1.2.4　遥感图像成像链及影响因素

从现代技术层面上看，遥感图像处理技术及应用是一种根据电磁波理论，基于空天平台（航空、卫星等平台）上各种传感器，对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息进行探测和感知成像，并采用现代信号处理技术对获得的图像进行加工和处理，提取有价值的信息，进而服务于人类应用需求的一种综合技术。

作为主要的电磁辐射源之一，太阳发出的光也是一种电磁波，更是图像信号产生的第一环节。为此，遥感图像成像的物理过程可以描述为：能量首先从太阳辐射经历大气传输衰减到达地面，再与地面目标电磁辐射交互作用，最后经历大气到星载或机载载荷平台的传感器进行能量转换成像；这些遥感图像信息通过通信链路再经过大气传输被地面接收系统获得，然后经过加工或处理服务于人类应用需求，形成一个完整的遥感图像成像链，如图1-11所示[10]。

图1-11　遥感图像成像链

遥感图像成像链的具体组成模块有以下几个。

（1）信息源：信息源包括自然信息源和人工信息源。自然信息源能量主要来自太阳辐射，其波谱范围包括紫外、可见光、红外等，相应的遥感也称为光学遥感；人工信息源主要是人工发射的能量辐射，通常用于微波遥感。

（2）大气传输一：太阳辐射能量经过大气时，部分被大气中的微粒散射和吸收，使能量衰减，其衰减程度随着工作波长、时间、地点等不同而变化，其中透射率较高的波段，通常称为大气窗口。

（3）目标特性：经过大气窗口的能量与地物目标相互作用，被选择性地反射、吸收、透射、折射等，形成十分复杂的目标特性。

（4）大气传输二：地表反射能量或发射能量，再一次通过大气、再一次衰减。此时的能量已不同于大气传输一的均匀能量，而是包含不同地物目标波谱响应的能量，其大气效应对遥感数据探测影响较大。

（5）载荷系统：一般指由载荷平台和传感器一起构成的遥感信息获取系统。载荷系统通常包括探测地表反射或发射的被动遥感载荷系统，以及人为发射电磁能量并探测其返回辐射能量的主动遥感载荷系统。根据应用需求不同，可以设计不同的载荷系统，构成不同的遥感探测系统，通常它们各自都有自己的特点和局限性。

（6）地面接收系统：地面接收系统对应载荷系统上的发射系统，主要完成探测数据的接收、存储、处理和分发等功能。

（7）通信链路：对于传输型遥感系统，通信链路主要实现载荷发射系统和地面接收系统之间数据或指令信息的传输与交换。

（8）图像处理：遥感获得的数据，通过图像处理技术进行解译，从中提取出人们感兴趣的有价值信息。遥感图像是整个成像链路的输出结果，它所包含的灰度值是地表反射或辐射电磁能量的一种反映。

（9）应用需求：遥感探测信息的最终目的是服务于人类，满足人们的应用需求。因此，无论是遥感系统设计，还是图像处理算法研究都离不开应用需求的约束。应用需求涉及整个遥感图像成像链每个环节，它们之间相互依赖、相互关联、相互影响。

由图1-11所示的成像过程可见，如果遥感图像分析时只把图像看成“数据”，而不考虑产生“数据”的基本物理过程，这种处理及解译方式是不完备、脱离实际应用的。只有综合考虑成像过程，才能真正解译出人们需要的有价值信息。因此，在遥感图像处理及解译时，必须充分考虑图1-12所示的影响图像利用的因素[11]：① 目标信息隐含在目标场景中，这些信息以图像信号的形式进行描述，主要包括目标大小等空间几何信息、目标材质等物理属性信息、目标温度等生化参数信息等；② 大气传递造成信息退化或降质的影响因素，主要包括遥感平台高度、观测角、太阳角、大气条件（如气溶胶、春夏秋冬、阴晴雨天等）等；③ 传感器通过能量转换形成数字图像，其性能指标对图像质量的影响主要包括图像分辨率（包括空间、辐射、时间、光谱分辨率等）、噪声特性、失真、视场角等；④ 软件算法是数字图像处理的核心，其目的就是提取或反演目标场景中有价值的信息，算法设计需要考虑的因素包括合理算法的选择、最佳参数设置等；⑤ 应用是图像处理的最终目标，其需求又对软件处理算法设计与实现起着约束和评价的作用。

图1-12　影响图像利用的因素

总之，遥感图像处理技术及应用是一门对地观测的综合性技术，其重点是信息探测、传输与处理，而信息探测离不开信息源特性、信息处理离不开应用需求。因此，本书主要围绕被测目标的信息特征、信息获取、信息传输与记录、信息处理和信息应用等多角度进行系统介绍。