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遥感基础知识及遥感图像处理方法


• landsat 1-3/MSS ,空间分辨率为80m • landsat 4-6/TM,可见光-短波红外(TM1-5, 7)波段的空间分辨率为30m,TM6热红外 波段的空间分辨率为120m • landsat 7/ETM,可见光-短波红外(ETM15,7)波段的空间分辨率为30m,ETM+热 红外波段的空间分辨率为60m,全色15m。 • Landsat卫星图像的扫描宽度为185km
表1 MSS及TM的观测参数 单位:(mW/cm2.sr)
遥感器 波段
4 5 MSS 6 7 1 2
波长范围(μ m)
0.5-0.6 绿色 0.6-0.7 红色 0.7-0.8 近红外 0.8-1.1 近红外 0.45-0.52 蓝色 0.52 –0.60 绿色
空间分辨率
80m 80m 80m 80m 30m 30m
• 辐射分辨率(radiant resolution)指遥感器对 对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。 • 如:landsat /MSS起初以6bits(取值范围 0~63); landsat 4,5/TM,7个波段中的6个 波段30m分辨率的,以8bits (取值范围: 0-255); MOIDS 所有通道都用12bit(取值 范围:0-2048)
大气窗口
遥感数据的特征
• • • • 空间分辨率 光谱分辨率 时间分辨率 辐射分辨率
• 空间分辨率:可以识别的最小地面距离或 是最小目标的大小(指图像上能够详细区 分的最小单元的尺寸或大小)。 • 表示方法一般有3种: 1.像元(pixel): 指单个像元所对应的地面 面积的大小。如quickbird 一个像元相当地 面面积0.61m*0.61m;TM的一个像元相当 地面面积为28.5m*28.5m,多简称30m
•叶绿素吸收
水分吸收
卫 星 及卫星 数据简 介
(中国遥感卫星地面站网)
Landsat卫星
• Landsat是美国于1972年在世界上第1次发射的真正的地 球观测卫星 。1~4号星均相继实效,现在运行的是5号星, 6号星发射失败 。 1999年4月15日,陆地卫星-7(Landsat7)发射成功。 • Landsat-4、5、6号采用飞行高度为705km,轨道倾角为 98度的太阳同步准回归轨道,通过赤道时刻为地方平均时 上午9:39。它用16天时间对整个地球观测一遍,第17天返 回到同一地点的上空(17日回归)。卫星上搭载多光谱扫 描仪(MSS)和专题扫描仪(TM)两种遥感器。TM是4 号星以后搭载的。 • 陆地卫星-7(Landsat-7) ,轨道高705km、倾角98.2° • 陆地卫星覆盖地球范围N 81°-- S81.5°
TM影像数据特点
TM1:0.45-0.52微米,蓝波段。对水体穿透力强,对叶绿素 与叶色素浓度反映敏感,有助于判别水深、水中叶绿素分布、 沿岸水和进行近海水域制图等。 TM2:0.52-0.60微米,绿波段。对健康茂盛植物绿反射敏 感,对水的穿透力较强。用于探测健康植物绿色反射率,按 “绿峰”反射评价植物生活力,区分林型、树种和反映水下 特征等。对水体金属污染和化学污染研究的效果好。 TM3:0.63-0.69微米,红波段,为叶绿素的主要吸收波段。 反映不同植物的叶绿素吸收、植物健康状况,用于区分植物 种类与植物覆盖度。其信息量大,为可见光最佳波段。广泛 应用于地貌、岩性、土壤、植被、水中泥沙流等方面的观测。 TM4:0.76-0.90微米,近红外波段。对绿色植物类别差异 最敏感(受植物细胞结构控制),为植物通用波段。用于生 物量调查、作物长势测定、水域判别等。
SPOT
SPOT 4,在3 的增加了宽视植被探测仪VGT VGT的分辨率是1.15km 扫描宽度为:2250km SPOT 5 ,在改进4 的基础上增加了1台高分 辨率立体成像仪,空间分辨率可达2.5m
SPOT 1- 3
波段 XS1 波长 0.5-0.59 绿色 分辨率 用途
20米
位于植被叶绿素光谱反射曲线最大值的 波长附近,对植被识别有利,同时位于 水体最小衰减值的长波一边,能探测水 的混浊度和10-20米的水深。 位于叶绿素吸收带,为可见光最佳波段, 用于识别作物、裸露土壤和岩石表面状 况。 能很好地穿透大气,植被表现得特明亮, 水体表现很暗。
Tm数据5个具有明确意义的特征变量
• 亮度:构成亮度的主要成分是可见光tm1,2,3 的灰度值代表可见光蓝、绿、红光的亮度。Tm4, 5 对亮度也有贡献 • 绿度:对绿度贡献最大的是对植物高反射的TM4。 TM3与TM4 呈负相关 NDVI=(NIR-R)/(NIR+R) • 湿度:TM5,7处于水吸收带之间,受到水吸收带 控制,对湿度反映敏感 • 透射度:Tm1、2 研究水深,水下地形,浑浊度 • 热度:TM6 热红外波段
空间分辨率与辐射分辨率的关系
• 瞬时视场(IFOV)越大,最小可分像 素越大,空间分辨率越低;但是IFOV 越大,光通量获得的入射量越大,辐射测 量越敏感,对微弱能量差异的检测力越强, 则辐射分辨率越高。因此空间分辨率的增 大,将伴随辐射分辨率降低。可见空间分 辨率与辐射分辨率难以两全。
地物波谱
遥感基础知识及遥感 图像处理方法
郗凤明 2007年8月
遥感的基础知识
• • • • • • 遥感;远距离不接触物体而获得其信息。 遥感数据是非常重要的源数据 遥感原理及遥感过程很复杂 可见光-反射红外遥感 热红外遥感 微波遥感
电磁波谱
太阳辐射光谱
大气吸收
• 太阳辐射穿过大气层时,大气中的氧气、氮气、 水蒸气等对不同波长的辐射有吸收作用
BlueGreen 1
0.450-0.515
2 Green 3 Red 4 Near IR 5 SWIR
0.525-0.605 0.630-0.69 0.775-0.90 1.550-1.75
30m 30m 30m 30m
6 LWIR
7 SWIR 090-2.35 0.520-0.90
• 陆地卫星影像常以彩色方式表现 • 最常用的是:标准假彩色: MSS:7 ,5,4 分别付给R,G,B TM : 4,3,2 分别付给R,G,B • 天然真彩色:1--- ---B 2------G 3-------R
SPOT
• SPOT是地球观察卫星系统。是由瑞典、比利时等 国家参加,由法国国家空间研究中心(CNES)设 计制造的。1986年发射第一颗,到1998年已经发射 了四颗。SPOT的轨道是太阳同步圆形近极地轨道, 高度830 km左右,卫星的覆盖周期是26天,重复感 测能力一般3~5天,部分地区达到1天。 • 法国SPOT-4 1998年3月发射,卫星轨道参数: 轨道高度:832公里 轨道倾角:98.721o 轨道周期:101.469分/圈 重复周期:369圈/26天 降 交点时间:上午10:30分 扫描带宽度: 60 公里 SPOT 4 o 两侧侧视:+/-27 扫描带宽:950公里
TM影像数据特点 TM5:1.55-1.75微米,中红外波段。处于水的吸收带 (1.4-1.9微米)内,反映含水量敏感,用于土壤湿度、 植物含水量调查、水分状况的研究,作物长势分析等, 从而提高了区分不同作物类型的能力。易于区分云与雪。 TM6:10.4-12.5微米,热红外波段。可以根据辐射响应 的差别,区分农、林覆盖类型,辨别地面湿度、水体、 岩石,以及监测与人类活动有关的热特征,进行热制图。 TM7:2.08-2.35微米,中红外波段。此为地质学家增加 的波段。处于水的强吸收带,水体呈黑色。可用于区分 主要岩石类型、岩石的水热蚀变,探测与岩石有关的粘 土矿物等。
• 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。 • 如:NOAA—LANDSAT---SPOT---IKNOS--QUICKBIRD,空间分辨率逐渐增高,其识 别物体的能力也是逐渐增强
光谱分辨率
• 指遥感器所选用的波段数量的多少、各波 段的波长位置、及波长间隔的大小。(通 道数、每个通道的中心波长、带宽) • 如黑白航片用一个综合波段(0.4-0.7微米) • Landsat MSS/TM 4,7个波段 • MODIS有36个波段 • 高光谱数据专题研究的针对性强,对物体 的识别精度高,遥感应用分析的效果好。 但也有其缺点。
• 传感器为2台高分辩率可见光扫描仪(High Resolution Visible sensor——HRV) ,它能 满足资源调查、环境管理与监测、农作物估 产、地质与矿产勘探、土地利用、测制地图 及地图更新等多方面的需求。
SPOT HRV
• 优点: • 图像空间分辨率高,可达10-20米。地面扫描宽度 117公里(每台60公里,两台间重叠3公里)。 • 灵敏度高。在良好的光照条件下可探测出低于0.5% 的地面反射变化。 • 带有可定向的反射镜,使仪器具有偏离天顶点(倾 斜)观察的能力(倾角±27o),可获得垂直与倾斜 图像,使重复周期从26天缩短到4-5天。 • 具有立体观测能力。
Landsat卫星数据的特点
• MSS(Multi Spectral Scanner)多光谱扫描仪,选 用可见光-近红外(0.5-1.1微米)谱段,四个波段。 (landsat 1-3)18days • TM (Thematic Mapper) 专题制图仪,使一种改进 的多光谱扫描仪,可见光-短波红外(0.45-12.5微 米)谱段,七个波段。( landsat 4-6)16days • ETM(Enhanced Thematic Mapper)改进专题 制图仪,增加一个全色波段(pan)。( landsat 7)16days
时间分辨率
• Temporal resolution: 是关于遥感影像间隔 时间的一项性能指标。遥感器按照一个的 时间周期重复采集数据,这个重复周期又 叫回归期。这种重复观测的最小时间间隔 称为时间分辨率。 • 如:landsat 4、5为16天,SPOT为 1~4天,NOAA为几小时。
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