1、遥感遥感基基础础知知识识及遥感及遥感 图图像像处处理方理方法法郗郗凤凤明明2007年年8月月遥感遥感的基的基础础知知识识 遥感遥感；远远距距离离不接不接触触物物体体而而获获得得其其信信息。息。遥感遥感数据是数据是非非常重常重要要的的源源数据数据 遥感遥感原理及原理及遥遥感感过过程程很很复复杂杂 可可见见光光-反射反射红红外遥感外遥感 热红热红外遥外遥感感 微波微波遥遥感感电磁波谱太阳辐射光谱大气吸收 太阳辐射穿过大气层时，大气中的氧气、氮气、水蒸气等对不同波长的辐射有吸收作用大气窗口遥感数据的特征 空间分辨率 光谱分辨率 时间分辨率 辐射分辨率 空间分辨率：可以识别的最小地面距离或 是最小目标
2、的大小（指图像上能够详细区 分的最小单元的尺寸或大小）。表示方法一般有种：像元(pixel)：指单个像元所对应的地面面积的大小。如quickbird 一个像元相当地 面面积0.61m*0.61m;的一个像元相当 地面面积为28.5m*28.5m,多简称 线对数(line pairs)：对于摄影系统而言，影像最小单元常通过1mm间间隔隔内内包包含的含的线线 对对数数确确定定，单位为线对/mm。线对是指一对同等大小的明暗条纹或规则间隔的明暗 对数 瞬时视场(IFOV)：指遥感器单个探测 元件的受光角度或观测视野，单位为毫弧 度(mrad)。IFOV 越小，最小可分辨单元越 小，空间分辨率越高。一般
3、来说，遥感系统的空间分辨率越高，其识别物体的能力越强。如：NOAALANDSAT-SPOT-IKNOS-QUICKBIRD，空间分辨率逐渐增高，其识 别物体的能力也是逐渐增强光谱分辨率 指遥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。（通 道数、每个通道的中心波长、带宽）如黑白航片用一个综合波段(0.4-0.7微米)Landsat MSS/TM，个波段 MODIS有个波段 高光谱数据专题研究的针对性强，对物体 的识别精度高，遥感应用分析的效果好。但也有其缺点。时间分辨率Temporal resolution:是关于遥感影像间隔时间的一项性能指标。遥感器按照一个的 时间周期重
4、复采集数据，这个重复周期又 叫回归期。这种重复观测的最小时间间隔 称为时间分辨率。如：landsat 4、为天，为 天，为几小时。辐射分辨率辐射分辨率(radiant resolution)指遥感器对 对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。如：landsat/MSS起初以bits(取值范围 063);landsat 4,5/TM，个波段中的个 波段分辨率的，以bits(取值范围：0-255)；MOIDS 所有通道都用12bit(取值 范围：0-2048)空间分辨率与辐射分辨率的关系 瞬时视场（）越大，最小可分像 素越大，空间分辨率越低；但是 越大，光通量获得的入射量越大，辐射测 量越敏感，对微弱
5、能量差异的检测力越强，则辐射分辨率越高。因此空间分辨率的增 大，将伴随辐射分辨率降低。可见空间分 辨率与辐射分辨率难以两全。地物波谱 地物的电池波的响应特性随电磁波长改变 而有规律的变化。不同类型的地物，其电磁波响应特性不同，地物波谱特征是遥感识别地物的基础几种常见的地物波谱特征 植物 土壤 岩石植物 在可见光的蓝紫光波段，反射率低于，至绿光反射 率增高，曲线出现一个小反射峰（绿峰）之后，反射率急 剧下降至微米处，形成很深的红光吸收谷（红谷）进入红外区，反射率陡升，达到顶峰后，变化平缓，反射 率在左右，过微米处反射率明显下降，曲线 的起伏现象更突出。叶绿素吸收水分吸收卫卫 星星 及及卫卫星星
6、数据数据简简 介介(中国遥感卫星地面站网)Landsat卫星 Landsat是美国于1972年在世界上第1次发射的真正的地 球观测卫星。14号星均相继实效，现在运行的是5号星，6号星发射失败。1999年4月15日，陆地卫星-7(Landsat-7)发射成功。Landsat4、5、6号采用飞行高度为705km，轨道倾角为 98度的太阳同步准回归轨道，通过赤道时刻为地方平均时 上午9:39。它用16天时间对整个地球观测一遍，第17天返 回到同一地点的上空（17日回归）。卫星上搭载多光谱扫 描仪（MSS）和专题扫描仪（TM）两种遥感器。TM是4 号星以后搭载的。陆地卫星-7(Landsat-7)，轨
7、道高705km、倾角98.2 陆地卫星覆盖地球范围N 81-S81.5Landsat卫星数据的特点MSS（Multi Spectral Scanner)多光谱扫描仪，选 用可见光-近红外（0.5-1.1微米）谱段，四个波段。（landsat 1-3）18daysTM(Thematic Mapper)专题制图仪，使一种改进 的多光谱扫描仪，可见光-短波红外（0.45-12.5微 米）谱段，七个波段。（landsat 4-6）16daysETM（Enhanced Thematic Mapper）改进专题 制图仪，增加一个全色波段（pan）。（landsat 7）16days landsat 1-3
8、/MSS，空间分辨率为80m landsat 4-6/TM，可见光-短波红外（TM1-5，7）波段的空间分辨率为30m，TM6热红外 波段的空间分辨率为120m landsat 7/ETM，可见光-短波红外（ETM1-5，7）波段的空间分辨率为30m，ETM+热 红外波段的空间分辨率为60m，全色15m。Landsat卫星图像的扫描宽度为185km表表1 1 MSMSS S及及TMTM的的观测观测参参数数 单单位位：（：（mW/cmW/cm m2 2.srsr）遥感器遥感器波段波段波波长长范范围围（m m）空空间间分辨率分辨率MSSMSS4 40.5-0.5-0 0.6 6 绿绿色色80m80
9、m5 50.6-0.6-0 0.7 7 红红色色80m80m6 60.7-0.7-0 0.8 8 近近红红外外80m80m7 70.8-0.8-1 1.1 1 近近红红外外80m80mTMTM1 10.450.45-0 0.5.52 2 蓝蓝色色30m30m2 20.50.52 2 0.60.60 0 绿绿色色30m30m3 30.630.63-0 0.6.69 9 红红色色30m30m4 40.760.76-0 0.9.90 0 近近红红外外30m30m5 51.551.55-1 1.7.75 5 短波短波红红外外30m30m6 610.410.4-1 12.2.5 5 热红热红外外120m
10、120m7 72.082.08-2 2.3.35 5 短波短波红红外外30m30m陆地卫星7号携带了增 强型主题成像传感器（ETM+）近极近环形太阳同步轨道 轨道高度：705公里 倾角:98.22o 运行周期：98.9分钟 24小时绕地球:15圈 穿越赤道时间:上午10点 扫描带宽度:185公里 重复周期:16天 卫星绕行:233圈1景约相当地面上185170km2的面积。波段号波段号类类型型波波谱谱范范围围地面地面 分辨率分辨率1Blue-Green0.450-0.51530m2Green0.525-0.60530m3 Red0.630-0.6930m4 Near IR0.775-0.903
11、0m5 SWIR1.550-1.7530m6LWIR10.40-12.560m7SWIR2.090-2.3530m8 Pan0.520-0.9015m MSS,TM的数据是以景为单元构成的，各景的位置根据卫星轨道所确定的轨道号和由 中心纬度所确定的行号进行确定。这一系 统称WRS（world reference system），中 国全土可用轨道号从113到151，行号从23 到45的约530景覆盖。沈阳市119-31 一景TM影像大约230M、MSS为30M、ETM为398M 光学机械扫描系统TM影像数影像数据特据特点点 TM1：0.45-0.52微米，蓝蓝波段。波段。对对水体穿透水体穿透力
12、力强强，对叶绿素 与叶色素浓度反映敏感，有助于判别水深、水中叶绿素分布、沿岸水和进行近海水域制图等。TM2：0.52-0.60微米，绿绿波段。波段。对对健康茂盛健康茂盛植植物物绿绿反射敏反射敏 感，感，对对水水的的穿穿透力透力较较强强。用于探测健康植物绿色反射率，按“绿峰”反射评价植物生活力，区分林型、树种和反映水下 特征等。对水体金属污染和化学污染研究的效果好。TMTM3 3：0.63-0.69微米，红红波波段，段，为为叶叶绿绿素的主要吸收素的主要吸收波波段段。反映不同植物的叶绿素吸收、植物健康状况，用于区分植物 种类与植物覆盖度。其信息量大，为可见光最佳波段。广泛 应用于地貌、岩性、土壤、
13、植被、水中泥沙流等方面的观测。TM4：0.76-0.90微米，近近红红外波段。外波段。对绿对绿色色植植物物类别类别差异差异 最敏最敏感感（受植物细胞结构控制），为植物通用波段。用于生 物量调查、作物长势测定、水域判别等。TM5：1.55-1.75微米，中红外波段。处于水的吸收带（1.4-1.9微米）内，反反映含水量敏感映含水量敏感，用于土壤湿度、用于土壤湿度、植物含水植物含水量量调调查查、水分状况的研究、水分状况的研究，作物长势分析等，从而提高了区分不同作物类型的能力。易于区分云与雪。TM6：10.4-12.5微米，热红外波段。可以根据辐射响应 的差别，区分区分农农、林林覆覆盖盖类类型，辨型，
14、辨别别地面湿度、地面湿度、水水体、体、岩石岩石，以及监测与人类活动有关的热特征，进行热制图。TM7：2.08-2.35微米，中中红红外外波波段段。此此为为地地质质学学家家增增加加 的的波波段段。处于水的强吸收带，水体呈黑色。可用于区分 主要岩石类型、岩石的水热蚀变，探测与岩石有关的粘 土矿物等。TM影像数影像数据特据特点点Tm数据5个具有明确意义的特征变量 亮度：构成亮度的主要成分是可见光tm1，2，3 的灰度值代表可见光蓝、绿、红光的亮度。Tm4，5 对亮度也有贡献 绿度：对绿度贡献最大的是对植物高反射的TM4。TM3与TM4 呈负相关NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)湿度：TM5，7
15、处于水吸收带之间，受到水吸收带 控制，对湿度反映敏感 透射度：Tm1、2 研究水深，水下地形，浑浊度 热度：TM6 热红外波段 陆地卫星影像常以彩色方式表现 最常用的是:标准假彩色：MSS：7，5，4 分别付给R，G，B TM：4，3，2 分别付给R，G，B 天然真彩色：1-B2-G3-RSPOT SPOT是地球观察卫星系统。是由瑞典、比利时等 国家参加，由法国国家空间研究中心（CNES）设 计制造的。1986年发射第一颗，到1998年已经发射 了四颗。SPOT的轨道是太阳同步圆形近极地轨道，高度830 km左右，卫星的覆盖周期是26天，重复感 测能力一般35天，部分地区达到1天。法国SPOT
16、-4 1998年3月发射，卫星轨道参数：轨道高度：832公里轨道倾角：98.721o轨道周期：101.469分/圈 重复周期：369圈/26天 降交点时间：上午10：30分 扫描带宽度：60 公里两侧侧视：+/-27o 扫描带宽：950公里SPOT 4 传感器为2台高分辩率可见光扫描仪（High Resolution Visible sensorHRV），它能满足资源调查、环境管理与监测、农作物估 产、地质与矿产勘探、土地利用、测制地图 及地图更新等多方面的需求。SPOTHRV 优点：图像空间分辨率高，可达10-20米。地面扫描宽度117公里（每台60公里，两台间重叠3公里）。灵敏度高。在良好的光照条件下可探测出低于0.5%的地面反射变化。带有可定向的反射镜，使仪器具有偏离天顶点（倾 斜）观察的能力（倾角27o），可获得垂直与倾斜 图像，使重复周期从26天缩短到4-5天。具有立体观测能力。SPOTSPOT 4，在3 的增加了宽视植被探测仪VGT VGT的分辨率是1.15km扫描宽度为：2250kmSPOT 5，在改进4 的基础上增加了1台高分 辨率立体成像仪，空间分辨率可达2.5mSP
