遙感地質學1.遙感基礎理論及方法

1、,遙 感概論B(礦調) 第一部分 遙感基礎理論及方法 第二部分 遙感地質 徐元進 yuanjinxu@163.com 18107278186,教學評價指標,課程特殊性，圖多、字少,實驗課作業(yè)和課堂作業(yè),平時，最后一次課,平時40%（課堂:15% ,上機:15%和作業(yè):10%），閉卷考試60%,,參考書

2、 1.梅安新等.遙感導論.北京：高等教育出版社,2001. 2.朱亮璞等,遙感地質學.北京:地質出版社,1994. 3.田淑芳等.遙感地質學.北京:地質出版社,2013.,,遙 感概論B- 遙感基礎理論及方法,第一章 遙感緒論 第二章 遙感原理 第三章 遙感數據 第四章 遙感數據的校正 第五

3、章 遙感圖像的處理,,,第一章 遙感緒論,§1 遙感概念和遙感數據 §2 遙感的特點 §3 遙感平臺 §4 遙感數據的類型 §5 遙感數據的應用領域 §6 遙感的發(fā)展簡況,,遙感( Remote Sensing )概念 廣義：泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波（聲波、地震波）等的探測。 遙感定義：

4、是從遠處探測感知物體，也就是不直接接觸物體，從遠處通過探測儀器接收來自目標地物的電磁波信息，經過對信息的處理，判別出目標地物的屬性。,§1 遙感概念和遙感數據,遙感數據 太陽輻射經過大氣層到達地面，一部分與地面發(fā)生作用后反射，再次經過大氣層，到達傳感器。傳感器將這部分能量記錄下來，傳回地面，即為遙感數據。,§1 遙感概念和遙感數據,遙感數據獲取原理,什么是傳感器？,傳感器是收集、量測和記錄遙遠目

5、標的信息的儀器，是遙感技術系統(tǒng)的核心。傳感器一般由信息收集、探測系統(tǒng)、信息處理和信息輸出4部分組成。,,遙感數據示例,,本圖為TM圖像；黃河入海口，反映泥沙堆積；拍攝時間為1990年。,大面積的同步觀測(…)。時效性(…)。數據的綜合性和可比性(…)。經濟性(…)。局限性(…)。,遙感探測可以在短時間內對同一地區(qū)進行重復探測，監(jiān)測地球上許多事物的動態(tài)變化。一般地球資源衛(wèi)星8~9天可重復一次，氣象衛(wèi)星每天兩次，而傳統(tǒng)的地面調

6、查需要花費大量的人力和物力，且周期很長。因此，遙感方法具有很好的時效性。遙感在天氣預報、火災和水災監(jiān)測以及軍事行動等領域的應用，反映了遙感方法的時效性優(yōu)勢。,如一幅Landsat圖像，覆蓋面積185 km×185 km， 在5~6 min內可完成掃描，實現(xiàn)對地的大面積同步觀測。所取得的數據可進行大面積資源和環(huán)境調查，并且不受地形阻隔等限制。,遙感獲得的地物電磁波特性數據綜合地反映了地球上許多自然、人文信息，客觀地記錄了地面的實

7、際狀況，數據綜合性很強。 同時，不同的衛(wèi)星傳感器獲得的同一地區(qū)的數據以及同一傳感器在不同時間獲得的同一地區(qū)的數據，均具有可比性。,從投入的費用與所獲取的效益看，遙感與傳統(tǒng)的方法相比，可以大大地節(jié)省人力、物力、財力和時間，具有很高的經濟效益和社會效益。如Landsat衛(wèi)星的投入與效益比估計為1:80 。,,,,,信息的提取方法不能滿足遙感快速發(fā)展的要求。數據的挖掘技術不完善，使得大量的遙感數據無法有效利用。,,§2 遙

8、感的特點,遙感平臺是裝載傳感器的運載工具,按高度分為： 地面平臺：為航空和航天遙感作校準和輔助工作。 航空平臺：80 km以下的平臺，包括飛機和氣球。 航天平臺：80 km以上的平臺，包括高空探測火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機。 人造地球衛(wèi)星的類型： 低高度、短壽命衛(wèi)星：150～350 km，用于軍事。 中高度、長壽命衛(wèi)星：350～1800 km，地球資源。

9、 高高度、長壽命衛(wèi)星：約3600 km，通信和氣象。,§3 遙感平臺,按平臺分 地面遙感、航空遙感、航天遙感數據。按電磁波段分 可見光遙感、紅外遙感、微波遙感、紫外遙感數據等。按傳感器的工作方式分 主動遙感：由探測器主動發(fā)射一定電磁波能量并接收目標的后向散射信息的遙感方式。 被動遙感：傳感器不向目標發(fā)射電磁波，僅被動接收目標物的自身發(fā)射和對自

10、然輻射源的反射能量的遙感方式。,§4 遙感數據的類型,林業(yè)：清查森林資源、監(jiān)測森林火災和病蟲害。農業(yè)：作物估產、作物長勢及病蟲害預報。水文與海洋：水資源調查、水資源動態(tài)研究、冰雪監(jiān)控、海洋漁業(yè)。國土資源：國土資源調查、規(guī)劃和政府決策。氣象：天氣預報、氣候預報、全球氣候演變研究。-

11、 -,§5 遙感數據的應用領域(一),環(huán)境監(jiān)測：水污染、海洋油污染、大氣污染、固體垃圾等及其預報。測繪：航空攝影測量測繪地形圖、編制各種類型的專題地圖和影像地圖。城市：城市綜合調查、規(guī)劃及發(fā)展。考古：遺址調查、預報。地理信息系統(tǒng)：基礎數據、更新數據。,§5 遙感數據的應用領域(二),照相機、氣球、飛

12、機構成初期遙感技術系統(tǒng)。1962年在美國密歇根大學召開的第一次國際環(huán)境遙感討論會上，美國海軍研究局的Eretyn Pruitt（伊·普魯伊特）首次提出“Remote Sensing”一詞，會后被普遍采用至今。二次大戰(zhàn)中的航空偵察促進了航空攝影技術的發(fā)展。,§6 遙感的發(fā)展簡況(一),20世紀60年代以來，蘇美空間技術竟相發(fā)展，分別發(fā)射了一系列的空間計劃衛(wèi)星，促進了航天遙感技術的發(fā)展。20世紀70年代，空間技術轉

13、向為人類服務，地球資源技術衛(wèi)星誕生。20世紀80年代，地球資源技術衛(wèi)星的傳感器技術不斷提高。20世紀90年代，除美蘇外，其他國家均發(fā)射了各種資源衛(wèi)星。目前，高分辨率的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展迅速。,§6 遙感的發(fā)展簡況(二),,第二章 遙感原理,§1 遙感的電磁波譜 §2 太陽輻射 §3 太陽輻射與地物的作用 §4 各典型地物的光譜曲線,

14、,電磁波譜 按電磁波波長的長短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。 依次為： γ射線—X射線—紫外線—可見光—紅外線—微波—無線電波。,,§1 遙感的電磁波譜,電磁波譜,紫外線：波長范圍為0.01～0.38μm，太陽光譜中，只有0.3～0.38μm波長的光到達地面，對油污染敏感，但探測高度在2000 m以下?？梢姽猓翰ㄩL范圍：0.38～0.76μm，人眼對可見光有敏銳的感覺，是遙感技術應用中的重要波

15、段。紅外線：波長范圍為0.76～1000μm，根據性質分為近紅外、中紅外、遠紅外和超遠紅外。微波：波長范圍為1 mm～1 m，穿透性好，不受云霧的影響。,遙感應用的電磁波譜段,近紅外：0.76～3.0 µm，與可見光相似。 中紅外：3.0～6.0 µm，地面常溫下的輻射波長，有熱感，又叫熱紅外。 遠紅外：6.0～15.0 µm，地面常溫下的輻射波長，有熱感，又叫熱紅外。 超

16、遠紅外：15.0～1 000 µm，多被大氣吸收，遙感探測器一般無法探測。,紅外線的劃分,太陽輻射：太陽是遙感主要的輻射源，又叫太陽光。從太陽光譜曲線可以看出(…)：,§2 太陽輻射,,太陽光譜相當于約6000 K的黑體輻射；太陽輻射的能量主要集中在可見光，其中0.38 ～ 0.76 µm的可見光能量占太陽輻射總能量的46%，最大輻射強度位于波長0.47 µm左右；到達地面的太陽輻射主要集中

17、在0.3 ～ 3.0 µm波段，包括近紫外、可見光、近紅外和中紅外；經過大氣層的太陽輻射有很大的衰減；各波段的衰減是不均衡的。,,如果一個物體對于任何波長的電磁輻射都全部吸收，則這個物體是絕對黑體。,,太陽輻射（2）,地球表面的太陽輻照度曲線,太陽輻射與地表的相互作用(…)地物的反射率(…)漫反射(…)鏡面反射(…),§3 太陽輻射與地物的作用,太陽輻射到達地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：

18、 到達地面的太陽輻射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量地表反射的太陽輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。一般而言，絕大多數物體對可見光都不具備透射能力，而有些物體如水，對一定波長的電磁波則透射能力較強，特別是0. 45~0. 56μm的藍綠光波段。一般水體的透射深度可達10～20 m，清澈水體可達100 m的深度。地表吸收太陽輻射后具有約300 K的溫度，從而形成自身的熱輻射，其峰值波長為9.66 μm，主要集中在長波，即

19、6μm以上的熱紅外區(qū)段。,,反射率（ρ）：地物的反射能量與入射總能量的比，即ρ=(Pρ/ P 0)×100%。地物在不同波段的反射率是不同的。反射率是可以測定的。反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關。地物的反射光譜曲線：反射率隨波長變化的曲線。,,不論入射方向如何，其反射出來的能量在各個方向是一致的。一般地物的反射近似漫反射，但各個方向反射的能量大小不同。,,物體的反射滿足反射定律，入射角等于反射角。只有在反射

20、波射出的方向才能探測到電磁波，水面是近似的鏡面反射，在遙感圖像上水面有時很亮，有時很暗，就是這個原因造成的。,,,大氣的吸收作用： 大氣中的各種成分對太陽輻射有選擇性吸收，形成太陽輻射的大氣吸收帶（如下表）。,大氣的吸收作用,大氣的散射作用,不同于吸收作用，只改變傳播方向，不能轉變?yōu)閮饶?。大氣的散射是太陽輻射衰減的主要原因。對遙感圖像來說，降低了傳感器接收數據的質量，造成圖像模糊不清。散射主要發(fā)生在可見光區(qū)。大氣發(fā)生的散射

21、主要有三種： 瑞利散射：d >λ,,大氣窗口,概念：由于大氣層的反射、散射和吸收作用，使得太陽輻射的各波段受到衰減的作用輕重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我們就把受到大氣衰減作用較輕、透射率較高的波段叫大氣窗口。,植被光譜曲線 土壤光譜曲線 水體光譜曲線 巖石光譜曲線 常見地物比較光譜曲線,§4 各典型地物的光譜曲線,,植物的光譜曲線,土壤的光譜曲線,,,,水體的光譜曲線,,巖石的光譜曲線,,,常見

22、地物的光譜曲線比較,,,常見地物的光譜曲線比較,第一節(jié) 傳感器 第二節(jié) 遙感數據的分辨率 第三節(jié) 航空遙感數據 第四節(jié) 地球資源衛(wèi)星數據,第三章 遙感數據,,一、傳感器的定義和功能傳感器是收集、探測、記錄地物電磁波輻射信息的工具。它的性能決定遙感的能力，即傳感器對電磁波段的響應能力、傳感器的空間分辨率及圖像的幾何特征、傳感器獲取地物信息量的大小和可靠程度。,&

23、#167;1 傳感器,二、傳感器的分類按工作方式分為： 主動方式傳感器：側視雷達、激光雷達、微波輻射計。 被動方式傳感器：航空攝影機、多光譜掃描儀（MSS）、TM、ETM、HRV、紅外掃描儀等。,§1 傳感器,ETM傳感器的構造,,,,,1. 主框架2. 太陽陰影孔隙3. 掃描鏡4. 初掃描鏡5. 次掃描鏡6. 主焦平面7. 混合預放大器8. 校正梭9. 黑體10. 后置光學裝置11.

24、 輻射冷卻器12. 電路板裝置13. 對地遮蔽,14. 電子調制解調器15. 電源供應16. 熱控制窗17. 全孔徑校正裝置,ETM的組成,輻射冷卻器,Y方向速度,反射鏡和探測器,太陽陰影,設備孔,來自地面輻射,全孔徑校正門,電子設備,像底點,熱輻射門,,Landsat 衛(wèi)星的TM傳感器,冷卻門,全孔徑校正器,對地傳感器裝配,像底點,換向X波段天線,S波段天線,Y方向速度,太陽板陣列,粗太陽敏感器,設備孔,,,ETM傳感器,

25、ETM傳感器結構圖,,冷卻門,全孔徑校正器,對地傳感器裝配,像底點,換向X波段天線,S波段天線,Y方向速度,太陽板陣列,粗太陽敏感器,設備孔,三、掃描方式的傳感器光機掃描儀 用光學系統(tǒng)接收來自目標地物的輻射，并分成幾個不同的光譜段，使用探測儀器把光信號轉變?yōu)殡娦盘?，同時發(fā)射信號回地面，如MSS、TM等。 分為紅外掃描儀和多光譜掃描儀。推帚式掃描儀 用平行排列的CCD探測桿收集地面輻射信息，

26、每根探測桿由3 000/6 000個CCD元件呈一字排列，負責收集某一波段的地面輻射信息，是推帚式掃描成像。,§1 傳感器,,推帚式掃描儀工作原理圖,,四、微波遙感的傳感器主動微波遙感(…)雷達側視雷達合成孔徑側視雷達被動微波遙感（…),是指通過向目標地物發(fā)射微波并接受其后向輻射信號來實現(xiàn)對地觀測的遙感方式。主要傳感器為雷達，此外還有微波高度計和微波散射計。,是指通過傳感器，接受來自目標地物發(fā)射的微波，而達到探測目的

27、的遙感方式。被動接受目標地物微波輻射的傳感器為微波輻射計，被動探測目標地物微波散射特性的傳感器為微波散射計。,,,,,§1 傳感器,,雷 達,雷達（Radar）意為無線電測距和定位。其工作波段都在微波范圍,少數也利用其他波段。按照雷達的工作方式可分為：成像雷達和非成像雷達。成像雷達中又可分為真實孔徑側視雷達和合成孔徑側視雷達。雷達是由發(fā)射機通過天線在很短的時間內，向目標地物發(fā)射一束很窄的大功率電磁波脈沖，然后用同一天線接

28、收目標地物反射的回波信號而進行顯示的一種傳感器。,側視雷達,側視雷達的天線與遙感平臺的運動方向形成角度，朝向一側或兩側傾斜安裝，向側下發(fā)射微波，接收回波信號（包括振幅、位相、極化）。側視雷達的分辨率可分為：距離分辨率（垂直于飛行的方向）和方位分辨率（平行于飛行的方向）。,合成孔徑側視雷達是利用遙感平臺的前進運動，將一個小孔徑的天線安裝在平臺的側方，以代替大孔徑的天線，提高方位分辨率的雷達。遙感平臺在勻速前進運動中，以一定的時間間隔發(fā)

29、射一個脈沖信號，天線在不同的位置上接收回波信號，并記錄和儲存下來。,,合成孔徑側視雷達,§2 遙感數據的分辨率,圖像的空間分辨率：指像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時視場，或地面物體能分辨的最小單元。波譜分辨率：傳感器能分辨的最小波長間隔。間隔越小，波譜分辨率越高。,遙感數據的分辨率,§3 地球資源衛(wèi)星數據(…),,以探測陸地資源為目的的衛(wèi)星叫陸地資源衛(wèi)星。目前，主要的陸地資源衛(wèi)星有：（1）美國陸地衛(wèi)

30、星(Landsat)；（2）法國陸地觀測衛(wèi)星(SPOT)；（3）歐空局地球資源衛(wèi)星(ERS)；（4）俄羅斯鉆石衛(wèi)星(ALMAZ)；（5）日本地球資源衛(wèi)星(JERS)；（6）印度遙感衛(wèi)星(IRS)；（7）中-巴地球資源衛(wèi)星（CBERS）。,一、Landsat數據陸地衛(wèi)星Landsat，1972年發(fā)射第一顆，已連續(xù)31年為人類提供陸地衛(wèi)星圖像，共發(fā)射了7顆，產品主要有MSS,TM,ETM，屬于中高度、長壽命的衛(wèi)星。陸地衛(wèi)星的

31、運行特點： （1）近極地、近圓形的軌道； （2）軌道高度為700～900 km； （3）運行周期為99～103 min/圈； （4）軌道與太陽同步。,§3 地球資源衛(wèi)星數據,Landsat軌道參數,,Landsat衛(wèi)星的傳感器,(1) MSS：多光譜掃描儀，5個波段。(2) TM ：主題繪圖儀，7個波段。(3) ETM+：增強主題繪圖儀，8個波段。,,Landsat數據系列,,MSS的波譜段,,MSS數據

32、獲取原理圖,,MSS數據是一種多光譜段光學—機械掃描儀所獲得的遙感數據。,TM數據(…)的波譜段,,TM數據是第二代多光譜段光學——機械掃描儀，是在MSS基礎上改進和發(fā)展而成的一種遙感器。TM采取雙向掃描，提高了掃描效率，縮短了停頓時間，并提高了檢測器的接收靈敏度。,,TM數據獲取的傳感器,,ETM數據(…)的波譜段,ETM數據是第三代推帚式掃描儀，是在TM基礎上改進和發(fā)展而成的一種遙感器。,,二、 SPOT數據1978年起，以法國為

33、主，聯(lián)合比利時、瑞典等歐共體某些國家，設計、研制了一顆名為“地球觀測實驗系統(tǒng)”(SPOT)的衛(wèi)星，也叫做“地球觀測實驗衛(wèi)星”。 SPOT1，1986年2月發(fā)射，至今還在運行。 SPOT2，1990年1月發(fā)射，至今還在運行。 SPOT3，1993年9月發(fā)射，1997年11月14日停止運行。 SPOT4，1998年3月發(fā)射，至今還在運行。 SPOT5, 2002年5月4日凌晨當地時間1時31

34、分，在法屬圭亞那衛(wèi)星發(fā)射中心由阿里亞娜4號火箭運載成功發(fā)射。中等高度（832 km)圓形近極地太陽同步軌道。 主要成像系統(tǒng):高分辨率可見光掃描儀（HRV，HRG），VEGETATION，HRS。,§3 地球資源衛(wèi)星數據,SPOT衛(wèi)星的軌道參數,SPOT衛(wèi)星的運行,軌道,HRV裝備,SPOT衛(wèi)星群的組合,,SPOT的HRV波譜段,SPOT1~3號衛(wèi)星上攜帶兩臺HRV傳感器。,HRV數據采集原理,HRV是推帚式掃描儀

35、。探測元件為4根平行的CCD線列，每根探測一個波段，每線含3 000（HRV1～3）或6 000（PAN波段）個CCD元件。,SPOT傳感器,,,SPOT的HRG、HRS波譜段,SPOT5衛(wèi)星上HRG（高分辨率幾何裝置）與HRV基本相同。 HRS是SPOT5特有的一個高分辨率立體成像裝置，工作波段0.48～0.71 μm 。,三、IKONOS數據自從l994年3月lO日美國克林頓政府頒布關于商業(yè)遙感數據銷售新政策以來，解禁了過

36、去不準10~1 m級分辨率圖像商業(yè)銷售，使得高分辨率衛(wèi)星遙感成像系統(tǒng)迅速發(fā)展起來。 美國空間成像公司(Space-Imaging)的IKONOS衛(wèi)星是最早獲得許可之一。經過5年的努力，于1999年9月24日空間成像公司率先將IKONOS-2高分辨率(全色1 m，多光譜4 m)衛(wèi)星，由加州瓦登伯格空軍基地發(fā)射升空。,,,,,§3 地球資源衛(wèi)星數據,具有太陽同步軌道，傾角為98.1°。設計高度681km(赤道上)，軌

37、道周期為98.3 min，下降角在上午10:30，重復周期l～3 d。攜帶一個全色1 m分辨率傳感器和一個四波段4 m分辨率的多光譜傳感器。 傳感器由三個CCD陣列構成三線陣推掃成像系統(tǒng)。,,,,,IKONOS數據,IKONOS光譜段,全色光譜響應范圍： 0.15～0.90μm而多光譜則相應于Landsat-TM的波段： MSI-1 0.45～0.52μm 藍綠波段 MSI-2 0.52～0.60μm

38、 綠紅波段 MSI-3 0.63～0.69μm 紅波段 MSI-4 0.76～0.90μm 近紅外波段,IKONOS數據特點,數據來源：美國IKONOS衛(wèi)星。太陽同步軌道，重復周期1~3 d。傳感器(…)。IKONOS影像獲取模式(…)。MTF補償(…)。星歷與姿態(tài)量測(…)。,IKONOS的傳感器包括一個全色1m分辨率傳感器和一個四波段4m分辨率的多光譜傳感器。,IKONOS傳感器是三線陣CC

39、D推帚式成像，因此在正常模式下，它可取得正視、后視和前視推掃成像。,IKONOS圖像可以實現(xiàn)模量傳遞函數(MTF)的補償，為此衛(wèi)星的傳感器設計了進行MTF的測量。有了這些測量值，可以對因光學和檢測器等引起的像質模糊進行補償。,IKONOS衛(wèi)星內設有GPS天線，接收的信號被記錄下來，經過處理可以提供每個圖像的星歷參數；傳感器系統(tǒng)設計有三軸穩(wěn)定裝置和量測裝置，以獲得相應姿態(tài)數據。,,,,,IKONOS衛(wèi)星的外形,IKONOS衛(wèi)星圖像,IKO

40、NOS 圖像,地區(qū)：上海浦東,分辨率： 1 m,采集時間： 2000年 3月26日,四、QuickBird數據美國DigitalGlobe公司的高分辨率商業(yè)衛(wèi)星，于2001年10月18日在美國發(fā)射成功。衛(wèi)星軌道高度450 km,傾角98°,衛(wèi)星重訪周期1～6 d（與緯度有關）。QuickBird圖像，目前是世界上分辨率最高的遙感數據，為0.61 m，幅寬16.5 km?？蓱糜谥茍D、城市詳細規(guī)劃、環(huán)境管理、農業(yè)

41、評估。,§3 地球資源衛(wèi)星數據,QuickBird數據的光譜段,Quickbird傳感器為推掃式成像掃描儀,QuickBird 傳感器結構圖,,QuickBird 影像圖,多光譜影像分辨率2.8 m,QuickBird 影像圖,華盛頓紀念碑,五、CBERS數據特點數據來源：中巴地球資源衛(wèi)星。太陽同步極地軌道。 傳感器(…)：,,CBERS具有三臺成像傳感器：高分辨率CCD像機(CCD)、紅外多譜段掃描儀(IR-

42、MSS)、廣角成像儀(WFI)。,§3 地球資源衛(wèi)星數據,CBERS數據,CBERS計劃是中國和巴西為研制遙感衛(wèi)星合作進行的一項計劃。 CBERS采用太陽同步極軌道。軌道高度778 km軌道，傾角是98.5°。每天繞地球飛行14圈。衛(wèi)星穿越赤道時當地時間總是上午10:30，這樣可以在不同的天數里為衛(wèi)星提供相同的成像光照條件。衛(wèi)星重訪地球上相同地點的周期為26天。,于1997年10月發(fā)射CBERS-l；19

43、99年10月發(fā)射CBERS-2。衛(wèi)星設計壽命為2年。三臺成像傳感器為：廣角成像儀(WFI)、高分辨率CCD像機(CCD)、紅外多譜段掃描儀(IR-MSS)。以不同的地面分辨率覆蓋觀測區(qū)域：WFI的分辨率可達256m，IR-MSS可達78m和156m，CCD為19.5m。,CBERS數據,CBERS衛(wèi)星傳感器,CBERS衛(wèi)星系統(tǒng),數據權限平臺（DCP）,監(jiān)控站,CBERS衛(wèi)星,數據接收站,測控中心,圖像處理中心,任務中心,CBER

44、S的CCD光譜段,高分辨率CCD像機具有與陸地衛(wèi)星的TM類似的幾個譜段(5個譜段)，其星下點分辨率為19.5m，高于TM；覆蓋寬度為113 km。 B1:0.45～0.52μm，藍。 B2:0.52～0.59μm，綠。 B3:0.63～0.69μm，紅。 B4:0.77～0.89μm，近紅外。 B5:0.51～0.73μm，全波段。,CBERS的IRMSS光譜段,紅外多光譜掃描

45、儀IRMSS(4個譜段)，覆蓋寬度為119.5 km。 B6:0.50～1.10μm，藍綠～近紅外, 分辨率77.8 m。 B7:1.55～1.75μm，近紅外相當于TM5,分辨率為77.8 m。 B8:2.08～2.35μm，近紅外相當于TM7,分辨率為77.8 m。 B9:10.4～12.5μm，熱紅外相當于TM6,分辨率為156 m。,CBERS的WFI光譜段,廣角成像儀WFI(2個譜段)，

46、覆蓋寬度890 km。 B10:0.63～0.69μm，紅,分辨率為256 m。 B11:0.77～0.89μm，近紅外,分辨率為256 m。,六、JERS數據數據來源：日本地球資源衛(wèi)星。近圓形、近極地、太陽同步、中等高度軌道。是一顆將光學傳感器和合成孔徑雷達系統(tǒng)置于同一平臺上的衛(wèi)星，主要用途是觀測地球陸域，進行地學研究等。共有3臺遙感器：可見光近紅外輻射計（VNR）、短波紅外輻射（SWIR）、合成孔徑雷達（SA

47、R）。,§3 地球資源衛(wèi)星數據,JERS-1 SAR傳感器,合成孔徑雷達(SAR) SAR是一套多波束合成孔徑雷達，工作頻率為 5.3 GHz，屬C頻段，HH極化。SAR掃描左側地面。 它有5種工作模式，5種模式的照射帶分別為： 500km, 300 km, 200 km, 300 km與500km，800km。 地面分辨率分別為28m×2

48、5 m，28m×25 m，9 m×l0 m，30 m×35 m與55 m×32 m，28m×31m。,,JERS Image,,地點：美國內華達州JERS 圖像,七、IRS數據及特點數據來源：印度遙感衛(wèi)星1號。太陽同步極地軌道。該衛(wèi)星載有三種傳感器：全色像機（PAN）（…）；線性成像自掃描儀（LISS）（…）；廣域傳感器（WiFS）（…）。,PAN數據運用CCD推掃描方式成

49、像，地面分辨率高達5.8m，帶寬70km，光譜范圍0.5～0.75μm，具有立體成像能力和可在5天內重復拍攝同一地區(qū)。運用其資料可以建立詳細的數字化制圖數據和數字高程模型（DEM）。,LISS數據在可見光和近紅外譜段的地面分辨率為23.5m，在短波紅外譜段的分辨率為70m，帶寬141km，有利于研究農作物含水成分和估算葉冠指數，并能在更小的面積上更精確地區(qū)分植被，也能提高專題數據的測繪精度。,WiFS數據是雙譜段像機，用于動態(tài)監(jiān)測與自然

50、資源管理。兩個波譜段是可見光與近紅外，地面分辨率為188.3m，帶寬810km。它特別有利于自然資源監(jiān)測和動態(tài)現(xiàn)象（洪水、干旱、森林火災等）監(jiān)測，也可用于農作物長勢、種植分類、輪種、收割等方面的觀察。,,,,§3 地球資源衛(wèi)星數據,,IRS 圖像,第四章 遙感數據的校正,§1 輻射校正§2 幾何校正§3 鑲嵌處理,,§1 輻射校正,一、遙感圖像的輻射誤差主要有三個因素傳感器的光

51、電變換 （…)大氣的影響(…) 光照條件 (…),傳感器在光電變換的過程中，對各波段的靈敏度是有差異的，也就是說，傳感器對各波段的光譜響應是不同的，由此造成輻射畸變。另外，傳感器的光學鏡頭的非均勻性，會引起邊緣減光，也會造成圖像輻射的畸變。,地物（目標物）的輻射（反射）經過大氣層時，與大氣層發(fā)生散射作用和吸收作用。吸收作用直接降低地物的輻射能量，引起輻射畸變。散射作用除降低地物的輻射能量外，大氣散射的部分輻射還會進入傳感

52、器，直接疊加在目標地物的輻射能量之中，成為目標地物的噪聲，降低了圖像的質量。,光照條件的不同也會引起輻射畸變，如太陽高度角、地面坡度等，都會引起輻射的畸變。,,,,,二、鏡頭輻射畸變的校正 在使用透鏡的光學系統(tǒng)中，由于透鏡光學特性，其鏡頭中心和邊緣的透射光強度不一致，使同類地物在圖像上不同位置有不同的灰度值，一般是邊緣部分比中間部分暗。在這類光學系統(tǒng)中，一幅圖像上各像點光的強度分布符合以下規(guī)律：

53、 Ep=E0 cos4θ,鏡頭的輻射畸變圖示,§1 輻射校正,三、光電變換的輻射誤差校正光電變換的掃描儀，輻射誤差主要有兩類： (1)光電轉換誤差； (2)探測器增益變化引起的誤差。 對于該兩項誤差，衛(wèi)星接收站地面處理系統(tǒng)通常采用楔校準模型和增益校準模型，對衛(wèi)星圖像進行處理，消除傳感器的光電轉變輻射誤差和增益變化的誤差。,§1 輻射校正,,以陸地衛(wèi)

54、星（Landsat）可見光波段為例，校準模型為 ： 式中：Vr為未校正的輸入亮度值；Vc為校準后的輸出亮度值； 為回歸分析所決定的系數，反映了傳感器傳輸特性的增益；K為太陽角校正系數。,§1 輻射校正,,對于Landsat衛(wèi)星的MSS圖像和TM圖像按下式進行增益變化校正： 式中：V ——已校正過的數據； Dmax ——校正系數，對于MSS為127

55、，對TM為255； Rmax ——探測器能夠輸出的最大輻射亮度； Rmin ——探測器能夠輸出的最小輻射亮度； R ——傳感器輸出的未校正輻射亮度。,MSS和TM圖像的增益系數,§1 輻射校正,MSS的 Rmax 和Rmin,TM的Rmax 和Rmin,四、輻射值校準流程圖,CCT,回歸計算,濾波處理,校準處理,CCT,§1 輻射校正,五、大

56、氣散射校正 大氣校正就是指消除由大氣散射引起的輻射誤差的處理過程 。大氣校正的方法:利用輻射傳遞方程進行大氣校正； 利用地面實況數據進行大氣校正 ；利用輔助數據進行大氣校正。實際像場大氣的校正：野外現(xiàn)場波譜測試（回歸分析法）；大氣參數測量；波段對比分析（直方圖法）。,§1 輻射校正,回歸分析法,,,回歸分析校正法,直方圖法,如果在某一像場中存在亮度值為零的目標地物，地物是平靜清潔的水面或地形陰影區(qū)，則任一波

57、段亮度值都應為零。所以只要對選擇區(qū)域內波段的圖像進行灰度統(tǒng)計給出其直方圖，則直方圖上頻率最小的灰度值就是大氣改正值。大氣校正就是移動直方圖的最小值至零值位置。,,調整前直方圖,亮度值,亮度值,調整后直方圖,像元數百分比/%,像元數百分比/%,六、太陽高度角的輻射誤差校正太陽高度角引起的畸變校正是將太陽光線傾斜照射時獲取的圖像校正為太陽光線垂直照射時獲取的圖像。太陽的高度角θ可根據成像時刻的時間、季節(jié)和地理位置來確定，即：

58、 sinθ=sin? ·sinδ±cos? ·cosδ·cost 太陽高度角的校正是通過調整一幅圖像內的平均灰度來實現(xiàn)的。多光譜圖像上的陰影可以通過圖像之間的比值予以消除。比值圖像是用同步獲取的相同地區(qū)的任意兩個波段圖像相除而得到的新圖像。,§1 輻射校正,七、地形坡度輻射誤差校正太陽光線和地表作用以后再反射到傳感器的太陽光的輻射亮度和地面傾斜度有關。若

59、處在坡度為α的傾斜面上的地物影像為g（x，y），則校正后的圖像f（x，y）為： 由上式看出，地形坡度引起的輻射校正方法需要有圖像對應地區(qū)的DEM數據，校正較為麻煩，一般情況下對地形坡度引起的誤差不做校正。,§1 輻射校正,§2 幾何校正,一、遙感圖像的幾何變形有兩層含義 一是指衛(wèi)星在運行過程中，由于姿態(tài)、地球曲率、地形起伏、地球旋轉、大氣折射、以及傳感器自身性能所引起的幾何位置偏差。二是指圖像上像元的坐

60、標與地圖坐標系統(tǒng)中相應坐標之間的差異。,二、幾何變形的校正幾何粗校正：這種校正是針對引起幾何畸變的原因進行的，地面接收站在提供給用戶資料前，已按常規(guī)處理方案與圖像同時接收到的有關運行姿態(tài)、傳感器性能指標、大氣狀態(tài)、太陽高度角對該幅圖像幾何畸變進行了校正。 幾何粗校正是針對衛(wèi)星運行和成像過程中引起的幾何畸變進行的校正，即衛(wèi)星姿態(tài)不穩(wěn)、地球自轉、地球曲率、地形起伏、大氣折射等因素引起的變形。幾何精校正：利用地面控制點進行的幾何校正稱為

61、幾何精校正。,§2 幾何校正,三、衛(wèi)星姿態(tài)引起的圖像變形,,§2 幾何校正,位移變化,高度變化,速度變化,偏航變化,俯仰變化,側翻變化,(dα),(dω ),(dκ ),四、動態(tài)掃描圖像的變形,,§2 幾何校正,五、地球曲率地球曲率引起的像點位移類似于地形起伏引起的像點位移。Δh看作是一種系統(tǒng)的地形起伏，就可以利用像點位移公式來估計地球曲率所引起的像點位移。地球曲率的變形圖示,§2

62、幾何校正,地球曲率的變形圖示,§2 幾何校正,六、大氣折射整個大氣層不是一個均勻的介質，因此電磁波在大氣層中傳播時的折射率也隨高度的變化而變化，使電磁波傳播的路徑不是一條直線而變成了曲線，從而引起像點的位移，這種像點移位就是大氣折光差（參見下一頁示圖）。,,§2 幾何校正,,,,大氣折光差示圖,七、遙感圖像幾何校正方法系統(tǒng)幾何校正:按圖像引起幾何畸變的原因，推導出畸變校正公式，這類校正公式一般與傳感器的有關

63、參數、傳感器的位置、姿勢等數據有關，將這些數據代入公式對原始圖像進行幾何校正，叫做系統(tǒng)性校正。 數字圖像幾何校正也稱圖像糾正，其目的是改正原始影像的幾何變形，產生一幅符合某種地圖投影或圖形表達要求的新圖像?；经h(huán)節(jié)有兩個：一是像素坐標變換；二是像素亮度重采樣。,,§2 幾何校正,數字圖像糾正的處理過程框圖,,準備工作,輸入原始數字圖像,建立糾正變換函數,影像范圍確定輸出,逐個像素的幾何位置變換,像素亮度值重采

64、樣,輸出糾正后的圖像,,,,,,,,,,§3 遙感數據的鑲嵌處理,數字影像鑲嵌(Mosaicking)是將兩幅或多幅數字影像(它們有可能是在不同的攝影條件下獲取的)拼在一起，構成一幅整體圖像的技術過程。在遙感應用中，影像鑲嵌有著重要的應用。,一、數字影像鑲嵌原理影像鑲嵌的原理是：如何將多幅影像從幾何上拼接起來，這一步通常是先對每幅圖像進行幾何校正，將它們規(guī)劃到統(tǒng)一的坐標系中，然后對它們進行裁剪，去掉重疊的部分，再將裁剪后

65、的多幅影像裝配起來形成一幅大幅面的影像。,§3 遙感數據的鑲嵌處理,二、消除拼接縫的算法把待拼接的兩幅圖像先按小波分解的方法，將它們分解為不同頻帶的小波分量。然后在不同的尺度下選擇不同的灰度值修正影響范圍，把兩幅圖像按不同尺度下的小波分量先拼接起來。然后再用灰度算法，恢復整個圖像,這樣拼接的結果可以很好地兼顧清晰度和光滑度兩個方面的要求。,§3 遙感數據的鑲嵌處理,三、消除拼接縫的強制改正方法先統(tǒng)計拼接縫

66、上任意位置兩側的灰度差，然后將灰度差在該位置兩側的一定范圍內強制改正掉。,,拼接縫的強制改正,§3 遙感數據的鑲嵌處理,第五章 遙感圖像的處理,§1遙感圖像的增強處理 §2遙感數據的計算機分類法 §3常用遙感圖像處理軟件,,§1 遙感圖像的增強處理,目前常用的遙感圖像增強處理主要有：彩色合成、灰度變換、直方圖變換、密度分割、灰度顛倒、圖像間運算、鄰域增強處理、主成分分析、K－T變

67、換、信息融合。,一、彩色合成為了充分利用色彩在遙感圖像判讀和信息提取中的優(yōu)勢，常常利用彩色合成的方法對多光譜圖像進行處理，以得到彩色圖像。 彩色圖像可以分為真彩色圖像和假彩色圖像。,§1 遙感圖像的增強處理,彩色合成的原理圖,,反射率ρ/%,λ,真彩色圖像,真彩色圖像上影像的顏色與地物顏色基本一致。利用數字技術合成真彩色圖像時，是把紅色波段的影像作為合成圖像中的紅色分量、把綠色波段的影像作為合成圖像中的綠色分量、把藍色波

68、段的影像作為合成圖像中的藍色分量進行合成的結果。如RGB用TM321合成的圖像。,假彩色圖像,假彩色圖像是指圖像上影像的色調與實際地物色調不一致的圖像。遙感中最常見的假彩色圖像是彩色紅外合成的標準假彩色圖像。它是在彩色合成時，把近紅外波段的影像作為合成圖像中的紅色分量、把紅色波段的影像作為合成圖像中的綠色分量、把綠色波段的影像作為合成圖像中的藍色分量進行合成的結果。如RGB用TM432合成的圖像為標準假彩色圖像。,二、直方圖調整

69、直方圖：統(tǒng)計每幅圖像的各亮度的像元數而得到的隨機分布圖，即為該幅圖像的直方圖。一般來說，包含大量像元的圖像，像元的亮度隨機分布應是正態(tài)分布。直方圖為非正態(tài)分布，說明圖像的亮度分布偏亮、偏暗或亮度過于集中，圖像的對比度小，需要調整該直方圖到正態(tài)分布，以改善圖像的質量。一般的遙感圖像處理軟件均有此功能。,§1 遙感圖像的增強處理,三、密度分割 圖像密度分割原理可以按如下步驟進行： （1）求圖像的極大值dma

70、x和極小值dmin； （2）求圖像的密度區(qū)間ΔD = dmax-dmin + 1； （3）求分割層的密度差Δd =ΔD／n ，其中n為需分割的層數； （4）求各層的密度區(qū)間； （5）定出各密度層灰度值或顏色。,§1 遙感圖像的增強處理,密度分割原理圖,,,四、圖像間運算兩幅或多幅單波段圖像，空間配準后可進行算術運算，實現(xiàn)圖像的增強。減法運算：可突現(xiàn)出兩波段差值大的地物，如紅外-紅，可突現(xiàn)植被