第三章遙感數(shù)據(jù)獲取

第三章遙感數(shù)據(jù)獲取第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感數(shù)據(jù)采集一幅圖像實際上記錄的是物體輻射能量的空間分布，這個分布是空間坐標、時間和波長的函數(shù)，即:I=(x,y,z,λ,t)。第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感衛(wèi)星系統(tǒng)第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感工作系統(tǒng)第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感試驗系統(tǒng)（衛(wèi)星發(fā)射前）選擇星載傳感器的類型確定其技術(shù)指標劃分和選擇最佳的電磁波譜段地面遙感試驗工作確定各種對象的輻射光譜特性試驗各種傳感器的性能研制各種數(shù)據(jù)的處理技術(shù)，判讀技術(shù)研究影響各種對象的輻射光譜特征及影響傳感器性能的各種環(huán)境因素等。

第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三星載工作系統(tǒng)星載工作系統(tǒng)包括兩個分系統(tǒng)：自動調(diào)節(jié)控制分系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)分系統(tǒng)包括：控制衛(wèi)星姿態(tài)衛(wèi)星與地面聯(lián)系星體內(nèi)儀表運行程序控制軌道調(diào)整裝置衛(wèi)星能源供應(yīng)等傳感器分系統(tǒng)第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三地面控制系統(tǒng)地面控制中心陸地衛(wèi)星運行控制中心是指揮衛(wèi)星工作的樞紐。它控制衛(wèi)星工作的安排、對衛(wèi)星發(fā)出不同指令；控制衛(wèi)星運行時姿態(tài)、軌道；指揮傳感器信息的傳輸以及星載儀器與地面接收機構(gòu)工作的配合等。第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三信號接收、處理系統(tǒng)地面接收站接收從衛(wèi)星上傳送回來的信息數(shù)據(jù)，記錄在磁帶上并交數(shù)據(jù)處理中心進行處理。地面接收站安裝有大型的拋物天線，地面接收站：如日本的東京、泰國的曼谷等等。我國在北京建成的衛(wèi)星地面接收站，已成為10多年來中國遙感技術(shù)和地學(xué)遙感應(yīng)用的重要信息源。第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三地面數(shù)據(jù)處理機構(gòu)地面數(shù)據(jù)處理機構(gòu)主要任務(wù)是對視頻進行視頻-影像轉(zhuǎn)換，進行系統(tǒng)誤差和圖像誤差校正。最后完成70x70毫米的粗制膠片、240X240毫米的粗制和精制膠片，以及計算機兼容磁帶（CCT）和數(shù)據(jù)光盤產(chǎn)品。第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感平臺第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感平臺遙感平臺是安裝遙感器的飛行器，是用于安置各種遙感儀器，使其從一定高度或距離對地面目標進行探測，并為其提供技術(shù)保障和工作條件的運載工具。對地觀測的遙感平臺應(yīng)能提供穩(wěn)定的對地定向，并對平臺飛行高度、速度等有特定的要求。高精度高分辨率的遙感器對平臺更有嚴格的要求，如平臺姿態(tài)控制和安裝精度的要求等。第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感平臺

紫外(0.3-0.4mm)可見光(0.4-0.7mm)紅外(0.7-14mm)反射紅外(0.7-3mm)近紅外(0.7-1.3mm)短波紅外(1.3-3mm)中紅外(3-6mm)遠紅外(6-15mm)熱紅外(8-14mm)微波(0.1-100cm)遙感平臺高度用途備注靜止衛(wèi)星36，000km定點地球觀測GMS地球觀測衛(wèi)星500－1000km定期地球觀測Landsat航天飛機240－350km不定期觀測無線探空儀100m-100km各種調(diào)查探空氣球高空噴氣機10000－12000m偵察，大范圍調(diào)查中低空飛機500－8000m航空攝影測量飛艇500－3000m空中偵察直升機100－2000m攝影測量無線遙控飛機500m以下各種調(diào)查牽引飛機50－500m牽引滑翔機系留氣球800m以下縮道10－40m遺跡考古調(diào)查吊車5－50m近距離攝影測量地面遙感0－30m地面實況調(diào)查第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三類型概念優(yōu)點航天遙感航空遙感近地遙感利用衛(wèi)星、航天飛機、宇宙飛船、航天空間站等攜帶遙感儀器的遙感覆蓋范圍大，不受領(lǐng)空限制，可進行定期、重復(fù)觀測利用飛機攜帶遙感儀器的遙感距地面高度在幾十米以內(nèi)的遙感機動性強，可以根據(jù)研究主題選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅?、適當(dāng)?shù)娘w行高度和飛行區(qū)域用于城市遙感、海面污染監(jiān)測、森林火災(zāi)監(jiān)測等中、高分辨率的遙感活動第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感數(shù)字圖像的獲取第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三傳感器傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三傳感器的工作原理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三傳感器的一般構(gòu)成電磁波幅射信息收集探測器信息處理信息輸出第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三傳感器的分類攝影機框幅式縫隙式全景式掃描儀雷達非成像傳感器第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三單鏡頭框幅式攝影機主要由收集器－物鏡和探測器－感光膠片組成，暗盒、快門、光欄及機械傳動裝置等。應(yīng)用：航空、航天攝影測量成像原理：同普通照相機應(yīng)用示例：

RMKA30/23攝影機

f:305.18mm;像幅：23×23mm；H:250km;1/m:1:820000;4-6s曝光一次。第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三縫隙式像機應(yīng)用：飛機或衛(wèi)星成像原理：當(dāng)飛機或衛(wèi)星向前飛行時，在相機焦平面上與航向垂直的狹隙中，對出現(xiàn)的與航向垂直，且與縫隙等寬的一條地面影像連續(xù)攝影。應(yīng)用實例：目前較少使用，是線陣CCD傳感器的基礎(chǔ)第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三縫隙式像機航線物鏡筒縫隙膠片卷繞第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三全景式攝像機在物鏡焦平面上平行于飛行方向設(shè)置一狹縫，隨物鏡作垂直航線方向掃描。由于物鏡擺動的幅面很大，可將航線兩邊地平線內(nèi)的影像攝入底片。航線擺動物鏡筒縫隙掃描方向飛行方向第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三多光譜攝像機在物鏡后加分光裝置，將光分解成多個光束；或利用響應(yīng)不同波段的多感光層膠片進行多光譜攝影。第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三掃描式傳感器逐點逐行以時序方式獲取二維圖像。第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三光機掃描儀第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三推帚式掃描儀第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三彩色攝像機的分光：棱鏡和濾色片分光RCCDGCCDBCCD紅外濾光片變焦鏡頭R/BCCDGCCD紅外濾光片變焦鏡頭青色濾光片紅、藍濾光片R/G/BCCD紅、綠、藍方格圖案濾光片紅外濾光片變焦鏡頭分色棱鏡二向分色棱鏡(a)三板式的棱鏡分光(b)二板式的二向色棱鏡分光(c)單板式的方格圖案濾色片分光色再現(xiàn)性好的濾色片是把綠色配置成方格，而在其間配置紅、藍濾色片。綠色多可盡量加寬亮度信號的帶寬。采用包含綠色成份的補色濾色片(白、青、黃)可以提高光的利用率。人眼和硅半導(dǎo)體相對不同波長光的敏感曲線第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三多波段影像紅波段.63-.69microns(4m)綠波段.52-.60microns(4m)近紅外波段.76-.90microns(4m)同時采集的全色影響色片.45-.90microns(1m)藍波段].45-.52microns(4m)第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感圖像數(shù)字化第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感數(shù)字圖像的表示方法遙感數(shù)字圖像可以理解為多維數(shù)組，每個像元的明暗程度記錄了成像瞬間對應(yīng)的物體的反射光強度（灰度），在遙感圖像其實質(zhì)就是探測范圍內(nèi)電磁輻能量分布圖

像元——像元是遙感影像上能夠詳細區(qū)分的最小單元第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感圖像的數(shù)字化采樣：按照一定的空間網(wǎng)格對連續(xù)圖像進行空間坐標的數(shù)字化量化：對采樣點的輻射值進行數(shù)字化即指從圖像灰度的連續(xù)變化中進行離散的采

樣，目前經(jīng)常使用的灰度量度有2級，64級，128級，256級。均勻數(shù)字化非均勻數(shù)字化第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三對圖像空間坐標的離散化，它決定了圖像的空間分辨率。用一個網(wǎng)格把待處理的圖像覆蓋，然后把每一小格上模擬圖像的各個亮度取平均值，作為該小方格中點的值。圖像的采樣遙感圖像的采樣第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感圖像的采樣方法：正方形點陣法、正三角形點陣法、正六角形點陣法采樣是按照間隔對圖像進行離散化的過程采樣點的像元值表示該點周圍某個小范圍內(nèi)的平均輻射值第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感圖像的量化將采樣過程中獲得的像元平均值按照一定的編碼規(guī)則劃分為若干等級

0－255第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三(a)256級灰度圖象(b)子圖(c)子圖對應(yīng)的量化數(shù)據(jù)圖像量化實例第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三量化的方法包括：分層量化、均勻量化和非均勻量化。分層量化是把每一個離散樣本的連續(xù)灰度值只分成有限多的層次。均勻量化是把原圖像灰度層次從最暗至最亮均勻分為有限個層次，如果采用不均勻分層就稱為非均勻量化。第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三(a)量化(b)量化為8bit量化示意圖第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三對一幅圖像，當(dāng)量化級數(shù)一定時，采樣點數(shù)對圖像質(zhì)量有著顯著的影響。采樣點數(shù)越多，圖像質(zhì)量越好；當(dāng)采樣點數(shù)減少時，圖上的塊狀效應(yīng)就逐漸明顯。當(dāng)圖像的采樣點數(shù)一定時，采用不同量化級數(shù)的圖像質(zhì)量也不一樣。量化級數(shù)越多，圖像質(zhì)量越好，當(dāng)量化級數(shù)越少時，圖像質(zhì)量越差，量化級數(shù)最小的極端情況就是二值圖像，圖像出現(xiàn)假輪廓。采樣點數(shù)和量化級數(shù)的關(guān)系第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三

(a)采樣點256×256時的圖像(b)采樣點64×64時的圖像(c)采樣點32×32時的圖像(d)采樣點16×16時的圖像

采樣點數(shù)與圖像質(zhì)量之間的關(guān)系第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三(a)量化為2級的Lena圖像(b)量化為16級的Lena圖像(c)量化為256級的Lena圖像

量化級數(shù)與圖像質(zhì)量之間的關(guān)系第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品特點第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感圖像的存儲模式磁帶、磁盤、光盤CCT－－－計算機兼容磁帶BIP—按像元波段交叉式，以一對像元為基本單位進行記錄BIL－按照掃描行為單位，各波段同一掃描行數(shù)據(jù)依次記錄BSQ－以波段為單位，每波段所有掃描行依次記錄第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感圖像的信息內(nèi)容波譜信息空間信息時間信息第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感圖像的波譜信息遙感圖像中每個像元的亮度值代表該像元中地物的平均輻射值，它隨地物的成分、紋理、狀態(tài)、表面特征以及電磁波段的不同而變化第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感系統(tǒng)的輻射分辨率指遙感探測器記錄地面反射、發(fā)射或后向散射的輻射通量對信號強度差異的敏感性，也稱為量化等級遙感圖像的輻射分辨率第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三光譜分辨率NIRSWIRMWIRLWIR400nm

70015003000RB500014000nmGPanchromatic:oneverywidebandLOWMultispectral:severaltotensofbandsMEDHyperspectral:

hundredsofnarrowbandsHIGH第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三NASAAVIRISCuprite,NV,HSIData,(1995)第50頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感衛(wèi)星：常用的遙感衛(wèi)星包括美國陸地衛(wèi)星Landsat、IKONOS衛(wèi)星、NOAA衛(wèi)星、法國SPOT衛(wèi)星、印度IRS-IC衛(wèi)星、中巴衛(wèi)星CBERS等。–

藍0.45-0.52μm–

綠0.52-0.60μm–

紅0.63-0.69μm–

近紅外0.76-0.90μm–

全色0.45-0.90μm--空間分辨率1、4m--時間分辨率：4天第51頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三AnAVIRIS(NASA)HSIImageCube第52頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三遙感圖像的空間信息空間頻率信息、邊緣和線性信息、結(jié)構(gòu)或紋理信息以及幾何信息等影響因素：空間分辨率、圖像投影性質(zhì)、比例尺、幾何畸變應(yīng)用：幾何校正－－空間信息恢復(fù)第53頁，