高光譜成像光譜掃描成像光譜儀課件

3.1遙感平臺1、遙感系統(tǒng)1）目標物的電磁波特性2）信息的獲?。▊鞲衅骱瓦b感平臺）3）信息的接收4）信息的處理5）信息的應用13.1遙感平臺1、遙感系統(tǒng)1）目標物的電磁波特性13.1遙感平臺1）地面平臺高度：0-50米，車、船、塔等2）航空平臺高度：百米-萬米不等，低、中、高空飛機，以及飛艇、氣球等。3）航天平臺高度：150-36000千米，包括航天飛機（300KM）、極軌衛(wèi)星（700-900KM）、地球同步軌道衛(wèi)星（36000KM）2、遙感平臺23.1遙感平臺1）地面平臺2、遙感平臺23.1遙感平臺按航天遙感平臺的服務內容，可分為1）氣象衛(wèi)星系列2）陸地衛(wèi)星系列3）海洋衛(wèi)星系列

課本知識自學3、航天遙感平臺33.1遙感平臺按航天遙感平臺的服務內容，可分為3、航天遙3.1遙感平臺3、航天遙感平臺航天遙感特點：觀察范圍大，發(fā)現(xiàn)宏觀、整體的特征；效率高于航空遙感；獲取同樣數(shù)量的數(shù)據時，費用較低；適于動態(tài)監(jiān)測；分辨率一般低于航空遙感，但已大大改善43.1遙感平臺3、航天遙感平臺航天遙感特點：43.1遙感平臺3、航天遙感平臺遙感衛(wèi)星的姿態(tài)與軌道參數(shù)姿態(tài)描述：1.三軸傾斜：滾動：橫向搖擺；俯仰：縱向搖擺；偏航：偏移運行軌道2.振動：非系統(tǒng)性的不穩(wěn)定振動影響數(shù)據質量，使用數(shù)據前需進行幾何糾正3、航天遙感平臺53.1遙感平臺3、航天遙感平臺遙感衛(wèi)星的姿態(tài)與軌道參數(shù)姿衛(wèi)星空間軌道及其運行特征（一）開普勒定律衛(wèi)星在空間運行，遵循天體運動的開普勒三定律。一、開普勒第一定律星體繞地球（或者太陽）運動的軌道是一個橢圓，地球（太陽）位于橢圓的一個焦點上。軌道離地最近的點稱近地點，反之為遠地點。3.1遙感平臺3、航天遙感平臺6衛(wèi)星空間軌道及其運行特征3.1遙感平臺3、航天遙感平臺6開普勒定律（1）2eaa遠日點太陽b近日點地球軌道3.1遙感平臺3、航天遙感平臺7開普勒定律（1）2eaa遠日點太陽b近日點地球軌道3.1二、開普勒第二定律從地心或者太陽中心到星體的連線（星體向徑），在單位時間掃過的面積相等（面積速度守恒）。衛(wèi)星在離地近的地方經過時的速度要快些，在離地遠的地方運行的速度要慢些。3.1遙感平臺3、航天遙感平臺8二、開普勒第二定律3.1遙感平臺3、航天遙感平臺8開普勒定律（2）a遠地點近地點MinoraxisMajoraxisvpvaRpra9開普勒定律（2）a遠地點近地點MinoraxisMajor3.1遙感平臺3、航天遙感平臺開普勒第三定律行星的公轉周期的平方與它的軌道平均半徑的立方成正比。衛(wèi)星繞地球的運行周期的平方與它的軌道平均半徑的立方成正比。T2/（R+H）3=CT：運行周期，R：地球半徑；H：離地高度；C：開普勒常數(shù)103.1遙感平臺3、航天遙感平臺開普勒第三定律101、赤道坐標系

赤道坐標系是取赤道面為基準面，以地球自轉軸、以及從地心指向春分點的直線為坐標軸所構成的坐標系。雖然由于地軸的進動，該坐標系相對于恒星其位置是變動的，但是，對于軌道壽命有限的衛(wèi)星運動來說，影響很小。3.1遙感平臺3、航天遙感平臺衛(wèi)星軌道參數(shù)111、赤道坐標系3.1遙感平臺3、航天遙感平臺2、六個基本軌道參數(shù)（1）軌道傾角

軌道平面與地球赤道平面的夾角。具體計算是在衛(wèi)星軌道升段時由赤道平面反時針旋轉到軌道平面的夾角。

當0

<i<90

時，衛(wèi)星運動方向與地球自轉方向一致，因此叫“正方向衛(wèi)星”；當90

<i<180

時，叫“反方向衛(wèi)星”，即衛(wèi)星運動與地球自轉方向相反；當i=90

時，衛(wèi)星繞過兩極運行，叫“極軌”或“兩極”衛(wèi)星；當i=0

或180

時，衛(wèi)星繞赤道上空運行，叫“赤道衛(wèi)星”。3.1遙感平臺3、航天遙感平臺衛(wèi)星軌道參數(shù)122、六個基本軌道參數(shù)3.1遙感平臺3、航天遙感平臺衛(wèi)星軌（2）升交點赤經

衛(wèi)星由南向北運行時經過赤道平面的那一點，叫“升交點”；該點離春分點的經度值就是升交點赤經。軌道傾角和升交點赤經共同決定衛(wèi)星軌道平面的空間位置。13（2）升交點赤經13（3）近地點幅角地心與升交點連線和地心與近地點連線之間的夾角。由于入軌后其升交點和近地點是相對穩(wěn)定的，所以近地點幅角通常是不變的，它可以決定軌道在軌道平面內的方位。14（3）近地點幅角14（4）橢圓半長軸

近地點和遠地點連線的一半，它標志衛(wèi)星軌道的大小。

它確定了衛(wèi)星距地面的高度，按照衛(wèi)星高度的不同又將衛(wèi)星分為低軌衛(wèi)星（150—300公里）、中軌衛(wèi)星（約1000公里左右）和高軌衛(wèi)星（36000公里處）。（5）橢圓偏心率

橢圓軌道兩個焦點間距離之半與半長軸的比值，用以表示軌道的形狀。（6）衛(wèi)星過近地點時刻

以近地點為基準表示軌道面內衛(wèi)星位置的量15153.1遙感平臺3、航天遙感平臺其它一些常用的遙感衛(wèi)星參數(shù)衛(wèi)星高度：衛(wèi)星距離地面的高程運行周期：衛(wèi)星繞地球一圈所需的時間重復周期：衛(wèi)星從某地上空開始運行，經過若干時間的運行后，回到該地上空時所需的天數(shù)降交點時刻：衛(wèi)星經過降交點時的地方太陽時的平均值掃描寬度：傳感器所觀測的地面帶的橫向寬度163.1遙感平臺3、航天遙感平臺其它一些常用的遙感衛(wèi)星參數(shù)3.1遙感平臺3、航天遙感平臺遙感衛(wèi)星的軌道類型地球同步軌道（Geosynchronoussatelliteorbit）地球靜止軌道（geostationarysatelliteorbit）能夠長時間觀測特定地區(qū)，衛(wèi)星高度高，能將大范圍的區(qū)域同時收入視野，應用于氣象和通訊領域太陽同步軌道（sun-synchronoussatelliteorbit）：衛(wèi)星的軌道面以與地球的公轉方向相同方向而同時旋轉的近圓形軌道。173.1遙感平臺3、航天遙感平臺遙感衛(wèi)星的軌道類型173.1遙感平臺3、航天遙感平臺地球靜止衛(wèi)星軌道

(geostationarysatelliteorbit)衛(wèi)星運行周期與地球自轉周期(23小時56分4秒)相同的軌道稱為地球同步衛(wèi)星軌道(Geosynchronoussatelliteorbit)(簡稱同步軌道);在無數(shù)條同步軌道中,有一條圓形軌道,它的軌道平面與地球赤道平面重合,在這個軌道上的所有衛(wèi)星,從地面上看都像是懸在赤道上空靜止不動,這樣的衛(wèi)星稱為地球靜止軌道衛(wèi)星,簡稱靜止衛(wèi)星,這條軌道就稱為地球靜止衛(wèi)星軌道,簡稱靜止衛(wèi)星軌道,高度大約是35800公里。人們通常簡稱的同步軌道衛(wèi)星一般指的是靜止衛(wèi)星。183.1遙感平臺3、航天遙感平臺地球靜止衛(wèi)星軌道

(geo3.1遙感平臺3、航天遙感平臺太陽同步軌道

(sunsynchronousorbit)衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面的夾角一般是不會變的,但會繞地球自轉軸旋轉。軌道平面繞地球自轉軸旋轉的方向與地球公轉的方向相同,旋轉的角速度等于地球公轉的平均角速度,即0.9856度/日或360度/年,這樣的軌道稱為太陽同步軌道。衛(wèi)星軌道傾角很大，繞過極地地區(qū)，也稱極軌衛(wèi)星在太陽同步軌道上，衛(wèi)星于同一緯度的地點，每天在同一地方時同一方向通過193.1遙感平臺3、航天遙感平臺太陽同步軌道

(suns3.2攝影成像1、攝影機1）分幅式攝影機203.2攝影成像1、攝影機1）分幅式攝影機20視場角

常角（50o-70o）;寬角（70o~105o）;特寬角105o-135o）像幅有18*18cm2與23*23cm2兩種。焦距長焦距（>200mm）;中焦距（100～200mm）短焦距（<100mm)21視場角213.2攝影成像1、攝影機2）全景（掃描）攝影機（1）縫隙式攝影機v=V*f/H,f為焦距223.2攝影成像1、攝影機2）全景（掃描）攝影機（1）縫隙在物鏡的焦面上平行于飛行方向設置一條狹縫，并隨物鏡作垂直于航線方向掃描，得到一幅掃描成像的圖象。（掃描攝影機）物鏡擺動的幅面很大，能將航線兩邊的地平線內的影象都攝入底片。---（全景攝影機）3.2攝影成像1、攝影機2）全景（掃描）攝影機（2）鏡頭轉動式攝影機23在物鏡的焦面上平行于飛行方向設置一條狹縫，并隨物鏡作垂直于航焦距長，可達600mm幅面大，23cm(長)*128cm（寬）掃描視場大，可達180度全景畸變(panoramicdistortion)：像距不變，物距隨掃描角的增大而增大，出現(xiàn)兩邊比例尺逐漸縮小的現(xiàn)象，整個影象產生全景畸變；掃描時，飛機向前運動，掃描擺動的非線性因素，使畸變復雜化。24焦距長，可達600mm243.2攝影成像1、攝影機3）多光譜攝影機對同一地區(qū)，在同一瞬間攝取多個波段影象的攝影機可充分利用地物在不同光譜區(qū)有不同的反射特征，來增多獲取目標的信息量，以提高識別地物能力三種基本類型：多攝影機型多光譜攝影機多鏡頭型多光譜攝影機光束分離型多光譜攝影機253.2攝影成像1、攝影機3）多光譜攝影機對同一地區(qū)，在同2626CenturyCity,LosAngelesFour70-mmHasselbladCamerasArrangedtoObtainMultibandVerticalAerialPhotography27CenturyCity,LosAngelesFour3.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征按攝影機主光軸與鉛垂線的關系分

垂直攝影和傾斜攝影主光軸：通過物鏡中心并與主平面（焦平面）垂直的直線；主光軸垂直于像片面像主點：主光軸與感光片的交點像片傾角（航攝傾角）：主光軸與鉛垂線的夾角；像片面與水平面的夾角

垂直航空攝影：

航攝傾角≤3°獲得近水平的航空像片是航空遙感圖象的主要獲取方法

傾斜航空攝影：

航攝傾角>3°獲得傾斜航空像片一般用于科學研究283.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征按攝影機主光軸與鉛垂3.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征293.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征293.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征垂直攝影像片的幾何特征(1)像片投影分為中心投影和垂直投影303.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征垂直攝影像片的幾何特中心投影與垂直投影的區(qū)別投影距離的影響垂直投影比例尺和投影距離無關中心投影焦距固定，航高改變，其比例尺也隨之改變H1H2f垂直投影中心投影31中心投影與垂直投影的區(qū)別投影距離的影響垂直投影比例尺中心投影中心投影與垂直投影的區(qū)別投影面傾斜的影響傾斜水平ABCabc比例尺f/HHf傾斜32中心投影與垂直投影的區(qū)別投影面傾斜的影響傾斜水平ABCabc地形起伏對垂直投影無影響對中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同BACabcA’C’ABCabcC’A’中心投影與垂直投影的區(qū)別地形起伏的影響33地形起伏對垂直投影對中心投影引起投影差BACabcA’C’A中心投影的透視規(guī)律中心投影的成像特點：點的像還是點，直線的像還是直線；空間曲線的像一般仍為曲線；水平面投影仍為一平面，垂直面（位于投影中心時）的投影呈一直線，位于其它位置時，頂部投影為一直線，側面投影成不規(guī)則的梯形。特例：直線（垂直的）的延長線通過投影中心時，該直線的像是一個點；若直線延長線不通過投影中心，仍然是直線，但該垂直線狀目標的長度和變形情況取決于目標在像片中的位置?？臻g曲線在一個平面，而該平面又通過投影中心時，它的像則成為直線。34中心投影的透視規(guī)律中心投影的成像特點：3435353.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征垂直攝影像片的幾何特征（2）像片比例尺：像片上某線段長度（ab）與地面相應線段長度之比（AB）用1/M表示1/M=f/H=ab/AB注：地形平坦，鏡頭主光軸垂直于地面。

f：物鏡的焦距；H：飛行器的相對航高F可在像片的邊緣獲相應的影像資料（航攝報告、設計）中找到；H由攝影部門提供；航高、地形起伏會影響比例尺中心投影像片比例尺在中心和邊緣是不同的。363.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征垂直攝影像片的幾何特37373.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征垂直攝影像片的幾何特征航高未知時，像片比例尺的計算：1.已知某一地面目標的大小，通過量測其在像片上的影象計算出像片比例尺例：某河流寬度20米，像片上寬度0.5厘米比例尺1/m=0.5/（20*100）=1/40002.若有攝影地區(qū)的地形圖（比例尺已知），先在像片和地形圖上找到兩個地物的對應點，然后分別在像片上和地形圖上量得其長度。例：地形圖比例尺1：50000，地形圖上兩點長度3.5厘米，像片上相應兩點長度7厘米，則像片比例尺：1/m=7/（3.5*50000）=7/175000=1/25000383.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征垂直攝影像片的幾何特3.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征垂直攝影像片的幾何特征(3)像點位移在中心投影的像片上，根據中心投影的原理，帶有起伏狀態(tài)的地形，或高出地面的物體，反映到航空像片上的像點與其平面位置相比，一般都會產生位置的移動，叫像點位移引起像點位移的因素：像片傾斜地面點相對于基準面的高差物理因素（攝影材料變形、物鏡畸變、大氣折光、地球曲率等）393.2攝影成像2、攝影像片的幾何特征垂直攝影像片的幾何特地形起伏引起的像點位移h像片上的投影差；h地面上的投影差A點高程為h，其在像片上的構像為a；A在基準面上的投影為A0，A0在像片上的構像為a0；Aa0為由地形引起的像點位移，也稱像片上的投影差h40地形起伏引起的像點位移h像片上的投影差；A點高程為h，其在根據三角形相似原理，可得像點位移的計算公式：

h=r*h/Hr:像點a到像主點的距離;H為攝影航高;h為地面離差。地形起伏引起的像點位移41根據三角形相似原理，可得地形起伏引起的像點位移41像點位移規(guī)律對于相對高差相等的點，

h亦相等;r=0時,

h=0,像主點無移位。位移量與像主點的距離r成正比。

h與h成正比,h>0,像點背離像主點方向移位；h<0,像點朝向像主點方向移位;(3)

h與航高H成反比。地形起伏引起的像點位移42像點位移規(guī)律地形起伏引起的像點位移42補充知識航空像片上的特殊點線

航空像片的特殊點、線是了解航攝像片成像規(guī)律和應用這些成像規(guī)律的基礎知識像主點：主光軸OS與像平面垂直的交點o稱為像主點,地面上的相應點稱為地主點。2.像底點：通過鏡頭中心S的鉛垂線(即主垂線NSn)與像面的交點n稱為像底點,地面上的相應點稱為地底點N。43補充知識航空像片上的特殊點線433.等角點：主光軸SO與主垂線NSn夾角α(即像片傾角)的二等分線與像平面及地面的交點,都稱為等角點。用c(像片上的等角點)及C(地面上的等角點)表示。4.主縱線：包括主光軸與鉛垂線的平面(即主垂面W)與像平面的交線vv’為主縱線;它在地面上相應線為攝影方向線VV‘5.主橫線：在像片上凡與主縱線垂直的線,稱為像水平線hh’,通過像主點的像水平線為主橫線hoho’。443.等角點：主光軸SO與主垂線NSn夾角α(即像片6.等比線：像平面上通過等角點c的像水平線，稱為等比線hch’c，在此線上的像片比例尺與同一航高的水平像片的比例尺相同。7.真水平線:通過鏡頭中心S所作的水平面與像片面的交線hihi’8.主合點：主縱線與真水平線的交點i

9.透視軸:延長像片面與地平面相交的直線為透視軸TT'。456.等比線：像平面上通過等角點c的像水平線，稱為等比線hc等比線、等角點在等比線上的像片比例尺與同一航高的水平像片的比例尺相同。“等比線”由此得名46等比線、等角點在等比線上的像片比例尺與同一航高的水平像片的比3.3掃描成像光/機掃描成像探測器的波段響應是掃描圖像物理特性的決定因素473.3掃描成像光/機掃描成像探測器的波段響應是掃描圖像物3.3掃描成像光/機掃描成像探測元件響應波長/μ工作溫度/K光電倍增管硅光二極管鍺光二極管銻化銦（InSb）碲鎘汞(HgCdTe)硫化鉛（PbS）鍺摻汞(Ge:Hg)0.4-0.750.53-1.091.12-1.732.1-4.753-58-142-68-13.577室溫77室溫77483.3掃描成像光/機掃描成像探測元件響應波長/μ工作溫度3.3掃描成像光/機掃描成像A：掃描鏡B：探測元件C：IFOV瞬時視場角D：地面分辨率E：總視場角（10-200航天）F：掃描帶寬493.3掃描成像光/機掃描成像A：掃描鏡493.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）Multi-SpectralScanner503.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）Multi掃描反射鏡是一個表面鍍銀的橢圓性鈹發(fā)射鏡，它與地面和聚光鏡的光軸均成45度角，掃描鏡圍繞正常位置擺動的幅度大約為正負2.89度，掃描頻率為13.62Hz，對垂直與衛(wèi)星軌跡方向的地面進行掃描（橫向掃描），星下點視廠場角為11.56度，被掃描地面條帶寬度約為185km，沿衛(wèi)星軌跡方向的掃描（縱向掃描）由衛(wèi)星的運動來實現(xiàn)。3.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）51掃描反射鏡是一個表面鍍銀的橢圓性鈹發(fā)射鏡，它與地面和聚光鏡的3.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）523.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）523.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）MSS具有4個光譜通道。Landsat1-5均用了MSS，其中除Landsat3采用5個波段外，其余均用可見光-近紅外4個波段。（1）MSS4：0.5

0.6微米，為藍綠波段（2）MSS5：0.6

0.7微米，為橙紅波段（3）MSS6：0.7

0.8微米，為紅、近紅外波段（4）MSS7：0.8

1.1微米，為近紅外波段

533.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）M3.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）MSS-4MSS-5543.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）MSS-43.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）MSS-6MSS-7553.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）MSS-63.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）MSSBand4=BlueMSSBand5=GreenMSSBand7=Red

563.3掃描成像光/機掃描成像——實例（MSS）MSSB3.3掃描成像固體自掃描成像（推帚式掃描儀）573.3掃描成像固體自掃描成像（推帚式掃描儀）573.3掃描成像高光譜成像光譜掃描（成像光譜儀）成像光譜儀是新一代傳感器，20世紀80年代正式開始研制；目的：在獲取大量目標窄波段連續(xù)光譜圖象的同時，獲得每一個像元幾乎連續(xù)的光譜數(shù)據（成像光譜儀）主要應用于高光譜航空遙感，在航天遙感領域高光譜也開始應用583.3掃描成像高光譜成像光譜掃描（成像光譜儀）成像光譜儀3.3掃描成像高光譜成像光譜掃描（成像光譜儀）1面陣探測器加推掃式掃描儀的成像光譜儀利用線陣列探測器進行掃描，利用色散元件和面陣探測器完成光譜掃描，利用線陣列探測器及其沿軌道方向的運動完成空間掃描。593.3掃描成像高光譜成像光譜掃描（成像光譜儀）1面陣探特點：空間掃描由固體掃描完成（可見光-近紅外，用CCD；短波紅外用汞-鎘-碲/CCD混合器件）；像元的攝影時間長；系統(tǒng)的靈敏度和空間分辨率均可得到提高；在可見光波段，分辨率可提高到1-2nm量