遥感成像原理和遥感成像特征
遥感成像原理与遥感图像特征
第三章遥感成像原理与遥感图像特征目的与要求：掌握可见光、近红外、热红外和SAR成像机理，遥感器的类型及其特性对遥感影像的影响，评价遥感影像的主要指标等。
重点及难点：遥感器与遥感成像特性，评价遥感影像的主要指标；遥感成像机理。
教学法：讲授法、演示法教学过程：第一节传感器一、传感器的定义和功能传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。
它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。
二、传感器的分类按工作方式分为：主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、微波辐射计。
被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫描仪（MSS）、TM、ETM、HRV、红外扫描仪等。
三、传感器的组成收集器：收集地物的辐射能量。
探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。
处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。
输出器：将获取的数据输出。
四、传感器的工作原理收集、量测和记录来自地面目标地物的电磁波信息的仪器，是遥感技术的核心部分。
根据传感器的工作方式分为：主动式和被动式两种。
主动式：人工辐射源向目标物发射辐射能量，然后接收目标物反射回来的能量，如雷达。
被动式：接收地物反射的太阳辐射或地物本身的热辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪（MSS、TM、ETM、HRV）。
传感器按照记录方式1）非成像方式：探测到地物辐射强度，以数字或者曲线图形表示。
如：辐射计、雷达高度计、散射计、激光高度计等。
2）成像方式：地物辐射（反射、发射或两个兼有）能量的强度用图象方式表示。
如：摄影机、扫描仪、成像雷达。
五、摄影型传感器1、航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪器，它通过光学系统采用感光材料记录地物的反射光谱能量。
记录的波长范围以可见光~近红外为主。
2、成像原理：由于地物各部分反射的光线强度不同，使感光材料上感光程度不同，形成各部分的色调不同所致。
涉及的概念◆主光轴：通过物镜中心并与主平面（或焦平面）垂直的直线称为主光轴。
遥感摄影成像原理及应用
遥感摄影成像原理及应用遥感摄影成像原理是指利用摄影机通过光学系统将感光介质上物体辐射反射回来的能量转化为影像信号的过程。
遥感摄影成像原理主要包括光学成像原理和电子成像原理两种。
光学成像原理是指利用光线通过透镜和镜头来定向传播和汇聚，进一步形成清晰的影像。
它是利用透镜和光学仪器将地球上的物体光线反射进入摄影机，在感光介质上产生图像。
光学系统是遥感摄影成像的核心部分，它包括目标、光源、透镜等。
光线从目标发射出来后，通过投影透镜后到达感光介质上，形成一个倒立的、虚像的胶片或CCD\CMOS上。
电子成像原理是指利用电子传感器接收光信号，并将光信号转化为电信号，进而形成数字图像。
相对于传统的胶片摄影，电子成像有许多优点，如动态范围大、信噪比高、快速响应等。
目前最常用的电子成像技术是CCD和CMOS技术。
当光线照射到CCD芯片上时，CCD芯片会将光信号转化为电子信号，并通过模数转换器转化为数字信号。
遥感摄影的应用非常广泛。
首先，遥感摄影可以用于土地利用与覆盖监测。
通过监测地表的覆盖状况，可以对土地资源进行定量评价和管理。
其次，遥感摄影可以用于环境与生态监测。
通过监测大气和水体的污染状况，可以及时发现环境问题并采取相应措施。
再次，遥感摄影可以用于城市规划与建设。
通过监测城市的建设情况，可以合理规划城市发展，提高城市建设效率。
此外，遥感摄影还可以用于农业生产和林业资源管理。
总之，遥感摄影成像原理是通过光学成像和电子成像两种原理将物体反射回来的光线转化为影像信号的过程。
遥感摄影的应用范围广泛，包括土地利用与覆盖监测、环境与生态监测、城市规划与建设、农业生产和林业资源管理等领域。
随着技术的不断发展，遥感摄影在各个领域中的应用将会越来越广泛，为人们的生活带来更多的便利。
遥感成像原理
遥感成像原理遥感技术是一种利用航空器、航天器等远距离传感器获取地球表面信息的技术。
遥感成像原理是指通过传感器获取地球表面的光学、热红外、微波等辐射信息，并将其转换成数字信号进行处理和分析的基本原理。
遥感成像原理主要包括辐射传输过程、传感器接收系统和图像处理三个方面。
首先，辐射传输过程是遥感成像的基础。
地球表面的特征物体会发出或反射不同波长的辐射能量，这些能量会经过大气层的吸收、散射和衰减，最终到达传感器。
不同波长的辐射能量在大气中的传输过程会受到大气成分、云层、气溶胶等因素的影响，因此需要进行大气校正和辐射校正，以获取真实的地表反射率或辐射率。
其次，传感器接收系统是遥感成像的关键。
传感器接收系统包括光学、热红外和微波等不同类型的传感器，它们能够接收地球表面不同波长的辐射能量，并将其转换成电信号。
光学传感器主要包括摄影机、高光谱仪和多光谱仪，能够获取地表的可见光和近红外光谱信息；热红外传感器能够获取地表的热红外辐射信息；微波传感器则能够穿透云层和大气，获取地表的微波辐射信息。
传感器的选择和设计对于获取地表信息具有重要意义，不同类型的传感器能够获取不同类型的地表信息，因此在实际应用中需要根据需求进行选择。
最后，图像处理是遥感成像的重要环节。
通过图像处理技术，可以对传感器获取的数字信号进行校正、增强、分类和解译，从而获取地表的信息。
图像处理主要包括预处理、特征提取和信息提取三个步骤。
在预处理过程中，需要对图像进行几何校正、辐射校正和大气校正，以确保图像的准确性和一致性；在特征提取过程中，需要利用数字图像处理技术对图像进行分割、分类和识别，提取地表信息；在信息提取过程中，需要根据需求对提取的地表信息进行分析和应用，例如用于土地利用、资源调查、环境监测等领域。
总之，遥感成像原理是一种通过传感器获取地球表面信息的技术，其原理包括辐射传输过程、传感器接收系统和图像处理三个方面。
通过对这些原理的深入理解和应用，可以更好地获取和利用地表信息，为地球科学、环境保护、资源管理等领域提供重要的支持和帮助。
遥感的基本原理及技术特点
遥感的基本原理及技术特点一、基本概念遥感一词来源于英语“Remote Sensing”，其直译为“遥远的感知”，时间长了人们将它简译为遥感。
遥感是20世纪60年代发展起来的一门对地观测综合性技术。
自20世纪80年代以来，遥感技术得到了长足的发展，遥感技术的应用也日趋广泛。
随着遥感技术的不断进步和遥感技术应用的不断深入，未来的遥感技术将在我国国民经济建设中发挥越来越重要的作用。
关于遥感的科学含义通常有广义和狭义两种解释: 广义的解释: 一切与目标物不接触的远距离探测。
狭义的解释: 运用现代光学、电子学探测仪器，不与目标物相接触，从远距离把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析、解译揭示出目标物本身的特征、性质及其变化规律。
遥感技术系统是实现遥感目的的方法论、设备和技术的总称。
现已成为一个从地面到高空的多维、多层次的立体化观测系统。
研究内容大致包括遥感数据获取、传输、处理、分析应用以及遥感物理的基础研究等方面。
遥感技术系统主要有：①遥感平台系统，即运载工具。
包括各种飞机、卫星、火箭、气球、高塔、机动高架车等；②遥感仪器系统。
如各种主动式和被动式、成像式和非成像式、机载的和星载的传感器及其技术保障系统；③数据传输和接收系统。
如卫星地面接收站、用于数据中继的通讯卫星等；④用于地面波谱测试和获取定位观测数据的各种地面台站网；⑤数据处理系统。
用于对原始遥感数据进行转换、记录、校正、数据管理和分发；⑥分析应用系统。
包括对遥感数据按某种应用目的进行处理、分析、判读、制图的一系列设备、技术和方法。
遥感技术系统是一个非常庞杂的体系。
对某一特定的遥感目的来说，可选定一种最佳的组合，以发挥各分系统的技术优势和总体系统的技术经济效益。
二、系统的组成遥感是一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，又需要多种学科的参与和配合，因此实施遥感是一项复杂的系统工程。
根据遥感的定义，遥感系统主要由以下四大部分组成：1、信息源信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。
遥感第3章--遥感成像原理与遥感图像特征
遥感车--地面遥感平台
• 高空平台(5-10km)
航摄飞机
运七 运八
其他：里尔、双水獭、 空中国王等
遥感飞机
• 中低空(1-8Km)
航摄飞机
运十二 运五
• 其他飞机(500m)
蜜蜂3 无人机
航摄飞机
GT50 0
航天飞机
遥感卫星
遥感卫星
§3.1 遥感平台与遥感器
3.1.2 遥感器与遥感图像特征参数
❖ 按传感器的工作波段分为：可见光传感器、红外传感器 和微波传感器，从可见光到红外区的光学波段的传感器 统称光学传感器，微波领域的传感器统称为微波传感器。
§3.1 遥感平台与遥感器
二、遥感器的分类
❖ 按工作方式分为
（1）主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、 微波辐射计。
（2）被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫 描仪（MSS）、TM、ETM、HRV、红外扫描仪 等。
❖ 热红外像片：8~14μｍ。
热红外像片典型特征：热阴影；
高速运动热物体的“拖迹”；
（参见教材P144 ）
受风的影响较大。
§3.2 摄影成像
3.2.4 摄影像片的种类与特点
摄影像片特点： (1) 投影方式：绝大部分采用中心投影方式成像； (2) 视觉感受：大部分为大中比例尺像片，像片中各种人造地物 的形状特征与图型结构清晰可辨，从航空像片上可看到地物顶 （冠）的形态； (3) 阴影：本影与落影受地物在相片上的方位影响。 详见教材P145
些情2）况利下用，数波理统段计太方多法，，分选辨择率相关太性高小，、接方收差到大的信 息的量图太像大。熵，，形方成差海大量，数信据息量，大反。而会“掩盖”地物
辐射特性，不利于快速探测和识别地物。
第三章遥感成像原理与遥感图像特征
一、遥感图像特征
（4）地面分辨率的计算
摄影方式：
Rg Rs f H
Rs：胶片的分辨率和摄影镜头的分辨率所构成的系统 分辨率，单位线对/mm
6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星正好向前移动474m，因此扫描线正
好衔接。
0.5~0.6μm 0.6~0.7μm
扫描方向
.m 1
m
2
...k m 3
...m 4
5
0.7~0.8μm
0.8~1.1μm
卫
星
10.4~12.6μm 前 进
方
向
6
成像板
一、遥感图像特征
一般来说：遥感系统的空间分辨率越高，其识别 物体的能力越强。但实际上每一目标在图像上的可 分辨程度，不完全决定于空间分辨率的具体值，而 是和它的形状、大小，以及它与周围物体亮度、结 构的相对差有关（反差）。例如MSS的空间分辨率 为79m，但是宽仅10-20m的铁路，公路，当它们通 过沙漠、水域、草原等背景光谱较单调或与道路光 谱差异大的地区，往往清晰可辨。
一、遥感图像特征
（3）瞬时视场（IFOV）
指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野。单位为
毫弧度（mrad）。
S
S ➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，空间分辨率越高。 f
f ➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小。
➢一个瞬S:时探视测场元内件的的信边息长，表示一个像元。
➢在任何H:一遥个感给平定台的的瞬航时高视场内，往往包含着不止一种地面H
遥感的基本概念、基础和遥感图像特征
地物反射和辐射不同波长的电磁波的特性称为地物波 谱特性。其测量是由传感器（如分光光度计、光谱仪、
摄谱仪等）来完成的，其工作原理就是测量地物的反射 辐射度，经光电管转化为电流强度读出。
反射辐射度由三部分组成：太阳经大气衰减后照射地 面，经地物反射后，又经大气第二次衰减进入传感器的 能量；地面物体本身发射辐射的能量经大气后进入传感 器；大气散射和辐射的能量。
1、遥感（Remote Sensing)
——遥感平台
同，因而具有反射和辐射不同波长的电磁波的特性”。 换句话说，遥感是一种利用物体反射或辐射电磁波的固 有特性，通过观测电磁波、识别物体以及物体存在环境 条件的技术。
观测电磁波的装置是传感器。
1、遥感（Remote Sensing)
——遥感的基本概念和基础
太阳辐射（即太阳光）和地球辐射是遥感过程地物
反射电磁波的主要来源。
遥感的基本概念、基础和遥感 图像特征
1、遥感（Remote Sensing)
遥感的基本概念和基础 遥感平台 遥感成像与遥感图像特征 遥感信息的获取和监测系统 遥感图像的处理
1、遥感（Remote Sensing) ——遥感的基本概念和基础
所谓遥感，通常指的是通过某种传感器装置，在不与 研究对象直接接触的情况下，获得其特征信息，并对这 些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术。
第 4 章 遥感原理-遥感传感器及遥感成像原理
0 ：地面分辨率 a0 0 ：平行于航行方向地面分辨率 a H a0 sec
：垂直于航行方向地面分辨率 a a sec a0 sec2 0
全景畸变 由于地面分辨率随扫描角发生变化，使红外扫描影像产生畸变，这 种畸变通常称之为全景畸变，形成原因是像距保持不变，总在焦面上， 而物距随扫描角发生变化所致。
采样后对每个像元（每个信道的一次采样）采用6bit进行编 码,24路输出共需144bit，都在9.958μS内生成，反算成每个字节 （6bit）所需的时间为0.3983μS（其中包括同步信号约占 0.3983μS) ，每个bit为队0.0664μS，因此，bit速率约为15Mbit/s （15MHz）。采样后的数据用脉码调制方式以 2229.5MHz或
探测器
探测器的作用是将辐射能转变成电信号输出。它的数量与成像板上 的光学纤维单元的个数相同，所使用的类型与响应波长有关，MSS 4-6采
用18个光电倍增管，MSS-7使用6个硅光电二极管，Landsat2,3的MSS8采
用2个汞钢筛热敏感探测器。其致冷方式采用辐射致冷器致冷。经探测器
检波后输出的模拟信号进入模数变换器进行数字化，再由发射机内调制
扫描线的衔接 当扫描镜的某一个反射镜面扫完一次后，第二个反射镜面接着重复扫 描，飞机的飞行使得两次扫描衔接。如何让每相邻两条带很好地衔接，可 由以下的关系式来确定。假定旋转棱镜扫描一次的时间为t，一个探测器地 面分辨率为a，若要使两条扫描带的重叠度为零，但又不能有空隙，则必须
a W t
W为飞机的地速 瞬时视场和扫描周期都为 常数，所以只要速度w与航高H 之比为一常数，就能使扫描线 正确衔接，不出现条纹图像
像面扫描
用电子枪准确地瞄准靶极上的点并对靶面进行扫描(所以又称电子扫
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低轨气象卫星
TIROS-美国泰罗斯卫星系列(60.4.1-65.7.2 10) NIMUS-美国雨云卫星系列(64.8.28-78.10.24
7) ESSA-美国艾萨卫星系列(66.2.3-69.2.26 9)
传感器
HRV
+固定测高仪 +极地臭氧和气溶胶
测量仪
+植被探测仪
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中巴资源卫星CBERS
• 传感器:CCD相机、广角成像仪、红外多 谱段扫描仪
• 主要产品:CCT磁带、胶带、像片
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IKONOS
• 1999.9.24发射的高精度卫星，是世界 上第一颗商用1m分辨率遥感卫星。
• 1m分辨率 全色 波长范围0.45-0.90 • 4m分辨率 多光谱 波长范围同
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卫星名称 Landsat-1 Landsat-2 Landsat-3 Landsat-4 Landsat-5 Landsat-6
Landsat-7
发射时间 72. 7. 23 75. 1. 22 78. 3. 5 82. 7. 16 84. 3. 1 93. 10. 5
99. 4. 23
传感器 RBV MSS RBV MSS RBV MSS MSS TM MSS TM
其他平台:气球,火箭 飞机 飞机
目标物
一、航空遥感
• 平台:气球、飞机 • 特点:1.空间分辨率高,信息容量大；
2.灵活性大,适用于一些专题地图研究； 3.是各种星载遥感仪器的先行检验者； 4.信息获取方便； 5.(缺)受天气条件限制大,观测范围收到限制, 遥感数据的周期性和连续性不如航天遥感。
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传感器类型
• 按记录方式:成像方式、非成像方式 • 按工作波段分:可见光、红外、微波 • 按工作方式分:主动、被动
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收集器
探测器
处理器
输出器
• 收集器-负责收集地面目标辐射的电磁波能量，具体元 件有透镜组，反射镜组，天线等。
• 探测器-主要是将收集到的电磁辐射能转变为化学能或 电能，具体元件有感光胶片，光电管等。
• 处理器-对转换后的信号进行各种处理，具体的处理器 有摄影处理装置和电子处理装描晒像图， 电视显示管，磁带记录仪等。
• 轨道特征:中等高度,圆形,近极地,太阳同步,可 重复轨道
• 数据产品:图象产品、CCT磁带
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多功能平台
太阳能电池板
HRV
卫星名称 SPOT-1 SPOT-2 SPOT-3 SPOT-4 SPOT-5
运动方向
发射时间 86.2.22 90.1.22 90.9.26 98.3.24 02.5.4
• 美国seasat • 日本MOS-1 MOMO-1 • 欧洲ERS • 加拿大RADARSAT
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3.2 传感器类型
• 3.2.1 概述: 基本部件 类型 性能 • 3.2.2 摄影成像 • 3.2.3 扫描成像 • 3.2.4 成像光谱仪
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3.2.1 概述
• 基本部件 • 类型 • 性能
ETM
ETM+
分辨率/m
80
80
80 30，120LW IR 30，120LW IR
失败 30，60LW IR，
15PAN
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斯波特卫星SPOT系列
• 传感器:
➢ HRV--高分辨率可见光扫描仪(High Resolution Visible range instrument)
➢ Vegetation—植被探测仪 ➢ 立体成像仪
landsatTM
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3.1.2 气象卫星系列
• 主要用于云移，云顶高度，云分布，海洋表面 温度，对流层上部水蒸气分布以及辐射平衡方 面的测定和研究。
• 低轨道、高轨道卫星； • 短周期重复观测； • 成像面积大，有利于同步获取宏观同步信息； • 资料来源连续，实时性强，成本低。
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• 低轨道卫星与太阳同步，高度800-1600km， 每天一般只能获得两次观测资料。
• 太阳同步轨道:与地球公转方向同, 轨道和
太阳角是保持一定角度，这样轨道面和太阳入 射角保持一定，这样它经过当地的时间是不变 的。
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航天遥感
• 3.1.1 陆地卫星系列 • 3.1.2 气象卫星系列 • 3.1.3 海洋卫星系列 • 3.1.4 其他卫星
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3.1.1 陆地卫星系列
• (1) 陆地卫星Landsat • (2) 斯波特卫星SPOT • (3) 中巴资源卫星CBERS • (4) IKONOS
NOAA-美国诺阿卫星系列(70.1.23-94.12 16)
FY-风云一号卫星系列(88.9.7)
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高轨静止气象卫星
• 美国、日本、俄罗斯、欧洲空间局、中 国、印度等发射。
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3.1.3 海洋卫星系列
• 主要用于海洋温度场、海流的位置、界线、流 向、流速、海浪的周期、速度、水团的温度、 盐度颜色、海水的类型密度范围以及水下信息、 海洋环境等方面的动态监测。
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陆地卫星Landsat系列
• 传感器:
➢ RBV --反束光导摄象机 ➢ MSS--多光谱扫描仪(Multispectral Scanner) ➢ TM--专题制图仪(Thematic Mapper)
• 轨道特征:中等高度,近圆形,近极地,太阳同步，可重
复轨道
• 数据产品:像片、胶片、数字盘、数字磁盘
第三章 遥感成像原理和遥感成像特征
贺巧宁
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第三章 遥感成像原理与遥感图像特征
• 3.1 遥感平台 • 3.2 传感器类型 • 3.3 微波遥感图像 • 3.4 遥感图像的分辨率
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本章小结
3.1 遥感平台
航宇遥感
航天遥感
卫星轨道高度
高空
航空遥感 中空
低空
地面遥感
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星际飞船
卫星,宇 宙飞船
二、航天遥感
• 平台:人造地球卫星、探测火箭、宇宙飞船、
航天飞机 • 特点：1.观测范围大，效率高；
2.价格低廉； 3.动态监测； 4.地面分辨率相对较低。
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航天遥感
• 地球同步轨道:轨道高度为35786公里，卫
星的运行周期和地球的自转周期相同，这种轨 道叫地球同步轨道；如果地球同步轨道的倾角 为零，则卫星正好在地球赤道上空，以与地球 自转相同的角速度绕地球飞行，从地面上看， 好像是静止的，这种卫星轨道叫对地静止轨道， 气象和通讯卫星。