1、Fundamentals of Remote Sensing 第六讲第六讲 遥感图像及分辨率特性遥感图像及分辨率特性主要内容：主要内容： 一、遥感图像的概念一、遥感图像的概念 二、遥感图像的类型二、遥感图像的类型 三、遥感图像的空间分辨率三、遥感图像的空间分辨率 四、遥感图像的光谱分辨率四、遥感图像的光谱分辨率 五、遥感图像的辐射分辨率五、遥感图像的辐射分辨率 六、遥感图像的时相分辨率六、遥感图像的时相分辨率一、遥感图像的概念遥感图像：遥感图像：利用遥感手段获取的各种图像的总称。利用遥感手段获取的各种图像的总称。遥感技术的流程遥感技术的流程（遥感图像包括：原始图像和处理图像。后面多数概念是针对
2、原始图像的）（遥感图像包括：原始图像和处理图像。后面多数概念是针对原始图像的）遥感数据获取遥感数据获取原始遥感数据原始遥感数据处理结果处理结果( (应用应用) )遥感信息处理遥感信息处理遥感图像的表现形式成像类传感器的输出成果主要有：成像类传感器的输出成果主要有： 模拟图像：模拟图像：胶片形式的图像。胶片形式的图像。 也称也称“硬拷贝图像硬拷贝图像”。 数字图像：数字图像：数字形式的图像。数字形式的图像。 也称也称“软拷贝图像软拷贝图像”。 模拟图像、数字图像是可以相互转化的，在以模拟图像、数字图像是可以相互转化的，在以后的讲课中不再区分。后的讲课中不再区分。二、遥感图像的类型 以下几种因素决
3、定了原始遥感图像的类型：以下几种因素决定了原始遥感图像的类型： 1 1、应用目的（多样化）、应用目的（多样化） 在确保应用目标的前提下，用最经济的方在确保应用目标的前提下，用最经济的方 法获取应用所需的图像。法获取应用所需的图像。 2 2、获取手段（各不相同）、获取手段（各不相同） 航空遥感？卫星遥感？航空遥感？卫星遥感？ 用何种类型的传感器成像？用何种类型的传感器成像？按光谱类型对遥感图像进行分类 黑白图像：黑白图像：只有亮度差别，无色彩差别。只有亮度差别，无色彩差别。 全色图像：全色图像：黑白图像的一种，记录了所能探测到黑白图像的一种，记录了所能探测到的景物所有电磁波信息（一般包括可见光和
4、部分近红的景物所有电磁波信息（一般包括可见光和部分近红外）的黑白图像。外）的黑白图像。 彩色图像：彩色图像：具有色调、饱和度和亮度等色彩信息。具有色调、饱和度和亮度等色彩信息。彩色图像一般分为：真彩色图像、假彩色图像。彩色图像一般分为：真彩色图像、假彩色图像。 真彩色图像（自然彩色图像）：真彩色图像（自然彩色图像）：图像颜色与对应图像颜色与对应地物颜色基本一致。优点：影像和景物的颜色具有一地物颜色基本一致。优点：影像和景物的颜色具有一致性，便于目视判读和识别。致性，便于目视判读和识别。 假彩色图像：假彩色图像：图像颜色与实际地物颜色不一致。图像颜色与实际地物颜色不一致。按光谱类型对遥感图像进行
5、分类黑白图像真彩色图像假彩色图像提问：提问：为什么要有假彩色图像？为什么要有假彩色图像？ （突出感兴趣目标，提高判读和识别效果）（突出感兴趣目标，提高判读和识别效果） 按光谱类型对遥感图像进行分类 多光谱图像：多光谱图像：对同一地面区域进行摄影时，分波对同一地面区域进行摄影时，分波段记录地面景物反射来的电磁波信息，形成的一组多段记录地面景物反射来的电磁波信息，形成的一组多波段黑白图像。波段黑白图像。 不同波段图像在几何上是完全配准的，但记录的不同波段图像在几何上是完全配准的，但记录的是景物在不同波段范围内的电磁波信息。是景物在不同波段范围内的电磁波信息。 多光谱成像目的：是充分利用地物在不同光
6、谱区多光谱成像目的：是充分利用地物在不同光谱区有不同的反射特征，来增加探测对象的信息量，以便有不同的反射特征，来增加探测对象的信息量，以便提高影像的判读和识别能力。提高影像的判读和识别能力。按光谱类型对遥感图像进行分类RGBRGB合成图像合成图像G G波段波段R R波段波段IRIR波段波段SPOT SPOT 全色影像：全色影像：0.51 - 0.73 (blue-green-red)0.51 - 0.73 (blue-green-red)SPOT SPOT 多光谱影像：多光谱影像：Band 1Band 10.50 - 0.59 (green)0.50 - 0.59 (green)Band 2B
7、and 20.61 - 0.68 (red)0.61 - 0.68 (red)Band 3Band 30.79 - 0.89 (near infrared)0.79 - 0.89 (near infrared)按光谱类型对遥感图像进行分类热传感器成像热传感器成像 热辐射图像热辐射图像 热红外图像：热红外图像：记录的是地物热辐射信息。热红外遥记录的是地物热辐射信息。热红外遥感的大气窗口常选用感的大气窗口常选用3 3m m5 5m m和和8 8m m1414m m两个区间。两个区间。热红外图像上的色调越亮，表示温度越高，色调越暗，热红外图像上的色调越亮，表示温度越高，色调越暗，表示温度越低。主要用
8、于：军事侦察、火情监测等。表示温度越低。主要用于：军事侦察、火情监测等。电磁波谱的红外波段电磁波谱的红外波段按光谱类型对遥感图像进行分类 微波图像：微波图像：记录的是波长在记录的是波长在1mm1mm1m1m之间范之间范围内的地物辐射信息。侧视雷达图像是典型的围内的地物辐射信息。侧视雷达图像是典型的微波图像，影像的色调特性与雷达接收到的回微波图像，影像的色调特性与雷达接收到的回波信号强度等因素有关。波信号强度等因素有关。 微波图像的特点在以后阐述。微波图像的特点在以后阐述。Layover微波具有穿透云、雨等能力微波具有穿透云、雨等能力雷达影像雷达影像雷达的雷达的C波段图像（三极化）波段图像（三极
9、化）极化的概念极化的概念RADARSATRADARSAT卫星卫星（加拿大，1995） 电磁波谱的微波波段电磁波谱的微波波段按几何类型对遥感图像进行分类面中心投影图像：面中心投影图像：面中心投影，同一幅图像内几何关系稳定。面中心投影，同一幅图像内几何关系稳定。投影中心时刻t地面目标面中心投影图象（画幅式图像）图像画幅式摄影相机按几何类型对遥感图像进行分类顺迹扫描仪（推扫式扫描仪）线中心投影图象（线阵列图像）投影中心时刻t图象地面目标线中心投影图像：线中心投影图像：线中心投影，同一幅图像有多条扫描线线中心投影，同一幅图像有多条扫描线构成，构成，同一条扫描线内几何关系稳定。同一条扫描线内几何关系稳定
10、。按几何类型对遥感图像进行分类点中心投影图像：点中心投影图像：点中心投影，同一幅图像有许多扫描点点中心投影，同一幅图像有许多扫描点成，每一扫描点的几何关系都不一样。成，每一扫描点的几何关系都不一样。横迹扫描仪（光机扫描仪）投影中心时刻t1图象时刻t2图象地面目标1地面目标2点中心投影图象斜距影像与中心投影影像的比较斜距影像与中心投影影像的比较Layover斜距投影图像（非中心投影图像）斜距投影图像（非中心投影图像）斜距投影斜距投影按立体方式对遥感图像进行分类立体观测方式立体图像（立体像对）用立体像对可测量三维信息空间分辨率的概念空间分辨率的定义：空间分辨率的定义：是指是指图像上能够分辨的最小单
11、图像上能够分辨的最小单元所对应地面尺寸。元所对应地面尺寸。空间分辨率主要与空间分辨率主要与传感器传感器的瞬时视场角、观测高度的瞬时视场角、观测高度有关。在正视情况下，瞬有关。在正视情况下，瞬时视场角所对应的地面单时视场角所对应的地面单元的尺寸等于瞬时视场角元的尺寸等于瞬时视场角乘以传感器的高度。乘以传感器的高度。三、遥感图像的空间分辨率卫星遥感图像的空间分辨率卫星卫星轨迹轨迹所对所对应的应的地面地面细长细长条带条带不同纬度的地面细长条带的重叠情况不同纬度的地面细长条带的重叠情况（空间分辨率与纬度有关）（空间分辨率与纬度有关）近近极极轨轨道道空间分辨率的表现形式高分辨率影像低分辨率影像空间分辨率
12、的实际意义 图像的空间分辨率越高（即瞬时视场角所图像的空间分辨率越高（即瞬时视场角所对应的地面单元的尺寸对应的地面单元的尺寸越小越小），对地面目标的），对地面目标的几何分辨能力几何分辨能力越强越强；图像的空间分辨率越低；图像的空间分辨率越低（即瞬时视场角所对应的地面单元的尺寸（即瞬时视场角所对应的地面单元的尺寸越越大大），对地面目标的几何分辨能力），对地面目标的几何分辨能力越弱越弱。 数字图像的空间分辨率：数字图像的空间分辨率：对于数字图像而对于数字图像而言，若图像的空间分辨率为言，若图像的空间分辨率为2020米，表示该图像米，表示该图像在该分辨率显示时，每个像素所对应的地面尺在该分辨率显示时
13、，每个像素所对应的地面尺寸为寸为2020米。米。空间分辨率的例子表表1 1： IKONOS-2IKONOS-2图像图像（美国，（美国，19991999，第一颗新一代高分辨率卫星图像，可与航片媲美），第一颗新一代高分辨率卫星图像，可与航片媲美）图像类型图像类型波长范围波长范围（mm）分辨率分辨率（m m）地面带地面带宽宽多多光光谱谱波段波段1 10.450.450.52 0.52 兰兰 4 413km13km波段波段2 20.510.510.60 0.60 绿绿4 4波段波段3 30.630.630.70 0.70 红红4 4波段波段4 40.750.750.86 0.86 近红外近红外4 4全
14、色0.550.550.900.901 113km13km重访周期重访周期( (垂直观测垂直观测) )3 3天天3 3天天空间分辨率的例子表表2 2： QuickBirdQuickBird图像图像（美国，（美国，20012001，分辨率最高的一颗商业卫星），分辨率最高的一颗商业卫星） 图像类型图像类型波长范围波长范围（mm）分辨率分辨率（m m）地面带宽地面带宽多多光光谱谱波段波段1 10 . 40 . 4 0 . 5 2 0 . 5 2 兰兰 4 416.5km16.5km波段波段2 20 . 50 . 5 0 . 6 0 0 . 6 0 绿绿4 4波段波段3 30 . 60 . 6 0 .
15、6 9 0 . 6 9 红红4 4波段波段4 40.760.760.90 0.90 近红外近红外4 4全色全色0.550.550.900.900.610.6116.5km16.5km四、遥感图像的光谱分辨率 光谱分辨率：光谱分辨率：反映了传感器的光谱探测能力。反映了传感器的光谱探测能力。它包括传感器探测的波谱宽度、波段数、各波段它包括传感器探测的波谱宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔。的波长范围和间隔。 若传感器所探测的波段数愈多，每个波段的若传感器所探测的波段数愈多，每个波段的波长范围愈小，波段间的间隔愈小，则它的光谱波长范围愈小，波段间的间隔愈小，则它的光谱分辨率愈高。传感器的光谱分辨率
16、越高，它获取分辨率愈高。传感器的光谱分辨率越高，它获取的图像就越能反映出地物的光谱特性，不同地物的图像就越能反映出地物的光谱特性，不同地物间的差别在图像上就能更好地体现出来。间的差别在图像上就能更好地体现出来。 光谱分辨率与传感器特性有关：光谱分辨率与传感器特性有关：取决传感器取决传感器对光谱成份的敏感度。对光谱成份的敏感度。光谱分辨率的含义光谱特性曲线光谱特性曲线光谱分辨率的概念光谱分辨率的概念波谱范围？波谱范围？波段划分？波段划分？黑白图像黑白图像彩色图像彩色图像光谱分辨率的例子表表3 3： IKONOS-2IKONOS-2图像图像（美国，（美国，19991999，第一颗新一代高分辨率卫星
17、图像，可与航片媲美），第一颗新一代高分辨率卫星图像，可与航片媲美）图像类型图像类型波长范围波长范围（mm）分辨率分辨率（m m）地面带地面带宽宽多多光光谱谱波段波段1 10.450.450.52 0.52 兰兰 4 413km13km波段波段2 20.510.510.60 0.60 绿绿4 4波段波段3 30.630.630.70 0.70 红红4 4波段波段4 40.750.750.86 0.86 近红外近红外4 4全色0.550.550.900.901 113km13km重访周期重访周期( (垂直观测垂直观测) )3 3天天3 3天天光谱分辨率的例子表表4 4： QuickBirdQuic
18、kBird图像图像（美国，（美国，20012001，分辨率最高的一颗商业卫星），分辨率最高的一颗商业卫星） 图像类型图像类型波长范围波长范围（mm）分辨率分辨率（m m）地面带宽地面带宽多多光光谱谱波段波段1 10 . 40 . 4 0 . 5 2 0 . 5 2 兰兰 4 416.5km16.5km波段波段2 20 . 50 . 5 0 . 6 0 0 . 6 0 绿绿4 4波段波段3 30 . 60 . 6 0 . 6 9 0 . 6 9 红红4 4波段波段4 40.760.760.90 0.90 近红外近红外4 4全色全色0.550.550.900.900.610.6116.5km16.
19、5km五、遥感图像的辐射分辨率 辐射分辨率：辐射分辨率：反映了传感器对电磁波探反映了传感器对电磁波探测的灵敏度。辐射分辨率越高，对电磁波能测的灵敏度。辐射分辨率越高，对电磁波能量的细微差别越灵敏，因此需要较高的量化量的细微差别越灵敏，因此需要较高的量化比特数（对应于遥感图像的灰度级数目）才比特数（对应于遥感图像的灰度级数目）才能记录电磁波能量的细微差别。一般地，辐能记录电磁波能量的细微差别。一般地，辐射分辨率越高，图像的比特数越大，色调层射分辨率越高，图像的比特数越大，色调层次越丰富，辐射分辨率越低，图像的比特数次越丰富，辐射分辨率越低，图像的比特数越小，色调层次越少。越小，色调层次越少。辐射
20、分辨率的含义2比特图像比特图像 6比特图像比特图像辐射分辨率的概念辐射分辨率的概念（与传感器特性有关：取决传感器对电磁波能量的敏感度与传感器特性有关：取决传感器对电磁波能量的敏感度）辐射分辨率的例子 LandsatLandsat卫星图像卫星图像: : 除除MSSMSS图像为图像为6 6比特外比特外, ,其余均为其余均为8 8比特图像。比特图像。 IKonosIKonos卫星图像：卫星图像： IKonos IKonos图像的辐射分辨率为图像的辐射分辨率为1111比特（即有比特（即有20482048个灰度级），因此可以分辨出景物的细微色个灰度级），因此可以分辨出景物的细微色调差别。调差别。 六、遥
21、感图像的时相分辨率 时间分辨率（或时间分辨率）：时间分辨率（或时间分辨率）：是相邻两次是相邻两次对地面同一区域进行观测的时间间隔。对地面同一区域进行观测的时间间隔。 对卫星遥感而言，时间分辨率与卫星和传感对卫星遥感而言，时间分辨率与卫星和传感器的设计能力（如卫星的高度、传感器的视场角器的设计能力（如卫星的高度、传感器的视场角大小、传感器的观测角度等）、星载传感器的视大小、传感器的观测角度等）、星载传感器的视场角所扫过的地面细长条带的重叠度、观测对象场角所扫过的地面细长条带的重叠度、观测对象的纬度（纬度越高，星载传感器的视场角所扫过的纬度（纬度越高，星载传感器的视场角所扫过的地面细长条带的重叠度
22、越大，重访周期越短）的地面细长条带的重叠度越大，重访周期越短）等因素有关。在周期性的对地观测中，时间分辨等因素有关。在周期性的对地观测中，时间分辨率越高，对地面动态目标的监视、变化检测、运率越高，对地面动态目标的监视、变化检测、运动规律分析越有利。动规律分析越有利。时相分辨率的概念时相分辨率的概念时相分辨率的概念 （重访周期（重访周期T： 取决于卫星和传感器的特性、地面带宽、目标所处纬度）取决于卫星和传感器的特性、地面带宽、目标所处纬度）D D时时 （D+TD+T）时）时影响卫星图像时相分辨率的因素卫星卫星轨迹轨迹所对所对应的应的地面地面细长细长条带条带不同纬度的地面细长条带的重叠情况不同纬度
23、的地面细长条带的重叠情况（空间分辨率与纬度有关）（空间分辨率与纬度有关）近近极极轨轨道道时相分辨率的例子 Landsat-4 Landsat-47 7卫星卫星: :采用轨道高度为、轨道面采用轨道高度为、轨道面倾角为度的太阳同步轨道，重访周期为倾角为度的太阳同步轨道，重访周期为1616天天。 SPOT SPOT卫星卫星: :采用轨道高度约为、轨道面倾角为采用轨道高度约为、轨道面倾角为度的太阳同步轨道，重访周期为度的太阳同步轨道，重访周期为2626天天。 IkonosIkonos卫星卫星: :搭载了一台搭载了一台EKEK数码相机，既可以数码相机，既可以垂直观测，也可以倾斜观测，垂直观测，也可以倾斜
24、观测，垂直观测垂直观测获取获取1 1米分米分辩率全色图像的重访周期约为辩率全色图像的重访周期约为3 3天天，倾斜观测倾斜观测获取获取1.51.5米分辩率全色图像的重访周期为米分辩率全色图像的重访周期为1 12 2天天。 QuickBird QuickBird卫星卫星: :提供提供0.610.61米分辨率的全色图像米分辨率的全色图像和和2.442.442.882.88米分辨率的多光谱图像，重访周期为米分辨率的多光谱图像，重访周期为1 13.53.5天天( (与纬度有关与纬度有关) )。七、遥感图像分辨率的确定原则 应该指出：遥感图像的分辨率是根据应该指出：遥感图像的分辨率是根据实际需要、现实可能
25、实际需要、现实可能等多种因素设计确定等多种因素设计确定的，并非图像的分辨率越高，对所有应用的，并非图像的分辨率越高，对所有应用越有利。在实际应用中，可根据应用目的越有利。在实际应用中，可根据应用目的和当前的实际条件，选取最适当分辨率的和当前的实际条件，选取最适当分辨率的遥感图像。遥感图像。主要内容：主要内容： 1 1、遥感图像及类型遥感图像及类型 2 2、遥感图像的四个分辨率、遥感图像的四个分辨率 （空间、光谱、辐射、时相分辨率）（空间、光谱、辐射、时相分辨率）重点内容重点内容 1 1、黑白图像、彩色图像、全色图像、多光谱图像、黑白图像、彩色图像、全色图像、多光谱图像、热红外图像、微波图像、画
26、幅式图像、面中心投影图热红外图像、微波图像、画幅式图像、面中心投影图像、面阵图像、线中心投影图像、线阵图像、点中心像、面阵图像、线中心投影图像、线阵图像、点中心投影图像、立体图像等概念；投影图像、立体图像等概念； 2 2、遥感图像的空间、光谱、辐射、时相分辨率的、遥感图像的空间、光谱、辐射、时相分辨率的概念及影响因素。概念及影响因素。本次课小结本次课小结名词解释：名词解释： 黑白图像、彩色图像、全色图像、多光谱图像、黑白图像、彩色图像、全色图像、多光谱图像、热红外图像、微波图像、画幅式图像、面中心投影热红外图像、微波图像、画幅式图像、面中心投影图像、面阵图像、线中心投影图像、线阵图像、点图像、面阵图像、线中心投影图像、线阵图像、点中心投影图像、立体图像、空间分辨率、光谱分辨中心投影图像、立体图像、空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率、时相分辨率。率、辐射分辨率、时相分辨率。问答题：问答题： 1 1、遥感图像的空间分辨率、光谱分辨率、辐、遥感图像的空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率、时相分辨率分别与哪些因素有关？射分辨率、时相分辨率分别与哪些因素有关？本次课作业本次课作业
