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  • 遥感影像相关知识

    栅格

    栅格(Raster)和影像(Images/Imagery)在GIS应用中经常被相互指代。如果非要区别一下呢,影像是指通过各种遥感设备,传感器,或者照相机得到的电子的或者纸质的图片,栅格则是一种数据模型,用来特指影像存储方式的。类比一下,如果把ArcGIS中存储显示的图片都称之为酒的话,栅格就是酒瓶,而影像就是瓶中的美酒了。
    如果你曾经好奇的把影像/栅格数据放大放大再放大,那么可能会注意到,当放大到某一个层级后,栅格数据就会变成一个个的小格子。这些小格子,就是栅格数据的最小单元,Cell,也叫像元。对影像来说,这个最小的单元被叫做pixel,像素。
    详细讲解栅格

    全色图像(Panchromatic Image)

    全色是指全部可见光波段0.38~0.76 um,全色图像为这一波段范围的混合图像,一般为单通道的灰度图像。
    全色图像的采集是不需要分光的,地面反射的能量通过镜头后,直接投射到CCD探测器上从光信号转变成电信号,再被数字量化成灰度,就成为我们在电脑上看到的灰度影像。因此全色图像的信噪比很高,产生的图像分辨率也更高。

    多光谱图像(Multi-spectral Image)

    多光谱图像在CCD探测器接受到光信号前有一个分光过程。将混合的白光分解成需要的宽谱段RGB和近红外光束,再被探测器接收。
    不同的传感器可能采用不同的分光方式,比如我们日常使用的数码单反,使用了拜尔滤光片,在ccd上加了一层分布着以rgb为组单元的滤光片阵列,最后采集到的数据经过采样就获得最终rgb影像,相应的,他相比不使用滤光片,直接用ccd感应光线的图像,分辨率是下降到1/3左右的。还有是使用分色棱镜,将入射的一束光线分成RGB+ndir四束光线,分别用四个探测器接收,这样的直接结果是能量降低,分辨率也相应下降。
    多光谱图像一般包含3~15个谱段,而高光谱成像(Hyper-spectral imaging)是光谱成像的一种特殊情况,通常有数百个相邻的光谱带可用。

    近红外图像(Visible and near-infrared images, VNIR)

    一般指波长在0.4~1.1 um之间的电磁波。也就是包含全部可见光部分以及靠近红外光谱的一部分。

    NITF格式(National Imagery Transmission Format)

    美国政府和军方用于传输文件的图像数据格式;可以在单个文件中包含文本、图形和元数据的组合;也支持多层;通常用于卫星和航空照片。

    RPC模型(Rational Polynomial Coefficient)

    卫星成像期间卫星繁琐的姿态控制导致影像的严格几何模型(所谓严格几何模型是指基于传统共线方程的严格几何模型)形式极其复杂,要利用其提取地球空间三维信息,需要在向用户提供影像的同时把卫星详细的轨道星历、传感器成像参数、成像方式等信息一并交付,并且最终用户需要具有摄影测量的专业知识和复杂的应用处理系统。为了降低对用户专业水平的需求,扩大用户范围,同时保护卫星的核心技术参数不被泄露,RPC定位模型应运而生。
    RPC表示有理多项式系数,RPC模型实质是有理函数模型(Rational Function Model-RFM)。它可建立起像点和空间坐标之间的关系,不需要内外方位元素,回避成像的几何过程,可以广泛用于线阵影像处理中。RFM将像点坐标表示为以相应地面点空间坐标为自变量的多项式的比值。
    下载的国产影像数据中会发现有.rpc/.rpb文件,其实那就是所谓的RPC文件,用于几何校正的RPC模型。简单来说,RPC模型就是有理函数纠正函数,是将地面点大地坐标与其对应的像点坐标用比值多项式关联起来,这就像数字摄影测量学上在外场用单反相机拍张照片,并求出其内外方位元素、已知对应像点坐标的大地坐标值(一般三对以上)将相片的所有像点坐标转换为大地坐标的求解过程。举个简单例子,用ENVI打开无法支持对应影像RPC文件的数据(比如GF-2)就会显示无参考坐标系统,即没有对应的坐标信息,软件需要自动链接RPC文件才得以显示影像的坐标信息;或者进行RPC校正后的影像就带有坐标信息了。

    地面采样距离(Ground Sample Distance, GSD)

    地面采样距离(GSD)也称地面采样间隔,在摄影测量与遥感中,指数字影像中用地面距离单位表示的像素大小,单位为米/像素。地面采样距离是衡量影像分辨率的重要指标。

    比例尺与GSD

    对于数字航空影像或者航天遥感影像而言,影像的分辨率通常指空间分辨率(IFOV)或者地面采样距离GSD。GSD为地面采样距离,一般以一个像素所代表的地面大小来表示(米/像素)。如GSD为5厘米/像素,代表一个像素表示实际5厘米*5厘米。
    在测量工作中经常会听到 1:500,1:1000, 1:2000 等比例尺地形图,其中比例尺 1:500,代表地图上 1 米表示实际 500 米。下面介绍比例尺与GSD的关系:

    • 首先了解一下英寸这个单位,丈量屏幕的长度、宽度都是以英寸为单位。1 英寸 =0.0254 米。
    • 还有DPI,指每英寸包含的像素,一般打印出图是300 dpi即一英尺包含300个像素,我们以此为例。
      米和像素之间的换算公式为(一个像素的大小取决于单位尺寸中的分辨率)
      1英寸=0.0254米=300像素
      1像素=0.0254÷300=0.00008467米
      1米=39.370078740157英寸=11811.0236像素
      1:500比例尺的GSD为:
      GSD=500÷11811.0236≈0.04233333(米/像素)≈4.233333(厘米/像素)
      1:1000比例尺的GSD为:
      GSD=1000÷11811.0236≈0.084666667(米/像素)≈8.4666667(厘米/像素)

    总标称脉冲间隔(Aggregate Infrastructure Pulse Spacing, ANPS)

    一种标称脉冲间距的变体,它表示激光雷达数据集中脉冲之间的典型或平均横向距离,产生于激光雷达仪器在同一目标区域的多次通过,或具有多个激光雷达仪器的平台的一次通过,。

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