项目一 认识遥感图像
项目描述:
目前，遥感技术已广泛应用于农业、林业、测绘、气象、交通、国土资源勘察、国防等领域。通过了解遥感的基本概念及当前主要的遥感卫星系统来认识目前常见的遥感卫星图像，这也是遥感图像处理的基础。
能力目标：
(1)明确遥感在林业上有哪些应用 (2)能分辨不同地物的波谱曲线。
(3)认识Landsat、SPOT、IKONOS、QuickBir、中巴卫星(CBERS)影像
知识目标:
1.掌握遥感的概念，了解遥感图像的成像原理。 2.了解遥感的几种常见分类方法 3.了解当前主要的遥感卫星系统
预备知识:
1.遥感的概念 遥感（Remote Sensing），从广义上说是泛指从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过仪器（传感器）探测和接收来自目标物体的信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。
狭义上通常遥感是指空对地的遥感，即从远离地面的不同工作平台上（如高塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等），借助对电磁波敏感的仪器（及传感器），对地球表面的电磁波（辐射）信息进行探测，并经信息的传输、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。进一步揭示出目标物的特征、性质及其变化。
2.遥感的成像原理 人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的形式――电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，形成图像，来完成远距离识别物体。用来记录电磁辐射的设备就是传感器(如航空摄影机、多光谱扫描仪等)，是最终成像的关键设备。其成像方式有：摄影成像、扫描成像、微波遥感成像。
3.遥感的分类
遥感的分类方法很多，依据不同的标准有不同的分类方法，简要有以下几种分类：
(1)按遥感平台的高度分类 可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感。 航天遥感 又称太空遥感，泛指利用各种太空飞行器为平台的遥感技术系统，以地球人造卫星为主体，包括载人飞船、航天飞机和太空站，有时也把各种行星探测器包括在内。卫星遥感为航天遥感的组成部分，以人造地球卫星作为遥感平台，主要利用卫星对地球和低层大气进行光学和电子观测。
航空遥感 泛指从飞机、飞艇、气球等空中平台对地观测的遥感技术系统。 地面遥感 主要指以高塔、车、船为平台的遥感技术系统，地物波谱仪或传感器安装在这些地面平台上,可进行各种地物波谱测量。
(2) 按所利用的电磁波的光谱段分类 可分为可见反射红外遥感，热红外遥感、微波遥感三种类型。
可见光／反射红外遥感 主要指利用可见光(0.4～0.7μm）和近红外(0.7～2.5μm）波段的遥感技术统称，前者是人眼可见的波段,后者即是反射红外波段，人眼虽不能直接看见,但其信息能被特殊遥感器所接受。它们的共同的特点是，其辐射源是太阳，在这两个波段上只反映地物对太阳辐射的反射，根据地物反射率的差异，就可以获得有关目标物的信息，它们都可以用摄影方式和扫描方式成像。
热红外遥感 指通过红外敏感元件，探测物体的热辐射能量，显示目标的辐射温度或热场图象的遥感技术的统称。遥感中指8～14μm米波段范围。地物在常温(约300K)下热辐射的绝大部分能量位于此波段，在此波段地物的热辐射能量，大于太阳的反射能量。热红外遥感具有昼夜工作的能力。
微波遥感 指利用波长1-1000mm电磁波遥感的统称。通过接收地面物体发射的微波辐射能量，或接收遥感仪器本身发出的电磁波束的回波信号，对物体进行探测、识别和分析。微波遥感的特点是对云层、地表植被、松散沙层和干燥冰雪具有一定的穿透能力，又能夜以继日地全天侯工作。
(3)按研究对象分类 可分为资源遥感与环境遥感两大类。 资源遥感：以地球资源作为调查研究的对象的遥感方法和实践，调查自然资源状况和监测再生资源的动态变化，是遥感技术应用的主要领域之一。利用遥感信息勘测地球资源，成本低，速度快,有利于克服自然界恶劣环境的，减少勘测投资的盲目性。
环境遥感：利用各种遥感技术，对自然与社会环境的动态变化进行监测或作出评价与预报的统称。由于人口的增长与资源的开发、利用，自然与社会环境随时都在发生变化,利用遥感多时相、周期短的特点，可以迅速为环境监测。评价和预报提供可靠依据。
(4)按应用空间尺度分类 可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感。 全球遥感：全面系统地研究全球性资源与环境问题的遥感的统称 区域遥感：以区域资源开发和环境保护为目的的遥感信息工程，它通常按行政区划（国家、省区等）和自然区划（如流域）或经济区进行。
城市遥感：以城市环境、生态做为主要调查研究对象的遥感工程。 (5)按遥感探测的工作方式分类 可分为主动遥感和被动遥感。
主动遥感又称有源遥感系统。即遥感系统本身带有辐射源的探测系统。在进行遥感探测时，系统向被测目标物体发射特定的电磁波，获取目标物体反射此种辐射波的强度等参数的遥感系统。被动遥感是指直接接收被观察物体自己发射或者反射的电磁辐射。
项目实施：
任务1：认识Landsat遥感图像 1.Landsat系列卫星概述
Landsat系列卫星称为陆地卫星，是美国研制发射的地球资源卫星，从1972到今共发射了7颗，其观测的数据广泛用于土地覆盖分析和变化监测。由于Landsat-1～4已完成设计寿命终止运行、Landsat-6发射失败，目前只有1984年发射的Landsat-5和1999年发射的Landsat-7仍在运行。陆地卫星的重复周期为16d， 卫星绕行233圈。
Landsat系列卫星使用的不同的传感器，其中Landsat-1～3使用反束光导管摄像机(RBV)、多光谱扫描仪(MSS)；Landsat-4、5使用多光谱扫描仪(MSS)、专
＋
题绘图仪(TM)；Landsat-7使用增强型专题绘图仪(ETM)。MSS多光谱扫描仪为4个波段；TM专题绘图仪为7个波段，是在MSS基础上改进和发展而成的一种传感器，它采用双向扫描，提高了扫描效率，并提高了检测器的接收灵敏度。
＋
ETM增强型专题绘图仪8个波段，是在TM基础上改进和发展而成的一种传感器。
2. Landsat图像的编号
Landsat图像按标准分幅，一幅称为一景，每一景有一个编号，称为全球参考系统(WRS)，由两组数字组成，前者是轨道号，后者是行号。全球的轨道号为001-233，行号为001-248。我国疆土所在的轨道号为100-145，行号为20-48。 如沈阳幅的编号是119-31，北京幅的编号是123-32。每景影像对应的实际地面面积均为185km×185km。 3. Landsat遥感图像
Landsat的数据产品，根据所使用的传感器类型分为MSS图像、TM图像和＋
ETM图像三种。 (1)MSS图像
MSS图像由四个波段组成，其地面分辨率为80m，如图1-1为辽宁省营口某地区的MSS遥感图像。
图1-1 MSS图像（1980-09-05）
(2)TM图像
TM图像由7个波段组成，其波谱范围比MSS大，每个波段范围较窄，因而波谱分辨率比MSS图像高，其地面分辨率为30m（第6波段即热红外波段地面分辨率只有120m）。如图1-2为沈阳某地区的TM遥感图像。
图1-2 TM遥感图像（1992-10-13） (3)ETM+ 遥感图像
ETM+ 遥感图像由Landsat-7卫星采集，由8个波段组成，是在TM传感器的基础上又增加了一个15m的全色波段，热红外通道的空间分辨率也提高了一倍，达到60m。其他波段跟TM一样，空间分辨率均为30m。如图1-3为沈阳地区的ETM+图像。
图1-3 ETM+遥感图像（2001-08-11）
任务2 认识SPOT遥感图像
1.SPOT卫星概述
SPOT系列卫星是法国设计制造的对地观测卫星，从1986年到今共发射了5颗卫星，其中除SPOT-3因发生事故停止运行外，其他四颗都在轨运行。但目前应用最多的数据产品主要是1998年发射的SPOT-4和2002年发射的SPOT-5。因此我们主要介绍这两颗卫星的有内容。
SPOT-4、5均使用两个高分辨率可见光红外扫描仪（HRVIR），每个HRVIR的扫描带宽为60km；双传感器同时观测可一次获取较大范围的图像数据，在近似垂直观测时，因为两个传感器重叠扫描宽度为3km，因此实际地面扫描带宽度为117km。同时还携带有植被测量仪（VI），图像的分辨率为1km。
2. SPOT遥感图像的特点
SPOT-4遥感图像的分辨率为全色模式为10m，多光谱模式为20m；SPOT-5能提供2.5m和5m分辨率的全色图像和10m分辨率的多光谱图像。
如图1-4为10m分辨率的4波段SPOT遥感图像,图1-5为2.5m分辨率的全色SPOT遥感图像。
图1-4 SPOT遥感图像(多光谱10m分辨率)
图1-5 SPOT遥感图像(全色2.5m分辨率)
任务3 认识IKONOS遥感图像
1. IKONOS卫星概述
IKONOS卫星是美国1999年发射的世界第一颗高分辨率商用卫星。该卫星数据空间分辨率高，可以部分代替航空遥感，广泛用于城市、港口、土地、森林、环境和灾害调查，在国民经济建设中有着广泛的应用前景。
IKONOS卫星的传感器采用柯达公司制造的数字相机CCD,扫描宽度为11km，轨道周期为98min。
2. IKONOS遥感图像的特点
IKONOS卫星由于采用高分辨率的CCD作为传感器，可以采集4m分辨率
的多波段图像和1m分辨率的全色图像。其图像对应的实际面积为：单景16.5km×16.5km，条带16.5km×165km。
图1-6 IKONOS遥感图像（多光谱4m分辨率）
图1-7 IKONOS遥感图像（全色1m分辨率）
任务4 认识QuickBird遥感图像
1. QuickBird卫星概述
QuickBird卫星是美国于2001年发射成功的高分辨率遥感卫星，是目前全球分辨率最高的商业卫星，其数据将对决策、城市规划、房地产开发、测绘、
土地等提供巨大的参考和决策价值。同时还可以在农作物估产、灾害防治、农业规划等多方面发挥其积极作用。
2. QuickBird遥感图像的特点
QuickBird图像有1个全色波段和4个多光谱波段，其空间分辨率达到0.61m，成像幅宽单景16.5km×16.5km，条带16.5km×165km。如图1-8为QuickBird采集的遥感图像。
图1-8 QuickBird遥感图像
任务5 认识中巴卫星(CBERS)遥感图像
1.中巴地球资源卫星(CBERS)概述
中巴地球资源卫星(CBERS)又称资源一号卫星，由中国与巴西合作，第一、第二颗“资源一号”卫星（分别称01、02星）已先后于1999年和2003年成功发射，第一颗卫星工作寿命已到期，第二颗卫星正在超期“服役”。第三颗“资源一号”卫星（称02B星）于2007年成功发射，对确保该卫星系统长期连续稳定运行、增强中国国土资源勘查能力、促进航天领域国际合作、推动中国国民经济又好又快发展，均具有重要意义。
卫星上三种传感器可昼夜观察地球。该卫星设置多光谱观察，对地观察范围大，数据信息收集快且直观，特别有利于动态和快速观察地面信息。可广泛应用于农作物估产、环境保护与监测、城市规划和国土资源勘测等领域。在2008年5月12日四川汶川大地震发生后，中巴02B星及时获取地震区滑坡、堰塞湖等灾害监测数据，为抗震救灾提供了重要的决策依据。
2.中巴卫星(CBERS)遥感图像的特点
中巴卫星(CBERS)搭载了三种传感器：一是红外多光谱扫描仪，最高空间分辨率为80m，覆盖宽度为119.5km；二是高分辨率CCD相机，最高空间分辨率为20m，覆盖宽度为113km；三是广角成像仪，空间分辨率为256m，覆盖宽度为0km。图1-9为2008年5月14日由中巴卫星02B星拍摄的四川安县地震后遥感图。
图1-9 CBERS遥感图像
任务6 认识高光谱图像 1.高光谱类卫星概述
高光谱类卫星是采用高分辨率成像光谱仪，能获得整个可见光、近红外、短波红外、热红外波段的多面很窄的连续不光谱波段，可以获得丰富的地面信息，波段数为36－256个，光谱分辨率为5－10nm，地面分辨率为30－1000m。民用高光谱类卫星主要用于大气、海洋和陆地探测。如美国的EOS-AM1、EO-1、澳大利亚的ARIES-1等都属于这类卫星。
2.认识MODIS遥感图像
MODIS（中分辨率成像光谱仪）是EOS-AM1系列卫星的主要探测仪器，是成像光谱的典型代表，它的地面分辨率为250－1000m，共有36个波段，每1－2天观测地球表面一次。如图1-10为沈阳地区的MODIS遥感图像。
图1-10沈阳地区的MODIS遥感图像
项目总结：目前在轨的对地卫星除了上面介绍的之外，还有很多。他们满足
了人们对地球资源、环境监测以及军事侦察等应用。但是在实际应用中，美国的陆地卫星和法国的SPOT系列卫星在世界卫星对地遥感事业中仍占领主导地位， 因此在后续的图像处理中，也主要以这两类图像为主进行讲解。
