第四章 传感器及成像特点1.doc

第四章 传感器及成像特点1 1、传感器的组成 2、传感器类型及成像原理 3、典型传感器成像原理第四章遥感传感器及其成像原理 4、遥感地面接收站 5、遥感图像的特征14.1传感器的基本组成（传感器的基本组成 （1）遥感器的结构包括收集系统、探测系统、信号转换系统、记录系统。 1、收集系统包括收集系统、探测系统、信号转换系统、记录系统。 1、收集系统-透镜(镜头)反射镜功能接收电磁波并将其聚焦成像探测系统 22、探测系统-光电探测器-光电转换功能对电磁辐射敏感、能将辐射能转换成电信号的探测器探测元件:光子探测器（量子探测器）特点每种器件具有确定的波谱响应范围；如感光胶片0313m4.1传感器的基本组成如感光胶片0.31.3m CCD0.41.1m碲镉汞(Hg0.8Cd0.2Te)锗掺汞(Ge:Hg)响应速度快；灵敏度高814m 33、信号转换系统功能、信号转换系统功能电光转换-将电信号转换为便于显示、记录、处理的光信号除感光胶片直接吸收光能，发生光化学作用形成潜影，经显影、定影等化学处理获得影像外，其它探测元件输出的都是电信号4.1传感器的基本组成件输出的都是电信号。 转换装置:氖灯管或显像管-它们的亮度随电信号的强弱而变化，产生变化的光点通过光机扫描仪成像在胶片上，或经电子扫描在显示器上输出（显示）光学影像。 44、记录系统功能:将探测系统或信号转换系统输出的电磁波信息（光信号）记录、存储到遥感信息载体，以影像或数字形式输出。 4.1传感器的基本组成遥感信息载体指记录、存储成像遥感器输出信号的介质。 模拟形式-感光胶片、磁带数字形式-磁带、磁盘、光盘 511、空间分辨率 22、波谱分辨率B BG GR RNIR （2）描述遥感器的特性参数4.1传感器的基本组成 33、辐射分辨率 44、时间分辨率Jan15Feb1510m10m 61、空间分辨率表示按地物几何特征(尺寸和形状)和空间分布,即在形态学基础上识别目标的能力。 表示按地物几何特征(尺寸和形状)和空间分布,即在形态学基础上识别目标的能力。 .遥感器的技术鉴别能力即能把两相邻目标作为两个清晰实体记录下来的两目标 （2）描述遥感器的特性参数4.1传感器的基本组成义含种两义含种两标作为两个清晰实体记录下来的两目标间的最小距离.遥感器观察地面特征所需要的有效探测和分析的分辨率7低分辨率不同空间分辨率遥感图像 1、空间分辨率 （2）描述遥感器的特性参数4.1传感器的基本组成高分辨率中分辨率 82、光谱分辨率指遥感器在接收目标辐射的波谱时，能分辨的指遥感器在接收目标辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔即遥感器 （2）描述遥感器的特性参数4.1传感器的基本组成最小波长间隔，即遥感器的工作波段数目、波长及波长间隔的工作波段数目、波长及波长间隔(波带宽度)。 9光谱分辨率高-意味着.区分具有微小波谱特征差异地物的能力强；.数据量大，传输、处理难度大； 2、光谱分辨率 （2）描述遥感器的特性参数4.1传感器的基本组成数据大传输难度大；.各波段间数据的相关性大。 应服从应用目的-结合地物特征波谱选择能提供最大信息量的最佳波段和多波段组合 103、辐射分辨率遥感器测量的是地物的波谱辐射度辐射分辨率指遥感器探测元件在接收波谱辐射信号时，能分辨的最小辐射度差。 辐射分辨率指遥感器探测元件在接收波谱辐射信号时，能分辨的最小辐射度差。 （2）描述遥感器的特性参数4.1传感器的基本组成即把遥感器输出信号的总范围，从黑到白，分解成大量刚好能辨别的灰度等级反映地物在波谱辐射度或反射率上的微细差异辐射分辨率高-识别两同等空间分辨率目标的能力强 114、时间分辨率遥感器成像间隔的性能指标遥感器须对目标的运动（变化）进行连续均匀、不间断地探测 （2）描述遥感器的特性参数4.1传感器的基本组成断探测为分析、识别目标所必须具有的最小时间间隔，称时间分辨率为分析、识别目标所必须具有的最小时间间隔，称时间分辨率注意对同一目标遥感器重复成像的周期、覆盖周期、重访周期12 （2）描述遥感器的特性参数4.1传感器的基本组成134.2遥感器的类型遥感器的一般分类按信息记录形式非成像遥感器-侧重时间、光谱分辨率成像遥感器侧重时间、光谱分辨率成像遥感器-强调空间分辨率按成像方式:摄影方式扫描方式摄影方式扫描方式按辐射源被动式（自然）主动式（人工）被动式（自然）主动式（人工）141.摄影方式遥感器各类摄影机2.扫描方式遥感器电扫描遥感成像类遥感器4.2遥感器的类型.电子扫描遥感器器.光机扫描遥感器光机扫描遥感器.固体自扫描遥感器固体自扫描遥感器.天线扫描遥感器天线扫描遥感器.成像光谱仪15指经过透镜(组)，按几何光学的原理聚焦构像，用感光材料，通过光化学反应直接感测和记录目标物反射4.2遥感器的类型（遥感器的类型 （1）摄影方式遥感器的可见光和摄影红外波段电磁辐射能，在胶片或像纸上形成目标物固化影像的遥感器16优点空间分辨率高成本低易操作信息量大缺点4.2遥感器的类型（遥感器的类型 （1）摄影方式遥感器缺点局限性大0.31.3m影像畸变较严重成像受气侯、光照和大气效应的限制须回收胶片影像形成周期长无法实时观测17各类摄影机-按结构及胶片曝光方式分类4.2遥感器的类型（遥感器的类型 （1）摄影方式遥感器184.2遥感器的类型（遥感器的类型 （1）摄影方式遥感器19航摄仪194.2遥感器的类型（遥感器的类型 （1）摄影方式遥感器204.2遥感器的类型（遥感器的类型 （1）摄影方式遥感器BGR IR214.2遥感器的类型（遥感器的类型 （1）摄影方式遥感器22 (2)扫描方式遥感器优点可对全部五个大气窗口的电磁辐射进行探测可进行多波段、超多波段遥感可对全部五个大气窗口的电磁辐射进行探测可进行多波段、超多波段遥感-波谱分辨率高输出电信号，4.2遥感器的类型可用磁带记录，可实时传输所获是辐射量的定量数据,便于校正和图像处理.缺点空间分辨率相对较低23电子扫描遥感器-RBV-映像面扫描由扫描电子束逐次扫描经透镜在焦平面上形成的光像而成像 (2)扫描方式遥感器4.2遥感器的类型24光机扫描遥感器借助平台沿航向运动和本身光学机械垂直航向的 (2)扫描方式遥感器4.2遥感器的类型横向扫描，共同完成地面覆盖，获得条带形地面影像25IFOV Instantaneousfield ofview-瞬时视场空间分辨率 (2)扫描方式遥感器4.2遥感器的类型空间分辨率 261、红外扫描仪 2、多光谱扫描仪（MSS） 3、专题制图仪（） 1、红外扫描仪 2、多光谱扫描仪（MSS） 3、专题制图仪（）机载红外扫描仪的成像原理多光谱扫描仪成像原理（MMS、TM、TM+）机载红外扫描仪的成像原理多光谱扫描仪成像原理（MMS、TM、TM+）33推扫式传感器成像原理（HRV）4.3典型遥感器的成像原理 33、推扫式传感器成像原理（HRV） 4、成像光谱仪 5、雷达成像原理 4、成像光谱仪 5、雷达成像原理27组成光学-机械扫描热红外探测 （1）红外扫描仪4.3典型遥感器的成像原理?扫描成像过程?扫描线的衔接问题?分辨率的问题?热红外图像特征28扫描线的衔接(单像元排列）飞行速度W=/t(扫描一次的时间)当当Wt=时,不会出现扫描空隙和重复因H/H/为常数 （1）红外扫描仪4.3典型遥感器的成像原理因wt=H,w/H=/t为常数29空间分辨率瞬间视场=d/f d星下点 （1）红外扫描仪4.3典型遥感器的成像原理空间分辨率0=H=dH/f0H30空间分辨率0=H=dH/f平行航线方向 （1）红外扫描仪4.3典型遥感器的成像原理=H=H sec=00sec=sec=00sec22垂直航线方向31 （1）红外扫描仪4.3典型遥感器的成像原理航空像片热红外描像片32 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）组成 1、扫描反射镜美国陆地卫星上的多光谱扫描仪、扫描反射镜美国陆地卫星上的多光谱扫描仪4.3典型遥感器的成像原理 2、反射镜组 3、成像板 4、探测器33美国陆地卫星上的多光谱扫描仪 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理 342、反射镜组反射镜组是由主反射镜和次反、反射镜组反射镜组是由主反射镜和次反射镜组成焦距为823厘米美国陆地卫星上的多光谱扫描仪 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理射镜组成，焦距为82.3厘米。 作用将扫描镜反射进入的地面景物聚焦在成像板上。 作用将扫描镜反射进入的地面景物聚焦在成像板上。 353、成像板成像板上排列有、成像板成像板上排列有24+2个玻璃纤维单元，按波段排列成个玻璃纤维单元，按波段排列成4列，美国陆地卫星上的多光谱扫描仪列，美国陆地卫星上的多光谱扫描仪波段45678 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理每列有6个单元，每个单元为扫描仪的瞬时视场的构象范围，瞬时视场角为个单元，每个单元为扫描仪的瞬时视场的构象范围，瞬时视场角为86rad，卫星高度为，卫星高度为915公里，地面距离为79米。 364、探测器它的数量与成像板的纤维单元的、探测器它的数量与成像板的纤维单元的个数相同探测器的类型与响应美国陆地卫星上的多光谱扫描仪45678 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理个数相同，探测器的类型与响应的波长有关。 MSS4-MSS6采用光电倍增管；采用光电倍增管；MSS7采用硅光电二极管；采用硅光电二极管；MSS8采用碲镉汞。 作用辐射能转化为电信号0.5-0.60.6-0.70.7-0.80.8-1.110.4-12.637成像过程?从左至右（西向东）,垂直飞行方向逐点扫描,得到一条相应于地面的图像线 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理一条相应于地面的图像线?卫星向前运动，第二次扫描得到第二条扫描线38185KM飞行方向123456主动扫描回474M （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理6123456回扫MSS扫描成像过程39 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理915km=185km扫描线衔接（6个感应元排一列）因扫描周期为73.42ms卫星速度（地速）6.5km/s73.42ms6.5km/s=474m在扫描一次的时间里卫星往前正好移动474m，扫描线恰好衔接40 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理注意41?MSS空间分辨率?飞行方向79米=86rad*915KM?垂直飞行方向?探测器采样时间为9.958s，扫描镜实际扫描时间为33ms，扫描的宽度为，扫描的宽度为185KM，实际在探测器采样时间内对于的地面距离是56米，及垂直飞行方向的空间分辨率为56米。 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理?MSS数据率?每个采样时间里（9.958s），对每个像素进行编码（采样6BIT），6个单元*4个波段=144BIT，加上信号同步的时间，相当于每，加上信号同步的时间，相当于每BIT的时间为0.0664s，即BIT速率为15M/S。 42MSS影像特征存在全景变形,空间分辨率为79m几何特征 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理存在全景变形,空间分辨率为波谱特征Landsat1-3有五个波段MSS4(绿)、MSS5(红)、MSS6(红外)、MSS7(红外)MSS8(热红外)43 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理某机场热图像44 （2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）4.3典型遥感器的成像原理午后13:00成像凌晨成像凌晨4:00成像45Landsat45传感器，结构与MSS相似，性能上主要有以下特点 1、更高的空间分辨率 2、更多的波段 （3）TM(专题制图仪)(Thematic Mapper)4.3典型遥感器的成像原理 3、更好的几何保真度 4、更高的辐射分辨率46 （3）TM(专题制图仪)(Thematic Mapper)4.3典型遥感器的成像原理47探测器探测器共有100个,分七个波段呈错开排列分七个波段呈错开排列 （3）TM(专题制图仪)(Thematic Mapper)4.3典型遥感器的成像原理TM14各有16个硅（CCD）探测器，）探测器，TM5和TM7的各有16个焍化铟红外探测器个焍化铟红外探测器,每个的瞬时视场在地面上为每个的瞬时视场在地面上为3030TM6的有4个碲镉汞探测器,每个的瞬时视场在地面上为每个的瞬时视场在地面上为12012048半个扫描周期，即单向扫描所用的时间为71.46ms，卫星正好飞过地面，卫星正好飞过地面480m，下半个扫描周期获取的16条图像线正好与上半个扫描周期的图像线衔接条图像线正好与上半个扫描周期的图像线衔接 （3）TM(专题制图仪)(Thematic Mapper)4.3典型遥感器的成像原理49?TM特点 1、TM中增加一个扫描改正器,使扫描行垂直于飞行轨道(MSS扫描不垂直于飞行轨道）; 2、往返双向都对地面扫描（MSS仅单向扫描）；地面分辨率由米到米 （3）TM(专题制图仪)(Thematic Mapper)4.3典型遥感器的成像原理 3、地面分辨率由79米到30米； 4、波段由5个增加到7个； 5、有热红外通道TM6。 5010.450.52(蓝)0.8这个波段的短波端相应于清洁水的峰值，长波端在叶绿素吸收区，这个蓝波段对针叶林的识别比这个波段的短波端相应于清洁水的峰值，长波端在叶绿素吸收区，这个蓝波段对针叶林的识别比Landsat-1,2,3的能力更强20.520.60(绿)0.5这个波段在两个叶绿素吸收带之间，因此相应于健康植物的绿色。 波段这个波段在两个叶绿素吸收带之间，因此相应于健康植物的绿色。 波段1和2合成，它显示水体的蓝绿比值，能估测可溶性有机物和浮游生物合成，它显示水体的蓝绿比值，能估测可溶性有机物和浮游生物30.630.690（红）0.5在叶绿素吸收区内。 在可见光中这个波段是识别土壤边界和地质界线的最有利的光谱区，在这个区段，表面特征经常展现出高的反差，大气朦雾的影响比其它可见光谱段低。 这样影像的分辨能力较好在叶绿素吸收区内。 在可见光中这个波段是识别土壤边界和地质界线的最有利的光谱区，在这个区段，表面特征经常展现出高的反差，大气朦雾的影响比其它可见光谱段低。 这样影像的分辨能力较好这个波段相应于植物的反射峰值它对于植物的鉴别和评价十分 （3）TM专题制图仪4.3典型遥感器的成像原理40.760.90（红外）0.5这个波段相应于植物的反射峰值，它对于植物的鉴别和评价十分有用。 TM2与TM4的比值对绿色生物量和植物含水量敏感51.551.75(红外)1.0在这个波段中叶面反射强烈地依赖于叶湿度。 一般地说，这个波段在对收成中干旱的监测和植物生物量的确定是有用的，另外，在这