第三章遥感数据源解析

第三章遥感数据源第三章遥感图像特性第一节遥感图像的基本属性及特性参数第二节航空像片特性第三节卫星像片特性第一节遥感数据的基本属性及特性参数一、波谱特性二、空间特性三、时间特性一、波谱特性根据图像上的色彩和灰度来识别地物和现象是遥感应用的出发点。各种遥感图像上的灰度和色彩都是其响应波段内电磁辐射能量的反映。色彩取决于其记录的波段，灰度（亮度）取决于记录的辐射强度。（1）波谱分辨率：图像上能分辨的最小波长间隔，即图像色彩所反映的波段数、波长范围及波长间隔。波谱分辨率越高，区分具有微小波谱特征差异地物的能力越强。（2）辐射分辨率：图像上能分辨出的最小辐射强度差，是反映地物在波谱辐射强度或反射率上的细微差异的能力。波谱特性参数：二、空间特性遥感图像是空间地物在二维平面上的投影，具有空间特性。空间特性是从形态学方面识别地物，进行几何纠正，空间分析的重要依据。空间特性参数1、空间分辨率：指图像能分辨出具有一定反参，相距一定距离相邻目标的能力。（1）影像分辨率：指用显微镜观察时，1mm宽度内所能分辨出的相间排列的黑白线对数（线对数/mm）。它受光学系统分辨率、感光材料分辨率，影像比例尺，相邻地物间的反差等因素的综合影响。（２）地面分辨率：像片上能分辨出的地面最小物体的尺寸。或图像能分辨出具有一定反差的相邻目标的最小距离。2、影像比例尺指图像上物体的大小与地面实际地物大小之比。由传感器光学系统焦距与遥感平台航高之比来确定中心投影多中心投影旋转斜距投影3、投影性质与影像几何畸变1）中心投影：如图（3—27）。面上各物点的投影光线都通过一个固定点（S），投影到投影面（P，P’）上形成的透视影像称中心投影，S称投影中心（透镜中心）。2）多中心投影：光机扫描影像为逐点行式扫描成像，每个点都有自己的投影中心。故光机扫描影像为多中心投影。3）旋转斜距投影：一次向垂直航各的方向的一个窄条带区域发射微波，然后旋转斜距投影按先后将射程远近的回波记录在图像上而产生的投影方式.三、时间特性遥感影像是成像瞬间地物电磁辐射能量的记录，而地物都具有时相变化。一是自然变化过程，即其发生、发展和演化的过程。二是节律，即事物的发展在时间序列上的某种周期性重复，即地物波谱特性随时间的变化而变化。时间分辨率：指同一地区遥感影像重复覆盖的频率。时间分辨率越高，越能反映目标的变化情况。时间特性参数第二节航空像片使用飞机、气球等运载工具和各种传感仪器从空中获得的地面图像，称为航空遥感图像。空照片侧视雷达图像成像雷达像片热红外图像光机扫描像片彩色红外片真彩色像片多波段摄影像片黑白红外航片全色黑白红外摄影像片黑白航片全色黑白航空摄影图像光学摄影像片::)()(第二节航空像片一、航空摄影像片的特性二、热红外图像的特征三、侧视雷达图像特征一、航空摄影像片的特性〈一〉航空摄影方式〈二〉航空摄影像片的几何特征（三）航空摄影像片的物理特征（波谱效应）（四）航空摄影的分辨率（五）航空摄影像片的规格注记和像片缩影图〈一〉航空摄影方式按摄影机主光轴与主垂线交角关系分按摄影范围分按摄影机主光轴与主垂线交角（称像片倾斜角）的关系分为：1垂直摄影：主光轴与主重线重合，倾斜角=0°。2近似垂直摄影：倾斜角3°，在实际航空摄影中大量采用。3倾斜摄影：倾斜角3°。按摄影范围分：1单线像片摄影：对某特定小面积或目标进行。2航线摄影：沿一定路线，按照一定的曝光间隔连续拍摄，用干线状目标，铁路、公路、河流等。3面积摄影：由多条平等的直线航线摄影组成且具有一定重叠，覆盖整个区域的摄影。像片除有60%以上的航向重叠外，相邻航线间还应有15%以上的重叠，称旁向重叠。该方式应用较广。面积摄影航空像片的重叠〈二〉航空摄影像片的几何特征1、中心投影成像2、像点位移3、像片比例尺1、中心投影成像1）中心投影的概念：空间任意一点A（物点）与固定点S（投影中心）的连线的延长线（投影光线），被一平面P（投影面）所截，则直线AS与平面P的交点a，叫做A的中心投影。对于航空象片，地面各地物点的反射光线（投影光线）都通过航摄机镜头中心（投影中心），投射到底片（投影面）上，形成各地物点的象点。所以航空象片是地面景物的中心投影。中心投影2）中心投影与垂直投影中心区别。①垂直投影，成图的比例尺与投影距离无关。中心投影，成像的比例尺随投影距离的改变而改变。②地形起伏对垂直投影无影响，而对中心投影则产生显著影响。③垂直投影的投影面总是水平的。图上各点的比例尺相同，对于中心投影，若投影面倾斜，像片上各部分的比例尺就不一样。中心投影与垂直投影中心区别在倾斜像片上存在着一些特殊的点线。它们对于研究像的几何性质，影像变形规律以及确定像片的空间位置等具有重要意义。①象主点（o）：航空摄影机主光轴SO与像面的交点o，称象主点。②象底点（n）：通过镜头中心S的铅垂线（主垂线）与象面的交点。③等角点（c）：主光轴SO与主垂线sn夹角的等分线SC与象面的交点C。当地面平坦时，以象等角点C为顶的角才与地面上相应角大小相等。除此以外，象片上其它任何点都不具这一性质。4）航空像片上的特征点和线：航空像片上的特征点和线④主纵线：包含主光轴SO和主垂线SN的面平W叫主垂面，主垂面与象面的交线vv’称为主纵线，是在象面上，通过象主点和象底点的直线。⑤主横线：与主纵线垂直且通过象主点的直线hoho称主横线。⑥等比线：通过象等角点C且垂直于主纵线的直线hchc称等比线。水平象片和倾斜象片在等比线上的比例尺相同。2、像点位移像片倾斜引进的像点位移——倾斜误差地形起伏引起的象点位移——投影误差1）像片倾斜引进的像点位移像片倾斜引进的像点位移，也称倾斜误差：某物点在斜象片上的投影向径与在相同条件下的水平象面上投影的向径之差。可推出：arfarccasinsinsinsin2式中：f为摄影机焦距，c为倾斜像片上像点a至等角点c的距离，为c与等比线的交角（称为方向角）。航空像片上的特征点和线scno误差分布规律：a、0°=0°或180°时，a=0，即等比线上像点位移为0。0°，c0，=90°或270°时，有max，即主纵线上像点位移最大。b、等比线将像片分为两部分，包含像主点部分，所有像点都朝等角点（C）方向位移；而包含像底点部份，所有像点都向背离等角点方向位移。当3°时:afrccasinsin2像片倾斜误差规律c、误差与向径平方成正比，故边部畸变大。d、因sin(180＋）=sin(）,若rc相等，即对称于的像点，其倾斜误差大小相等，方向相反。了解这一点对计算航高和比例尺有重要意义。２）地形起伏引起的象点位移由于地形起伏，高于或低于基准面的地面投影在象片的像点，相对于它在基准面上垂直投影点的象点所产生的直线位移，称为地形起伏引起的像点位移，也叫投影误差。公式为：Hrhh式中：r为向径，为像点至象主点的距离（＜３°时可用像底点代替）；H为基准面算起的相对航高；Δh为地面相对于基准面的高程差。误差规律：①投影差与向径成正比②投影差与高差成正比，高差为正时，投影差为正，象点背离像底点向外位移，反之，高差为负时，投影误差为负，象点向像底点方向位移。③投影差与航高成反比。据此，从象片上量出某直立物体的投影差及向径r，可算出物体高度Ah。地形起伏引起的象点位移3、像片比例尺像片比例尺：像片上物象大小与相同地物在地面的实际大小之比垂直摄影、地面平坦时，像片比例尺：1/M=f/HM—比例尺分，f—航摄机焦距，H—相对航高。实际上，像片总是有倾斜，地面也总存在起伏，严格地说，像片上各处比例尺不一样，只有等比线上的点与水平地形，垂直像片比例尺一致。：。比例尺的量测常选高程最大和最小的四个明显地物像点，量取像片上像点距离d1、d2和实地距离D1和D2，求其比例尺后取平均值)(2112211DdDdM平均6、像片的立体观察与立体测量１）立体观察原理2）像对的立体观察条件１）立体观察原理(１)人眼构造：人眼是一完善的天然自动摄影机，可分为两大部分:水晶体:水晶体的作用相当于摄影机的物镜、能自动改变曲率，调节焦距获得远、近清晰的物像瞳孔好似光圈，能自动调节光量，网膜相当于底片能感光产生视觉。视网膜:网膜中心为黄斑，黄斑中有直径为0.4mm的视网窝，它是网膜中感光最强的部分.通过网窝中心和水晶体光心的连线称视轴当人视某物点时，视轴能自动转向某点。人眼观察物体也是个中心投影过程。单眼看物体时，不当区分物体的远近，主要是靠经验判断，人眼构造(２)交汇角（视差角）：双眼观察时，双视轴交于物点上，其交角称为交汇角，又称视差角。物点远，交会角小，反之则大。通过比较交会角大小，可确定注视点的远近。Tg22rtgbaD=—交汇角，ba—眼线基线长，D——物点与人体的距离。明视距离：一般D为25cm，即交汇角为15。左右，人感觉最舒服，称为明视距离。③生理视差：又眼观察时，地物点在空间的位置不同，它们在两眼视网膜上的像点分布状况就不同，这种差别称生理视差它是因地点对每只眼睛的相对位置不同引起的。是产生立体感觉的原因。。像点a1、a2和b1、b2点到相应网膜中心c1，c2的距离之差即为生理视差。即2211acacna2211bcbcnbb2c2a2像点在像点中心（f1或f2）左侧时，距离规定为正，在中心点（右）侧时为负：注视点：生理视差为0远点：生理视差为负近点：生理视差为0根据生理视差的大小，人眼便通过视觉神经判断出注视点周围物点相对于注视点的远近，获得立体感。换句话说，只要能产生生理视差，人就获得立体的感觉。像对立体观察：指用双眼对相邻两摄影站对同一地区摄取的两张像片进行观察，而生成空间光学立体模型的观察过程。必须具备以下条件：①观察对象必须是从相邻两个不同摄影站对同一地区拍摄的互有重叠的像片，即立体象对。②两张像片的比例尺之差不得超过16%。③观察时两张象片应按摄影时的相对位置安放。④左眼看左片，右眼看右片的同各影像。2）像对的立体观察条件立体象对的获得像对立体观察像对立体观察(2)3）立体效应正立体效应：严格按上述条件放置象片，观察到的立体模型与原景物一致，称正自立立体效应。若左右象片对调，则原来的生理视差秒变得相反，光学模型也变得与原景物相反，称反立体效应。左右象片各自向同方向旋转90，则破坏了立体观察的基本条件，虽仍能看到物体的影像，但无任何立体感，称零立体效应。（三）航空摄影像片的物理特征（波谱效应）1、影像色调与地物波谱特性的关系2、全色黑白摄影航片色调与波谱特征的关系4、自然彩色摄影片的波谱响应特征5、彩红外片色彩的波谱响应特征1、影像色调与地物波谱特性的关系航空像片的影像是地面各种物体反射或发射电磁能量的记录。色调：指黑白像片上，由不同光学密度表现出来的从白到黑的深浅程度，它是地物反射的电磁波与感光胶片产生光化学反应的记录。在摄影方式遥感中，胶片的卤化银就相当于地物波谱的检测器，在其响应波段范围内，地物反射或发射的电磁能量越大，则激发胶片卤化银的能力越强，在负片上密度越大，晒成正片则成浅色调故：色调是在像片响应波侧面范围内，地物反射波谱总能量的函数。反射波谱能量强，色调浅；反之则色调深。2、全色黑白摄影航片色调与波谱特征的关系波谱响应范围为0.4—0.7，色调深浅取决于反射波谱在0.4—0.7范围内的积分。该积分值大，色调浅，反之亦然。3、黑白红外片色调与波谱特征的关系黑白红外片的波谱响应范围为0.7—0.9，对0.7—0.9的入射光反射率高，线色调；对0.7—0.9的入射光反射率低，黑色调。水——浅黑或黑植物——浅灰色水陆分界——截然黑白红外片3、自然彩色摄影片的波谱响应特征影像色彩与景物自然颜色接近。地物色颜像片色颜兰色兰波段绿色绿波段红色红波段受散射