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1、1第四章 航天遥感与卫星图像 复习思考题1 陆地卫星的传感器有几种？波段是怎样划分的？其传感器有四种，即（1）反束光导管摄像机（RBV） ，装在 Landsat1,2,3 号星上，其数据简写为 RBV1, RBV2, RBV3， （2）多光谱扫描仪（MSS）(4 或 5 个波段)，在 Landsat1-5 号星上均装有这种传感器；（3）专题制图仪(Thematic Mapper(TM)(7 个波段)；（4）增强型专题制图仪（ETM+） (8 个波段，仅比 TM 增加一个 0.5 0.9m 15 米的全波段数据)。 波段划分见教材 P158，2 陆地卫星为何要采用中高度、近极地、近圆形并与太阳同
2、步的轨道？中高度可保证卫星长寿命；近极地即轨道经过南北极附近地区,故又称“极轨卫星”,其优点是可以覆盖全球绝大部分地区(南北纬 60 度以内的地区除外)；近圆形轨道可使得探测器在地面上的瞬时视场大小一致,即图像的比例尺保持相同；如:Landsat1,2,3 远地点 918km, 近地点905km；轨道与太阳同步则光照角保持不变化,保证了卫星通过同一纬度上有相同的地方时,保证了太阳辐射量的大致相同，为遥感资料处理带来方便，如经过赤道 4,5 号星是上午 9:45,由北而南运行,地方时大致在上午 7 时多至 11 时多。3 什么是光谱效应？MSS、TM 各波段的光谱效应各有哪些特点？（MSS 的见
3、教材 P155）航天遥感的传感器大都是分波段探测的，采用不同波段图像判读，识别地物的能力和判读效果是不一样的，称之为光谱效应。TM 单波段的光谱效应TM1：对清澈的水体有较强的透射能力，能反映潜水水下特征，可用于水质监测，大陆架研究（但仅限于几十米） ；处叶绿素强吸收带，可用于区分土壤和植被（干燥的土壤与茂密的植被效果更好） 。阔叶林呈暗色调，针叶林为亮色调，可编制森林类型图；TM2：与 MSS1 相似，对水体有一定透射能力；健康植被有二级反射峰，故可区分林型、树种，评估作物长势。此波段因为散射不是很清楚。此外，还可区分人造地物类型。 TM3：与 MSS2 相似，相对于 TM1，2，它受散射影
4、响小，影像具有更高的反差系数。它位于叶绿素强吸收带，可测量植物叶绿素吸收率，利于进行植物分类和覆盖面积估算，根据植被色调判断植物的健康状况。还可判定地貌岩性、土壤和水中泥沙流。（因为本波段清晰，可作合成图，做合成图可见光区离不了 TM3）TM4：处植物高反射区，光谱特征受植物细胞结构控制，可用于植被分类、生物量估算、作物长势调查，也可用于土壤与植被界限的划分。NIR 是水的强吸收带，故 TM4 可用于水陆边界划分。（注：相当于 MSS3，4 的一部分，此波段避开了小于 0.76m 出现的叶绿素陡坡效应的坡面和大于 0.9m 可能发生的水分子的吸收谱带，使之更集中地反映植物近红外波段的强反射，茂
5、密的植被呈浅色）TM5（1.55-1.75m）：处于水吸收带（1.4，1.9m）之间，对含水量敏感，能准确反映植被土壤含水量，可用于土壤湿度、植物含水量调查，水分状况研究。此波段处植物的二级反射峰带，故又可作植物长势分析，提高了区分不同作物类型的能力，对岩性和土壤类型的判定也有一定的作用，还能区分云与雪。TM6：对地物本身热辐射敏感，可用于辨别地表温度差异，进行热分布制图，如水体温度变化制图；监测与人类活动有关的热特性，如：热岛、火山；也可用于区分农林覆盖类型。TM7：此波段专为地质上需要而设定，处于岩石、矿物中 OH-的吸收带，可区分主要岩石类型，用于地质探矿与制图。结合 TM5 和 TM7
6、 可综合分析岩石的含热特性。TM 合成波段的光谱效应：21）TM321：波段合成影像近似天然真彩色，但影像多平淡，色调灰暗，彩色不饱和，信息量相对少。主要用于水库、河口、海岸，但不宜作水陆边界划分。用途：对浅水有透视作用，监测水的混浊度、含砂量、河口絮状物、泥沙流向。一般规律：深水为深兰色，浅水为浅兰色，泥沙为乳白色絮状物，健康的植物为绿色，裸露的土壤为棕色或褐色。2）TM432：利于植物分类和水体判别，及区别城市与植被。植被为红颜色，水体为兰黑色（以兰色为基调） ，城市裸露地面干的为青色（灰青绿色） 。含沙量大的黄河河口呈乳白色。3）TM742：城市介于红色与紫色；草地淡绿色；森林深绿色；可
7、做水陆边界，土壤/植被边界划分，但不能做植被分类.视觉效果好，可做影像地图。4）TM453：只能做水，用的少。内陆、城市、河湖及深浅分的清楚，区别各种各样含水量。缺点：植被颜色不确定，所以不能用于区分植被TM4，5 反射都厉害，不同植物反射程度不同，可能出现红绿的各种颜色。此外，还有 TM754（研究地质构造、环境） ，TM743，TM541 等组合，可据需要选择合适的波段组合。4 为何小于地面分辨率的物体有时也能在卫星影像上辨认出来？卫星的空间分辨率（也即地面分辨率）大致相当于传感器探测地面上瞬时视场的大小。由于传感器在地面扫描时，瞬时视场前后有重叠部分，这就使分辨率大于瞬时视场，也就是在卫
8、星图像上可以分辨的最小面积小于瞬时视场的面积。5 陆地卫星图像的注记含义各是什么？（只记图像编号即可，其余不用管）重点掌握 Landsat 图像的编号：按标准分幅，一幅卫星图像称为一景，为使用方便，每一景有一个编号，这种编号称为“全球参考系统（WRS） ”，由两个数字组成，如：123-32，前者 123 为“轨径（path） ”号，后者 32 为“行（row） ”号。陆地卫星 4，5 号覆盖全球一次共飞行 233 圈，轨径编号为 001 至 233。规定穿过赤道西经64.6 度为第一圈轨径，编号为 001，自东向西编号。我国领土大致位于 113-146 号轨径之间。行是指在任一给定的轨道圈上，
9、横跨一幅图像的纬度中心线，当卫星沿轨道圈移动时给定的一个编号。第一行起始于北纬 80 度 47 分，与赤道的降交点作为第 60 行，到南纬 81 度 51 分为122 行。然后开始第 123 行，向北方行数增加，穿过赤道（相当于 184 行） ，并继续向北直至北纬 81 度 51 分为第 246 行。 （丛 123 行后为夜间飞行） 。我国领土的白昼图像大致位于 23-48 行之间（叠合符号，纵向重叠符号，经纬度注记，成像时间等文字的注记, 不用细究）6 SPOT 卫星扫描方式与陆地卫星有何不同？SPOT 首次采用线性阵列传感器和推阻式扫描系统，landsat 为光机扫描。7 SPOT 携带的
10、传感器有哪些？（1）HRV: 高分辨率可见光扫描仪：HRV 有两种工作方式:一是全色单波段(PA)0.51-0.73, 空间分辨率 10 米;二是多波段(xs): G, R, NIR（2）VGT:宽视域植被探测仪(粗分辨率)：VGT:检测自然植被和农作物, 对大范围的环境变化、气象、海洋等应用研究很有意义。垂直方向空间分辨率 1.15km, 扫描宽度 2250km. （3）HRG:高分辨率几何成像装置（4）HRS:高分辨率立体成像装置SPOT5 的高分辨率立体成像装置(HRS)采用两个相机沿轨道向前、向后实时获取立体图像，这与先前的旁向立体成像模式(即轨道间立体成像)相比，几乎能在同一时刻、同
11、一辐射条件获3得立体像对，避免了像对间由于获得时间不同而存在的辐射差，提高了所获取立体像对的质量，可广泛应用于制图、虚拟现实等领域。8 关于陆地卫星(Landsat)图像几何特性、物理特性和符号及注记前面没有介绍的基本不考。（要知道陆地卫星属于多中心投影）9 概念（1）传感器：是指收集和记录地物电磁辐射能量信息的装置，如：航空摄影机、多光谱扫描仪、雷达等，它是信息获取的核心部件。（2）扫描成像(P67)：是依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样,以得到目标地物电磁辐射特性信息,形成一定谱段的图像.（3）瞬时视场角：扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目
12、标地物的电磁波辐射限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角，即扫描仪的空间分辨率。 （ P68）（4）总视场角（2）：扫描带的地面宽度称为总视场。从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角，叫总视场角，也叫总扫描角。扫描带对应的地面宽度（L）为：L=2Htan扫描成像总视场角不宜过大，否则图像边缘的畸变太大。（5）空间分辨率(P80):是指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。 如 TM1-5, 728.5m X 28.5m（6）波谱分辨率：是指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高。（7）辐射分辨率:是指传感器接收波谱信
13、号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。（8）时间分辨率: 指对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频率，也即重访周期。如静止气象卫星：1 次/0.5 小时；太阳同步气象卫星：2 次/天。（9）灰阶：地面上各种地物的辐射强度不同表现在卫星图像上是色调的深浅不同，色调深浅的分级称灰阶（或称灰度） 。因此灰阶是区分地物辐射强度和影像色调的深浅的标准。在每幅卫星图像的下边框都附有灰标，灰标是灰阶的视觉标志，又称灰阶尺。(10) 定标：即依据遥感器的输出值(DN)与入射辐射亮度值之间的定量关系 , 将探测器获得的扫描数据转换为地物实际精确的辐射信息.(zys:p12
14、2, p83)(11) 热红外(TlR)波段临边变暗订正：TIR 通道探测数据随探测点卫星天顶角 的不同而有差异，越靠扫描线边缘，探测路径越长，大气衰减越甚，探测值越小，在图像上显得越暗，此为“临边变暗” ，必须加以纠正。即由每个像元的坐标，计算出对应的扫描角与相应亮度值，使其恢复到相应于卫星在天顶探测时的探测值。（12）可见光近红外(VIR)通道的太阳高度角订正：即把不同太阳高度角所形成的像元亮度值调整为太阳垂直照射的亮度值，表示为 Ec = E/sin h = E/cos，式中：Ec 为定标后的反射亮度；h 为探测点的太阳高度角； 为其太阳天顶角。10 遥感影像的记录方式（1）影像记录方式
15、-模拟图像(P58)主要指摄影乳胶的光学记录方式. 它以感光材料乳胶（以 AgBr 为主）作为探测元件，运用光敏胶片表面的化学反应（即感光物质遇光能发生分解反应） ，来直接探测地物能量变化，并记录下来。4感光材料胶片既是探测媒介，又是记录的介质.除摄影照片、胶片记录的图片以外，模拟图像还可包括各种硬拷贝方式记录的图像，如打印机，绘图仪输出的图像。广义的图像：指图像数据的任何图片表示形式。包括模拟图像和数字图像（如：计算机屏幕显示的数字图像） 。（2）数字记录方式-数字图像主要指扫描磁带磁盘等的电子记录方式.它是以光电二极管等作为探测元件,将地物的反射或发射能量,经光电转换过程,把光的辐射能量差
16、转换为模拟的电压或电位差(模拟电信号), 再经模数变换(A/D)，将模拟量变为数值（亮度值） ，存储于数字磁带、磁盘、光盘等介质上。构成数字影像的最小单元为像元。一个像元只有一个亮度值。它是像元内所有地物辐射能量的积分值。11 扫描成像方式（1）光/机扫描成像(P67)光学机械扫描成像系统，一般在扫描仪的前方安装光学镜头，依靠机械传动装置使镜头摆动，形成对目标地物的逐点逐行扫描。（2）固体自扫描成像：是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描成像的一种成像方式。（3）高光谱成像光谱仪在一定波长范围内分割的波段数足够多的条件下进行遥感时，既可取得地物的图像，也能得到地物的光谱组成（可得地物连续变化的波谱曲线） 。高光谱成像光谱仪：即既能成像又能获取目标物的光谱曲线的“谱像合一”的技术，称为成像光谱技术，按该原理制成的扫描仪成为成像光谱仪。12 气象卫星特点及应用领域特点：(1) 轨道有高轨和低轨之分。低轨是近极地太阳同步轨道，轨道高度 800-1600km；高轨指地球同步轨道, 轨道高度
