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1、遥感基础和影像解译原理徐开明2003-01-011什 么 是 遥 感？使用某种与被研究目标非接触性的设备获得数据，经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的有关信息的科学和技术。航天遥感-人造卫星（地球资源卫星）航空遥感-航空摄影地面遥感-测地雷达、照相机2遥 感 系 统 的 组 成传感器接收系统图像处理视觉分析、解译用户大气光源地表覆盖3遥感卫星类型按传感器特点分类被动式传感器被动式传感器主动式传感器主动式传感器大气吸收地表云云直接射线衍射散射反射可见光近红外热辐射反向散射微波雷达热红外4被动式：只接收太阳反射的可见光，近红外，或物体发射的热红外线、微波；航空摄影相机，光电传感系统，被动式微波主动
2、式：产生自己的能源，既发射也接收。雷达、声纳系统遥感卫星类型按传感器特点分类5遥感卫星类型按卫星轨道类型分类地球同步卫星，相对静止在赤道某一点上空。太阳同步卫星，轨道近似穿越极地，通过地球上同一点上空的时间一致。赤道6遥感卫星类型按空间分辨率分类高分辨率：、中等分辨率：，低分辨率：NOAA/AVHRR(1.1km); SPOT-4/Vegetation(1.1km)7几种主要地球资源卫星技术指标卫星星传感器感器波段波段空空间分辨率（米）分辨率（米）光光谱范范围覆盖范覆盖范围SPOT-5HRG全色B1: greenB2: redB3:near infraredB4:short-wave infr
3、ared (SWIR)2.5 or 5101010200.48 - 0.710.50 - 0.590.61 - 0.680.78 - 0.891.58 - 1.7560 kmSPOT-4HRVIR全色B1: greenB2: redB3:near infraredB4:short-wave infrared (SWIR)10202020200.61 - 0.680.50 - 0.590.61 - 0.680.78 - 0.891.58 - 1.7560 kmSPOT-1SPOT-2SPOT-3HRV全色B1: greenB2: redB3:near infrared102020200.50 -
4、 0.730.50 - 0.590.61 - 0.680.78 - 0.8960kmLandsat 7ETM+全色B1: blueB2: greenB3: redB4:near infrared B5: mid infraredB7: mid infraredB6:thermal infrared153030303030301200.50 0.900.45 0.520.52 0.600.63 0.690.76 0.901.55 1.752.08 2.3510.4 - 12.5185 kmIKONOS全色B1: blueB2: greenB3:redB4:near infrared1.04.04
5、.04.04.00.45 0.900.45 0.520.51 0.600.63 0.700.76 0.8511 kmQuickBird全色B1: blueB2: greenB3: redB4:near infrared0.612.442.442.442.440.45 - 0.900.45 0.520.52 - 0.600.63 0.690.76 0.9016.5 km 8电 磁 波 波 谱Gamma 射线X 射线紫外线可见光可见光红外线微 波无线波紫蓝绿黄红频率波长遥感信息获取，一般指收集、探测、记录地物的电磁波特征，即地物的发射、辐射或反射电磁波特性。由于电磁波传播的是能量，实际上也是记录辐
6、射能量的过程。电磁波具有不同的频率和波长，因而具有不同的特性。9遥感应用的光谱范围可见光： 0.4 0.7 m红外线： 0.7 14 m 0.7 1.3 m ：近红外 1.3 3 m ：中红外 3 5 m ：热红外（地表发射） 5 8 m ：大气吸收微 波 ： 3mm 30cm 由于遥感信息记录的是物体的电磁波特性，而各种物体都有各自的电磁波谱，遥感信息处理的原理就是把各种物体的波谱从遥感信息中分离出来。10几种主要地物的光谱信号特征蓝绿红近红外水植被雪干燥含钙土地反射率波长11岩石和土壤：与矿物质、表面的变化、纹理、结构、水的含量有关；植被：与光合作用的活跃程度、植物的生物特性、叶子的形状和
7、水的含量有关；水体：低反射率；大部分的射线被吸收、散射。反射由于水面的悬浮物质（有机物，藻类），或者水的深度而改变。几种主要地面目标的反射特点12绿叶的光谱反射特征蓝 绿 红 近红外 中红外波长较高（绿）较低（红）高（近红外）反射率色素绿叶构造水含量13作物不同生长期的反射率变化生长衰老反射率波长蓝 绿 红 近红外 中红外14影响光谱信号的因素太阳高度（日期、时间）大气条件地形（阴影）地形（坡度）气候、植物的病变环境状况15裸露土地在红波段高反射率（亮）在近红外低反射率（暗）绿色植被在红波段低反射率（暗）在近红外高反射率（亮）光谱信号在影像上的结果红色波段近红外波段16LANDSAT TM影像
8、各个波段的特点波段号波段号波长波长光谱位置光谱位置特点特点10.450.52蓝针对水体；尤其是海岸水体，另外对于土壤、植被、森林的类别，以及人造地物（路、城市街道、建筑等）。20.520.60绿辨别水、绿色植被及对其生长能力的评估；人造地物（路、城市街道、建筑等）30.630.69红在叶绿素吸收范围，也用于区别植物的种类；人造地物（路、城市街道、建筑等）40.760.90近红外用于测定植被种类、活跃性、数量和内容；描述水体、鉴别土壤的湿度。（农作物）51.55-1.75中红外表示植被或者土壤的湿度。有利于区别雪和云610.412.5热红外（120m）植被分布分析，热辐射图绘制72.082.35
9、中红外区别矿物或岩石类型；同时对植被湿气含量很敏感。人工建筑17遥感影像的表现遥感传感器利用不同的电磁波波段获得地面目标的光谱反射或者散射的值，以规则的格网记录，因此遥感影像的实质是记录亮度值的点的矩阵；每个格网是一个像元。例如标准一景SPOT影像是60KM X 60 KM，全色波段的分辨率为10M（代表地面10M X 10M的范围），其格网的行列数为：6000 X 6000。其位置由格网所在的行列号代表。格网的数值=像元值=亮度值=灰度18像元：坐标 数值行、列定义像元位置数值通常用8bits 记录28 = 256灰度值范围为0-255每个像元是图像的基本元素遥感影像的表现19传感器量测的数
10、值1 显示灰度级暗亮2 对应的彩色灰度级，从紫到红3 设定数值和颜色对照表，根据需要给不同的灰度值以不同的颜色。遥感影像的表现单波段的显示20颜色的概念：1、色彩是人类视觉系统对外界感受的一种精神现象。2、白色的光可以分解为系列单色的可见光3、三种原色：红、绿、蓝 三种补色：黄、品、青 黄=红+绿 品=红+蓝 青=绿+蓝任何一种颜色都可以用3原色或者3补色来组合遥感影像的表现多波段的显示21遥感影像的表现形式颜色的组合红绿蓝黄品红青黄青品红红绿蓝22遥感影像的表现多波段的显示色彩合成不同的波段赋予不同的原色23像元波段波段：XS1XS2XS3行列光谱定位空间定位遥感影像的表现SPOT多光谱相邻
11、像元24遥感影像的表现形式SPOT多光谱合成结果近红外波段红色红色波段 绿色绿色波段 蓝色亮青色：裸露土地暗青色：成熟作物或叶子干枯的植物红色：生长期的植物黑色：水25遥感影像的表现形式TM多光谱合成结果常用的波段组合特 点红绿蓝321真彩色：可见光组成，符合人眼对自然物体的观察习惯。对于水体和人工地物表现突出。432假彩色 ：城市地区，植被种类。543假彩色：增强对植被的识别743假彩色：增强对植被的识别，以及矿物、岩石类别的区分。26遥感影像的分辨率空间分辨率 一个像元代表的实地的最小尺寸时间分辨率：同一个地区可获得的两个影像最小的时间间隔光谱分辨率：传感器所能记录的波段数或者电磁波的间隔
12、辐射分辨率：传感器接受信号的敏感程度27遥感影像的空间分辨率80m Landstat MSS30m Landstat TM20m SPOT XS街道房屋树草地注：影像的最小分辨率并不代表能够分辨的最小目标的大小注：影像的最小分辨率并不代表能够分辨的最小目标的大小28 航空影像航空影像(0.5m) IKONOS(1.0m) SPOT-4 (10m)QuickBird (0.61m) SPOT-5(2.5m)Landsat-7 ETM+(15m)小街区：24,000m2在1/3000比例尺下，六种影象上提取的小块街区不同空间分辨率的影像比较29频率灰度值频率F=每个灰度值出现的次数 总像元数X10
13、0%遥感影像增强灰度级直方图低反射高反射反差：最大灰度值和最小灰度值之差。直方图范围窄，说明反差很小；直方图延伸很宽，表明反差大30未经过增强影像线性增强后影像：原图像的灰度范围按比例进行扩展。直方图均衡增强：新图像每个像元灰度级包含大致相等的个数，使面积较大的地物细节得以增强。但压缩了面积小的地物。最小最大初值灰度值初值增强后初值增强后最小最大最小最大遥感影像增强反差增强31遥感影像增强反差增强例子原始增强后原始影像增强后影像32遥感影像增强其它增强：边缘增强：提取或突出地物边缘比值增强：不同波段对应灰度的比值：消除阴影，反映变化。差值增强：不同时间相同波段的差值（用于动态监测）。33遥感影
14、像解译（判读）通过对影像的一系列处理，根据不同地物在影像上的不同光谱特征或表现特点，从中提取出感兴趣的地物的信息。影像解译的关键是从如下六个方面掌握各种地物在影像上的特征：1、灰度和色调：代表物体反射的光谱特征2、纹理：物体表面的粗糟、光滑程度、颗粒大小、条纹、斑纹等3、结构：物体的基本构造及合成，如大面积水田是由小块的水田组成。4、形状：每种物体都有基本形状：线状、面状、规则或不规则几何形状、曲线、折线等等。5、尺寸：物体的大小，如道路的宽度、居民地的范围。6、阴影：在大比例尺的影像上可根据阴影辅助确定地物的类别。34遥感影像解译（判读）要点遥感影像解译（判读）精度的好坏，依赖于判断人员的经
15、验和对影像处理方法：1、了解被判读影像所在地区的特点，可能存在的地物情况；2、了解被判读地物在影像上的表现；3、通过对影像的增强处理，增加影像的可读性；4、对于多光谱影像，通过组合不同的波段来突出某些重点要素。35遥感影像的纠正误差来源 卫星轨道位置变化 卫星姿态、观测角度、飞行速度、高度变化 地球曲率、地球自转 大气折光等。 传感器记录过程中引起的变形。 地形起伏。36遥感影像的纠正影像纠正的目的：通过一系列的数学变换，消除外界因素引起的变形，将原始影像规划为具有地理坐标的正射影像。几何矫正；卫星姿态参数或模拟参数坐标转换；控制点正射改正；DEM37遥感影像的纠正纠正方法：多项式： 将影像视作均匀变形，需利用大量控制点，精度较低，且难以评估。共线方程（+DEM）：利用控制点解算模拟的卫星姿态参数。有较高精度。物理模型+控制点+DEM：最精确的纠正方法，利用卫星原始参数进行解算；既消除了影像获取过程中因卫星姿态引起的误差，又消除了地形变化带来的误差。DEM的作用是消除因为地形起伏带来的误差。38遥感影像的纠正地形起伏引起的平面误差HH/MSabcda0b0c0d0ABCDCB=BA ACDDEEE1 / M = f / HH 根据地形的起伏和变化；一般情况下取平均值正射影像原始影像39
