美国陆地卫星 Landsat-4，5 上搭载了专题制图仪，Landsat-7 卫星装备了增强型专题绘图仪，由它们获得的 TM 图像、ETM + 图像在空间特性、光谱特性方面都有突出的特征，是迄今在全球应用最广泛、成效最为显著的地球资源卫星遥感信息源。
( 一) 空间特性
TM 图像的空间特性主要是指图像的重叠率、投影性质、经纬度、比例尺及分辨率方面等。
1. 地面覆盖与图像重叠
( 1) 图像的重叠率: TM 图像与普通黑白航空像片相似，具有纵向重叠和旁向重叠。其纵向重叠率是事先在数据处理中心进行分幅时设计的，为总面积的 10%，即像片上、下都重叠 18. 5km。而旁向重叠率是由 Landsat 卫星轨道决定的。在赤道附近，每过一天，卫星轨道在地面的投影线向西移动 1. 43° ( 经度) ，即 159km 的距离，面像幅的宽度为185km，于是形成了 26km 的旁向重叠，占图像总面积的 14% ( 图 3-34) 。由于 Landsat 卫星轨道与地轴间的夹角很小，所以越向高纬度，图像旁向重叠的比例就越大。
图 3-34 陆地卫星的重复覆盖 ( a) 及在赤道上图像的旁向重叠 ( b)
( 2) 地面覆盖: TM 的观测带地面覆盖采用了双向扫描。即扫描镜前扫和回扫均为有效扫描，扫描镜摆动频率为 7 次/s，与 Landsat-1，2，3 相比增加了探测器对地面的驻留时间，提高了辐射精度。每次扫描 TM1-5 波段和 TM7 波段图像为 16 条扫描线，每线宽30m，每次覆盖地表面积为 480m × 185km，一景 185km × 185km 的标准像幅共需约 386 次扫描，共有 6166 条扫描线。而由热红外遥感器获得的 TM6 波段图像是在同样的地表范围每次扫描 4 条扫描线，每线宽 120m，一景标准 TM6 像幅由 1542 条扫描线组成。
2. 投影性质
在扫描成像时，每次有效扫描都有一个中心。一幅 TM 图像由 386 次有效扫描而成，故有 386 个中心，因此称为 “多中心投影”。投影中心又是动态的，所以第一行自中心到边缘的影像比例尺都是不相等的。但由于卫星是在 700 ～900 多千米的高空对地面进行成像，这种变形影响并不明显。
图 3-35 TM 探测器阵列图
3. 瞬时视场、地面分辨率
光机扫描传感器的瞬时视场，是指扫描镜在某一位置时，反射到探测器元件上的那一束光线的立体角 ( 称瞬时视场角) 所包含的地面面积，在 TM 影像上即为影像的地面分辨率。TM 扫描镜每次扫描将 480m 宽的地面信息投射到成像板的 100 个探测器单元，分成 TM1-5，7 六个波段每次扫描 16 条扫描需要 96 个探测器单元，其瞬时视场为30m × 30m; 另外 TM6 波段每次扫描 4 条扫描线，需 4 个热红外探测器单元，瞬时视场为 120m ×120m ( 图 3-35) 。
对于光机扫描类型的传感器而言，其瞬时视场角是固定的，但瞬时视场的大小则取决于平台高度和扫描度的大小。如图 3-36 所示，若设 D纵、D横分别为沿航向和扫描方向瞬时视场的长度，则
遥感地质学
式中: H 为平台高度; β 为瞬时视场角; θ/2 为半扫描角。可见，同一条扫描线上地面分辨率随像点的位置不同而变化，在像底点处 ( θ = 0) 最高，且D纵= D横，此点地面分辨率最高，且影像无畸变。其他像点的地面分辨率由中间向两侧对称地降低，即同一条带影像，纵、横向比例尺不一致，横向扫描线上比例尺不一致，而纵向比例尺是一致的 ( 图3-37) 。这是在扫描覆盖时，为保证中间部分各扫描线正好衔接，造成从中间向两侧重叠部分逐渐增加。而横向比例尺，除中间与纵向比例尺相等外，随扫描角的变化，向两侧将逐渐缩小。纵、横向比例尺的不一致是光机扫描图像影像畸变的主要原因。
图 3-36 光机扫描图像地面分辨率( 据潘时祥，1990)
图 3-37 光机扫描图像比例尺示意图( 据潘时祥，1990)
TM 图像的地面分辨率也就是像元的大小。像元是构成遥感图像上的影像的基本单元，是扫描器的瞬时视场在扫描线上移动而成，如 TM 影像以 30m ×30m 的瞬时视场在扫描线上连续移动。瞬时视场中地物反射的辐射量随着扫描而连续变化，这一连续变化的辐射量被探测器单元 ( 件) 接收并转换为连续变化的电信号，电信号为模拟信号，对其按一定的规则间隔取样和量化，便形成影像的基本单元———像元，每个像元的数字数据的每个数值 ( DN 值) 相当一个亮度或灰度等级。每个像元包括地面范围内地物的综合电磁辐射信息。一个像元内若只有一种地物电磁辐射信息，则称正像元; 若一个像元内包涵有两种或两种以上地物的电磁辐射信息，则称混合像元。
4. 卫星图像的经纬度
根据成像的精确时间、卫星前进方向及卫星姿态数据等因素，在资料处理中心利用电子计算机以确定卫星像片的经纬度，并记录在磁带上或直接记录在 700mm 的胶片上。
( 二) TM，ETM + 图像的光谱特性
陆地卫星图像的光谱特性主要包括灰阶、光谱效应等。
1. 灰阶
TM 图像的灰阶划分为 15 级，第 1 级是各通道的最大辐射能级，在图像上为白色调。第 15 级为各通道的最低辐射能级 ( 为零辐射能级) ，在图像上为黑色。
2. 光谱效应
地面上的各种物体，因其物质组成、表面结构、表面温度的不同，而反映出的光谱特性也有差异。多光谱遥感图像上，不仅不同地物的影像色调有差异，即使是同一地物在不同波段图像上的色调也会有所不同。由于光谱效应的差异，TM，ETM + 的不同波段对不同地物有相应的识别能力，具体见表 3-20。
表 3-20 TM 各波段的图像特性
TM1 ( 0. 45 ～ 0. 52μm) 属蓝绿光波段，对水体穿透力强，对叶绿素和叶色素浓度敏感。植被、水体、土壤等在此波段反射率差别明显，有助于判别水质、水深、水中叶绿素分布、沿岸水流、泥沙情况和近海水域制图，可用于土壤和植物分类。在影像色调上，植被最暗，水体次之，新鲜雪最浅。
TM2 ( 0. 52 ～ 0. 60μm) 属绿黄光波段，对水有较强的透射能力，水体色调较浅，可反映一定深度 ( ＞10m) 水下地形，有利于识别水体浑浊度、沿岸流、砂洲等。叶绿素在此波段有一次反射峰称绿峰，健康植物对绿光有一定反射，影像色调较浅，植被分布范围和生长密度可以得到反映。探测健康植物绿色反射率，并按绿峰反射评价植物生活力，可用于区分林型、树种。蓝、绿、黄色地物影像一般呈浅色调，随着红色成分的增加而变暗。浮在水面的油污和金属化合物因妨碍绿光透过也有所显示。陆地上颜色较浅的岩石地层和第四系松散沉积物、城镇、采石场等呈浅色调。受散射光影响，此波段图像反差较小，地物边界轮廓有些模糊。
TM3 ( 0. 63 ～ 0. 69μm) 属橙红光波段，对水体有一定的透射能力 ( 约 2m) ，可反映水中泥沙含量、水下地貌和泥沙流。这一波段也为叶绿素的主要吸收波段，健康植物影像绿色调较深，病害植物伪装的枯树等则呈浅色调，因此可反映不同植物的叶绿素吸收和健康状况，用于区分植物种类和覆盖度。橙红色地物影像一般呈浅色调，绿色地物则为深色调。裸露的地表、植被、土壤、水系、岩石、地层，地貌特征等的影像清晰，色调层次多，信息量丰富，常用来根据宏观和微观地貌特征和色调差别，进行岩性和地质构造解译，如含 Fe3 +较多的岩层与含炭质较多的岩层或中酸性岩石，色调和形态都有明显差异。断裂、褶皱、基岩与第四系松散沉积物的界线，可从水系特征、色调及形态加以识别。对第四系松散堆积物的粗细颗粒分布规律及类型的划分，也有一定的效果。用于地貌特征研究效果较好。
TM4 ( 0. 76 ～ 0. 9μm) 属摄影红外波段，是水的强吸收和植物的强反射波段。图像清晰、反差大、立体感强，能显示各种地形细节，如微水系、微地貌和一些人工建筑物。图像上水体为黑色调，浅层地下水丰富或土壤湿度大的地段、城镇等色调较深。有利于研究水体分布，划分水陆界线，判别河流、冲沟有无流水，寻找浅层地下水，识别与水有关的地质构造和隐伏构造。充水断层、平原区的新凹陷色调较深，而隆起区色调较浅，富水地层色调较深。第四系沉积物类型及形成顺序，如不同时期的堆积物、洪积扇、洪积平原与滨海平原等也有明显的反映。还可用于海水、海水温度分布及地热的研究。
健康植物对近红外波具有较强的反射，为明亮的浅色调，而病害植物则呈较深色调。阔叶树色调浅，针叶树色调相对较深。通过与 TM2，3 的影像色调对比研究和纹理特征分析，易于圈定植被分布范围，区分植物是树林、农作物还是草地，调查植物量和测定作物长势。通过植物与水分的相关性，可在图像上研究某些被植被掩盖的岩石、地层或隐伏构造，例如，植被发育的泥质岩地层，植被生长不好的灰岩地层，充水断层等，在图像上有明显的差异。
TM5 ( 1. 55 ～ 1. 75μm) 属近红外波段，此波段处于水的吸收带 ( 1. 4 ～ 1. 9μm) 内，对地物含水量反映敏感，可用于土壤湿度、植物含水量调查、水分状况研究、作物长势分析等。牧草同阔叶林、花岗岩与裸土的差异得到增强，并大大提高了区分不同类型作物的能力。经过处理的 TM5 图像，可区分出裸露的、被草覆盖的及有树覆盖的表生矿。影像色调雪比云深，水成云比冰晶云浅，易于区分云与雪，云与裸地，冰川雪线更易辨认。
TM6 ( 10. 4 ～ 12. 6μm) 属热红外波段，根据地物发射辐射差别，可在影像上区分草本植物和木本植物，识别大面积的沙漠化。可提供关于湿地淡水与盐水混合、小水体深度、滨海水位和热源信息。区域性地面湿度变化也有明显反映。可用于研究区域岩浆活动和与人类有关的地表热流变化。夜间热红外影像已用于区分岩性差异，由于近地表水通常集中在断层面与节理面，故其温度与周围低，因此也可用于查明断裂构造。另外还用来观测湖、河、海岸和雪盖区表面温度变化。
TM7 ( 2. 08 ～ 2. 35μm) 属近红外波段，这是为地质研究追加的波段。位于水的强吸收带，土壤的反射特征与可见光波段差不多，水体呈黑色调，其他地物影像与可见光波段影像相近。此波段是绝大多数造岩矿物反射波谱的高峰段，而含氢氧基矿物 ( 如黏土)和碳酸盐矿物 ( 如方解石) 具有判别性的特征波谱吸收带，在影像上呈暗色调，所以TM7 图像对直接出露地表的黏土与碳酸盐矿物较敏感。TM7 同 TM2-5 图像的综合利用，可以探测热液蚀变特征标志的含铁黏土矿物，填绘碳酸盐岩地层的岩相变化图及干旱半干旱区的热液蚀变分布图。
ETM + 图像光谱效应如下:
B1 ( 0. 45 ～ 0. 52μm，) 属于蓝绿波段，用于水体穿透，土壤植被分辨。
B2 ( 0. 52 ～ 0. 60μm) ，属于绿色波段，用于植被分辨。
B3 ( 0. 63 ～ 0. 69μm) ，属于红色波段，处于叶绿素吸收区域，用于观测道路、裸露土壤、植被种类效果很好。
B4 ( 0. 76 ～ 0. 90μm) ，属于近红外波段，用于估算生物数量，尽管这个波段可以从植被中区分出水体，分辨潮湿土壤，但是对于道路辨认效果不如 TM3。
B5 ( 1. 55 ～ 1. 75μm) ，属于中红外波段，这个波段被认为是所有波段中最佳的一个，用于分辨道路、裸露土壤、水，它还能在不同植被之间有好的对比度，并且有较好的穿透大气、云雾的能力。
B6 ( 10. 5 ～ 12. 5μm) ，属于热红外波段，感应发出热辐射的目标，分辨率为 60m。
B7 ( 2. 08 ～ 2. 35μm) ，属于中红外波段，对于岩石、矿物的分辨很有用，也可用于辨识植被覆盖和湿润土壤。
B8 ( 0. 52 ～ 0. 90μm) ，属于全色波段，得到的是黑白图像，分辨率为 15m，用于增强分辨率，提高分辨能力。使用时与其他波段融合，以提高其分辨率。