遥感概论第4章遥感传感器.ppt

遥感概论主讲人 史展电话q 412099720E mail shizhanlxz 教学大纲 第一章绪论第二章遥感物理基础第三章遥感平台第四章遥感传感器第五章遥感影像及其特征第六章遥感图像处理第七章遥感图像目视解译第八章遥感数字图像计算机解译第九章遥感专题制图第十章遥感应用第十一章高光谱遥感及其应用 第4章遥感传感器 教学目的及要求 1 掌握遥感传感器组成和性能 2 了解摄影型 扫描型和微波成像类传感器特点及工作方式 第4章遥感传感器 4 1遥感传感器 1 定义传感器 在遥感中收集 探测和记录目标的电磁辐射信息的仪器 2 传感器的组成与工作原理基本原理 收集器 探测器 信号处理器和输出器组成 功能 收集信息常用收集器 摄影机 透镜扫描仪 反射镜雷达 天线多波段遥感 分光器 探测器 测量地物电磁辐射性质和强度 最重要部分 常用探测元件 摄影机 感光胶片扫描仪 光电管雷达 微波检测器 信号处理器 信号放大 光电转换等 输出器 信息输出 胶片 图像 磁带 波谱曲线等 第4章遥感传感器 3 传感器类型 6 4 目前常用传感器 第4章遥感传感器 第4章遥感传感器 第4章遥感传感器 空间分辨率遥感影像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小 用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标 直接描述方式地面分辨率 遥感影像能分辨的最小地面尺寸 最常用 最基本 像素分辨率 一个像素对应的地面距离或尺寸地面采样间隔 与像素分辨率相同 是航空数码照相机空间分辨率的表达方式间接描述方式瞬时视场角 传感器的角分辨率 遥感系统在某一瞬间 探测单元对应的瞬时视场影像分辨率 区分最小影像单元的能力 与比例尺有关 第4章遥感传感器 波谱分辨率 评价传感器探测能力和遥感信息容量的重要指标 传感器接受电磁波辐射所能区分的最小波长范围 或能分辨的最小波长间隔 表现在3个方面 波段宽度 波段数目 波段范围间隔愈小 分辨率愈高 传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值 如感测人体选择8 12微米 探测森林火灾应选择3 5微米 意义 1 多波谱遥感信息的应用大大拓宽了遥感的应用领域2 专题研究中波段选择的针对性较强3 提高判读效果 第4章遥感传感器 辐射分辨率 传感器所能探测到的最小辐射功率 或遥感影像记录灰度值的最小差值 意义 提高辨识度在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级 D 如6bit 8bit 12bi等 其辐射分辨率为26级 28级 212级 Referstothesensitivityofthesensortoincomingradiance Howmuchchangeinradiancemusttherebeforeachangeinrecordedbrightnessvaluetakesplace Thissensitivitytodifferentsignallevelswilldeterminethetotalnumberofvaluesthatcanbegeneratedbythesensor 26 0 63 6428 0 255 256210 0 1023 1024Examples GOESImager 10bitLandsat7ETM 8bit 单波段遥感图像的总信息量与空间分辨率 以像元数n表示 辐射分辨率 以灰度量化级D表示 有关 多波段遥感的图像总信息量还取决于波段数k 即与波谱分辨率 空间分辨率 辐射分辨率有关 热红外遥感的辐射分辨率 温度分辨率 表示分辨地表热辐射 温度 最小差异的能力 为了获得较好的温度鉴别力 红外系统的噪声等效温度限制在0 1 0 5K之间 而使系统的温度分辨率达到0 2 3 0K 目前 TM6图像的温度分辨率可达到0 5K 第4章遥感传感器 辐射分辨率 第4章遥感传感器 时间分辨率 针对同一目标进行遥感采样的时间间隔 即相邻两次探测的时间间隔 重访周期 间隔越大 时间分辨率越低 间隔越小 时间分辨率越高 取决于卫星轨道类型与传感器视场角范围与传感器侧视能力超短 短 周期时间分辨率 以小时为单位 如气象卫星 中周期时间分辨率 以天为单位 长周期时间分辨率 以年为单位 意义1 进行动态监测和预报2 进行自然历史变迁和动力学分析3 利用时间差提高遥感的成像率和解像力 第4章遥感传感器 视场角 传感器对地扫描或成像的总角度决定了一幅图像对地面的覆盖范围 高程测量精度视场角越大 一幅图像包含地面范围越广视场角越大 传感器基高比越大 高程测量精度越高 第4章遥感传感器 4 2摄影型传感器 摄影型传感器 用光学系统成像并用胶片记录影像的传感器摄影图像主要工作波段 可见光波段应用 地面与航空遥感组成 摄影机 滤光片 感光材料等过程 物镜收集电磁波 聚焦到感光胶片 感光材料探测并记录 在胶片上留下目标的潜像 经过摄影处理得到可见图像 框幅式摄影机缝隙式摄影机全景摄影机多光谱摄影机 特点 摄影相机胶片记录的灵敏度和分辨率都很高响应波段窄 0 4 1 1 m图像几何关系稳定 严密 中心投影 不利于地物信息的实时传输和数字处理 难以进行较长时间的连续工作 第4章遥感传感器 4 2摄影型传感器 第4章遥感传感器 4 2摄影型传感器 单镜头框幅式摄影机 一次曝光成像 中心投影最常见航空摄影机 航天摄影机 第4章遥感传感器 4 2摄影型传感器 缝隙式摄影机也称航带式或推扫式摄影机缺点 相机姿态变化不易控制意义 设计思想是目前流行的线阵CCD传感器的基础 第4章遥感传感器 4 2摄影型传感器 全景摄影机又称全景扫描相机 扫描摄像头 摇头摄影机特点 焦距长摄影视场角大 180 摄取航迹到两边地平线之间的广大区域缺点 全景畸变 第4章遥感传感器 4 2摄影型传感器 多光谱摄影机多光谱摄影机 对同一地区 同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机单镜头型多光谱摄影机 光束分离型摄影机 可以单个相机 也可多个相机组合多镜头型多光谱摄影机 多相机组合型 多镜头组合型 光束分离型 第4章遥感传感器 4 2摄影型传感器 多光谱摄影机 第4章遥感传感器 4 2摄影型传感器 多光谱摄影机 摄像机胶片 黑白胶片 全色胶片和全色红外胶片感光范围 0 4 0 7 m彩色胶片感光范围 0 4 0 7 m彩色红外胶片感光范围 0 5 0 8 m仅对绿光 红光和近红外光起作用正片上 绿色物体呈蓝色 红色物体呈绿色 近红外呈红色负片上 绿色物体呈黄色 红色物体呈蓝色 近红外呈青色 缺点 摄影机胶片响应波段窄 在0 4 1 1 m不便于信息实时传输与数字处理 难以进行长时间连续工作 摄像机滤光片 玻璃滤光片胶质滤光片塑料滤光片液体滤光片为了减少大气散射蓝紫色光的影响 增加影像反差 防止偏色影响 常在摄影机镜头前加浅黄色滤光片限制蓝色光通过 第4章遥感传感器 4 2摄影型传感器 多光谱摄影机 第4章遥感传感器 4 3扫描型传感器 摄影像片一般只能记录0 4 1 1 m的电磁波 航天遥感携带胶片有限 因此航天遥感大多采用扫描型传感器 特点 探测范围大 可见光至整个红外区数据存储与传输方便 将电磁波信号转变为电信号 通过无线电频道向地面发送光机扫描仪推帚式扫描仪成像光谱仪 第4章遥感传感器 光机扫描仪 4 3扫描型传感器 借助传感器本身沿着垂直于遥感平台飞行方向的横向光学机械扫描 获取覆盖地面条带图像的成像装置 类型 红外扫描仪 多光谱扫描仪组成 收集器 分光器 探测器 处理器和输出器等 收集电磁波信号可见光 近红外 透镜系统热红外 反射系统 电磁波分解成需要的光谱成分 分光棱镜 衍射光栅 分光滤光片 探测电磁波并将电磁波转换为电信号 光电子发射型 光激发载流子性 热效应性 低电平信号放大 限制带宽电信号转换为光信号电信号转换为数字形式 胶片或磁带输出 第4章遥感传感器 光机扫描仪 探测器探测器性能评价 瞬时视场角 IFOV 在某一很短的时间内 瞬时 假定飞行器静止时 传感器观测到的视场范围 地面面积 探测的影响范围传感器对亮度灵敏的最低和最高限度 传感器灵敏度必须与平台速度和高度匹配 4 3扫描型传感器 扫描型传感器亮度响应范围大于胶片 第4章遥感传感器 光机扫描仪 探测器探测器性能评价 信噪比 信号与噪声之比噪声产生 传感器各部件累积的电子信号错误 大气影响光谱灵敏度 传感器的波谱分辨率传感器的光谱探测能力 包括探测波段宽度 波段数 各波段的波长范围和间隔等 4 3扫描型传感器 FWHM 半峰全宽光谱灵敏度曲线最大值的一半处的光谱范围 第4章遥感传感器 光机扫描仪 4 3扫描型传感器 成像过程 扫描镜在机械驱动下 随遥感平台的前进运动而摆动 依次对地面进行扫描 地面物体的辐射波束经扫描镜反射 并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开 再聚焦到感受不同波长的探测元件上 第4章遥感传感器 推帚式扫描仪 CCD固体扫描仪 4 3扫描型传感器 将固定光电转换元件排成一排作为探测器的扫描仪主要采用CCD制成的传感器电子藕合器件CCD 是一种用电荷量表示信号大小 用耦合方式传输信号的探测元件 具有感受波谱范围宽 畸变小 体积小 重量轻 系统噪声低 灵敏度高 动耗小 寿命长 可靠性高等一系列优点 扫描方式上具有刷式扫描成像特点 重量轻 像元几何位置精确 可以获取可见光和近红外的全色 多光谱影像 便于实时传输 传感器灵敏度高缺点 探测仪器数目多 易产生带状噪声 第4章遥感传感器 推帚式扫描仪 CCD固体扫描仪 4 3扫描型传感器 第4章遥感传感器 推帚式扫描仪 CCD固体扫描仪 4 3扫描型传感器 同轨立体观测 第4章遥感传感器 推帚式扫描仪 CCD固体扫描仪 4 3扫描型传感器 异轨立体观测 第4章遥感传感器 成像光谱仪 4 3扫描型传感器 既能成像又能获取目标光谱曲线的 谱像合一 的技术 称为成像光谱技术 按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪 特点 高光谱成像仪是遥感进展的新技术 其图象是多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成 光谱波段覆盖了可见光 近红外 中红外和热红外区域全部光谱带 光谱仪成像时多采用扫描式和推帚式 可以收集200或200以上波段的收据数据 使图象中的每一像元均得到连续的反射率曲线 而不像其他一般传统的成像谱光仪在波段之间存在间隔 第4章遥感传感器 微波遥感特点全天候 全天时工作对地物有一定的穿透能力对地物具有特殊的波谱特征雷达遥感图像中包含相位信息和极化信息能提供不同于可见光 红外遥感所提供的信息微波遥感观测方式 主动式被动式 4 4微波成像类传感器 第4章遥感传感器 微波遥感成像传感器 4 4微波成像类传感器 第4章遥感传感器 微波遥感成像传感器微波辐射计 成像 记录目标亮度温度地面平台 一个单元的亮度温度航空平台 飞机 沿飞行方向的一条亮度温度曲线扫描方式