1、遥 感 实 习 教 程刘慧平 等高等教育出版社内 “ 容 “ 提 “ 要本 书 是 教 育 部 “高 等 教 育 面 向 21 世 纪 教 学 内 容 和 课 程 体 系 改 革 计 划 ”的 研 究 成 果 ,是 面 向 21 世 纪 课 程 教 材 和 教 育 部 理 科 地 理 学 “九 五 ”规 划 教 材 ,同 时 也 是 全 国 高 等 学 校 地 理 类 专 业 公 共核 心 课 程 教 材 。教 材 着 眼 于 培 养 学 生 的 动 手 能 力 和 解 决 实 际 问 题 的 能 力 。 内 容 上 紧 密 结 合 当 今 遥 感 数 据 、 遥 感 设 备 、 计 算 机
2、图 像 处 理 工 具 软 件 等 的 最 新 现 状 和 技 术 ,力 图 通 过 学 生 的 动 手 实 践 ,使 之 对 遥 感 的原 理 、 概 念 、 应 用 有 进 一步 的 认 识 和 理 解 。 主 要 内容 包 括 7 部 分 22 个 实 习 ,即 电 磁 辐 射 与 地 物 波 谱 、 遥 感 成 像 原 理 与 遥 感 图 像 特 征 、 遥 感 图 像 处 理 、 遥 感 图 像 目 视 解 译 与 制 图 、 遥 感 数字 图 像 计 算 机 解 译 、 遥 感 应 用 实 例 、 3S 综 合 利 用 。 书 后 所 附 的 C A I 教 学 软 件 以 遥 感
3、 数 字 图 像 处 理 为 主 ,基 于 当 前 遥 感 图 像 处 理 商 用 软 件 的 功 能 ,但 脱 离 任 何 一 种 商 用 软 件 平 台 ,可 直 接 在 W indow s 上 运 行 ,以 解 决 目 前 尚 不 具 备 遥感 教 学 软 硬 件 条 件 ,特 别 是 缺 乏 遥 感 图 像 处 理 教 学软 件 学 校 的 遥 感 概 论 课 程 教学 问 题 。 本 教 材 与 遥 感 导 论 构 成 系 列 教 材 , 配 合 使 用 。本 书 适 合 于地 理 类 、测 绘 类、地 质 类 、 农 林 类 、水利 类 等 相 关 专 业 作 教 材 , 以 及
4、相 关 专 业 人 员 阅 读 参 考 。图 书 在 版 编 目 (C IP )数 据遥 感 实 习 教 程 / 刘 慧 平 等 . 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 2001ISB N 7- 04- 009484- 3 . 遥 . 刘 . 遥 感 技 术 - 高 等 学 校 - 教 材 . T P 7中 国 版 本 图 书 馆 C IP 数 据 核 字 (2001)第 025855 号责 任 编 辑 靳 剑 辉 封 面 设 计 张 楠 责 任 绘 图 朱 静版 式 设 计 周 顺 银 责 任 校 对 李 辉 责 任 印 制 遥 感 实 习 教 程刘 慧 平 秦 其 明 彭望 梅 安
5、 新出 版 发 行 高 等 教 育 出 版 社社 址 北 京 市 东 城 区 沙 滩 后 街 55 号 邮 政 编 码 100009电 话 010- 64054588 传 真 010- 64014048网 址 http:/ / w w w http:/ / w w w .cn经 销 新 华 书 店 北 京 发 行 所印 刷开 本 78 960 1/ 16 版 次 年 月 第 版印 张 10 印 次 年 月 第 次 印 刷字 数 160 000 定 价 17.10 元 (含 1 张 光 盘 ) 本 书 如 有 缺 页 、 倒 页 、 脱 页 等 质 量 问 题 , 请 到 所 购 图 书 销
6、售 部 门 联 系 调 换 。版 权 所 有 侵 权 必 究前 言遥 感 是 资 源 与 环 境 探 测 的 新 手 段 , 发 展 迅 速 , 应 用 广 泛 。 遥 感 概 论 已 经 被 列 为 高 校 地 理 类 专 业 主 干 课 程 。 本 教 材 既 可 与 遥 感 教 程 (梅 安 新 等 主 编 , 高 等 教 育 出 版 社 , 2001 年 出 版 )配 套 使 用 , 也 可 以 单 独 使 用 。 本 教 材 在 编 写 时 注 重 培 养 学 生 进 行 遥 感 技 术 应 用 的 全 面 的 实 际 操 作 能 力 。 同 时 , 由 于 遥 感 技 术 的 发
7、展 和 计 算 机 技 术 的 普 及 , 遥 感 图 像 数 字 处 理 等 定 量 遥 感 分 析 方 法 在 遥 感 应 用 中 处 于 越 来 越 重 要 的 地 位 , 因 此 本 教 材 重 点 培 养 学 生 的 数 字 图 像 处 理 技 术 , 使 之 掌 握 数 字 图 像 处 理 的 方 法 。为 了 帮 助 理 解 遥 感 学 习 中 的 疑 难 问 题 , 并 顺 利 进 行 遥 感 实 习 , 本 书 配 有 一 张 实 习 用 C A I 光 盘 。 C A I 包 括 两 大 部 分 : 遥 感 原 理 计 算 机 辅 助 教 学 软 件 和 实 习 图 像 。
8、 其 中 教 学 软 件 包 括 地 物 波 谱 和 遥 感 图 像 、 光 学 合 成 原 理 、 遥 感 图 像 处 理 、 遥 感 与 G IS 字 典 四 部 分 。 而 实 习 图 像 部 分 则 是 本 书 各 实 习 中 所 使 用 的 图 像 。本 书 包 括 7 部 分 22 个 实 习 , 其 体 系 与 遥 感 教 程 基 本 对 应 。 全 书 分 别 由 刘 慧 平 、 秦 其 明 、 彭 望 、 梅 安 新 编 写 , 由 刘 慧 平 统 稿 。 其 中 的 实 习 光 盘 由 彭 望 和 刘 慧 平 编 写 脚 本 , 刘 利 、 李 小 英 、 周 慧 娟 、
9、刘 臻 、 陈 先 念 等 制 作 完 成 。 孔令 彦 进 行 了 教 材 附 录 部 分 的 资 料 整 理 。本 教 材 在 实 习 内 容 安 排 和 选 取 上 , 在 教 学 手 段 的 运 用 上 , 均 为 初 次 尝 试 。 热 忱 希 望 使 用 本 教 材 的 教 师 和 同 学 提 出 宝 贵 意 见 。编 者于 2001.2目 录第 一 部 分 电 磁 辐 射 与 地 物 电 磁 波 谱 1实 习 一 地 物 光 谱 反 射 率 的 野 外 测 定 1第 二 部 分 遥 感 成 像 原 理 与 遥 感 图 像 特 征 5实 习 二 摄 影 图 像 的 特 性 (比 例
10、 尺 计 算 、 像 点 位 移 ) 5实 习 三 航 空 像 片 的 立 体 观 测 与 高 程 测 量 10实 习 四 遥 感 仪 器 设 备 介 绍 与 操 作 15第 三 部 分 遥 感 图 像 处 理 19实 习 五 遥 感 图 像 的 光 学 合 成 原 理 19实 习 六 遥 感 图 像 的 几 何 校 正 24实 习 七 遥 感 图 像 增 强 ( ) 对 比 度 变 化 31实 习 八 遥 感 图 像 增 强 ( ) 彩 色 合 成 40实 习 九 遥 感 图 像 变 换 ( ) 滤 波 43实 习 十 遥 感 图 像 变 换 ( ) 主 成 分 分 析 (K - L 变 换
11、 ) 49实 习 十 一 遥 感 图 像 变 换 ( ) 缨 帽 变 换 (K - T 变 换 ) 54实 习 十 二 遥 感 图 像 变 换 ( ) H IS 彩 色 空 间 变 换 58第 四 部 分 遥 感 图 像 目 视 解 译 与 制 图 62实 习 十 三 航 空 像 片 的 判 读 62实 习 十 四 热 红 外 图 像 判 读 68实 习 十 五 扫 描 图 像 判 读 70第 五 部 分 遥 感 数 字 图 像 计 算 机 解 译 78实 习 十 六 图 像 分 类 ( ) 非 监 督 分 类 78实 习 十 七 图 像 分 类 ( ) 监 督 分 类 87第 六 部 分 遥
12、 感 应 用 实 例 104实 习 十 八 地 质 地 貌 判 读 与 制 图 104实 习 十 九 植 被 判 读 与 制 图 108实 习 二 十 土 壤 判 读 与 制 图 110实 习 二 十 一 土 地 利 用 / 覆 盖 判 读 与 制 图 111第 七 部 分 遥 感 、 地 理 信 息 系 统 与 全 球 定 位 系 统 综 合 应 用 115实 习 二 十 二 R S 、G IS、 G P S 综 合 应 用 实 习 115附 录 主 要 遥 感 图 像 处 理 软 件 介 绍 1192 目 录一 、 Idrisi 119二 、 P C I 123三 、 E R D A S
13、137四 、 E N V I 143参 考 文 献 150S (第 一 部 分 电 磁 辐 射 与 地 物 电 磁 波 谱实 习 一 地 物 光 谱 反 射 率 的 野 外 测 定原 理 及 方 法 简 介地 物 光 谱 反 射 率 的 野 外 测 定 原 理 参 见 遥 感 导 论 第 二 章 。实 习 采 用 垂 直 测 量 方 法 , 计 算 公 式 为 : ( )= V ( ) )VS ( )式 中 , ( )为 被 测 物 体 的 反 射 率 , S ( )为 标 准 板 的 反 射 率 , V( ), VS ( )分 别 为 测 量 物 体 和 标 准 板 的 仪 器 测 量 值
14、。实 习 仪 器1. 可 见 光 - 近 红 外 光 谱 辐 射 计 , 波 长 范 围 0.4 2.5 m (有 0.4 1.1 m 或 1.3 2.5 m 二 种 仪 器 ), 仪 器 性 能 稳 定 , 携 带 方 便 , 数 据 提 取 容 易 。 表 1.1 列 出 了 目 前 常 用 的 光 谱 仪 , 仪 器 的 使 用 方 法 见 仪 器 说 明 书 。2. 标 准 参 考 板 (白 板 或 灰 板 )。表 1.1 常 见 的 光 谱 辐 射 仪型 号 生 产 地 波 长 范 围 / mW D Y - 850 地 面 光 谱 辐 射 计 中 科 院 长 春 光 机 所 0.38
15、 0.85D G - 1 野 外 光 谱 辐 射 计 中 科 院 安 徽 光 机 所 0.4 1.1SR M - 1200 野 外 光 谱 辐 射 计 日 本 0.38 1.2SE - 590 便 携 式 光 谱 辐 射 计 美 国 0.38 1.1W D Y - 2500 红 外 地 物 光 谱 辐 射 计 长 春 0.8 2.5D G - 2 野 外 光 谱 辐 射 计 安 徽 1.3 2.5D W 地 物 光 谱 仪 北 京 师 范 大 学 0.4 1.1实 习 目 的1. 学 习 地 物 光 谱 的 测 定 方 法 ;2. 认 识 地 物 光 谱 反 射 率 的 规 律 ;2 第 一
16、部 分 电 磁 辐 射 与 地 物 电 磁 波 谱3. 学 习 绘 制 地 物 反 射 光 谱 曲 线 。实 习 步 骤1. 测 量 目 标 和 条 件 的 选 择环 境 : 无 严 重 大 气 污 染 , 光 照 稳 定 , 无 卷 云 或 浓 积 云 , 风 力 小 于 3 级 , 避 开 阴 影 和 强 反 射 体 的 影 响 (测 量 者 不 穿 白 色 服 装 )。时 间 : 地 方 时 9 3014 30。取 样 : 选 择 物 体 自 然 状 态 表 面 作 为 观 测 面 , 取 样 面 积 大 于 地 物 自 然 表 面 起 伏 和 不 均 匀 的 尺 度 , 被 测 目 标
17、 面 要 充 满 视 场 。标 准 板 : 标 准 板 表 面 与 被 测 地 物 的 宏 观 表 面 相 平 行 , 与 观 测 仪 器 等 距 , 并 充 满 仪 器 视 场 。 保 证 板 面 清 洁 。2. 记 录 测 量 目 标 基 本 信 息主 要 内 容 如 下 , 可 由 教 师 自 定 。土 壤 : 土 类 、 土 属 、 土 种 ; 植 物 覆 盖 率 、 地 貌 类 型 、成 土 母 质 、侵 蚀 状 况 ; 干 湿 度 、 粗 糙 度 等 。植 被 : 植 物 名 称 、所 属 类 别 、覆 盖 率 、生 长 状 况 、 叶 色 、高 度 ; 土 壤 类 型 、 土 壤
18、 水 分 等 。水 体 : 水 体 名 称 、 水 体 状 况 、 水 色 、 水 温 、 透 明 度 、 泥 沙 含 量 、 叶 绿 素 含 量 、 污 染 状 况 等 。人 工 目 标 : 目 标 名 称 、内 容 描 述 、估 算 面 积 、几 何 特 征 、 表 面 颜 色 、坡 度 、 坡 面 等 。岩 矿 : 岩 矿 名 称 、 所 属 类 别 、 植 被 覆 盖 及 名 称 、 土 壤 覆 盖 及 名 称 、 岩 矿 露 头 面 积 、 所 属 构 造 、 地 质 年 代 、 风 化 状 况 等 。3. 记 录 环 境 参 数主 要 内 容 如 下 , 可 由 教 师 自 定 ,
19、 制 成 表 格 填 写 , 见 表 1.2。表 1.2 环 境 参 数1 测 量 日 期20 年月 日2 测 量 时 间(北 京 时 )上 午 时 分下 午 时 分3 试 验 场所 在 省 份4 测点位置县 (市 )乡 (镇 )5 经 度度分6 纬 度度分7 试 验 场 海 拔 高 度m8 坡 度(坡 度 与 水 平 线 夹 角 )度分9 坡 向 (坡 面从 正 北 顺 时 针 计 )度分10 测 点 海 拔 高 度m实 习 一 地 物 光 谱 反 射 率 的 野 外 测 定 3续 表11 坡 位度分12 云量(占天空 10% 为 1级 ,0 为 碧 空 )12.1 0 级 、 12.2 1
20、 级 、 12.32 级 、12.4 3 级 、 12.5 4 级 、 12.65 级 、12.7 6 级 、 12.8 1 级 、 12.10 9 级13 云 状14 总 辐 射 (太 阳 直 接 辐 射加 天 空 辐 射 ),用 L ux 计 测15 天 空 辐 射 (挡 住 太阳 直 接 辐 射 时 测 天 空 ), 用 L ux 计 测16 能 见 度 (目 视 、 抄 气 象 资 料 ) km17 太 阳 高 度 角 (太 阳 和 测 点连 线 与 天 顶 方 向 夹 角 ) 度 分18 太 阳 方 位 角 (测 点 与 天 顶 连 线 、 测 点 与 太 阳 连 线 构 成 的 平
21、 面 与 正 北方 向 的 夹 角 )度分19 风 向 (取 8 级 )19.1E 、 19.2S、 19.3W19.4N 、 19.5SE 、 19.6SW19.7N W 、 19.8N E20 仪 器 型 号 21 视 场 角 22 波 长 范 围 nm23 测 量 度 高 (仪 器 与 目 标 间 )24 仪 器 平 台 三 角 架 、 遥 感 车 、 高 塔 、 气 球 、 飞 机25 仪 器 方 位 (仪 器 光 轴 在 水 平面 上 的 投 影 与 正 北 方 向 的 夹 角 ) 度 分26 仪 器 倾 角 (仪 器 光 轴 与 垂 线 的 夹 角 ) 度 分27 测 量 次 数
22、(一 次 目 标 均 值 测 量 的 次 数 )28 测 值 记 录 号 (磁 带 、 磁 盘、 打 印 纸 )29 标 准 板 编 号 30 测 试 单 位 31 测 试 者备注4. 安 装 仪 器 开 始 测 试(1) 对 准 标 准 板 , 读 取 数 据 为 VS 。(2) 移 开 标 准 板 对 准 地 物 , 读 取 数 据 Vg 。(3) 重 复 (1)(2)步 骤 , 测 量 5 9 次 , 记 录 数 据 , 计 算 平 均 值 。(4) 更 换 目 标 , 做 好 信 息 记 录 , 重 复 (1) (3)步 。(5) 整理数 据, 根据上述公 式计算反射率 g ( ),
23、标准板的反射 率 S ( )为已 知 值。仪 器 安 装 注 意 事 项 :测 量 高 度 : 仪 器 保 持 水 平 架 设 , 距 离 被 测 地 物 表 面 不 小 于 1 m 。几 何 关 系 : 仪 器 轴 线 与 天 顶 的 倾 斜 角 r i- 1355. 分 析 实 测 结 果(1) 根 据 计 算 结 果 , 准 确 绘 出 地 物 光 谱 反 射 率 曲 线 图 (每 一 测 量 目 标 一 图 );(2) 根 据 所 绘 曲 线 , 比 较 不 同 地 物 光 谱 特 征 , 分 析 在 遥 感 影 上 可 能 产 生 的 差 异 ;(3) 分 析 实 习 过 程 中 可
24、 能 引 起 误 差 的 因 素 。6. 完 成 实 习 报 告内 容 包 括 : 目 的 、仪 器 、 测 量 目 标 基 本 信 息 、环 境 参 数 表 、 测 试 数 据 表 (自 制 )、 一 组 反 射 率 曲 线 图 、 地 物 光 谱 特 征 与 遥 感 影 像 的 对 比 分 析 、 实 习 误 差 分 析 等 。第 二 部 分 遥 感 成 像 原 理 与 遥 感 图 像 特 征实 习 二 摄 影 图 像 的 特 性 (比 例 尺 计 算 、 像 点 位 移 )原 理 及 方 法 简 介1. 像 片 的 比 例 尺指 像 片 上 两 点 之 间 的 距 离 与 地 面 上 相
25、 应 点 之 间 实 际 距 离 之 比 。 设 H 为 摄 影 平 台 的 高 度 (航 高 ), f 为 摄 影 机 的 焦 距 , 则 像 片 的 比 例 尺 大 小 取 决 于 H 和 f 。 在 地 形 平 坦 、 镜 头 主 光 轴 垂 直 于 地 面 时 , 像 片 的 比 例 尺 为 :1 f m = H =a b AB式 中 , H 为 摄 影 平 台 高 度 ; 1 为 像 片 比 例 尺 ; a , b, A , B 分 别 为 像 片 上 和 实 际m地 面 的 对 应 点 ;f 为 摄 影 机 的 焦 距 。 通 常 f 值 可 以 在 像 片 的 边 缘 或 相 应
26、 的 遥 感 摄 影 报 告 、 设 计 书 中 找 到 , H 由 摄 影 部 门 提 供 。2. 像 点 位 移(1) 因 地 形 起 伏 引 起 的 像 点 位 移 投 影 误 差在 中 心 投 影 的 像 片 上 , 地 形 的 起 伏 除 了 引 起 像 片 比 例 尺 的 变 化 外 , 还 会 引 起 平 面 上 点 位 在 像 片 上 相 对 位 置 的 移 动 , 这 种 现 象 称 为 像 点 位 移 。 其 位 移 量 就 是 中 心 投 影 与 垂 直 投 影 在 同 一 水 平 面 上 的 投 影 误 差 。 = hrH式 中 , 位 移 量 ;h 地 面 高 差 ;
27、r 像 点 到 像 主 点 的 距 离 ;H 摄 影 高 度 。由 公 式 可 以 看 出 :1) 位 移 量 与 地 面 高 差 h 成 正 比 , 即 高 差 越 大 引 起 的 像 点 位 移 量 也 越 大 。 当 地 面 高 差 为 正 时 (地 形 高 于 摄 影 基 准 面 ), 为 正 值 , 像 点 位 移 是 背 离 像 点 方 移 动 的 ; 当 高 差 为 负 时 (地 形 低 于 摄 影 基 准 面 ), 为 负 值 , 像 点 向 像 主 点 方 向 移 动 。2)位 移 量 与 像 主 点 的 距 离 r 成 正 比 ,即 距 像 主 点 越 远 的 像 点 位
28、移 量 越 大 ,像6 第 二 部 分 遥 感 成 像 原 理 与 遥 感 图 像 特 征片 中 心 部 分 位 移 量 较 小 。 像 主 点 处 r= 0, 无 位 移 。3) 位 移 量 与 摄 影 高 度 H (航 高 )成 反 比 。 即 摄 影 高 度 越 大 , 因 地 表 起 伏 引 起 的 位 移 量 越 小 。 例 如 地 球 卫 星 轨 道 高 度 H = 700 km , 当 像 片 大 小 为 18 cm 18 cm 时 , 处 于 像 片 边 缘 的 像 点 的 地 面 高 差 h 为 1 000 m 时 , 其 位 移 量 约 0.13 m m 。(2) 因 像
29、片 倾 斜 产 生 的 像 点 位 移 倾 斜 误 差在 航 摄 过 程 中 , 因 飞 机 倾 斜 产 生 地 物 点 在 影 像 上 的 位 移 , 称 为 倾 斜 误 差 。 如 图 2.1 所 示 。图 2.1 因 像 片 倾 斜 引 起 的 像 点 位 移像 点 位 移 的 方 向 , 如 图 2.1 中 , P 0 与 P 为 同 一 摄 影 站 的 水 平 像 片 和 倾 斜 像 片 , A 为 地 面 任 一 点 , a 0 点 和 a 点 分 别 为 地 面 A 点 在 水 平 面 像 片 和 倾 斜 像 片 上 的 像 点 , hC hC 为 等 比 线 , C 为 等 角
30、 点 , Cv0 、 Cv 为 主 垂 面 在 两 像 片 上 的 交 线 , 0 、分 别 为 像 点 a 0 和 a 与 等 角 点 C 连 线 与 主 纵 线 的 夹 角 。若 将 水 平 像 片 P 0 绕 等 比 线 向 上 旋 转 与 倾 斜 像 片 P 重 合 , 根 据 等 角 点 的 性 质 , 倾 斜 像 片 上 以 等 角 点 C 为 顶 点 的 方 向 角 与 水 平 像 片 的 对 应 方 向 角 , 大 小 是 相 等 的 , 所 以 = 0 。 因 此 , 在 主 纵 线 Cv0 与 Cv 重 合 的 同 时 , 直 线 Ca 与 Ca 0 必 然 重 合 , a
31、 点 落 在 P 像 片 的 Ca 延 长 线 上 为 a 0 , 线 段 a a 0 是 点 a0 因 像 片 倾 斜 而 产 生 的 位 移 距 离 , 即 倾 斜 误 差 , 用 a 表 示 。 因 此 航 空 像 片 因 倾 斜 而 引 起 的 像 点 位 移 方 向 是 在 像 点 与 等 角 点 的 连 线 上 。倾 斜 误 差 可 简 化 表 示 如 下 :实 习 二 摄 影 图 像 的 特 性 (比 例 尺 计 算 、 像 点 位 移 ) 7 a= - 2r/ f sin cos 式 中 , 为 像 片 倾 斜 角 , r 为 像 片 上 从 等 角 点 到 像 点 的 辐 射
32、 距 , 为 由 主 纵 线 方 向 至 像 点 位 移 方 向 的 方 向 角 , f 为 航 摄 镜 头 焦 距 。倾 斜 误 差 的 规 律 是 :等 角 点 和 等 比 线 上 无 倾 斜 误 差 ,倾 斜 误 差 的 位 移 在 等 角 点 (C)为 直 线 的 辐 射 线 上 , 焦 距 越 大 倾 斜 差 越 小 , 等 比 线 (hC hC )把 像 片 分 成 两 部 分 , 像 底 点 (n)所 在 的 部 分 , 位 移 向 外 , 像 主 点 (o)所 在 的 部 分 ,位 移 向 内 ,如 将 倾 斜 像 片 平 面 内 的 图 形 绘 出 ,可 以 看 到 正 方
33、形 变 成 了 等 腰 梯 形 (图 2.2)。3. 像 片 重 叠 度在 拍 摄 特 定 目 标 时 , 常 采 用 航 线 连 续 摄 影 。 为 了 使 各 张 相 邻 像 片 之 间 连 续 , 需 要 相 邻 像 片 间 具 有 一 定 的 影 像 重 叠 , 航 线 之 内 像 片 间 的 重 叠 称 为 航 向 重 叠 (endlap ) , 一 般 要 求 达 60 % , 不 能 小于 53% 。 当 进 行 大 面 积 航 摄 时 , 各 航 线之 间 的 像 片 重 叠 称 为 旁 向 重 叠 图 2.2 像 片 倾 斜 引 起 的 像 点 位 移 规 律(sidlap
34、), 重 叠 应 达 到 40% , 不 能 小 于 15% , 重 叠 不 足 称 为 航 摄 漏 洞 。 为 了 保 证 像 片 的 重 叠 度 , 航 摄 飞 行 中 , 要 求 航 线 与 纬 线 平 行 , 并 且 航 线 的 长 度 限 制 在 60 120 k m 。 像 片 重 叠 的 关 系 如 图 2.3 所 示 。实 习 目 的1. 掌 握 航 空 摄 影 像 片 比 例 尺 的 计 算 方 法 ;2. 了 解 航 片 上 像 片 重 叠 度 ;3. 计 算 航 片 上 的 投 影 误 差 。实 习 步 骤打 开 实 习 C A I 光 盘 中 “实 习 图 像 ”子 目
35、 录 下 的 航 片 A 、 航 片 B 和 航 片 C 。 其 中 , 航 片 A 和 航 片 B 为 同 一 航 线 上 的 相 邻 图 像 , 航 片 C 与 航 片 B 为 相 邻 航 线 上 的 相 邻 图 像 。 它 们 的 摄 影 焦 距 f = 152 m m , 航 高 为 10 640 m 。1. 计 算 航 片 的 比 例 尺根 据 航 片 比 例 尺 的 计 算 公 式 , 计 算 这 三 张 航 片 的 比 例 尺 。2. 了 解 航 片 上 的 像 片 重 叠 度8 第 二 部 分 遥 感 成 像 原 理 与 遥 感 图 像 特 征图 2.3 航 空 摄 影 中 像
36、 片 重 叠 关 系(1) 将 航 片 A 和 航 片 B 上 的 A、 B 点 重 合 , 航 片 A 上 AB 连 线 的 右 边 部 分 为 航 片 A 与 航 片 B 的 航 向 重 叠 。(2) 将 航 片 B 和 航 片 C 上 的 C、 D 点 相 重 合 , 航 片 B 上 CD 连 线 到 航 片 底 边 的 距 离 为 航 片 B 与 航 片 C 的 旁 向 重 叠 。(3) 分 别 量 取 航 向 重 叠 和 旁 向 重 叠 的 宽 度 以 及 航 片 的 幅 宽 , 计 算 航 向 重 叠 宽 度 与 幅 宽 之 比 即 为 航 向 重 叠 度 , 计 算 旁 向 重
37、叠 的 宽 度 与 航 片 幅 宽 的 比 值 即 为 旁 向 重 叠 度 。3. 计 算 航 片 上 的 投 影 误 差航 片 A 上 , Oa 是 其 中 心 点 (像 主 点 ), e 点 的 高 差 (高 于 摄 影 基 准 面 )是 200实 习 二 摄 影 图 像 的 特 性 (比 例 尺 计 算 、 像 点 位 移 ) 9m , 计 算 e 的 投 影 误 差 。方 法 : 量 取 像 点 e 到 像 主 点 Oa 的 距 离 , 根 据 投 影 误 差 的 公 式 计 算 。实 习 三 航 空 像 片 的 立 体 观 测 与 高 程 测 量原 理 及 方 法 简 介1. 像 对
38、 的 立 体 观 察两 个 像 机 从 相 距 一 定 距 离 的 两 点 对 同 一 目 标 进 行 摄 影 ,产 生 的 重 叠 图 像 ,称 立 体 像 对 (stereoscopic im ages), 成 为 立 体 像 对 的 必 要 条 件 是 像 片 的 重 叠 度 大 于 53% 。 将 成 为 像 对 的 两 张 遥 感 影 像 并 排 排 列 , 如 果 左 眼 看 左 边 的 图 像 , 右 眼 看 右 边 的 图 像 , 就 可 以 产 生 目 标 物 的 立 体 视 觉 效 果 , 这 称 为 立 体 观 察 (stereoscopy)。人 眼 能 够 观 察 到
39、具 有 立 体 感 的 客 观 世 界 ,其 原 理 是 一 对 眼 睛 在 观 察 物 体 时 , 物 体 在 两 眼 的 视 网 膜 上 产 生 的 影 像 之 间 存 在 生 理 视 差 。 同 理 , 像 对 是 从 不 同 角 度 摄 制 的 同 一 地 物 的 一 对 影 像 , 因 此 存 在 类 似 生 理 视 差 的 影 像 视 差 , 叫 做 左 右 视 差 。 当 双 眼 分 别 观 察 这 一 对 像 片 时 , 存 在 左 右 视 差 的 像 片 会 反 映 到 眼 睛 的 视 网 膜 上 , 构 成 生 理 视 差 , 由 此 便 产 生 了 与 观 察 实 物 时
40、 一 样 的 立 体 视 觉 效 果 。 通 常 称 这 种 人 为 条 件 下 , 对 立 体 像 对 进 行 观 察 , 而 获 取 立 体 感 觉 为 人 造 立 体 观 察 。 这 就 是 利 用 航 片 像 对 进 行 立 体 观 察 的 基 本 原 理 。利 用 航 片 进 行 人 造 立 体 观 察 的 条 件 是 :(1) 必 须 是 两 张 相 邻 且 有 部 分 重 叠 的 像 对 ;(2) 两 眼 必 须 分 别 各 看 一 张 像 片 , 通 常 称 之 为 “分 像 ”;(3) 像 片 安 放 时 , 对 应 点 的 连 线 必 须 与 双 眼 基 线 平 行 , 且
41、 两 像 片 的 距 离 需 要 调 整 , 应 与 双 眼 的 交 会 角 相 适 应 ;(4) 两 张 像 片 的 比 例 尺 尽 可 能 一 致 , 最 大 差 值 不 超 过 16% 。通 常 进 行 航 片 的 立 体 观 察 要 使 用 立 体 镜 。 立 体 镜 是 为 了 便 于 进 行 立 体 观 察 而 设 计 的 工 具 。 常 用 立 体 镜 有 : 透 镜 式 立 体 镜 (袖 珍 立 体 镜 )、 发 射 式 立 体 镜 (反 光 立 体 镜 )和 可 变 焦 距 立 体 镜 等 (图 3.1)。应 用 立 体 镜 进 行 航 片 立 体 观 察 的 主 要 步 骤
42、 有 :(1) 取 一 对 航 片 像 对 , 分 别 找 出 像 主 点 ;(2) 将 像 片 按 左 右 放 置 , 使 影 像 的 重 叠 部 分 向 内 , 使 像 对 像 主 点 连 线 置 于 平 行 于 眼 基 线 的 直 线 上 。 移 动 立 体 镜 , 使 立 体 镜 的 基 线 平 行 于 像 主 点 连 线 ;(3) 在 立 体 镜 下 移 动 像 片 间 的 距 离 , 直 到 观 测 到 相 应 的 像 点 融 合 为 一 体 而 获 得 立 体 感 觉 , 且 观 察 时 没 有 不 适 的 感 觉 ;实 习 三 航 空 像 片 的 立 体 观 测 与 高 程 测
43、 量 11图 3.1 用 立 体 镜 进 行 航 片 立 体 观 察(4) 当 立 体 像 对 范 围 内 高 差 太 大 时 , 在 某 一 部 分 不 易 同 时 看 出 山 顶 及 山 谷 的 立 体 模 型 , 需 调 整 基 线 长 度 , 才 能 实 现 立 体 观 察 。在 实 际 操 作 时 , 为 取 得 较 好 的 立 体 效 果 , 需 要 确 定 两 像 片 间 的 相 对 位 置 。 可 先 用 两 个 食 指 在 立 体 镜 下 分 别 指 着 两 张 像 片 的 对 应 像 点 , 然 后 , 左 右 移 动 食 指 (连 同 像 片 ), 直 至 看 到 两 个
44、 食 指 重 合 在 一 起 , 此 时 就 可 以 看 到 较 好 的 立 体 效 果 。需 要 提 及 的 是 , 上 述 立 体 观 察 , 能 获 得 与 实 物 相 似 的 立 体 模 型 , 称 为 正 立 体 效 应 ; 若 将 左 像 片 与 右 像 片 对 调 , 则 获 得 与 实 际 相 反 的 立 体 , 称 为 反 立 体 效 应 。2. 像 对 的 立 体 量 测(1) 像 点 坐 标 : 通 常 采 用 以 方 位 线 为 轴 的 直 角 坐 标 系 (图 3.2)。 像 主 点 为 坐 标 原 点 , 像 片 的 方 位 线 为 x 轴 , 以 右 方 向 为
45、正 , y 轴 是 通 过 像 主 点 且 垂 直 于 x 轴 的 直 线 , 以 上 方 向 为 正 。图 中 , 像 点 a 1 和 a 2 的 坐 标 分 别 为 (x a 1 ,ya 1 )和 (x a 2 ,y a 2 )。(2) 像 点 视 差 : 像 点 的 左 右 视 差 又 称 横 视 差 , 是 指 像 对 同 名 像 点 坐 标 之 差 , 即 左 像 片 像 点 的 横 坐 标 减 去 右 像 片 像 点 的 横 坐 标 , 以 P 表 示 。 如 a 点 的 左 右 视 差为 P a = x a 1 - x a 2 。 像 点 的 视 差 与 航 片 的 比 例 尺
46、和 摄 影 基 线 有 关 , 即 P = Bf /12 第 二 部 分 遥 感 成 像 原 理 与 遥 感 图 像 特 征图 3.2 像 点 坐 标H (具 体 的 推 导 过 程 见 有 关 文 献 ), 其 中 B 为 摄 影 基 线 的 长 度 , f 为 焦 距 , H 为 像 点 的 航 高 。(3) 地 面 高 差 的 计 算 : 在 航 片 上 测 量 像 点 C 相 对 已 知 点 A 的 高 差 , h = P Hb+ P 。 式 中 , h 为 像 点 C 相 对 像 点 A 的 高 差 ; H 为 像 点 A 的 高 程 ; b 为 A 点的 左 右 视 差 , 可 由
47、 基 线 与 比 例 尺 相 乘 计 算 出 , P 为 像 点 C 对 A 的 左 右 视 差 之 差 , 称 为 左 右 视 差 较 。 根 据 公 式 , 只 要 已 知 某 像 点 的 航 高 以 及 两 像 点 的 左 右 视 差 , 便 可 以 计 算 出 它 们 的 高 差 。实 习 目 的1. 掌 握 使 用 立 体 镜 进 行 航 空 像 片 立 体 观 察 的 方 法 ;2. 掌 握 在 航 片 上 测 量 高 差 的 方 法 。实 习 步 骤1. 航 空 像 片 的 立 体 观 察(1) 准 备 工 具 : 立 体 镜 (透 镜 式 立 体 镜 、 发 射 式 立 体 镜
48、 等 均 可 );(2) 将 立 体 镜 置 于 图 3.3(a)图 上 , 将 立 体 镜 中 央 对 准 左 右 像 片 的 中 缝 , 使 左 眼 看 左 像 片 , 右 眼 看 右 像 片 。(3) 若 利 用 第 二 步 中 的 方 法 进 行 立 体 观 察 效 果 较 差 , 可 图 3.3(a)复 印 下 来 , 将 左 右 像 片 分 开 (或 将 光 盘 中 “实 习 图 像 ”子 目 录 中 航 片 A 和 航 片 B 输 出 成 硬 拷 贝 ), 再 按 前 述 (原 理 及 方 法 简 介 )中 介 绍 的 立 体 观 察 的 步 骤 进 行 立 体 观 察 。2.
49、航 空 像 片 的 高 程 测 量 和 计 算(1) 使 用 的 航 片 : 光 盘 中 “实 习 图 像 ”子 目 录 中 航 片 A 和 航 片 B ;(2) 航 片 上 Oa 和 Ob 分 别 为 航 片 A 和 航 片 B 的 像 主 点 , 在 航 片 A 上 , 点 Ob为 航 片 B 的 像 主 点 在 航 片 A 的 位 置 ;实 习 三 航 空 像 片 的 立 体 观 测 与 高 程 测 量 13图 3.3 立 体 像 对 (a)和 由 像 对 生 成 的 三 维 立 体 图 像 (b) (据 R em ote sensing and Im age Interpretation.F ourth E dition)14 第 二 部 分
