第五章 遙感數(shù)據(jù)傳輸及遙感圖像特征

第五章遙感數(shù)據(jù)傳輸與遙感圖像特征5.1數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)格式5.2圖像特征第一節(jié)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)格式一、數(shù)據(jù)傳輸傳統(tǒng)航空遙感需要從飛機(jī)或其他航空遙感平臺(tái)搭載的攝影機(jī)中將感光膠片取出，經(jīng)顯影、定影技術(shù)處理，得到像片底片；再經(jīng)底片結(jié)束曬印以及顯彰、定影處理，獲得與地面地物亮度一致的（正像）像片。感光膠片（即數(shù)據(jù)）的回收過(guò)程絕大部分均由人工完成，少數(shù)由一些自動(dòng)裝置完成。這一技術(shù)在二戰(zhàn)中曾經(jīng)被美國(guó)用于探查敵情。航天遙感由于使用了衛(wèi)星技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸方式有了很大不同。陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸、處理系統(tǒng)包括以下三個(gè)部分：（一）地面控制中心陸地衛(wèi)星的地面控制中心設(shè)在美國(guó)國(guó)家宇航局戈達(dá)德飛行中心。它是指揮陸地衛(wèi)星工作的樞紐，控制陸地衛(wèi)星工作的安排，對(duì)陸地衛(wèi)星發(fā)出不同的指令，控制陸地衛(wèi)星運(yùn)行的姿態(tài)、軌道，指揮傳感器信息的傳輸及星載儀器與地面接收機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)配合等工作。（二）地面接收站地面接收站的主要工作是接收從衛(wèi)星上傳送回來(lái)的信息數(shù)據(jù)，并記錄在磁帶上，交給數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行處理。地面接收站裝有大型的拋物天線，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入其視野范圍（仰角大于5度）時(shí)，地面接收站就可以實(shí)時(shí)接收從衛(wèi)星上發(fā)回來(lái)的信息數(shù)據(jù)，亦可以接收由中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品。（三）地面數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)地面數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)的主要任務(wù)是對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻-影像的轉(zhuǎn)換，生產(chǎn)和提供各種陸地衛(wèi)星產(chǎn)品。例如，中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站可以完成接收數(shù)據(jù)及制作完成各種膠片、像片及計(jì)算機(jī)用磁帶，可以向用戶提供各種陸地衛(wèi)星產(chǎn)品。二、數(shù)據(jù)格式遙感數(shù)字圖像以二維數(shù)組來(lái)表示。在數(shù)組中，每個(gè)元素代表一個(gè)像素，像素坐標(biāo)位置隱含，由這個(gè)元素在數(shù)組中的行列位置所決定。元素的值表示傳感器探測(cè)到像素對(duì)應(yīng)面積上的目標(biāo)地物的電磁輻射強(qiáng)度。采用這種方法，可以將地球表面一定區(qū)域范圍內(nèi)的目標(biāo)地物信息記錄在一個(gè)二維數(shù)組中。（一）通用二進(jìn)制文件格式1、BSQ數(shù)據(jù)格式中數(shù)據(jù)排列遵循規(guī)律

第一波段位居第一，第二波段位居第二，第N波段位居第N位。在第一波段中，數(shù)據(jù)依據(jù)行號(hào)順序依次排列，每一行內(nèi)，數(shù)據(jù)按像素號(hào)順序排列。在第二波段中，數(shù)據(jù)依然根據(jù)行號(hào)順序排列，每一行內(nèi)，數(shù)據(jù)仍然按像素號(hào)順序排列。其余波段依此類推。2、BIP數(shù)據(jù)格式中數(shù)據(jù)排列遵循規(guī)律第一波段第一行第一個(gè)像素位居第一，第二波段第一行第一個(gè)像素位居第二，第三波段第一行第一個(gè)像素位居第三，第N波段第一行第一個(gè)像素位居第N位。然后為第一波段第一行第二個(gè)像素，它位居第N+1位，第二波段第一行第二個(gè)像素，位居第N+2 位，其余數(shù)據(jù)排列位置以此類推。3、BIL數(shù)據(jù)格式中數(shù)據(jù)排列遵循規(guī)律第一波段第一行第一個(gè)像素位居第一，第一波段第一行第二個(gè)像素位居第二，第一波段第一行第三個(gè)像素位居第三，第一波段第一行第N個(gè)像素位居第N位。然后為第二波段第一行第一個(gè)像素，它位居第N+1位，第二波段第一行第二個(gè)像素，位居第N+2位，其余數(shù)據(jù)排列位置以此類推。（二）傳感器文件格式1、Landsat系列衛(wèi)星文件格式2、SPOT系列衛(wèi)星文件格式3、EOS系列衛(wèi)星文件格式4、IKONOS衛(wèi)星文件格式（三）商業(yè)軟件文件格式1、ENVI文件格式2、ERDAS文件格式（四）通用圖像文件格式很多圖像格式成為國(guó)際通用，被大多數(shù)軟件格式所支持，如TIFF、JEPG2０００、bmp等。但缺點(diǎn)是未對(duì)軟件進(jìn)行優(yōu)化，運(yùn)行速度慢。遙感數(shù)據(jù)文件中，除了數(shù)字圖像本身的信息之外，還附帶著各種輔助信息、平臺(tái)的信息、遙感器的信息、提供數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)所進(jìn)行的處理信息以及其他遙感監(jiān)測(cè)信息等。第二節(jié)圖像特征一、光學(xué)圖像特征

光學(xué)圖像通常為采用光學(xué)攝像機(jī)獲取的、以感光膠片為介質(zhì)的圖像。其特征通常包括色彩特征、幾何特征等。（一）彩色特性攝影膠片一般可分為黑白和彩色兩種類型。根據(jù)膠片感光波段的不同，又可具體細(xì)分為可見(jiàn)光黑白全色像片、黑白紅外像片、彩色像片、彩虹外像片等。（二）幾何特征1、攝影方式2、投影方式二、數(shù)字圖像特征（一）數(shù)字圖像簡(jiǎn)介

遙感數(shù)據(jù)的表示既有模擬圖像又有數(shù)字圖像。模擬圖像：普通像片那樣的灰度級(jí)及顏色連續(xù)變化的圖像。數(shù)字圖像：是以數(shù)字形式表示的遙感影像。包括把模擬圖像數(shù)字化的圖像。模擬圖像數(shù)字圖像模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換數(shù)字圖像圖像的數(shù)字化（digitization）可分為采樣和量化兩個(gè)過(guò)程。

采樣

把模擬圖像分割成同樣形狀的小單元，進(jìn)行空間離散化處理叫采樣（sampling）。量化

以各個(gè)小單元的平均亮度值或中心部分的亮度值作為該單元的亮度值，為亮度值的離散化處理，即量化（quantization）。1019290938910091919391939193959692929692939596979493

9290938991919391969593919392929692939394979695一幅數(shù)字圖像可表示為一個(gè)矩陣（二）數(shù)字圖像特征

各項(xiàng)應(yīng)用通常需要通過(guò)遙感圖像獲取三方面的信息：1、目標(biāo)地物的大小、形狀及空間分布特點(diǎn)；2、目標(biāo)地物的屬性特點(diǎn)；3、目標(biāo)地物的變化動(dòng)態(tài)特點(diǎn)。這三方面信息的表現(xiàn)參數(shù)即為空間分辨率、時(shí)間分辨率、波譜分辨率和輻射分辨率。1、空間分辨率圖像的空間分辨率指像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬間視場(chǎng)或地面物體能分辨最小單元，是用來(lái)表征影像分辨地面目標(biāo)細(xì)節(jié)能力的指標(biāo)。通常用像元大小、像解率或視場(chǎng)角來(lái)表示。對(duì)于現(xiàn)代的光電傳感器圖像，空間分辨率通常用地面分辨率和影像分辨率來(lái)表示。地面分辨率定義為影像能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元（像元）所代表的地面實(shí)際尺寸大小。地面分辨率在不同的比例尺的具體影像上的反映，稱為影像分辨率，隨影像比例尺的變化而變化。不同衛(wèi)星影像的空間分辨率不同，成圖比例尺也不同。衛(wèi)星名稱空間分辨率/m成圖比例尺全色多波段Landsat-5Landsat-7SPOT-4SPOT-5CBERS-1IKONOSQuickBirdRadarsat-28.51528.5102051019.519.5140.612.4410~100約1:30萬(wàn)約1:10萬(wàn)~1:30萬(wàn)約1:10萬(wàn)~1:20萬(wàn)約1:5萬(wàn)~1:10萬(wàn)約1:20萬(wàn)約1:1萬(wàn)~1:5萬(wàn)約1:1萬(wàn)~1:5萬(wàn)約1:10萬(wàn)~1:50萬(wàn)

分辨率：5米，地面上每5米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為4km

分辨率：2米，地面上每2米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為1.8km分辨率：1米，地面上每1米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為500m分辨率：0.5米，地面上每0.5米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為300m分辨率：25厘米，地面上每25厘米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為150m分辨率：12.5厘米，地面上每12.5厘米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為80m

分辨率：10厘米，地面上每10厘米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為60m，或20樓的高度2、時(shí)間分辨率時(shí)間分辨率指對(duì)同一地點(diǎn)進(jìn)行遙感采樣的時(shí)間間隔，即采樣的時(shí)間頻率，也稱重訪周期。它能提供地物動(dòng)態(tài)變化的信息，可用來(lái)對(duì)地物的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也可以為某些專題要素的精確分類提供附加信息。時(shí)間分辨率包括兩種情況：1、傳感器本身設(shè)計(jì)的時(shí)間分辨率，受衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律影響，不能改變；2、根據(jù)應(yīng)用要求，人為設(shè)計(jì)的時(shí)間分辨率，它一定等于或小于衛(wèi)星傳感器本身的時(shí)間分辨率。3、波譜分辨率波譜分辨率指?jìng)鞲衅髟诮邮漳繕?biāo)輻射的波譜時(shí)能分辨的最小波長(zhǎng)間隔，也稱光譜分辨率。間隔愈小，分辨率愈高。常用的TM影像有7個(gè)波段，波段寬度約為40~2100um。而成像光譜儀的波段數(shù)可達(dá)到幾十甚至幾百個(gè)波段，波段寬度則為5~10um。一般來(lái)說(shuō)