人教版遥感信息的获取和处理课件.ppt
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1、遥感信息的获取和处理,本章主要内容第一节 遥感平台第二节 卫星运行轨道第三节 传感器及其工作原理第四节 主要卫星系统,1,遥感信息的获取和处理本章主要内容1,第一节 遥感平台,一、航空遥感平台 大气层中运行的遥感平台。低于30km(对流层、平流层)。包括低、中、高空飞机,以及飞艇、气球等。低空,2000m以下中空,2000m6000m高空,6000m以上,12000m30000m,2,第一节 遥感平台一、航空遥感平台2,第一节 遥感平台,特点主要通过摄影、扫描方式;机动性;(时间、区域)灵活性;(高度、速度、片种)高分辨率;维修方便。,3,第一节 遥感平台特点3,第一节 遥感平台,二 航天遥感
2、平台大气层外(太空)运行的平台。主要类型高空探测火箭遥感卫星宇宙飞船(双子星座系列、阿波罗系列、天空实验室、礼炮号轨道站、和平号空间站等)航天飞机,4,第一节 遥感平台二 航天遥感平台4,第一节 遥感平台,特点:用扫描的方式获取地面影像(除了美航天飞机可摄影方式获得);宏观综合动态快速不受自然、人为因素约束等。,5,第一节 遥感平台特点:5,第一节 遥感平台,三 地面遥感平台300m以下,近距离测量地物的波谱信息。包括车、船、塔等,高度均在050 m的范围内。,6,第一节 遥感平台三 地面遥感平台6,第一节 遥感平台,总结航空遥感优点:空间分辨率高,可表现细部特征;缺点:时间分辨率低。航天遥感
3、:优点:覆盖面积较大,现势性好;缺点:发射成本高,但一旦运行,总价低。,7,第一节 遥感平台总结7,大家有疑问的,可以询问和交流,可以互相讨论下,但要小声点,8,大家有疑问的,可以询问和交流可以互相讨论下,但要小声点8,9,9,第二节 卫星运行轨道,本节主要内容:一 开普勒定律二 卫星轨道参数三 卫星轨道类型四 卫星姿态,10,第二节 卫星运行轨道本节主要内容:10,第二节 卫星运行轨道,一、开普勒定律开普勒第一定律:所有行星轨道均为一椭圆,太阳位于椭圆的二焦点之一上。卫星轨道也为一椭圆(圆形轨道只是椭圆轨道的一个特例)。这时位于椭圆两焦点之一的是地球。轨道离地最近的点叫近地点,反之为远地点。
4、开普勒第二定律:行星的向径(行星至太阳的连线)在相等的时间内扫过相等的面积。卫星的向径(卫星至地心的连线)也遵循这一规律。也就是说,卫星在离地近的地方经过时速度要快些,在离地远的地方运行的速度要慢些。,11,第二节 卫星运行轨道一、开普勒定律11,第二节 卫星运行轨道,12,第二节 卫星运行轨道12,第二节 卫星运行轨道,开普勒第三定律:行星公转的周期的平方与它的轨道平均半径的立方成正比。同样卫星绕地球的运行周期的平方与其轨道的平均半径的立方成正比。C 开普勒常数C=2.757310-8min2/km3,13,第二节 卫星运行轨道开普勒第三定律:行星公转的周期的平方与它,第二节 卫星运行轨道,
5、二 卫星轨道参数(1)轨道的长半径a 卫星轨道远地点到椭圆轨道中心的距离(2)轨道的形状 决定于轨道的偏心率(扁率)e和a e(a-b)/a b为短半径 当e 0时,轨道近似圆形;当e 1时,轨道呈长椭圆形(探空)。,14,第二节 卫星运行轨道二 卫星轨道参数14,第二节 卫星运行轨道,卫星的空间轨道,15,第二节 卫星运行轨道卫星的空间轨道15,第二节 卫星运行轨道,(3)轨道面倾角 轨道面与赤道面两面的夹角为轨道面倾角i。当卫星绕地球自西向东方向移动时,轨道面倾角在090之间,;反之在90180之间变动。当倾角为0时,卫星绕赤道运行;当倾角为90时,轨道面与赤道面垂直,即极轨卫星。,16,
6、第二节 卫星运行轨道(3)轨道面倾角16,第二节 卫星运行轨道,(4)升交点赤径升交点的地球向径与春分点向径之间的夹角星下点卫星与地心的连线与地面的交点星下点轨迹同一轨道星下点的连线升交点卫星由南向北运行时,卫星轨道与赤道面的交点;降交点卫星由北向南运行时,卫星轨道与赤道面的交点;若轨道面倾角小于90,由于地球自转,且卫星运转方向与地球自转一致,则升交点西退,降交点东进;若轨道面倾角大于90,则反之。,17,第二节 卫星运行轨道(4)升交点赤径升交点的地球向径与,第二节 卫星运行轨道,(5)近地点角距升交点向径与轨道近地点向径之间的夹角。当0时,升交点即为近地点的星下点;当180时,升交点即为
7、远地点的星下点。(6)卫星过近地点时间t、t、i决定了卫星轨道面与赤道面的相对位置。,18,第二节 卫星运行轨道(5)近地点角距升交点向径与轨道近,第二节 卫星运行轨道,(7)其它参数卫星速度V V=G万有引力常数,M地球质量,R地球平均半径,H卫星平均离地高度。星下点的平均速度(地速)VN=V 卫星高度H H=R 如地球同步静止卫星的运行周期与地球自转周期一致,代入上式则得出卫星的平均高度为35860km,19,第二节 卫星运行轨道(7)其它参数19,第二节 卫星运行轨道,卫星运行周期T T=如高度905km的卫星,其运行周期为103.267min,20,第二节 卫星运行轨道卫星运行周期T2
8、0,第二节 卫星运行轨道,同一天相邻轨道间在赤道处的距离L L=2 RaRa为地球长轴半径如陆地卫星1号 L=2873.956km,再减去卫星每天修正0.9863,则L=2865.918km每天卫星绕地圈数n n=重复周期D,21,第二节 卫星运行轨道同一天相邻轨道间在赤道处的距离L21,第二节 卫星运行轨道,三 卫星轨道类型A.(近)极地、(近)圆形、太阳同步轨道陆地卫星的轨道设计为与太阳同步的近极地圆形轨道,以确保北半球中纬度地区获得中等太阳高度角(25一30)的上午成像,而且卫星以同一地方时、同一方向通过同一地点,保证遥感观测条件的一致,利于图像的对比,22,第二节 卫星运行轨道三 卫星
9、轨道类型22,第二节 卫星运行轨道,陆地卫星运行轨道,23,第二节 卫星运行轨道陆地卫星运行轨道23,第二节 卫星运行轨道,24,第二节 卫星运行轨道24,第二节 卫星运行轨道,第一天典型的陆地卫星地面轨迹,25,第二节 卫星运行轨道第一天典型的陆地卫星地面轨迹25,第二节 卫星运行轨道,18天的轨迹分布,26,第二节 卫星运行轨道18天的轨迹分布26,第二节 卫星运行轨道,三 卫星轨道类型B,圆形、地球同步轨道C,倾斜轨道,27,第二节 卫星运行轨道三 卫星轨道类型27,第二节 卫星运行轨道,四 卫星姿态,28,第二节 卫星运行轨道四 卫星姿态28,第二节 卫星运行轨道,X,Y,Z三轴定向X
10、轴沿轨道前进的切线方向,绕X轴旋转滚动,控制滚动使Y轴尽量与地心铅垂线一致,使图象中心点C和象底点N重合,不致引起图象变形Y轴垂直轨道面的方向,绕Y轴旋转的姿态角俯仰,卫星绕地球一周时可以认为Y轴无转动,以保持扫描宽度稳定。在陆地卫星太阳同步轨道中,Y轴一年向东旋转360,以保持太阳高度角一致,29,第二节 卫星运行轨道X,Y,Z三轴定向29,第二节 卫星运行轨道,X,Y,Z三轴定向Z轴垂直于XY平面的,绕Z轴旋转的姿态角航偏。卫星绕地球运行时,Z轴必须自转,其自转方向与卫星运转方向相同,自转周期等于卫星绕地球运转周期。如卫星在Z轴方向不能精确定向,观察台有可能全部对准太空方向。,30,第二节
11、 卫星运行轨道X,Y,Z三轴定向30,第二节 卫星运行轨道,卫星轨道与太阳角关系,31,第二节 卫星运行轨道卫星轨道与太阳角关系31,第三节 传感器及其工作原理,本节主要内容:一 摄影类型传感器二 扫描类型传感器三 微波成像类型传感器,32,第三节 传感器及其工作原理本节主要内容:32,第三节 传感器及其工作原理,收集器,探测器,处理器,输出器,33,第三节 传感器及其工作原理 辐射信息 收集器 探测器,第三节 传感器及其工作原理,1.收集器:收集地物辐射来的能量。具体的元件如透镜组、反射镜组、天线等。2探测器:将收集的辐射能转变成化学能或电能。具体的元器件如感光胶片、光电管、光敏和热敏探测元
12、件、共振腔谐振器等。3处理器:对收集的信号进行处理。如显影、定影、信号放大、变换、校正和编码等。具体的处理器类型有摄影处理装置和电子处理装置。4输出器:输出获取的数据。输出器类型有扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁 带记录仪、XY彩色喷笔记录仪等等。,34,第三节 传感器及其工作原理1.收集器:收集地物辐射来的能量,第三节 传感器及其工作原理,一 摄影类型传感器画幅式摄影机 缝隙摄影机 全景摄影机 多光谱摄影机,35,第三节 传感器及其工作原理一 摄影类型传感器35,第三节 传感器及其工作原理,画幅式摄影机主要由收集器物镜和探测器感光胶片组成,另外还需有暗盒、快门、光栏、机械传动装置等。曝
13、光后的底片上只有一个潜像,须经摄影处理后才能显示出影像来。,36,第三节 传感器及其工作原理画幅式摄影机36,第三节 传感器及其工作原理,常用航空摄影机RC10(WILD)象幅:2323cm,焦距:88、152、304mm 分辨率:70线对/mm 最大畸变差:10、3、4mRMK A15/23 象幅:2323cm,焦距:152mm 最大畸变差:5 m 暗盒容量:120m,37,第三节 传感器及其工作原理常用航空摄影机37,第三节 传感器及其工作原理,航天摄影机RMKA3023空间画幅式摄影机 焦距为305.128mm,像幅为2323cm,标称卫星高度为250km,影像比例尺为1:820000,
14、每幅影像相应地面的范围为189189km。物镜最大畸变差为6m。分辨力为39线对mm。每46s或812s曝一次光。摄影机姿态控制在土0.5以内。可摄取到纵向重叠为60一80的立体像对。利用这种像片可测绘1:50000和1:100000比例尺的地形图和影像图。,38,第三节 传感器及其工作原理航天摄影机38,第三节 传感器及其工作原理,航天摄影机美国在SIS4lG次航天飞机飞行中,使用大像幅摄影机对地面进行摄影。整个摄影机系统由一个对地摄影机和一个恒星摄影机组成。对地摄影机的焦距为30.5cm,分辨力为80线对mm,像幅为2346cm,航高为225km处时,影像比例尺为1:738000,像幅在地
15、面上的尺寸为170km340km。设置恒星摄影机的目的是为了测定对地摄影机摄影时的姿态角,测定的精度可达土5”。航天飞机姿态的控制精度也在0.5以内。,39,第三节 传感器及其工作原理航天摄影机39,第三节 传感器及其工作原理,航空摄影机基本构造,40,第三节 传感器及其工作原理航空摄影机基本构造40,第三节 传感器及其工作原理,大像幅摄影机LFC构造,41,第三节 传感器及其工作原理大像幅摄影机LFC构造41,第三节 传感器及其工作原理,缝隙摄影机 缝隙摄影机又称航带摄影机。在飞机或卫星上,摄影瞬间所获取的影像,是与航向垂直,且与缝隙等宽的一条地面影像。在摄影机焦面前方放置一开缝的挡板,将缝
16、隙外的影像全挡去。当飞机或卫星向前飞行时,摄影机焦平面上与飞行方向成垂直的狭缝中的影像,也连续变化。如果摄影机内的胶片也不断地进行卷绕,且其速度与地面在缝隙中的影像移动速度相同,就能得到连续的条带状的航带摄影负片。,42,第三节 传感器及其工作原理 缝隙摄影机42,第三节 传感器及其工作原理,43,第三节 传感器及其工作原理43,第三节 传感器及其工作原理,全景摄影机在物镜焦面上平行于飞行方向设置一狭缝,并随物镜作垂直航线方向扫描,得到一幅扫描成的影像图,因此又称扫描像机,又由于物镜摆动的幅面很大,能将航线两边的地平线内的影像都摄入底片。,44,第三节 传感器及其工作原理全景摄影机44,第三节
17、 传感器及其工作原理,45,第三节 传感器及其工作原理45,第三节 传感器及其工作原理,多光谱摄影机多光谱摄影机对同一地区,在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机。采用多光谱摄影的目的,是充分利用地物在不同光谱区,有不同的反射特征,来增加获取目标的信息量,以便提高影像的判读和识别能力 包括:多镜头型多光谱摄影机单镜头分光束多光谱摄影机,46,第三节 传感器及其工作原理多光谱摄影机46,第三节 传感器及其工作原理,多镜头型多光谱摄影机 多镜头型多光谱摄影机,是由多个物镜构成的摄影机。有时直接将多个单镜头摄影机组合在一起构成多光谱摄影机。这种摄影机要实现多光谱摄影,还必须选配相应的滤光片与不同光谱感光
18、特性的胶片组合,使各镜头在底片上成像的光谱,限制在规定的各自的波区内。,47,第三节 传感器及其工作原理多镜头型多光谱摄影机47,第三节 传感器及其工作原理,利用这种型式的多光谱摄影机摄影时,还必须做到以下几点:(1)快门的同步性要好;(2)各物镜的光轴必须严格平行;(3)由于不同波长的光,聚焦后的实际焦面位置不同,须校正像机使各承像面在成像最清晰的位置上。(4)由于不同波区的光照度不同,再加上胶片的光谱感光度不同,因此各波段的最佳光谱曝光时间须经试验后确定。,48,第三节 传感器及其工作原理利用这种型式的多光谱摄影机摄影时,,第三节 传感器及其工作原理,国产DGP-1型四镜头多光谱航空相机焦
19、距:100mm;相对孔径:1:45光圈范围:1/31/16;快门速度:1/50,1/100,1/200胶片宽度:70mm;象幅尺寸:5757mm;分辨率:中心约4550线对/毫米,边缘35线对/毫米重叠率:60%,30%;摄影周期:最小3秒波段数:4个 1)蓝光波段:0.40.5m 2)绿光波段:0.50.6m 3)红光波段:0.60.7m 4)近红外波段:0.70.9m,49,第三节 传感器及其工作原理国产DGP-1型四镜头多光谱航空相,第三节 传感器及其工作原理,多光谱摄影的实现腾冲多光谱摄影胶片滤光片组合情况,50,第三节 传感器及其工作原理多光谱摄影的实现50,第三节 传感器及其工作原
20、理,51,第三节 传感器及其工作原理51,第三节 传感器及其工作原理,太原市区彩红外航片 多光谱假彩色合成航片,52,第三节 传感器及其工作原理太原市区彩红外航片,第三节 传感器及其工作原理,单镜头分光束多光谱摄影机一种是在物镜后面加进一些分光装置,使光束分离,53,第三节 传感器及其工作原理单镜头分光束多光谱摄影机53,第三节 传感器及其工作原理,单镜头分光束多光谱摄影机另一种方法是利用响应不同波段的多感光层胶片进行多光谱摄影。胶片经摄影处理后,得到的是一张合成了的多光谱像片。这就是彩色摄影和红外彩色摄影。,54,第三节 传感器及其工作原理单镜头分光束多光谱摄影机54,第三节 传感器及其工作
21、原理,二 扫描类型传感器扫描成像类型的传感器是逐点逐行地以时序方式获取二维图像,有两种主要的形式,一是对物面扫描的成像仪,它的特点是对地面直接扫描成像,这类仪器如红外扫描仪、多光谱扫描仪、成像光谱仪、自旋和步进式成像仪及多频段频谱仪等;二是瞬间在像面上先形成一条线图像,甚至是一幅二维影像,然后对影像进行扫描成像,这类仪器有线阵列CCD推扫式成像仪,电视摄像机等。,55,第三节 传感器及其工作原理二 扫描类型传感器55,第三节 传感器及其工作原理,对物面扫描的成像仪1,红外扫描仪 结构一个旋转扫描镜,一个反射镜系统,一个探测器,一个制冷设备,一个电子处理装置和一个输出装置。,56,第三节 传感器
22、及其工作原理对物面扫描的成像仪56,第三节 传感器及其工作原理,57,第三节 传感器及其工作原理57,第三节 传感器及其工作原理,探测器的排列形式,58,第三节 传感器及其工作原理探测器的排列形式58,第三节 传感器及其工作原理,2,MSS多光谱扫描仪 陆地卫星上的MSS(Multispectral Scanner)多光谱扫描仪的结构。,59,第三节 传感器及其工作原理 2,MSS多光谱扫描仪 59,第三节 传感器及其工作原理,60,第三节 传感器及其工作原理60,第三节 传感器及其工作原理,61,第三节 传感器及其工作原理61,第三节 传感器及其工作原理,3,TM专题制图仪 Landsat4
23、5上的TM(Thematic Mapper)是一个高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器,与多波段扫描仪MSS的性能相比,它具有更高的空间分辨力,更好的频谱选择性,更好的几何保真度,更高的辐射准确度和分辨力。,62,第三节 传感器及其工作原理3,TM专题制图仪62,第三节 传感器及其工作原理,TM截面视图,63,第三节 传感器及其工作原理TM截面视图63,第三节 传感器及其工作原理,TM专题制图仪光学系统,64,第三节 传感器及其工作原理TM专题制图仪光学系统64,第三节 传感器及其工作原理,对像面扫描的成像仪1、HRV线阵列推扫式扫措仪 法国SPOT卫星上装载的HRV(High Reso1ut
24、ion Visible Range Instrument)是一种线阵列推扫式扫描仪。仪器中有一个平面反射镜,将地面辐射来的电磁波反射到反射镜组,然后聚焦在CCD线阵列元件上,CCD的输出端以一路时序视频信号输出。由于使用线阵列的CCD元件作探测器,在瞬间能同时得到垂直航线的一条图像线,不需要用摆动的扫描镜,像缝隙摄影机那样,以“推扫”方式获取沿轨道的连续图像条带。,65,第三节 传感器及其工作原理对像面扫描的成像仪1、HRV线阵,第三节 传感器及其工作原理,HRV扫描仪结构原理图,66,第三节 传感器及其工作原理HRV扫描仪结构原理图66,第三节 传感器及其工作原理,CCD(Charge Co
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