3S技術(shù)集成優(yōu)秀教案課課件

第二章對(duì)地觀測(cè)與信息獲取技術(shù)--RS

2.1．遙感簡(jiǎn)介2.1.1遙感的產(chǎn)生全球變化的研究面向一系列重大全球性環(huán)境問(wèn)題，提出了大量的關(guān)系到地球可居住性的重要科學(xué)問(wèn)題，因而所涉及的范圍極其廣泛，具有高度綜合和交叉學(xué)科研究的特點(diǎn)。葉篤正先生曾指出，“全球環(huán)境是一個(gè)不可分割的整體，任何區(qū)域的環(huán)境變化都要受到整體環(huán)境變化的制約，反過(guò)來(lái)，整體環(huán)境的變化又是各區(qū)域相互影響著的環(huán)境變化的綜合體”。

全球變化的研究是以地球系統(tǒng)科學(xué)為指南的。遙感作為獲取地球表面時(shí)空多變要素信息的先進(jìn)方法，是地球系統(tǒng)科學(xué)研究的重要組成部分，是對(duì)全球變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的不可替代的手段。陳述彭先生指出，沒(méi)有遙感，就提不出全球變化這樣的科學(xué)問(wèn)題。2.1．遙感簡(jiǎn)介2.1.2.遙感過(guò)程2.1.2.遙感過(guò)程（1）能源：太陽(yáng)輻射能，其波譜范圍包括：紫外，可見(jiàn)光和紅外等，他隨時(shí)間和地點(diǎn)而變化；（2）在大氣中傳播：太陽(yáng)能通過(guò)大氣，部分被大氣微粒散射、吸收，部分透射；（3）到達(dá)地表的電磁波與地表相互作用：不同的波長(zhǎng)到達(dá)地表，被選擇性的反射、吸收、透射和折射；（4）再次的大氣傳播：地表發(fā)射或反射的能量，再次通過(guò)大氣，能量再次衰減，該能量包含著不同地表特征波譜響應(yīng)的能量；（5）遙感系統(tǒng)：遙感平臺(tái)和遙感器的組合；（6）圖象數(shù)據(jù)產(chǎn)品；（7）數(shù)據(jù)處理、分析與解譯。（8）多目標(biāo)用戶。2.2遙感原理2.2.1電磁波與地物光譜特性2.2.2太陽(yáng)輻射與大地輻射2.2.3地物光譜特性及其測(cè)量見(jiàn)課本p30-322.4遙感圖像的分辨率遙感是從空間感知地面的特征和變化，其范圍可從全球到實(shí)地不同的細(xì)節(jié)層次間變化。在影像應(yīng)用分析中，分辨率(resolution)是一至關(guān)重要的概念，并表現(xiàn)為多重含義。圖像分辨率簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是成像系統(tǒng)對(duì)圖像細(xì)節(jié)分辨能力的一種度量，也是圖像中目標(biāo)細(xì)微程度的指標(biāo)，它表示景物信息的詳細(xì)程度(EstesSLSimonett，1975)。強(qiáng)調(diào)“成像系統(tǒng)”是因?yàn)橄到y(tǒng)的任一環(huán)節(jié)都有可能對(duì)最終圖像分辨率造成影響，對(duì)“圖像細(xì)節(jié)”的不同解釋又會(huì)對(duì)圖像分辨率有不同的理解。可以從以下四個(gè)方面理解：2.4.1空間分辨率(SpatialResolution)遙感器可以放置在太空站、軌道衛(wèi)星、航天飛機(jī)、航空飛機(jī)、高塔、遙感車等不同的遙感平臺(tái)上。這些不同平臺(tái)的高度、運(yùn)行速度、觀察范圍、圖像分辨率、應(yīng)用目的等均不相同，它們構(gòu)成了一個(gè)對(duì)地球表面觀測(cè)的立體觀測(cè)系統(tǒng)。

選擇平臺(tái)的主要依據(jù)是地面分辨率，又稱空間分辨率。地面分辨率是針對(duì)地面而言，指可以識(shí)別的最小地面距離或最小目標(biāo)物的大小?？臻g分辨率是針對(duì)遙感器或圖像而言的，指圖像上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元的尺寸或大小，或指遙感器區(qū)分兩個(gè)目標(biāo)的最小角度或線性距離的度量。

它們均反映對(duì)兩個(gè)非常靠近的目標(biāo)物的識(shí)別、區(qū)分能力，也稱分辨力或解像力。有三種表示法：2.4.1空間分辨率(SpatialResolution)(1)像元(pixel)。指單個(gè)像元所對(duì)應(yīng)的地面面積大小，單位為米(m)或公里(km)。如美國(guó)QuickBird商業(yè)衛(wèi)星一個(gè)像元相當(dāng)?shù)孛婷娣e0．61mX0．61m，其空間分辨率為0．61m；

Landsat／TM一個(gè)像元相當(dāng)?shù)孛婷娣e28.5mX28.5m，簡(jiǎn)稱空間分辨率30m；NOAA／AVHRR一個(gè)像元約相當(dāng)?shù)孛婷娣e1100mX1100m，簡(jiǎn)稱空間分辨率1.1km(或1km)。

像元是掃描影像的基本單元，是成像過(guò)程中或用計(jì)算機(jī)處理時(shí)的基本采樣點(diǎn)，由亮度值表示。

對(duì)于光電掃描成像系統(tǒng)，像元在掃描線方向的尺寸大小取決于系統(tǒng)幾何光學(xué)特征的測(cè)定，而飛行方向的尺寸大小取決于探測(cè)器連續(xù)電信號(hào)的采樣速率。2.4.1空間分辨率(SpatialResolution)(2)線對(duì)數(shù)(LinePairs)。

對(duì)于攝影系統(tǒng)而言，影像最小單元常通過(guò)lmm間隔內(nèi)包含的線對(duì)數(shù)確定，單位為線對(duì)／mm。所謂線對(duì)指一對(duì)同等大小的明暗條紋或規(guī)則間隔的明暗條對(duì)。2.4.1空間分辨率(SpatialResolution)(3)瞬時(shí)視場(chǎng)(1FOV)

指遙感器內(nèi)單個(gè)探測(cè)元件的受光角度或觀測(cè)視野，單位為毫弧度(mrad)。IFOV越小，最小可分辨單元(可分像素)越小，空間分辨率越高。IFOV取決于遙感器光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器的大小。一個(gè)瞬時(shí)視場(chǎng)內(nèi)的信息，表示一個(gè)像元。然而，在任何一個(gè)給定的瞬時(shí)視場(chǎng)(1FOV)內(nèi)，往往包含著不止一種地面覆蓋類型。它所記錄的是一種復(fù)合信號(hào)響應(yīng)。因此，一般圖像包含的是“純”像元和“混合”像元的集合體，這依賴于IFOV的大小和地面物體的空間復(fù)雜性。2.4.1空間分辨率(SpatialResolution)一般說(shuō)來(lái)，遙感器系統(tǒng)的空間分辨率越高，其識(shí)別物體的能力越強(qiáng)。但是實(shí)際上每一目標(biāo)在圖像的可分辨程度，不完全決定于空間分辨率的具體值，而是和它的形狀、大小，以及它與周圍物體亮度、結(jié)構(gòu)的相對(duì)差異有關(guān)。例如：Landsat／MSS的空間分辨率為80m，但是寬度僅15～20m的鐵路甚至僅10m寬的公路，當(dāng)它們通過(guò)沙漠、水域、草原、農(nóng)作區(qū)等背景光譜較單調(diào)或與道路光譜差異大的地區(qū)，往往清晰可辨。這是因它獨(dú)特的形狀和較單一的背景值所致。可見(jiàn)，空間分辨率的大小，僅表明影像細(xì)節(jié)的可見(jiàn)程度，但真正的識(shí)別效果，還要考慮環(huán)境背景復(fù)雜性等因素的影響。2.4.1空間分辨率(SpatialResolution)

經(jīng)驗(yàn)證明，遙感器系統(tǒng)空間分辨率的選擇，一般應(yīng)選擇小于被探測(cè)目標(biāo)最小直徑的1/2。比如，若要識(shí)別公園內(nèi)的橡樹(shù)，則可以接受的最小空間分辨率應(yīng)是最小橡樹(shù)直徑的一半。不過(guò)，若橡樹(shù)與背景特征間光譜響應(yīng)差異很小，這種經(jīng)驗(yàn)方法所推算的空間分辨率也不能保證成功。2.4.1空間分辨率(SpatialResolution)

設(shè)計(jì)成像遙感器系統(tǒng)時(shí)，選擇空間分辨率是必須考慮的重點(diǎn)。對(duì)于攝影系統(tǒng)，空間分辨率是影響信息數(shù)量和質(zhì)量的主要因素，它直接傳遞景物的空間結(jié)構(gòu)信息，由此可以再推斷出有關(guān)該景物的大量信息。對(duì)于掃描系統(tǒng)，空間分辨率決定了根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)組能直接確定的信息類別。比如，NOAA／AVHRR空間分辨率1.1km的數(shù)據(jù)可以用于分析農(nóng)、林、牧等信息類別；而Landsat／TM空間分辨率30m的數(shù)據(jù)可以對(duì)上述的林地的子類別，如針葉林、闊葉林、混交林等進(jìn)行分析。2.4.1空間分辨率(SpatialResolution)2.4.2光譜分辨率(SpectralResolution)

遙感信息的多波段特性，多用光譜分辨率來(lái)描述。即對(duì)圖像光譜細(xì)節(jié)的分辨能力的表達(dá)；光譜分辨率是指遙感器所選用的波段數(shù)量的多少、各波段的波長(zhǎng)位置、及波長(zhǎng)間隔大小，即選擇的通道數(shù)、每個(gè)通道的中心波長(zhǎng)、帶寬，這三個(gè)因素共同決定光譜分辨率。2.4.2光譜分辨率(SpectralResolution）

比如，對(duì)于黑／白全色航空像片，照相機(jī)用一個(gè)綜合的寬波段(0．4—0．7?m，波段間隔為0.3?m)記錄下整個(gè)可見(jiàn)光紅、綠、藍(lán)的反射輻射；

Landsat／TM有7個(gè)波段，能較好的區(qū)分同一物體或不同物體在7個(gè)不同波段的光譜響應(yīng)特性的差異，其中以TM3為例，遙感器用一個(gè)較窄的波段(0．63～0．69?m)，波段間隔為0．06?m)記錄下紅光區(qū)內(nèi)的一個(gè)特定范圍的反射輻射；而航空可見(jiàn)、紅外成像光譜儀AVIRIS，有224個(gè)波段(0．4～2．45?m，波段間隔近10?m)，可以捕捉到各種物質(zhì)特征波長(zhǎng)的微小差異?？梢?jiàn)，光譜分辨率越高，專題研究的針對(duì)性越強(qiáng)，對(duì)物體的識(shí)別精度越高，遙感應(yīng)用分析的效果也就越好。但是，面對(duì)大量多波段信息以及它所提供的這些微小的差異，人們要直接地將它們與地物特征聯(lián)系起來(lái)，綜合解譯是比較困難的，而多波段的數(shù)據(jù)分析，可以改姜識(shí)別和提取信息特征的概率和精度。2.4.2輻射分辨率（Radiomet—Resolution)

任何圖像目標(biāo)的識(shí)別，最終依賴于探測(cè)目標(biāo)和特征的亮度差異。這里有兩個(gè)前提條件：

一是地面景物本身必須有充足的對(duì)比度(指在一定波譜范圍內(nèi)亮度上的對(duì)比度)；二是遙感儀器必須有能力記錄下這個(gè)對(duì)比度。因此，在遙感調(diào)查中，儀器的靈敏度以及地面目標(biāo)與背景間存在的對(duì)比度總是至關(guān)重要的。

輻射分辨率指遙感器對(duì)光譜信號(hào)強(qiáng)弱的敏感程度、區(qū)分能力。即探測(cè)器的靈敏度——遙感器感測(cè)元件在接收光譜信號(hào)時(shí)能分辨的最小輻射度差，或指對(duì)兩個(gè)不同輻射源的輻射量的分辨能力。一般用灰度的分級(jí)數(shù)來(lái)表示，即最暗一最亮灰度值(亮度值)間分級(jí)的數(shù)目——量化級(jí)數(shù)。它對(duì)于目標(biāo)識(shí)別是一個(gè)很有意義的元素。如Landsat／MSS，起初以6bits(取值范圍0—63)記錄反射輻射值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理把其中3個(gè)波段擴(kuò)展到7bits(取值范圍0～127)；而Landsat4、5／TM，7個(gè)波段中的6個(gè)波段,在30mX30m的空間分辨率內(nèi)，其數(shù)據(jù)的記錄以8bits(取值范圍0～255)，顯然TM比MSS的輻射分辨率提高，圖像的可檢測(cè)能力增強(qiáng)。2.4.2輻射分辨率（Radiomet—Resolution)2.4.3時(shí)間分辨率(TemporalRes—olution)

時(shí)間分辨率(temporalresolution)是關(guān)于遙感影像間隔時(shí)間的一項(xiàng)性能指標(biāo)。遙感探測(cè)器按一定的時(shí)間周期重復(fù)采集數(shù)據(jù)，這種重復(fù)周期，又稱回歸周期。

它是由飛行器的軌道高度、軌道傾角、運(yùn)行周期、軌道間隔、偏移系數(shù)等參數(shù)所決定。這種重復(fù)觀測(cè)的最小時(shí)間間隔稱為時(shí)間分辨率。2.4.3時(shí)間分辨率(TemporalRes—olution)時(shí)間分辨率的大小，除了主要決定于飛行器的回歸周期外，還與遙感探測(cè)器的設(shè)計(jì)等因素直接相關(guān)。比如：法國(guó)SPOT衛(wèi)星雖也是極地軌道衛(wèi)星，軌道高度832km，軌道傾角98.7度，重復(fù)周期26天，但SPOT／HRV遙感器具有傾斜觀測(cè)能力(傾角±27度)，這樣便可以從不同軌道上，以不同的角度來(lái)觀測(cè)地面上同一點(diǎn)。因而，地表特定地區(qū)的重復(fù)觀測(cè)的時(shí)間間隔比其回歸周期26天大大縮短。在26天的周期內(nèi)，中緯度地區(qū)可以觀測(cè)約12次，赤道可觀測(cè)約7次，緯度70度處可觀測(cè)約28次。那么SPOT衛(wèi)星的時(shí)間分辨率便可認(rèn)為是1—4天。而極軌氣象衛(wèi)星NOAA由于長(zhǎng)期以來(lái)，采用雙星系統(tǒng)，即同時(shí)有兩顆在軌道運(yùn)行，軌道平均高度分別為833km和870km，傾角分別為98.7度和98.9度，重復(fù)周期為1／2天。在雙星系統(tǒng)下，同一地點(diǎn)每天有4次過(guò)境資料。靜止氣象衛(wèi)量，采用與地球同步軌道，軌道高度36000km，軌道傾角為0度，衛(wèi)星公轉(zhuǎn)角速度和地球自轉(zhuǎn)角速度相等，因而，從地球上看衛(wèi)星似固定在天空某一點(diǎn)，觀測(cè)著約1／4的地球。對(duì)同一地點(diǎn)每隔20～30分鐘可獲得一次觀測(cè)資料。因此，對(duì)于遙感系統(tǒng)的時(shí)間分辨率，我們可以認(rèn)為L(zhǎng)andsat4、5為16天，SPOT為1～4天，NOAA為若干小時(shí)，靜止氣象衛(wèi)星為幾十分鐘。至于航空攝影、人工攝影等則可按應(yīng)用需求人為控制。根據(jù)遙感系統(tǒng)探測(cè)周期的長(zhǎng)短可將時(shí)間分辨率劃分為三種類型：

(1)超短或短周期時(shí)間分辨率：主要指氣象衛(wèi)星系列(極軌和靜止氣象衛(wèi)星)，以“小時(shí)”為單位，可以用來(lái)反映一天以內(nèi)的變化。如探測(cè)大氣海洋物理現(xiàn)象、突發(fā)性災(zāi)害監(jiān)測(cè)(地震、火山爆發(fā)、森林火災(zāi)等)、污染源監(jiān)測(cè)等。

(2)中周期時(shí)間分辨率：主要指對(duì)地觀測(cè)的資源環(huán)境衛(wèi)星系列(Landsat、SPOT、ERS、JERS、CBERS-1等)，以“天”為單位，可以用來(lái)反映月、旬、年內(nèi)的變化。如探測(cè)植物的季相節(jié)律，捕捉某地域農(nóng)時(shí)歷關(guān)鍵時(shí)刻的遙感數(shù)據(jù)，以獲取一定的農(nóng)學(xué)參數(shù)，進(jìn)行作物估產(chǎn)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，農(nóng)林牧等再生資源的調(diào)查，旱澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)、氣候?qū)W、大氣、海洋動(dòng)力學(xué)分析等。

(3)長(zhǎng)周期時(shí)間分辨率：主要指較長(zhǎng)時(shí)間間隔的各類遙感信息，用以反映“年”為單位的變化。如湖泊消長(zhǎng)、河道遷徙、海岸進(jìn)退、城市擴(kuò)展、災(zāi)情調(diào)查、資源變化等等。至于數(shù)百年、上千年的自然環(huán)境歷史變遷，則需要參照歷史考古等信息研究遙感影像上留下的痕跡，尋找其周圍環(huán)境因子的差異，以恢復(fù)當(dāng)時(shí)的古地理環(huán)境。2.4.3時(shí)間分辨率(TemporalRes—olution)

多時(shí)相遙感信息可以提供目標(biāo)變量的動(dòng)態(tài)變化信息，用于資源、環(huán)境、災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)，并為更新數(shù)據(jù)庫(kù)提供保證.

還可以根據(jù)地物目標(biāo)不同時(shí)期的不同特征，提高目標(biāo)識(shí)別能力和精度。2.4.3時(shí)間分辨率(TemporalRes—olution)

對(duì)于空間分辨率與輻射分辨率而言，有一點(diǎn)是需要說(shuō)明的。一般瞬時(shí)視場(chǎng)IFOV越大，最小可分像素越大，空間分辨率越低；但是，IFOV越大，光通量即瞬時(shí)獲得的入射能量越大，輻射測(cè)量越敏感，對(duì)微弱能量差異的檢測(cè)能力越強(qiáng)，則輻射分辨率越高。因此，空間分辨率的增大，將伴之以輻射分辨率的降低?？梢?jiàn)，高空間分辨率與高輻射分辨率難以兩全，它們之間必須有個(gè)折衷遙感影像信息是對(duì)地面物體及特征的反映，而幾乎所有的地學(xué)過(guò)程都依賴于尺度，如在某一空間尺度下表現(xiàn)為同一性質(zhì)的目標(biāo)在另一尺度下則呈現(xiàn)不同性質(zhì)(Goodchild，1980；TownshendandJustice，1988；NellisandBriggs，1989)。同樣數(shù)據(jù)采集和分析的尺度直接影響獲取信息的層次和種類。所以，遙感系統(tǒng)應(yīng)用中，尺度與空間分辨率是不能混淆的重要概念。2.5常用的傳感器及其對(duì)地觀測(cè)2.5.1陸地衛(wèi)星美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）在1967年制定了“地球資源技術(shù)衛(wèi)星”計(jì)劃ERTS），1975年ERTS-2發(fā)射前，改為“陸地衛(wèi)星”計(jì)劃（LANDSAT），共發(fā)射了7顆衛(wèi)星，到1983年陸地衛(wèi)星1—4停止使用，Landsat-5仍在使用，Landsat-6于1993年10月5日發(fā)射，兩天后失蹤。Landsat-7于1999年發(fā)射.

衛(wèi)星名稱發(fā)射時(shí)間傳感器Landsat-11972.7.23MSS一臺(tái)（四通道：MSS4?aMSS7），（8080m）RBV三臺(tái)（各一通道：RBV1,RBV2,RBV3),(8080m)Landsat-21975.1.22同Landsat-1Landsat-31978.3.5MSS一臺(tái)（五通道：MSS4?aMSS8),(MSS8為220220m)RBV兩臺(tái)（各一個(gè)全色通道），（4040m）Landsat-41982.7.16MSS一臺(tái)（四通道：MSS1?aMSS4），（8080m）TM一臺(tái)(七通道,TM1?a7),(3030m,TM6為120120m)Landsat-51984.3.1同Landsat-4Landsat-71999.4ETM+，在Landsat-5基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)全色波段，分辨率為15m，TM6分辨率為60米。陸地衛(wèi)星上的傳感器1）反束光導(dǎo)管攝像機(jī)（RBV）RBV1：綠通道，0.475～0.575m，（藍(lán)、綠光波段）。RBV2：紅通道，0.580～0.680m，（黃、紅光波段）。RBV3：深紅～近紅外通道，0.690～0.830m，（紅、近紅外波段）。以上三個(gè)傳感器的地面分辨力8080m，Landsat1-2用RBV1-2：全色波段，0.505～0.750m，地面分辨力3838m（4040m），Landsat-3用。2)多光譜掃描儀（MSS）：

波段編號(hào)波段劃分1—3號(hào)衛(wèi)星4，5號(hào)衛(wèi)星410.5～0.6m，綠光波段520.6～0.7m，紅光波段630.7～0.8m，紅～近紅外波段80m80m740.8～1.1m，近紅外波段8（3號(hào)星）10.4～12.6m，熱紅外波段（遠(yuǎn)紅外）240m240m3)專題制圖儀（TM）第二代多光譜光學(xué)—機(jī)械掃描儀，在MSS基礎(chǔ)上改進(jìn)和發(fā)展的。Landsat-5為雙向掃描共七個(gè)通道。TM1-5和TM7為30m30m的地面分辨力，TM6為120m120m。Landsat-7ETM+有八個(gè)通道，增加的全色波段分辨率為15m，TM6提高到60m60m。TM和ETM+波段范圍和地面分辨率通道代號(hào)光譜段波長(zhǎng)范圍（m）地面分辨力（mm）TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7TM8藍(lán)綠紅近紅外短波近紅外中波遠(yuǎn)紅外近紅外長(zhǎng)波全色波段0.45～0.520.52～0.600.63～0.690.76～0.901.55～1.7510.4～12.52.08～2.350.50～0.9030303030303030303030120120(ETM+6060)30301515（ETM+）陸地衛(wèi)星的運(yùn)行特征近極地，近圓形太陽(yáng)同步軌道。回歸周期（重復(fù)周期）：Landsat1-3為18天，Landsat4-7為16天。掃描寬度：185km185km。軌道高度：Landsat1-3為905.5km（近地）/918km（遠(yuǎn)地）Landsat4-7為705km。后續(xù)系列:Resource21計(jì)劃2005年發(fā)射。表1美國(guó)陸地衛(wèi)星及其遙感器的概況衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間軌道高度/km傳感器波段/μm空間分辨率/mLandsat–1Landsat–21972年1975年920RBV（3）MSS（1）0.475-0.5750.58-0.680.69-0.830.5-0.60.6-0.70.7-0.80.8-1.180808079797979Landsat–31978年920RBV（2）MSS（1）0.505-0.7500.5-0.60.6-0.70.7-0.80.8-1.110.4-12.63879797979240二、地球觀測(cè)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（SPOT）

法國(guó)及比利時(shí)、瑞典等歐共體國(guó)家設(shè)計(jì)研制，1986年2月22日由法國(guó)的阿麗安娜（Ariane）火箭送入太空，代號(hào)為SPOT-1。SPOT衛(wèi)星研制起步較晚，但由于采用了具有特色的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)，其很快在民用對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域占有一席之地。其特點(diǎn)是有斜向掃描，能立體成像。1)傳感器：

SPOT1：兩臺(tái)相同的高分辨力可見(jiàn)光掃描儀（HRV），軌道為圓形、近極地太陽(yáng)同步軌道，回歸周期為26天。

SPOT2：兩臺(tái)HRV，一臺(tái)固體測(cè)高儀（DoRIS）。

SPOT3：兩臺(tái)改進(jìn)型HRV，一臺(tái)DoRIS，一臺(tái)極地臭氧和氣溶膠測(cè)量?jī)x（PoAM-Ⅱ）。

SPOT4：兩臺(tái)HRVIR，加載一個(gè)植被探測(cè)儀（Vegetation）。

SPOT5：兩臺(tái)HRG，一臺(tái)HRS，加載一個(gè)植被探測(cè)儀（Vegetation）。HRV的光譜段：（4個(gè)通道）多譜段（相對(duì)于TM2，TM3，TM4）：

XS1—0.50～0.59m（綠）

XS2—0.61～0.68m（紅）

XS3—0.79～0.89m（近紅外）全色波段：P—0.51～0.73m（綠～深紅），不含青、藍(lán)、紫。衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間軌道高度/km傳感器譜段/μm空間分辨率/m壽命掃描寬度/kmSPOT-1SPOT-2SPOT-31986.21990.11993.98228228222HRV0.50-0.590.61-0.680.78-0.890.50-0.73（pan）202020103年60×60SPOT-41998.38222HRVIRVEGETATION0.50-0.590.61-0.680.78-0.891.58-1.75（SWIR）0.61-0.68（Pan）0.45-0.520.61-0.680.78-0.891.58-1.75202020201010001000100010005年60×602250SPOT-52002.58222HRGVEGETATION1HRS0.50-0.590.61-0.680.78-0.891.58-1.75（SWI）0.48-0.71（Pan）同SPOT-40.49-0.69101010205→2.5100010→55年2250600×120三、印度IRS系列衛(wèi)星988年印度發(fā)射第一顆IRS衛(wèi)星，此后又發(fā)射了多顆IRS系列衛(wèi)星。1994年發(fā)射的IRS-P2有一波譜的空間分辨率達(dá)到5.8m。目前中國(guó)衛(wèi)星地面站代理IRS-1C，1D數(shù)據(jù)，衛(wèi)星回歸周期為24天。表3印度IRS衛(wèi)星及其傳感器概況衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間軌道高度/km遙感器譜段/μm空間分辨率/m備注IRS-1AIRS-1B1988年1991年904904LISS-ILISS-II0.45-0.520.52-0.590.62-0.680.77-0.86同LISS-I7373737336.52臺(tái)LISSIRS-P21994年817LISS-IIPAN同LISS-I0.5-0.7532×365.8IRS-1CIRS-1D1995年1998年817817PANLISS-IIIWIFS0.5-0.750.52-0.590.62-0.680.77-0.861.55-0.700.62-0.680.77-0.865.823232370188188四、其它地球資源衛(wèi)星1)加拿大Radarsat系列衛(wèi)星：加拿大在對(duì)地觀測(cè)方面，獨(dú)辟蹊徑，將目標(biāo)瞄準(zhǔn)在雷達(dá)衛(wèi)星。1980年列入計(jì)劃，1989年開(kāi)始研制Radarsat-1，1995年發(fā)射入軌。Radarsat運(yùn)行在太陽(yáng)同步軌道上，其傳感器為合成孔徑雷達(dá)（SAR），多譜段掃描儀、先進(jìn)甚高分辨力輻射計(jì)和非成像的散射計(jì)。

RadarsatSAR工作非常靈活，用戶可選擇入射角、分辨率和幅寬。其入射角可選20°—50°，分辨率可選10-100m，幅寬可選45-500km。壽命設(shè)計(jì)為5年，已使用至今。其特點(diǎn)是工作不受時(shí)間和氣候條件的限制，能夠全天時(shí)，全天候的工作。2)日本的地球資源衛(wèi)星（JERS）系列：JERS-1：1992.2.11發(fā)射。傳感器有：VNR（可見(jiàn)光近紅外輻射計(jì)）光學(xué)傳感器,地面分辨率18m24m；SWIR（短波紅外輻射計(jì)）；SAR（合成孔徑雷達(dá)）：地面分辨率為18m18m。ADEOS（先進(jìn)的地球觀測(cè)衛(wèi)星）系列：

ADEOS-1：1996.8.17發(fā)射，載有七臺(tái)傳感器：AVNIR（16m16m，8m8m）、OCTS（700m700m）、NSCAT、IMG、ILAS、TOMS、POLDER。

ADEOS-2：19993發(fā)射。五、我國(guó)的地球資源衛(wèi)星（CBERS）

中國(guó)和巴西聯(lián)合研制的中巴地球資源衛(wèi)星即資源一號(hào)衛(wèi)星，于1999年10月14日發(fā)射成功。經(jīng)過(guò)在軌測(cè)試后轉(zhuǎn)入應(yīng)用運(yùn)行階段。由北京、廣州和烏魯木齊三個(gè)地面接收站接收該衛(wèi)星獲取的我國(guó)境內(nèi)的遙感數(shù)據(jù)。所接收影像的地面分辨率分別有19.5m、78m、256m等三種。資源二號(hào)衛(wèi)星現(xiàn)已在軌運(yùn)行，這將會(huì)為我國(guó)遙感事業(yè)的發(fā)展以及在國(guó)民生活中的應(yīng)用提供地面分辨率更高的衛(wèi)星影像。中巴地球資源衛(wèi)星（CBERS）主要是立足于國(guó)內(nèi)的技術(shù)基礎(chǔ)研制的。它兼有SPOT-1和Landsat4的主要功能。太陽(yáng)同步軌道，平均軌道高度:778km，衛(wèi)星壽命2年，回歸周期為26。表4中巴衛(wèi)星（CBERS）及其傳感器概況

傳感器類型波段號(hào)波段范圍地面分辨率/mCCD1藍(lán)光譜段：0.45-0.51μm19.5m2綠光譜段：0.52-0.59μm3紅光譜段：0.63-0.69μm4近紅外譜段：0.77-0.89μm5全色譜段：0.45-0.73μmIR-MSS6可見(jiàn)光-近紅外譜段：0.5-0.9μm80m（MSS）160m（熱紅外）7短波紅外譜段：1.55-1.75μm8短波紅外譜段：2.08-2.35μm9熱紅外譜段：10.5-12.5μmWFI10可見(jiàn)光譜段：0.63-0.69μm256m11近紅外譜段：0.77-0.89μm六、其他衛(wèi)星傳感器以上介紹的均為陸地衛(wèi)星，此外還有：美國(guó)的海洋衛(wèi)星SEASAT，氣象衛(wèi)星NOAA；日本的海洋觀測(cè)衛(wèi)星MOS-1，MOMO-1，歐洲遙感衛(wèi)星ERS，中國(guó)“長(zhǎng)征二號(hào)”火箭運(yùn)載返回式RS衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星FY-1，2。FY-1：1.1km1.1km，兩臺(tái)AVHRR，每臺(tái)5個(gè)通道。通道1～4每24小時(shí)覆蓋全球一次，通道5每12小時(shí)覆蓋全球一次。FY-2：可見(jiàn)光通道、熱紅外通道、水汽通道。每半小時(shí)出一幅覆蓋地球表面1/3的云圖。NOAA—AVHRR的主要參數(shù)和應(yīng)用波長(zhǎng)范圍（μm）空間分辨率覆蓋范圍重訪周期主要用途NOAA?aAVHRR0.58～0.68（紅）1.1km1.1km24002400（kmkm）0.5天植被、云、冰雪0.72～1.10（近紅外）植物、水陸界面3.55～3.93（熱紅外）熱點(diǎn)、夜間云10.3～11.3（熱紅外）云及地表溫度11.5～12.5（熱紅外）大氣及地表溫度七、高分辨率衛(wèi)星及其傳感器依科諾斯（IKONOS）依科諾斯衛(wèi)星是美國(guó)Spaceimage公司于1999年9月發(fā)射的高分辨率商用衛(wèi)星，衛(wèi)星飛行高度680km，每天繞地球14圈，星上裝有SpaceImaging空間成像儀掃描寬度為11km，可采集1m分辨率的黑白影像和4m分辨率的多波段(紅、綠、藍(lán)、近紅外)影像，重訪周期為3天。由于其分辨率高、覆蓋周期短，故在軍事和民用方面均有重要用途。IKONOS衛(wèi)星及其傳感器主要成像參數(shù)波段全色波段多光譜分辨率1米4米波長(zhǎng)450-900nm藍(lán)：450-530nm綠：520-610nm紅：640-720nm近紅外：770-800nm量化值11位成像模式單景11公里×11公里軌道高度680公里重訪周期3天快鳥(niǎo)（QuickBird）美國(guó)EarthWatch衛(wèi)星搭載的傳感器，共有5個(gè)波段，其中4個(gè)多譜段，1個(gè)全色波段，光譜范圍為450nm—900nm，空間分辨率最高可達(dá)0.61米。軌道觀測(cè)一號(hào)（OrbView-1）美國(guó)OrbitalSciences衛(wèi)星的OrbView-1，衛(wèi)星軌道高度為460km，共有5個(gè)波段，其中4個(gè)多譜段（8米分辨率），1個(gè)全色波段（1米、2米分辨率），光譜范圍與QuickBird相同。以上為典型的高空間分辨率衛(wèi)星及搭載的傳感器。QuickBird傳感器主要成像參數(shù)成像方式推掃式成像傳感器全波段多光譜分辨率0．61米（星下點(diǎn)）2．44點(diǎn)（星下點(diǎn)）波長(zhǎng)450nm藍(lán)：450-520nm綠：520-600nm紅：630-690nm近紅外：760-900nm量化值11位成像模式單景16.5公里×16.5公里條帶16.5公里×165公里軌道高度450公里重訪周期1-6天（70厘米分辨率，取決于緯度高低）3.6遙感圖像處理技術(shù)

3.6.1遙感圖像的函數(shù)形式遙感圖像記錄的是遙感傳感器對(duì)地觀測(cè)的結(jié)果，其灰度值反映了地物的反射和發(fā)射電磁波能力，該值與工作區(qū)地物的成分、結(jié)構(gòu)和傳感器的性質(zhì)等之間存在某種內(nèi)在聯(lián)系，這種內(nèi)在關(guān)系可以用函數(shù)來(lái)表達(dá)，也就是說(shuō)客觀存在著遙感圖像的模式。對(duì)于一般的陸地衛(wèi)星圖像，其數(shù)學(xué)模型可定義為：

RS:R.S.IMAGE=f(x,y,z,λ,tR)(x,y)為空間位置參數(shù)；

z為對(duì)應(yīng)(x,y)的觀測(cè)值（空間分辨率）；

λ為所使用的電磁波（光譜分辨率）；

tR為對(duì)同一目標(biāo)地物的重復(fù)觀測(cè)周期（時(shí)間分辨率）如果是TM圖像的7個(gè)不同波段，分別用λ1，λ2，........λ7來(lái)表示，每個(gè)波段的圖像可以用定義為：z＝f(x,y,z,λi,tR),(i=1,2,…..7)3.6.2遙感圖像的傳輸模型圖像函數(shù)f(x,y)表示的是二維空間內(nèi)物質(zhì)的輻射電磁波能量的分布，是地表覆蓋的直接反映，不是傳感器記錄下來(lái)的影像或數(shù)據(jù)本身，傳感器所接收的電磁波輻射能量至少還要受到輻射電磁波與大氣層的相互作用的影響。因此，遙感平臺(tái)上的傳感器所記錄下來(lái)的物質(zhì)輻射特征及幾何特征與實(shí)際的地物輻射特征之間還有差別。即：作為地物反射光譜函數(shù)，受太陽(yáng)光照度i(x，y)與地物反射率r(x，y)的雙重影響，因此，其關(guān)系式為：f(x,y)=i(x,y)r(x,y)其中，o≤i(x,y)≤∞，取值范圍取決于天氣條件；

0≤r(x，y)≤1，取值隨不同地物而異。F(x,y)經(jīng)過(guò)大氣輻射至衛(wèi)星傳感器的輸入端，再?gòu)男l(wèi)星檢波器系統(tǒng)輸出，其地物反射光譜能量是經(jīng)過(guò)大氣及系統(tǒng)產(chǎn)生的衰減和畸變，加之各種噪聲的影響，實(shí)際送至地面接收站的模型為：

g(x,y)=H1(X,Y)H2(x,y)f(x,y)+η(x,y)其中，H1(X,Y)為大氣衰減函數(shù)，由大氣的吸收和散射引起，造成影像輻射值Z的衰減，主要表現(xiàn)在分辨率的下降、對(duì)比度的下降和信息模糊；H2(X,Y)為系統(tǒng)衰減函數(shù)，由檢測(cè)系統(tǒng)的非一致性引起，主要造成像元幾何位置的失真。該模型稱為圖像的傳輸模型，其傳輸過(guò)程如F式所示：

F(x,y)﹦﹥H(x,y)﹦﹥⊕﹦﹥g(x,y)

式中，H(x，y)為f(x,y)的傳輸函數(shù)，受大氣層大氣散射及傳感器系統(tǒng)的頻率響應(yīng)的綜合影響，即：H(x,y)＝H1(x,y)H2(x,y)；η(x,y)為噪聲函數(shù)，包括系統(tǒng)噪聲和隨機(jī)噪聲。當(dāng)η(x,y)=0時(shí)，則傳輸模型為：

g(x,y)=H1(X,Y)H2(x,y)f(x,y)3.6.3遙感圖像的信息特性1)圖象的亮度信息特征遙感圖象上的每一個(gè)象元亮度值的大小反映了他所對(duì)應(yīng)的地面范圍內(nèi)地物的平均輻射亮度，該亮度值受到地物的成分，結(jié)構(gòu)，狀態(tài)，表面特征等因素的影響。光譜響應(yīng)特征在多光譜遙感影像地物識(shí)別中是最直接也是最重要的解譯元素，地表的各種地物由于物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)不同而據(jù)有獨(dú)特的波普反射和輻射特征，在圖像上反映為各類地物亮度值的差異，因此可以根據(jù)這種亮度值的差異來(lái)識(shí)別不同的物體。影像各波段的亮度值是地表光譜特征通過(guò)大氣層的影響被衛(wèi)星傳感器接收記錄的數(shù)據(jù)，每個(gè)象元各波段的亮度值代表了該象元中地物平均反射和輻射值的大小。

2）地物的紋理特征

紋理是遙感圖像的重要信息，不僅反映了圖像的灰度統(tǒng)計(jì)信息，而且反映了地物本身結(jié)構(gòu)特征和地物空間排列的關(guān)系。每種地物在圖像上都具有本身的紋理圖案，一般來(lái)講，紋理是物體表面灰度和顏色的二維變化圖案，是物體表面灰度內(nèi)容的表征，根據(jù)紋理在灰度空間分布的規(guī)則性和隨機(jī)性，分為結(jié)構(gòu)紋理和隨即紋理兩類。當(dāng)目標(biāo)物體的光譜特性比較接近時(shí)，紋理特征對(duì)于區(qū)分目標(biāo)可能會(huì)起到積極的作用。如：針葉林和闊葉林。二者光譜特征基本相同，但前者紋理較細(xì)，后者較粗。3.6.3遙感圖像的信息特性3）地物的幾何特征各種地物在空間上都具有一定的空間幾何特征，在圖像上表現(xiàn)為光譜特性相似、具有一定大小和平面形狀的區(qū)域。

3.6.3遙感圖像的信息特性4）地物的空間分布特征位置布局特征是指地物的環(huán)境位置以及地物空間位置的配置關(guān)系在影像上的反映。地物在空間上的分布受到自然條件的控制和人為因素的干預(yù)，存在著一定的地域分布規(guī)律。3.6.3遙感圖像的信息特性3.6.4遙感圖像處理概述遙感技術(shù)的目的是為了獲得地物的幾何屬性和物理屬性。原始的遙感圖像并不能地提供實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的所需的準(zhǔn)確而完備的條件。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，原始遙感影像需要經(jīng)過(guò)圖像處理，來(lái)消除成像過(guò)程中的誤差，改善圖像質(zhì)量。

遙感圖像處理是指對(duì)遙感探測(cè)所獲取的圖像或資料進(jìn)行的各種技術(shù)處理。處理的目的是使遙感圖像或資料更適于應(yīng)用。它包括對(duì)原始圖像復(fù)原的恢復(fù)處理；為使圖像更加清晰，目標(biāo)地物更為突出明顯，便于信息提取和識(shí)別的圖像增強(qiáng)處理；以及進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和信息提取的分類處理。從處理方法上，主要有光學(xué)處理和計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理。1）圖像的恢復(fù)處理在遙感成像時(shí)由于各種因素的影響，使得遙感圖像存在一定的幾何畸變和輻射量的失真，這些畸變和輻射量的失真影響了圖像的質(zhì)量和應(yīng)用，必須消除。包括：幾何校正，輻射校正（大氣校正，傳感器校正和太陽(yáng)高度角和地形校正）等內(nèi)容。3.6.4遙感圖像處理概述幾何校正

校正遙感圖像成像過(guò)程中所造成的各種幾何畸變稱為幾何校正。影響圖像幾何畸變的因素主要包括：(1)遙感器的內(nèi)部畸變：由遙感器結(jié)構(gòu)引起的畸變，如遙感器掃描運(yùn)動(dòng)中的非直線性等。(2)遙感平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)：包括由于平臺(tái)的高度變化、速度變化、軌道偏移及姿態(tài)變化引起的圖像畸變。(3)地球本身對(duì)遙感圖像的影響：包括地球的自轉(zhuǎn)、高程的變化、地球曲率等引起的圖像畸變。幾何校正包括幾何粗校正和幾何精校正。幾何校正的方法有兩種：一是分析幾何畸變的過(guò)程，建立幾何畸變的數(shù)學(xué)模型，然后對(duì)此數(shù)學(xué)模型求逆函數(shù)（改為過(guò)程），用此逆函數(shù)（改為過(guò)程）求得遙感圖像畸變前的圖像。二是利用實(shí)地測(cè)量的地物的真實(shí)坐標(biāo)值，尋找實(shí)測(cè)值與畸變之后的圖像之間的函數(shù)關(guān)系，從而得到幾何校正的方法。實(shí)際工作中常常將兩種方法結(jié)合起來(lái)。

3.6.4遙感圖像處理概述幾何校正的方法

一般地面站提供的遙感圖像數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)幾何粗校正，因此這里主要介紹一種通用的精校正方法。該方法包括兩個(gè)步驟：

第一步是構(gòu)建一個(gè)模擬幾何畸變的數(shù)學(xué)模型，以建立原始畸變圖像空間與標(biāo)準(zhǔn)圖像空間的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)不同圖像空間中像元位置的變換；

第二步是利用這種對(duì)應(yīng)關(guān)系把原始畸變圖像空間中全部像素變換到標(biāo)準(zhǔn)圖像空間中的對(duì)應(yīng)位置上，完成標(biāo)準(zhǔn)圖像空間中每一像元亮度值的計(jì)算。

實(shí)現(xiàn)兩個(gè)圖像空間的轉(zhuǎn)換通常有兩種方法，即直接轉(zhuǎn)換法與重采樣法。

3.6.4遙感圖像處理概述(1)直接轉(zhuǎn)換法

從原始畸變圖像空間中的像元位置出發(fā)，建立空間轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定每個(gè)像元在標(biāo)準(zhǔn)圖像空間中的正確位置。(2)重采樣法

該方法的特點(diǎn)是用標(biāo)準(zhǔn)圖像空間中的像元點(diǎn)G位置反求其在原始畸變圖像空間的共軛點(diǎn)F(X,Y)，然后再利用某種方法確定這一共軛點(diǎn)的灰度值，并把共軛點(diǎn)的灰度值賦給標(biāo)準(zhǔn)圖像空間對(duì)應(yīng)點(diǎn)g。

重采樣法能夠保證校正空間中網(wǎng)格像元呈規(guī)則排列，因而是最常用的幾何精校正方法之一。

雙線性內(nèi)插法比與最近鄰法相比，計(jì)算量增加了，但提高了精度，改善了灰度不連續(xù)現(xiàn)象及線狀特征的塊狀化現(xiàn)象。其缺點(diǎn)是這種方法對(duì)圖像起到平滑作用，使圖像變得模糊。由于這種方法計(jì)算量和精度適中，因而常常被采用。

(3)雙三次卷積內(nèi)插法

該方法采用一元三次多項(xiàng)式來(lái)近似函數(shù)。從理論上講，函數(shù)是最佳的插值函數(shù)，它考慮到原始畸變圖像空間中共軛點(diǎn)周圍其它像元對(duì)共軛點(diǎn)灰度值都有各自的貢獻(xiàn)，并認(rèn)為這種貢獻(xiàn)隨著距離增加而減少。為了提高內(nèi)插精度，雙三次卷積內(nèi)插法采用共軛點(diǎn)周圍相鄰的十六個(gè)點(diǎn)來(lái)計(jì)算灰度值，這種一元三次多項(xiàng)式內(nèi)插過(guò)程實(shí)際上是一種卷積運(yùn)算，故稱為雙三次卷積內(nèi)插。該方法的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)插獲得好的圖像質(zhì)量，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更為清楚。但位置校正要求更準(zhǔn)確，對(duì)控制點(diǎn)選取的均勻性要求更高。其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)計(jì)算量大。3.6.4遙感圖像處理概述輻射校正

針對(duì)遙感圖像輻射失真或輻射畸變進(jìn)行的圖象校正。由于這種校正是通過(guò)糾正輻射亮度的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此稱作輻射校正。

(1)造成遙感圖像輻射畸變的因素:

3.6.4遙感圖像處理概述由遙感器的靈敏度特性引起的輻射失真

太陽(yáng)高度及地形引起的輻射失真輻射校正的方法

輻射校正的方法有兩種：

一是分析輻射失真的過(guò)程，建立輻射失真的數(shù)學(xué)模型，然后對(duì)此數(shù)學(xué)模型求逆過(guò)程，用此逆過(guò)程求得遙感圖像失真前的圖像；

二是利用實(shí)地測(cè)量的地物的真實(shí)輻射值，尋找實(shí)測(cè)值與失真之后的圖像之間的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)關(guān)系，從而得到輻射校正的方法。

顯然，第一種校正方法是與失真過(guò)程有關(guān)的，第二種校正方法是與失真過(guò)程無(wú)關(guān)的。大氣校正

為消除由大氣的吸收、散射等引起失真的輻射校正，稱作大氣校正。

影響遙感圖像輻射失真的大氣因素

(1)大氣的消光（吸收和散射）

(2)天空光（大氣散射）照射

(3)路徑輻射

大氣校正方法

常用的大氣校正方法有兩類。

一類為基于理論模型的方法，該方法必須建立大氣輻射傳遞方