遙感圖像入門

• • 一、 遙感基本概念
  • • 地物光譜特性
    • 3S 技術
    • 瑞利散射
    • 大氣窗口
  • 二、 遙感系統的組成
  • 三、 遙感分類
  • 四、 遙感數字圖像處理
  • • 圖像與數字圖像
    • 數字圖像獲取時的基本參數
    • 數字圖像類型

一、 遙感基本概念

遙感(Remote Sensing)——遙遠的感知，在未接觸物體的情況下獲取其特征信息，再經過提取、判定、加工及應用分析的一門綜合性技術。

廣義的遙感
遙感泛指一切無接觸的遠距離探測，包含對電磁場、力場、機械波(聲波、地震波)等的探測。

狹義的遙感
狹義上理解，遙感是應用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析來揭示出物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術

地物光譜特性

一切物體，具有反射或輻射不同波長的電磁波，但是在不同種類和環境，其特性不同，因而就有兩種現象，同物異譜和同譜異物。

3S 技術

3S 指的是 GIS、GPS 和 RS 英文合成。

遙感給地理信息提供數據源，遙感得到的信息利用地理信息的方法分析；GPS 在遙感圖像的幾何校正或者圖像解譯時野外調查時候提供定位和導航，遙感給 GPS 的導航提供底圖數據；地理信息給 GPS 提供數據顯示以及路徑分析，GPS 給地理信息系統提供位置信息以及導航路線信息等。也就是說，RS 和 GPS 給 GIS 提供數據源，GIS 給 RS 和 GPS 提供分析、共享途徑。

瑞利散射

當大氣中的原子、分子的直徑比波長小很多，這個時候電磁波在大氣中發生的散射叫做瑞利散射。這種散射的特點是散射強度與波長的四次方成反比，也就是說波長越長，這種散射越小。這種散射在可見光影響最為明顯，尤其是藍色波段，這個也是天空是藍色的解釋。對于遙感來說，這個散射是不利的，有些傳感器為了提高影像的質量，就不設這個波段，如 SPOT 系列、ASTER 傳感器等。

大氣窗口

把電磁波通過大氣層時候較少被反射、吸收或散射的透過率較高的波段叫做大氣窗口。傳感器的設計就是根據大氣窗口來設計波段的。

二、 遙感系統的組成

目標物的電磁波特性
任何目標物都具有發射、反射和吸收電磁波的性質，這是遙感的信息源。目標物與電磁波的相互作用，構成了目標物的電磁波特性，它是遙感探測的依據。

信息的獲取
（1)傳感器或遙感器
傳感器或遙感器是接收、記錄目標物電磁波特征的儀器。
（2)遙感平臺
遙感平臺是裝載傳感器的平臺，主要有地面平臺、空中平臺、空間平臺。

信息的接收
（1)記錄信息的介質
傳感器接收到目標地物的電磁波信息，記錄在數字磁介質或膠片上。
（2)接收方式

• 膠片由人或回收艙送至地面回收。
• 數字磁介質上記錄的信息通過衛星上的微波天線傳輸給地面的衛星接收站。

信息的處理
地面站接收到遙感衛星發送來的數字信息，需要進行信息恢復、輻射校正、衛星姿態校正、投影變換等一系列的處理，再轉換為通用數據格式或模擬信號，才能被用戶使用。地面站或用戶還可根據需要進行幾何精校正處理和專題信息處理、分類等。

信息的應用
遙感獲取信息的目的是應用，這項工作由各專業人員按不同的應用目的進行。遙感技術是一個綜合性的系統，它涉及航空、航天、光電、物理、計算機和信息科學以及諸多的應用領域。

三、 遙感分類

按遙感平臺分類
（1）地面遙感：傳感器設置在地面平臺上
（2）航空遙感：傳感器設置于航空器上。
（3）航天遙感：傳感器設置于環繞地球運行的航天器上。
（4）航宇遙感：傳感器設置于星際飛船上。

按傳感器的探測波段分類
（1）紫外遙感：探測波段在 0.05~0.38um 之間
（2）可見光遙感：探測波段在 0.38-0.76um 之間。
（3）紅外遙感：探測波段在 0.76~1000um 之間。
（4）微波遙感：探測波段在 1mm~1m 之間。
（5）多波段遙感：多波段遙感指探測波段在可見光波段和紅外波段范圍內，再分成若干窄波段來探測目標。

按工作方式分類
（1）主動遙感和被動遙感
主動遙感由探測器主動發射一定能量的電磁波并接收目標的后向散射信號。
被動遙感的傳感器不向目標發射電磁波，僅被動接收目標物的自身發射和反射自然輻射源的能量

（2）成像遙感與非成像遙感
成像遙感：傳感器接收的目標電磁輻射信號可轉換成數字或模擬圖像。
非成像遙感：傳感器接收的目標電磁輻射信號不能形成圖像。

按遙感的應用領域分類
（1）從大的研究領域分類可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等。
（2）從具體應用領域分類可分為資源遙感、環境遙感、農業遙感、林業遙感、漁業遙感、地質遙感、氣象遙感、水文遙感、城市遙感工程遙感及災害遙感、軍事遙感等，還可以劃分為更細的研究對象進行各種專題應用。

四、 遙感數字圖像處理

圖像與數字圖像

“圖”是物體透射或者反射的光信息，“像”是光信息被人的視覺系統接收后在人的大腦中所形成的印象或者認知。

模擬圖像
通過某種物理量（如光、電等）的強弱變化來記錄場景亮度信息的圖像，如紙質照片、顯示器顯示的圖像等。特點：物理量的變化是連續的。

數字圖像
用一個數字陣列來表達客觀物體的圖像，是一個離散采樣點的集合，每個點具有其各自的屬性。
特點：它是把連續的模擬圖像離散化成規則網格，并用計算機以數字的方式來記錄圖像上各網格點的亮度信息。

數字圖像獲取時的基本參數

1. 空間分辨率：指數字圖像像元所能分辨目標的尺寸大小，其單位為 PPI
(Pixels Per Inch)，是用來表征圖像分辨地面目標細節能力的指標。

作用：衡量數字圖像對模擬圖像空間坐標離散化的精度

決定因素：采樣密度（采樣間隔越小，空間分辨率越高，圖像
越清晰）

對衛星遙感來說，由于同一個數字攝影設備的采樣能力、焦距和物距基本都是固定的，遙感影像的空間分辨率基本不變。另外，因為該圖像有地理空間坐標，所以遙感圖像的空間分辨率常用單個像元所代表的地面面積大小來表示。例如，TM圖像是 30米，Spot5的分辨率是5米或者10米等。

注意：遙感影像的空間分辨率是指原始影像采集時單個像元所代表的地面面積大小，它與圖像加密重采樣是兩個完全不同的概念。

2. 輻射分辨率 : 指傳感器探測元件在接收光譜信號時所能分辨的最小輻射度差

作用：反應了傳感器對光譜信號強弱的敏感程度和區分能力

決定因素：量化能力(量化級越多，圖像層次越豐富，輻射分辨 率越高)

由于數字圖像是在計算機中存儲和處理的，圖像輻射量化級一般為 2 的整數次冪。取值為 8 bit 時，它的輻射量化等級就分為 28 級，也就是通常我們所看到的灰度值范圍為 0~255。 如早期的 Landsat 1~3 MSS（Multi Spectral Scanner）影像的數據記錄為 6 bit（灰度級為 0~63），Landsat 4~5 TM 影像的 1~5 波段和第 7 波段數據記錄均為 8 bit，而最新的 Landsat 8 OLI 影像的數據記錄為 12 bit，可見， OLI 影像的輻射分辨率明顯高于TM 影像，而 TM 影像的輻射分辨率又明顯高于 MSS 影像。

3. 時間分辨率:指對同一區域進行重復觀測的最小時間間隔。

作用：遙感影像的一項性能指標，反映遙感探測器的重訪周期

決定因素：遙感平臺的回歸周期（采樣時間間隔越小，時間分辨率越高）

在利用遙感影像監測目標地物動態變化時，應根據遙感應用目的選擇相應的影像時間分辨率。例如，氣象衛星的時間分辨率多以短周期為主，單位為小時；植被動態監測主要以中周期時間分辨率為主，單位為天；對于城市擴展和土地利用變化的監測及模擬，其時間分辨率多以年為單位。

4. 光譜分辨率: 指傳感器探測元件在接收目標地物輻射能量時所使用的波段數
目（通道數）、波長位置和波段間隔。

作用：衡量傳感器的光譜分辨能力，波長范圍值越寬，光譜分辨率越低。

決定因素：傳感器的設計。傳感器波段的設計具有針對性，地表物體在不同光譜段上有不同的吸收、反射特征。多光譜成像技術就是根據這個原理，使不同地物的反射光譜特性能夠明顯的表現在不同波段的圖像上。高光譜數據在可見光-近紅外波段范圍被分割成幾百個窄波段，具有很高的光譜分辨率，從其近似連續的光譜曲線上可以分辨出不同物體的微小光譜差異。

光譜分辨率的高低，產生了一個應用前景廣闊的遙感分支——高光譜遙感。實際上光譜分辨率在高光譜遙感里面很常用，在多光譜里面常常使用“波譜范圍”或者“譜段范圍”，如WorldView-2衛星譜段范圍設置：海岸波段：400-450；藍色波段：450-510；綠色波段：510-580；黃色波段：585—625；紅色波段：630-690；紅色邊緣波段：705.5-745；近紅外線波段：770-895；近紅外2 波段：860-1040。

數字圖像類型

黑白圖像
圖像中的每個像元的灰度值是由 0 或者 1 組成的，灰度量化級為 1 bit。0 值表示黑色，1 值表示白色。黑白圖像的數值表達為 0 和 1，對于 RGB 顏色空間模型來說，灰度值為 0 時對應的 R、G、B 值為（0，0，0），對應的顏色為黑色；灰度值為 1 時對應的 R、G、B 值為（255，255，255），對應的顏色為白色。

灰度圖像與偽彩色圖像

灰度圖像: 在遙感中被稱為單波段圖像。對于灰度圖像顯示來說，每個像元的灰度值對應 顏色查找表中相同的 R、G、B 值。

偽彩色圖像: 也是單波段圖像，只是每個灰度值對應于顏色空間模型中的某一種顏色。對于 RGB 顏色空間來說，它與灰度圖像的差別就在于它的 R、G、B 值是三個不完全相同的數值，在 RGB 顏色空間模型中表現為彩色。

真彩色與假彩色
彩色圖像是由紅、綠、藍三個顏色通道的數字層組成的圖像。彩色圖像顯示就是三個獨立數字層的組合，每個像元位置上的三個灰度值分別對應了 RGB顏色空間模型中的 R、G、B 值

區別: 只有當紅光通道對應于紅光波段的輻射亮度、綠光通道對應于綠光波段的輻射亮度、藍光通道對應于藍光波段的輻射亮度時，才叫真彩色圖像，否則都是假彩色圖像。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的遥感图像入门的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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