第四章 遥感图像的特征

第四章遥感图像的特征
一空间分辨率
二光谱分辨率
三时间分辨率
四辐射分辨率
五遥感系统的信息容量
一空间分辨率
空间分辨率(s p a t i a l r e s o l u t i o n)，又称地面分辨率
●前者是针对传感器或图像而言的，指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸
或大小；
●后者是针对地面而言，指可以识别的最小地面距离或最小目标物的大小。

空间分辨率的三种表示法：
(1)象元(p i x e l)
(2)线对数
(3)瞬时视场
空间分辨率的三种表示法：
(1)象元(p i x e l)，指瞬时视域内所对应的地面面积，即与一个象元大小相当的地面尺寸，单位为米(m)。

如L a n d s a t T M一个象元相当地面28.5×28.5m的范围，简称空间分辨率30m……。

象元是扫描影像的基本单元，是成像过程中或用计算机处理时的基本采样点。

(2)线对数(L i n e P a i r s)，对于摄影系统而言，影像最小单元的确定往往通过l毫米间隔内包含的线对数，单位为线对／毫米(1／m m)。

所谓线对指一对同等大小的明暗条纹或规则间隔的明暗条对
(3)瞬时视场(I F O V)，指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野，单位为毫弧度(m r a d)。

I F O V越小，最小可分辨单元(可分像素)越小，空间分辨率越高。

一个瞬时视场内的信息，表示一个象元
遥感数据的概括能力
地面目标是个多维的真实模型，是个无限、连续的信息源(时空尺度上)；遥感数据是对地面信息源有限化、离散化的二维平面记录。

像元的大小反映了离散化程度。

从地面原型到遥感信息，即把地面信息有限化、离散化过程必然要损失部分信息，这本身就是一种概括能力。

其概括程度是随着空间分辨率的增大而增加的。

这种概括能力对于宏观概念的建立是有意义的
几何特性
每张遥感图像与所表示的地表景观特征之间有特定的几何关系。

这种几何关系是由遥感仪器的设计、特定的观测条件、地形起伏和其它因素决定的。

地面目标均有其一定的空间分布特征(位置、形状、大小、相互关系)。

从地面原型经遥感过程转为遥感信息后，受大气传输效应和传感器成像特征的影响，这些地面目标的空间特征被部分歪曲，发生变形
全景摄影图像的几何畸变
常规象片（A）与扫描图象（B）几何畸变比较
二光谱分辨率
光谱分辨率——指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。

●决定了传感器所选用的波段数量的多少、各波段的波长位置、及波
长间隔的大小
光谱分辨率越高，专题研究的针对性越强，对物体的识别精度越高，遥感应用分析的效果也就越好。

但是，多波段信息直接地综合解译是较困难的，而多波段的数据分析，可以改善识别和提取信息特征的概率和精度
分波段记录的遥感图像，可以构成一个多维向量空间，空间的维数就是采用的波段数。

如，选用3个波段，构成一个三维特征空间。

图像上的一个像元，在各波段上均有一个光谱数值a i j,b i j,c i j(i,j分别为该像元的行、列号)
每个像元在各波段的图像数据(亮度值)构成一个多维向量，它们对应于多维空间上的一个点，用X i j向量表示：
X i j=
相同类型的地物则形成空间中的点集，不同类型的地物构成空间上不同的点集．
遥感图像分类、模式识别的实质就是选择有效的判别函数来区分这些不同的点集，也就是把不同类型的目标区别开来
三、时间分辨率
时间分辨率是遥感影像间隔时间的一项性能指标。

指对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。

遥感探测器按一定的时间周期重复采集数据，这种重复周期，又称回归周期。

它是由飞行器的轨道高度、轨道倾角、运行周期、轨道间隔、偏移系数等参数所决定
S P O T轨道交错覆盖次序
应用优势：
●多时相遥感信息可以提供目标变量的动态变化信息，用于资源、环
境、灾害的监测、预报；
●并可以根据地物目标不同时期的不同特征，提高目标识别能力和精
度；
●并为更新数据库提供根本保证
四、辐射分辨率及辐射测量特性
辐射分辨率(r a d i a n t r e s o l u t i o n)
●辐射分辨率指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。

●表明了传感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。

即探测器的
灵敏度(遥感器感测元件在接收光谱信号时能分辨的最小辐射度
差，或指对两个不同辐射源的辐射量的分辨能力)；
●一般用灰度的分级数来表示，即最暗—最亮灰度值(亮度值)间分级
的数目——量化级数
有效量化的级数，一般是由动态范围和信噪比S／N所确定 动态范围：指遥感器可测量的最大信号与最小信号之比。

●所谓最大信号指在此值以外无论输入的信号多强，响应也无变化的
饱和区：所谓最小信号指在此值以外为对输入的弱信号无响应的无感应区；而仅在动态范围内，输入与输出信号几乎呈线性关系
信噪比S／N——指有效信号(s i g n a l)与噪声(n o i s e)之比。

即信号功率与噪声功率之比。

而为了实用方便，信噪比常定义为信号均方根电压和噪声均方根电压之比，单位均为分贝(d B)
辐射测量特性(r a d i o m e t r i c c h a r a c t e r i s t i c)
●光学遥感器的辐射测量特性——指的是用光学遥感器测量时，来自
目标反射或辐射的电磁波中的物理量在通过光学系统后会发生何种变化
绝对与相对定标(c a l i b r a t i o n)
“定标”是将遥感器所得的测量值变换为绝对亮度，或变换为与地表反射率、表面温度等物理量有关的相对值的处理过程。

或者说，遥感器
定标就是建立遥感器每个探测器输出值与该探测器对应的实际地物辐射亮度之间的定量关系。

定标可分绝对校准与相对校准两种方式。

前者需知道目标辐射的绝对值：后者只须知道目标中某一点辐射与其它点辐射的相对数值
遥感数据中除了由遥感器的灵敏度特性引起的偏差外，还包含大气效应及遥感器的测量系统引起的各种失真。

遥感器定标是遥感定量化的前提
遥感中常用的定标技术有实验室校准及飞行校准。

●实验室校准指在遥感器发射前,在实验室对辐射计进行模拟太空环
境将仪器的输出值转换为辐射值的定标，如N O A A/A V H R R3、4、5通道就装有内定标系统
飞行中的校准，包括星上定标和地面定标
●星上定标采用标准参考源，是实时、连续的定标。

但由于不能确切知道大气
层外的太阳辐射特性，以及星上定标系统不够稳定等因素，影响到星上定标的精度。

●地面定标，即通过设立地面定标试验场，选择典型的均匀稳定目标，用高精
度仪器在地面进行同步测量，来进行仪器定标。

但是地面定标由于包含了路程大气的影响，必须同时测量和计算遥感器过顶时的大气环境参量和地物反射率，、进行必要的大气校正
五、遥感系统的信息容量
任何一个遥感系统都有它一定的信息容量。

它的最大信息容量与它的空间、光谱、时间、辐射分辨率有关。

在具体应用分析时，人们必须通过研究对象的特征来选择遥感信息，并使之与遥感系统的信息能力相一致
量化的遥感数据，其信息量是用比特(b i t)表示的，1比特可以表示成0或1两个状态的信息量。

假设图像上像元取各灰度值的概率相同(即图像上各像元所取的灰度值不同，而各灰度值出现的概率相同)。

设数据的量化级数为m,根据信息论的研究公式，则每个像元所能包含的最大信息量应为l o g2m(b i t)
一幅单波段图像内有n个像元，则一个单波段图像所包含的最大信息量为：
I m=n·㏒2m(b i t)
一个遥感系统可以有k个波段。

这个遥感系统所能容纳的最大信息量(I s)为：
I s＝K·I m＝K·n·㏒2m＝K··㏒(b i t)
式中，C为一景图像所对应的地面面积；
G为地面分辨率(空间分辨率)；
n为像元数(可理解为空间分辨率)；
K为波段数(可理解为光谱分辨率)；
m为量化级数(辐射分辨率)。