遥感图像简介

ytkz2021-07-142025-04-27

什么是遥感图像？

遥感图像是数字图像的一个分支，主要用于观察和分析地球表面。随着技术的进步，遥感的应用已不再局限于地球，未来可扩展到其他星球，如火星或月球，用于地物识别（如探测矿藏或水资源）。遥感图像通过搭载在卫星、飞机或航天器上的传感器系统获取数据，无需直接接触目标物体或场景。与普通照片相比，遥感图像通常包含可见光谱以外的信息，能够深入分析地表特征、环境变化等。

数字图像的基础

数字图像本质上是一个二维（2D）数字数组。数组中的每个单元称为像素（pixel），像素的亮度由数字（Digital Number, DN）表示。作为行和列组成的数据矩阵，数字图像通常被称为栅格数据（raster data）。像素的位置通过其行和列索引来定义。由于数字图像仅仅是数据矩阵，可以方便地对其进行数学运算，这些运算统称为数字图像处理（digital image processing）。

与普通图像（如手机拍摄的照片）相比，遥感图像的一个显著区别在于波段数量。普通彩色照片通常由红、绿、蓝（RGB）三个波段组成，而遥感图像的波段数量不固定。例如，美国的Landsat 8和欧盟的Sentinel-2卫星图像通常包含8个以上的波段，涵盖可见光、近红外、短波红外等光谱范围。这些额外的波段为分析地表特性提供了更丰富的信息。

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什么是波段（Band）？

数字图像数据除了行和列的二维结构外，还可以具有第三个维度——波段（band），也称为图层（layer）。波段是同一场景的不同信息表示，通常对应于特定光谱范围的图像数据。例如，数码相机拍摄的彩色照片包含红、绿、蓝三个波段，分别记录相应光谱的信息。在遥感中，这种多光谱图像的波段数量更多，称为多光谱波段或通道。

波段的概念不仅限于光谱数据。同一场景的多种数据层，如地质图或数字高程模型（DEM），也可以作为额外的波段。例如，通过将数字化的地质图与高分辨率卫星图像配准，地质图可以成为图像数据的一个“波段”。类似地，DEM数据若与卫星图像配准，也可以作为附加层。从这个角度看，一组共同配准的数字图像可以视为一个三维（3D）数据集，波段维度为图像处理与地理信息系统（GIS）之间的联系提供了桥梁。

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遥感图像的成像方式

遥感图像由传感器系统获取，传感器通常搭载在地球观测卫星、飞机或其他航天器上。根据工作原理，传感器可分为两大类：

被动传感器：依赖自然光源（如太阳辐射）进行成像。典型的多光谱光学成像系统属于此类，记录不同波段的反射光，生成多光谱图像。这类传感器受天气和光照条件限制，例如云层或夜间无法有效成像。
主动传感器：主动发射信号并接收反射信号，典型代表是合成孔径雷达（SAR）。SAR的优势在于不受云层、黑夜等环境因素的影响，能够全天候获取数据，特别适用于监测地形、植被或地质变化。

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