遥感基本原理与图像解译-教材

2012-5-181遥感基本原理与图像解译颉继珍甘肃省测绘局1摘要遥感基本原理遥感数据的特征当前主流卫星介绍遥感图像解译遥感应用实例2遥感的概念遥感（RemoteSensing）即“遥远的感知”。从字面上理解，就是远距离不接触“物体”而获得其信息。它通过遥感器“遥远”地采集目标对象的数据，并通过对数据的分析来获取有关地物目标、或地区、或现象的信息的一门科学和技术。遥感采集的数据可以有多种形式，包括电磁波(光、热、无线电等)、力(重力、磁力等)、声波等。如重力仪采集的是地球重力分布变化的数据；声纳测定声波的分布变化；人眼获得电磁波中可见光的分布变化数据……。遥感基本原理3遥感的概念遥感是以电磁波与地球表面物质相互作用为基础，探测、分析和研究地球资源与环境，揭示地球表面各要素的空间分布特征与时空变化规律的一门科学技术。遥感基本原理4遥感的概念遥感基本原理传感器平台设备：传感器相机，雷达用于采集数据数据：电磁能电磁能被地球表面特征发射或反射以各种不同光谱波段的形式获取并记录5遥感的概念遥感基本原理62012-5-182遥感过程遥感基本原理A能量源B能量穿过大气层C能量被地球表面吸收或反射D数据被传感器获取E数据回传和接收F数据分析和处理G遥感产品7遥感电磁辐射遥感基本原理任何绝对温度为0度以上的物体都会辐射电磁波8遥感电磁辐射遥感基本原理波长越短，频率越高，反之亦然C=9遥感电磁辐射遥感基本原理微波热红外可见光伽马射线10电磁辐射的形式遥感基本原理可见光无线电波热量紫外线X射线电磁波波谱范围近红外0.7-1.5μm红外1.5μm-1mm11大气窗口遥感基本原理由于大气分子的吸收，使大气的透射率下降。仅有某些波段大气的吸收作用相对较弱，透射率较高。这些能使能量较易透过的波段叫大气窗口。对于遥感而言，只有位于大气窗口的波段才能被用于生成遥感图像。122012-5-183大气窗口遥感基本原理紫外线可见光红外微波透射率能量波长微波红外可见光紫外线13如何识别不同的地表特征？遥感基本原理不同地表特征的光谱反射率不同这是遥感影像解译的基础14不同地表特征的光谱反射率遥感基本原理裸露的干土壤波长反射率植被淡水15水体道路草地针叶林阔叶林可见光近红外不同地物的光谱反射率存在差异阔叶林针叶林16不同地物的光谱反射率蓝绿红近红外初雪咸水砂质土壤柏油路面波长反射率淡水植被17不同植物的光谱反射率蓝绿红近红外阔叶林草水生植物针叶林波长反射率182012-5-184不同地物的光谱反射率有何特点？遥感基本原理近红外对植被特别敏感，这对我们判读影像很重要，因为地表特征无非两种——自然的和人工的。这就是当今主流的高分辨率卫星传感器搭载蓝、绿、红和近红外四个多光谱波段相机的原因，如Ikonos、Quickbird、资源三号等；通过对以上不同地物光谱反射率的分析来看，我们可以总结以下几点，帮助我们进行遥感图像目视判读和影像解译，或以此为基础建立知识库。19不同地物的光谱反射率有何特点？遥感基本原理淡水只对可见光敏感，且与波长呈反比；而咸水（海水）在可见光和近红外波段都有反射，且在绿波段反射率最高，呈近似正态分布；柏油路面在各个波段的反射率相差无几，都在10%左右；砂质土壤的反射率与波长呈近似正比关系；初雪、冰层等反射率很高。20如何识别不同的地表特征？遥感基本原理真彩色与彩红外影像21如何识别不同的地表特征？遥感基本原理全色波段与近红外波段真彩色与彩红外影像22自然草地与人造草坪在真彩色影像中，体育馆内的足球场地与外面的草地色调基本一致；在彩红外影像中可以看出，体育馆内的足球场地对于近红外的反射率较低，说明它不是天然草坪，而是人造塑胶草坪。23遥感基本原理自然草地与人造草坪在真彩色影像中，人造草坪与自然草地色调基本一致；在彩红外影像中，可以明显的进行区分。242012-5-185摘要遥感基本原理遥感数据的特征当前主流卫星介绍遥感图像解译遥感应用实例25遥感数据源地表目标反射、发射的电磁辐射能经过与大气、地表的相互作用后，被各种遥感仪器所接收并记录下来。这些记录着地表目标电磁辐射数量与性质变化的遥感数据，直接或间接地提供了许多基本的生物、物理、地学变量和变量组合，如地理位置、地形高度、植被、水体、人工建筑、表面温度、表面湿度、表面粗糙度、土地覆盖度等，成为解释目标性质和现象的很有价值的数据源。各种遥感系统以主动或被动方式采集数据，下面我们看看遥感数据有哪些特征。遥感数据的特征与获取26空间分辨率（SpatialResolution）空间分辨率指可以识别的最小地面距离或最小目标物的大小。有时也称分辨力或解像力。空间分辨率一般有三种表示法：像元（Pixel）线对数（LinePairs）:影像最小单元常通过1mm间隔内包含的线对数确定，单位为线对/mm。瞬时视场（IFOV）:指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野，单位为毫弧度(mrad)。IIFOV越小，最小可分辨单元(可分像素)越小，空间分辨率越高。遥感数据的特征27空间分辨率（SpatialResolution）美国QuickBird商业卫星一个像元对应的地面面积0.61mx0.61m，其空间分辨率为0.61m；Landsat/TM一个像元相当地面面积28.5mx28.5m，简称空间分辨率为30m；NOAA/AVHRR一个像元约相当地面面积1100mx1100m，简称空间辨率1.1km(或1km)。遥感数据的特征像元指单个像元所对应的地面面积大小，单位为米(m)或公里(km)。如：28空间分辨率（SpatialResolution）像元是遥感影像的基本单元，由亮度值表示。遥感数据的特征29光谱分辨率（SpectralResolution）电磁波谱是按电磁波在真空中的波长或频率来划分的。它包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线、γ射线等。遥感信息的多波段特性，多用光谱分辨率来描述。光谱分辨率指传感器所选用的波段数量的多少、各波段的波长位置、及波长间隔的大小。即选择的通道数、每个通道的中心波长、带宽，这三个因素共同决定光谱分辨率。遥感数据的特征302012-5-186光谱分辨率（SpectralResolution）对于黑/白全色航空像片，照相机用一个综合的宽波段(0.4-0.7μm，波段间隔为0.3μm)记录整个可见光红、绿、蓝的反射辐射；Landsat/TM有7个波段，能较好的区分同一物体或不同物体在7个不同波段的光谱响应特性的差异，其中以TM3为例，传感器用一个较窄的波段(0.63-0.69μm，波段间隔为0.06μm)记录下红光区内的一个持定范围的反射辐射；遥感数据的特征31光谱分辨率（SpectralResolution）而航空可见、红外成像光谱仪AVIRIS，有224个波段(0.4-2.45μm，波段间隔近l0nm)，可以捕捉到各种物质特征波长的微小差异。可见，光谱分辨率越高，对物体的识别精度越高，遥感应用分析的效果也就越好。遥感数据的特征32时间分辨率（TemporalResolution）时间分辨率是关于遥感影像间隔时间的一项性能指标。遥感探测器按一定的时间周期重复采集数据，这种重复周期，又称回归周期。这种重复观测的最小时间间隔称为时间分辨率。遥感数据的特征33时间分辨率（TemporalResolution）法国SPOT卫星：是极地轨道卫星，轨道高度832km,轨道倾角98.7°，重复周期26天，但SPOT/HRV传感器具有倾斜观测能力(倾角±27°)，这样便可以从不同轨道上，以不同的角度来观测地面上同一点。因而，地表特定地区的重复观测的时间间隔比其回归周期26天大大缩短。在26天的周期内，中纬度地区可以观测约12次，赤道可观测约7次，纬度70°处可观测约28次。那么SPOT卫星的时间分辨率便可认为是l—4天。遥感数据的特征34时间分辨率（TemporalResolution）极轨气象卫星NOAA：由于长期以来，采用双星系统，即同时有两颗在轨道运行，轨道平均高度分别为833km和870km，倾角分别为98.7°和98.9°，重复周期为l/2天。在双星系统下，同一地点每天有4次过境资料。因此，其时间分辨率为若干小时。遥感数据的特征35时间分辨率（TemporalResolution）静止气象卫量：采用与地球同步轨道，轨道高度36000km，轨道倾角为0°，从地球上看卫星似固定在天空某一点，观测着约1/4的地球。对同一地点每隔20—30分钟可获得一次观测资料。因此，其时间分辨率为几十分钟。遥感数据的特征362012-5-187辐射分辨率（RadiantResolution）任何图像目标的识别，最终依赖于探测目标和特征的亮度差异。这里有两个前提条件：一是地面景物本身必须有充足的对比度；二是遥感传感器必须有能力记录下这个对比度。辐射分辨率指传感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。即探测器的灵敏度——传感器感测元件在接收光谱信号时能分辨的最小辐射度差，或指对两个不同辐射源的辐射量的分辨能力。遥感数据的特征37辐射分辨率（RadiantResolution）一般用灰度的分级数来表示，即最暗—最亮灰度值（亮度值）间分级的数目——量化级数。它对于目标识别是一个很有意义的元素。如：Landsat/MSS:以6bits记录辐射值（取值范围0-63）；Landsat4、5/TM：7个波段中的6个波段在30m×30m的空间分辨率内，其数据的记录以8bits(取值范围0-255)。显然TM比MSS的辐射分辨率提高，图像的可检测能力增强。遥感数据的特征38摘要遥感基本原理遥感数据的特征当前主流卫星介绍遥感图像解译遥感应用实例39几颗主流遥感卫星SPOT（法国）QuickBird（美国）IKONOS（美国）WorldView2（美国）“资源三号”测绘卫星（中国）4041422012-5-18843444546“资源三号”测绘卫星（ZY-3)卫星头衔：我国首颗高精度民用立体测绘卫星。发射时间：2012年1月9日。发射地点：太原卫星发射中心。设计寿命：5年。研制单位：中国空间技术研究院。用户单位：国家测绘地理信息局。主要任务：长期、连续、稳定、快速地获取覆盖全国的高分辨影像数据。47“资源三号”参数482012-5-189“资源三号”卫星参数49“资源三号”定位精度无控制点：直接定位精度优于50米。少量控制点：平面中误差2.92米；高程中误差2.07米。完全满足1:5万测图精度要求。精度比较：精度超过法国的SPOT、印度的P5和日本的ALOS等国外同类卫星。有望开展1:2.5万地形图测绘及1:1万比例尺地形图更新！50摘要遥感基本原理遥感数据的特征当前主流卫星介绍遥感图像解译遥感应用实例51遥感图像解译(RemoteSensingImageryInterpretation)遥感图像解译——从遥感图像上获取目标地物信息的过程。目的：从遥感图像中获取所需的地学专题信息。遥感图像辐射校正几何校正目视解译有哪些地物类型？地物如何分布？52计算机解译（分类）：监督分类和非监督分类。目视解译：指专业人员通过直接观察或借助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。运用专业背景知识，通过肉眼观察，经过综合分析、逻辑推理、验证检查把遥感图象中所包含的地物信息提取和解析出来的过程。遥感图像解译53空间结构、时间特点化学组分、物理属性成像方式、探测波段投影方式、时空因素大小形状、色调灰阶畸变失真、成图比例大小形状、色调灰阶畸变失真、成图比例增强处理、信息提取逻辑推理、对比分析空间结构、时间特点化学组分、物理属性地表景观成像过程遥感图象遥感图象地表景观目视解译目视解译是遥感成像的逆过程遥感图像目视解译原理542012-5-1810遥感图像解译标志直接标志色调(Tone)/颜色(Color)形状(Shape