Características de la imagen del mapeador temático
Los satélites terrestres estadounidenses Landsat-4 y 5 están equipados con mapeadores temáticos, y el satélite Landsat-7 está equipado con un mapeador temático mejorado. Las imágenes TM y ETM+ obtenidas por ellos tienen características espaciales y. Características espectrales Tiene características sobresalientes en todos los aspectos y es, con diferencia, la fuente de información de teledetección satelital de recursos terrestres más utilizada y eficaz en el mundo.
(1) Características espaciales
Las características espaciales de las imágenes TM se refieren principalmente a la tasa de superposición, las propiedades de proyección, la longitud y latitud, la escala y la resolución de la imagen.
1. Cobertura del terreno y superposición de imágenes
(1) Tasa de superposición de imágenes: las imágenes TM son similares a las fotografías aéreas normales en blanco y negro, con superposición vertical y superposición lateral. La tasa de superposición vertical se diseñó de antemano durante el encuadre en el centro de procesamiento de datos y es del 10% del área total, es decir, las partes superior e inferior de la fotografía se superponen 18,5 km. La tasa de superposición lateral está determinada por la órbita del satélite Landsat. Cerca del ecuador, todos los días, la línea de proyección de la órbita del satélite en la Tierra se mueve hacia el oeste 1,43° (longitud), lo que representa una distancia de 159 km. El ancho del marco de la imagen es de 185 km, formando así una superposición lateral de 26 km. representando 159 km de la imagen el 14% del área total (Figura 3-34). Dado que el ángulo entre la órbita del satélite Landsat y el eje de la Tierra es muy pequeño, cuanto mayor es la latitud, mayor es la proporción de superposiciones laterales en las imágenes.
Figura 3-34 Cobertura repetida de Landsat (a) y superposición lateral de imágenes en el ecuador (b)
(2) Cobertura terrestre: cobertura terrestre de la zona de observación de TM El escaneo bidireccional es usado. Es decir, tanto el escaneo hacia adelante como el retroceso del espejo de escaneo son escaneos efectivos y la frecuencia de oscilación del espejo de escaneo es 7 veces/s. En comparación con Landsat-1, 2 y 3, el tiempo de permanencia del detector en el suelo. aumenta y se mejora la precisión de la radiación. Cada escaneo de las imágenes de las bandas TM1-5 y TM7 tiene 16 líneas de escaneo, cada ancho de línea es de 30 m y cada escaneo cubre un área de superficie de 480 mx 185 km. Un marco de imagen estándar de 185 km × 185 km requiere aproximadamente 386 escaneos. ***Hay 6166 líneas de escaneo. La imagen de la banda TM6 obtenida por el sensor remoto infrarrojo térmico escanea 4 líneas de escaneo cada vez en el mismo rango de superficie, cada línea tiene un ancho de 120 m y un marco de imagen TM6 estándar consta de 1542 líneas de escaneo.
2. Propiedades de proyección
Durante el escaneo de imágenes, cada escaneo efectivo tiene un centro. Una imagen de MT se compone de 386 escaneos efectivos, por lo que tiene 386 centros, por lo que se denomina "proyección multicéntrica". El centro de proyección es dinámico, por lo que la escala de la imagen de la primera fila desde el centro hasta el borde no es igual. Sin embargo, dado que el satélite toma imágenes del suelo a una altitud de más de 700 a 900 kilómetros, el efecto de esta deformación no es evidente.
Figura 3-35 Diagrama de matriz de detectores TM
3. Campo de visión instantáneo, resolución terrestre
El campo de visión instantáneo del sensor de escaneo óptico-mecánico se refiere a cuando el espejo de escaneo está en una posición determinada, el área del suelo incluida en el ángulo sólido del haz de luz reflejado en el elemento detector (llamado campo de visión instantáneo) es la resolución del suelo de la imagen en la imagen TM. Cada escaneo del espejo de escaneo TM proyecta información del terreno de 480 m de ancho a 100 unidades detectoras de la placa de imágenes, que se dividen en TM1-5, 7 seis bandas. Cada escaneo de 16 tiras requiere 96 unidades detectoras, y su campo de visión instantáneo es. 30 m × 30 m, además, la banda TM6 escanea 4 líneas de escaneo cada vez, lo que requiere 4 unidades de detectores de infrarrojos térmicos, y el campo de visión instantáneo es de 120 m × 120 m (Figura 3-35).
Para los sensores de escaneo óptico-mecánicos, el campo de visión instantáneo es fijo, pero el tamaño del campo de visión instantáneo depende de la altura de la plataforma y del tamaño del escaneo. Como se muestra en la Figura 3-36, si D vertical y D horizontal son respectivamente la longitud del campo de visión instantáneo a lo largo del rumbo y la dirección de escaneo, entonces
Geología de teledetección
En la fórmula: H es la altura de la plataforma; β es el ángulo del campo de visión instantáneo; θ/2 es el ángulo de media exploración. Se puede ver que la resolución del suelo en la misma línea de escaneo cambia con la posición del punto de la imagen. Es la más alta en la parte inferior de la imagen (θ = 0), y D vertical = D horizontal. más alto en este punto y la imagen no tiene distorsión. La resolución del terreno de otros puntos de la imagen disminuye simétricamente desde el centro hacia ambos lados, es decir, para la misma imagen de franja, las escalas vertical y horizontal son inconsistentes, las escalas en las líneas de escaneo horizontales son inconsistentes, pero la escala vertical es consistente ( Figura 3-37). Esto es para garantizar que las líneas de escaneo en la parte central estén conectadas exactamente durante la cobertura del escaneo, lo que hace que la parte superpuesta aumente gradualmente desde el medio hacia ambos lados. La escala horizontal, excepto que las escalas media y vertical son iguales, se reducirán gradualmente hacia ambos lados a medida que cambie el ángulo de escaneo. La inconsistencia entre las escalas vertical y horizontal es la principal causa de distorsión de la imagen en las imágenes de escaneo óptico-mecánico.
Figura 3-36 Resolución terrestre de la imagen de escaneo óptico-mecánico (según Pan Shixiang, 1990)
Figura 3-37 Diagrama esquemático de escala de la imagen de escaneo óptico-mecánico (según Pan Shixiang, 1990) a Pan Shixiang, 1990)
TM La resolución terrestre de la imagen es el tamaño del píxel. El píxel es la unidad básica que constituye la imagen en la imagen de detección remota. Está formado por el campo de visión instantáneo del escáner que se mueve a lo largo de la línea de escaneo. Por ejemplo, la imagen TM se mueve continuamente a lo largo de la línea de escaneo con un campo instantáneo. de visión de 30m × 30m. La cantidad de radiación reflejada por los objetos terrestres en el campo de visión instantáneo cambia continuamente con el escaneo. Esta cantidad de radiación en constante cambio es recibida por la unidad (unidad) del detector y se convierte en una señal eléctrica que cambia continuamente. La señal eléctrica es una señal analógica. y presione El muestreo y la cuantificación a ciertos intervalos regulares forman la unidad básica de la imagen: píxel. Cada valor (valor DN) de los datos digitales de cada píxel es equivalente a un nivel de brillo o gris. Cada píxel incluye información completa sobre la radiación electromagnética de los objetos terrestres dentro del alcance del suelo. Si un píxel contiene información de radiación electromagnética de un solo tipo de objeto terrestre, se denomina píxel positivo; si un píxel contiene información de radiación electromagnética de dos o más objetos terrestres, se denomina píxel mixto.
4. Longitud y latitud de las imágenes satelitales
En función de factores como el tiempo preciso de la toma de imágenes, el rumbo del satélite y los datos de actitud del satélite, se utilizan computadoras electrónicas en el centro de procesamiento de datos para Determinar la latitud y longitud de las imágenes de satélite, y grabarlas en cinta o directamente en película de 700 mm.
(2) Características espectrales de las imágenes TM, ETM +
Las características espectrales de las imágenes Landsat incluyen principalmente escala de grises, efectos espectrales, etc.
1. Escala de grises
La escala de grises de la imagen TM se divide en 15 niveles. El nivel 1 es el nivel máximo de energía de radiación de cada canal, que es blanco en la imagen. El nivel 15 es el nivel de energía de radiación más bajo de cada canal (nivel de energía de radiación cero), que aparece en negro en la imagen.
2. Efecto espectral
Varios objetos en el suelo reflejan diferentes características espectrales debido a su diferente composición material, estructura superficial y temperatura superficial. En imágenes de teledetección multiespectrales, no sólo los tonos de la imagen de diferentes objetos terrestres son diferentes, sino que incluso los tonos del mismo objeto terrestre en imágenes de diferentes bandas serán diferentes. Debido a las diferencias en los efectos espectrales, diferentes bandas de TM y ETM + tienen capacidades de reconocimiento correspondientes para diferentes objetos terrestres. Consulte la Tabla 3-20 para obtener más detalles.
Tabla 3-20 Características de imagen de cada banda TM
TM1 (0,45 ~ 0,52 μm) pertenece a la banda de luz azul-verde, tiene una fuerte penetración en el agua y es sensible a la clorofila y la concentración de pigmento de las hojas es sensible. La reflectividad de la vegetación, el agua, el suelo, etc. es significativamente diferente en esta banda, lo que es útil para determinar la calidad del agua, la profundidad del agua, la distribución de clorofila en el agua, las corrientes costeras, las condiciones de los sedimentos y el mapeo del agua en alta mar, y puede usarse para el suelo. y clasificación de plantas. En cuanto al tono de la imagen, la vegetación es la más oscura, seguida de los cuerpos de agua y la nieve fresca es la más clara.
TM2 (0, 52 ~ 0, 60 μm) pertenece a la banda de luz verde-amarilla, tiene una gran capacidad de transmisión al agua y el color del agua es más claro, lo que puede reflejar el terreno submarino a cierta profundidad. (>10 m), y es útil para identificar la turbidez del agua, corrientes costeras, bancos de arena, etc. La clorofila tiene un pico de reflexión en esta banda, llamado pico verde. Las plantas sanas tienen un cierto reflejo de la luz verde. El tono de la imagen es más claro y se puede reflejar el rango de distribución y la densidad de crecimiento de la vegetación. Detecte la reflectancia verde de plantas sanas y evalúe la vitalidad de las plantas basándose en la reflexión del pico verde, que puede usarse para distinguir tipos de bosques y especies de árboles. Las imágenes de objetos terrestres azules, verdes y amarillos generalmente aparecen en tonos claros y se vuelven más oscuras a medida que aumenta el componente rojo. También se muestran la suciedad del aceite y los compuestos metálicos que flotan en el agua porque bloquean la transmisión de la luz verde. Las formaciones rocosas de colores más claros y los sedimentos sueltos del Cuaternario en tierra, pueblos, canteras, etc., aparecen en tonos más claros. Afectada por la luz dispersa, el contraste de la imagen en esta banda es pequeño y los contornos de los límites de los objetos terrestres están algo borrosos.
TM3 (0, 63 ~ 0, 69 μm) pertenece a la banda de luz naranja-roja y tiene una cierta capacidad de transmisión al cuerpo de agua (aproximadamente 2 m), que puede reflejar el contenido de sedimentos en el agua, accidentes geográficos submarinos y flujo de sedimentos. Esta banda es también la principal banda de absorción de clorofila. Las imágenes de plantas sanas tienen un tono verde más oscuro, mientras que los árboles muertos camuflados por plantas enfermas tienen un tono más claro. Por lo tanto, puede reflejar la absorción de clorofila y el estado de salud de diferentes plantas. utilizarse para distinguir los tipos de plantas y la cobertura. Las imágenes de rasgos rojo anaranjado generalmente tienen tonos claros, mientras que los rasgos verdes tienen tonos oscuros. Las imágenes de la superficie expuesta, la vegetación, el suelo, los sistemas hídricos, las rocas, los estratos, las características del relieve, etc. son claras, con muchos niveles tonales y rica información. A menudo se utilizan para interpretar la litología y las estructuras geológicas basadas en características macro y micro del relieve. y diferencias tonales, por ejemplo, las formaciones rocosas que contienen más Fe3+ y las formaciones rocosas que contienen más materiales carbonosos o rocas de acidez media tienen diferencias obvias en el tono y la forma del color. Los límites entre fracturas, pliegues, lecho rocoso y sedimentos sueltos del Cuaternario se pueden identificar a partir de las características del sistema de agua, el tono de color y la morfología. También tiene cierto efecto sobre las reglas de distribución y clasificación de partículas gruesas y finas de acumulaciones sueltas del Cuaternario. Es eficaz para estudiar las características del relieve.
TM4 (0, 76 ~ 0, 9 μm) pertenece a la banda infrarroja fotográfica, que es una banda con fuerte absorción por el agua y fuerte reflexión por las plantas. La imagen es clara, con alto contraste y un fuerte efecto tridimensional, y puede mostrar varios detalles del terreno, como microsistemas de agua, micro accidentes geográficos y algunos edificios artificiales.
El cuerpo de agua en la imagen tiene un tono negro, y las áreas y pueblos con ricas aguas subterráneas poco profundas o alta humedad del suelo tienen un tono más oscuro. Es beneficioso estudiar la distribución de los cuerpos de agua, dividir los límites del agua y la tierra, determinar si hay agua corriente en ríos y barrancos, buscar aguas subterráneas poco profundas e identificar estructuras geológicas y estructuras ocultas relacionadas con el agua. Las fallas llenas de agua y las nuevas depresiones en áreas planas tienen tonos más oscuros, mientras que las áreas elevadas tienen tonos más claros y los estratos ricos en agua tienen tonos más oscuros. También se reflejan claramente los tipos y la secuencia de formación de los sedimentos cuaternarios, como sedimentos, abanicos aluviales, llanuras aluviales y llanuras costeras de diferentes épocas. También se puede utilizar para investigaciones sobre el agua de mar, la distribución de la temperatura del agua de mar y el calor geotérmico.
Las plantas sanas tienen un fuerte reflejo de las ondas del infrarrojo cercano y tienen tonos claros brillantes, mientras que las plantas enfermas tienen tonos más oscuros. Los árboles de hoja ancha son de color más claro, mientras que las coníferas son de color más oscuro. A través del estudio contrastivo de los tonos de la imagen y el análisis de las características de la textura con TM2 y 3, es fácil delinear el rango de distribución de la vegetación, distinguir si las plantas son bosques, cultivos o pastizales, investigar la cantidad de plantas y medir el crecimiento de los cultivos. A través de la correlación entre las plantas y el agua se pueden estudiar en imágenes determinadas rocas, estratos o estructuras ocultas cubiertas por vegetación, como por ejemplo estratos de lutita con vegetación desarrollada, estratos de piedra caliza con escaso crecimiento de vegetación, fallas llenas de agua, etc. diferencia en las imágenes.
TM5 (1, 55 ~ 1, 75 μm) pertenece a la banda del infrarrojo cercano. Esta banda se encuentra dentro de la banda de absorción de agua (1, 4 ~ 1, 9 μm). contenido de objetos terrestres y puede usarse para la humedad del suelo, la investigación del contenido de humedad de las plantas, la investigación del estado del agua, el análisis del crecimiento de los cultivos, etc. Se mejoran las diferencias entre pastos y bosques latifoliados, granito y suelo desnudo, y se mejora enormemente la capacidad de distinguir entre diferentes tipos de cultivos. Las imágenes procesadas de TM5 distinguen entre depósitos epigenéticos expuestos, cubiertos de hierba y cubiertos de árboles. En la imagen, la nieve es más oscura que las nubes y las nubes acuáticas son más claras que las nubes de cristales de hielo. Es fácil distinguir entre nubes y nieve, nubes y suelo desnudo, y la línea de nieve del glaciar es más fácil de identificar.
TM6 (10, 4 ~ 12, 6μm) pertenece a la banda infrarroja térmica Según la diferencia en la radiación emitida por los objetos terrestres, se pueden distinguir plantas herbáceas y leñosas en las imágenes y a gran escala. Se puede identificar la desertificación. Se encuentra disponible información sobre la mezcla de agua dulce y agua salada de los humedales, la profundidad de pequeñas masas de agua, los niveles de agua litoral y las fuentes de calor. Los cambios regionales en la humedad del suelo también se reflejan claramente. Puede utilizarse para estudiar la actividad magmática regional y los cambios en el flujo de calor superficial relacionados con los humanos. Las imágenes infrarrojas térmicas nocturnas se han utilizado para distinguir diferencias en litología. Dado que el agua cercana a la superficie generalmente se concentra en planos de fallas y planos de juntas, su temperatura es más baja que la del entorno, por lo que también se puede usar para identificar estructuras de fallas. También se utiliza para observar cambios de temperatura superficial en lagos, ríos, costas y zonas cubiertas de nieve.
TM7 (2, 08 ~ 2, 35μm) pertenece a la banda del infrarrojo cercano, que es una banda adicional para la investigación geológica. Ubicado en la banda de fuerte absorción de agua, las características de reflexión del suelo son similares a las de la banda de luz visible, el cuerpo de agua aparece negro y las imágenes de otros objetos terrestres son similares a las de la banda de luz visible. Esta banda es la sección máxima del espectro de reflexión de la mayoría de los minerales que contienen hidrógeno (como la arcilla) y los minerales carbonatados (como la calcita) tienen bandas de absorción espectral características distintivas, que aparecen oscuras en la imagen. la imagen TM7 es más sensible a los minerales de arcilla y carbonato directamente expuestos en la superficie. El uso integral de imágenes TM7 y TM2-5 puede detectar minerales arcillosos que contienen hierro que son signos de características de alteración hidrotermal y mapear cambios de litofacies en formaciones carbonatadas y mapas de distribución de alteraciones hidrotermales en áreas áridas y semiáridas.
Los efectos espectrales de la imagen ETM + son los siguientes:
B1 (0, 45 ~ 0, 52 μm) pertenece a la banda azul-verde y se utiliza para la penetración del agua y la vegetación del suelo. resolución.
B2 (0, 52 ~ 0, 60μm), que pertenece a la banda verde, se utiliza para discriminar la vegetación.
B3 (0, 63 ~ 0, 69μm) pertenece a la banda roja y se encuentra en el área de absorción de clorofila. Es muy eficaz para observar carreteras, suelo desnudo y tipos de vegetación.
B4 (0, 76 ~ 0, 90 μm), que pertenece a la banda del infrarrojo cercano, se utiliza para estimar el número de organismos. Aunque esta banda puede distinguir los cuerpos de agua de la vegetación y distinguir el suelo húmedo. no es tan eficaz como la identificación de carreteras TM3.
B5 (1, 55 ~ 1, 75 μm) pertenece a la banda de infrarrojo medio. Esta banda se considera la mejor de todas y se utiliza para distinguir carreteras, suelo desnudo y agua. También puede Hay un buen contraste entre la diferente vegetación y una buena capacidad para penetrar la atmósfera, las nubes y la niebla.
B6 (10, 5 ~ 12, 5 μm), que pertenece a la banda infrarroja térmica, detecta objetivos que emiten radiación térmica y la resolución es de 60 m.
B7 (2, 08 ~ 2, 35μm), que pertenece a la banda del infrarrojo medio, es muy útil para distinguir rocas y minerales, y también se puede utilizar para identificar cobertura vegetal y suelo húmedo.
B8 (0, 52 ~ 0, 90 μm), que pertenece a la banda pancromática, produce imágenes en blanco y negro con una resolución de 15 m, que se utiliza para mejorar la resolución y mejorar el poder de resolución. Cuando se utiliza, se mezcla con otras bandas para aumentar su resolución.