遥感数字图像的基础及遥感的特点

1.遥感数字图像的基础

    遥感数字图像的最基本单元是像元，即遥感成像过程中的采样点，每个像元具有其空间位置特征和属性特征，属性特征常用亮度值（DN）表示，大小是由遥感传感器所探测到的电磁辐射强度决定的。图1所示的是一幅遥感数字图像，原始图像的亮度值是无量纲的数字，变化范围与传感器的量化处理有关，如果图像量化值是8bit，则图像亮度值的动态变化范围在0～255，依此类推。根据传感器在电磁谱段的细分程度，可将遥感图像分为单波段、多波段和超波段图像。单波段图像在每个像元点只有一个亮度值，多波段（也称多光谱）图像上每个像元点具有多个亮度值，超波段（也称高光谱）图像上每个像元点具有几十乃至几百个亮度值。图2所示是一幅三波段数字图像示意图，其中x方向反映图像的列数目，y方向反映图像的行数目，z方向反映图像的波段数目。

图1 遥感数字图像示意图

图2 多波段图像的数字表现形式

    遥感数字图像的亮度值，还与图像的5种分辨率有关。这5种分辨率为光谱分辨率、空间分辨率、辐射分辨率、时间分辨率和温度分辨率。

    光谱分辨率是指成像光谱仪细分电磁谱段的能力与程度。波段越多，光谱分辨率越高，如TM多光谱扫描仪的波段数为6个，波段宽度介于100~200 m之间；而成像光谱仪AVIRIS的波段数为224个，波段宽度介于5~10nm之间。一般传感器的波段越多，波段宽度越窄，所包含的光谱信息量越多，可针对性越强。

    空间分辨率是指图像中每一个像元所对应地面范围的大小。范围越小空间分辨率越高，如TM多光谱扫描仪的空间多分辨率为30m；Quickbird图像的全色波段的空间多分辨率为0.6 m。

    辐射分辨率是指所记录像元亮度值的可能值或动态范围。如字节长度为8bit的图像像元亮度值可分为256级，地物的亮度值只能是0~255中的某一个值。

     时间分辨率是指传感器获取某一特定区域图像的频度。例如Landsat卫星16天完成一次全球扫描，SPOT是3天。小卫星群12小时便有一颗卫星到访地球上任何一点。

    温度分辨率是指热红外传感器分辨地表热辐射最小差异的能力。

2.遥感的特点

（1）从宇宙空间观测地球，获取综合性地表信息

    遥感探测所获取的是某一时段、覆盖大范围地区的遥感数据，宏观综合地反映了地球上各种地物的形态和分布，真实地体现了地质、地貌、土壤、植被、水文、人工构筑物等的特征，全面地揭示了地理事物之间的关联性。此外，由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录等均可按要求设计，使其获得的数据具有同一性或相似性。同时，考虑到新的传感器和信息记录都可向下兼容，所以，数据具有可比性。与传统地面调查和考察比较，遥感数据更能客观地反映地物信息。

（2）通过探测器平台数据，实时监测地物动态变化

    遥感探测能按照一定周期、重复地对同一地区进行观测。例如，地球同步轨道卫星可每半个小时对地观测一次，太阳同步轨道卫星可每天2次对同一地区进行观测。这有助于人们通过所获取的遥感数据，发现并动态跟踪地球上许多事物的变化，从而有利于研究自然界的变化规律，尤其是在监视天气状况、自然灾害、环境污染，乃至军事目标等方面有十分重要的作用。相较而言，传统的地面调在则须投入大量的人力、物力，用几年甚至几十年时间才能获得区域动态变化的数据。

（3）探测范围广、采集数据周期短、速度快

    遥感探测能在较短的时间内，从航空或航天平台对大范围区域进行对地观测，并从中获取有价值的遥感数据。这些数据拓展了人们的视觉空间，为宏观地掌握地面事物的现状创造了极为有利的条件。同时也为宏观地研究自然现象和规律提供了宝贵的第一手资料。一般而言，遥感平台越高，视角越宽广，可同步探测到的地面范围越大，越容易发现地球上一些大型重要目标物及其空间分布规律。

（4）可多方式获取海量信息，效益好

    遥感的费用投入与所获取的效益与传统方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。据估计，美国陆地卫星的经济投入与取得的效益比为1：80，甚至更高。

    不难看出，遥感技术具有综合性、周期短、实时性、覆盖广、宏观性和效益好等优点。对于遥感的应用，随着卫星影像分辨率（空间、时间和光谱）的不断提高，以及影像校正、增强、融合等图像处理技术的创新和完善，卫星影像在天气预报、海洋监测、环境监测、地质调查、国土调查、林农调查、资源管理、城市规划、水文观测、地形测绘、灾害监测与评估、风景区的开发与规划，以及重大工程和交通等领域发挥的作用越来越大。遥感已为国民经济和社会的发展提供服务，地学遥感，以地球的资源环境、灾害等为主要研究对象，是主要应用领域之一环境遥感可对自然与环境的状况及动态变化进行监测并作出评价与预报。由于人口的增长与资源的开发、利用，自然与环境随时都在发生变化，利用遥感多时相、周期短的特点，可迅速为环境监测、评价和预报提供可靠依据。遥感应用研究从其空间尺度可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感。