第三章 遙感圖像的種類與特性

第三章遙感圖像的種類與特性第1頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.1遙感圖像的種類幾個概念：影像:由地物反射或自身發(fā)射的電磁輻射,通過成像系統(tǒng)處理后產(chǎn)生與原物相似的形象。遙感影像:由遙感器對地球表面攝影或掃描獲得的影像。遙感圖像:遙感影像經(jīng)過處理或再編碼后產(chǎn)生的與原物相似的形象。光學攝影成像的二維連續(xù)的圖像----像片(Photograph).掃描成像的一維連續(xù)一維離散或二維離散的圖像----圖像(Image)。

第2頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月按成像遙感器成像方式和工作波長的遙感圖像分類表成像方式工作波段實例光學攝影像片常規(guī)攝影像片黑白全色像片(可見光)天然彩色像片(可見光)航空像片航天像片非常規(guī)攝影像片黑白紅外像片(近紅外)彩色紅外像片(近紅外)紫外像片(紫外)多波段像片(紫外-近紅外)全景像片(可見光-近紅外)掃描圖像電子掃描圖像電視攝像圖像(可見光)RBV圖像

光機掃描圖像紅外掃描圖像(中、遠紅外)多波段掃描圖像(紫外-遠紅外)超多波段掃描圖像(可見光-近紅外)熱紅外圖像MSS、TM圖像成像波譜儀圖像固體自掃描圖像固體自掃描圖像(可見光-近紅外)HRV圖像

天線掃描圖像成像雷達圖像（微波）合成孔徑雷達圖像

既能體現(xiàn)影像特征又能揭示影像的信息內(nèi)涵第3頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2遙感圖像的基本屬性（一）波譜特性（波譜分辨率輻射分辨率）（二）空間特性（三）時間特性第4頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

㈠.波譜特性（波譜分辨率、輻射分辨率）影像灰度或色彩差異——遙感圖像上波譜特性差異。實為其響應(感測)波段內(nèi)電磁輻射能量大小的反映。黑白全色像片天然彩色像片反映地物對可見光的反射能量黑白紅外像片彩色紅外像片反映地物在部分可見光和攝影紅外波的反射能量熱紅外圖像反映地物在熱紅外波段的熱輻射能量(輻射溫度)成像雷達圖像反映地物對人工發(fā)射微波后向散射回波的強度多波段、超多波段圖像其灰度是其各自響應波段輻射能量大小的反映第5頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月——是從形態(tài)學方面識別地物、測繪地圖、建立解譯標志、圖像幾何校正及增強處理的重要依據(jù)涉及：成像遙感器的空間分辨率；圖像投影性質、比例尺、幾何畸變等

㈡.空間特性（幾何特性）第6頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.空間分辨率指圖像能分辨具有不同反差、相距一定距離相鄰目標的能力。表示方法：⑴.影像分辨率：指用顯微鏡觀察時,1mm寬度內(nèi)能分辨出的相間排列的黑白線對數(shù)。影響因素:感光材料(顯示器)分辨率、影像比例尺、相鄰地物間的反差⑵.地面分辨率：指遙感影像上能分辨的地物間的最小距離。（非識別）第7頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月分辨率：5米，地面上每5米的物品在影像中占1個像素，相當于視角高度約為4km第8頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月分辨率：2米，地面上每2米的物品在影像中占1個像素，相當于視角高度約為1.8km第9頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月分辨率：1米，地面上每1米的物品在影像中占1個像素，相當于視角高度約為500m第10頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月分辨率：0.5米，地面上每0.5米的物品在影像中占1個像素，相當于視角高度約為300m第11頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月分辨率：25厘米，地面上每25厘米的物品在影像中占1個像素，相當于視角高度約為150m第12頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月分辨率：12.5厘米，地面上每12.5厘米的物品在影像中占1個像素，相當于視角高度約為80m第13頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月分辨率：10厘米，地面上每10厘米的物品在影像中占1個像素，相當于視角高度約為60m，或20樓的高度第14頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月2.影像比例尺指影像上某一線段的長度與地面上相應地物的水平距離的比值。理想條件下：由遙感光學系統(tǒng)的焦距和遙感平臺的航高之比確定，即f/H。注意：受中心投影性質所限，不同于垂直投影，受地形起伏及在像幅的位置影響，圖像各處比例尺可能不一致。第15頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月遙感影像均經(jīng)光學系統(tǒng)聚焦成像，透鏡的成像規(guī)律和遙感器成像方式?jīng)Q定了遙感圖像的投影性質，不同投影性質會產(chǎn)生不同性質的影像幾何畸變。3.投影性質與影像幾何畸變⑴.中心投影地面上各物點的投影光線都通過一個固定點(S)投影到投影面(P1、P2)上形成的透視影像稱中心投影。負像(負片)--P1與地物位于S兩側正像(正片)--P2與地物位于S同側第16頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）.多中心投影（掃描中心投影）光機掃描影像為逐點行式掃描成像，每個像點都有各自的投影中心，但同一掃描線上各像元成像時間相差甚小，可認為每一掃描行有一個投影中心，光機掃描影像為多中心投影。第17頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）.旋轉斜距投影Sab--側視雷達圖像影像面ab--在陰極射線管屏幕上光點掠過的軌跡光點出現(xiàn)的時間取決于雷達發(fā)出微波到接收到回波間的時間間隔，由于微波傳播速度固定∴雷達影像實際為斜距的投影，投影性質為旋轉斜距投影第18頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月畸變（distortion）：嚴重不正常地變化，既可以指外在的，又可以指內(nèi)在的?！粑锢韺W之畸變——物體上的直線經(jīng)過透鏡成像后變成彎曲的現(xiàn)象?；兪怯捎谕哥R的放大率隨光束和主軸間所呈角度改變而引起的。光線離主軸越遠，畸變越大。◆攝影之畸變——拍攝四方形物體時，使周圍拍成卷翹或膨鼓的現(xiàn)象?！暨b感學之畸變——在一般的光學系統(tǒng)中，只要畸變引起的圖像變形不為人眼所察是可以允許的，允許的畸變值約為4%。但若需圖像特性來測定物體尺寸的光學系統(tǒng)，如航空測量鏡頭等，畸變則直接影響測量精度，必須對其嚴加校正，使畸變小到萬分之一甚至十萬分之幾。

影像幾何畸變第19頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

畸變對成像的影響常規(guī)攝影畸變現(xiàn)象——第20頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月攝影畸變—地形第21頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

㈢.時間特性

遙感影像是成像瞬間地物電磁輻射能量的記錄，而地物具有時相變化：自然變化過程：即發(fā)生--發(fā)展--演化過程節(jié)律：即事物的發(fā)展在時間序列上表現(xiàn)出某種周期性重復的規(guī)律--亦即地物的波譜特性隨時間的變化而變化。所以：遙感影響的時間特性與遙感器時間分辨率;成像季節(jié)及時間有關。第22頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3光學攝影像片特性一、幀幅式攝影像片特性二、全景式攝影像片特性第23頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月◆幀：在數(shù)據(jù)和數(shù)字通訊中，按某一標準預先確定的若干字段組成特定的信息結構；是影像中最小單位的單幅影像畫面，相當于電影膠片上每一格鏡頭，一幀就是一副靜止畫面，連續(xù)者就形成動畫，如電視圖象；原用于字畫、照片等，一幅字畫叫一幀?！艟埃盒l(wèi)星拍攝一次所獲取到的畫面。衛(wèi)星遙感圖像資料覆蓋區(qū)域大，一景衛(wèi)星遙感圖像所包含的面積少則幾千平方公里，多則上萬平方公里。名詞術語解釋——第24頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）幀幅式航空像片種類航空像片--航空攝影獲取的反映地面特征的影像像片航空攝影--指運用安裝在航空平臺上的幀幅式航空攝影機對地面進行光學成像,用感光膠片直接記錄地物反射的0.3~1.3μm波段電磁波,并取得像片的整個過程按工作波段和所使用的膠片，可分為：全色黑白天然彩色紅外黑白紅外彩色多波段航空像片……第25頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）幀幅式航空像片的地面覆蓋與影像重疊面積航空攝影：由許多平行直線性航線組成

為保證連續(xù)覆蓋和像對立體觀察--相鄰像片間需要有部分影像重疊：航向重疊：沿航向方向的影像重疊，重疊率＞60％——具有此種重疊關系的兩張相鄰像片稱立體像對旁向重疊：兩條相鄰航線間的影像重疊，重疊率20~30％。地形起伏越大，重疊率相應要加大。第26頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月航向重疊旁向重疊第27頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.投影性質及比例尺投影性質——地面的中心投影比例尺：各處影像會出現(xiàn)不一致。在地形起伏地區(qū)：各影像點相對航高不同--不同高程處地物影像比例尺不同→地形起伏地區(qū)航片只能概略表示（三）幀幅式航片的空間特性第28頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月中心投影與垂直投影的比較第29頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月◆兩種投影方式比較，當投影面傾斜時，像片各部分的比例尺變化不同，像片各部分的位移量（徑向距離）不等（傾斜誤差）

二者等比例與不等比例之縮小第30頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種投影方式比較，當?shù)匦纹鸱鼤r，物體的像點位移稱為“投影誤差”二者投影點相對位置變化比較第31頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月主比例尺：以航測高差儀記錄的像底點的航高（航攝技術鑒定書提供）計算的比例尺?！ǔＲ灾鞅壤叽硐衿壤?。第32頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月像點位移(δh)(投影差):由中心投影造成，在地面上平面坐標相同但高程不同的點，在像平面上的像點坐標不同--這種像點位置的移動，稱像點位移。影像畸變2.地形起伏引起的像點位移與影像畸變基準面像平面第33頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.空間分辨率航片影像分辨率一般在25~100線對/mm地面分辨率（m）4.航片立體觀察是目視解譯的一種重要手段。在滿足立體觀察條件時，可以將二維影像轉化為三維空間的光學立體模型，突出地物的空間特性，使人眼易于辨認地物和確定空間位置。(需立體鏡等儀器) 第34頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月航片以色調(diào)或色彩以及由它們組合的形態(tài)特征反映地物對可攝影波段(0.3-1.3μm）電磁波的反射特征影像色調(diào)或色彩是地物反射波譜特性的表征，是從波譜學角度識別地物的重要解譯標志。黑白全色航片黑白紅外航片天然彩色片彩色紅外片多波段航片㈣.航空像片的波譜特性第35頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月PanchromaticBlackandWhiteInfraredNormalColorFalse-colorInfrared第36頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.黑白全色航片：消色物體——與物體本色一致或接近彩色物體——與物體本色有一定的對應關系2.黑白紅外航片：色調(diào)取決于地物對近紅外波的反射程度，與人眼對物體的感受無關強反射近紅外地物--健康植物--明亮的淺色調(diào)強吸收近紅外地物--水體--暗(黑)色調(diào)PanchromaticBlackandWhiteInfrared黑白全色黑-白紅外（美，哈德遜河）地物影像色調(diào)一般規(guī)律第37頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.天然彩色片--真彩色影像色彩與地物原色一致4.彩色紅外片--假彩色其色彩只具象征性,而非地物原色

NormalColorFalse-colorInfrared第38頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月5.多波段航片取決地物對相應通道工作波段的電磁波反射程度，與地物色彩有關。第39頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）幀幅式航片影像質量評定黑白航片：清晰、黑度適中、反差正常、色調(diào)層次豐富、色調(diào)均勻、無黑斑與云影、無傷痕。彩色航片：色別清晰、色差正常、地物各部分明度變化明顯、色彩豐富、飽和度較高。應能識別與地物無關的影像，如指紋、灰塵造成的白色斑點等。第40頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月二.全景式攝影像片特性

優(yōu)點：影像分辨率極高、整幅影像光強相同缺點：兩側邊緣幾何畸變較大，地物影像幾何形狀嚴重失真。第41頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月㈠.全景像片的空間特性1.投影性質與影像畸變投影性質：全景影像沿縫隙方向的一維中心投影影像畸變：全景畸變＋掃描位置畸變＋像移補償畸變?nèi)皵z影機第42頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月攝影畸變—尺度（上下比例，左）與角度（右）第43頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月與航向(xx’)平行的各條橫線間的比例尺不同，但每條橫線上比例尺相同;航跡上的主橫線比例尺最大,向兩側對稱狀變小;與航向垂直的縱線上各點比例尺不同，向兩側對稱狀變小。3.地面分辨率∵斜距隨掃描角變化∴不同掃描角處影像地面分辨率不同→同一面積像平面覆蓋的地面面積不同。2.比例尺第44頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月4.地面的連續(xù)覆蓋⊥航跡方向--由縫隙掃描完成∥航跡方向--由平臺運行完成第45頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月取決于所用膠片類型和特性如:國土衛(wèi)星地物像機使用的：黑白全色膠片(0.4~0.7μm)：色調(diào)特征與全色黑白航片相似彩紅外反轉片(0.5~0.8μm)：色調(diào)特征與彩紅外航片相似

㈡.全景像片的波譜特性第46頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月遙感藝術欣賞——

GoogleEarth拍攝的奇特地貌照GoogleEarth的影像是衛(wèi)星影像與航拍的數(shù)據(jù)整合.衛(wèi)星影像部分：QuickBird（快鳥）、LANDSAT-7等；航拍部分：BlueSky公司（英國公司，以航拍、GIS/GPS相關業(yè)務為主）、Sanborn公司、美國公DigitalGlobe公司的QuickBird（快鳥）、美國IKONOS及法國的SPOT5。第47頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月圖中的造型好像是一個人，他頭戴印第安頭飾，耳朵里卻塞著耳機。這一地質奇跡位于加拿大的艾伯塔省，其google坐標是(50.010083,-110.113006)。在當?shù)?，他被稱為“荒原守護圣”，據(jù)稱，這個“守護神”乃是大自然的杰作。第48頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月這個巨大的人造湖只有從高空才能看出端倪，是不是像一個人呢？它位于巴西東部城市巴魯附近，google坐標為(-21.805149,-49.089977)。第49頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月這座“心形島”位于意大利半島附近的亞得里亞海域，名為Galesnjak，該島面積僅有10.9萬平米，沒有人居住。第50頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月這一“指紋”發(fā)現(xiàn)于英國的布萊頓霍夫市的霍夫公園，直徑約30米。第51頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月澳大利亞的平面造型設計師“創(chuàng)造”了第一套“地圖字母”。第52頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月位于英國貝