遥感地质学ppt课件.ppt

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1、遥感地质学,课程负责人：杨武年主讲：刘登忠 刘汉湖 李志军,成都理工大学地球科学学院空间信息技术系,课程安排,（1）绪论（2）电磁辐射基本原理（3）遥感工作系统及图像特性（4）遥感信息提取方法（5）遥感图像地貌解译 （6）遥感图像岩性及地层解译（7）遥感图像构造解译（8）遥感找矿标志解译及成矿预测,教材,选用教材 ： 李永颐等，1989，遥感地质学，重庆大学出版 主要教学参考书：1庄培仁、赵不亿等，遥感技术及地质应用研究，地质出版社，19862朱亮璞等，遥感图像地质解译教程，地质出版社，3朱亮璞主编，遥感地质学，1994,第一节 绪论,本课内容,1.遥感及其特性 2.遥感地质学研究对象及内容

2、3.遥感地质学研究方法 4.发展趋势 5.遥感技术在地学的应用概况,1.遥感及其特性,RS( remote sensing):不与目标接触，从远处用探测仪器接受来自目标物的电磁波信息，通过对信息的处理和分析研究，确定目标物的属性与目标物相互间的关系。RS技术：把从不同遥感平台上，使用遥感传感器收集地物的电磁波信息，再将其传输到地面加以处理，从而达到对地物的识别和监测的全过程。,1.遥感及其特性,（1）按辐射源分： 主动遥感 被动遥感（2）按电磁波波段分 紫外、可见光、红外、微波、可见光红外（多波段）（3）按遥感平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感,1.遥感及其特性,（4）按获取资料类别分： 成

3、像方式遥感 非成像方式遥感（5）按成像方式分 摄影成像遥感 扫描成像遥感,1.遥感及其特性,1.遥感及其特性,碧 空 慧 眼 遥 看 地 球,1.遥感及其特性,In 1903, Julius Neubronner patented a breast-mounted camera for carrier pigeons that weighed only 70 grams. A squadron of pigeons is equipped with light-weight 70-mm aerial cameras.,Oblique aerial photograph of a Europea

4、n castle obtained from a camera mounted on a carrier pigeon. The pigeons wings are visible (copyright Deutsches Museum, Munich, Germany).,IKONOS 682km 1m全色,Oblique aerial photograph of downtown Boston obtained by Samuel A. King and J. W. Black from a balloon at an altitude of 1,200 ft. on October 13

5、, 1860. First aerial photograph taken from a captive balloon in the United States (copyright Smithsonian Institution, Washington, D.C.).,1.遥感及其特性,1.遥感及其特性,二.遥感信息 (RS Information) 利用安装在遥感平台上的各种电 子和光学遥感器, 在高空或远距离处 接收到的, 来自地 面或地面以下一定 深度的地物反射或 发射的电磁波信息。,1.遥感及其特性,特点： 这种信息能够用辐射能量的强弱来 表征，可记录在感光材料或数字磁带等 遥感信

6、息载体上，并能被转换成可视影 像。,1.遥感及其特性, 一切物体，由于其种类和所处环境条 件不同，会具有完全不同的电磁辐射特性。 遥感信息反映了地表环境、资源 与灾害等的信息。,1.遥感及其特性,遥感的基本出发点 根据遥感器所接收到的电磁波特征的差异识别不同的物体。 遥感的物理基础 电磁辐射与地物相互作用 机理。 (反射吸收透射发射),1.遥感及其特性,三.遥感技术系统,图 Landsat - 1,2 影 像 产 生 流 程,1.遥感及其特性,1.遥感及其特性,四.遥感技术的特点 1.视域宽广 (宏观概略性) 能够从宏观上观测地球表面的事物 从不同高度、用不同的遥感器获取 的不同比例尺、不同分

7、辨率的图像，具 有不同的概略能力，可对地物进行不同 级次的宏观观察,注,1.遥感及其特性,2.直观可视 信息丰富(资料多样性) 遥感器能感测可见光及人眼不可见 的紫外、红外、微波等电磁波信息，信 息极其丰富，并能将其转化为人眼可见 的图像，大大扩展了人体感官的功能。 3.客观真实（纪实性） 遥感技术获取的遥感影像是地表景 观的二维缩影,是地物波谱特性、空间特 性、时间特性的客观记录。,1.遥感及其特性,4.定时定位观测(重复性) 能周期性监测地面同一目标，进行多 时相对比分析、动态分析。 热红外可以全天时（昼夜） 微波可以全天候（昼夜/阴雨） 5.资料的可处理性 遥感影像可以进行光学、光电子学

8、、 计算机处理。,2.遥感地质学研究对象及内容,对象：地球表层各种地质体和地质现象的电磁波辐射特性，从遥感资料中提取地质信息，识别和量测地质体和地质现象。 研究内容：（1）研究地质体与地质现象的电磁波辐射特性。（2）研究地质体与地质现象的影像特征。（3）研究各种遥感资料信息提取方法。（4）研究遥感地质工作方法和程序。,3.遥感地质学研究方法,（1）地质体波谱测试（2）遥感图像的光学处理和数字处理（3）遥感图像地质解译,4.发展趋势,5.遥感技术的应用概况,1.土地覆盖与土地利用2.城市群及城市热岛监测3.自然环境监测4.自然灾害监测5.林火监测6.沙尘暴监测7.洪水监测及评估8.遥感与国家安全

9、9.地质,思考问题,（1）遥感含义？（2）遥感的分类？（3）遥感有那些特点？（4）遥感地质学的研究对象、研究内容和研究方法？（5）遥感发展趋势有哪些？,第二节 电磁辐射基本原理,1.电磁辐射 2.电磁辐射源 3. 地物的电磁辐射特性 4.电磁辐射的大气传输,第二节 电磁辐射基本原理,1.电磁辐射,1.电磁波谱,1.电磁波谱,宇宙射线：这是来自天体具有很大能量和贯穿能力的电磁波，人工还无法产生它，在遥感上也未能用上的波段。-射线：是能量很高的波段。航空物探放射性测量所记录的就是由含放射性元素的矿物所辐射出来的射线。X-射线：宇宙中来的X-射线，被大气层全部吸收，不能用于遥感工作。紫外线：波长在0

10、.010.38微米。波长小于0.28微米的紫外线，在通过大气层时被臭氧层及其它成分吸收。只有波长0.280.38微米的紫外线，部分能穿过大气层，但散射严重，只有部分投射到地面，可以作为遥感的辐射源，称为摄影紫外。用于环境监测。,1.电磁波谱,可见光：波长在0.380.76微米，是人们视觉能见到的电磁波，可以用棱镜分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光。这个波段可以用摄影、扫描等各种方式成像，是遥感最常用的波段。可见光波段的遥感技术最成熟，但仍有很大潜力。当前分辨能力最好的遥感资料，仍然是在可见光波段范围内。,1.电磁波谱,红外线：红外线波段细分为近红外波段（0.763微米）、中红外（36微米）

11、、远红外（615微米）、超红外（151000微米）。 近红外是地球表层反射太阳的红外辐射，故又称反射红外。其中靠近可见光的0.761.3微米波段可以使胶片感光，故又称摄影红外。 远红外是地表物体发射的红外线，故称热红外。热红外只能用扫描方式，经过光电信号的转换才能成像。红外是一个很有发展潜力的遥感的波段。微波：波长1mm1m。是一个很宽的波段。微波波长较长，能穿透云雾而不受天气、昼夜的影响，可以主动或被动方式成像,2.电磁辐射源,（1）天然电磁辐射源（太阳地球）,2.电磁辐射源,（2）人工电磁辐射源（雷达激光）,3. 地物的电磁辐射特性,自然界中地物与电磁波的相互作用主要表现为反射、发射、吸收

12、和透射几种形式。 镜面反射 漫反射 混合反射 以上均为相对而言,3. 地物的电磁辐射特性,物体在同一时间、空间条件下，其反射、发射、吸收和透射电磁波的特性是波长的函数。当我们将这种函数关系用曲线的形式表现出来时，就形成了地物电磁波波谱，简称地物波谱。 地物的波谱反射率随波长变化的规律称为地物反射波谱特性。某地物反射率随波长变化的曲线称为该地物的反射波谱曲线。有时也把这种曲线形态称之为反射波谱特征。 发射波谱特征？,3. 地物的电磁辐射特性,植被,3. 地物的电磁辐射特性,3. 地物的电磁辐射特性,土壤,3. 地物的电磁辐射特性,3. 地物的电磁辐射特性,水体,3. 地物的电磁辐射特性,3. 地

13、物的电磁辐射特性,3. 地物的电磁辐射特性,地物颜色与反射光谱特性的关系 视杆细胞 视锥细胞感蓝单元，感绿单元，感红单元 彩色三要素（色度（别），明度，饱和度）,由色光相加和相减实验得知：红（R），绿（G），蓝（B）色光两两相加即可合成三种间色光。R+G=Y（黄光）G+B=C（青光）B+R=M（品红）两种色光相加成为白色的，这两色称为互补色，互补色也可由白光减去三基色得到。R+C=白B+Y=白G+M=白两种间色光相加得复色光。Y+M=RC+M=BY+C=G,3. 地物的电磁辐射特性,颜色分消色（非彩色即黑白）与彩色 消色体：物体对白光没有分解能力，不能进行选择性吸收和反射，只能对固定比例的太阳

14、光作全吸收、全反射或部分吸收、部分反射而呈现黑灰白。 彩色体：物体对入射的白光有分解能力，并对不同波长的色光选择性吸收和反射。反射什么色光，物体就呈现什么颜色。,4.电磁辐射的大气传输,大气影响： 散射实质上是电磁波穿过大气层时，遇到各种微粒时所发生的一种衍射现象。散射有由较小的空气分之引起的瑞利散射；和由较粗大的微粒所引起的米氏散射。 米氏散射是大气中粒径比波长大得多的颗粒所引起，其散射能力与波长无关，因此它对各种波长的色都发生散射，而使天空中呈现一片灰蒙蒙的颜色。天空中有薄云时，米氏散射最明显。这种散射使所形成的图像反差小，图像模糊。,4.电磁辐射的大气传输,瑞利散射是由比光波波长还要小的

15、气体分子质点引起的。散射能力与光波波长的四次方成反比，波长愈短的电磁波，散射愈强烈；如雨过天晴或秋高气爽时，就因空中较粗微粒比较少，青蓝色光散射显得更为突出，天空一片蔚蓝。瑞利散射的结果，减弱了太阳投射到地表的能量，使地面的紫外线极弱而不能作为遥感可用波段；使到达地表可见光的辐射波长峰值向波长较长的一侧移动，当电磁波波长大于1毫米时，瑞利散射可以忽略不计。,4.电磁辐射的大气传输,由于大气对电磁波的选择性吸收，使大气在不同波段对电磁波的衰减程度各不相同。因而大气对电磁波衰减较小，透射率较高的波段叫大气窗口。由于“大气窗口”效应和探测技术水平限制，目前遥感技术只利用了有限的几个波段（窗口），其中

16、最重要的波段为： 可见光（0.39-0.76m） 和近红外（0.76-2.5m）波段：这是地物对太阳辐射的强反射波段，所用的传感器主要是照（摄）相机或多波段扫描仪等； 中红外（35m）波段：主要接收地物对太阳辐射的反射能量和自身的热辐射能量，所用的传感器主要是红外扫描仪等； 热红外（814m）波段：主要接收地物自身的热辐射能量，所用的传感器主要是热红外扫描仪等；微波（8-1000mm）波段：可分为主动和被动两种接收方式。主动式微波传感器通常包括侧视雷达、散射计和高度计；被动式微波传感器采用微波辐射计，包括扫描成像和非扫描成像等类型。,小结,（1）电磁波波长范围的划分？（2）电磁波与地物的作用方

17、式有哪些？（3）如何理解地物的电磁波特性？（4）自然界四大地物的电磁波谱曲线？（5）如何理解电磁波谱与颜色之间关系？（6）米氏散射和瑞丽散射？（7）大气窗口？,第三节 遥感工作系统及图像特性,1.遥感工作系统 2.图像类型 3.航空图像特性 4.可见光反射红外图像 5.远红外图像特性 6.侧视雷达特性 7.资源卫星图像特性,第三节 遥感工作系统及图像特性,1.遥感工作系统,整个系统分为星载（机载）分系统和地面分系统两大部分。 星载（机载）分系统由遥感平台和传感器组成，负责从高空收集地物的电磁辐射信息，是遥感工作系统的核心。 地面分系统由遥感测试系统和地面控制处理系统两部分组成，前者负责地物波谱

18、测试研究和地面实况调查，后者负责对星载（机载）分系统的控制，遥感数据接收和处理等具体工作。,1.遥感工作系统,遥感测试系统：主要任务是对地物进行波谱测试研究工作。内容如下： （1）测试地物对太阳辐射的反射特性。 （2）测试地物自身的发射特性。 （3）测试地物的微波辐射特性。,1.遥感工作系统,遥感平台（1）近地面平台 三角架，遥感塔，遥感车，遥感船（2）航空平台 飞机低空平台（2KM)，中空平台（26KM），高空平台（12KM左右） 气球（1240KM）（3）航天平台 卫星，火箭，航天飞机,1.遥感工作系统,遥感传感器 各种传感器包括收集系统、探测系统、信号转化系统和记录系统。（1）航空摄像机

19、（2）红外扫描仪（3）成像雷达（4）多波段扫描仪（MSS,TM)（5）固体扫描仪(SPOT）,2. 图像类别,3.航空图像空间特性,（1）航空摄影种类 航摄机主光轴与垂直线关系垂直航空摄影，倾斜航空摄影 航空像片简关系单张，单航线，面积 感光材料与电磁波段全色黑白，彩色，黑白红外，彩色红外，紫外，多波段,3.航空图像空间特性,为保证连续覆盖和像对立体观察，相邻像片间需要有部分影像重叠；沿航线方向称航向重叠，重叠率要求达到60或不少于53，具有这种重叠关系的两张相邻像片称立体像对；两条相邻航线间的影像重叠称旁向重叠，重叠率通常为20一30。地形起伏强烈，重叠率相应要加大。,3.航空图像空间特性,

20、（2）中心投影成像,遥感影像均经光学系统聚焦成像，透镜的成像规律和遥感器成像方式决定了遥感影像的投影性质。不同投影性质会产生不同性质的影像几何畸变。,中心投影：如图 ，地面上各地物点的投影光线（ Aa、Bb、Cc）都通过一个固定点（S），投射到投影面（Pl、P2）上形成的透视影像称中心投影，S称投影中心（透镜中心）。帧幅摄影像片即为地面的中心投影。投影中心位于投影面与地物之间时，投影面（P1）上的透视影像称负像，P1称负片（底片）；在投影中心与地物之间的投影面（P2）上的影像称正像，P2又称正片(像片）。航空摄影机主光轴与像平面的交点称像主点；过投影中心的铅垂线与像平面的交点称像底点。,3.航

21、空图像空间特性,中心投影与正射投影（地形图）的区别：,中心投影比例尺随航高变化而变化；正射投影的比例尺与高程无关。,中心投影地形起伏时像点产生位移；正射投影地形起伏时像点位不受影响。,3.航空图像空间特性,（3）水平像片比例尺 平坦地面的水平航空像片，影像比例尺处处一致，且与线段的方向及长短无关，为1mfH，航高一定，焦距越长，影像比例尺越大，地面覆盖范围越小；焦距一定，航高越大，影像比例尺越小，地面覆盖范围越大。,焦距对地面覆盖范围的 航高对地面覆盖范围的影响,3.航空图像空间特性,在地形起伏地区，由于各影像点相对航高不一致，不同高程处的地物影像比例尺不同，高差越大，相对航高差越大，比例尺差

22、别越大，只有在同一高程上的地物，影像比例尺才相同。因此，地形起伏地区的航空像片比例尺只能概略表示。航摄技术鉴定书提供的航高为航测高差仪记录的像底点的航高，用此航高计算的比例尺称主比例尺，通常以主比例尺代表像片比例尺。,3.航空图像空间特性,（4）像点位移 根据中心投影的原理，由于地形起伏，任何高于或低于基准面的地面点投影在水平像片上的像点，相对于在基准面上垂直投影的像点，都有位置移动。由中心投影造成，在地面上平面坐标相同但高程不同的点，在像片面上的像点坐标不同，这种像点位置的移动，称像点位移（投影差）。,3.航空图像空间特性,像点位移规律： （A） 投影差与向径成正比，像点距像底点愈远，投影差

23、愈大，在像底点处r=0（像点到像底点的距离）、 h=0（投影差）。 （B）投影差与高（程）差成正比，高差愈大，投影差也愈大；正起伏像点背离像底点向外移，反之负起伏像点向像底点方向位。 （C）投影差与航高成反比，即航高愈大，投影差愈小。,3.航空图像空间特性,航空像片上的特别点和线像主点（O）像底点（n）等角点（c）主纵线（v v）主横线（h0h0）等比线（hchc）,3.航空图像空间特性,像主点（O）：摄影机主光轴SO与像面交点。像底点（n）：过S点的铅垂线与像面的交点。等角点（c）：主光轴与铅垂线夹角的平分线与像面的交点。主纵线（v v）：包含主光轴与主垂线的平面（主垂面）与像面的交点。主横

24、线（h0h0）：垂直主纵线且通过像主点的直线。等比线（hchc）：通过像等交点且垂直于主纵线的直线。,3.航空图像空间特性,（5）影像分辨率 地面分辨率（6）航空像片的注记 框标：框标相连交点为像主点。 压平线：像片靠近边缘处的“井”字形细直线。 水准器：摄影瞬间像片倾斜情况。 时表：记录摄影时间。 气压计：记录摄影瞬间的气压或高程 其他注记：摄影仪器类型、出厂号、镜头焦距、摄影日期、底片编号或像片编号等。,小结,（1）遥感工作系统由哪几部分组成？（2）怎么才能构成立体像对？（3）中心投影与正射投影的差异？（4）像点位移概念及其规律？（5）影像分辨率和地面分辨率的区别在哪些地方？,4.可见光反

25、射红外图像特性,可见光反射红外：记录的是地球表面对太阳辐射能的反射辐射能。反射红外波段0.76-3.0um。 （1） 黑白全色片：对整个可见光波段的各感光乳胶层具有均匀的响应。 黑白红外片：仅对近红外波段的感光乳胶层有响应。 多用于高分辨率摄影测量中，侧重几何方面的分析。,草地与人造草皮黑白全色片,草地与人造草皮黑白彩红外,3.可见光反射红外、远红外图像特性,4.可见光反射红外图像特性,（2）天然彩色片：感光膜由三层乳胶层组成。片基依次为感红层，感绿层，感蓝层。 彩红外像片：以感红外光层代替了天然彩色胶片的感蓝光层。,小结,（1）黑白全色片与黑白红外片中自然植被和 人工植被有何不同？原因是什么

26、？（2）彩红外像片与天然彩色片中自然植被和人工植被有何不同？原因是什么？,5. 远红外图像特性,热红外遥感:记录的是地球表面的发射辐射能。 发射红外波段3.015.0um（中红外，远红外）（1）热辐射原理（2）热红外图像几何、物理特性（3）热扫描图像特点与解译,5. 远红外图像特性,（1）热辐射原理 黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射能的吸收系数恒等于1的物体。 普朗克定律：黑体辐射的的出射度与温度及波长有定量关系。 斯蒂芬-玻耳兹曼定律： Mb(T)=T4 维恩位移定律：A/T 比辐射率（发射率）：物体在一定温度，一定波长处的辐射出射度与同温度，同波长的黑体辐射出射度的比值。,5. 远

27、红外图像特性,能量守恒： 入射能吸收能反射能发射能 即1吸收率反射率透射率 遥感应用中，地面为非透明物体，因此 1吸收率反射率 （吸收后发射能量） EG,水与金属,5. 远红外图像特性,热红外波段选择： 热红外波段区间大气窗口：35um,8-14um。 地表温度为40 40度，根据维恩位移定律，地面物体在此温度区间的辐射峰值波长9.2612.43um 温度异常。如森林大火，可达600K，则发射波长维4.8um。,5. 远红外图像特性,因此，814um主要用于调查一般地物的热辐射特性，探测常温下的温度分布，目标的温度场，如地热调查，城市热岛，地质找矿，海洋油污染等。 35um主要对火灾，活火山，

28、火箭发射等高温目标的识别，监测。特别是火灾，可以识别火点，火线的形状，大小，位置，而且对隐火，残火有很强得识别能力。,5. 远红外图像特性,（2）热红外图像几何特性 投影性质多中心 地面分辨率瞬时视场角 比例尺航向比例尺、切向比例尺 （3）热红外图像物理特性 波谱分辨率 温度分辨率,5. 远红外图像特性,(4)热扫描图像特点与解译 特点:一般来说,热图像正片上的浅色调代表强辐射体,表明温度高或辐射率强.反之 影响因素:天气条件,电子仪器噪声,后处理影响(曝光,胶片质量等)容易产生假”热”现象.,5. 远红外图像特性,5. 远红外图像特性,波段时相选择:黎明前多为一天的最低温度,午间2点左右多为

29、一天最高温度.,5. 远红外图像特性,热图像解译： 首先确定正片还是负片，白天还是黑夜。 以前：定性研究地面景物间辐射温度的相对差异。习惯的把黑白图像进行密度分割，彩色编码等。 目前：在一些研究中，需要定量测定绝对温度，如环境保护和监测部门作为执法工具的定量指标，监测发电厂排出的热废水的表明温度。 注意： 由于发射率的问题，温度相同，色调不一定相同，色调相同，温度不一定相同。,小结,（1）三大定律与比辐射率的含义？（2）监测森林火灾和地表温度分别用哪几个波段区间？为什么？（3）热红外图像中地物色调特点？,6.侧视雷达特性,（1）概述 （2）基本概念 （3）雷达成像原理 （4）雷达回波强度影响因

30、素 （5）雷达图像特点,6.侧视雷达特性,（1）概述 雷达遥感（微波遥感）可分为主动和被动两种方式。被动方式与可见光和红外遥感类似，是由微波扫描辐射计接收地表目标的微波辐射。 目前多数星载雷达采用主动方式，即由遥感平台发射电磁波，然后接收辐射和散射回波信号，主要探测地物的后向散射系数和介电常数。它发射的电磁波波长一般较长，在1mm至1m之间。,6.侧视雷达特性,与可见光红外遥感相比，微波遥感起步晚，数据获取困难，实际应用不如可见光红外遥感普遍。但其具有全天时，全天候，穿透性以及对地表粗造度，介电性质的敏感性，多波段多极化的散射特征。,6.侧视雷达特性,（2）基本概念,自然表面的后向散射可描述为

31、面元模型和点散射模型的叠加。 A.表面散射 光滑表面与粗造表面，在面元模型中，粗造度非常重要。 表明小尺度的几何形状可用统计学的高度标准差和表明相关长度表示。,6.侧视雷达特性,B.体散射 介质内部产生的散射，为经多路径散射后所产生的总有效散射。,6.侧视雷达特性,（3）散射截面 散射波的全功率与入射功率密度之比。 后向散射截面指入射方向的散射截面。 散射系数：单位面积上雷达的反射率。,6.侧视雷达特性,（3）雷达成像原理,机载侧视雷达,6.侧视雷达特性,（4）雷达回波强度影响因素 雷达回波强度与后向散射系数直接相关。 后向散射系数与雷达遥感系统参数（波 长，俯角，极化方式等）及地表特性（复介

32、电常数，坡度，表面粗造度，不均匀介质中的体散射系数等）有关。,6.侧视雷达特性,（5）雷达图像特点,6.侧视雷达特性,（1）高空间分辨率 A:距离分辨率。脉冲宽度（持续时间）决定脉冲分辨相邻目标能力。P=(C*t)/2cos,6.侧视雷达特性,B:方位分辨率。要求两个目标之间距离大于一个波束。P=*R/DR:雷达至目标距离D：孔径,6.侧视雷达特性,(2)穿透能力 雷达信号的穿透深度与地物（介质）的介电常数成反比，与雷达波长成正比。 潮湿的岩石，土壤等介电常数大。 松散沉积物（砂，砾石）介电常数小。,6.侧视雷达特性,（3）立体效应 有地形起伏时，背向雷达 的斜坡往往照不到， 产生阴影。,小结

33、,（1）散射截面的含义？（2）雷达回波的影响因素有哪些？ （3）雷达图像的特点有哪三个方面？,7.资源卫星图像特性,（1）专题制图仪（TM）图像波谱分辨率Landsat-1、2、3：MSS4、5、6、779米，MSS8240米；Landsat-4、5、6、7：TM1、2、3、4、5、730米，TM6120米。Landsat-7 ：TM1、2、3、4、5、730米， TM660米，TM815米,7.资源卫星图像特性,LANDSAT 7 相关参数,7.资源卫星图像特性,LANDSAT ETM 7 产品 原始数据产品（Level 1）：原始数据产品是卫星下行数据经过格式化同步、按景分幅、格式重整等处

34、理后得到的产品，产品格式为HDF格式，其中包含用于辐射校正和几何校正处理所需的所有参数文件。原始数据产品可以在各个地面站之间进行交换并处理。 系统几何校正产品（Level 2）：系统几何校正产品是指经过辐射校正和系统级几何校正处理的产品，其地理定位精度误差为250米，一般可以达到150米以内。如果用确定的星历数据代替卫星下行数据中的星历数据来进行几何校正处理，其地理定位精度将大大提高。几何校正产品的格式可以是FASTL7A格式、HDF格式或GeoTIFF格式。,7.资源卫星图像特性,几何精校正产品（Level 3）：几何精校正产品是采用地面控制点对几何校正模型进行修正，从而大大提高产品的几何精

35、度，其地理定位精度可达一个象元以内，即30米。产品格式可以是FASTL7A格式、HDF格式或GeoTIFF格式。 高程校正产品（Level 4）：高程校正产品是采用地面控制点和数字高程模型对几何校正模型进行修正，进一步消除高程的影响。产品格式可以是FASTL7A格式、HDF格式或GeoTIFF格式。要生成高程校正产品，要求用户提供数字高程模型数据。,7.资源卫星图像特性,（2）SPOT 5 图像,7.资源卫星图像特性,SPOT 5 产品 1）HRG高分辨率几何成像仪（High Resolution Geometric Imaging Instrument) SPOT 14号卫星成像传感器的空间

36、分辨率指标是一致的，全色波段分辨率为 10m, 多光谱分辨率为20m。而SPOT5 HRG成像仪则可提供多达四种不同分辨率20m，10m，5m，和2.5m。,7.资源卫星图像特性,5m分辨率的全色波段 (0.49-0.69 m) ； 10m分 辨率的多光谱（绿：0.50- 0.59m; 红：0.61-0.68m; 近红外：0.79-0.89m)传感器为6000个 像元； 20m分辨率的短波红外波段（1.58-1.75m)传感器为3000个像元。这些波段基本覆盖了沙土，水体，植被，冰雪等主要地物特征的响应峰值。,7.资源卫星图像特性,（3）CBERS-1 中巴资源卫星,7.资源卫星图像特性,7.

37、资源卫星图像特性,（4）QUICKBIRD,小结,（1）TM/ETM波段范围设置及其分辨率？（2）SPOT波段范围设置及其分辨率？（3）QUICKBIRD波段范围设置及其分辨率？,第四节 遥感信息提取,第四节 遥感信息提取,信息与数据的区别？ 遥感信息实质是能量信息，具体指地物的电磁辐射能量及其结构特征与时空状态。 遥感信息虽然包含地物信息，但也有其它干扰信息，因此要提取地物信息必须剔除干扰信息，也就是一个信息提取的过程。,第四节 遥感信息提取,遥感地质学中，将表征地质及地质现象遥感信息的影像特征，称为地质解译标志。 将提取遥感地质信息的过程称为地质解译，遥感地质信息提取的种种手段，称地质解译

38、方法。 目前常用的方法有： （1）目视解译 （2）光学处理 （3）数字处理,1.遥感图像的目视解译,1. 遥感图像的立体观察原理 A：单眼观察 B：双眼观察 C：人工模拟 a: 观察像必须是从相邻两个同高度摄影基站用相同摄影机拍摄的一对互有重叠的相片，即立体像对。 b: 观察时，两张相片应按摄影时的相对位置安放。 c: 观察时，应严格做到左眼看左片，右眼看右片。 正立体效应，反立体效应，零立体效应,1.遥感图像的目视解译,2. 遥感图像地质解译标志 A：直接解译标志 色调/颜色 形状 纹理 图型 位置 阴影 大小,1.遥感图像的目视解译,B：间接解译标志： 地貌 水系 植被 水文 土壤 人类活

39、动遗迹,地貌,（1）宏观地貌分析 A:山地的形态和规模：主要受区域地质构造控制。 B:山体组合格局：主干山脊的排列方式，如平行状、放射状等，都反映了区域构造的总体格局。（2）微地貌分析 A:单个山体的形态。 B:微地貌特征：岩性变化或构造现象的反映。,植被,（1）植被与岩性的关系（2）植被与地质构造的关系（3）植被与矿产的关系,水文,地下水溢出带、基岩和松散沉积物的含水性等，常常反映一定的岩性和地质构造特征，在干旱半干旱区，不同岩性、构造往往通过含水性表现出来。,1.遥感图像的目视解译,土壤,基岩风化后的松散残积物的颜色、成分等与基岩相关，因此根据土壤可推断岩性等。,人类活动遗迹,人类活动留下

40、的痕迹，许多与地质相关，如采矿遗迹，采石场等。,1.遥感图像的目视解译,1.遥感图像的目视解译,3. 地质解译具有局限性和可变性 一种地质体的解译标志仅在自然地理条件基本一致的区域内适应，即解译具有局限性。 同种地质体，在同一地区内，当其出露面积，所处构造地位，岩层产状，覆盖程度发生明显变化时，微地貌特征，色调，纹形图案等也要发生变化，即解译具有可变性。,1.遥感图像的目视解译,4. 解译方法 A：直接判别法 适用于地质体直接出露于地表 B：对比法 a: 遥感影像与地质体对比 b: 与已经工作过的邻区图像对比 c: 与前人资料对比 C：逻辑推理法 运用各种间接标志进行判译,1.遥感图像的目视解

41、译,5. 解译原则 A：综合原则 B：宏观原则 C：先易后难先已知后未知；先清楚后模糊；先山地后平原；先构造后岩性，先锻炼后褶皱，先线形构造后环形构造；先岩浆岩，后沉积岩变质岩；先显露后隐伏。,2. 遥感图像数字处理,一.数字图像基础二数字图像处理内容 1.图像校正 2.增强处理 3.图像融合 4.图像镶嵌 5.图像分类,一.数字图像基础,数字图像概念：指能够被计算机存储、处理和使用的图像 。“离散化”、二维矩阵是数字图像的特点，每个像元的取值是图像连续变化的灰度的离散整数值。,一.数字图像基础,一.数字图像基础,图像直方图：,用平面直角坐标系表示一幅灰度范围为0-n（0-255）的数字图像像

42、元灰度分布状态，横轴表示灰度级，纵轴表示某一灰度级（或范围）的像元个数占像元总数的百分比。 通过灰度直方图可以直观地了解图像特征，以确定图像增强方案并了解图像增强后的效果,一.数字图像基础,不同反差特征的图像,图像直方图效果,一.数字图像基础,反差增强,直方图拉伸处理,一.数字图像基础,遥感图像处理系统组成,计算机（主机）图像输入输出设备磁带机、数字化器等；打印机、绘图仪、激光图像记录仪专用处理设备图像计算机、阵列处理机外存设备磁盘、磁带、光盘显示器软件部分系统软件、应用软件（图像处理软件）,一.数字图像基础,1.图像校正：包括辐射校正、几何校正。2.增强处理：增强图像中的有用信息，利于识别分

43、析。 包括彩色增强、直方图增强、图像运算、邻域增强、频率域增强等。3.图像变换：消除干扰和滤掉噪声，提高图像质量。4.图像镶嵌和融合5.信息提取：图像分类（监督分类、非监督分类、神经网络分类、模糊分类）、空间信息提取、光谱信息提取。,二.数字图像处理的主要内容,（1）辐射校正（理解）,由于传感器响应特性和大气的吸收、散射及其它随机因素影响，导致图像模糊失真，造成图像分辨率和对比度相对下降。这些都需要通过辐射校正复原。包括：系统辐射校正、大气校正,1.图像校正,系统辐射校正,光学摄影机内部辐射误差校正镜头中心和边缘透射光的强度不一致，造成图像上不同位置的同一类地物有不同的灰度值。光电扫描仪内部辐

44、射误差校正A）光电转换误差；B）探测器增益变化引起的误差,1.图像校正,大气校正,概念：消除主要由大气散射、吸收引起的辐射误差的处理过程。何时需要进行大气校正？定量信息提取；不同时相间的定量比较；不同波段间的运算；,1.图像校正,大气校正方法,A:公式法（较准确）； B:回归分析法； C:直方图校正法；,1.图像校正,A:公式法,与卫星扫描同步进行野外光谱测量，将地面测量结果与卫星影象对应像元亮度值进行回归分析. 回归方程为：Ri = a+bCi Ri 为地面反射率 Ci灰度值,1.图像校正,B:回归分析法,原理：大气散射主要影响短波部分，波长较长的波段几乎不受影响，因此可用其校正其它波段数据

45、。方法：在不受大气影响的波段（如TM5或7）和待校正的某一波段图像中，选择一系列目标，将每个目标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行回归分析，建立线性回归方程。,Y：待校正波段的图像亮度值X：不受大气影响波段的图像亮度值,1.图像校正,回归法分析法,1.图像校正,C:直方图校正方法：从图像象元亮度值中减去一个辐射偏置量，辐射偏置量等于图像直方图中最小的亮度值；前提（假设）：水体（或阴影）等物体的灰度值为0，大气散射导致图像上这些物体的灰度值不为0（辐射偏置量）；,1.图像校正,（2）几何校正 遥感图像几何畸变来源（了解） 内部误差：由于传感器自身的性能、结构等因素造成； 外部误差：传感器以外的

46、个因素造成，如地球曲率、地形起伏、地球旋转等 传感器成像几何形态影响 传感器外方位元素变化畸变 地球自转的影响 地球曲率的影响 其它,1.图像校正,遥感图像几何校正的原理,包括光学校正和数字纠正数字纠正：通过计算机对图像每个象元逐个地解析纠正处理，可以较精确改正线性和非线性变形误差。包括两个方面（基本环节）：（1）象元坐标变换；（2）象元灰度值重新计算（重采样）。,1.图像校正,遥感图像几何校正的原理,1.图像校正,数字图像几何纠正的主要处理过程,A：准备工作：图像、地图、大地测量资料、平台轨道参数、传感器参数、控制点的选择；（具体内容可选） B： 纠正变换函数建立：输入和输出图像间的坐标变换

47、关系；如多项式法、共线方程法等,1.图像校正,C：确定纠正后图像的边界范围,纠正后图像和原始图像的形状、大小、方向都不一样。所以在纠正过程的实施之前，必须首先确定新图像的大小范围。,1.图像校正,D：坐标变换,确定原始图像和纠正后图像间的坐标变换关系（x， y）（u， v）（u行数， v列数， 均为整数）有两种方案： 直接纠正方案：从原始图像阵列出发，依次对 其中每一个象元P（x，y）分别计算其在输出（纠正后）图像的坐标P（X，Y），并计算P（X，Y）的灰度值; 间接纠正方案：从空白图像阵列出发，依次计算每个象元P（X，Y）在原始图像中的位置P（x，y），然后把该点的灰度只依次计算后返送给P（

48、X，Y）. 二者间并无本质差别，互为逆变换,1.图像校正,D：坐标变换,1.图像校正,E：图像灰度值的重采样,几何校正过程中，由于校正前后图像的像元大小可能变化、象元点位置的相对变化等，不能简单用原图像象元灰度值代替输出象元灰度值。对应的坐标值可能不是整数因此，需要插值（重采样）三种插值方法：最邻近法、双线性法、三次卷积法,1.图像校正,E：图像灰度值的重采样示意图,1.图像校正,a：最邻近法（nearest neighbor）,用距离投影点（采样点）最近象元灰度值代替输出象元灰度值,1.图像校正,原理示意图,优点：1 保留大量原始灰度值，没有经过平滑处理，对于区分植被类型、识别线性特征等有重

49、要意义2 简易、省时3 分类前使用4 适合于专题文件,缺点：1 锯齿状、不平滑2 某些值重复、某些值丢失3 对线性地物，可能出现不连续,1.图像校正,原始图像,纠正后图像（最邻近插值）,最邻近法纠正效果,1.图像校正,b:双线性（bilinear）,优点1 较平滑，没有锯齿状2 与最邻近法相比，空间信息更准确些3 常用于改变象元大小时，如数据融合,缺点：象元值被平均化，某些地物边缘更平滑，某些极值可能丢失,1.图像校正,双线性插值效果,原始图像,纠正（双线性插值）,1.图像校正,c:三次卷积法（cubic convolution）,取与投影点邻近的16个象元灰度值（4*4） ，计算输出象元的灰

50、度值,优点：1 与其它重采样方法相比，均值和标准偏差与原始象元的相一致2 改变象元大小时使用（改变幅度更大时）TM/航片3 可以锐化图像、平滑噪声，实际的效应与数据有关,缺点：1 数据的值可能被改变2 计算费时,1.图像校正,原始图像,几何纠正（三次卷积）,三次卷积法处理效果,1.图像校正,数字图像几何纠正中控制点的选择,地面控制点（GCP，Ground Control Point）：一些特定的象元，其地图坐标为已知。地面控制点特点：人工地物 线性地物交叉点不易随时间变化的目标分布：较均匀分布与图像范围内，保证足够数量,1.图像校正,控制点的选择时的注意问题,多项式纠正法的精度与地面控制点（G