第2章 影像獲取教材

第二章影像獲取§2-1航空影像獲取§2-2遙感影像航空攝影：以飛機(jī)作為主要工作平臺(tái)，把航攝儀安裝在航攝飛機(jī)上，從空中一定角度對(duì)地面物體進(jìn)行攝影，飛行航線一般為東西方向，航攝機(jī)在攝影曝光的瞬間物鏡主光軸保持垂直地面?！?.1航空攝影航空攝影機(jī)而在攝影測(cè)量學(xué)中我們講的航空攝影是主要是我們高精度的測(cè)繪地形圖或者是進(jìn)行4D產(chǎn)品的生產(chǎn)所進(jìn)行的空中攝影稱為航空攝影。我們研究的范圍比較窄一些，而且主要指的是針對(duì)地面進(jìn)行攝影。什么叫做航攝儀？

航攝儀（航空攝影機(jī)）：是專門設(shè)計(jì)的大像幅的攝影機(jī)，裝置在飛機(jī)或其他飛行器上對(duì)地面進(jìn)行攝影的儀器。到目前為止，航空攝影機(jī)多數(shù)還是基于膠片的光學(xué)攝影機(jī)。隨著數(shù)字技術(shù)和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展，大像幅的數(shù)字航空攝影機(jī)應(yīng)經(jīng)問(wèn)世并開始使用。航攝儀分為：光學(xué)航攝儀（模擬航攝儀）、數(shù)字航攝儀（面陣的，類似于我們所說(shuō)的中心投影的、線陣中心投影的推掃式航攝儀）攝影原理攝影成果：負(fù)片與正片負(fù)片攝影機(jī)按小孔成像原理。主光軸、主焦點(diǎn)、物鏡中心像片主距：物鏡節(jié)點(diǎn)到像平面的距離。攝影機(jī)焦距：物鏡節(jié)點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離主光軸焦點(diǎn)物鏡中心像平面航攝儀的幾個(gè)主要參數(shù)：攝影物鏡主光軸：透鏡兩球面曲率中心的連線稱為透鏡的光軸，物鏡光學(xué)系中各透鏡的光軸應(yīng)重合，這就是物鏡的主光軸

主平面：其中Q、Q〞為主平面，在作圖時(shí)用它來(lái)代替物鏡實(shí)體節(jié)點(diǎn)：通常兩節(jié)點(diǎn)S、S〞距離很小，可以看做一點(diǎn)，稱為物鏡中心由多個(gè)不同曲率半徑的透鏡組合成的對(duì)稱式物鏡。主光軸像方主焦點(diǎn)物方主焦點(diǎn)物鏡的成像公式高斯成像公式牛頓成像公式B攝影測(cè)量中根據(jù)焦距的不同分為：長(zhǎng)焦距：(主距>255mm)中焦距：(主距＝102～255mm)短焦距：(主距<102mm)視場(chǎng)：光線通過(guò)物鏡后，焦面上照度不均勻的光亮圓。像場(chǎng)：物鏡焦面上中央成像清晰的范圍。視場(chǎng)角：由物鏡后節(jié)點(diǎn)向視場(chǎng)邊緣射出的光線所張開的角，2α像場(chǎng)角：由物鏡后節(jié)點(diǎn)向像場(chǎng)邊緣射出的光線所張開的角，2β視場(chǎng)、像場(chǎng)、視場(chǎng)角、像場(chǎng)角

視場(chǎng)像場(chǎng)像幅2α2β

根據(jù)像場(chǎng)角大小的不同分為：常角：(視場(chǎng)角<75°)寬角：(視場(chǎng)角＝75°~100°)特寬角：(視場(chǎng)角>100°)思考：焦距與像場(chǎng)角的關(guān)系？當(dāng)像幅一定的情況下，焦距越大，像場(chǎng)角就越小，攝影的范圍就越小。焦距越小，像場(chǎng)角就越大，攝影范圍也就隨之增大?？紤]：買普通照相機(jī)時(shí)，型號(hào)為135的代表什么？代表鏡頭的焦距是135毫米航空攝影機(jī)的結(jié)構(gòu)略圖攝影機(jī)航攝儀主距f、像幅l及像場(chǎng)角β三者之間的關(guān)系為：像場(chǎng)角影響到像幅的大小和所攝地區(qū)的面積。航攝儀的分類攝影機(jī)分類焦距（mm）像場(chǎng)角短焦距攝影機(jī)<150>100度（特寬）中焦距攝影機(jī)150~30070~100（寬角）長(zhǎng)焦距攝影機(jī)>300<70（常角）

考慮：如果把像片分為可量測(cè)像片和非可量測(cè)像片，二者最大的區(qū)別是什么？可量測(cè)像片的四角帶有框標(biāo)的?？驑?biāo)航空攝影機(jī)是專用的量測(cè)攝影機(jī)量測(cè)攝影機(jī)的特征如下：

1、像距是一個(gè)固定值2、量測(cè)攝影機(jī)承片框上具有框標(biāo)機(jī)械框標(biāo)（或邊框標(biāo)）xyo光學(xué)框標(biāo)（或角框標(biāo)）xyo設(shè)置在攝影機(jī)焦平面（承影面）上位置固定的光學(xué)機(jī)械標(biāo)志，用于在焦平面上（亦即像片上）建立像方坐標(biāo)系。具有邊框標(biāo)的航片具有邊、角框標(biāo)的航片航空攝影機(jī)特性：物鏡成像分解力高物鏡成像畸變差?。?）光學(xué)特性物鏡透光率高光學(xué)影像反差大焦面照度均勻（2）焦面上設(shè)置有框標(biāo)（3）有膠片壓平系統(tǒng)（4）像距為定值（主距）（5）有減震裝置（6）有影像位移補(bǔ)償裝置（7）抗溫差、抗過(guò)載非量測(cè)攝影機(jī)無(wú)框標(biāo)裝置物鏡畸變差較大只要物體被攝成像，都可以使用攝影測(cè)量技術(shù)解決某一方面的問(wèn)題，因此，除了使用專用的航空攝影機(jī)外，也使用非量測(cè)相機(jī)。如一般的光學(xué)相機(jī)和數(shù)碼相機(jī)遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一門綜合性探測(cè)技術(shù)。遙感技術(shù)與現(xiàn)代物理學(xué)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)和地理學(xué)密切相關(guān)。遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，成為地球環(huán)境資源的調(diào)查和規(guī)劃不可缺少的有效手段。2.2遙感數(shù)據(jù)遙感基本概念廣義：泛指一切無(wú)接觸的遠(yuǎn)距離探測(cè)，包括對(duì)電磁場(chǎng)、力場(chǎng)、機(jī)械波（聲波、地震波）等的探測(cè)。遙感定義：從遠(yuǎn)處探測(cè)感知物體，即不直接接觸物體，從遠(yuǎn)處通過(guò)探測(cè)儀器接收來(lái)自目標(biāo)地物的電磁波信息，經(jīng)過(guò)對(duì)信息的處理，判別出目標(biāo)地物的屬性。對(duì)象：地面載體：電磁波（主要）目的：地面物質(zhì)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（周期性、重復(fù)性）過(guò)程：成像、傳輸、處理、應(yīng)用（1）電磁波與電磁波譜電磁波

交互變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播。描述電磁波特性的指標(biāo)

波長(zhǎng)、頻率、振幅、位相等。電磁波的特性

電磁波是橫波，傳播速度為3×108m/s，不需要媒質(zhì)也能傳播，與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)會(huì)有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一規(guī)律。

電磁波譜

按電磁波波長(zhǎng)的長(zhǎng)短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。

依次為：

γ射線—X射線—紫外線—可見光—紅外線—微波—無(wú)線電波。

（1）電磁波與電磁波譜

目前遙感技術(shù)中通常采用的電磁波位于可見光、紅外和微波波譜區(qū)間。由于它們的波長(zhǎng)或頻率不同，不同電磁波又表現(xiàn)出各自的特性和特點(diǎn)?？梢姽狻⒓t外和微波遙感，就是利用不同電磁波的特性。電磁波與地物相互作用特點(diǎn)與過(guò)程，是遙感成像機(jī)理探討的主要內(nèi)容。電磁波紫外線：波長(zhǎng)范圍為0.01～0.38μm，太陽(yáng)光譜中，只有0.3～0.38μm波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感，但探測(cè)高度在2000m以下?？梢姽猓翰ㄩL(zhǎng)范圍：0.38～0.76μm，人眼對(duì)可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。紅外線：波長(zhǎng)范圍為0.76～1000μm，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。微波：波長(zhǎng)范圍為1mm～1m，穿透性好，不受云霧的影響。遙感應(yīng)用的電磁波波譜段BACK太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)大氣層到達(dá)地面，一部分與地面發(fā)生作用后反射，再次經(jīng)過(guò)大氣層，到達(dá)傳感器。傳感器將這部分能量記錄下來(lái)，傳回地面，即為遙感數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù)：航空像片、衛(wèi)星影像、微波影像接收預(yù)處理用戶應(yīng)用處理分析結(jié)果、圖表輸出遙感數(shù)據(jù)獲取原理2.遙感系統(tǒng)（RemoteSensingSystem）1）目標(biāo)物的電磁波特性_遙感信息源任何目標(biāo)物都具有發(fā)射、反射、吸收電磁波的性質(zhì)。

2.遙感系統(tǒng)（RemoteSensingSystem）2）信息的獲取2.遙感系統(tǒng)（RemoteSensingSystem）3）信息的接收接收、處理、存檔、分發(fā)各類地球資源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究，為遙感應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。2.遙感系統(tǒng)（RemoteSensingSystem）4）信息的處理—遙感衛(wèi)星地面站宏觀性、綜合性覆蓋范圍大、信息豐富。一景TM影像為185×185平方公里；影像包含各種地表景觀信息，有可見的，也有潛在的。遙感技術(shù)特點(diǎn)多波段性

波段的延長(zhǎng)使對(duì)地球的觀測(cè)走向了全天候。?SpaceImaging?SpaceImagingGreenReflectanceNIRReflectance多波段圖像Hereisanexampleofthreebands,green,redandnearinfra-reddisplayedseparatelyasgrayscalegreenredNear-infrared多波段圖像多時(shí)相性重復(fù)探測(cè)，有利于進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。LasVegas,1992LasVegas,1986LasVegas,1972遙感平臺(tái)遙感平臺(tái)是裝載傳感器的運(yùn)載工具,按高度分為：近地平臺(tái)：為航空和航天遙感作校準(zhǔn)和輔助工作。航空平臺(tái)：80km以下的平臺(tái)，包括飛機(jī)和氣球。

航天平臺(tái)：80km以上的平臺(tái)，包括高空探測(cè)火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)。高空：10000-20000米中空：5000-10000米低空：<5000米傳感器的定義和功能傳感器是收集、探測(cè)、記錄地物電磁波輻射信息的工具。它的性能決定遙感的能力，即傳感器對(duì)電磁波段的響應(yīng)能力、傳感器的空間分辨率及圖像的幾何特征、傳感器獲取地物信息量的大小和可靠程度。傳感器傳感器的組成收集器：收集來(lái)自地物目標(biāo)輻射的電磁波能量。如透鏡組、天線。探測(cè)器：將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能或電能。如感光膠片、光電管等。處理器：將探測(cè)后的化學(xué)能或電能等信號(hào)進(jìn)行處理。輸出器：將獲取的數(shù)據(jù)輸出。傳感器類型按工作方式分主動(dòng)方式傳感器：側(cè)視雷達(dá)、激光雷達(dá)、微波輻射計(jì)。被動(dòng)方式傳感器：航空攝影機(jī)、多光譜掃描儀（MSS）、TM、ETM、HRV、紅外掃描儀等。按記錄數(shù)據(jù)的方式成像方式傳感器和非成像方式傳感器按傳感器工作的波段可見光傳感器、紅外傳感器和微波傳感器

常用的遙感數(shù)據(jù)1、陸地資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)以探測(cè)陸地資源為目的的衛(wèi)星叫陸地資源衛(wèi)星。2、海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)海洋衛(wèi)星主要用于海洋溫度場(chǎng)，海流的位置、界線、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水團(tuán)的溫度、鹽度、顏色、葉綠素含量，海冰的類型、密集度、數(shù)量、范圍以及水下信息、海洋環(huán)境、海洋凈化等方面的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。3、氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)氣象衛(wèi)星是廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域的一種衛(wèi)星，是太空中的自動(dòng)化高級(jí)氣象站。它能連續(xù)、快速、大面積地探測(cè)全球大氣變化情況。目前，主要的陸地資源衛(wèi)星有：（1）美國(guó)陸地衛(wèi)星(Landsat)；（2）法國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星(SPOT)；（3）歐空局地球資源衛(wèi)星(ERS)；（4）俄羅斯鉆石衛(wèi)星(ALMAZ)；（5）日本地球資源衛(wèi)星(JERS)；（6）印度遙感衛(wèi)星(IRS)；（7）中-巴地球資源衛(wèi)星（CBERS）。主要的海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)包括：（1）美國(guó)SEASAT數(shù)據(jù)（2）日本MOS數(shù)據(jù)（3）歐洲ERS數(shù)據(jù)（4）加拿大RADARSAT數(shù)據(jù)常用的氣象衛(wèi)星包括：（1）NOAA衛(wèi)星系列（美國(guó)）（2）GMS氣象衛(wèi)星系列（日本）（3）FY氣象衛(wèi)星系列（中國(guó)）Landsat衛(wèi)星原名地球資源技術(shù)衛(wèi)星ERTS，是美國(guó)國(guó)家航空和航天局（NASA）發(fā)射的用來(lái)獲取地球表面圖像的一種遙感平臺(tái)，以觀察陸地環(huán)境和資源為主。Landsat數(shù)據(jù)

Landsat衛(wèi)星部分軌道參數(shù)

Landsat衛(wèi)星系列衛(wèi)星編號(hào)發(fā)射日期退役日期搭載的傳感器11972.7.231978.1.6RBV，MSS21975.1.221982.2.5RBV，MSS31978.3.51983.3.31RBV，MSS41982.7.262001.6.15TM，MSS51984.3.1運(yùn)行中TM，MSS(已退役)61993.10.5發(fā)射失敗71999.4.15運(yùn)行中ETM+RBV:反束光導(dǎo)攝像機(jī)；MSS：多光譜掃描儀TM：專題制圖儀；ETM+：增強(qiáng)專題制圖儀Landsat空間分辨率衛(wèi)星編號(hào)傳感器及波段編號(hào)地面分辨率（m)1,2RBV:1，2，3803RBV:全色波段401-7MSS：4，5，6，7803MSS：82404,5TM：1,2,3,4,5,7304,5TM：61207ETM+：1,2,3,4,5,7307ETM+：6607ETM+：全色波段（pan)15SPOT數(shù)據(jù)

1978年起，以法國(guó)為主，聯(lián)合比利時(shí)、瑞典等歐共體某些國(guó)家，設(shè)計(jì)、研制了一顆名為“地球觀測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”(SPOT)的衛(wèi)星，也叫“地球觀測(cè)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”。到目前為止，已經(jīng)發(fā)射了5顆衛(wèi)星。Spot衛(wèi)星部分軌道參數(shù)標(biāo)稱軌道高度832km軌道傾角98.7°運(yùn)行一圈的周期101.46min日繞總?cè)?shù)14.19圈重復(fù)周期26d

Spot衛(wèi)星系列衛(wèi)星編號(hào)發(fā)射日期狀態(tài)搭載的傳感器11986.2運(yùn)行中HRV

21990.1運(yùn)行中HRV,31993.91997.11HRV,41998.3運(yùn)行中HRVIR,VI52002.5運(yùn)行中HRVIR,HRS,VI

HRV:高分辨率可見光成像裝置HRVIR：高分辨率可見光及紅外成像裝置VI:“植被”成像裝置HRS:高分辨率立體成像裝置

SPOT圖像數(shù)據(jù)處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為四級(jí)五等，即1A，1B，2，3，4.其中1A處理精度最低，4級(jí)處理精度最高。無(wú)論哪一級(jí)產(chǎn)品，都有膠片和CCT磁帶兩類產(chǎn)品，影像基本比例尺為1：40萬(wàn)。Spot-5空間分辨率波段分辨率高分辨率幾何裝置植被探測(cè)器高分辨率立體成像裝置PA：0.51-0.73um2m-10mB0:0.43-0.47um-1km-B1:0.49-0.61um10m--B2:0.61-0.68um10m1km-B3:0.78-0.89um10m1km-SWIR:1.58-1.75um20m1km-視場(chǎng)寬度60km2250km120km10m多光譜IKONOS數(shù)據(jù)美國(guó)空間成像公司(Space-Imaging)于1999年9月24日率先將IKONOS-2高分辨率(全色1m，多光譜4m)衛(wèi)星發(fā)射升空，這是世界上第一顆商用1m分辨率的遙感衛(wèi)星。IKONOS軌道參數(shù)標(biāo)稱軌道高度680km軌道傾角98.2°運(yùn)行周期98min日繞總?cè)?shù)14.6重復(fù)周期3dIKONOS衛(wèi)星影像掃描面積有11km*11km，130km*56km，37km*100km,11km*100km,11km*1000km等規(guī)格。影像廣泛用于精度相對(duì)較高的城市內(nèi)部的綠化、交通、地籍等的現(xiàn)狀調(diào)查、規(guī)劃、測(cè)繪地圖等。IKO