遙感地學(xué)分析第二章2014

遙感地學(xué)分析

胡偉平第二章遙感數(shù)據(jù)及其預(yù)處理第1節(jié)遙感數(shù)據(jù)1.物理屬性與成像性能（１）多源性人類(lèi)認(rèn)識(shí)地球的進(jìn)程：古代：身體本能＼肉眼;記錄方式：文字＼示意圖地理大發(fā)現(xiàn)后：新航線＼新大陸＼環(huán)球，首次完成對(duì)地球作為一個(gè)星球的認(rèn)識(shí)；關(guān)鍵技術(shù)：航海，航海日志近代：飛機(jī)（萊特兄弟）現(xiàn)代：太空－衛(wèi)星＼宇宙飛船:６０年代的氣象衛(wèi)星\７０年代開(kāi)始地球資源衛(wèi)星\７０年代末海洋衛(wèi)星\８０年代高分辨率商業(yè)衛(wèi)星（ＳＰＯＴ）

現(xiàn)在：雷達(dá)＼高光譜＼網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化＼全球化＼動(dòng)態(tài)化＼實(shí)時(shí)化觀測(cè)（全民）

以美國(guó)為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家從1999年起投資100億美元實(shí)施EOS計(jì)劃，專門(mén)成立了CEOS(地球觀測(cè)委員會(huì))，發(fā)射數(shù)十顆對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)(EOS)。地球觀測(cè)系統(tǒng)(EOS)計(jì)劃，包括：

·氣象衛(wèi)星系例：

NOAA-TIROS系列(美)ESSA系列

Nimbus系列原蘇聯(lián)流星氣象衛(wèi)星系列(Meteop)日本對(duì)地靜止氣象衛(wèi)星(GMS)地球同步天氣衛(wèi)星(GOES，SMS)系列(美)國(guó)際氣象衛(wèi)星(DMSP)系列(美)高層大氣研究衛(wèi)星(UARS)系列歐空局的Meteosat風(fēng)云衛(wèi)星(FY)系列(中國(guó))國(guó)際對(duì)地觀測(cè)技術(shù)

只有航天遙感才能提供全球性、重復(fù)性的連續(xù)對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，這類(lèi)數(shù)據(jù)可用于對(duì)地球系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行理解。下面將對(duì)以美國(guó)為首的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)和其它國(guó)家的衛(wèi)星觀測(cè)計(jì)劃簡(jiǎn)述如下。

(1)美國(guó)的地球觀測(cè)系統(tǒng)(EOS)美國(guó)宇航局(NASA)已制訂了一個(gè)循序漸進(jìn)的觀測(cè)和數(shù)據(jù)管理戰(zhàn)略，以向科學(xué)家提供與地球系統(tǒng)科學(xué)有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。行星地球計(jì)劃(MTPE)是對(duì)美國(guó)全球變化研究計(jì)劃(USGCRP)的一大貢獻(xiàn)，而EOS是雄心勃勃的MTPE計(jì)劃的核心。EOS計(jì)劃用了近20年時(shí)間的準(zhǔn)備，現(xiàn)已出臺(tái)。它的基本設(shè)計(jì)要求是提供足夠長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)記錄序列(即一個(gè)完整的太陽(yáng)周期)，以幫助科學(xué)家區(qū)分人類(lèi)活動(dòng)和自然力對(duì)地球系統(tǒng)的各種影響2)地球觀測(cè)系統(tǒng)的彩色衛(wèi)星(EOS-COLOR)該衛(wèi)星亦計(jì)劃在1998年實(shí)施，主要目標(biāo)是收集有關(guān)海洋初級(jí)生產(chǎn)率的數(shù)據(jù)。EOS-COLOR將觀測(cè)海洋水色和生產(chǎn)率(包括對(duì)海洋葉綠素、浮游植物的觀測(cè))，并強(qiáng)調(diào)理解海洋在全球碳循環(huán)中的作用。EOS-COLOR繼續(xù)海星(SeaStar)計(jì)劃的海洋寬視場(chǎng)傳感器探測(cè)。在MODIS能在EOS-AM和PM上工作之前，該計(jì)劃提供連續(xù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

3)地球觀測(cè)系統(tǒng)的氣溶膠計(jì)劃(EOS-AERO系列)EOS-AERO主要用來(lái)測(cè)定穿越平流層的中層對(duì)流層中的氣溶膠、O3、水汽、云及所有與輻射和大氣化學(xué)有關(guān)的參量。

4)地球觀測(cè)系統(tǒng)的下午經(jīng)過(guò)系列(EOS-PM系列)這個(gè)系列將在下午經(jīng)過(guò)時(shí)(1：30PM)收集有關(guān)星載大氣探測(cè)器的氣象數(shù)據(jù)。觀測(cè)值包括云的形成、降水、和輻射性質(zhì)，大氣溫濕度剖面，大氣-海洋能量和水通量及動(dòng)量，海冰范圍，土壤水分及陸地雪被等。一些傳感器由歐洲提供。主要傳感器有大氣紅外探測(cè)儀(AIRS)、先進(jìn)的微波探測(cè)儀(MHS)、云及地球輻射能量系統(tǒng)(CERES)、微波濕度探測(cè)儀㈣田S)、MODIS、多頻微波成象輻射儀MIMR)。EOS-PM衛(wèi)星系列要求飛行特性一致(如軌道參數(shù))。EOS-PM在2001年實(shí)施。

5)地球觀測(cè)系統(tǒng)的測(cè)高計(jì)劃(EOS-ALT衛(wèi)星系列)EOS測(cè)高計(jì)劃的目標(biāo)是要獲取海洋循環(huán)、冰蓋質(zhì)量平衡及相對(duì)海平面變化的高精度測(cè)量數(shù)據(jù)。計(jì)劃在2000年年初實(shí)施。衛(wèi)星攜帶的主要傳感器系統(tǒng)由地學(xué)激光高度計(jì)系統(tǒng)(GLAS)、Topex微波輻射計(jì)(TMR)、衛(wèi)星集成的多譜勒軌道成象及無(wú)線電定位儀(DORIS)和固態(tài)高度計(jì)(SSALT)。SSALT用來(lái)測(cè)量海洋表面形態(tài)，據(jù)此可推斷海洋循環(huán)；亦可用來(lái)測(cè)量風(fēng)速和波高。GLAS用來(lái)收集冰蓋剖面數(shù)據(jù)。DORIS為空間飛行器精確定位，而TMR則為校正高度計(jì)的數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)

6)地球觀測(cè)系統(tǒng)的化學(xué)計(jì)劃(EOS-CHEM系列)EOS化學(xué)計(jì)劃系列衛(wèi)星于2003年開(kāi)始發(fā)射，其目的是為了測(cè)量大氣化學(xué)成分和動(dòng)力學(xué)，化學(xué)-氣候交互作用，及大氣和海洋間化學(xué)與能量交換等變量。部分傳感器有待日本提供。EOS化學(xué)計(jì)劃將與EOS上午經(jīng)過(guò)和EOS氣溶膠計(jì)劃一起提供與對(duì)流層、低層平流層動(dòng)態(tài)和化學(xué)成分變化及對(duì)流層-平流層化學(xué)交換的有關(guān)數(shù)據(jù)。EOS科學(xué)計(jì)劃將結(jié)合多種儀器測(cè)得的同類(lèi)數(shù)據(jù)，使用一些儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)糾正其它儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)，以提供多于一種儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。計(jì)劃允許提取由單個(gè)儀器不能勝任的可靠數(shù)據(jù)。

(2)美國(guó)的商用小衛(wèi)星計(jì)劃傳統(tǒng)的地球觀測(cè)衛(wèi)星已形成三大類(lèi)型：偵察、氣象和地球資源。現(xiàn)在第四類(lèi)商用小型地球觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)已開(kāi)始出現(xiàn)。在未來(lái)的十年里，將發(fā)射百余顆這四種類(lèi)型的衛(wèi)星，美國(guó)的一些商用小衛(wèi)星公司發(fā)射了首批商用高分辨率地球觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)。開(kāi)創(chuàng)商業(yè)性地球觀測(cè)衛(wèi)星的新時(shí)代，引起整個(gè)攝影測(cè)量和遙感界的一場(chǎng)革命。代表:(3)日本1992年日本國(guó)家空間發(fā)展局(NASDA)和日本國(guó)際工貿(mào)部聯(lián)合發(fā)射的日本地球資源衛(wèi)星1號(hào)(JERS-1)。該衛(wèi)星所攜帶的SAR和光學(xué)傳感器(OPS)能用于冰川現(xiàn)象、土地利用(農(nóng)林業(yè))調(diào)查、沿海地區(qū)觀測(cè)、土質(zhì)制圖及環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)。先進(jìn)的地球觀測(cè)衛(wèi)星(ADEOS，日本)衛(wèi)星包括二臺(tái)由日本NASDA發(fā)展的核心傳感器加上六臺(tái)由其它國(guó)際伙伴提供的傳感器。日本NASDA研制的核心傳感器為海洋色溫掃描儀(OCTS)和先進(jìn)的可見(jiàn)光／近紅外輻射儀(AVNIR)。熱帶雨測(cè)量計(jì)劃(TRMM)是NASA與NASDA的聯(lián)合項(xiàng)目，它的主要目的是測(cè)量熱帶降水，并由此衍生出水文循環(huán)和大氣動(dòng)態(tài)。TRMM將測(cè)量熱帶地區(qū)潛熱的每日變化和傳導(dǎo)過(guò)程。日本提供降水雷達(dá)儀(PR)，NASA提供空間飛行器及承擔(dān)儀器組合任務(wù)。(4)法國(guó)法國(guó)的太陽(yáng)同步極軌衛(wèi)星系列(SPOT系列)廣為人知。SPOT地球觀測(cè)計(jì)劃始于1977年。SPOT-1首先在1986發(fā)射成功，所攜帶的傳感器為高分辨率可見(jiàn)光傳感器HRV，可以獲得10m(全色)和20m(多光譜)高空間分辨率觀測(cè)圖象，主要用于土地利用、農(nóng)林業(yè)、地質(zhì)、制圖及區(qū)域規(guī)劃等；SPOT-3(1993年9月發(fā)射)攜帶極地臭氧和氣溶膠測(cè)量?jī)x，用于03等大氣化學(xué)成分的測(cè)量。SPOT-5：2002年5月發(fā)射。中國(guó)對(duì)地觀測(cè)技術(shù)

從70年代起，中國(guó)開(kāi)始從事空間遙感與應(yīng)用，先后發(fā)射了15顆返回式遙感衛(wèi)星和極軌衛(wèi)星，研制了包括成象光譜儀和多極化合成孔徑雷達(dá)等在內(nèi)的多種傳感器，目前正在發(fā)射多分辨率地球資源衛(wèi)星。

(2)陸地衛(wèi)星系列CBERS-01/02,02BHJ-1A/1B/1CZY-1-02C,ZY-3實(shí)踐9號(hào)（SJ9-A/B）高分一號(hào)（2013，4月）2米全色高分二號(hào)（2014，8月）1米全色（3）海洋衛(wèi)星系列HY-1A/B,2002,可見(jiàn)光、近紅外（水色）HY-2,2011，微波（動(dòng)力要素）

(4)科學(xué)實(shí)驗(yàn)類(lèi)

遙感衛(wèi)星：21號(hào)，9月8號(hào)，2014

（２）量測(cè)性能與幾何分辨率（３）輻射性能與輻射分辨率（４）光譜分辨率（５）時(shí)間分辨率（６）成像性能傳遞地物輻射信息分辨率和最小尺寸地物的能力分解力（１ｍｍ長(zhǎng)圖象上能將絕對(duì)反差的線條分開(kāi)成像的數(shù)量）清晰度（傳遞地物形狀的能力）反差頻率特性（地物空間頻率結(jié)構(gòu)方面如何以遙感圖象傳遞景物反差的）解像率（圖象上最小的能分辨的地物尺寸）２．信息性能（１）解譯可能性（２）簡(jiǎn)單人工（自然）地物識(shí)別（３）復(fù)雜地物識(shí)別概率

3.常用遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)遙感攝影像片遙感掃描影像微波影像3.1、遙感攝影像片遙感攝影像片的種類(lèi)遙感攝影像片的特點(diǎn)

遙感攝影像片的種類(lèi)遙感探測(cè)中采用了多種遙感攝影像片，常見(jiàn)的包括可見(jiàn)光黑白像片、黑白紅外像片、彩色像片、彩紅外像片、多波段攝影像片和熱紅外攝影像片。可見(jiàn)光黑白像片采用的膠片乳劑感光范圍在0.36～0.72μm之間，它與人眼對(duì)光的敏感范圍0.4～0.7μm接近，像片上的明暗色調(diào)與人們?nèi)粘Ｊ煜さ恼鎸?shí)景物明暗色調(diào)近似，與真實(shí)景物相比，像片上反差稍低，加上黑白像片多為航空像片，具有高分辨率，像片上的各種目標(biāo)地物與現(xiàn)象很容易為人們判讀。

遙感攝影像片的種類(lèi)黑白紅外像片采用的膠片乳劑對(duì)藍(lán)色、紫色、紅色和近紅外光敏感。由于植被類(lèi)型在近紅外波段具有較高的光譜反射率，采用紅色濾光片對(duì)紅外像片膠片曝光后，可以增強(qiáng)目標(biāo)地物與背景的反差，大大增加不同植被之間的反差。我們?cè)诤诎准t外像片上看到的地物色調(diào)，與人們?nèi)粘Ｊ煜さ恼鎸?shí)景物不同，它的明暗色調(diào)是由地物在近紅外波段反射率強(qiáng)弱所決定的。

遙感攝影像片的種類(lèi)彩色像片采用的膠片乳劑分別對(duì)藍(lán)色、綠色和紅色敏感，彩色膠片上記錄的影像信息，經(jīng)過(guò)顯影洗印后獲得的像片能夠達(dá)到或接近天然彩色。它與人們?nèi)粘Ｊ煜さ恼鎸?shí)景物色彩非常相似，因此利用彩色像片解譯要比黑白全色像片更加容易。采用航空彩色像片解譯，可以提高判讀精度，縮短解譯時(shí)間，但是一些目標(biāo)地物在可見(jiàn)光波段反差對(duì)比不明顯，在彩色圖像上則不易于判讀。

遙感攝影像片的種類(lèi)彩紅外像片的膠片乳劑分別對(duì)綠色、紅色和近紅外光敏感，經(jīng)過(guò)顯影洗印后獲得的彩紅外像片上各種地物顏色與人們?nèi)粘Ｊ煜さ恼鎸?shí)景物不同。原來(lái)的綠色地物被賦予藍(lán)色，原來(lái)的紅色地物被賦予綠色，反射紅外線的地物被賦予紅色。

攝影像片的特點(diǎn)遙感攝影像片絕大部分為大中比例尺像片，在像片中各種人造地物的形狀特征與圖型結(jié)構(gòu)清晰可辨，這為解譯者提供了更多的依據(jù)。遙感攝影像片絕大部分采用中心投影方式成像，對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)正射糾正的遙感攝影像片，其邊緣分布的高聳樓房或起伏形狀的物體，其形狀會(huì)有明顯的變形。需要對(duì)攝影像片進(jìn)行正射糾正。3.2遙感掃描數(shù)據(jù)常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)遙感掃描影像特征與解譯方法常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)MSS影像

為多光譜掃描儀（MultiSpectralScanner）獲取的影像。第一顆至第三顆地球衛(wèi)星（Landsat）上，反束光導(dǎo)管（RBV）攝像機(jī)獲取的三個(gè)波段攝影像片分別稱為第1、2．3波段，多光譜掃描儀獲取的4個(gè)波段為4、5、6、7波段（兩個(gè)波段為可見(jiàn)光波段，兩個(gè)波段為近紅外波段）。第4、5顆星上多光譜掃描儀獲取的4個(gè)波段掃描影像后重新被分別命名為1、2、3、4波段。30常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)MSS影像多光譜掃描儀探測(cè)器上獲取的目標(biāo)地物模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，以數(shù)字形式記錄下不同波段的特征值，這些特征值經(jīng)過(guò)采樣與歸一化處理，以64級(jí)輻射亮度來(lái)描述不同地物的光譜特性。因此，MSS影像上每個(gè)像元可以具有0～63級(jí)亮度值，由于人眼只能分辨出十幾種灰度，這些亮度值又按照一定的區(qū)間歸并為14級(jí)灰度，當(dāng)采用電子束掃描膠片使它曝光產(chǎn)生遙感影像時(shí)，每個(gè)像元的亮度值被轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的灰階，同時(shí)每幅遙感影像下部也曝光產(chǎn)生一個(gè)灰階尺。像元的亮度值為0時(shí)，影像上像元的灰階為黑色，像元的亮度值為63時(shí)，影像上像元灰隊(duì)為白色，像元值從0向63增加時(shí)，其灰隊(duì)也按照一定分級(jí)規(guī)則由黑轉(zhuǎn)白。由于影像復(fù)制時(shí)像元灰階與灰度尺受到同樣因素的影響，這樣解譯者可以利用灰度尺來(lái)衡量像元的灰階。常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)MSS影像嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，MSS像片的每一行不同部位的影像比例尺都是不相同的。例如，Landsat-1在標(biāo)準(zhǔn)軌道高度上，瞬間視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的地面分辨率為79m，圖像邊緣比例尺變小。MSS圖像像元是個(gè)矩形，它在衛(wèi)星前進(jìn)方向上的邊長(zhǎng)由MSS瞬間視場(chǎng)角決定，在掃描線方向（近似東西方向）像元邊長(zhǎng)是由像元采樣速率決定的。常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)MSS各波段的應(yīng)用第4波段為綠色波段，對(duì)水體有一定透射能力，在清潔的水體中透射深度可達(dá)10～20m，可以判讀淺水地形和近海海水泥沙。由于植被在綠色波段有一個(gè)次反射峰，可以探測(cè)健康植被綠色反射率。第5波段為紅色波段，可用于城市研究，對(duì)道路、大型建筑工地、砂礫場(chǎng)和采礦區(qū)反映明顯。在紅色波段，各類(lèi)巖石反射更容易穿過(guò)大氣層為傳感器接收，也可用于地質(zhì)研究?？擅黠@反映河口區(qū)海水團(tuán)涌入淡水的情況，對(duì)海水中的泥沙流、河流中的懸浮物質(zhì)與河水渾濁度有明顯反映?？蓞^(qū)分沼澤地和沙地，可以利用植物綠色素吸收率進(jìn)行植物分類(lèi)。常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)MSS各波段的應(yīng)用第6波段為近紅外波段，植被在此波段有強(qiáng)烈反射峰，可區(qū)分健康與病蟲(chóng)害植被。水體在此波段上具有強(qiáng)烈吸收作用，水體呈暗黑色，含水量大的土壤為深色調(diào)，含水量少的土壤色調(diào)較淺，水體與濕地反映明顯。第7波段也為近紅外波段，植被在此波段有強(qiáng)烈反射峰，可用來(lái)測(cè)定生物量和監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)。水體吸收率高，水體和濕地色調(diào)更深，海陸界線清晰。該波段還可用于地質(zhì)研究，劃出大型地質(zhì)體的邊界，區(qū)分規(guī)模較大的構(gòu)造形跡或巖體。常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)TM影像為專題繪圖儀（ThematicMapper）獲取的圖像。從Landsat-4起，發(fā)射的衛(wèi)星上加裝了TM來(lái)獲取地球表層信息。TM在光譜分辨率、輻射分辨率和地面分辨率方面都比MSS圖像有較大改進(jìn)。在光譜分辨率方面，它增加了藍(lán)色波段、短波紅外波段和熱紅外波段。遙感器設(shè)計(jì)制造人員根據(jù)MSS數(shù)據(jù)使用的經(jīng)驗(yàn)與光譜適用范圍研究結(jié)果，TM在波長(zhǎng)范圍與光譜位置上都作了調(diào)整。在輻射分辨率方面，TM采用雙向掃描，改進(jìn)了輻射測(cè)量精度，以256級(jí)輻射亮度來(lái)描述不同地物的光譜特性，一些在MSS中無(wú)法覺(jué)察出的地物電磁波輻射中的細(xì)小變化，現(xiàn)在可以在TM波段內(nèi)觀測(cè)到。在地面分辨率方面，TM瞬間視場(chǎng)角對(duì)應(yīng)的地面分辨率為30m（第6波段為120米）。常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)TM影像

1999年4月15日發(fā)射的

Landsat-7，采用了

ETM＋（增強(qiáng)加型專題繪圖儀）遙感器來(lái)獲取地球表層信息，它與TM的區(qū)別是增加了全色波段（0.5～

0.9微米），分辨率為

15m，并改進(jìn)了熱紅外波段的空間分辨率（60米）。

常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)SPOT圖像SPOT遙感影像產(chǎn)品包括：

1A級(jí)產(chǎn)品，包括70mm膠片、HDDT（高密度數(shù)字磁帶）、CCT（計(jì)算機(jī)兼容磁帶）和CD-ROM（光盤(pán)）上記錄的影像數(shù)據(jù)，這種產(chǎn)品沒(méi)有進(jìn)行任何輻射與幾何糾正，為SPOT數(shù)據(jù)的即時(shí)產(chǎn)品。1B級(jí)產(chǎn)品，包括24mm膠片、HDDT、CCD、CD-ROM為載體的影像數(shù)據(jù)，這種產(chǎn)品對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了輻射與幾何糾正。2級(jí)產(chǎn)品，包括24mrn膠片、采用

HDDT和

CD-ROM記錄的影像數(shù)據(jù)，采用6～9個(gè)地面控制點(diǎn)對(duì)每景圖像做了幾何精糾正，并且把遙感影像變換到某種地圖投影上，例如UTM投影。

3級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行了正射糾正，通過(guò)控制點(diǎn)可以對(duì)相同地區(qū)兩幅影像進(jìn)行匹配。常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)SPOT圖像主要應(yīng)用領(lǐng)域

SPOT衛(wèi)星的主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)自然資源分布，特別是監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)、林業(yè)和礦產(chǎn)資源，觀測(cè)植被生長(zhǎng)狀態(tài)與農(nóng)田含水量等項(xiàng)，對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行估產(chǎn)，了解城市建設(shè)與城市土地利用狀況等。各個(gè)波段主要應(yīng)用領(lǐng)域：第一波段為綠色波段，該波段以葉綠素反射曲線的次高峰（0.55微米）為中點(diǎn)，可區(qū)分植被類(lèi)型和評(píng)估作物長(zhǎng)勢(shì)，對(duì)水體有一定的穿透深度，在干凈水域能夠穿透10～20m的深度，可以區(qū)分人造地物類(lèi)型。第二波段為紅色波段，該波段與MSS第5波段和TM第3波段很接近，在晴朗天氣下，該波段的大氣透過(guò)率約為90％，是葉綠素反射曲線的低谷區(qū)，據(jù)此可以識(shí)別農(nóng)作物類(lèi)型，對(duì)城市道路、大型建筑工地反映明顯，可用于地質(zhì)解譯，辨識(shí)石油帶、巖石與礦物等。常見(jiàn)遙感掃描影像的主要特點(diǎn)SPOT圖像主要應(yīng)用領(lǐng)域第三波段為近紅外波段，分別與MSS第7波段和TM第4波段接近。在晴朗天氣下，該波段的大氣透過(guò)率約為95％，是葉綠素反射率曲線的強(qiáng)反射率區(qū)。據(jù)此可以檢測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)，區(qū)分植被類(lèi)型。在灰度圖像上植被表現(xiàn)為淺白色調(diào)，干凈水域的水面反射率為1％，水面呈黑色或者暗黑的色調(diào)，該波段圖像可繪制水體邊界。含水量大的土壤呈現(xiàn)深灰或暗黑色，含水量小的土壤呈現(xiàn)灰白色調(diào)，可用來(lái)探測(cè)土壤含水量。第四波段為短波紅外波段，這是SPOT新增加的一個(gè)波段，用于探測(cè)植物含水量及土壤濕度，區(qū)別云與雪。SPOT全色波段，該波段的地面分辨率為10m，５號(hào)星后達(dá)２．５米．可用于調(diào)查城市土地利用現(xiàn)狀、區(qū)分城市主要干道、識(shí)別大型建筑物，了解都市發(fā)展?fàn)顩r，據(jù)統(tǒng)計(jì)，城市總體規(guī)劃中調(diào)查土地利用現(xiàn)狀，購(gòu)買(mǎi)SPOT影像的費(fèi)用僅僅是航空攝影費(fèi)用的10%，可節(jié)約投入成本。遙感掃描影像特征與解譯方法遙感掃描影像特征

目前經(jīng)常使用的遙感掃描影像都是衛(wèi)星遙感影像，如

MSS、TM和SPOT遙感圖像，這些影像具有以下特征：宏觀綜合概括性強(qiáng)：1景TM影像，其覆蓋范圍為34225km2。在影像中，大中地貌類(lèi)型、山脈走向，水系類(lèi)型，植被分布和大地構(gòu)造均能清晰地表現(xiàn)出來(lái)。由于受遙感器瞬間視場(chǎng)角的限制，地面景物經(jīng)過(guò)了自然的綜合概括，目標(biāo)地物僅保留了宏觀特征，地物的表面細(xì)節(jié)和細(xì)微結(jié)構(gòu)隱含在像元之中。例如，MSS遙感影像提供的地面信息，可以反映出水系的宏觀特征，但河流細(xì)節(jié)特征不明顯?？臻g分辨率高，可以提高景物細(xì)節(jié)的表現(xiàn)力，但也干擾了地表宏觀特征的表現(xiàn)。遙感掃描影像特征與解譯方法遙感掃描影像特征信息量豐富：遙感掃描影像采用多波段記錄地表各種地物的電磁波信息，MSS圖像具有4個(gè)波段，TM圖像具有7或8個(gè)波段，SPOT圖像具有5個(gè)波段，每個(gè)波段都提供了豐富的信息。例如，一景

SPOT圖像上全色波段具有

6000*6000個(gè)像元，每個(gè)像元對(duì)于地面100m2的范圍，信息量巨大。動(dòng)態(tài)觀測(cè)：地球資源衛(wèi)星與飛機(jī)不同，一旦發(fā)射進(jìn)入太空，就一刻不停地圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，以一定周期重復(fù)掃描地球表面，并向地面接收站及時(shí)發(fā)送最新獲取的掃描影像。利用其遙感影像，可以對(duì)同地區(qū)感興趣的目標(biāo)地物進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，了解它們的變化。例如，利用TM圖像監(jiān)測(cè)郊區(qū)土地利用的變化，可了解城市化發(fā)展對(duì)郊區(qū)農(nóng)用土地資源的影響。

3.4微波數(shù)據(jù)微波影像的特點(diǎn)微波影像的應(yīng)用范圍

微波影像的應(yīng)用范圍

在目前遙感成像技術(shù)所能利用的電磁波段中，微波波段是波長(zhǎng)最長(zhǎng)的一個(gè)波段，根據(jù)應(yīng)用的需要，這個(gè)波段被細(xì)分為8個(gè)波段，其中成像雷達(dá)通常采用的波段有5個(gè)（Ka、X、C、L、P）。在地學(xué)研究領(lǐng)域，經(jīng)常采用Ka及X波段成像雷達(dá)進(jìn)行資源與環(huán)境調(diào)查。雷達(dá)影像可應(yīng)用于以下領(lǐng)域：海洋環(huán)境調(diào)查。根據(jù)微波影像色調(diào)差異，可以獲取海冰厚度、分布海域、冰山高度、冰與水分布的邊界，檢測(cè)海洋大面積石油污染等。微波影像色調(diào)差異與淺海地形地貌具有一種直接相關(guān)性，從微波影像上可以了解淺海地形和水深狀況。對(duì)微波影像作快速富里葉變換，可以確定二維海浪譜、海表面波的波長(zhǎng)、波向和內(nèi)波。微波影像的應(yīng)用范圍地質(zhì)制圖和非金屬礦產(chǎn)資源調(diào)查。雷達(dá)影像上斷層和斷裂帶等線性構(gòu)造明顯，可以制作大面積小比例尺地質(zhì)圖，由于雷達(dá)對(duì)地表具有一定穿透能力，可識(shí)別埋藏在淺層地表的泥炭、煤等非金屬礦產(chǎn)資源。洪水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估。1998年入汛以后，長(zhǎng)江發(fā)生歷史罕見(jiàn)的全流域性大洪水；嫩江、松花江也發(fā)生超歷史記錄的特大洪水。中科院中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站利用加拿大Radarsat微波影像，與其他遙感衛(wèi)星資料進(jìn)行比較，對(duì)受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行全過(guò)程全流域的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估。微波影像的應(yīng)用范圍地貌研究和地圖測(cè)繪。SAR的分辨力與距離是無(wú)關(guān)的，它不會(huì)隨著距離的增加而降低。SAR能夠以很高的分辨力提供詳細(xì)的地面測(cè)繪資料和地形影像，它可以應(yīng)用于地貌研究。為了獲取地表三維信息，近年來(lái)干涉合成孔徑雷達(dá)正逐步在地形測(cè)量中得到應(yīng)用，它利用雷達(dá)的干涉技術(shù)來(lái)獲取目標(biāo)地物的高度信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，干涉雷達(dá)數(shù)據(jù)可以形成高分辨率的三維圖像，它的發(fā)展日益引起人們的重視。軍事偵察。合成孔徑雷達(dá)SAR采用側(cè)視雷達(dá)成像，可以不直接飛越某一國(guó)家而能從邊境另一側(cè)對(duì)該國(guó)進(jìn)行軍事偵察。因此，在美國(guó)的綜合機(jī)載偵察戰(zhàn)略中，SAR因其全天候能力而被列為基準(zhǔn)的成像手段。裝備SAR的飛機(jī)包括載人偵察機(jī)如U－2和SR－71間諜飛機(jī)，戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)如F-15戰(zhàn)斗機(jī)和F/A-18戰(zhàn)斗轟炸機(jī)以及B－2轟炸機(jī)。3.5其他數(shù)據(jù)

近景遙感第2節(jié)遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理1.遙感數(shù)據(jù)的幾何誤差幾何變形當(dāng)遙感圖像在幾何位置上發(fā)生了變化，產(chǎn)生諸如行列不均勻，像元大小與地面大小對(duì)應(yīng)不準(zhǔn)確，地物形狀不規(guī)則變化等畸變時(shí)，即說(shuō)明遙感影像發(fā)生了幾何畸變。遙感影像的總體變形（相對(duì)于地面真實(shí)形態(tài)而言）是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭、彎曲及其他變形綜合作用的結(jié)果。產(chǎn)生畸變的圖像給定量分析及位置配準(zhǔn)造成困難，因此遙感數(shù)據(jù)接收后，首先由接收部門(mén)進(jìn)行校正，這種校正往往根據(jù)遙感平臺(tái)、地球、傳感器的各種參數(shù)進(jìn)行處理。而用戶拿到這種產(chǎn)品后，由于使用目的不同或投影及比例尺的不同，仍舊需要作進(jìn)一步的幾何校正。必要性：Ａ．信息量測(cè)分析與制作專題圖件的需要Ｂ．復(fù)合分析的需要Ｃ．更新地形圖的需要類(lèi)型：光學(xué)糾正＼數(shù)字糾正１．１幾何變形誤差的影響因素遙感圖像的幾何變形誤差分為：靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差兩大類(lèi)。靜態(tài)誤差是指在成像過(guò)程中，傳感器相對(duì)于地球表面呈靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所具有的各種變形誤差；動(dòng)態(tài)誤差則主要是由于在成像過(guò)程中地球的旋轉(zhuǎn)所造成的圖像變形誤差。靜態(tài)誤差又分為：內(nèi)部誤差和外部誤差兩類(lèi)變形誤差。內(nèi)部誤差：主要是由于傳感器自身的性能、技術(shù)指標(biāo)偏離標(biāo)稱數(shù)值所造成的，它隨傳感器的結(jié)構(gòu)不同而異，誤差較小。如：對(duì)于框幅式航空攝影機(jī)，有透鏡焦距變動(dòng)、像主點(diǎn)偏移、鏡頭光學(xué)畸變等誤差；對(duì)于多光譜掃描儀(Mss)，有掃描線首末點(diǎn)成像時(shí)間差、不同波段相同掃描線的成像時(shí)間差、掃描鏡旋轉(zhuǎn)速度不均勻、掃描線的非直線性和非平行性、光電檢測(cè)器的非對(duì)中等誤差外部變形誤差：指的是傳感器本身處在正常工作的條件下，由傳感器以外的各因素所造成的誤差。如:傳感器的外方位(位置、姿態(tài))變化、傳感介質(zhì)的不均勻、地球曲率、地形起伏、地球旋轉(zhuǎn)等因素所引起的變形誤差等。

1.8其他情況２遙感數(shù)字影像幾何糾正的一般過(guò)程3.其他幾何糾正方法共線方程等4遙感數(shù)據(jù)的輻射誤差及其處理４．1輻射校正概述

4．1．2輻射傳輸方程傳感器所接收的電磁能的各種成分如圖4．1

4．1．3輻射誤差產(chǎn)生的原因傳感器觀測(cè)目標(biāo)的反射或輻射能量時(shí)，所得到的測(cè)量值與目標(biāo)的光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量之間的差值稱為輻射誤差。

輻射誤差產(chǎn)生的原因有兩種，傳感器響應(yīng)特性和外界(自然)條件，后者包括太陽(yáng)照射(位置和角度)和大氣傳輸(霧和云)等條件。

1．因傳感器的響應(yīng)特性引起的輻射誤差

1)光學(xué)攝影機(jī)引起的輻射誤差光學(xué)攝影機(jī)引起的輻射誤差主要是由光學(xué)鏡頭中心和邊緣的透射光強(qiáng)度不一致造成的，它使同一類(lèi)地物在圖像上不同位置有不同的灰度值。

2)光電掃描儀引起的輻射誤差光電掃描儀引起的輻射誤差主要包括兩類(lèi)：一類(lèi)是光電轉(zhuǎn)換誤差，即在掃描方式的傳感器中，傳感器接收系統(tǒng)收集到的電磁波信號(hào)需經(jīng)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變成電信號(hào)記錄下來(lái)，這個(gè)過(guò)程所引起的輻射量誤差。另一類(lèi)是探測(cè)器增益變化引起的誤差。

2．因大氣影響引起的輻射誤差

太陽(yáng)光在到達(dá)地面目標(biāo)之前，大氣會(huì)對(duì)其產(chǎn)生吸收和散射作用。同樣，來(lái)自目標(biāo)物的反射光和散射光在到達(dá)傳感器之前也會(huì)被吸收和散射。入射到傳感器的電磁波能量除了地物本身的輻射以外還有大氣引起的散射光。從輻射數(shù)據(jù)處理的角度看，進(jìn)入傳感器的輻射畸變成分包括：大氣的消光(吸收和散射)、天空光(大氣散射的太陽(yáng)光)照射、路徑輻射。大氣的影響中主要研究大氣散射的影響。散射是大氣中的分子和顆粒對(duì)光波多次作用的結(jié)果，散射效應(yīng)隨電磁波波長(zhǎng)和散射體的大小不同而不同。按大氣中顆粒對(duì)電磁波波長(zhǎng)選擇的不同，散射分為選擇散射和非選擇散射。波長(zhǎng)越短，散射越厲害。按大氣中顆粒大小不同而分為瑞利(Rayleigh)散射和米(Mie)散射。

散射使影像的反差比降低.

反差比降低則使影像的分辨率降低.

太陽(yáng)高度角還會(huì)使圖像上產(chǎn)生陰影壓蓋其他地物影像，從而影響了遙感圖像的定量分析和自動(dòng)識(shí)別。太陽(yáng)方位角的變化也會(huì)改變光照條件，太陽(yáng)方位角引起的圖像輻射值誤差通常只對(duì)圖像細(xì)部特征產(chǎn)生影響。為了盡量減少太陽(yáng)高度角和方位角引起的輻射誤差，遙感的衛(wèi)星軌道大多設(shè)計(jì)在同一個(gè)地方時(shí)間通過(guò)當(dāng)?shù)厣峡眨捎诩竟?jié)的變化和地理經(jīng)緯度的變化，造成太陽(yáng)高度角和方位角的變化是不可避免的。

2)地形起伏引起的輻射誤差太陽(yáng)光線和地表作用以后再反射到傳感器的太陽(yáng)光的輻射亮度和地面傾斜度有關(guān)。太陽(yáng)光線垂直入射到水平地表和有一定傾角的坡面上所產(chǎn)生的輻射亮度是不同的，這樣由于地形起伏的變化，在遙感圖像上會(huì)造成同類(lèi)地物灰度不一致的現(xiàn)象

4．其他原因引起的輻射誤差遙感影像中有時(shí)因各檢測(cè)器特性的差別、干擾、故障等原因引起不正常的條紋和斑點(diǎn)，它們不但造成直接引用錯(cuò)誤信息，而且在統(tǒng)計(jì)分析中也會(huì)引起不好的效果，應(yīng)該予以消除或減弱。條紋誤差主要是由檢測(cè)器引起的。斑點(diǎn)誤差主要由噪聲或磁帶的誤碼率等原因造成，具有分散和孤立的特點(diǎn)。

4．1．4輻射校正的目的

輻射校正的目的在于：盡可能消除因傳感器自身?xiàng)l件、薄霧等大氣條件、太陽(yáng)位置和角度條件及某些不可避免的噪聲，而引起的傳感器的測(cè)量值與目標(biāo)的光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量之間的差異，盡可能恢復(fù)圖像的本來(lái)面目，為遙感圖像的識(shí)別、分類(lèi)、解譯等后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。4．2輻射誤差校正的原理與方法

2．光電變換系統(tǒng)的特性引起的輻射誤差校正4．2．2因大氣影響引起的輻射誤差校正

4．2．1小節(jié)所述的輻射值校準(zhǔn)是假定在正常大氣條件下對(duì)系統(tǒng)輻射強(qiáng)度進(jìn)行的校準(zhǔn)，但實(shí)際像場(chǎng)對(duì)應(yīng)的大氣類(lèi)似一個(gè)隨機(jī)畸變系統(tǒng)，為了更精確地校正輻射值，需要進(jìn)行實(shí)際像場(chǎng)大氣的校正。消弱由大氣散射引進(jìn)的輻射誤差的處理過(guò)程稱為大氣校正。在前期大氣校正中主要指對(duì)天空散射光的校正。對(duì)大氣散射校正有三種方法：①野外波譜測(cè)試回歸分析法；通常通過(guò)將野外實(shí)地波譜測(cè)試獲得的無(wú)大氣影響的輻射值與衛(wèi)星傳感器同步觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算，以確定校正量；②輻射傳遞方程計(jì)算法：測(cè)量大氣參數(shù)，按理論公式求得大氣干擾輻射量；③波段對(duì)比法：在特殊條件下，利用某些不受大氣影響或影響很小的波段來(lái)校正其他波段。

4．2．4其他輻射誤差校正1．條紋誤差的校正遙感影像中條紋誤差判定和消弱的常用方法有：平均值法、直方圖法及在垂直掃描線方向上采用最近鄰點(diǎn)法或二次褶積法等。圖4．10即是采用三次褶積法進(jìn)行條紋誤差校正的效果圖。

2.斑點(diǎn)誤差的校正

1)斑點(diǎn)的判定當(dāng)所要判定的像元亮度值fij周?chē)忺c(diǎn)像元亮度平均值之差超過(guò)給定閾值；或所要判定的像元與周?chē)裨炼戎档姆讲顪p去影像亮度值的平均方差大于給定閾值，則認(rèn)為該像元是斑點(diǎn)。周?chē)忺c(diǎn)像元的數(shù)目可以是如圖4．11所示的八鄰點(diǎn)或四鄰點(diǎn)。

2)斑點(diǎn)的校正

校正后的斑點(diǎn)亮度值取其鄰域像元亮度值的平均值或用三次褶積法進(jìn)行修正。注意斑點(diǎn)的消減應(yīng)與圖像本身的邊緣信息區(qū)分開(kāi)來(lái)。通常邊緣附近的斑點(diǎn)不進(jìn)行校正，影像四周的像元不進(jìn)行斑點(diǎn)校正。

3．?dāng)?shù)字影像的灰度一致化

研究大區(qū)域時(shí)常常要將幾張遙感影像拼接起來(lái)，即做鑲嵌圖。由于影像不是同一時(shí)間拍攝的，天氣、植被、日照條件均會(huì)發(fā)生變化，因而存在灰度狀況(大小、分布)不一致的問(wèn)題。這樣在做遙感影像的鑲嵌圖時(shí)，除了根據(jù)位置找出需要的圖像以外，主要的問(wèn)題是匹配圖像的攝影密度和反差比，以制作均勻的鑲嵌圖。遙感影像亮度值的修正，常用的灰度一致化的方法有兩種：

1)等概率變換進(jìn)行拼接的遙感影像都有重疊部分，此方法利用重疊部分灰度分布應(yīng)相同這點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。具體如下。4．3合成孔徑側(cè)視雷達(dá)(SAR)數(shù)據(jù)的輻射校正大氣對(duì)微波的影響極小，可以全天候取得地面的雷達(dá)圖像．側(cè)視雷達(dá)圖像的地面分辨率與平臺(tái)高度無(wú)關(guān).成像雷達(dá)按成像機(jī)理可分為真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)(SLAR)和合成孔徑側(cè)視雷達(dá)(SAR)。SLAR需要在衛(wèi)星平臺(tái)上安裝大的雷達(dá)天線才能提高方位分辨率，而這幾乎是不可能的。目前采用SAR來(lái)提高方位分辨率。為了充分利用SAR數(shù)據(jù)中所包含的信息，若要對(duì)所得SAR圖像進(jìn)行解譯或從中提取