《遙感地質(zhì)學(xué)》全冊(cè)配套完整教學(xué)課件

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§2·3地球大氣及其對(duì)太陽(yáng)輻射的影響太陽(yáng)輻射到達(dá)地面的過程中要經(jīng)過地球周圍的大氣層，而太陽(yáng)輻射經(jīng)過地面目標(biāo)反射后，又要再次經(jīng)過大氣層才能被航空或航天平臺(tái)上的傳感器接收。大氣層中的氣體和微粒對(duì)電磁輻射的強(qiáng)度和組成會(huì)產(chǎn)生影響。主要表現(xiàn)在吸收、散射和透射作用。一大氣分層和組成

（一）

大氣分層地球被大氣圈所包圍，大氣圈上界不太明顯，離地面越高大氣越稀薄，逐步過渡到太陽(yáng)系空間。一般認(rèn)為大氣厚度約1000KM，并且在垂直方向有層次的區(qū)別。如圖2.12所示，

（二）

大氣組成大氣中成分含量主要可分為二類：分子和其它微粒。分子主要有：氮(N2)和氧(O2)約占99％，其余1％的成分有臭氧（O3），二氧化碳（CO2）、水分子（H2O），及其它（N2O，CH4，NH3等），分子是直徑小的微粒。

其它微粒主要有：煙、塵埃、霧霾、小水滴及氣溶膠。氣溶膠是一種固體、液體的懸浮物，有一個(gè)固體的核心，如塵埃、花粉、微生物、海上的鹽粒等，在核心以外包有一層液體，直徑約為0.01~30μm，多分布在高度5KM以下。二折射現(xiàn)象電磁波穿過大氣層時(shí)會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象。大氣的折射率與大氣密度直接相關(guān)，大氣密度越大，折射率越大。空氣越稀薄、折射也越小。正因?yàn)殡姶挪▊鞑ミ^程中折射率的變化，使電磁波在大氣中傳播的軌跡是一條曲線，到達(dá)地面后，地面接收的電磁波方向與實(shí)際上太陽(yáng)輻射的方向相比偏離了一個(gè)角度稱為折射值R＝θ－θ，

當(dāng)太陽(yáng)垂直入射時(shí)，天頂距為0折射值R為零；隨太陽(yáng)天頂距加大，折射值增加；天頂距為45°時(shí)，折射值R＝1’；天頂距為90°時(shí)，折射值R＝35。這時(shí)折射值達(dá)到最大。這也是為什么早晨看到的太陽(yáng)園面比中午時(shí)看到的太陽(yáng)園面大，因?yàn)楫?dāng)太陽(yáng)在地平線上時(shí)，折射角度最大，甚至它還沒出地平，由于折射，地面上已可以見到它三大氣的反射電磁波傳播過程中通過兩種介質(zhì)的交界面上時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象。而通過大氣時(shí)，氣體、塵埃反射作用很小，反射現(xiàn)象主要發(fā)生在云層頂部，取決于云量和云霧，而且各個(gè)波段均受到不同程度的影響，嚴(yán)重地削弱了電磁波強(qiáng)度。因此，如果不是專門研究云層，盡量選擇無(wú)云的天氣接收遙感信號(hào)，則不用考慮大氣的反射。四大氣吸收太陽(yáng)輻射穿過大氣層時(shí)，大氣分子對(duì)電磁波的某些波段有吸收作用，吸收作用使輻射能量變成分子的內(nèi)能，引起這些波段的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度衰減。吸收作用越強(qiáng)，輻射強(qiáng)度衰減越大，甚至于某些波段的電磁波完全不能通過大氣。因此在太陽(yáng)輻射到達(dá)地面時(shí)，形成了電磁波的某些吸收帶圖2.14表示大氣中幾種主要分子對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率。圖中可以看出，每種分子形成吸收帶的粗略位置。其中，水的吸收帶主要有2.5~3.0、5~7、0.94、7.13、1.38、1.86、3.24以及24μm以上對(duì)微波的強(qiáng)吸收；二氧化碳的吸收峰主要是2.8和4.3μm；臭氧在10~40KM高度對(duì)0.2~0.32μm有很強(qiáng)的吸收帶，此外0.6、9.6μm，吸收也很強(qiáng)。氧氣主要吸收小于0.2μm的輻射，0.6μm和0.76μm也有窄帶吸收。N2O和CH4雖然在大氣中含量不高，也有吸收產(chǎn)生。大氣中的其它微粒也會(huì)有吸收作用產(chǎn)生，但不起主導(dǎo)作用。

五大氣散射

輻射在傳播過程中遇到小微粒會(huì)使傳播方向改變，并向各個(gè)方向散開，稱為散射。散射的作用使在原傳播方向上的輻射強(qiáng)度減弱，增加了向其他各個(gè)方向的輻射，由于散射增加了漫入射的成分，使反射的輻射成分有所改變；返回到傳感器的時(shí)候，除反射光外還增加了散射光進(jìn)入傳感器。通過二次散射影響，增加了信號(hào)中的噪聲成分，造成遙感圖像的質(zhì)量下降。

散射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是電磁波傳輸中遇到大氣微粒產(chǎn)生的一種衍射現(xiàn)象。因此，這種現(xiàn)象只有當(dāng)大氣中的分子或其它微粒的直徑小于或相當(dāng)于輻射波長(zhǎng)時(shí)發(fā)生，大氣的散射現(xiàn)象有以下三種情況：（一）瑞利散射

當(dāng)大氣中粒子的直徑比波長(zhǎng)小很多時(shí)發(fā)生的散射，稱瑞利散射。這種散射主要由大氣中原子和分子。大氣對(duì)電磁輻射的影響是由氣體分子引起的，故瑞利散射又稱分子散射。如氮、二氧化碳，臭氧和氧分子等引起。特別是對(duì)可見光而言，瑞利散射現(xiàn)象非常明顯，因?yàn)檫@種散射的特點(diǎn)是散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方（λ4）成反比，即

I∝λ－4即短波電磁波散射比長(zhǎng)波電磁波散射要強(qiáng)得多，瑞利散射主要發(fā)生在紫外、蘭光光譜區(qū)，特別是紫外光譜區(qū)圖2.19瑞利散射與波長(zhǎng)的關(guān)系

（二）米氏散射當(dāng)大氣中粒子的直徑與輻射的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)發(fā)生的散射，稱米氏散射。這種散射主要由大氣中的微粒如：煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等引起。因此，米氏散射又稱氣溶膠散射。這種散射的特點(diǎn)是散射強(qiáng)度受氣候影響大，但一般而言，米散射的散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方（λ2）成反比，即

I∝λ-2

并且散射光的向前方向比向后方向的散射強(qiáng)度要更強(qiáng)(圖2·20)。方向性比較明顯。例如：云、霧的粒子大小與紅外線（0.76~15μm）的波長(zhǎng)接近，所以云霧對(duì)紅外線的散射主要是米氏散射。因此，潮濕天氣米氏散射影響較大。

散射光的向前方向比向后方向的散射強(qiáng)度要更強(qiáng)(圖2·20)。方向性比較明顯（三）無(wú)選擇性散射當(dāng)大氣中粒子的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)發(fā)生的散射。這種散射的特點(diǎn)是散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，也就是說在符合無(wú)選擇性散射的條件的波段中，任何波長(zhǎng)的散射強(qiáng)度相同（圖2·18）。例如：云、霧粒子直徑雖然與紅外線波長(zhǎng)接近，但相比可見光波段，云霧中水滴的粒子直徑就比波長(zhǎng)大很多，因而對(duì)可見光中各個(gè)波長(zhǎng)的光散射強(qiáng)度相同，所以才使我們看到云霧呈白色，并且無(wú)論從云下還是乘飛機(jī)至云層上面看，都是白色。由以上分析可知，散射造成太陽(yáng)輻射的衰減，但是散射強(qiáng)度遵循的規(guī)律與波長(zhǎng)密切相關(guān)。而太陽(yáng)的電磁波輻射幾乎包括電磁輻射的各個(gè)波段。因此，在大氣狀況相同時(shí)，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種類型的散射。對(duì)于大氣分子、原子引起的瑞利散射主要發(fā)生在可見光和近紅外波段。波長(zhǎng)超過1μm后，瑞利散射的影響則大大減弱。對(duì)于大氣微粒引起的米散射從近紫外到紅外波段都有影響，當(dāng)波長(zhǎng)進(jìn)入紅外波段后，米散射的影響超過瑞利散射。

六大氣窗口就輻射強(qiáng)度而言，太陽(yáng)輻射經(jīng)過大氣傳輸后，主要是反射，吸收和散射的共同影響衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分即為透過的部分。剩余強(qiáng)度越高，透過率越高。對(duì)遙感傳感器而言，只能選擇透過率高的波段，才對(duì)遙感觀測(cè)有意義。

把電磁波通過大氣層時(shí)較少被反射、吸收或散射的透過率較高的波段稱為大氣窗口。大氣窗口的光譜段主要有：

0.3－1.3μm，即紫外、可見光、近紅外波段（可攝影窗口）。這一波段是攝影成像的最佳波段，也是許多衛(wèi)星傳感器掃描成像的常用波段。如：Landsat衛(wèi)星的TM的1－4波段，SPOT衛(wèi)星的HRV波段等。

1.5~1.8μm，2.0~2.5μm，即近紅外波段窗口，在白天日照條件好的時(shí)候掃描成像。常用這些波段，如TM5，7波段等用以探測(cè)植物含水量以及云、雪或用于地質(zhì)制圖等。

3.5~5.5μm，即中紅外波段窗口，物體的熱輻射較強(qiáng)。這一區(qū)間除了地面物體反射光譜反射太陽(yáng)輻射外，地面物體也有自身的發(fā)射能量。如：NOAA衛(wèi)星的AVHRR傳感器用3.55－3.93探測(cè)海面溫度，獲得晝夜云圖。

8－14μm，即遠(yuǎn)紅外波段窗口。主要來自物體熱輻射的能量，適于夜間成像，測(cè)量探測(cè)目標(biāo)的地物溫度。8mm~1m，即微波波段窗口，由于微波穿云透霧的能力，這一區(qū)間可以全天候工作。而且由其它窗口區(qū)間的被動(dòng)遙感工作方式過渡到主動(dòng)遙感的工作方式。如：側(cè)視雷達(dá)影像，Radarsat的衛(wèi)星雷達(dá)影像等。常用的波段為0.8cm，3cm,5cm,10cm，有時(shí)也可將該窗口擴(kuò)展0.05cm300cm波段，均有很好的透射能力。見圖2.19。七大氣透射的定量分析太陽(yáng)的電磁輻射經(jīng)過大氣時(shí)，被云層或其它粒子反射回去的部分比例最大，就可見光和近紅外而言，約占30％，其次為散射的作用，約占22％，占第三位是吸收，約占17％，這樣，透過大氣到達(dá)地面的能量?jī)H占入射總能量的31％。這僅僅是一般地對(duì)透過率（透過大氣的輻照度與入射大氣前的輻照度之比）的粗略估計(jì)。實(shí)際上，除氣象衛(wèi)星必須探測(cè)云層外，大多數(shù)遙感被動(dòng)傳感器都選擇無(wú)云天氣情況下的數(shù)據(jù)資料使用。這時(shí)大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的衰減就只計(jì)算散射和吸收二種作用產(chǎn)生的影響了。

§2·4地面物體反射光譜地球是地學(xué)遙感探測(cè)的對(duì)象，也是太陽(yáng)輻射的接收者和反射者。在可見光與近紅外波段（0.3－2.5μm），地表物體自身的熱輻射幾乎等于零。地物發(fā)出的波譜主要由反射太陽(yáng)輻射為主。遙感探測(cè)中很大部分的傳感器均為可見光與近紅外波段的探測(cè)器。為了利用傳感器接收的數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確地識(shí)別地面目標(biāo)的特征，作到正確判斷，地面物體的反射特性研究成為一項(xiàng)重要課題。太陽(yáng)輻射到達(dá)地面后，物體除了反射作用外，還有對(duì)電磁輻射的吸收作用。最后，電磁輻射未被吸收和反射的其余部分則是透射的部分,即：到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量。（圖2·21）一地物的反射率

（一）反射率

物體對(duì)電磁波譜的反射能力用反射率表示。地面物體反射的能量（Pρ）占入射總能量（用P。表示）的百分比稱為反射率，用ρ表示。則

（2..15）

不同物體的反射率很不相同，這主要取決于物體本身的性質(zhì)和表面狀況，同時(shí)也與入射電磁波的波長(zhǎng)和入射角有很大關(guān)系，反射率的值≦1。利用反射率的差別可以區(qū)分物體。

（二）物體的反射物體表面狀況不同，反射狀況也不相同。自然界物體的反射狀況由此分為三種：鏡面反射，漫反射和實(shí)際物體的反射。鏡面反射是指物體的反射滿足反射定律。入射波和反射波在同一平面內(nèi)，入射角與反射角相等。當(dāng)鏡面反射時(shí)，如果入射波為平行入射，只有在反射波射出的方向上才能探測(cè)到電磁波，而另外的方向則探測(cè)不到。對(duì)可見光而言，其它方向上應(yīng)該是黑的。自然界中真正的鏡面很少，非常平靜的水面可以近似認(rèn)為是鏡面。漫反射是指地物表面為租糙時(shí)，對(duì)太陽(yáng)及人工電磁輻射產(chǎn)生漫反射，即均勻地向各個(gè)方向反射，在各個(gè)方向的輻射亮度相等，雖然反射率ρ與鏡面反射一樣，但反射方向卻是“四面八方”（圖2·22）。也就是把反射出來的能量分散到各個(gè)方面，因此從某一方向看反射面，其亮度一定小于鏡面反射的亮度。嚴(yán)格地說，對(duì)于漫反射面，當(dāng)入射輻照度I一定時(shí)，從任何角度觀察反射面，其反射輻射亮度是一個(gè)常數(shù)，這種反射面又叫朗伯面。設(shè)平面的總反射率為，某一方面上的反射因子為，則有：

（2·9）ρ’為常數(shù)，與方向角或高度角無(wú)關(guān)。自然界中真正的朗伯面也很少，新鮮的氧化鎂（MgO），硫酸鋇(BaSO4)，碳酸鎂（MgCO3）表面，在反射天頂角小于等于45°時(shí)，可以近似看成朗伯面。特別粗糙的，凸凹不平的表面也可能成為朗伯面。

實(shí)際物體多數(shù)都處于兩種理想情況之間，即介于鏡面和朗伯面（漫反射面）之間。一般來講，實(shí)際物體面在有入射波時(shí)各個(gè)方向都有反射能量，但大小不同。在入射照度相同時(shí)，方向反射輻射亮度的大小既與入射方位角和天頂角有關(guān)，也與反射方向的方位角與天頂角有關(guān)。

（三）反射波譜地物的反射波譜是研究地面物體反射率隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律。通常用二維幾何空間內(nèi)的曲線表示。橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)λ，縱坐標(biāo)表示反射率ρ。圖2.28為地物反射率（反射波譜）曲線示意圖。

二地物反射波譜曲線

地物反射曲線的形態(tài)很不相同，表明反射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律不同。除了因?yàn)椴煌匚锏姆瓷渎什煌猓N地物在不同的內(nèi)部和外部條件下反射率也不同。一般說來，地物反射率隨波長(zhǎng)的變化，有規(guī)律可循。從而為遙感影像的判讀提供依據(jù)。

（一）植被植被的光譜特征規(guī)律性非常明顯而使其反射曲線獨(dú)特如圖2－13，主要可分為三段。1.可見光波段范圍（0.4-0.76μm）有一個(gè)小的反射峰，位置在0.55μm（綠）處，兩側(cè)0.45μm（蘭）和0.67μm（紅）則有二個(gè)吸收帶。這一特點(diǎn)是葉綠素的影響，葉綠素對(duì)蘭光和紅光吸收作用強(qiáng)，而對(duì)綠光反射作用強(qiáng)。2.在近紅外波段（0.68－1.3μm）有一反射的“陡坡”，從0.7μm處反射率迅速增大，至1、1μm附近有一峰值，形成植被的獨(dú)有特征。這是因?yàn)橹脖蝗~子的細(xì)胞結(jié)構(gòu)影響，除了吸收和透射的部分，葉內(nèi)細(xì)胞壁和胞間層層的多重反射形成的高反射率。3.在中紅外波段（1.3－2.5μm）受到綠色植物含水量的影響，吸收率大大增加，反射率大大下降，特別在1.45μm，1.95μm和2.7μm

為中心是水的吸收帶，而形成低谷。植物波譜在上述基本特征下仍有區(qū)別，這種區(qū)別與植物各類、季節(jié)、病蟲害影響含水量多少等均有關(guān)系。為了區(qū)分植被種類，需要對(duì)植被波譜作深入研究比較

1.可見光波段范圍（0.4-0.76μm）2.近紅外波段（0.68－1.3μm）3.中紅外波段（1.3－2.5μm）特別在1.45μm，1.95μm和2.7μm

為中心是水的吸收帶，而形成低谷影響植物的反射波譜特征有三個(gè)因素，即葉色素類型、葉子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和葉子中水分含量

由于植物的生長(zhǎng)發(fā)育階段的不同，其內(nèi)部成分、結(jié)構(gòu)、水分含量及外部形態(tài)均發(fā)生一系列變化，因而使得植物在生長(zhǎng)過程中反射波譜具有時(shí)相的變化，植物反射波譜特征也隨著植物生長(zhǎng)發(fā)育程度的變化而變化當(dāng)植物受到病蟲害或各種污染、金屬中毒等植物體內(nèi)水分供應(yīng)與葉綠素含量及葉內(nèi)結(jié)構(gòu)都有很大的變化，從而對(duì)反射波譜產(chǎn)生影響，對(duì)紅光的吸收量減少，同時(shí)對(duì)近紅外的反射量也減少(圖2—15)。植物反射波譜曲線在紅光到近紅外表現(xiàn)出的陡坡向短波方向移動(dòng)稱蘭移)。

（二）巖石巖石反射波譜曲線較難找到統(tǒng)一的規(guī)律，礦物成分、礦物含量、風(fēng)化呈度、含水狀況、顆粒大小、表面光滑呈度和色澤等都會(huì)對(duì)曲線形態(tài)產(chǎn)生影響。如圖2.33是幾種不同巖石的光譜曲線。

（二）土壤自然狀態(tài)下土壤表面的反射率沒有明顯的峰值和谷值，一般來講土質(zhì)越細(xì)反射率越高，有機(jī)質(zhì)含量高和含水量越高，反射率均降低。土壤的種類和肥力也會(huì)對(duì)反射率產(chǎn)生影響，見圖2.30，土壤反射曲線呈比較平滑的特征，因此在不同光譜段的影像上，土壤亮度區(qū)別不明顯。平直型為黑色土壤的反射波譜曲線，土壤中含有大量有機(jī)質(zhì)，在可見光反射率比較低，進(jìn)入近紅外反射率逐漸變大，但變化幅度不大，即斜率小。緩斜型是我國(guó)水稻土壤的反射波譜特征，由可見光向近紅外反射率緩緩上升，形成一斜線，斜率明顯高出上述的平直型，在0．62pm后反射率趨于平直．

陡坎型是南方濕熱條件下發(fā)育的紅色土壤或磚紅色土壤的反射波譜特征，在可見光反射率上升的幅度比較大，在0．74urn后斜率變小，平直．在可見光反射波譜曲線斜率大，主要是由于土壤中含有赤鐵礦、褐鐵礦高價(jià)鐵氧化物所致。波浪型是干旱荒漠地區(qū)土壤的反射波譜特征，在可見光反射率變化比較陡，在近紅外反射率呈波浪起伏的曲線，波谷一般比較寬而低平，在2．3pm之后反射率不但不下降，反而略有升高的特點(diǎn)

（四）水體

水體的反射主要在藍(lán)綠光波段，其它波段吸收都很強(qiáng)，特別到了近紅外波段吸收就更強(qiáng)了。見圖2.31，注意縱坐標(biāo)的比例與圖2·30明顯不同，說明水的反射率非常低，正因?yàn)槿绱嗽谟跋笊咸貏e是近紅外影象水體呈黑色。但是水中含有其它物質(zhì)，光譜反射曲線會(huì)發(fā)生變化。水中含有泥沙時(shí)，由于泥沙散射，可見光波段反射率會(huì)增加，峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)；水中含有葉綠素時(shí)近紅外波段明顯抬高等，成為分析影像的重要依據(jù)。圖2·33是幾種不同地物的波譜反射率曲線的比較。潔凈水體與混濁水體的反射波譜曲線，清沏的水體在可見光反射率比較低，為4—5％，到0．65μm開始下降至2～3％，大于0．75μm的波譜段水體強(qiáng)烈吸收?；鞚崴w比清沏水體反射率整體要高，在近紅外波段有低的反射。水中的懸浮泥沙對(duì)透射到水中的光有散射作用，使水體在可見光、近紅外部分反射率整作偏高，隨著泥沙含量的增加這種趨勢(shì)更加明顯。每一反射波譜曲線都有一反射率最大峰值，隨著水中泥沙含量增加，峰值波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，稱為紅移。當(dāng)反射峰值達(dá)0．8μm附近終止移動(dòng)，然后反射率急劇下降。（五）、雪的反射波譜曲線如圖2—21，雪的反射率在0．4～0．9μm反射率總體比較高，在>0．9μm反射率明顯下降。陳雪與新雪在可見光波段反射率相近，在近紅外反射率差異較大，可區(qū)分陳雪與新雪。雪與云在可見光反射率相近難以區(qū)分，在近紅外雪的反射率明顯低于云，因此，在近紅外圖像上可以區(qū)分雪與云思考題：

1、在真空中，電磁波速為3×108米／秒。（1）可見光譜的波長(zhǎng)范圍從約3.8×10－7米的紫色到約7.6×10－7米的紅色，其對(duì)應(yīng)的頻率范圍為多少？（2）X射線的波長(zhǎng)范圍約從5×10－9米到1.0×10－11米，其對(duì)應(yīng)的頻率范圍又是多少？（3）短波無(wú)線電的頻率范圍約為1.5兆赫到300兆赫，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍是多大？

2、闡述輻照度I，輻射出射度M與輻射亮度L的物理意義，它們的共同點(diǎn)和區(qū)別是什么？

3、在地球上測(cè)得太陽(yáng)的平均輻照度

I＝1.4×103瓦／米3，設(shè)太陽(yáng)到地球的平均距離約1.5×1011米。試，試求太陽(yáng)的總輻射能量。4、假定恒星表面的輻射與太陽(yáng)表面輻射一樣都遵循黑體輻射規(guī)律。如果測(cè)量得到太陽(yáng)輻射波譜的λ太max＝5100A°＝0.51μm，北極星的λ北max＝0.35μm，試計(jì)算太陽(yáng)和北極星的表面溫度及每單位表面積上所發(fā)射出的功率是多少？5、已知日地平均距離為天文單位，1天文單位約1.496×103米，太陽(yáng)的線半徑約為6.96×105km：（1）通過太陽(yáng)常數(shù)Iθ，計(jì)算太陽(yáng)的總輻射通量E；（2）由太陽(yáng)的總輻射通量E，計(jì)算太陽(yáng)的輻射出射度M。

6、大氣的散射現(xiàn)象有幾種類型？根據(jù)不同散射類型的特點(diǎn)分析可見光遙感與微波遙感的區(qū)別，說明為什么微波具有穿云透霧能力而可見光不能。7、對(duì)照書內(nèi)衛(wèi)星傳感器表中所列波段區(qū)間和大氣窗口的波段區(qū)間，理解大氣窗口對(duì)于遙感探測(cè)的重要意義。8、綜合論述太陽(yáng)輻射傳播到地球表面又返回直到被衛(wèi)星或飛機(jī)中的傳感器接收，在這一整個(gè)過程中所發(fā)生的物理現(xiàn)象。（結(jié)合圖2·36）9、從地球輻射的分段特性說明為什么對(duì)于常用的Landsat，SPOT等衛(wèi)星影像解譯必須了解地物反射波譜特性。10、列舉幾種可見光與近紅外區(qū)間植被、土壤、水體、巖石地物反射波譜曲線實(shí)例，記住它們的基本規(guī)律。第三章遙感光學(xué)基礎(chǔ)

本章從光學(xué)的角度介紹了遙感黑白相片和彩色相片的生成原理，包括自然界顏色的性質(zhì)，描述顏色的三個(gè)主要物理量：明度、色度和飽和度，以及三個(gè)物理量之間的關(guān)系。介紹了色光的加色法原理和顏料的減色法原理，由此引入了黑白相片、真彩色相片、假彩色相片和彩紅外相片的不同定義和它們的生成過程。最后，簡(jiǎn)單介紹了一些光學(xué)處理方法。通過本章幫助學(xué)生理解遙感影像的生成以及遙感影像的解譯原理。

§3·1顏色性質(zhì)和顏色立體

一、光和顏色

電磁波譜中0.38μm至0.76μm的波段稱作可見光譜。這是因?yàn)檫@一區(qū)間的電磁輻射能夠引起人的視覺。如0.7μm為紅色，0.58μm為黃色，0.51μm為綠色，0.47μm為藍(lán)色等，這一部分加上紫外和紅外部分來自于原子與分子的發(fā)光輻射，稱為光學(xué)輻射，但一般情況下，紫外線產(chǎn)生疼痛感，紅外線產(chǎn)生灼熱感，都不會(huì)使人的視覺產(chǎn)生如顏色、形狀等的視覺印象。嚴(yán)格地說，只有能夠被眼睛感覺到的、并產(chǎn)生視覺現(xiàn)象的輻射才是可見輻射或可見光，簡(jiǎn)稱光。人對(duì)光的反應(yīng)是靠眼睛進(jìn)行的，當(dāng)眼睛注視外界物體時(shí)，視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞在光亮條件下分辨顏色和細(xì)節(jié)，所以在光亮條件下，人眼能分辨各種顏色，當(dāng)光譜亮度降低到一定程度，人眼的感覺便是無(wú)彩色的，光譜變成不同明暗的灰?guī)АＨ搜蹖?duì)不同波長(zhǎng)的光感覺不相同。在光亮條件下，人眼對(duì)0.555μm波長(zhǎng)的光感覺最靈敏，波長(zhǎng)變大或變小，靈敏度都會(huì)降低。不同人對(duì)亮度或顏色的評(píng)價(jià)都會(huì)有差異。觀察圖片或屏幕時(shí)，常對(duì)觀察對(duì)像的亮暗程度有一評(píng)價(jià)。這一評(píng)價(jià)實(shí)際是相對(duì)于背景而言的，就是亮度對(duì)比。

亮度對(duì)比是視場(chǎng)中對(duì)像與背景的亮度差和背景亮度之比，選擇適宜的對(duì)像和背景亮度，可以提高對(duì)比，從而提高視覺效果。同樣的觀察圖像，當(dāng)背景較亮?xí)r，感覺不太亮。當(dāng)背景很暗時(shí)，會(huì)感覺亮度提高了，就是亮度對(duì)比的效果。在遙感圖像中，亮度對(duì)比主要用于單色黑白影像，但是很難說明哪個(gè)是背景，哪個(gè)是對(duì)像。這時(shí)亮度對(duì)比就變成兩個(gè)或多個(gè)對(duì)像之間的對(duì)比，即亮度對(duì)比

C＝ΔL對(duì)像/L對(duì)像。這種現(xiàn)象的例子，如一張灰色紙片，在白色背景上看起來發(fā)暗（對(duì)比?。┰诤谏尘吧峡雌饋戆l(fā)亮（對(duì)比大）。

顏色對(duì)比不像亮度對(duì)比那么簡(jiǎn)單。首先，觀察顏色要利用眼球視網(wǎng)膜的中央?yún)^(qū)。也就是視場(chǎng)要小一些。因?yàn)楫?dāng)視場(chǎng)過大眼球側(cè)視時(shí)，先是紅、綠感覺消失，只能看到黃藍(lán)色，再往外側(cè)視黃藍(lán)色感覺也會(huì)消失成為全色盲區(qū)。這時(shí)對(duì)顏色的判斷會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。再者，人眼對(duì)顏色的判斷與波長(zhǎng)的關(guān)系不完全固定，要受光強(qiáng)度的影響。當(dāng)光強(qiáng)度增加時(shí)，顏色會(huì)向紅色或藍(lán)色方向變化。所以觀察顏色時(shí)盡量選擇周圍光強(qiáng)度基本不變的環(huán)境。在視場(chǎng)中，相鄰區(qū)域的不同顏色的相互影響叫做顏色對(duì)比。顏色的對(duì)比受視覺影響很大，例如：在一塊品紅的背景上放一小塊白紙或灰紙，用眼睛注視白紙中心幾分鐘，白紙會(huì)表現(xiàn)出綠色。如果背景是黃色，白紙會(huì)出現(xiàn)藍(lán)色。這便是顏色對(duì)比的效果。兩種顏色互相影響的結(jié)果，使每種顏色會(huì)向影響色的補(bǔ)色變化（綠是品紅的補(bǔ)色，蘭是黃的補(bǔ)色,見§3·2）。在兩種顏色的邊界，對(duì)比現(xiàn)象更為明顯。在可見光譜段中顏色從紫端往紅端過渡變化。一般來說，只要波長(zhǎng)改變了0.001－0.002μm人眼就能觀察出差別，不同波長(zhǎng)人眼的區(qū)別能力也不同。就整個(gè)光譜而言，正常人眼應(yīng)分辨出一百多種不同顏色?？梢?，人對(duì)顏色的分辨力比黑白灰度的分辨力強(qiáng)很多，正因?yàn)槿绱?，彩色圖像能表現(xiàn)出更為豐富的信息量

二、顏色的性質(zhì)當(dāng)觀察物體時(shí)人眼的感覺不同，對(duì)光源而言，比如：白炙燈，日光燈等，白光光源若亮度很高看到的是白色，若亮度很低看到的發(fā)暗發(fā)灰，若無(wú)亮度則看到黑色。而對(duì)不發(fā)光的物體而言，比如：畫布，彩紙等，人眼所看到的物體顏色是物體反射的光線所致。當(dāng)物體對(duì)可見光波段所有波長(zhǎng)無(wú)選擇地反射,反射率都在80－90％以上時(shí)，物體為白色且顯得明亮，當(dāng)反射率對(duì)所有波長(zhǎng)均在4％以下時(shí)，物體為黑色，很暗，反射率居中則表現(xiàn)為灰色，介于白和黑之間。如果物體對(duì)可見光有選擇地反射，如對(duì)0.6μm以上的波長(zhǎng)反射率很高，則物體看起來是紅色，如果物體反射0.48-0.56μm波段的輻射，而吸收其他波長(zhǎng)的輻射，這一物體看起來是綠色。所有顏色都是對(duì)某段波長(zhǎng)有選擇地反射而對(duì)其它波長(zhǎng)吸收的結(jié)果。

顏色的性質(zhì)由明度、色調(diào)、飽和度來描述。①明度：是人眼對(duì)光源或物體明亮程度的感覺。與電磁波輻射亮度的概念不同，明度受人的視覺感受性和經(jīng)驗(yàn)影響。一般來說，物體反射率越高，明度就越高。所以白色一定比灰色明度高。黃色比紅色明度高因?yàn)辄S色反射率高，對(duì)光源而言，亮度越大，明度越高。（圖3.1a）②色調(diào)：是色彩彼此相互區(qū)分的特性。可見光譜段的不同波長(zhǎng)刺激人眼產(chǎn)生了紅橙黃綠青蘭紫等彩色的感覺。多數(shù)情況，刺激人眼的光波不是單一波長(zhǎng)，而常常是一些波長(zhǎng)的組合，對(duì)于光源，則是不同波長(zhǎng)的亮度組合，對(duì)于反射物體不同反射率的不同波長(zhǎng)組合，共同刺激人眼產(chǎn)生組合后的顏色感覺。(圖3.1b)是一個(gè)顏色環(huán)，是表示顏色的理想示意圖。園環(huán)上把光譜色按順序標(biāo)出，從紅到紫是可見光譜上存在的顏色，構(gòu)成園環(huán)。每種顏色都在園環(huán)上或園環(huán)內(nèi)占一個(gè)位置，白色位于中心。沒有對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的顏色不是光譜色。③飽和度，是彩色純潔的程度，也就是光譜中波長(zhǎng)段是否窄，頻率是否單一的表示。對(duì)于光源，發(fā)出的若是單色光就是最飽和的彩色，如激光，各種光譜色都是飽和色。對(duì)于物體顏色，如果物體對(duì)光譜反射有很高的選擇性，只反射很窄的波段則飽和度高。如果光源或物體反射光在某種波長(zhǎng)中混有許多其它波長(zhǎng)的光或混有白光則飽和度變低。白光成分過大時(shí)，彩色消失成為白光。在(圖3.1b)的顏色環(huán)中，環(huán)上最外圍的一圈是飽和度最高的顏色，位置約靠近中心，顏色越不飽和。黑白色只用明度描述，不用色調(diào)、飽和度描述。為了形像地描述顏色特性之間系，通常顏色立體來表現(xiàn)一種示意關(guān)系，見圖(3.2)

中間垂直軸代表明度，從底端到頂端，由黑到灰再到白明度逐漸遞增。中間水平面的圓周代表色調(diào)，相當(dāng)于顏色環(huán)，順時(shí)針方向由紅、黃、綠、蘭到紫逐步過渡。圓周上的半徑大小代表飽和度，半徑最大時(shí)飽和度最大，沿半徑向圓心移動(dòng)時(shí)飽和度逐漸降低，到了中心便成了中灰色。如果離開水平圓周向上下白或黑的方向移動(dòng)也說明飽和度降低。顏色立體是顏色環(huán)和明度軸的結(jié)合。§3.2加色法與減色法

一、顏色相加原理

1、互補(bǔ)色：兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，這兩種顏色稱為互補(bǔ)色。如黃和藍(lán)，紅和青，綠和品紅均為互補(bǔ)色。如果兩種非互補(bǔ)色混合，所得顏色混合色?？梢杂妙伾h(huán)模擬，因?yàn)榛旌仙奈恢镁驮谶B接兩種顏色的直線上。例如：品紅和黃混合，連接園環(huán)上品紅和黃兩點(diǎn)，可以混合出連線上的各種顏色，那種顏色的比例大，就偏向那種顏色?？梢园锤軛U定律計(jì)算。如果品紅占80％，而黃占20％，那么混合色在聯(lián)線上按2：8的比例，更接近品紅處。從中心過這一混合色點(diǎn)作一半徑，與園環(huán)的交點(diǎn)就是混合的顏色。該點(diǎn)越靠近中心，飽和度越大。圖中這一點(diǎn)約是0.7μm（700nm）,接近紅色。這種顏色還可以再和第三種顏色混合，得到另一種混合色。依此類推。2、三原色；三種顏色按一定比例混合，可以形成各種色調(diào)的顏色，稱為三原色。實(shí)驗(yàn)證明，紅、綠、藍(lán)三種顏色是最優(yōu)的三原色，可以最方便地產(chǎn)生其它顏色?；旌虾蟮念伾珜儆陬伾h(huán)內(nèi)部顏色，它們是一種視覺效果上的顏色，失去了顏色的光譜組成意義。為了加深對(duì)互補(bǔ)色和三原色的理解。可以做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。如圖3.3。用三個(gè)可調(diào)亮度的光源，分別經(jīng)過紅綠藍(lán)三個(gè)濾光片，再經(jīng)過透鏡形成平行光束。在暗室中照射到白屏幕上。構(gòu)成紅、綠、藍(lán)三原色。調(diào)節(jié)三原色燈光的強(qiáng)度比例可以在白屏幕三束光重疊的部位看到白光。在只有紅光和綠光重疊的部位產(chǎn)生黃光，在只有綠光和藍(lán)光重疊的部位產(chǎn)生青色光，在只有藍(lán)光和紅光重疊的部分產(chǎn)生品紅色光。不斷地調(diào)節(jié)各燈的強(qiáng)度，白屏幕上還會(huì)出現(xiàn)各種中間顏色。仔細(xì)觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)自然界各種顏色都可以由紅綠藍(lán)這三原色產(chǎn)生。這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以簡(jiǎn)單地畫成加色法示意圖如圖3·4。大園的顏色代表色光的三原色。兩園相交的部分是兩種色光等量相加的混合色，顯然，它一定是第三種顏色的補(bǔ)色。三個(gè)園相交的部分是三種顏色等量相加的結(jié)果，一定是白色。該示意圖可以幫助理解和記憶。

三、減色法實(shí)際生活中，除了利用顏色相加原理形成顏色的混合外，還常常利用顏色的減法混合。例如遙感里常用的色彩攝影、彩色印刷等都是顏色法的原理。

（二）、減法三原色圖3·8中減法中的三原色采用了加法三原色的補(bǔ)色，即黃色、品紅色和青色。采用理想模型即白光由紅、綠、藍(lán)三色組成來理解，可以認(rèn)為當(dāng)使用黃色濾光片時(shí)，將黃色波長(zhǎng)附近的紅、綠段透過（透過率高）而將遠(yuǎn)端的藍(lán)色吸收（透過率低），便形成減藍(lán)色即黃色。這種濾光片控制了藍(lán)色透過。同樣地，減綠濾色片吸收綠色生成品紅色，減紅濾色片吸收紅色生成青色（圖3·8）。實(shí)際生活中用減色法的實(shí)例也很多，如作彩色涂料將三色疊加時(shí)，由于光線依次通過減紅、減綠、減藍(lán)層而成黑色。只有當(dāng)涂料濃度不夠，減得不徹底時(shí)才會(huì)出現(xiàn)灰白色，但這仍舊是減色法而不是加色法。

思考題：

1、熟悉顏色的三個(gè)屬性：明度、色調(diào)、飽和度，舉例比較。

2、比較理想顏色立體和孟塞爾顏色立體的相同點(diǎn)和區(qū)別。

3、在圖3·6中，若有紅、綠、蘭三原色分別位于紅：0.61μm,綠：0.54μm，蘭：0.47μm附近，將這三點(diǎn)連成三角形，以此為基礎(chǔ)找到它們的補(bǔ)色位置，說明補(bǔ)色黃、品紅、青的波長(zhǎng)及飽和度。

4、理解加色法與減色法的原理和適用條件。在彩色合成時(shí)，有濾光片分別透光并照射到白色屏幕上利用什么原理？若是濾光片疊合透光又利用什么原理？分別解釋之并舉實(shí)際例子說明。

§3.3黑白影像與彩色影像

遙感影像常常用照片來表現(xiàn)，單波段或全色波段表現(xiàn)為黑白影像，三波段組合表現(xiàn)為彩色影像。無(wú)論是光學(xué)處理，還是以計(jì)算機(jī)處理為主的情況下，處理結(jié)果常形成底片（負(fù)片）或照片（正片）。一些回收式衛(wèi)星其數(shù)據(jù)也是以膠片形式記錄。因此，有必要學(xué)習(xí)黑白影像和彩色影像的制作原理。

一、黑白(彩)片感光原理

鹵族元素和銀的化合物能在光照射下分離出銀。照相乳膠由大量鹵化銀晶粒和明膠組成，把照相乳膠均勻涂敷在玻璃或賽璐珞基片上就制成了照相膠片。照相的第一步是感光，當(dāng)光照在底片上時(shí)鹵化銀在光子作用下，使帶正電銀離子移動(dòng)，形成潛像中心。第二步是顯影，使感光底片在暗室中浸入顯影液體，液體中顯影物質(zhì)把曝過光的鹵化銀還原成金屬銀，這時(shí)潛像變成可見像，感光越強(qiáng)金屬銀密度越大。第三步為定影，定影液把顯影后殘留在乳膠層中鹵化銀去掉，形成負(fù)片，這樣光強(qiáng)之處銀顆粒層厚而發(fā)黑，透過率低，光弱處銀顆粒層薄而發(fā)白，透過率高，剛好與自然景物的黑白呈度相反，所以叫做負(fù)片。

洗印像片時(shí)使光透過負(fù)片照在像紙上，經(jīng)過同樣的曝光、顯影、定影過程形成正片。負(fù)片黑處透過光弱，在正片上發(fā)白，負(fù)片白處透過光強(qiáng)，在正片上發(fā)黑。因此正片反映的黑白程度與自然景物相比，經(jīng)過兩次相反變換變成一致。二彩色影像片生成原理（一）、彩色合成與假彩色合成

遙感影像的生成分二步走。首先在航空或航天遙感的傳感器中分波段接受地面上地物的信息。每一波段相當(dāng)于一個(gè)光譜段。地面接收站接收衛(wèi)星發(fā)回的信號(hào)恢復(fù)后是顯示在屏幕上的黑白圖像或輸出生成黑白底片。第二步是利用三個(gè)波段的黑白底片加色合成為彩色影像。合成后的影像如果與自然景物完全一致稱為真彩色合成影像，如果與自然景物色彩不一致稱為假彩色或偽彩色合成影像。

無(wú)論什么片基，彩色片中彩色的生成過程類似，如圖3·14所示。把自然界物體的顏色簡(jiǎn)單劃分為蘭、青、綠、黃、紅、品紅六個(gè)色彩段，再加上全黑和全白共八色，

思考題：

1、熟悉顏色的三個(gè)屬性：明度、色調(diào)、飽和度，舉例比較。

2、比較理想顏色立體和孟塞爾顏色立體的相同點(diǎn)和區(qū)別。

3、在圖3·6中，若有紅、綠、蘭三原色分別位于紅：0.61μm,綠：0.54μm，蘭：0.47μm附近，將這三點(diǎn)連成三角形，以此為基礎(chǔ)找到它們的補(bǔ)色位置，說明補(bǔ)色黃、品紅、青的波長(zhǎng)及飽和度。

4、理解加色法與減色法的原理和適用條件。在彩色合成時(shí)，有濾光片分別透光并照射到白色屏幕上利用什么原理？若是濾光片疊合透光又利用什么原理？分別解釋之并舉實(shí)際例子說明。

5、利用標(biāo)準(zhǔn)假彩色影像并結(jié)合地物光譜特性，說明為什么在影像中植被呈現(xiàn)紅色，湖泊、水庫(kù)呈蘭偏黑色，重鹽堿地呈偏白色。

6、一幅黑白影像，分析在底片特性曲線上曝光量適中、過大、過小在曲線中的位置和所造成的視覺影響。舉例說明。

7、熟悉攝影負(fù)片和正片生成原理。

8、熟悉彩紅外影像生成原理，并與攝影片生成過程比較相同與不同之處。

9、遙感光學(xué)處理方法主要有哪些？解決什么問題？

第四章傳感器

傳感器是獲取地面目標(biāo)電磁輻射信息的裝置收集器：負(fù)責(zé)收集地面目標(biāo)輻射的電磁波能量。具體元件形式多種多樣，如透鏡組，反射鏡組，天線等。探測(cè)器：主要功能是將收集到的電磁輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能或電能。具體的元器件主要有感光膠片、光電管、光敏和熱敏探測(cè)元件、共振腔諧振器等。處理器：對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行各種處理，如顯影、定影、信號(hào)放大、變換、校正和編碼等具體的處理器類型有攝影處理裝置和電子處理裝置。輸出器：輸出信息的裝置。輸出器類型主要有掃描曬像儀、陰極射線管、電視顯像管、磁帶記錄儀、XY彩色噴筆記錄儀等收集器探測(cè)器處理器輸出器圖4-1傳感器的一般結(jié)構(gòu)

§4.1傳感器的分類

遙感信息獲取的關(guān)鍵是傳感器。地物發(fā)射或反射的電磁波信息，通過傳感器收集、量測(cè)并記錄在膠片或磁帶上，然后進(jìn)行光學(xué)或計(jì)算機(jī)處理，最終才能得到可供進(jìn)行幾何定位和圖像解譯的遙感圖像。因?yàn)榈匚飳?duì)不同波段電磁波的發(fā)射和反射特性大不相同，并且電磁波隨著波長(zhǎng)的變化其性質(zhì)有很大的差異，因接收電磁輻射的傳感器的種類極為豐富。根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)的不同，傳感器有多種分類方法。

1、按數(shù)據(jù)記錄方式可分為成像方式和非成像方式兩大類。非成像的傳感器記錄的是地物的一些物理參數(shù)；在成像系統(tǒng)中，按成像原理又可分為攝影成像、掃描成像等類型。

2、按傳感器工作的波段可分為可見光傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。從可見光到紅外區(qū)的光學(xué)波段的遙感器統(tǒng)稱光學(xué)遙感器，微波領(lǐng)域的傳感器統(tǒng)稱為微波傳感器。

3、按工作方式可分為主動(dòng)傳感器和被動(dòng)傳感器。被動(dòng)式傳感器接收目標(biāo)自身的熱輻射或反射太陽(yáng)輻射，如各種攝像機(jī)、掃描儀、輻射計(jì)等；主動(dòng)式傳感器能向目標(biāo)發(fā)射強(qiáng)大的電磁波，然后接收目標(biāo)反射的回波，主要指各種形式的雷達(dá)，其工作波段集中在微波區(qū)。成像傳感器是目前最常見的傳感器類型，其分類如圖4-2所示。

框幅攝影機(jī)

光學(xué)攝影類型縫隙攝影機(jī)全景攝影機(jī)多光譜攝影機(jī)被動(dòng)式

TV攝像機(jī)光電成像類型掃描儀成像傳感器電荷耦合器件CCD

真實(shí)孔徑雷達(dá)側(cè)視雷達(dá)主動(dòng)式合成孔徑雷達(dá)

全景雷達(dá)

圖4-2成像傳感器分類

§4.2傳感器的性能分辨率是遙感技術(shù)及其應(yīng)用中的一個(gè)重要概念，它包括：空間分辨率、時(shí)間分辨率、光譜分辨率和溫度分辨率。一、空間分辨率

空間分辨率是指遙感圖像上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元的尺寸或者大小，是用來表征影像分辨地面目標(biāo)細(xì)節(jié)能力的指標(biāo)，單位為米。通常用像元大小、像解率或視場(chǎng)角來表示。在傳統(tǒng)的攝影測(cè)量中，空間分辨率又稱為“攝影分辨率”，用單位距離內(nèi)能分辨的線寬或間隔相等的平行細(xì)線的條數(shù)來表示，單位為線/毫米或線對(duì)/毫米。對(duì)于現(xiàn)代的光電傳感器圖像，空間分辨率通常用地面分辨率和影像分辨率來表示。地面分辨率定義為影像能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元（像元）能代表的地面尺寸的大小?？梢姷孛娣直媛实拇笮?R)是由傳感器系統(tǒng)的分辨率(N)及傳感器工作時(shí)的比例尺(S)決定.即：

R=N/SN和S是定值，所以地面分辨率R是不變的定值。影像分辨率是指形成影像的比例尺可以放大或縮小，將地面分辨率在不同的比例尺的具體影像上的反映稱為影像分辨率。如：陸地衛(wèi)星MSS的地面分辨率為79米×79米，籠統(tǒng)地稱其地面分辨率為80米，在1：10萬(wàn)圖像上，其影像分辨率則為0.8毫米。因此,影像分辨率隨影像的比例尺的不同而變化。傳感器系統(tǒng)的空間分辨率受傳感器收集系統(tǒng)的分辨率、探測(cè)元件的分辨率和靈敏度等多種因素的制約，將地面分辨率對(duì)傳感器的張角稱為傳感器的角分辨率，用β表示，β與波長(zhǎng)λ和收集器的孔徑D有關(guān)，即：

2β=λ/D

當(dāng)收集器的孔徑一定時(shí)，可見光與微波的波長(zhǎng)相差4—5個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，相應(yīng)地面分辨率也相差很大?？偟膩碚f，可見光傳感器地面分辨率最高，熱紅外次之，微波波段最低。但是，在相同波長(zhǎng)和孔徑條件下，遙感平臺(tái)的高度越高，地面分辨率越低。二、光譜分辨率

不同波長(zhǎng)的電磁波按波長(zhǎng)大小依次排列叫做電磁波譜。遙感中所采用的電磁波的波長(zhǎng)從紫外線到微波，傳感器接收電磁波是按每個(gè)特定的波段進(jìn)行接收的，通過這一過程把具有連續(xù)波長(zhǎng)分布的電磁波分解為若干個(gè)波長(zhǎng)段（稱為通道或波段）的數(shù)據(jù)。這種由多個(gè)波長(zhǎng)段構(gòu)成的數(shù)據(jù)稱為多通道數(shù)據(jù)或多波段數(shù)據(jù)或多光譜數(shù)據(jù)。遙感圖像的光譜分辨率指?jìng)鞲衅鬟x擇的通道數(shù).每個(gè)通道的波長(zhǎng)及帶寬，即所用的波段數(shù)、波長(zhǎng)及波段寬度。例如，MSS多光譜掃描儀的波段數(shù)為5（指有5個(gè)通道），波段寬度約為100-2000納米；而成像光譜儀的波段數(shù)可達(dá)到幾十甚至幾百個(gè)波段，波段寬度則為5—10納米。一般來說，傳感器的波段數(shù)越多，波段寬度越窄，所包含的信息量越大，針對(duì)性越強(qiáng)。高光譜分辨率的圖像在對(duì)地表植被和巖石的化學(xué)成分分析中具有重要意義，因?yàn)楦吖庾V遙感能提供豐富的光譜信息，足夠的光譜分辨率可以區(qū)分出那些具有診斷性光譜特征的地表物質(zhì)。

對(duì)于特定的目標(biāo)，選擇的傳感器并非波段越多，光譜分辨率越高，效果就越好，而要根據(jù)目標(biāo)的光譜特性和必需的地面分辨率來綜合考慮。在某些情況下，波段太多，分辨率太高，接收到的信息量太大，形成海量數(shù)據(jù)，反而會(huì)“掩蓋”地物輻射特性，不利于快速探測(cè)和識(shí)別地物。所以要根據(jù)需要，恰當(dāng)?shù)乩霉庾V分辨率。

三、時(shí)間分辨率傳感器對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)探測(cè)時(shí)，相鄰兩次探測(cè)的時(shí)間間隔稱為遙感圖像的時(shí)間分辨率，它能提供地物動(dòng)態(tài)變化的信息，可用來對(duì)地物的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也可以為某些專題的精確分類提供附加信息。根據(jù)回歸周期的長(zhǎng)短，時(shí)間分辨率可分為三種類型：1、超短（短）周期時(shí)間分辨率，可以觀測(cè)到一天之內(nèi)的變化，以小時(shí)為單位；2、周期時(shí)間分辨率，可以觀測(cè)到一年內(nèi)的變化，以天為單位；3、長(zhǎng)周期時(shí)間分辨率，一般以年為單位變化。氣象衛(wèi)星所需資料以小時(shí)為單位，所以氣象衛(wèi)星的回歸周期為超短（短）周期。對(duì)于大氣、海洋、物理變化監(jiān)測(cè)的衛(wèi)星，以及人為設(shè)計(jì)的對(duì)于自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，根椐需要一般也是短周期或超短周期衛(wèi)星。在觀測(cè)植被動(dòng)態(tài)變化規(guī)律時(shí)，衛(wèi)星周期是根據(jù)生物變化節(jié)律制定的，一般是中周期的。若周期變短，則投入過多，使投入與產(chǎn)出不成比例。有些航空像片、衛(wèi)星像片用來研究自然界現(xiàn)象演化，數(shù)據(jù)資料以年為單位就可以滿足需要，故為長(zhǎng)周期。陸地衛(wèi)星影像信息以天為單位向地面發(fā)送即可以滿足人類對(duì)資源環(huán)境遙感信息的需求。LANDSAT從1972年到現(xiàn)在源源不斷地向地面發(fā)回?cái)?shù)據(jù)，人們可以相隔幾年提取數(shù)據(jù)，研究自然界變化較強(qiáng)慢事物，比如土地利用變化等。

時(shí)間分辨率在遙感中意義重大。利用時(shí)間分辨率可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，如可以進(jìn)行植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，還可以通過預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)地物運(yùn)動(dòng)規(guī)律，總結(jié)出模型或公式，為實(shí)踐服務(wù)。利用時(shí)間分辨率可以進(jìn)行自然歷史變遷和動(dòng)力學(xué)分析，如可以觀察到河口三角洲、城市變遷的趨勢(shì)，并進(jìn)一步研究為什么這樣變化以及有什么動(dòng)力學(xué)機(jī)制等問題。利用時(shí)間分辨率可以提高成像率和解像率，由于掃描起點(diǎn)和終點(diǎn)不同，并且不同次對(duì)同一地物的數(shù)據(jù)資料總有差別，對(duì)這些數(shù)據(jù)資料進(jìn)行疊加分析，從而提高地物識(shí)別精度。

四、溫度分辨率

溫度分辨率是指熱紅外傳感器分辨地表熱輻射（溫度）最小差異的能力。它與探測(cè)器的響應(yīng)率和傳感器系統(tǒng)內(nèi)的噪聲有直接關(guān)系，一般為等效噪聲溫度的2—6倍。為了獲得較好的溫度鑒別力，紅外系統(tǒng)的噪聲等效溫度限制在0.1-0.5K之間,而使系統(tǒng)的溫度分辨率達(dá)到0.2-3.0K。目前,TM6圖像的溫度分辨率可達(dá)到0.5K。

§4.3攝影類型的傳感器

光學(xué)成像類型傳感器主要包括框幅式攝影機(jī)、縫隙攝影機(jī)、全景攝影機(jī)以及多光譜攝影機(jī)四種類型。這些傳感器的共同特點(diǎn)是由物鏡收集電磁波，并聚焦到感光膠片上，通過感光材料的探測(cè)與記錄，在感光膠片上留下目標(biāo)的潛像，然后經(jīng)過攝影處理，得到可見的影像。同時(shí)，其工作波段主要在可見光波段。下面簡(jiǎn)要介紹四種光學(xué)攝影類型傳感器的成像原理。一特點(diǎn)1)歷史悠久、較為完善、使用廣泛。2)信息量大、分辨率高3)受到感光劑的限制，感光范圍0.29－1.10微米，而且只能在晴朗的白天工作。一、框幅式攝影機(jī)這種傳感器主要由收集器、物鏡和探測(cè)器、感光膠片組成，另外還需有暗盒、快門、光欄、機(jī)械傳動(dòng)裝置等。曝光后的底片上只有一個(gè)潛像，須經(jīng)攝影處理后才能顯示出影像來。

這種傳感器的成像原理是在某一個(gè)攝影瞬間獲得一張完整的像片（18厘米×18厘米或23厘米×23厘米幅面），一張像片上的所有像點(diǎn)共用一個(gè)攝影中心和同一個(gè)像片面，亦即共用一組外方位元素。測(cè)圖用的航空攝影機(jī)，為了保證有較高的影像質(zhì)量，要求其透鏡的像差小，整個(gè)攝影系統(tǒng)的分辨率高，底片需有壓平裝置。此外，為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)攝影，需配有自動(dòng)卷片、時(shí)間間隔控制器等裝置。

用于航天平臺(tái)的攝影機(jī)，如歐洲空間局在美國(guó)航天飛機(jī)STS9航次的空間實(shí)驗(yàn)室-1上的RMKA30/23空間畫幅式攝影機(jī)，其外形如圖4-4所示。雖然這種攝影機(jī)與航空攝影機(jī)相仿，但已采取了適于太空工作的各項(xiàng)措施。攝影機(jī)的焦距為305.128毫米,像幅為23×23厘米,

衛(wèi)星高度為250公里,影像比例尺為1:820000，每幅影像相應(yīng)地面的范圍為189×189公里，物鏡最大畸變差為6微米，分辨率為39線對(duì)/毫米，每4-6秒或8-12秒曝一次光，攝影機(jī)姿態(tài)控制在+(-)0.5°以內(nèi)，可攝取到縱向重疊為60%-80%的立體像對(duì)。利用這種像片可測(cè)繪1:50000和1:100000比例尺的地形圖和影像圖。彩色紅外照相機(jī)二、縫隙攝影機(jī)

縫隙攝影機(jī)，或稱推掃式攝影機(jī)、航帶攝影機(jī)。在飛機(jī)或衛(wèi)星上，攝影瞬間所獲取的影像，是與航線方向垂直且與縫隙等寬的一條線影像。這是由于在攝影機(jī)焦平面前方放置一開縫的擋板，將縫隙外的影像全擋去的緣故，如圖4-5。當(dāng)飛機(jī)或衛(wèi)星向前飛行時(shí)，攝影機(jī)焦平面上飛行方向成垂直的狹縫中的影像也連續(xù)變化。如果攝影機(jī)內(nèi)的膠片也不斷地卷動(dòng)，且其速度與地面在縫隙中的影像移動(dòng)速度相同，則能得到連續(xù)的航帶攝影像片。這種攝影機(jī)不是一幅一幅地曝光，而是連續(xù)曝光，因此不需要快門。軟片卷動(dòng)速度V與飛行速度v和相對(duì)航高H有關(guān)，以期得到清晰的影像。其關(guān)系式為：

V=v×f/H(其中，f代表焦距)

當(dāng)飛機(jī)航速與膠片卷繞速度不匹配時(shí),影像會(huì)產(chǎn)生仿射畸變。影像的投影性質(zhì),對(duì)于瞬間獲取的一條縫隙寬度的影像,仍為中心投影。但對(duì)于條帶影像,由于是在攝影機(jī)隨飛行器移動(dòng)的情況下連續(xù)獲得,因此與畫幅式影像的投影性質(zhì)就不一樣,其航跡線影像為正射投影。另外，飛行器的位移和姿態(tài)變化將使影像產(chǎn)生復(fù)雜的幾何畸變.圖4-5縫隙攝影機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖4-6縫隙攝影機(jī)成像原理

三、全景攝影機(jī)

全景攝影機(jī)又稱掃描攝影機(jī)、搖頭攝影機(jī)。全景攝影機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4-3-4所示。圖4-7全景攝影機(jī)全景攝影機(jī)的特點(diǎn)是焦距長(zhǎng)，有的達(dá)600毫米以上。幅面大,可在長(zhǎng)約23厘米，寬達(dá)128厘米的膠片上成像。它的精密透鏡既小又輕，掃描視場(chǎng)很大，有時(shí)能達(dá)180°。這種攝影機(jī)是利用焦平面上一條平行于飛行方向的狹縫來限制瞬時(shí)視場(chǎng)，因此，在攝影瞬間得到的是地面上它是在物鏡焦面上平行于飛行方向設(shè)置一狹縫，并隨物鏡作垂直航線方向掃描，得到一幅掃描成的圖像，因此稱掃描成像機(jī)，又由于物鏡擺動(dòng)的幅面很大，能將航線兩邊的地平線內(nèi)的影像都攝入底片，因此又稱它為全景攝影機(jī).平行于航跡線的一條很窄的影像。當(dāng)物鏡沿垂直航線方向擺動(dòng)時(shí)，就得到一幅全景像片。這種攝影機(jī)的底片呈弧狀放置，當(dāng)物鏡掃描一次后，底片旋進(jìn)一幅。由于每個(gè)瞬間的影像都在物鏡中心一個(gè)很小的視場(chǎng)內(nèi)構(gòu)像，因此每一部分的影像都清晰，像幅兩邊的分辨率明顯提高。但由于全景相機(jī)的像距保持不變，而物距隨掃描角的增大而增大，因此出現(xiàn)兩邊比例尺逐漸縮小的現(xiàn)象，整個(gè)影像產(chǎn)生所謂全景畸變。再加上掃描的同時(shí)，飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，以及掃描擺動(dòng)的非線性等因素，使影像的畸變更為復(fù)雜。圖4-8為地面上為正方形格網(wǎng)時(shí)，全景像片上畸變后的形狀。圖4-9是用全景攝影機(jī)拍攝的航空像片,能直觀地看到這種全景畸變的實(shí)際現(xiàn)象。全景攝影機(jī)的成像幾何關(guān)系如圖4-10所示，它的每一幅圖像是由一條曝光縫隙沿旁向掃描形成，對(duì)于每條縫隙影像的形成，其幾何關(guān)系等效于框幅攝影機(jī)沿旁向傾斜一個(gè)掃描角?后，以中心（Y=0）成像情況。因此，在任意時(shí)刻T獲得的縫隙影像是中心投影。四、多光譜攝影機(jī)對(duì)同一地區(qū)，在同一瞬間攝取其多個(gè)波段影像的攝影機(jī)稱為多光譜攝影機(jī)。采用多光譜攝影的目的，是充分利用地物在不同光譜區(qū)有不同的反射這一特征，來增多獲取目標(biāo)的信息量，以便提高影像的判讀和識(shí)別能力。在一般攝影方法的基礎(chǔ)上，對(duì)攝影機(jī)和膠片加以改進(jìn)，再選用合適的濾光片，即可實(shí)現(xiàn)多光譜攝影。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為三種基本類型：多鏡頭型、多攝影機(jī)型和光束分離型（一）多鏡頭型多光譜攝影機(jī)多鏡頭型多光譜攝影機(jī)是由多個(gè)物鏡構(gòu)成的攝影機(jī)。它是用普通航空攝影機(jī)改制而成的，在一架攝影機(jī)上配置多個(gè)鏡頭，如三鏡頭、六鏡頭和九鏡頭，同時(shí)必須選配相應(yīng)的濾光片與不同光譜感光特性的膠片組合，使各鏡頭在底片上成像的光譜，限制在規(guī)定的各自的波區(qū)內(nèi)。（二）多攝影機(jī)型多光譜攝影機(jī)這種多光譜攝影機(jī)是用幾架普通的航空攝影機(jī)組裝而成的，對(duì)各攝影機(jī)分別配以不同的濾光片和膠片的組合，采用同時(shí)曝光控制，以進(jìn)行同時(shí)攝影。膠片的種類共六種，如圖4-3-9所示：A、分色片；B、全色片；C、全色紅外片；D、紅外片；E、彩色三感光層的光譜感光特性；F、彩色紅外片三感光層的光譜感光特性。濾光片僅有兩種：一種是光譜濾光片或叫帶通濾光片，入射的電磁波，被限制在某一個(gè)譜段透過濾光片。另一種為止帶濾光片，透過濾光片的電磁波在某一波長(zhǎng)處截止。如圖4-3-10表示了濾光片光譜透過率曲線。

圖4-13濾光片光譜透過率進(jìn)行多光譜攝影時(shí)，膠片和濾光片組合方法有兩種。一種可以根據(jù)設(shè)計(jì)的多光譜波段，選用相應(yīng)的光譜濾光片，并選用適當(dāng)?shù)哪z片。另一種方法是利用止帶濾光片與膠片組合來分波段。多鏡頭型和多攝影機(jī)型的多光譜攝影機(jī)在使用時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：

1、快門的同步性要好；

2、各物鏡的光軸必須嚴(yán)格平行；

3、不同波區(qū)的光照度不同，并且膠片的光譜感光度不同，因此應(yīng)事先確定各波段的最佳曝光時(shí)間；

4、由于不同波長(zhǎng)的光，聚焦后的實(shí)際焦面位置不同，須校正像機(jī)使各承像面在成像最清晰的位置上。（三）光束分離型多光譜攝影機(jī)

該種攝影機(jī)是利用單鏡頭進(jìn)行多光譜攝影。在攝影時(shí)，光束通過一個(gè)鏡頭后，經(jīng)分光裝置分成幾個(gè)光束，然后分別透過不同的濾光片，分成不同波段，在相應(yīng)的感光膠片上成像，實(shí)現(xiàn)多光譜攝影。

其攝影方式有兩種，一是在物鏡后面加一些分光裝置，使光束分離（如圖4-3-11所示）。利用半透明的平面鏡，將光線分解成三個(gè)光束，分別通過紅、綠、藍(lán)三個(gè)濾光片，在底片上曝光成像。還可以分成五個(gè)、六個(gè)光束，分別稱為五分光束攝影機(jī)、六分光束攝影機(jī)等。同時(shí)，需選取不同光譜段的濾光片和相應(yīng)的攝影感光負(fù)片。二、是利用響應(yīng)不同波段的多感光層膠片進(jìn)行多光譜攝影。經(jīng)攝影處理的膠片，可以得到一張合成了的多光譜像片。即人們所熟悉的彩色攝影和紅外彩色攝影。§4.4光電成像類型的傳感器

光電成像類型的傳感器主要有：電視攝影機(jī)、掃描儀和電荷耦合器件CCD。其中，多光譜掃描儀和CCD應(yīng)用最為廣泛，尤其是長(zhǎng)線陣大面陣CCD傳感器，它的地面分辨率高達(dá)1米左右，為遙感圖像的定量研究提供了保證。下面主要介紹這三種類型的傳感器。一、電視攝像機(jī)電視攝像機(jī)體積較小，重量較輕，影像是由電子記錄的，即使在低照明的條件下也能工作。這類傳感器是從空中觀測(cè)地面或從空間觀測(cè)地球的常用的傳感器，并具有較高的分辨率。利用它能夠比較容易地獲得可靠的地面遙感數(shù)據(jù)。電視攝像機(jī)的基本工作原理是：地面上的景物通過物鏡在攝影管的光陰極上成像，并形成一定格式的電荷，用電子束掃描光陰極，通過光電轉(zhuǎn)換，記錄在膠片上，以影像方式輸出，其分辨率大致取決于光陰極的尺寸及讀出光陰極上的電荷格式所采用的電子束特征。從幾何成像原理上看，電視攝像機(jī)是一種面陣列式傳感器，與面陣列CCD傳感器的成像幾何關(guān)系相同。

電視攝像機(jī)雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但每張像片的覆蓋度和分辨率還是不如攝影機(jī)。為此，采用了反束光導(dǎo)管攝像機(jī)，它是由光學(xué)透鏡、快門、反束光導(dǎo)攝像管組成的。陸地衛(wèi)星1、2上裝有三臺(tái)反束光導(dǎo)管攝像機(jī)，分別拍攝不同光譜通道的同一景物，陸地衛(wèi)星3改用兩臺(tái)長(zhǎng)焦距全色反束光導(dǎo)管攝像機(jī)。二、掃描儀

掃描儀也是一種成像傳感器，輸出信號(hào)為電信號(hào)，便于傳送、記錄、分析和處理，并可經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成影像或磁帶。掃描儀的波譜范圍比攝影膠片要寬得多，掃描是逐點(diǎn)、逐行地以時(shí)序方式獲取的二維圖像。既可以是對(duì)地面掃描，又可以是對(duì)像面進(jìn)行掃描，并且感測(cè)的過程是可逆的，即探測(cè)器在感測(cè)過程中并不消耗能量，而且，所獲得的數(shù)據(jù)是定量的輻射量數(shù)據(jù)，便于校正；并可同時(shí)收集幾個(gè)不同波段通道的數(shù)據(jù)資料。掃描儀應(yīng)用于紅外波段的成像，也用于從近紫外到紅外范圍內(nèi)的多波段掃描成像。（一）紅外掃描儀

紅外掃描儀是對(duì)被測(cè)的目標(biāo)物自身的紅外輻射進(jìn)行掃描成像或顯示的一種儀器。它是把目標(biāo)的熱輻射變成探測(cè)器的一種電信號(hào)，然后用磁帶記錄這些信號(hào)并通過陰極射線管回收?qǐng)D像的一種掃描儀。

由于地面分辨率隨掃描角發(fā)生變化，而使紅外掃描影像產(chǎn)生畸變，這種畸變通常稱之為全景畸變（圖3－2），其形成的原因與全景攝影機(jī)類似。同時(shí)，紅外掃描儀還存在一個(gè)溫度分辨率的問題，溫度分辨率與探測(cè)器的響應(yīng)率和傳感器系統(tǒng)內(nèi)的噪聲有直接關(guān)系。為了獲得較好的溫度鑒別力，紅外系統(tǒng)的噪聲等效溫度限制在0.1-0.5K之間.

（二）多光譜掃描儀（MSS）在紅外掃描儀基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多光譜掃描儀，其波長(zhǎng)范圍已超出了紅外波段，包括電磁波譜中的紫外、可見光和紅外三個(gè)部分。多光譜掃描儀根據(jù)大氣窗口和地物目標(biāo)的波譜特性用分光系統(tǒng)（棱鏡或光柵等）把掃描儀的光學(xué)系統(tǒng)所接收的電磁輻射（從紫外、可見光，到紅外）分成若干波段，目前已有4個(gè)波段到24個(gè)波段的掃描儀。多光譜掃描儀主要由兩個(gè)部分組成：機(jī)械掃描裝置和分光裝置。它是由掃描鏡收集地面目標(biāo)的電磁輻射，通過聚光系統(tǒng)把收集到的電磁輻射會(huì)聚成光束，然后，通過分光裝置分成不同波長(zhǎng)的電磁波，它們分別被一組探測(cè)器中的不同探測(cè)器所接收，經(jīng)過信號(hào)放大，然后記錄在磁帶上，或通過電光轉(zhuǎn)換后記錄在膠片上如圖4-16。用多光譜掃描儀可記錄地物在不同波段的信息，因此，不僅可根據(jù)掃描影像的形態(tài)和結(jié)構(gòu)識(shí)別地物，而且可用不同波段的差別區(qū)分地物，為遙感數(shù)據(jù)的分析與識(shí)別提供了非常有利的條件。

圖4-16多光譜掃描儀的構(gòu)成略圖

它常用于收集農(nóng)作物、植物、土壤、森林、地質(zhì)、水文和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的遙感資料。陸地衛(wèi)星1、2上安裝的多光譜掃描儀（MSS）有4個(gè)波段（波長(zhǎng)范圍為0.5-0.6微米、0.6-0.7微米、0.7-0.8微米、和0.8-1.1微米），其結(jié)構(gòu)和實(shí)體如圖4-4-3和4-4-4所示。它是由掃描反射鏡、較正器、聚光系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)快門、成像板、光學(xué)纖維、濾光器和探測(cè)器等組成的。在陸地衛(wèi)星3上的多光譜掃描儀增加了一個(gè)10.4-12.6微米的熱紅外波段.三、CCD傳感器

用一種稱為電荷耦合器件CCD(CHARGECOUPLEDDEVICE)的探測(cè)器制成的傳感器稱為CCD傳感器。這種探測(cè)器是由半導(dǎo)體材料制成的,在這種器件上,受光或電激作用產(chǎn)生的電荷靠電子或空穴運(yùn)載,在固體內(nèi)移動(dòng),以產(chǎn)生輸出信號(hào)。將若干個(gè)CCD元器件排成一行,稱為CCD線陣列傳感器。

1CCD的優(yōu)點(diǎn)

1）CCD線陣上的每個(gè)點(diǎn)同時(shí)露光，保證了了每個(gè)點(diǎn)上都有最大限度的曝光時(shí)間。

2）機(jī)械部件大大簡(jiǎn)化，運(yùn)行穩(wěn)定，幾何精度比較高。

3）靈敏度高，可以探測(cè)到地面0.5％的反射變化信息。

法國(guó)SPOT衛(wèi)星使用的傳感器HRV就是一種CCD線陣傳感器,其中全色HRV用6000個(gè)CCD元器件組成一行。若將若干個(gè)CCD元器件排列在一個(gè)矩形區(qū)域中，即可構(gòu)成面陣列傳感器，每個(gè)CCD元器件對(duì)應(yīng)于一個(gè)像元素。目前，長(zhǎng)線陣、大面陣CCD傳感器已經(jīng)問世,長(zhǎng)線陣可達(dá)12000個(gè)像元素,長(zhǎng)為96毫米；大面陣可達(dá)到5120×5120個(gè)像素,像幅為61.4毫米×61.4毫米。每個(gè)像元素的地面分辨率可達(dá)到2-3米,甚至1米以上。面陣列CCD傳感器獲取圖像的方式如圖4-17所示,它與框幅式攝影機(jī)相似,某一瞬間獲得一幅完整的影像,因而是一個(gè)單中心投影,其構(gòu)像關(guān)系可直接使用框幅式中心投影的航空像片的構(gòu)像關(guān)系式。

線陣列傳感器獲取圖像的方式如圖4-18所示,線陣列方向與飛行方向垂直,在某一瞬間得到的是一條線影像,一幅影像由若干條線影像拼接而成,所以又稱為推掃式掃描成像。這種成像方式在幾何關(guān)系與縫隙攝影機(jī)的情況相同。圖4-17面陣列傳感器成像方式

圖4-18線陣式傳感器成像方式

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4.6若干常用的航天傳感器

一MSS（多光譜掃描儀傳感器）與TM（多光譜掃描儀專題制圖儀傳感器）MSSBAND4:0.5~0.6μmGreenBAND5:0.6~0.7μmRedBAND6:0.7~0.8μmNear-InfraredBAND7:0.8~1.1μmNear-Infrared80MSpatialresolutionTM結(jié)構(gòu)TM的主要參數(shù)TM的波譜段和遙感意義LANDSAT-7:增加了15米的全色波段，熱紅外波段分辨率提高到60米。HRV外形HRV遙感器高分辨率可見光遙感器基本原理：在望遠(yuǎn)鏡的焦距平面上放置一條CCD線性陳列的探測(cè)器，構(gòu)成地面上的一條影象線，衛(wèi)星沿影象線的垂直方面運(yùn)行。則形成連續(xù)的地面影象。(HighResolutionVisiblerangeinstruments)HRV的波譜設(shè)計(jì)1）全色波段

0.51～0.73微米，10米，6000個(gè)CCD2）多光譜波段，20米，3*3000個(gè)CCD0.500～0.590微米：Green0.610～0.680微米：Red0.790～0.890微米：Near-Infrared設(shè)計(jì)時(shí)考慮的4點(diǎn)：植被、水體、土壤、與TM的兼容性等SPOT—4的遙感器增加了新的中紅外譜段，可用于估測(cè)植物水分，增強(qiáng)對(duì)植物的分類識(shí)別能力，并有助于冰雪探測(cè)。該衛(wèi)星還裝載了一個(gè)植被儀，可連續(xù)監(jiān)測(cè)植被情況。HRV的重疊HRV側(cè)照CCD工作原理NOAA/AVHRRNOAA：美國(guó)氣象衛(wèi)星；數(shù)據(jù)空間分辨率分為1.1km（千米）和4km（GlobalAreaCoverage(GAC)

模式）兩種；溫度分辨率為1度；一天可以重復(fù)4次獲得圖像(“像片”)，周期為101.4分鐘。共發(fā)射15顆。裝備

AVHRR:（AdvancedVeryHighResolutionRadimeter）Channel1:0.58~0.68um白天云圖，地表圖象RedChannel2:0.72~1.1um白天云圖，水、冰、云、雪Red->Near-InfreardChannel3:3.55-3.93umNear-InfraredChannel4:10.3~11.3umThermal-InfreardChannel5:11.5~12.5umThermal-Infrared四、遙感圖像分類

遙感圖像的類型很多，以不同高度遙感平臺(tái)、使用不同的傳感器，以不同的成像方式，獲得不同類型遙感圖像。按遙感平臺(tái)分類，可分為航空像片、航天像片；按不同波段分類，可分為紫外、可見光、近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外波段以及多波段、超多波段遙感圖像；按不同成像方式，可分為攝影像片、光學(xué)機(jī)械掃描圖像、電子掃描圖像、固體自掃描圖像、天線掃描圖像等。不同波段遙感圖像記錄的信息不同，不同成像方式的圖像幾何畸變規(guī)律及幾何精度有所不同。從應(yīng)用角度按傳感器成像方式和工作波段對(duì)遙感圖像進(jìn)行分類

第五章航空遙感

§5.1航空遙感系統(tǒng)

一、航空遙感平臺(tái)航空遙感平臺(tái)一般是指高度在80km以下的遙感平臺(tái)。它包括飛機(jī)和氣球兩種。航空平臺(tái)的飛行高度較低，地面分辨力較好，機(jī)動(dòng)靈活，不受地面條件限制，調(diào)查周期短，資料回收方便，