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(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感數(shù)據(jù)采集一幅圖像實(shí)際上記錄的是物體輻射能量的空間分布，這個(gè)分布是空間坐標(biāo)、時(shí)間和波長(zhǎng)的函數(shù)，即:I=(x,y,z,λ,t)。第2頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感衛(wèi)星系統(tǒng)第3頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感工作系統(tǒng)第4頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感試驗(yàn)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(biāo)劃分和選擇最佳的電磁波譜段地面遙感試驗(yàn)工作確定各種對(duì)象的輻射光譜特性試驗(yàn)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(duì)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(yè)，共58頁(yè)，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(gè)分系統(tǒng)：自動(dòng)調(diào)節(jié)控制分系統(tǒng)自動(dòng)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(yùn)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(yè)，共58頁(yè)，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(yùn)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(duì)衛(wèi)星發(fā)出不同指令；控制衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)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(jī)構(gòu)工作的配合等。第7頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三信號(hào)接收、處理系統(tǒng)地面接收站接收從衛(wèi)星上傳送回來(lái)的信息數(shù)據(jù)，記錄在磁帶上并交數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)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(guó)的曼谷等等。我國(guó)在北京建成的衛(wèi)星地面接收站，已成為10多年來(lái)中國(guó)遙感技術(shù)和地學(xué)遙感應(yīng)用的重要信息源。第8頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三地面數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)地面數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)主要任務(wù)是對(duì)視頻進(jìn)行視頻-影像轉(zhuǎn)換，進(jìn)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(jì)算機(jī)兼容磁帶（CCT）和數(shù)據(jù)光盤產(chǎn)品。第9頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感平臺(tái)第10頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感平臺(tái)遙感平臺(tái)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(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，并為其提供技術(shù)保障和工作條件的運(yùn)載工具。對(duì)地觀測(cè)的遙感平臺(tái)應(yīng)能提供穩(wěn)定的對(duì)地定向，并對(duì)平臺(tái)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(duì)平臺(tái)更有嚴(yán)格的要求，如平臺(tái)姿態(tài)控制和安裝精度的要求等。第11頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第12頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第13頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感平臺(tái)

紫外(0.3-0.4mm)可見(jiàn)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(yuǎn)紅外(6-15mm)熱紅外(8-14mm)微波(0.1-100cm)遙感平臺(tái)高度用途備注靜止衛(wèi)星36，000km定點(diǎn)地球觀測(cè)GMS地球觀測(cè)衛(wèi)星500－1000km定期地球觀測(cè)Landsat航天飛機(jī)240－350km不定期觀測(cè)無(wú)線探空儀100m-100km各種調(diào)查探空氣球高空噴氣機(jī)10000－12000m偵察，大范圍調(diào)查中低空飛機(jī)500－8000m航空攝影測(cè)量飛艇500－3000m空中偵察直升機(jī)100－2000m攝影測(cè)量無(wú)線遙控飛機(jī)500m以下各種調(diào)查牽引飛機(jī)50－500m牽引滑翔機(jī)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(cè)量地面遙感0－30m地面實(shí)況調(diào)查第14頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三類型概念優(yōu)點(diǎn)航天遙感航空遙感近地遙感利用衛(wèi)星、航天飛機(jī)、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(jìn)行定期、重復(fù)觀測(cè)利用飛機(jī)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(jī)動(dòng)性強(qiáng)，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(cè)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)等中、高分辨率的遙感活動(dòng)第15頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感數(shù)字圖像的獲取第16頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三傳感器傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。第17頁(yè)，共58頁(yè)，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(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。第18頁(yè)，共58頁(yè)，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(cè)器信息處理信息輸出第19頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三傳感器的分類攝影機(jī)框幅式縫隙式全景式掃描儀雷達(dá)非成像傳感器第20頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三單鏡頭框幅式攝影機(jī)主要由收集器－物鏡和探測(cè)器－感光膠片組成，暗盒、快門、光欄及機(jī)械傳動(dòng)裝置等。應(yīng)用：航空、航天攝影測(cè)量成像原理：同普通照相機(jī)應(yīng)用示例：

RMKA30/23攝影機(jī)

f:305.18mm;像幅：23×23mm；H:250km;1/m:1:820000;4-6s曝光一次。第21頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第22頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三縫隙式像機(jī)應(yīng)用：飛機(jī)或衛(wèi)星成像原理：當(dāng)飛機(jī)或衛(wèi)星向前飛行時(shí)，在相機(jī)焦平面上與航向垂直的狹隙中，對(duì)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(shí)例：目前較少使用，是線陣CCD傳感器的基礎(chǔ)第23頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三縫隙式像機(jī)航線物鏡筒縫隙膠片卷繞第24頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三全景式攝像機(jī)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(dòng)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(dòng)物鏡筒縫隙掃描方向飛行方向第25頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三多光譜攝像機(jī)在物鏡后加分光裝置，將光分解成多個(gè)光束；或利用響應(yīng)不同波段的多感光層膠片進(jìn)行多光譜攝影。第26頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三掃描式傳感器逐點(diǎn)逐行以時(shí)序方式獲取二維圖像。第27頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三光機(jī)掃描儀第28頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三推帚式掃描儀第29頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三彩色攝像機(jī)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(lán)濾光片R/G/BCCD紅、綠、藍(lán)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(lán)濾色片。綠色多可盡量加寬亮度信號(hào)的帶寬。采用包含綠色成份的補(bǔ)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(duì)不同波長(zhǎng)光的敏感曲線第30頁(yè)，共58頁(yè)，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(shí)采集的全色影響色片.45-.90microns(1m)藍(lán)波段].45-.52microns(4m)第31頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感圖像數(shù)字化第32頁(yè)，共58頁(yè)，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(gè)像元的明暗程度記錄了成像瞬間對(duì)應(yīng)的物體的反射光強(qiáng)度（灰度），在遙感圖像其實(shí)質(zhì)就是探測(cè)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(xì)區(qū)分的最小單元第33頁(yè)，共58頁(yè)，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(duì)連續(xù)圖像進(jìn)行空間坐標(biāo)的數(shù)字化量化：對(duì)采樣點(diǎn)的輻射值進(jìn)行數(shù)字化即指從圖像灰度的連續(xù)變化中進(jìn)行離散的采

樣，目前經(jīng)常使用的灰度量度有2級(jí)，64級(jí)，128級(jí)，256級(jí)。均勻數(shù)字化非均勻數(shù)字化第34頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三對(duì)圖像空間坐標(biāo)的離散化，它決定了圖像的空間分辨率。用一個(gè)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(gè)亮度取平均值，作為該小方格中點(diǎn)的值。圖像的采樣遙感圖像的采樣第35頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感圖像的采樣方法：正方形點(diǎn)陣法、正三角形點(diǎn)陣法、正六角形點(diǎn)陣法采樣是按照間隔對(duì)圖像進(jìn)行離散化的過(guò)程采樣點(diǎn)的像元值表示該點(diǎn)周圍某個(gè)小范圍內(nèi)的平均輻射值第36頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感圖像的量化將采樣過(guò)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(jí)

0－255第37頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(a)256級(jí)灰度圖象(b)子圖(c)子圖對(duì)應(yīng)的量化數(shù)據(jù)圖像量化實(shí)例第38頁(yè)，共58頁(yè)，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(gè)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(gè)層次，如果采用不均勻分層就稱為非均勻量化。第39頁(yè)，共58頁(yè)，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(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三對(duì)一幅圖像，當(dāng)量化級(jí)數(shù)一定時(shí)，采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)圖像質(zhì)量有著顯著的影響。采樣點(diǎn)數(shù)越多，圖像質(zhì)量越好；當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)減少時(shí)，圖上的塊狀效應(yīng)就逐漸明顯。當(dāng)圖像的采樣點(diǎn)數(shù)一定時(shí)，采用不同量化級(jí)數(shù)的圖像質(zhì)量也不一樣。量化級(jí)數(shù)越多，圖像質(zhì)量越好，當(dāng)量化級(jí)數(shù)越少時(shí)，圖像質(zhì)量越差，量化級(jí)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(diǎn)數(shù)和量化級(jí)數(shù)的關(guān)系第41頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

(a)采樣點(diǎn)256×256時(shí)的圖像(b)采樣點(diǎn)64×64時(shí)的圖像(c)采樣點(diǎn)32×32時(shí)的圖像(d)采樣點(diǎn)16×16時(shí)的圖像

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

量化級(jí)數(shù)與圖像質(zhì)量之間的關(guān)系第43頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)第44頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感圖像的存儲(chǔ)模式磁帶、磁盤、光盤CCT－－－計(jì)算機(jī)兼容磁帶BIP—按像元波段交叉式，以一對(duì)像元為基本單位進(jìn)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(yè)，共58頁(yè)，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(shí)間信息第46頁(yè)，共58頁(yè)，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(gè)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(yè)，共58頁(yè)，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(cè)器記錄地面反射、發(fā)射或后向散射的輻射通量對(duì)信號(hào)強(qiáng)度差異的敏感性，也稱為量化等級(jí)遙感圖像的輻射分辨率第48頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三光譜分辨率NIRSWIRMWIRLWIR400nm

70015003000RB500014000nmGPanchromatic:oneverywidebandLOWMultispectral:severaltotensofbandsMEDHyperspectral:

hundredsofnarrowbandsHIGH第49頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三NASAAVIRISCuprite,NV,HSIData,(1995)第50頁(yè)，共58頁(yè)，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(guó)陸地衛(wèi)星Landsat、IKONOS衛(wèi)星、NOAA衛(wèi)星、法國(guó)SPOT衛(wèi)星、印度IRS-IC衛(wèi)星、中巴衛(wèi)星CBERS等。–

藍(lán)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(shí)間分辨率：4天第51頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期三AnAVIRIS(NASA)HSIImageCube第52頁(yè)，共58頁(yè)，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(yè)，