關於太遙 - 太空及遙測研究中心 - Center for Space and Remote Sensing Research, CSRSR

A. 軌道種類 :衛星軌道主要分為地球同步及太陽同步兩種。


B. 軌道傾角 (Orbit Inclination) :為軌道面在赤道處與赤道面之夾角,資源探測衛星為監測全球,飛行方向為近南北方向,一般軌道傾角約在 95~100 度之間。


C. 衛星高度 (Satellite Altitude) :指衛星距離地表之高度,資源探測衛星多屬低軌道衛星,其高度多在 400-1000 公里。


D. 傾斜觀測方式 :大部分資源探測衛星都有傾斜觀測之設計,其目的主要有二,一是為了提供衛星從不同軌道拍攝同一地點之觀測能力,以提高重複拍攝之時間解析度;二是藉此得到立體影像,以便進行立體觀測或製作數值地形模型。傾斜觀測之方式主要有兩種,一是鏡頭旋轉,二是衛星本體旋轉 (Body Rotation) 。


E. 軌道週期 (Orbit Period) :指衛星繞地球一圈所需的時間。例如 SPOT 衛星繞地球一圈為 101.4 分鐘,一天可繞地球 14 又 5/26 圈,回到同一軌道之週期為 26 天。而 FORMOSAT-2 之軌道週期為 102.86 分鐘,一天可繞行地球剛好 14 圈,回到同一軌道之週期為 24 小時,也就是一天內會通過同一軌道兩次。此軌道週期之設計關係到兩相鄰軌道之距離,以 SPOT 衛星而言,全球共有 369(=14 x 26 + 5) 個軌道,因此在赤道兩相鄰軌道之距離為 108 公里 (?40,000/369) ,當採用 Twin Mode 拍攝時其最大像幅寬度在像底點位置為 117 公里。也就是說,當 SPOT 衛星在 26 天內採用 Twin Mode 拍攝模式完成 369 個軌道之拍攝計畫後,其拍攝區域即可涵蓋全球。而 FORMOSAT-2 全球只有 14 個軌道,因此在赤道兩相鄰軌道之距離為 2857 公里,當使用最大傾斜觀測角度 (45 度 ) 進行傾斜攝影時,可觀測之最遠距離約為 960 餘公里,因此有些地區將無法拍攝得資料。對於可拍攝得資料之地區,衛星在不同時期拍攝時所使用之觀測角度也幾乎相同,因此若因為地形因素而造成遮蔽效應之地區,亦無法獲得資料。


F. 成像方式 :被動式衛載光學感測系統之感測器,主要分為撢掃式 (Whisk-broom) 與推掃式 (Push-broom) 兩種。例如 Landsat MSS 衛星及 Landsat TM 衛星均是使用撢掃式感測器,其 CCD 排列方向與飛行方向平行,衛星飛行取樣時持續旋轉鏡子左右來回掃瞄。而現今光學遙測系統則多採用推掃式感測器,例如 SPOT 、 FORMOSAT-2 、 IKONOS 、 Quickbird 、 EROS 等等,其 CCD 排列方向與飛行方向垂直,因此其成像幾何在飛行方向為近似平行投影,在垂直飛行方向則為透視投影,亦簡稱為半透視投影。


G. 取樣方式:主要分為同步取樣與非同步取樣兩種,兩者主要差別在衛星飛行路徑長度是否與拍攝取樣之長度相同。「非同步取樣」時 影像取樣速度較衛星飛行速度慢,可增加感測器對同一個目標區的曝光時間, 增加進入感測器之輻射能量,提昇訊號雜訊比 (Signal-to-Noise Ratio) 以 提高其空間解析度。此種取樣過程中,對同一掃瞄線而言,衛星必須同時旋轉衛星本體以拍攝相同地表物,因此容易造成模糊效應而降低影像輻射品質。「同步取樣」時,衛星飛行長度與所拍攝之地表長度相同,拍攝時衛星本體或感測器觀測角並未改變,因此相對而言所獲取之影像品質比「非同步取樣」佳。


H. 立體成像方式:主要分為同軌與異軌兩種。例如 SPOT-1~4 衛星可以在不同時間及不同軌道 ( 異軌 ) ,如圖 B.19(a) 所示,以傾斜攝影來獲得左右重疊之立體對影像。其缺點為兩個不同時所拍攝之影像,容易因為地物改變、雲或陰影位置不同、大氣狀況不同等因素,造成兩影像灰度值之差異,而增加後續自動化影像匹配之困難度。而同軌立體對影像 ( 如圖 B.19(b) 所示 ) 因為兩張影像拍攝時間差距很小,通常在數分鐘以內。因此影像灰度值相似,在自動化處理中可減少影像匹配之錯誤率,進而減少人工編修的工作。可進行同軌立體攝影的衛星有 EROS-A 、 FORMOSAT-2 、 IKONOS 、 SPOT-5 HRS 、 Quickbird 等。



(a) 異軌立體對

(b) 同軌及異軌立體對

圖 B.19 、同軌及異軌立體對示意圖


I. 感測器種類 (Sensor Type) :主要分為被動式光學系統與主動式雷達系統兩種。光學系統之感測器多採用電荷耦合裝置,以線性陣列 (Line Array) 排成,例如 EROS-A 及 SPOT 。雷達遙測系統之原理為遙測載具主動以側視方式向地表發射雷達波,並接收其回波,因此不需要太陽光在夜晚亦可獲取資料。由於其雷達波波長為公分等級,因此不易受到雲、雨的影響。相對於光學遙測系統而言,雷達回波影像較不易辨識,而將原始資料處理成影像資料之過程亦較複雜。兩種資料針對不同用途,各有其優缺點。


J. 焦距 (Focal Length) :指光學系統鏡頭之焦距。配合衛星高度與 CCD 實體大小,可計算得該感測器之空間解析度。通常焦距愈長,以及衛星高度愈低,其空間解析度愈高。


K. 視野角 (FOV , Field of View) :指一感測器全幅影像範圍之觀測角度範圍。


L. 瞬間視野角 (IFOV , Instantaneous Field of View) :指感測器上一個 CCD 之觀測角度範圍。


M. 掃瞄寬度 (Swath Width) :或稱為像幅寬度,是指在整個視野角範圍內之所能拍攝之地面範圍。


N. 空間解析度 (Spatial Resolution) :對光學遙測系統而言,衛星之空間解析度通常是指在衛星像底點 (Nadir Point) 一個像元所對應之地面大小,一般而言可以像幅寬度除以一掃瞄線 CCD 之總數而得。空間解析度會隨著傾斜觀測角度的增加而降低,如圖 B.20 所示。對雷達遙測系統而言,衛星之空間解析度通常是指側視 (Off-Nadir) 時最遠距點一個像元所對應之地面大小,一般而言可以像幅寬度除以全幅影像像元總數而得。


垂直軌道方向之空間解析度 :
平行軌道方向之空間解析度 :
A :感測器正下方之空間解析度
:感測器傾斜θ角後之空間解析度

圖 B.20 、空間解析度示意圖


O. 時間解析度 (Temporal Resolution) :指衛星在不同時間拍攝同一地點時,最短之時間差距。一衛星之時間解析度除了與前述軌道週期之設計有絕對之關係外,更可以傾斜觀測方式來提昇其時間解析度。若有相同性質之衛星如 SPOT-1~5 ,也可以提高其時間解析度,目前 SPOT 運轉中的系列衛星有 2 、 4 、 5 三顆,其時間解析度約可達一天拍攝一次。


P. 光譜解析度 :指的是該衛星感測器所能偵測之電磁波光譜範圍,就光學遙測系統而言,通常會使用可見光之紅光、綠光、藍光與近紅外光,以及涵蓋上述三個到四個光譜範圍之全色態 (Panchromatic) 光譜進行拍攝。就側視雷達系統而言,所使用之電磁波範圍通常為 5.6 公分之 C-Band 。


Q. 輻射解析度 :指的是地表反射之輻射進入感測器之能量,經過量化後所使用之灰階範圍。例如 SPOT-1~4 衛星影像使用 256 個灰階,也就是一個像元 8 個 Bits ,而 SPOT-5 衛星則可以選擇 8Bits 或 16Bits 兩種輻射解析度。而 IKONOS 、 Quickbird 影像產品則是以 11 Bits ,共 2048 個灰階值來量化。相對而言,一個像元以 2048 個灰階比 256 個灰階之影像,更能描述豐富的地表資訊,對陰影區資訊之判別相當重要。