遙感數(shù)字圖像的獲取和存儲

1、第2章 遙感數(shù)字圖像的獲取和存儲 2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化 2.2 常用遙感平臺及其傳感器特征 2.3 遙感圖像的類型 2.4 遙感數(shù)字圖像的級別和數(shù)據(jù)格式 2.5 數(shù)字圖像分辨率Figure 1.1. An electromagnetic spectrum2.1.1 電磁波譜電磁波譜v 不同的化學(xué)元素有不同化學(xué)結(jié)構(gòu)，因而對電磁不同的化學(xué)元素有不同化學(xué)結(jié)構(gòu)，因而對電磁波的反射和吸收特征不同。波的反射和吸收特征不同。v 地物地物對電磁波的反射和吸收特征對電磁波的反射和吸收特征是遙感識別不同是遙感識別不同地物的基礎(chǔ)地物的基礎(chǔ) 按電磁波在真空中傳播的波長或頻率，遞增或遞減排列，則構(gòu)成了電磁波譜

2、。遙感信息 自然界的各種地物，在溫度不等于絕對零度的情況下，都能反反射、輻射和吸收射、輻射和吸收電磁波 遠距離探測第2章 遙感數(shù)字圖像的獲取和存儲2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化遙感圖像的獲取和數(shù)字化2.1.2 目前遙感技術(shù)應(yīng)用的主要波譜段范圍目前遙感技術(shù)應(yīng)用的主要波譜段范圍 第2章 遙感數(shù)字圖像的獲取和存儲2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化遙感圖像的獲取和數(shù)字化2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化遙感圖像的獲取和數(shù)字化2.1.2 目前遙感技術(shù)應(yīng)用的主要波譜段范圍目前遙感技術(shù)應(yīng)用的主要波譜段范圍 各波段的主要用途：2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化遙感圖像的獲取和數(shù)字化2.1.2 目前遙感技術(shù)應(yīng)用的主要波譜段

3、范圍目前遙感技術(shù)應(yīng)用的主要波譜段范圍 2.1.3 地物的光譜特征地物的光譜特征波長與反射率之間的關(guān)系 最重要的特征是吸收峰的特征參數(shù) 診斷特征2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化遙感圖像的獲取和數(shù)字化2.1.3 地物的光譜特征地物的光譜特征波長與反射率之間的關(guān)系 2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化遙感圖像的獲取和數(shù)字化v 地物光譜特性的測定基礎(chǔ)性工作 野外或室內(nèi)利用光譜儀測定v 研究地物光譜特征的意義： 只有充分掌握遙感對象的光譜特性，才能一方面為傳感器設(shè)計提供最佳波段選擇設(shè)計提供最佳波段選擇(所謂最佳波段，就是最能識別或區(qū)分所感興趣地物的波長范圍)，同時，能為遙感圖像解譯和計算機自動識別分類提供能為遙

4、感圖像解譯和計算機自動識別分類提供依據(jù)。依據(jù)。地物光譜會隨周圍環(huán)境條件的變化而變化，主要表現(xiàn)在時間和空間上的波動2.1.3 地物的光譜特征地物的光譜特征2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化遙感圖像的獲取和數(shù)字化v 地物波譜的時間效應(yīng)如植被指數(shù)時間系列譜時間效應(yīng)是指同一地點的相同地物，其光譜特征會隨時間而產(chǎn)生一定的變化，這種由于時間推移而導(dǎo)致的地物電磁波譜特征的變化，稱為地物波譜的時間效應(yīng)。 2.1.3 地物的光譜特征地物的光譜特征2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化遙感圖像的獲取和數(shù)字化v 地物光譜特征的空間效應(yīng) 空間效應(yīng)是指在同一時刻，同一類地物由于其所處的地理位置不同，其光譜特征可能存在一定的差異，這

5、種由于空間位置不同而導(dǎo)致同類地物之間波譜特征的變化，叫做地物光譜特征的空間效應(yīng)。 2.1.3 地物的光譜特征地物的光譜特征2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化遙感圖像的獲取和數(shù)字化 輻射分辨率 光譜分辨率 空間分辨率 時間分辨率2.1.4 傳感器的分辨率傳感器的分辨率2.1 遙感圖像的獲取和數(shù)字化遙感圖像的獲取和數(shù)字化 輻射分辨率輻射分辨率：指傳感器接收波譜信號時，能分辨的最小輻射度差。在遙感圖像上表現(xiàn)為每一像元的輻射量化級。常用量化級D表示，如： Landsat 8bit 0255級； Ikonos 10bit 0210遙感圖像的波譜分辨率遙感圖像的波譜分辨率 波譜分辨率：指傳感器在接收目標輻射的

6、波譜時能分辨的最小波長間隔。間隔愈小，分辨率愈高。不同波譜分辨率的傳感器對同一地物探測效果有很大區(qū)別。傳感器的波段選擇必須考慮目標的光譜特征值 圖像的空間分辨率越高，圖像的影紋細節(jié)越清晰，空間結(jié)構(gòu)信息越豐富；反之，圖像的影紋細節(jié)越模糊，且空間結(jié)構(gòu)信息越少。遙感圖像的空間分辨率遙感圖像的空間分辨率：指像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時視場、遙感器探測單元的大小或地面物體能分辨的最小單元。TM 30m、SPOT 10m、IKONOS 4、1m。 時間分辨率時間分辨率：指對同一地點進行遙感采樣的時間間 隔，即采樣的時間頻率，也稱重訪周期。反映出不同時相遙感圖像的光譜信息與空間反映出不同時相遙

7、感圖像的光譜信息與空間 信息的差信息的差異。異。 時間分辨率是衡量時間信息豐富程度的一種量度。 遙感的時間分辨率范圍較大。如：靜止氣象衛(wèi)星為1次05小時；太陽同步氣象衛(wèi)星2次天，Landsat為1次16天；中巴(西)合作的CBERS為1次26天等。還有更長周期甚至不定周期的v許多地物都具有時相變化，（）自然變化過程，即其發(fā)生、發(fā)展和演化的過程；（）節(jié)律，事物的發(fā)展在時間序列上表現(xiàn)出某種周期性重復(fù)的規(guī)律，亦即地物的波譜信息和空間信息隨時間的變化而變化。災(zāi)害的動態(tài)監(jiān)測災(zāi)害的動態(tài)監(jiān)測及作物生長狀況作物生長狀況等研究都需要掌握地物隨“時”和“空”兩個因素的變化情況，這時遙感圖中的時間信息就成了一種重要

8、的專題信息。衛(wèi)星對地物重復(fù)觀測的周期越短、頻率越高，對地物波譜信息隨時間變化的特征了解得就越多。.1.5遙感圖像數(shù)字化遙感圖像數(shù)字化v 地物以及圖像平面上的輻射能量本身在空間上總是連續(xù) 變化的。v 在數(shù)字圖像處理之前，要設(shè)法將連續(xù)圖像函數(shù)變成一組能 代表它的數(shù)字，這一變換過程稱為圖像數(shù)字化，所得到的 圖像稱為數(shù)字圖像。 圖像數(shù)字化圖像數(shù)字化（1）采樣：采樣：是按一定的空間網(wǎng)格對連續(xù)圖像進行空間坐標的數(shù)字化，即把連續(xù)圖像空間劃分成一個個網(wǎng)格，并對各個網(wǎng)格內(nèi)的輻射值進行測量，這一過程稱為采樣采樣；（2）量化量化對采樣點的輻射值進行數(shù)字化，即對輻射值進行量化編碼處理，這一過程稱為量化量化。v 一個采

9、樣點的幾何意義是雙重的 相對于坐標系統(tǒng)以及在運算過程中，其空間位置(x，y)代表一個沒有大小的點，但是作為構(gòu)成圖像的一個最小單位來看，它是有面積的常稱為像元(像素)。v 采樣點的函數(shù)值稱像元值(或亮度值或灰度值等) 對遙感圖像來說，相當(dāng)于(x,y)點周圍某個小范圍內(nèi)的平均輻射值。v 遙感圖像的采樣過程，實際上就是對連續(xù)圖像g(x,y)在x,y方向上分別以x和y為采樣間隔對遙感影像面離散化過程，其結(jié)果是獲得了遙感圖像的數(shù)字表示形式，即一個二維的數(shù)字矩陣。采樣采樣v 量化就是把采樣過程中獲得的像元平均輻射亮度值，按照一定的編碼規(guī)則劃分為若干等級，即把采樣所得的像元平均輻射亮度值按一定方式離散化離散

10、化。v 經(jīng)過量化編碼后，數(shù)字圖像的灰度值不是像元的平均輻射值，而是像元平均輻射值所在的編碼區(qū)間的級數(shù)亮度值，2b輻射分辨率如bit，K256，即255v輻射分辨率越高對地物輻射波譜描述得越精確，但灰度等級的無限增加又會影響到圖像的數(shù)據(jù)量，進而影響遙感圖像數(shù)據(jù)的傳輸、存儲，使遙感圖像數(shù)字處理復(fù)雜化。量化量化 圖像的量化與數(shù)字圖象的質(zhì)量圖像的量化與數(shù)字圖象的質(zhì)量256灰度級灰度級16灰度級灰度級8灰度級灰度級4灰度級灰度級 遙感數(shù)字圖像處理硬件系統(tǒng)遙感數(shù)字圖像處理硬件系統(tǒng) 數(shù)字化器（數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、掃描儀）數(shù)字化器（數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、掃描儀） 大容量存儲器（磁盤、光盤）大容量存儲器（磁盤

11、、光盤） 顯示與輸出設(shè)備（打印機、繪圖儀）顯示與輸出設(shè)備（打印機、繪圖儀） 操作臺操作臺遙感數(shù)字圖像處理軟件系統(tǒng)遙感數(shù)字圖像處理軟件系統(tǒng) ENVI、 ERDAS、PCI、等1. 遙感系統(tǒng)遙感系統(tǒng)：由遙感平臺、遙感傳感器以及遙感地面站組成。2.2 常用遙感平臺及其傳感器v按高度分：(1) 航天平臺：高度在150km以上。其中最高的是靜止衛(wèi)星，位于赤道上空36 000km的高度上（FY-2)。其次是高700-900km左右的資源衛(wèi)星、SPOT、MOS等地球觀測衛(wèi)星。航天飛機的高度在300km左右。 (空間分辨率）v 根據(jù)航天遙感平臺的服務(wù)內(nèi)容，可以將其分為： 氣象衛(wèi)星系列、陸地衛(wèi)星系列和海洋衛(wèi)星系

12、列。(3) 地面平臺：車、船、塔等，高度均在0一50m的范圍內(nèi)。(2) 航空平臺：低、中、高空飛機，以及飛艇、氣球等，高度在百米至十余千米不等。2. 遙感平臺遙感平臺：攜帶遙感傳感器(遙感器)的運載工具。 2.2 常用遙感平臺及其傳感器3. 遙感傳感器的主要三種掃描方式：遙感傳感器的主要三種掃描方式：（1）線性掃描儀：使用單個探測元件得到整景圖像；（2） 撣掃式掃描儀：使用幾個沿航向排列的元件獲取平行掃描線組；（TM） （3）推掃式掃描儀：有一個由上千個探測元件構(gòu)成的線陣列。（SPOT)2.2 常用遙感平臺及其傳感器4. 幾幾種種常常見見的的遙遙感感傳傳感感器器 LandsatTM覆蓋范圍:1

13、85x185km2Landsat7:185x170km22.2 常用遙感平臺及其傳感器香港香港TM圖像圖像4. 幾種常見的遙感傳感器幾種常見的遙感傳感器 (2) SPOT法國6060km22.2 常用遙感平臺及其傳感器10m5m2.5m（3）NOAA (AVHRR)其空間分辨率為11km ，主要用于氣象觀測，對地物有很強的宏觀綜合性，因而較適合于全球范圍內(nèi)的構(gòu)造和環(huán)境的研究。4. 幾種常見的遙感傳感器幾種常見的遙感傳感器2.2 常用遙感平臺及其傳感器 QuickBird2和IKONOS2衛(wèi)星遙感器的技術(shù)參數(shù) 衛(wèi)星 QuickBird2 IKONOS2 波段/m 全色 0.4450.90 0.4

14、50.90 多光譜 0.450.52 0.450.52 0.520.60 0.520.60 0.630.69 0.600.69 0.760.90 0.760.90 地面分辨率/m 全色 0.61 1.0 多光譜 2.44 4.0 幅/km 16.516.5 1313 量化等級/bit 11 11 重訪周期/d 13.5(0.61m時) 2.9(1m時，40N) 立體成像2.2 常用遙感平臺及其傳感器IKONOSIKONOS衛(wèi)星圖像衛(wèi)星圖像（4）成像光譜儀 是一種具有高光譜分辨率的遙感傳感器 ，每個像元都有一條完整的光譜曲線，因此成像光譜是一種譜像合一譜像合一的遙感信息。 成像光譜儀的波段窄、光

15、譜分辨率高，對各類地物的變化反映敏感，所以對于資源勘察和環(huán)境監(jiān)測資源勘察和環(huán)境監(jiān)測有重要意義。 2. 幾種常見的遙感傳感器幾種常見的遙感傳感器2.2 常用遙感平臺及其傳感器2. 幾種常見的遙感傳感器幾種常見的遙感傳感器2.2 常用遙感平臺及其傳感器2.3 遙感圖像的類型 主動遙感、被動遙感； 多光譜、髙光譜； 髙空間分辨率、低空間分辨率； 航空、航天等。 數(shù)據(jù)級別 元數(shù)據(jù) 通用數(shù)據(jù)格式2.4 2.4 多波段遙感數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)格式多波段遙感數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)格式 多波段數(shù)字圖像的存貯與分發(fā)，通常采用三種多波段數(shù)字圖像的存貯與分發(fā)，通常采用三種數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)格式： BSQBSQ（Band sequen

16、tialBand sequential）數(shù)據(jù)格式）數(shù)據(jù)格式 BIPBIP（Band interleaved by pixelBand interleaved by pixel）數(shù)據(jù)格式）數(shù)據(jù)格式 BILBIL（Band interleaved by lineBand interleaved by line）數(shù)據(jù)格式）數(shù)據(jù)格式BSQ2.4 2.4 多波段遙感數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)格式多波段遙感數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)格式BIP2.4 2.4 多波段遙感數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)格式多波段遙感數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)格式BIL2.4 2.4 多波段遙感數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)格式多波段遙感數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)格式實習(xí)1 熟悉三種主要地物（植被、水體、土壤）的光譜特征，如何由光譜特征區(qū)分該