光學(xué)衛(wèi)星遙感工程設(shè)計(jì)導(dǎo)論

第1章 衛(wèi)星遙感基礎(chǔ) 1
1.1　遙感衛(wèi)星分類　1
1.1.1　按軌道分類　1
1.1.2　按波段分類　2
1.1.3　按質(zhì)量分類　4
1.1.4　按用途分類　4
1.1.5　按用戶類型分類　5
1.1.6　按輻射來(lái)源分類　5
1.1.7　按工作時(shí)間分類　5
1.2　遙感工程基本流程　5
1.2.1　衛(wèi)星研制與發(fā)射　6
1.2.2　遙感觀測(cè)與數(shù)據(jù)獲取　6
1.2.3　遙感圖像處理　7
1.2.4　遙感圖像分析與應(yīng)用　8
1.3　典型光學(xué)遙感衛(wèi)星與儀器　9
1.3.1　氣象衛(wèi)星　9
1.3.2　陸地衛(wèi)星　12
1.3.3　海洋衛(wèi)星　16
1.3.4　高分系列衛(wèi)星　18

第2章　輻射與遙感　20
2.1　電磁波與輻射　20
2.1.1　電磁波　20
2.1.2　輻射量　21
2.1.3　輻射量與光度量　22
2.2　輻射基本定理　23
2.2.1　黑體、灰體、選擇性輻射體、朗伯體　23
2.2.2　普朗克定律　25
2.2.3　斯蒂芬-玻爾茲曼定律　26
2.2.4　維恩位移定律　27
2.2.5　維恩和瑞利-金斯輻射公式　27
2.3　地球表面輻射　28
2.3.1　地球表面吸收率　28
2.3.2　地球表面發(fā)射率　28
2.3.3　地球表面反射率和表觀反射率　28
2.3.4　行星反照率和地表反照率　30
2.3.5　地球表面覆蓋物的反射波譜　30
2.4　大氣層頂太陽(yáng)輻射　31
2.4.1　太陽(yáng)常數(shù)　31
2.4.2　太陽(yáng)日射　32
2.5　大氣輻射傳輸　32
2.5.1　大氣中的散射　32
2.5.2　大氣中的輻射吸收與發(fā)射　34
2.5.3　輻射傳輸方程　35
2.5.4　大氣輻射傳輸模型　39
2.6　光學(xué)衛(wèi)星遙感　39
2.6.1　點(diǎn)源目標(biāo)觀測(cè)　39
2.6.2　面源目標(biāo)觀測(cè)　40
2.6.3　波段權(quán)重函數(shù)　41

第3章　遙感儀器結(jié)構(gòu)與性能　44
3.1　機(jī)械結(jié)構(gòu)　44
3.1.1　掃描組件　44
3.1.2　平面反射鏡矢量計(jì)算　47
3.1.3　掃描軌跡與像旋　48
3.2　光學(xué)結(jié)構(gòu)　50
3.2.1　光學(xué)系統(tǒng)基本概念　50
3.2.2　典型光學(xué)結(jié)構(gòu)　52
3.2.3　光學(xué)系統(tǒng)空間分辨率評(píng)價(jià)　55
3.3　探測(cè)器結(jié)構(gòu)　59
3.3.1　可見(jiàn)光圖像傳感器　59
3.3.2　紅外圖像傳感器　62
3.3.3　探測(cè)器噪聲　64
3.3.4　焦平面陣列的噪聲　65
3.3.5　探測(cè)器組件與應(yīng)用　66
3.4　制冷結(jié)構(gòu)　66
3.4.1　輻射制冷　66
3.4.2　機(jī)械式制冷　67
3.5　儀器在軌性能測(cè)試　67
3.5.1　儀器性能　67
3.5.2　在軌測(cè)試　69

第4章　遙感資料接收與分發(fā)　76
4.1　衛(wèi)星軌道　77
4.1.1　勻速圓周運(yùn)動(dòng)　77
4.1.2　開(kāi)普勒第三定律　78
4.1.3　面積積分與開(kāi)普勒第二定律　79
4.1.4　軌道積分與開(kāi)普勒第一定律　80
4.1.5　能量積分與活力公式　81
4.1.6　衛(wèi)星軌道根數(shù)　83
4.1.7　軌道攝動(dòng)　86
4.2　地面接收站設(shè)計(jì)　91
4.2.1　衛(wèi)星俯仰角與方位角　92
4.2.2　地面接收站位置選擇　93
4.3　遙感資料分發(fā)　94
4.3.1　數(shù)據(jù)格式　94
4.3.2　數(shù)據(jù)分發(fā)鏈路　97
4.4　數(shù)據(jù)傳輸與頻譜保護(hù)　98
4.4.1　微波頻段劃分　98
4.4.2　衛(wèi)星頻軌資源管理與應(yīng)用　99
4.5　光學(xué)遙感與甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（VDES）綜合設(shè)計(jì)　100

第5章　圖像幾何定位　103
5.1　基本坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)換　103
5.2　定位模型　106
5.2.1　基于觀測(cè)方程的幾何定位　106
5.2.2　基于地面控制點(diǎn)的幾何定位　109
5.2.3　定位模型應(yīng)用　110
5.3　求解觀測(cè)方程變量　110
5.3.1　機(jī)械掃描角　110
5.3.2　儀器在軌安裝角　110
5.3.3　衛(wèi)星軌道　113
5.3.4　衛(wèi)星姿態(tài)　114
5.3.5　時(shí)間系統(tǒng)　115
5.3.6　天文轉(zhuǎn)換　117
5.4　定位精度檢驗(yàn)　117
5.4.1　基于圖像的精度檢驗(yàn)　117
5.4.2　基于海岸線的精度檢驗(yàn)　118
5.4.3　基于地標(biāo)點(diǎn)的精度檢驗(yàn)　119
5.4.4　基于圖像序列的定位精度檢驗(yàn)　120
5.4.5　定位誤差分析　120
5.5　定位輔助數(shù)據(jù)計(jì)算　121
5.5.1　海陸模板　121
5.5.2　天頂角與方位角　121

第6章　遙感數(shù)據(jù)輻射定標(biāo)　124
6.1　衛(wèi)星工程中的輻射定標(biāo)　124
6.1.1　衛(wèi)星發(fā)射前定標(biāo)　125
6.1.2　衛(wèi)星在軌定標(biāo)　131
6.2　相對(duì)輻射定標(biāo)　136
6.2.1　非均勻性產(chǎn)生原因　136
6.2.2　基于輻射計(jì)算的相對(duì)輻射定標(biāo)　137
6.2.3　基于圖像處理的相對(duì)輻射定標(biāo)　138
6.3　絕對(duì)輻射定標(biāo)　141
6.3.1　星上定標(biāo)　141
6.3.2　天體定標(biāo)　143
6.3.3　場(chǎng)地定標(biāo)　146
6.3.4　交叉定標(biāo)　148
6.4　定標(biāo)精度檢驗(yàn)　150
6.4.1　ROLO模型定標(biāo)檢驗(yàn)　150
6.4.2　IASI交叉定標(biāo)檢驗(yàn)　151
6.5　輻射訂正　153
6.5.1　大氣輻射訂正　153
6.5.2　觀測(cè)幾何引起的輻射變化訂正　154
6.6　定標(biāo)前處理　155
6.6.1　閃電成像儀定標(biāo)前處理　155
6.6.2　傅里葉光譜儀定標(biāo)前處理　157

第7章　遙感圖像投影　165
7.1　衛(wèi)星投影　165
7.2　地球橢球與投影基礎(chǔ)　166
7.2.1　地球橢球　166
7.2.2　長(zhǎng)度變形　169
7.2.3　面積變形　169
7.2.4　角度變形　170
7.2.5　變形橢圓　170
7.3　地圖投影分類　173
7.3.1　變形方式分類　173
7.3.2　經(jīng)緯線形狀分類　174
7.4　投影應(yīng)用　177
7.4.1　投影選擇　178
7.4.2　確定投影方程　178
7.5　遙感圖像投影變換　179
7.5.1　圖像投影的解析變換　179
7.5.2　圖像投影的數(shù)值變換　179

第8章　圖像基本變換　180
8.1　灰度變換　180
8.1.1　反轉(zhuǎn)變換　180
8.1.2　線性變換　181
8.1.3　對(duì)數(shù)變換　182
8.1.4　冪次變換　182
8.1.5　查找表變換　183
8.2　傅里葉變換　183
8.2.1　傅里葉變換公式　183
8.2.2　傅里葉變換基本性質(zhì)　184
8.2.3　快速傅里葉變換　187
8.3　小波變換　190
8.4　離散余弦變換　192
8.5　K-L變換　192

第9章　圖像編碼與壓縮　195
9.1　信源統(tǒng)計(jì)　195
9.1.1　高斯分布模型　196
9.1.2　拉普拉斯分布模型　196
9.1.3　均勻分布模型　196
9.2　圖像編碼　197
9.2.1　統(tǒng)計(jì)編碼　197
9.2.2　預(yù)測(cè)編碼　198
9.2.3　變換編碼　199
9.2.4　子帶編碼　200
9.2.5　其他編碼　200
9.3　圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)　200
9.3.1　JPEG/JPEG2000格式　200
9.3.2　GIF格式　202
9.3.3　TIFF格式　202
9.3.4　PNG格式　203
9.3.5　CCSDS壓縮標(biāo)準(zhǔn)　204

第10章　圖像復(fù)原　207
10.1　圖像退化/復(fù)原模型　207
10.1.1　退化/復(fù)原模型　207
10.1.2　退化模型參數(shù)估計(jì)　208
10.2　噪聲模型　209
10.2.1　噪聲的概率密度函數(shù)　209
10.2.2　噪聲參數(shù)的估計(jì)　210
10.3　圖像噪聲抑制　211
10.3.1　空間域?yàn)V波　211
10.3.2　頻率域?yàn)V波　212
10.4　逆濾波　212
10.5　維納濾波（最小均方誤差濾波）　213
10.6　有約束最小均方濾波　215

第11章　圖像增強(qiáng)　217
11.1　灰度變換增強(qiáng)　217
11.2　直方圖調(diào)整　217
11.2.1　直方圖均衡化　218
11.2.2　直方圖匹配（直方圖規(guī)定化）　219
11.3　圖像算術(shù)增強(qiáng)　219
11.4　空間域?yàn)V波　220
11.4.1　均值（平滑）濾波器　220
11.4.2　統(tǒng)計(jì)排序?yàn)V波器　222
11.4.3　銳化濾波　225
11.5　頻率域?yàn)V波　228
11.5.1　平滑（低通）濾波器　229
11.5.2　銳化（高通）濾波器　232
11.5.3　帶通/帶阻濾波器　234

第12章　彩色圖像融合與重建　236
12.1　彩色圖像模型　236
12.1.1　RGB模型　237
12.1.2　CMYK模型　237
12.1.3　HSI模型　238
12.2　彩色圖像融合　240
12.2.1　RGB域彩色圖像融合　240
12.2.2　HSI域彩色圖像融合　241
12.2.3　色彩映射的彩色圖像融合　241
12.3　彩色圖像增強(qiáng)　242
12.3.1　基于RGB模型的彩色圖像增強(qiáng)　242
12.3.2　基于HSI模型的彩色圖像增強(qiáng)　243
12.4　基于圖像序列的超分辨率重建　246
12.4.1　采樣與頻譜混疊　246
12.4.2　超分辨率重建算法　248
12.5　超分辨率遙感　250
12.5.1　SPOT5衛(wèi)星圖像超分辨率重建　250
12.5.2　MSG衛(wèi)星圖像超分辨率重建　251
12.5.3　FY-3微波成像儀圖像超分辨率重建　252

附圖　254