第三章第三章 遥感成像原理与遥感图像特征遥感成像原理与遥感图像特征王学平王学平 数学地质遥感地质研究所数学地质遥感地质研究所 2011 2011年年2 2月月 本章主要内容：本章主要内容： 遥感成像原理、遥感图像特征，包括摄影成像、扫描成像、微遥感成像原理、遥感图像特征，包括摄影成像、扫描成像、微波成像等机理及图像特征。波成像等机理及图像特征。3.1 3.1 遥感平台遥感平台3.2 3.2 摄影成像摄影成像3.3 3.3 扫描成像扫描成像3.4 3.4 微波遥感与成像微波遥感与成像* *3.5 3.5 遥感图像的特征遥感图像的特征3.1 3.1 遥感平台遥感平台3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 遥感平台的种类遥感平台的种类遥感平台的种类遥感平台的种类 3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 卫星的轨道参数卫星的轨道参数卫星的轨道参数卫星的轨道参数 3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 陆地卫星轨道特点陆地卫星轨道特点陆地卫星轨道特点陆地卫星轨道特点 3.1.4 3.1.4 3.1.4 3.1.4 遥感卫星系列遥感卫星系列遥感卫星系列遥感卫星系列遥感平台（遥感平台（platformplatform）是搭载传感器的工具。）是搭载传感器的工具。根据运载工具的类型划分：根据运载工具的类型划分：航天平台航天平台150km150km以上，以上， 卫星、卫星、宇宙飞船。宇宙飞船。航空平台航空平台百米至十余千米，低、中、高空飞机以及飞船、气球等。百米至十余千米，低、中、高空飞机以及飞船、气球等。地面平台地面平台0 050m50m， 车、船、塔等。车、船、塔等。3.1.1 3.1.1 遥感平台遥感平台 卫星在空间运行，遵循天体运动的开普勒三定律。卫星在空间运行，遵循天体运动的开普勒三定律。一、开普勒第一定律一、开普勒第一定律 星体绕地球（或者太阳）运动的轨道是一个椭圆，地球（太星体绕地球（或者太阳）运动的轨道是一个椭圆，地球（太阳）位于椭圆的一个焦点上。阳）位于椭圆的一个焦点上。 轨道离地最近的点称近地点，反之为远地点。轨道离地最近的点称近地点，反之为远地点。3.1.2 3.1.2 卫星的轨道参数卫星的轨道参数开普勒定律（开普勒定律（1 1）远日点远日点ca太阳太阳b近日点近日点地球轨道地球轨道二、开普勒第二定律二、开普勒第二定律 从地心或者太阳中心到星体的连线（星体向径），在单从地心或者太阳中心到星体的连线（星体向径），在单位时间扫过的面积相等（面积速度守恒）。位时间扫过的面积相等（面积速度守恒）。 卫星在离地近的地方经过时的速度要快些，在离地远的卫星在离地近的地方经过时的速度要快些，在离地远的地方运行的速度要慢些。地方运行的速度要慢些。开普勒定律（开普勒定律（2 2）a远地点远地点近地点近地点Minor axisMajor axisvpvaRpra三、开普勒第三定律三、开普勒第三定律行星的公转周期的平方与它的轨道平均半径的立方成正比。行星的公转周期的平方与它的轨道平均半径的立方成正比。卫星绕地球的运行周期的平方与它的轨道平均半径的立方成卫星绕地球的运行周期的平方与它的轨道平均半径的立方成正比。正比。 T T2 2/ /（R+HR+H）3 3=C=CT T：运行周期；运行周期；R R：地球半径；地球半径；H H：离地高度；离地高度；C C：开普勒常数开普勒常数四、卫星的轨道参数四、卫星的轨道参数赤道坐标系赤道坐标系赤道坐标系是取赤道面为基准赤道坐标系是取赤道面为基准面，以地球自转轴、以及从地面，以地球自转轴、以及从地心指向春分点的直线为坐标轴心指向春分点的直线为坐标轴所构成的坐标系。虽然由于地所构成的坐标系。虽然由于地轴的运动，该坐标系相对于恒轴的运动，该坐标系相对于恒星其位置是变动的，但是，对星其位置是变动的，但是，对于轨道寿命有限的卫星运动来于轨道寿命有限的卫星运动来说，影响很小。说，影响很小。开普勒的轨道参数开普勒的轨道参数五、开普勒的五、开普勒的6 6个参数个参数（1 1）轨道倾角）轨道倾角 轨道平面与地球赤道平面的夹角。具体计算是在卫星轨道轨道平面与地球赤道平面的夹角。具体计算是在卫星轨道升高时由赤道平面反时针旋转到轨道平面的夹角。升高时由赤道平面反时针旋转到轨道平面的夹角。Z当当0 0 i90i90 时，卫星运动方向与地球自转方向一致，因此叫时，卫星运动方向与地球自转方向一致，因此叫“正方向正方向卫星卫星”；Z当当9090 i180i180 时，叫时，叫“反方向卫星反方向卫星”，即卫星运动与地球自转方向相，即卫星运动与地球自转方向相反；反；Z当当i=90i=90 时，卫星绕过两极运行，叫时，卫星绕过两极运行，叫“极轨极轨”或或“两极两极”卫星；卫星；Z当当i=0i=0 或或180180 时，卫星绕赤道上空运行，叫时，卫星绕赤道上空运行，叫“赤道卫星赤道卫星”。（2 2）升交点赤经（）升交点赤经（h h） 卫星由南向北运行时经过赤道平面的那一点，叫卫星由南向北运行时经过赤道平面的那一点，叫“升交点升交点” ；该点离春分点的经度值就是升交点赤经。；该点离春分点的经度值就是升交点赤经。 轨道倾角和升交点赤经共同决定卫星轨道平面的空间位置。轨道倾角和升交点赤经共同决定卫星轨道平面的空间位置。（3 3）近地点幅角（）近地点幅角（g g） 地心与升交点连线和地心与近地点连线之间的夹角。由于入地心与升交点连线和地心与近地点连线之间的夹角。由于入轨后其升交点和近地点是相对稳定的，所以近地点幅角通常是不轨后其升交点和近地点是相对稳定的，所以近地点幅角通常是不变的，它可以决定轨道在轨道平面内的方位。变的，它可以决定轨道在轨道平面内的方位。（4 4）椭圆半长轴（）椭圆半长轴（A A） 近地点和远地点连线的一半，它标志卫星轨道的大小。近地点和远地点连线的一半，它标志卫星轨道的大小。 它确定了卫星距地面的高度，按照卫星高度的不同又将卫它确定了卫星距地面的高度，按照卫星高度的不同又将卫星分为低轨卫星（星分为低轨卫星（150150300300公里）、中轨卫星（约公里）、中轨卫星（约10001000公里左公里左右）和高轨卫星（右）和高轨卫星（3600036000公里处）。公里处）。（5 5）椭圆偏心率（）椭圆偏心率（e e） 椭圆轨道两个焦点间距离之半与半长轴的比值，用以表示椭圆轨道两个焦点间距离之半与半长轴的比值，用以表示轨道的形状。轨道的形状。（6 6）卫星过近地点时刻（）卫星过近地点时刻（T T） 以近地点为基准表示轨道面内卫星位置的量。以近地点为基准表示轨道面内卫星位置的量。六、其它常用遥感卫星参数六、其它常用遥感卫星参数卫星高度：卫星高度：卫星距离地面的高程。卫星距离地面的高程。运行周期：运行周期：卫星绕地球一圈所需的时间。卫星绕地球一圈所需的时间。重复周期：重复周期：卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行后，回到该地上空时所需的天数。后，回到该地上空时所需的天数。降交点时刻：降交点时刻：卫星经过降交点时的地方太阳时的平均值。卫星经过降交点时的地方太阳时的平均值。扫描宽度：扫描宽度：传感器所观测的地面带的横向宽度。传感器所观测的地面带的横向宽度。近圆形轨道近圆形轨道近极地轨道近极地轨道太阳同步轨道太阳同步轨道可重复轨道可重复轨道3.1.3 3.1.3 卫星轨道及特点卫星轨道及特点人造卫星的运动轨道取决于卫星的任务要求，区分为低轨道、中高轨道、地球人造卫星的运动轨道取决于卫星的任务要求，区分为低轨道、中高轨道、地球同步轨道、地球静止轨道、太阳同步轨道，大椭圆轨道和极轨道。人造卫星绕同步轨道、地球静止轨道、太阳同步轨道，大椭圆轨道和极轨道。人造卫星绕地球飞行的速度快，低轨道和中高轨道卫星一天可绕地球飞行几圈到十几圈，地球飞行的速度快，低轨道和中高轨道卫星一天可绕地球飞行几圈到十几圈，不受领土、领空和地理条件限制，视野广阔。能迅速与地面进行信息交换、包不受领土、领空和地理条件限制，视野广阔。能迅速与地面进行信息交换、包括地面信息的转发，也可获取地球的大量遥感信息，一张地球资源卫星图片所括地面信息的转发，也可获取地球的大量遥感信息，一张地球资源卫星图片所遥感的面积可达几万平方千米。遥感的面积可达几万平方千米。 卫星的轨道平面与赤道平面的夹角一般是不会变的卫星的轨道平面与赤道平面的夹角一般是不会变的, , 但会但会绕地球自转轴旋转。绕地球自转轴旋转。轨道平面绕地球自转轴旋转的方向与地球公转的方向相同，轨道平面绕地球自转轴旋转的方向与地球公转的方向相同，旋转的角速度等于地球公转的平均角速度旋转的角速度等于地球公转的平均角速度, , 即即0.98560.9856度度/ /日或日或360360度度/ /年年, , 这样的轨道称为太阳同步轨道。这样的轨道称为太阳同步轨道。卫星轨道倾角很大，绕过极地地区，也称极轨卫星。卫星轨道倾角很大，绕过极地地区，也称极轨卫星。在太阳同步轨道上，卫星于同一纬度的地点，每天在同一在太阳同步轨道上，卫星于同一纬度的地点，每天在同一地方时同一方向通过。地方时同一方向通过。一、一、太阳同步轨道太阳同步轨道 （ sun-synchronous satellite orbit sun-synchronous satellite orbit ） 卫星的轨道面以与地球的公转方向相同方向而同时旋转卫星的轨道面以与地球的公转方向相同方向而同时旋转的近圆形轨道。的近圆形轨道。太阳同步卫星，轨道近似穿越极地，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。通过地球上同一点上空的时间一致。赤道在无数条同步轨道中在无数条同步轨道中, ,有一条圆形轨道有一条圆形轨道, ,它的轨道平面与它的轨道平面与地球赤道平面重合地球赤道平面重合, ,在这个轨道上的所有卫星在这个轨道上的所有卫星, ,从地面上从地面上看都像是悬在赤道上空静止不动看都像是悬在赤道上空静止不动, ,这样的卫星称为地球这样的卫星称为地球静止轨道卫星静止轨道卫星, ,简称静止卫星简称静止卫星, , 这条轨道就称为地球静这条轨道就称为地球静止卫星轨道止卫星轨道, , 简称静止卫星轨道简称静止卫星轨道, , 高度大约是高度大约是3580035800公公里。里。人们通常简称的同步轨道卫星一般指的是静止卫星。人们通常简称的同步轨道卫星一般指的是静止卫星。能够长时间观测特定地区，卫星高度高，能将大范围的能够长时间观测特定地区，卫星高度高，能将大范围的区域同时收入视野，应用于气象和通讯领域。区域同时收入视野，应用于气象和通讯领域。二、二、地球静止卫星轨道地球静止卫星轨道（Geosynchronous satellite orbit Geosynchronous satellite orbit ）卫星运行周期与地球自转周期卫星运行周期与地球自转周期(23(23小时小时5656分分4 4秒秒) )相同的相同的轨道称为地球同步卫星轨道（简称同步轨道）。轨道称为地球同步卫星轨道（简称同步轨道）。地球同步卫星，相对静止在赤道某一点上空。地球同步卫星，相对静止在赤道某一点上空。气象卫星是作为联合国世界气象组织的全球气象监测（气象卫星是作为联合国世界气象组织的全球气象监测（WWWWWW）计划的内容而发射的卫星。是用计划的内容而发射的卫星。是用5 5个地球静止轨道卫星和个地球静止轨道卫星和2 2个太个太阳同步极地轨道卫星对全球的气象同时进行观测，它们是阳同步极地轨道卫星对全球的气象同时进行观测，它们是GMSGMS( (日本日本) )、GOESGOES一一E E（美国）美国）GOESGOES一一W W（美国）、美国）、METEOSATMETEOSAT（欧空欧空局）、局）、COMSCOMS（俄罗斯）及卫星俄罗斯）及卫星NOAANOAA（美国）、美国）、MeteopMeteop（俄罗斯）俄罗斯），前，前5 5个以约个以约7070度的间隔配置在赤道上空，后两个在不同的极度的间隔配置在赤道上空，后两个在不同的极地轨道上。地轨道上。气象卫星不仅进行气象观测，还具有数据收集平台气象卫星不仅进行气象观测，还具有数据收集平台DCP DCP 功能。功能。它可以收集来自地面或海上观测站的信息，在观测的同时，向它可以收集来自地面或海上观测站的信息，在观测的同时，向地面转送地面转送S S一一VISSRVISSR信号，进行统计处理的直方图、云量、海水信号，进行统计处理的直方图、云量、海水表面、风分布等的数据组也被保存下来。表面、风分布等的数据组也被保存下来。一、一、 气象卫星气象卫星3.1.4 3.1.4 遥感卫星系列遥感卫星系列美国美国NOAANOAA极轨卫星从极轨卫星从19701970年年1212月第一颗发射以来，近月第一颗发射以来，近4040年连年连续发射了续发射了1818颗，最新的颗，最新的NOAA-19NOAA-19也将在也将在20092009年上半年发射升空。年上半年发射升空。NOAANOAA卫星共经历了卫星共经历了5 5代，目前使用较多的为第五代代，目前使用较多的为第五代NOAANOAA卫星，卫星，包括包括NOAA-15NOAA-15NOAA-18NOAA-18。NOAA-18NOAA-18卫星：发射时间卫星：发射时间20052005年年5 5月月1111号，正式运行日期号，正式运行日期20052005年年6 6月月2626日，轨道高度：日，轨道高度：854854公里，轨道倾角：未知，轨道周公里，轨道倾角：未知，轨道周期：期：102102分。分。风云一号气象卫星是中国研制的第一代太阳同步轨道气象卫风云一号气象卫星是中国研制的第一代太阳同步轨道气象卫星。风云一号气象卫星共星。风云一号气象卫星共4 4颗，是中国的极轨气象卫星系列，颗，是中国的极轨气象卫星系列，共发射了共发射了3 3颗，即颗，即FY-1AFY-1A，1B1B，1C1C。风云一号。风云一号A A和风云一号和风云一号B B卫卫星分别在星分别在19881988年年9 9月月7 7日和日和19901990年年9 9月月3 3日发射升空。风云一号日发射升空。风云一号C C卫星在性能上作的较大改进，被列入世界气象业务应用卫星卫星在性能上作的较大改进，被列入世界气象业务应用卫星的序列，风云一号的序列，风云一号D D卫星于卫星于20052005年年5 5月月1515日发射升空。日发射升空。风云二号系列静止气象卫星是我国第一代静止气象卫星，计风云二号系列静止气象卫星是我国第一代静止气象卫星，计划发射划发射5 5颗，即风云二号颗，即风云二号A/B/C/D/EA/B/C/D/E，两颗试验星（风云二号，两颗试验星（风云二号A/BA/B），三颗业务星（风云二号），三颗业务星（风云二号C/D/EC/D/E）。其中风云二号）。其中风云二号A A星于星于19971997年年6 6月月1010日发射成功，风云二号日发射成功，风云二号B B星于星于20002000年年6 6月月2525日发射日发射成功，风云二号成功，风云二号C C星和星和D D星已分别于星已分别于20042004年年1010月月1919日和日和20062006年年1212月月8 8日年发射。日年发射。E-E-风云二号气象卫星于风云二号气象卫星于20092009年发射。年发射。 风云一号风云一号C C卫星轨道参数卫星轨道参数轨道特征：太阳同步轨道轨道特征：太阳同步轨道 轨道高度：轨道高度：863km 863km 道倾角：道倾角：98.7998.79 轨道偏心率：轨道偏心率：0.00188 0.00188 轨道回归周期：轨道回归周期：10.6110.61天天 轨道降交点地方时：轨道降交点地方时：834834（1999199907070404） LandsatLandsat是美国于是美国于19721972年在世界上第年在世界上第1 1次发射的真正的地球观测卫星，由于它次发射的真正的地球观测卫星，由于它的出色的观测能力推动了卫星遥感的飞跃发展。是太阳同步轨道卫星的出色的观测能力推动了卫星遥感的飞跃发展。是太阳同步轨道卫星 。 星上搭载多光谱扫描仪（星上搭载多光谱扫描仪（MSSMSS）和专题扫描仪（和专题扫描仪（TMTM）两种遥感器。两种遥感器。 LandsatLandsat -1-1用于国内和国外的大范围研究，验证研究数据对探测、绘制、测用于国内和国外的大范围研究，验证研究数据对探测、绘制、测量和评定地球资源和环境条件的实际应用。量和评定地球资源和环境条件的实际应用。LandsatLandsat -2-2具有更大的能力，能白天和夜晚测量来自陆地和水面的辐射。有具有更大的能力，能白天和夜晚测量来自陆地和水面的辐射。有效载荷基本上与效载荷基本上与LandsatLandsat -1-1相同。相同。LandsatLandsat -3-3用于继续研究和发展中分辨力多光谱遥感系统。用于继续研究和发展中分辨力多光谱遥感系统。 TM TM是是4 4号星以后搭载的。号星以后搭载的。6 6号星以后仅搭载号星以后仅搭载ETMETM，并予定追加并予定追加IFOVIFOV为为1515的全的全色波段。色波段。Landsat-7Landsat-7是是LandsatLandsat计划中的最后一颗卫星。这颗卫星的发射，标志着一个计划中的最后一颗卫星。这颗卫星的发射，标志着一个时代即大型、昂贵的时代即大型、昂贵的LandsatLandsat系列地球观测卫星时代行将结束。系列地球观测卫星时代行将结束。1 1、LandsatLandsat卫星卫星二、陆地卫星二、陆地卫星卫星编号卫星编号1234、5高度（高度（KM）920920920705轨道面倾角（度）轨道面倾角（度） 99.90699.21099.11798.220旋转周期（旋转周期（MIN）10310310398.9日绕圈数日绕圈数14141414.5回归周期（天）回归周期（天）18181816覆盖全球圈数覆盖全球圈数251251251233降交点时刻（太降交点时刻（太阳地方时）阳地方时）8：509：089：319：45扫描带宽度扫描带宽度（KM）185185185185降交点西退降交点西退（KM）2875287528752752相邻降交点距离相邻降交点距离（KM）159.38159.38159.38172lLANDSAT主要轨道参数：主要轨道参数：仪器仪器波段波段（ m）IFOV(m)（瞬间视场角）瞬间视场角）动态范围动态范围（bits）RBVmRBVpMSSTMETM+1.0.475-0.575(blue)2.0.580-0.680(red)3.0.689-0.830(nearIR)0.505-0.750(PAN)4.0.5-0.6(green)5.0.6-0.7(red)6.0.7-0.8(nearIR)7.0.8-1.1(nearIR)8.10.4-12.6(thermal)1.0.45-0.52(blue)2.0.52-0.60(green)3.0.63-0.69(red)4.0.76-0.90(nearIR)5.1.55-1.75(SWIR)7.2.08-2.35(SWIR)6.10.4-12.5(thermalIR)波波段段同同TM，加加一一个个全全色色波波段段（panchromatic）79*7979*7979*7979*7979*7979*7979*79240*24030*3030*3030*3030*3030*3030*30120*120第第6波波段段为为60*60，全全色色波波段段为为15*15，其余同，其余同TM，666688888888lLANDSAT系列卫星成像仪器特征系列卫星成像仪器特征LANDSAT-7 （原称为地球资源技术卫星）是LANDSAT -6的改进型。其特点是具有同NASA的跟踪和数据中继卫星的横向中继站，还拥有数据流中的海事星全球定位系统信息，能提供图像定位信息。该卫星还装有宽带高容量磁带记录仪以及增强主题测绘仪以适度改进LANDSAT -6。近极近环形太阳同步轨道 轨道高度：705千米倾角:98.22运行周期：98.9分钟24小时绕地球:15圈 穿越赤道时间:上午10点扫描带宽度:185千米 重复周期:16天,卫星绕行:233圈轨道参数lLANDSAT-72 2、SPOTSPOT卫星卫星8687888990919293949596979899200001020304050607080910SPOT5SPOT4卫星运行服务中断发射日或重新开始服务日SPOT1SPOT2SPOT386.2 90.1 93.9 97.11 98.3 02.5.4SPOT对地观测卫星系统是由法国空间研究中心研制开发，比利时、瑞典等国参与.它搭载两台高分辨率遥感器HRV，具有通过斜视进行立体观测等优点。轨道参数轨道参数轨道参数轨道参数： 采用高度为830km，轨道倾角98.7度的太阳同步准回归轨道，通过赤道时刻为地方时上午10:30。回归天数为26天，但由于采用倾斜观测，所以实质上可以对同一地区用45天的间隔进行观测。Spot 53 3、中巴资源卫星、中巴资源卫星中巴地球资源卫星于中巴地球资源卫星于1999年年10月月14日由长征四号乙火箭送上太空。并于日由长征四号乙火箭送上太空。并于2000年年3月月2日在轨交付使用。日在轨交付使用。卫星运行距地面卫星运行距地面778千米的近极地太阳同步轨道上，每天绕地千米的近极地太阳同步轨道上，每天绕地143圈，圈，26天可天可将全球观测一遍。星上载有分辩率为将全球观测一遍。星上载有分辩率为20米的米的5波段波段CCD相机、分辩率为相机、分辩率为78米的米的4波段红外多光谱扫描仪和分辩率为波段红外多光谱扫描仪和分辩率为256米的米的2波段广角成像仪以及空间环境监波段广角成像仪以及空间环境监测仪和数据采集系统。测仪和数据采集系统。CBERS 1卫星用于监测国土资源的变化；评估森林储量、农作物长势和产卫星用于监测国土资源的变化；评估森林储量、农作物长势和产量；监测灾害及评估灾害损失；勘探地下资源，监督资源的合理开发；监测量；监测灾害及评估灾害损失；勘探地下资源，监督资源的合理开发；监测空间环境，为空间科研提供资源等。为新一轮国土资源大调查提供长期稳定空间环境，为空间科研提供资源等。为新一轮国土资源大调查提供长期稳定的空间信息资源。我国已经启动的的空间信息资源。我国已经启动的1999-2010年的新一轮国土资源大调查工作，年的新一轮国土资源大调查工作，这是一项跨世纪的宏伟工程，将为国家加强土地资源、矿产资源和海洋资源这是一项跨世纪的宏伟工程，将为国家加强土地资源、矿产资源和海洋资源的规划、管理、保护和合理利用，促进国民经济可持续发展和社会全面进步的规划、管理、保护和合理利用，促进国民经济可持续发展和社会全面进步提供决策依据。提供决策依据。CBERS-1 参数4 4、IKONOS(IKONOS(伊科诺斯伊科诺斯) )卫星卫星IKONOS(IKONOS(伊科诺斯伊科诺斯) )卫星于卫星于19991999年年9 9月月2424日发射成功，是世日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。IKONOSIKONOS卫星的成功发射不仅实现了提供高清晰度且分辨率卫星的成功发射不仅实现了提供高清晰度且分辨率达达1 1米的卫星影像，而且开拓了一个新的更快捷米的卫星影像，而且开拓了一个新的更快捷, ,更经济获更经济获得最新基础地理信息的途径，更是创立了崭新的商业化卫得最新基础地理信息的途径，更是创立了崭新的商业化卫星影像的标准。星影像的标准。 发射日期 1999 年 9 月 24 日 发射平台 雅典娜2号发射地点 美国加利福尼亚范登堡空军基地 卫星制造商 LOCKHEED MARTIN 传输及数据处理系统制造商 RAYTHEON光学系统制造商 KODAK轨道高度 681 公里轨道倾角 98.1 度 轨道运行速度 6.5 - 11.2 千米 / 秒 影像采集时间 每日上午 10:00- 11:00 重访频率 1 米 分辨率数据:2.9 天 1.5 米 分辨率数据:1.5 天 轨道周期 98 分钟 轨道类型 太阳同步 重量 817 千克5 5、QuickBirdQuickBird卫星卫星QuickBirdQuickBird指的是美国的快鸟遥感卫星。指的是美国的快鸟遥感卫星。 QuickBirdQuickBird卫星于卫星于20012001年年1010月由美国月由美国DigitalGlobeDigitalGlobe公司发射，是目前世界上最公司发射，是目前世界上最先提供亚米级分辨率的商业卫星，具有引领行业的地理定位先提供亚米级分辨率的商业卫星，具有引领行业的地理定位精度，海量星上存储，单景影像比同时期其他的商业高分辨精度，海量星上存储，单景影像比同时期其他的商业高分辨率卫星高出率卫星高出2 21010倍。而且倍。而且QuickBirdQuickBird卫星系统每年能采集七卫星系统每年能采集七千五百万平方公里的卫星影像数据，存档数据以很高的速度千五百万平方公里的卫星影像数据，存档数据以很高的速度递增。在中国境内每天至少有递增。在中国境内每天至少有2 2至至3 3个过境轨道，有存档数据个过境轨道，有存档数据约约500500万平方公里。万平方公里。QuickBirdQuickBird卫星参数卫星参数 轨道高度：轨道高度：450km 450km 倾角：倾角：9898度（太阳同步）度（太阳同步） 重访周期：重访周期：1 16 6天天6 6、EOEO卫星卫星地球观测卫星地球观测卫星-1-1（EO-1EO-1）是）是NASANASA新千年计划（新千年计划（NMPNMP）的第一）的第一颗对地观测卫星，也是面向颗对地观测卫星，也是面向21 21 世纪为接替世纪为接替Landsat7 Landsat7 而研制而研制的新型地球观测卫星，目的是为了对卫星本体和新遥感器的的新型地球观测卫星，目的是为了对卫星本体和新遥感器的技术进行验证。该卫星于技术进行验证。该卫星于20002000年年1111月月2121日成功发射。日成功发射。EO-1 EO-1 上搭载了上搭载了3 3 种传感器，即高光谱成像光谱仪种传感器，即高光谱成像光谱仪HyperionHyperion，高级，高级陆地成像仪陆地成像仪ALIALI（Advanced Land ImagerAdvanced Land Imager）和大气校正仪）和大气校正仪ACAC（AtmospAtmosp hericheric Corrector Corrector）。）。 三、海洋卫星三、海洋卫星 “海洋卫星海洋卫星”的主要任务是鉴定利用微波遥感器从空间观测的主要任务是鉴定利用微波遥感器从空间观测海洋及其有关海洋动力学现象的有效性。海洋及其有关海洋动力学现象的有效性。 1 1、SeasatSeasat卫星卫星19781978年年6 6月美国发射的月美国发射的“海洋卫星海洋卫星”1 1号，工作号，工作105105天后，由天后，由于卫星上电源系统发生短路而失灵。卫星在轨道于卫星上电源系统发生短路而失灵。卫星在轨道( (高度高度776776800800公里，倾角公里，倾角 108108，周期，周期100.63100.63分钟分钟) )上与运载火箭上与运载火箭末级末级“阿金纳阿金纳”号连在一起，重约号连在一起，重约 2.32.3吨。卫星上有吨。卫星上有5 5种主种主要的科学仪器。要的科学仪器。一台一台L L波段合成孔径雷达波段合成孔径雷达(SAR(SAR）雷达高雷达高度计度计 (ALT)(ALT) 微波散射计系统微波散射计系统(SASS)(SASS) 扫描式多信道微扫描式多信道微波辐射计波辐射计(SMMR)(SMMR) 可见光和红外扫描辐射计可见光和红外扫描辐射计 (VIR)(VIR)。2 2、RadarsatRadarsat 卫星卫星RADARSAT-2RADARSAT-2是一颗搭载是一颗搭载C C波段传感器的高分辨率商用雷达卫波段传感器的高分辨率商用雷达卫星，由加拿大太空署与星，由加拿大太空署与MDAMDA公司合作，于公司合作，于20072007年年1212月月1414日在日在哈萨克斯坦拜科努尔基地发射升空。卫星设计寿命哈萨克斯坦拜科努尔基地发射升空。卫星设计寿命7 7年而预年而预计使用寿命可达计使用寿命可达1212年。年。3.2 3.2 摄影成像摄影成像 摄影是通过成像设备获取物体影像的技术。传统摄影是依靠光摄影是通过成像设备获取物体影像的技术。传统摄影是依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影是通学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影是通过放置在焦平面的光敏元件，经光过放置在焦平面的光敏元件，经光/ /电转换，以数字信号来记录物电转换，以数字信号来记录物体的影像。依据探测波段，有近紫外摄影、可见光摄影、红外摄影体的影像。依据探测波段，有近紫外摄影、可见光摄影、红外摄影和多光谱摄影等。和多光谱摄影等。3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 摄影机摄影机摄影机摄影机3.2.2 3.2.2 3.2.2 3.2.2 摄影像片的几何特性摄影像片的几何特性摄影像片的几何特性摄影像片的几何特性3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 摄影胶片的物理特性摄影胶片的物理特性摄影胶片的物理特性摄影胶片的物理特性摄影机是成像遥感最常用的传感器，可装载在地面平台、航空摄影机是成像遥感最常用的传感器，可装载在地面平台、航空平台及航天平台上，有分幅式和全景式摄影机之分。平台及航天平台上，有分幅式和全景式摄影机之分。3.2.1 3.2.1 摄影机摄影机摄影机摄影机分幅式摄影机分幅式摄影机全景摄影机全景摄影机( (扫描摄影机扫描摄影机) )多光谱摄影机多光谱摄影机数码摄影机数码摄影机缝隙式摄影机缝隙式摄影机( (航带摄影机航带摄影机) )镜头转动式摄影机镜头转动式摄影机多相机组合型多相机组合型多镜头组合型多镜头组合型光束分离型光束分离型1 1、分幅式摄影机、分幅式摄影机这种传感器的成像原理是在某一个摄影瞬间获得一张这种传感器的成像原理是在某一个摄影瞬间获得一张完整的像片（完整的像片（1818厘米厘米1818厘米或厘米或2323厘米厘米2323厘米幅面），厘米幅面），一张像片上的一张像片上的所有像点共用一个摄影中心和同一个像所有像点共用一个摄影中心和同一个像片面片面，即所谓中心投影，就是平面上各点的投影光线，即所谓中心投影，就是平面上各点的投影光线均通过一个固定点（投影中心或透视中心），投射到均通过一个固定点（投影中心或透视中心），投射到一平面（投影平面）上形成的透视关系。一平面（投影平面）上形成的透视关系。（1 1）缝隙式摄影机）缝隙式摄影机又称推扫式摄影机或航带摄影机。又称推扫式摄影机或航带摄影机。在飞机或卫星上，摄影瞬间所获取的影象，是与航线方向在飞机或卫星上，摄影瞬间所获取的影象，是与航线方向垂直且与缝隙等宽的一条线影象。当飞机或卫星向前飞行垂直且与缝隙等宽的一条线影象。当飞机或卫星向前飞行时，摄影机焦平面上与飞行方向成垂直的狭缝中的影象也时，摄影机焦平面上与飞行方向成垂直的狭缝中的影象也连续变化。当摄影机内的胶片不断卷动，且其速度与地面连续变化。当摄影机内的胶片不断卷动，且其速度与地面在缝隙中的影象移动速度相同，则能得到连续的航带摄影在缝隙中的影象移动速度相同，则能得到连续的航带摄影像片。胶片卷动速度像片。胶片卷动速度V V与飞行速度与飞行速度v v和相对航高和相对航高H H有关，以获有关，以获得清晰的影象得清晰的影象 V=v*f/HV=v*f/H，f f为焦距。为焦距。2 2、全景式摄影机、全景式摄影机（2 2）镜头转动式摄影机）镜头转动式摄影机在物镜的焦面上平行于飞行方向设置一条狭缝，并随物镜作在物镜的焦面上平行于飞行方向设置一条狭缝，并随物镜作垂直于航线方向扫描，得到一幅扫描成像的图象。物镜摆动垂直于航线方向扫描，得到一幅扫描成像的图象。物镜摆动的幅面很大，能将航线两边的地平线内的影象都摄入底片。的幅面很大，能将航线两边的地平线内的影象都摄入底片。但由于相机的像距保持不变，而物距随扫描角的增大而增大，但由于相机的像距保持不变，而物距随扫描角的增大而增大，因此出现两边比例尺逐渐缩小的现象，整个影像产生所谓因此出现两边比例尺逐渐缩小的现象，整个影像产生所谓全全景畸变景畸变。再加上扫描的同时，飞机向前运动，以及。再加上扫描的同时，飞机向前运动，以及扫描摆动扫描摆动的非线性的非线性等因素，使影像的畸变更为复杂。等因素，使影像的畸变更为复杂。3 3、多光谱摄影机、多光谱摄影机u对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影象的摄影机。对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影象的摄影机。u可充分利用地物在不同光谱区有不同的反射特征，来增多获可充分利用地物在不同光谱区有不同的反射特征，来增多获取目标的信息量，以提高识别地物能力。取目标的信息量，以提高识别地物能力。u有三种基本类型：有三种基本类型：多摄影机型多光谱摄影机多摄影机型多光谱摄影机多镜头型多光谱摄影机多镜头型多光谱摄影机光束分离型多光谱摄影机光束分离型多光谱摄影机a、多相机组合型；b 、多镜头组合型； c 、光束分离型多光谱摄影机多光谱摄影机4 4、数码摄影机、数码摄影机成像原理与一般摄影机同，结构也类似。所不同的是其记成像原理与一般摄影机同，结构也类似。所不同的是其记录介质不是感光胶片，而是光敏电子器件，如录介质不是感光胶片，而是光敏电子器件，如CCDCCD（电荷耦（电荷耦合器件合器件Charge Coupled DeviceCharge Coupled Device的缩写）的缩写）摄影机从飞行器上对地摄影时，根据摄影机摄影机从飞行器上对地摄影时，根据摄影机主光轴与地面主光轴与地面的关的关系，可以分为垂直摄影和系，可以分为垂直摄影和倾斜摄影。倾斜摄影。3.2.2 3.2.2 摄影像片的几何特征摄影像片的几何特征1、垂直摄影、垂直摄影摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在3 3以内。以内。取得的像片称水平像片或垂直像片。取得的像片称水平像片或垂直像片。航空摄影测量和制图大都是这类像片。航空摄影测量和制图大都是这类像片。垂直摄影垂直摄影2 2、倾斜摄影、倾斜摄影摄影机主光轴偏离垂线大于摄影机主光轴偏离垂线大于3 3。全景摄影成像时，镜头垂直飞行器下方航带中心线时为全景摄影成像时，镜头垂直飞行器下方航带中心线时为垂直摄影，其余状态下均为倾斜摄影。倾斜摄影时，主光轴垂直摄影，其余状态下均为倾斜摄影。倾斜摄影时，主光轴偏离垂线角度越大，影像畸变也越大，给图像纠正带来困难，偏离垂线角度越大，影像畸变也越大，给图像纠正带来困难，不利于制图。但有时为了获取较好的立体效果且对制图要求不利于制图。但有时为了获取较好的立体效果且对制图要求不高，也采用倾斜摄影。不高，也采用倾斜摄影。倾斜摄影倾斜摄影3 3、像片的几何特征、像片的几何特征（1 1）像片的投影）像片的投影 中心投影与垂直投影的区别中心投影与垂直投影的区别 中心投影的透视规律中心投影的透视规律（2 2）像片的比例尺）像片的比例尺（3 3）像点位移）像点位移（1 1）像片的投影）像片的投影垂直投影垂直投影：物体影像是通过互相平行的光线投影到与光线垂：物体影像是通过互相平行的光线投影到与光线垂直平面上的。直平面上的。相片比较尺处处一致相片比较尺处处一致投影距离无关投影距离无关中心投影中心投影：物体通过物镜中心投射到承影面上：物体通过物镜中心投射到承影面上常用的大比例尺地形图属于垂直投影或近垂直投影，而摄影常用的大比例尺地形图属于垂直投影或近垂直投影，而摄影像片属于中心投影。像片属于中心投影。正像和负像正像和负像中心投影与垂直投影的区别中心投影与垂直投影的区别投影距离的影响投影距离的影响垂直投影比例尺垂直投影比例尺和投影距离无关和投影距离无关中心投影焦距固定，航高改中心投影焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变变，其比例尺也随之改变H1H1H2H2f f垂直投影垂直投影中心投影中心投影中心投影：投影距离不同或焦距不同则像片的比例尺也不同。中心投影：投影距离不同或焦距不同则像片的比例尺也不同。垂直投影：投影距离不同与像片比例尺无关。（不存在焦距）垂直投影：投影距离不同与像片比例尺无关。（不存在焦距）投影面倾斜的影响倾斜水平ABCabc比例尺f/HHf倾斜倾斜中心投影：投影面的倾斜造成同一个像片不同部位比例尺的差异。中心投影：投影面的倾斜造成同一个像片不同部位比例尺的差异。垂直投影：只表现为比例尺有所放大。垂直投影：只表现为比例尺有所放大。地形起伏对垂直投影地形起伏对垂直投影无影响无影响对中心投影引起投影差对中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同航片各部分的比例尺不同BACabcACABCabcCA地形起伏的影响地形起伏的影响中心投影：地形起伏造成中心投影：地形起伏造成像点位移像点位移。垂直投影：不存在垂直投影：不存在像点位移像点位移。若地形高于基准面若地形高于基准面, ,像点向离开像主点方像点向离开像主点方向位移向位移; ;若地形低于基准面若地形低于基准面, ,像点向像主点像点向像主点方向位移方向位移中心投影的透视规律中心投影的透视规律地面物体上一点，在中心投影上还是一个点，同一投影线上地面物体上一点，在中心投影上还是一个点，同一投影线上的点重合。的点重合。与像面平行的直线，在中心投影上仍然是直线，两条相交直与像面平行的直线，在中心投影上仍然是直线，两条相交直线的交角投影后不变。线的交角投影后不变。与像面垂直的直线，投影的后的形状，取决于其中像片中的与像面垂直的直线，投影的后的形状，取决于其中像片中的位置。位置。平面上的曲线，在中心投影的像片上仍为曲线。平面上的曲线，在中心投影的像片上仍为曲线。面状物体，中心投影影像也随位置而变化。面状物体，中心投影影像也随位置而变化。（2 2） 像片的比例尺像片的比例尺即即 像片上两点之间距离与像片上两点之间距离与地面上两点实际距离之比。地面上两点实际距离之比。H H为摄影平台的高度（航高）为摄影平台的高度（航高）f f为摄影机的焦距为摄影机的焦距通常通常f f在像片的边缘或相应的影像资料（遥感摄影的在像片的边缘或相应的影像资料（遥感摄影的报告、设计书）中找到，报告、设计书）中找到，H H由摄影部门提供。由摄影部门提供。计算比例尺方法计算比例尺方法知道知道f f和和H HH H未知：未知：通过求某个地物的长与其影像长之比通过求某个地物的长与其影像长之比利用地形图，求两点实际距离与影像距离之比利用地形图，求两点实际距离与影像距离之比已知某河流的宽度为已知某河流的宽度为20M20M，在像片上量得的宽度为在像片上量得的宽度为0.5cm0.5cm，则则该像片的比例尺为：该像片的比例尺为：已知的地形图比例尺为已知的地形图比例尺为1 1：5000050000，在地形图上量得，在地形图上量得ABAB两点的两点的长度为长度为3.5cm3.5cm，像片上量得相应像片上量得相应abab两点的长度为两点的长度为7cm7cm，则像片则像片的比例尺为：的比例尺为：（3 3） 像点位移像点位移在中心投影上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引在中心投影上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片位置上的移动，这种现象称为起平面上的点位在像片位置上的移动，这种现象称为像点位移像点位移其位移量就是中心投影与垂直在同一水平面上的投影误差。其位移量就是中心投影与垂直在同一水平面上的投影误差。位移量公式推导位移量公式推导由式可以看出：由式可以看出：位移量与地形高度差位移量与地形高度差h h成正比成正比，即高差越大，引起的，即高差越大，引起的的像点位移量也越大的像点位移量也越大位移量与像点到像主点的距离位移量与像点到像主点的距离r r成正比，成正比，即距主点越即距主点越远的像点，位移量越大，像片中心部分位移量较小远的像点，位移量越大，像片中心部分位移量较小位移量与摄影高度位移量与摄影高度(H)(H)成反比成反比感光特征曲线感光特征曲线：横坐标为曝光量的对数值，纵坐标为胶片的：横坐标为曝光量的对数值，纵坐标为胶片的光学密度。光学密度。光学密度光学密度：胶片的变黑程度，以阻光率的对数值表示。：胶片的变黑程度，以阻光率的对数值表示。感光度感光度：是指感光材料对光的敏感程度，即感光的快慢。：是指感光材料对光的敏感程度，即感光的快慢。反差反差：胶片的明亮部分与阴暗部分的密度差。：胶片的明亮部分与阴暗部分的密度差。反差系数反差系数：拍摄后的影像明暗对比与对应的景物明暗对比的：拍摄后的影像明暗对比与对应的景物明暗对比的比值。比值。 灰雾度灰雾度：未经感光的胶片，显影后仍产生轻微的密度，呈浅：未经感光的胶片，显影后仍产生轻微的密度，呈浅灰色。灰色。宽容度宽容度：指胶片表达被摄物体亮度间距的能力。：指胶片表达被摄物体亮度间距的能力。解像力解像力：感光胶片的分辨率。以每毫米范围内分辨出的线对：感光胶片的分辨率。以每毫米范围内分辨出的线对数来表达。数来表达。感色性感色性：指感光胶片对各种色光的敏感程度。：指感光胶片对各种色光的敏感程度。3.2.3 3.2.3 摄影胶片的物理特征摄影胶片的物理特征3.3 3.3 扫描成像扫描成像 扫描成像是依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场扫描成像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。信息，形成一定谱段的图像。3.3.1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 光光光光/ / / /机扫描成像机扫描成像机扫描成像机扫描成像3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 固体自扫描成像固体自扫描成像固体自扫描成像固体自扫描成像3.3.3 3.3.3 3.3.3 3.3.3 高光谱成像光谱扫描高光谱成像光谱扫描高光谱成像光谱扫描高光谱成像光谱扫描光学光学- -机械扫描（又称掸扫式扫描仪）成像系统，一般在机械扫描（又称掸扫式扫描仪）成像系统，一般在扫描仪的前方安装可转动的光学镜头，并依靠机械传动装扫描仪的前方安装可转动的光学镜头，并依靠机械传动装置使镜头摆动，形成对地面目标的置使镜头摆动，形成对地面目标的逐点逐行逐点逐行扫描。扫描。遥感器光谱分辨率依赖于不同分光器和探测元件，其辐射遥感器光谱分辨率依赖于不同分光器和探测元件，其辐射分辨率取决于探测元件的灵敏度。分辨率取决于探测元件的灵敏度。在光机扫描所获得的影像中，每条扫描带上影像宽度与图在光机扫描所获得的影像中，每条扫描带上影像宽度与图像地面分辨率像地面分辨率分别受到总视场和瞬时视场分别受到总视场和瞬时视场的影响。的影响。总视场总视场是遥感器能够受光的范围，决定成像宽度。是遥感器能够受光的范围，决定成像宽度。瞬时视场角瞬时视场角决定了每个像元的视场。决定了每个像元的视场。3.3.1 3.3.1 光光/ /机扫描成像机扫描成像光光/ /机扫描成像机扫描成像A A：扫描镜扫描镜B B：探测元件探测元件C C：IFOVIFOV瞬时视场角瞬时视场角D D：地面分辨率地面分辨率E E：总视场角（总视场角（10-2010-200 0航天）航天）F F：扫描带宽扫描带宽光光/ /机扫描成像的探测元件机扫描成像的探测元件探测元件响应波长/工作温度/K光电倍增管硅光二极管锗光二极管锑化铟（InSb）碲镉汞(HgCdTe)硫化铅（PbS）锗掺汞(Ge:Hg)0.4-0.750.53-1.091.12-1.732.1-4.753-58-142-68-13.577室温77室温77光光/ /机扫描成像机扫描成像实例（实例（MSSMSS）Multi-SpectralScannerMulti-SpectralScanner扫描反射镜是一个表面镀银的椭圆性铍发射镜，它与地面和扫描反射镜是一个表面镀银的椭圆性铍发射镜，它与地面和聚光镜的光轴均成聚光镜的光轴均成4545度角，扫描镜围绕正常位置摆动的幅度度角，扫描镜围绕正常位置摆动的幅度大约为正负大约为正负2.892.89度，扫描频率为度，扫描频率为13.62Hz13.62Hz，对垂直与卫星轨迹对垂直与卫星轨迹方向的地面进行扫描（横向扫描），星下点视厂场角为方向的地面进行扫描（横向扫描），星下点视厂场角为11.5611.56度，被扫描地面条带宽度约为度，被扫描地面条带宽度约为185km185km，沿卫星轨迹方向的扫描沿卫星轨迹方向的扫描（纵向扫描）由卫星的运动来实现。（纵向扫描）由卫星的运动来实现。MSSMSS有有4 4个个光光谱谱通通道道。Landsat1-5Landsat1-5均均用用了了MSSMSS，其其中中除除Landsat3Landsat3采采用用5 5个个波波段段外，其余均用可见光外，其余均用可见光- -近红外近红外4 4个波段。个波段。MSS4:0.5=0.6MSS4:0.5=0.6微米微米, ,蓝绿波段；蓝绿波段；MSS5:0.6=0.7MSS5:0.6=0.7微米微米, ,橙红波段；橙红波段；MSS6:0.7MSS6:0.7= =0.80.8微米微米, ,红、近红外波段；红、近红外波段；MSS7:0.8MSS7:0.8= =1.11.1微米微米, ,近红外波段。近红外波段。MSS-4MSS-5MSS-6MSS-7MSSBand4=BlueMSSBand5=GreenMSSBand7=Red使用线性阵列传感器的扫描仪叫推帚式扫描仪。要用推帚式使用线性阵列传感器的扫描仪叫推帚式扫描仪。要用推帚式扫描仪获取图像，就要将探测器搭载于飞行平台上，通过和扫描仪获取图像，就要将探测器搭载于飞行平台上，通过和探测器成正交方向的移动而得到目标物的二维信息。光机扫探测器成正交方向的移动而得到目标物的二维信息。光机扫描仪是利用旋转镜扫描，是一个像元一个像元地进行采光，描仪是利用旋转镜扫描，是一个像元一个像元地进行采光，而推帚式扫描仪是通过光学系统一次获得一条线的图像，然而推帚式扫描仪是通过光学系统一次获得一条线的图像，然后由多个固体光电转换元件进行电扫描。后由多个固体光电转换元件进行电扫描。卫星搭载的推帚式扫描仪由于没有光机扫描仪那样的机械运卫星搭载的推帚式扫描仪由于没有光机扫描仪那样的机械运动部分，所以结构上可靠性高，但是由于使用了多个感光元动部分，所以结构上可靠性高，但是由于使用了多个感光元件把光同时转换成电信号，所以当感光元件之间存在灵敏度件把光同时转换成电信号，所以当感光元件之间存在灵敏度差时，往往产生带状噪声。差时，往往产生带状噪声。推帚式扫描成像常用遥感数据有推帚式扫描成像常用遥感数据有SPOT/HRVSPOT/HRV、HRVIRHRVIR、HRG HRG 、HRSHRS，IKONOSIKONOS，QuickBirdQuickBird，OrbviewOrbview。3.3.2 3.3.2 推帚式扫描成像推帚式扫描成像成像光谱仪是遥感领域中的新型遥感器，它把可见光、红外成像光谱仪是遥感领域中的新型遥感器，它把可见光、红外波谱分割成几十个到几百个波段，每个波段都可以取得目标波谱分割成几十个到几百个波段，每个波段都可以取得目标图像，同时对多个目标图像进行同名地物点取样，取样点的图像，同时对多个目标图像进行同名地物点取样，取样点的波谱特征值随着波段数愈多愈接近于连续波谱曲线。波谱特征值随着波段数愈多愈接近于连续波谱曲线。这种既能成像又能获取目标光谱曲线的这种既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一谱像合一”的技术的技术称为成像光谱技术，按该原理制成的遥感器称为称为成像光谱技术，按该原理制成的遥感器称为成像光谱仪成像光谱仪，主要应用于高光谱航空遥感，在航天遥感领域高光谱也开始主要应用于高光谱航空遥感，在航天遥感领域高光谱也开始应用。应用。3.3.3 3.3.3 高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）1、面阵探测器加推扫式扫描仪的成像光谱仪l利用线阵列探测器进行扫描，利用色散元件和面阵探测器完利用线阵列探测器进行扫描，利用色散元件和面阵探测器完成光谱扫描，利用线阵列探测器及其沿轨道方向的运动完成成光谱扫描，利用线阵列探测器及其沿轨道方向的运动完成空间扫描。空间扫描。l特点：特点：l空间扫描由固体扫描完成（可见光空间扫描由固体扫描完成（可见光- -近红外，用近红外，用CCDCCD；短波短波红外用汞红外用汞- -镉镉- -碲碲/CCD/CCD混合器件）；混合器件）；l像元摄影时间长；系统灵敏度和空间分辨率均得到提高；像元摄影时间长；系统灵敏度和空间分辨率均得到提高；l在可见光波段，分辨率可提高到在可见光波段，分辨率可提高到1-2nm1-2nm量级，短波红外灵量级，短波红外灵敏度低，热红外暂时不能感应；敏度低，热红外暂时不能感应；l总视场角受限制。总视场角受限制。典型实例：典型实例：加拿大加拿大CASI CASI (Compact Airborne Spectrographic Imager)(Compact Airborne Spectrographic Imager)2、线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪推扫式（推扫式（whiskbroomwhiskbroom）线阵列成像光谱仪，基本属于光）线阵列成像光谱仪，基本属于光- -机扫机扫描装置。利用点探测器收集光谱信息，经色散元件后分成不描装置。利用点探测器收集光谱信息，经色散元件后分成不同的波段，分别在线阵列探测器的不同元件上；通过点扫描同的波段，分别在线阵列探测器的不同元件上；通过点扫描镜在垂直于轨道方向的面内摆动以及沿轨道方向的运动完成镜在垂直于轨道方向的面内摆动以及沿轨道方向的运动完成空间扫描，而利用线探测器完成光谱扫描。空间扫描，而利用线探测器完成光谱扫描。特点：特点：空间扫描通过扫描镜摆动完成，总视场角大（可达空间扫描通过扫描镜摆动完成，总视场角大（可达9090 ）；）；像元配准好，不同波段在任何时候都同时凝视同一像元；像元配准好，不同波段在任何时候都同时凝视同一像元；光谱覆盖范围宽（从可见光直到热红外波段）；光谱覆盖范围宽（从可见光直到热红外波段）；适用于航空遥感，因为飞行时间足够慢，读出的时间仅是聚积适用于航空遥感，因为飞行时间足够慢，读出的时间仅是聚积辐射能量时间的一小部分；辐射能量时间的一小部分；像元摄像时间短，进一步提高光谱分辨率和辐射灵敏度较难。像元摄像时间短，进一步提高光谱分辨率和辐射灵敏度较难。典型实例：美国的典型实例：美国的AVIRIS AVIRIS (Airborne Visible Infrared (Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer) Imaging Spectrometer) 主要高光谱仪器AVIRIS (Airborne Visible Infrared Imaging AVIRIS (Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer) (0.4-2.5) (Spectrometer) (0.4-2.5) (美国美国NASA JPL)(224NASA JPL)(224个波段个波段) )CASI(Compact Airborne Spectrographic Imager) (288CASI(Compact Airborne Spectrographic Imager) (288个个波段波段) )（加拿大（加拿大）EO-1 EO-1 （HyperionHyperion）（）（卫星）卫星）HYDICE(HyperspectralHYDICE(Hyperspectral Digital Image Collection Digital Image Collection Experiment) (206Experiment) (206波段波段) ) HYMAP (128HYMAP (128波段波段) () (澳大利亚澳大利亚) )MODIS (Moderate Resolution Imaging MODIS (Moderate Resolution Imaging SpectroradiometerSpectroradiometer) ) （卫星）卫星）(36(36波段波段) )比较比较摄影成像摄影成像扫描成像扫描成像波谱范围波谱范围光谱分辨率光谱分辨率多光谱获取方式多光谱获取方式数据记录方式数据记录方式投影方式投影方式可见光可见光+ +近红外近红外相对低相对低多个镜头多个镜头胶片、数字胶片、数字中心投影中心投影可见光可见光+ +近红外近红外+ +热红外热红外相对高相对高单镜头，分光单镜头，分光数字数字多中心投影多中心投影3.5 3.5 遥感图像的特征遥感图像的特征 遥感图像的特征体现在三个方面：几何特征、物理特征、时间遥感图像的特征体现在三个方面：几何特征、物理特征、时间特征。主要参数为：空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率、时间特征。主要参数为：空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率、时间分辨辨。分辨辨。3.5.1 3.5.1 3.5.1 3.5.1 遥感图像的空间分辨率遥感图像的空间分辨率遥感图像的空间分辨率遥感图像的空间分辨率3.5.2 3.5.2 3.5.2 3.5.2 遥感图像的波谱分辨率遥感图像的波谱分辨率遥感图像的波谱分辨率遥感图像的波谱分辨率3.5.3 3.5.3 3.5.3 3.5.3 遥感图像的辐射分辨率遥感图像的辐射分辨率遥感图像的辐射分辨率遥感图像的辐射分辨率3.5.4 3.5.4 3.5.4 3.5.4 遥感图像的时间分辨率遥感图像的时间分辨率遥感图像的时间分辨率遥感图像的时间分辨率图像的空间分辨率是指：图像的空间分辨率是指：像素所代表的地面范围的大小像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场或地面物体能分辨的最小单元。即扫描仪的瞬时视场或地面物体能分辨的最小单元。对于摄影成像的图像，地面分辨率对于摄影成像的图像，地面分辨率( (R Rg g) )取决于胶片的分辨取决于胶片的分辨率和摄像镜头的分辨率所构成的系统分辨率率和摄像镜头的分辨率所构成的系统分辨率R Rs s，以及摄影，以及摄影机焦距机焦距f f和航高和航高H H。即：。即：R Rg g为地面分辨率，单位为线对为地面分辨率，单位为线对/mm/mmH H为摄影机距地面高度，单位为摄影机距地面高度，单位m mR Rs s为系统分辨率，单位线对为系统分辨率，单位线对/mm/mmf f 为摄影机焦距，单位为摄影机焦距，单位mmmm。3.5.1 3.5.1 遥感图像的空间分辨率遥感图像的空间分辨率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。间隔越小，分辨率越高。最小波长间隔。间隔越小，分辨率越高。成像光谱仪在可见光到红外波段范围内，被分割成几百个成像光谱仪在可见光到红外波段范围内，被分割成几百个窄波段，具有很高的光谱分辨率，从其近似连续的光谱曲窄波段，具有很高的光谱分辨率，从其近似连续的光谱曲线上，可以分辨出不同物体光谱特征的微小差异，有利于线上，可以分辨出不同物体光谱特征的微小差异，有利于识别更多的目标。识别更多的目标。3.5.2 3.5.2 遥感图像的波谱分辨率遥感图像的波谱分辨率辐射分辨率是指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐辐射分辨率是指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。射度差。在遥感图像上表现为每一像片的辐射量化级。在遥感图像上表现为每一像片的辐射量化级。 某个波段遥感图像的总信息量某个波段遥感图像的总信息量I Im m由空间分辨率（以像元数由空间分辨率（以像元数n n表示）与辐射分辨率（以灰度量化级表示）与辐射分辨率（以灰度量化级D D表示）有关，以表示）有关，以bitbit为单位，可表达为为单位，可表达为I Im m = n log = n log2 2D D多分波段遥感中，遥感图像总信息量还取决于波段数多分波段遥感中，遥感图像总信息量还取决于波段数k k，k k个波段的遥感图像的总信息量个波段的遥感图像的总信息量I Is s为为I Is s = k * = k *I Im m = k* n*log = k* n*log2 2D = k* A/PD = k* A/P2 2 *log *log2 2D D3.5.3 3.5.3 遥感图像的辐射分辨率遥感图像的辐射分辨率时间分辨率是对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间分辨率是对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称为重访周期。时间频率，也称为重访周期。遥感的时间分辨率范围较大。遥感的时间分辨率范围较大。根据不同的遥感目的，采用不同的时间分辨率：根据不同的遥感目的，采用不同的时间分辨率：天气预报、灾害监测等需要短周期的时间分辨率。常以天气预报、灾害监测等需要短周期的时间分辨率。常以“小小时时”为单位。为单位。植物、作物的长势监测、估产等需要用植物、作物的长势监测、估产等需要用“旬旬”或或“日日”为单为单位。位。而城市扩展、河道变迁、土地利用变化等多以而城市扩展、河道变迁、土地利用变化等多以“年年”为单位。为单位。3.5.4 3.5.4 遥感图像的时间分辨率遥感图像的时间分辨率