遥感图像的波谱特性、空间特性、时间特性等基本属性,是遥感地质学的一项重要研究内容。
(一)波谱特性
从波谱学方面,根据遥感器探测记录的波谱特性差异识别地物和现象,是遥感应用的基本出发点。波谱特性差异在遥感图像上即为影像灰度(色调)或色彩的差异。各种遥感图像的灰度或色彩都是其响应波段内电磁辐射能量大小的反映:黑白全色像片、天然彩色像片反映地物对可见光(0.38-0.76μm)的反射能量;黑白红外像片、彩色红外像片反映的是地物在部分可见光和摄影红外波段(0.38-1.3μm)的反射能量;热红外图像反映地物在热红外波段(8-14μm)的热辐射能量(辐射温度);成像雷达图像反映地物对人工发射微波(0.8-100cm)后向散射回波的强弱;多波段、超多波段图像灰度则是其各自响应波段辐射能量大小的反映。遥感图像波谱特性分析,包括遥感器的波谱分辨率和辐射分辨率。
(二)空间特性(几何特性)
遥感图像的空间特性,是从形态学方面识别地物、测绘地图、建立解释标志、图像几何纠正及增强处理等的重要依据。遥感图像空间特性分析,主要有成像遥感器的空间分辨率、图像投影性质、比例尺、几何畸变等。
1.空间分辨率
遥感图像的空间分辨率指图像能分辨具有不同反差、相距一定距离相邻目标的能力。
(1)影像分辨率:指用显微镜观察影像时,1mm宽度内所能分辨出的相间排列的黑白线对数(线对/mm)。它受光学系统分辨率、感光材料(或显示器)分辨率、影像比例尺、相邻地物间的反差等因素的综合影响。
(2)地面分辨率:指遥感影像上能分辨的两个地物间的最小距离。扫描影像常用遥感器探测单元的临时视场大小表示,如陆地卫星MSS图像的地面分辨率为80m。
2.影像比例尺
指影像上某一线段的长度与地面上相应的水平距离的比值。由遥感器光学系统的焦距(f)与遥感平台的高度即航高(H)之比来确定,即1/m=f/H(图3-27)。由于遥感影像一般为中心投影或多中心投影,它不同于地图的垂直投影,影像比例尺受地形起伏及地物在像幅中位置的影响,会出现各处不一致的现象。
3.投影性质与影像几何畸变
遥感影像均经光学系统聚焦成像,透镜的成像规律和遥感器成像方式决定了遥感影像的投影性质。不同投影性质会产生不同性质的影像几何畸变。
(1)中心投影:如图32-7,地面上各地物点的投影光线(Aa、Bb、Cc)都通过一个固定点(S),投射到投影面(P1、P2)上形成的透视影像称中心投影,S称投影中心(透镜中心)。帧幅摄影像片即为地面的中心投影。投影中心位于投影面与地物之间时,投影面(P1)上的透视影像称负像,P1称负片(底片);在投影中心与地物之间的投影面(P2)上的影像称正像,P2又称正片(像片)。航空摄影机主光轴与像平面的交点称像主点;过投影中心的铅垂线与像平面的交点称像底点。
(2)一维中心投影条幅摄影机影像在沿缝隙方向属中心投影,当地面坦且投影面水平时,影像比例尺等于f/H,但在航向方向,比例关系则由卷片速度v与航速V之比来确定,因此影像的纵向和横向比例尺通常不一致。全景摄影影像,在扫描角活动时也属一维中心投影,会产生全景畸变(见全景像片特性)。
(3)多中心投影:光机扫描影像为逐点行式扫描成像,每个像点都有各自的投影中心,但同一条扫描线上各像点成像时间相差甚小,可以认为每一扫描行有一个投影中心,故光机(固体)扫描影像为多中心投影(图3-16)。
(4)旋转斜距投影:如图3-28,为侧视雷达对平坦地面成像时的几何关系,Sab为影像面,ab是在阴极射线管屏幕上光点掠过的轨迹,光点出现的时间取决于雷达发出微波到接收到回波间的时间间隔,由于微波传播速度(c)是固定的,所以雷达影像实际为斜距的投影,投影性质为旋转斜距投影。
图3-27 中心投影
图3-28 旋转斜距投影
(三)时间特性
遥感影像是成像瞬间地物电磁辐射能量的记录,而地物都具有时相变化,一是自然变化过程,即其发生、发展和演化过程;二是节律,即事物的发展在时间序列上表现出某种周期性重复的规律,亦即地物的波谱特性随时间的变化而变化。在遥感影像解译时,必须考虑研究对象所处的时态,充分利用多时相影像,不能以一个瞬时信息来包罗它的整个发展过程。遥感影像的时间特性与遥感器的时间分辨率有关,还与成像季节、时间有关。