固体成像技术

1、 固体成像器件作业题目：遥感技术的现状及发展趋势姓名：李楠 2012年12月27日 遥感技术的现状及发展趋势 引言：广义上的遥感是指与物体不产生接触的情况下获取物体的有关信息从这个意义说，摄影测量是遥感领域中研究得最早的技术学科现代意义上的遥感起源于20世纪60年代，它是在航天技术、计算机技术、传感器技术等的推动下发展起来的，是指在高空和外层空间的各种平台上，运用各种传感器获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体的形状、大小、位置、性质及其与环境的相互关系的一门现代应用技术学科20世纪80年代以来，随着人类活动对地球的影响逐步受到重视和人类社会对环境、资源危机意识的增强，在微

2、电子技术、计算机技术、航天技术等多方面技术发展的带动下，取得长足的进展。1 多样化多层面搭载平台的出现 当人类乘热气球摄取第一张地表俯视照片时，热气球就理所当然地成为世界上第一个遥感仪器搭载平台了随着航天技术的发展，各种人造地球卫星相继上天，遥感设备逐步以人造地球卫星为主要搭载平台目前，除了传统的航空遥感外，主要的航天遥感设备搭载平台有：(1)地球空间站，如俄罗斯的“和平号”空间站和多国合作的“国际空间站”；(2)航天飞机，如美国的“奋进”号航天飞机；(3)各种轨道的卫星，静止轨道卫星如中国的风云一2，太阳同步轨道卫星如美国的Landsat一7；(4)各种遥感小卫星群以及由它们组成的卫星星座，

3、如中国的测绘小卫星群计划2 各种新型传感器大量涌现 如前所述，摄影机是世界上使用最早的传感器随着电子技术的发展，人们用于探测地球以及太空而使用的传感器越来越多样化，大量新型传感器不断涌现，所获取的信息已大大超越人类自身所能感知的范围当前在航空航天平台上使用的传感器主要有以下几种：2.1 各种形式的CCD成像设备 CCD传感器采用电荷耦合单元来探测目标电磁辐射强度，然后将辐射强度信号进行采样，形成离散的数字图像CCD传感器已经成为当前遥感成像系统中使用最为广泛的一类传感器如法国的SPOT系列遥感卫星，美国的Landsat系列遥感卫星，中国与巴西合作的资源一号、资源二号以及各类成像光谱仪，均使用C

4、CD传感器这些传感器主要用于探测目标对太阳辐射的反射(0.42.4)和目标自身发射的热红外辐射(2.414)2.2 微波类传感器 早期用于成像目的的微波类传感器是侧视雷达，其基本原理就是把所探测到的反射信号按距离远近展绘到图像上现在使用最广泛的微波传感器是合成孔径雷达，其基本原理与侧视雷达一样，但它利用搭载平台的运动来提高运动方向的分辨率使用合成孔径雷达的遥感卫星有1995年加拿大发射的RADARSAT以及早期发射的ERS-1(欧洲航天局)和JERS一1(日本)此外，美国2000年搭载在奋进号航天飞机上的SRT INSAR系统也是采用合成孑L径雷达成像的 微波类传感器主要采用主动式成像，即辐射

5、源是从传感器上发射的，经地表反射后被传感器接收所使用的载波主要有X波段、C波段、L波段以及P波段，毫米级波段微波近年也有应用，主要用于探测大气中的水分由于微波是一种谐波，可以采用不同的极化方式发射和接收信号，按发射和接收信号所采用的不同方式，微波遥感可分为HH、HV、VH、VV等极化方式不同的载波波长和极化方式组合，可以揭示地面目标不同的几何和物理特性 除了主动式的雷达成像外，被动式的微波辐射计也是近年来发展较快的一种微波类传感器微波辐射计用于探测地面自身所发射的微波辐射由于地表自身微波辐射很弱，所以微波辐射计的成像分辨率较低23 摄影类传感器 航空航天遥感中使用最早的是各种形式的光学摄影机，

6、航空摄影至今仍是获取高精度、高分辨率立体影像的最主要手段随着技术的不断进步，以中心投影为几何基础、以摄影胶片为记录介质的光学摄影机也呈现出被CCD面阵成像系统所取代的趋势Leica公司生产的世界上第一台全数字航摄仪计划2002年交货，买主是我国西安煤航集团下属的一个公司3 多样化的立体影像获取手段 除了采用中心投影法则的光学类航空航天摄影机以外，现在各种基于CCD传感器和微波类传感器的成像系统也增加了三维立体的获取手段最早获取立体像对的基于CCD传感器的扫描类成像系统是法国的SPOT遥感卫星，它采用横向转动成像系统的方式来获取邻近轨道的地面影像，从而获取同一地区的立体像对1999年发射的Lan

7、dsat一7也采用了类似的立体成像方式即将发射的SPOT一5上安装了3台三线阵CCD相机，其中一台向前视方向扫描，一台对正下方扫描，另外一台对后视方向扫描，从而形成了同轨立体影像 雷达干涉成像已经成为三维立体信息获取的又一个重要手段，其基本原理是利用两个相隔一定距离的天线接收到来自同一目标反射信号的相位差来确定高差，经过一定的处理得到数字高程模型2000年2月，美国在“奋进”号航天飞机上进行SRTM INSAR测图，采用两个相距60 m(后因技术故障未达到60 m)的雷达天线，磁盘记录并回收数据，飞行11天，摄影范围覆盖了北纬60。至南纬56。之间约4800万km2的地域其中X-SAR分辨率8

8、0 1TI，CSAR分辨率30 rn，确定地面点位精度20 m，高程绝对精度16 m，相对精度10 m4 高分辨率和多分辨率卫星影像的狭取 在信息技术和传感器技术的飞速发展的推动下，卫星遥感影像分辨率有了很大提高，包括空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率1972年以后，美国发射了一系列Landsat卫星，包括Landsat的1号至7号，所携带的传感器由四波段的多光谱扫描仪(MSS，分辨率为80 m)发展到20世纪80年代初投入使用的专题制图仪(TM，7个波段，分辨率除第6波段的120 rn外，其余皆为30 m)，再到1999年4月发射升空的陆地卫星7号所搭载的增强型专题制图仪ETM+(增加了分辨

9、率为15 m的全色波段)到20世纪80年代后期至90年代，法国发射的SPOT卫星上载有20 m(10 m)的高分辨率传感器(HRV分辨率为20 m，全色波段为10m)，SPOT-5提供更高分辨率的影像(HRV分辨率为1020 m，全色波段为5 m)1999年9月，美国空间成像公司(Space Imaging Inc)发射成功的小卫星上载有IKONOS传感器，能够提供1 m的全色波段和4 m的多光谱波段，是世界上第一颗商用1 m分辨率的遥感卫星此外，SPIN-2卫星数据由俄国返回式卫星从20世纪80年代至今获得，它提供2 m和10 m分辨率全色影像数据及DEM和立体像对美国宇航局于1999年底发

10、射的中等分辨率成像光谱仪(MODIS)和即将送入地球轨道的高分辨率成像光谱仪(HIRIS)将为人类提供更多信息MODIS是EOS计划(又称Terra计划)中用于观测全球生物和物理过程的仪器，每天可完成一次全球观测MODIS提供0425弘m之间的36个离散波段的图像，星下点空间分辨率可为250m、500m、lkmMODIS每两天可连续提供地球上任何地方的白天反射图像和白天昼夜的发射光谱图像2001年发射的OrbView卫星能同时提供更高空间分辨率和光谱分辨率的数据它提供1 m全色波段影像和4 m或5 m的多光谱波段及空间分辨率为8 m的200个波段的高光谱数据5 遥感影像处理理论研究方兴未艾5.

11、1 几何纠正 几何纠正就是将遥感影像与某个地面坐标系联系起来，实现影像数据的地理编码实现遥感影像地理编码的措施分数据采集阶段措施和影像处理阶段的措施数据采集阶段措施目前有传感器几何校正、搭载平台姿态改正、搭载平台轨道的GPS定位以及地球形状和自转的改正影像处理阶段的几何纠正措施目前主要有传感器成像几何改正、地形高差改正和地图投影改正，其实现手段有交互式选取控制点、控制影像与目标影像匹配等措施5.2 去噪处理辐射校正 目前遥感影像的去噪处理主要包括所谓的广域噪声(global noise)、局部噪声(10cal noise)和周期噪声广域噪声主要通过各种低通滤波来消除；局部噪声主要通过空间相关和

12、波段间相关等手段来探测并消除；周期噪声来自传感器灵敏度的不一致，主要通过各种统计方法及傅立叶变换等来探测并消除 辐射校正包括对传感器定标和对遥感数据改正、大气改正、太阳辐射改正及地形改正其中大气改正主要方法是对大气吸收和反射模型的研究，加上对阴暗目标光谱特征的研究来反演大气改正数53 影像增强处理 图像增强主要包括两个方面的变换：基于空间的变换(spatial transforms)和基于光谱的变换(spectral transforms) 空间变换提供了提取或改变遥感影像中空间信息的一系列工具有些变换，如滤波，只涉及给定像元周围相对较小的一个邻域内的影像信息，而另外一些变换，如傅立叶变换，则

13、涉及整个影像的广域空间结构还有一些变换处理从邻域到广域的较大尺度变化范围的影像结构，如高斯和拉普拉斯金字塔以及小波变换 基于光谱的变换主要包括各种形式的影像拉伸、各个波段之间的代数运算、主成分变换等基于光谱的变换不能增加影像的信息量，但不同的变换可以把不同方面的信息更显示的体现出来，有利于分析和判读，如在全球植被研究中广泛使用的NDVI指数 除了基于空间的变换和基于光谱的变换以外，另一个重要的图像增强措施是影像融合即把不同时相不同分辨率影像中的信息融合到一个影像中5.4 分类和信息自动提取 信息提取是遥感的最终目的使用最早的影像信息提取手段是人工判读，即由经验丰富的影像判读专家从遥感影像(数字

14、的或模拟的)解译出需要的信息随着电子计算机技术的发展，大量的数字遥感影像处理任务逐渐由计算机完成，人们开始研究如何让计算机自动地或半自动地从影像中提取需要的信息 以专题制图为目的的遥感影像自动分类是研究得比较早和比较成熟的影像信息自动提取技术遥感影像自动分类的两个基本假设是：影像中任何一个像元属于且只属于一个类；并且每一个类在影像上是可区分的遥感影像自动分类的第一步是训练样本的生成，现在使用的有监督训练、非监督训练以及二者的混合接下来的分类方法有参数法和非参数法两类，非参数算子中效果比较好的有最邻近点法和人工神经网络法，而参数算子中效果较好的有最大似然法等总的说来，目前遥感影像自动分类的精度都

15、不是很高，而且分的类越多，分类精度就越低 计算机视觉和目标识别一直是人工智能专家们研究的课题，后来摄影测量工作者开始研究其在地图要素自动提取中的应用以前由于遥感影像的分辨率较低，不能从中有效地辨别出单个目标(如建筑物)的形状和性质随着遥感影像分别率的不断提高，各种高光谱影像的出现，传统的摄影测量和遥感之间的界线被打破，从遥感影像中提取地图要素逐渐成为一个重要的课题高分辨率的多光谱和高光谱遥感影像不但能提供目标的几何信息，而且可以反映目标的物理性质和材料构成等属性，为目标识别提供重要的依据遥感影像识别和影像知识挖掘的智能化将是遥感数据自动处理研究的重大突破 三维立体信息的获取是遥感应用技术的一个

16、重要方面各种形式的遥感立体像对、雷达干涉测量数据和各种激光断面扫描数据为我们获取数字高程模型提供了多种手段5.5 高光谱影像的应用研究和目标识别 遥感信息定量化使高光谱遥感信息的定量分析与应用成为现实高光谱遥感器的光谱分辨率已达数纳米，空间分辨率仅达到米级，对应图像任一像元反演的地物光谱，可与地面实测值相比拟，这将便于实验室把地物光谱分析模型直接应用到高光谱遥感的处理和分析研究中，以及利用计算机自动进行地物的光谱分类和匹配识别研究长期以来，高光谱遥感一直处于以航空为基础的研究发展阶段，且主要集中在一些发达国家，对其数据的研究和应用还十分有限近些年来情况出现了转机，随着近些年各种高光谱传感器的出

17、现，一个高光谱群星灿烂的局面将展现在我们面前，高光谱遥感的深入应用正处在突破的前夕6 遥感应用范围不断扩大 遥感的应用目前主要有以下方面： (1)地图制图：影像地图制作、地图测绘和修测、特殊条件下测绘； (2)农、林、牧方面的应用：农作物面积估算和产量估计、土地使用分类、草场资源分类和评价、土壤侵蚀的定量分析、防汛救灾等； (3)环境监测：大气环境、水环境、城市污染等； (4)地质找矿：地质构造探测和岩性识别等； (5)遥感与地理信息系统集成； (6)军事侦察； (7)其他方面的应用，如考古和旅游方面的应用等参考文献： 1胡兴树，龚健雅，潘建平.当代遥感技术的现状和发展趋势.武汉大学学报,2003,36(3A). 2李德仁摄影测量与遥感的现状及发展趋势J武汉测绘科技大学学报，2000，25(1) 3李静遥感技术发展的新趋势分析一实现遥感地物定量化识别的高级工具ENVIEBOLhttp：wwwidworldcom 4孙