型波长范围（μm）分辨率（m）地面带宽多光谱波段10.45～0.52兰413km波段20.51～0.60绿4波段30.63～0.70红4波段40.75～0.86近红外4全色0.55～0.90113km重访周期(垂直观测)3天3天光谱分辨率的例子表4：QuickBird图像（美国，2001，分辨率最高的一颗商业卫星）图像类型波长范围（μm）分辨率（m）地面带宽多光谱波段10.4～0.52兰416.5km波段20.5～0.60绿4波段30.6～0.69红4波段40.76～0.90近红外4全色0.55～0.900.6116.5km五、遥感图像的辐射分辨率辐射分辨率：反映了传感器对电磁波探测的灵敏度。辐射分辨率越高，对电磁波能量的细微差别越灵敏，因此需要较高的量化比特数（对应于遥感图像的灰度级数目）才能记录电磁波能量的细微差别。一般地，辐射分辨率越高，图像的比特数越大，色调层次越丰富，辐射分辨率越低，图像的比特数越小，色调层次越少。辐射分辨率的含义2比特图像6比特图像辐射分辨率的概念（与传感器特性有关：取决传感器对电磁波能量的敏感度）辐射分辨率的例子Landsat卫星图像:除MSS图像为6比特外,其余均为8比特图像。IKonos卫星图像：IKonos图像的辐射分辨率为11比特（即有2048个灰度级），因此可以分辨出景物的细微色调差别。六、遥感图像的时相分辨率时间分辨率（或时间分辨率）：是相邻两次对地面同一区域进行观测的时间间隔。对卫星遥感而言，时间分辨率与卫星和传感器的设计能力（如卫星的高度、传感器的视场角大小、传感器的观测角度等）、星载传感器的视场角所扫过的地面细长条带的重叠度、观测对象的纬度（纬度越高，星载传感器的视场角所扫过的地面细长条带的重叠度越大，重访周期越短）等因素有关。在周期性的对地观测中，时间分辨率越高，对地面动态目标的监视、变化检测、运动规律分析越有利。时相分辨率的概念时相分辨率的概念（重访周期T：取决于卫星和传感器的特性、地面带宽、目标所处纬度）D时（D+T）时影响卫星图像时相分辨率的因素卫星轨迹所对应的地面细长条带不同纬度的地面细长条带的重叠情况（空间分辨率与纬度有关）近极轨道时相分辨率的例子Landsat-4～7卫星:采用轨道高度为、轨道面倾角为度的太阳同步轨道，重访周期为16天。SPOT卫星:采用轨道高度约为、轨道面倾角为度的太阳同步轨道，重访周期为26天。Ikonos卫星:搭载了一台EK数码相机，既可以垂直观测，也可以倾斜观测，垂直观测获取1米分辩率全色图像的重访周期约为3天，倾斜观测获取1.5米分辩率全色图像的重访周期为1～2天。QuickBird卫星:提供0.61米分辨率的全色图像和2.44～2.88米分辨率的多光谱图像，重访周期为1～3.5天(与纬度有关)。七、遥感图像分辨率的确定原则应该指出：遥感图像的分辨率是根据实际需要、现实可能等多种因素设计确定的，并非图像的分辨率越高，对所有应用越有利。在实际应用中，可根据应用目的和当前的实际条件，选取最适当分辨率的遥感图像。主要内容：1、遥感图像及类型2、遥感图像的四个分辨率（空间、光谱、辐射、时相分辨率）重点内容1、黑白图像、彩色图像、全色图像、多光谱图像、热红外图像、微波图像、画幅式图像、面中心投影图像、面阵图像、线中心投影图像、线阵图像、点中心投影图像、立体图像等概念；2、遥感图像的空间、光谱、辐射、时相分辨率的概念及影响因素。本次课小结名词解释：黑白图像、彩色图像、全色图像、多光谱图像、热红外图像、微波图像、画幅式图像、面中心投影图像、面阵图像、线中心投影图像、线阵图像、点中心投影图像、立体图像、空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率、时相分辨率。问答题：1、遥感图像的空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率、时相分辨率分别与哪些因素有关？本次课作业