第四章 传感器及成像特点-2

1、1、传感器的组成2、传感器类型及成像原理3 3、典型传感器成像原理、典型传感器成像原理4、遥感地面接收站5、遥感图像的特征第四章遥感传感器及其成像原理第四章遥感传感器及其成像原理1 以CCD为探测元件的固体自扫描成像遥感器2（4）固体自扫描遥感器）固体自扫描遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理CCD-Charge Coupling Device 电荷耦合器件电荷耦合器件是一块有许多小的光电二极管构成的固态电子元件 -其中的每个CCD单元都能感受光线的强弱-并将光信号转变为与其相应强弱的微小电流-连续量的电模拟信号 3（4）固体自扫描遥感器）固体自扫描遥感器4.3 典型遥感器的

2、成像原理典型遥感器的成像原理 电子扫描装置电子扫描装置 接收由CCD传输来的电信号取样、量化 将这种强弱不断变化的连续电流转变为一连串的以电脉冲表示的二进制数字A/D转换 数字存储器4（4）固体自扫描遥感器）固体自扫描遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理CCD 的工作原理的工作原理: CCD是一种用电荷量表示信号强弱,用耦合方式传递信号的全固体化半导体表面器件 固体器件-其受激电荷靠电子或空穴运载在固体内移动 由于硅(Si)具有探测0.41.1m可见光及近红外波的能力-CCD一般由硅制成MOS (Matal-Oxide-Silicon金属-氧化物-硅)结构电容作为光敏感元5（

3、4）固体自扫描遥感器）固体自扫描遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理CCD三种主要功能三种主要功能:光电转换光电转换-入射辐射在MOS电容(CCD元) 上产生与光亮度成正比的电荷电荷积累电荷积累-当电压加到CCD电极上时在硅层形成电位势阱-电荷在势阱内积累电荷转移电荷转移-加高压形成深势阱, 加低压形成的势阱浅-电荷可进行转移-实现信号传输6（4）固体自扫描遥感器）固体自扫描遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理线列(阵)CCD:CCD光敏元的排列方向与平台的飞行方向垂直, 由线列CCD自身完成一维扫描,靠平台运动完成另一维扫描,形成条带状二维影像。地面分辨率

4、地面分辨率取决于取决于CCD元的元的大小大小 7（4）固体自扫描遥感器）固体自扫描遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理线列线列CCD光敏元的数目等于行扫方向上的像元数光敏元的数目等于行扫方向上的像元数 如HRV 多波段3000个 全色波段6000个各光敏元同时露光，每个光敏元积累的与目标物辐射各光敏元同时露光，每个光敏元积累的与目标物辐射强度成正比的电荷量通过耦合方式转移输出，而不同于其强度成正比的电荷量通过耦合方式转移输出，而不同于其它探测器输出的是电压信号。它探测器输出的是电压信号。8（4）固体自扫描遥感器）固体自扫描遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理

5、推扫式扫描仪推扫式扫描仪（Push-Broom) SPOT卫星HRV：High Resolution Visible Sensor -高分辨率可见光遥感器9（4）固体自扫描遥感器）固体自扫描遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理面阵面阵CCD 矩阵式排列的CCD元可象胶片一样同时曝光 -记录整幅画面10（4）固体自扫描遥感器）固体自扫描遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理固体自扫描成像遥感器特点：固体自扫描成像遥感器特点： .一改光机扫描的逐点扫描为逐行扫描、逐面一改光机扫描的逐点扫描为逐行扫描、逐面扫描扫描-革除了机械部件革除了机械部件,简化了结构简化了结构

6、,避免了因振动避免了因振动引起的噪声；引起的噪声； .光敏元同时曝光光敏元同时曝光-延长了信号驻留时间延长了信号驻留时间,提高提高了遥感器的灵敏度；了遥感器的灵敏度； .波谱响应范围宽波谱响应范围宽-硅光敏元可探测硅光敏元可探测0.41.1m; .无畸变、体积小、功耗低、寿命长可靠性强。无畸变、体积小、功耗低、寿命长可靠性强。 使成像遥感器的结构发生了根本性变革使成像遥感器的结构发生了根本性变革11（4）固体自扫描遥感器）固体自扫描遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理地面带宽地面带宽60km SPOT卫星平台上安装了两台HRV仪器，每台视场都为60KM，两者之间有3KM的重叠

7、，总视场为117KM。 相邻轨道间在赤道处约为108KM，垂直地面观测时，相邻轨道的影像约有9KM的重叠。 共观测369圈（26天）实现对全球北纬81.3度和南纬81.3度之间的地表全覆盖。12（5）SPOT成像成像4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 以“推扫”方式获取沿轨道的连续图像条带 多光谱型的HRV 地面上总的视场宽度为60km 三个谱段,每个波段探测器组由3000个CCD元件组成 每个元件形成的像元，相对地面上为20m20m 波段1（0.50-0.59） 波段2（0.61-0.68） 波段3（0.79-0.89） 全色的HRV 波段范围0.510.73m, 6000个C

8、CD元件组成一行 每个像元地面的大小为10m10m 13（5）SPOT成像成像4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理反射镜左右倾斜最大为反射镜左右倾斜最大为27度，有立体观测能力度，有立体观测能力邻轨立体邻轨立体14（5）SPOT成像成像4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 SPOT4 1）全色波段）全色波段0.51-0.73m改为波段改为波段(0.61-0.68m) 2）增加了一个）增加了一个SWIR（Short Wave Infrared，短波红外）波，短波红外）波段。段。15（5）SPOT成像成像4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理成像光谱仪成像光谱仪

9、是一种兼具高空间分辨率和高波谱分辨率、谱像合一的新型超多波段扫描成像遥感器16（6）高光谱遥感器）高光谱遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理成像形式：1、 线阵扫描 2、面阵推扫17（6）高光谱遥感器）高光谱遥感器4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理成像雷达成像雷达-主要指工作在微波波段（0.8100cm） 有源主动、天线侧向扫描、能产生高分辨率影像的成像雷达成像雷达 。18（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理RRg成像雷达成像雷达 是指用雷达一点一点地测量来自地球的回波信号，并以模拟形式记录成图像或以数字形式记录在磁带上的雷达

10、系统它必须相对于地面（探测目标）运动，即必须搭载在飞机、卫星或航天飞机上 19（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理RA-SLR-Real Aperture Side-looking Radar真实孔径侧视雷达（非相干雷达） SA-SLR-Synthetic Aperture Side-looking Radar 合成孔径侧视雷达合成孔径侧视雷达20（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理后向散射回波后向散射回波装在平台一侧或两侧的水平孔径天线，将发射机产生的高功率微波短脉冲，侧向发射出去，以窄的扇形波束扫过地面一条窄带。微波遇

11、目标后发生微波遇目标后发生反射和散射，其中沿发反射和散射，其中沿发射方向返回的部分射方向返回的部分称称后后向散射回波向散射回波 21（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理RRgX Y Z斜距斜距(R):天线至目标的径向距离地面距离地面距离(Rg):从航迹(地面轨迹)到目标的水平距离 被雷达微波扫过的窄带地面上，至天线距离不同的目标(X、Y、Z)，其回波按返回雷达接收机的时间先后,在与目标的斜距或地面距离成比例的位置, 强度由阴极射线管按比例转化成光信号,再通过透镜在胶片上记录成一条影像线 22（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像

12、原理每发射一个脉冲形成一条影像线,而与平台运行速度同步移动的胶片完成航向地面覆盖,形成连续条带状雷达影像对回波信号逐个处理对回波信号逐个处理影像灰度影像灰度-后向散射回波强度后向散射回波强度回波信号也可记录在磁带上23（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理地面分辨率地面分辨率:指在距离向或方位向分辨有相同反射特性两个邻近目标间距的能力 -同时出现在影像上两个能够区分的目标间的最小距离方位向分辨率方位向分辨率(Ra)-航向方向距离向分辨率距离向分辨率(Rr)-垂直航向方向24（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 真实孔径侧视雷

13、达的分辨力 在脉冲发射的方向上，在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标的最小距离能分辨两个目标的最小距离 斜斜距分辨率距分辨率 Rd=(c )/2 地距分辨率地距分辨率 Rr=(c sec)/2 R Rr Rd距离分辨力距离分辨力25（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 地距分辨率地距分辨率 Rr=(c sec)/2越远的地物越能分清越远的地物越能分清垂直航线方向垂直航线方向26（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 地距分辨率地距分辨率 Rr=(c sec)/2 传感器设计时，要提高传感器设计时，要提高距离分辨率，应如何做距离

14、分辨率，应如何做?27（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 相邻的两束脉冲之间，能分辨两个相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离目标的最小距离 R=R =R/D 天线天线D R1 R2 R1 R2方位分辨力方位分辨力28（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理波瓣角与方位分辨率波瓣角与方位分辨率 S1 最小分辨角 S2 D 圆孔的直径 =1.22/D*波瓣角在意义上波瓣角在意义上与光学上的最小与光学上的最小分辨角相近。分辨角相近。29（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理越近的地物越能分

15、清越近的地物越能分清平行航线方向平行航线方向30（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 传感器设计时，要提高传感器设计时，要提高方位分辨率，应如何做方位分辨率，应如何做? R=R =R/D31（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理真实孔径雷达分辨率：距离向：Rd=(c )/2方位向：R=R =R/D合成孔径雷达：32（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理合成波束宽度合成孔径侧视雷达合成孔径侧视雷达（SAR）模拟线性天线阵，应用多普勒效应和数据处理技术，用一个小天线合成一个大孔径用一个小天线合成

16、一个大孔径 (天线天线)使方位分辨率提高几十至几百倍实现在轨道高度获取距离向和方位向分辨率都很高的雷达图像33（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理SAR原理原理 用一个小天线作为单个辐射单元用一个小天线作为单个辐射单元 将此单元沿一直线不断将此单元沿一直线不断移动移动 当移动一段距离当移动一段距离LS后，存贮的信号后，存贮的信号和实际天线阵列诸单元所接收的信和实际天线阵列诸单元所接收的信号非常号非常相似相似 34（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理线性调频脉冲与脉冲压缩：35（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像

17、原理典型遥感器的成像原理36（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理37（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理38（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理方位向 Rs=R/ Ls Ls= R =R/D Rs=D 双程相移 Rs=D/2方位分辨力只与实际使用的天线孔径有关方位分辨力只与实际使用的天线孔径有关39（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理合成孔径雷达的分辨力40（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理41（7）成像雷达）成像

18、雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 侧视雷达图像的侧视雷达图像的几何特征几何特征 方位向的比例尺由小变大 1/mc1/mb1/ma越远影像比例尺越大越远影像比例尺越大42（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 近距离压缩43（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征不带 DEM 的几何纠正带 DEM 的 几 何 纠 正 透视收缩和叠掩44（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征 雷达影像阴影

19、45（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征飞行方向飞行方向46（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征 造成山体前倾 朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长，还会出现不同地物点重影感器的山坡被拉长，还会出现不同地物点重影现象。现象。 47（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征前倾前倾48斜距投影斜距投影雷达阴影

20、雷达阴影49（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征肇庆地区机载SAR影像50 高差产生的投影差亦与中心投影影像投影差位移的方向相反高差产生的投影差亦与中心投影影像投影差位移的方向相反 51（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征斜距投影斜距投影反立体图像反立体图像 52（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征 与入射角有关 朝向飞机方向的坡面朝向飞机方向的坡面-

21、反射强烈反射强烈-很亮很亮 朝天顶方向朝天顶方向-弱些弱些-较亮较亮 背向飞机方向背向飞机方向-反射很弱反射很弱( (没回波没回波)-)-很暗很暗 侧视雷达图像的色调特征侧视雷达图像的色调特征53（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理与地面粗糙程度有关 地面地物微小起伏小于雷达波波长地面地物微小起伏小于雷达波波长 -镜面漫反射镜面漫反射-很暗很暗 地面微小起伏大于或等于发射波长地面微小起伏大于或等于发射波长 -漫反射漫反射-较亮较亮 “ “角隅反射角隅反射”-反射波强度更大反射波强度更大-很亮很亮54侧视雷达图像的色调特征侧视雷达图像的色调特征（7）成像雷达）

22、成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理与地物的电特性有关 物体复介电常数高物体复介电常数高 - -反射雷达波强反射雷达波强-亮亮有较强的穿透能力 它能穿透云层、树木和水它能穿透云层、树木和水,得到下面的地得到下面的地表信息表信息 另一方面微波在物体内会产生体散射，另一方面微波在物体内会产生体散射，因此能将地下的一些状况反映出来因此能将地下的一些状况反映出来侧视雷达图像的其他特征侧视雷达图像的其他特征55（7）成像雷达）成像雷达4.3 典型遥感器的成像原理典型遥感器的成像原理Cosmo-SkyMed高分辨率雷达图像高分辨率雷达图像 56 INSAR就是利用就是利用SAR在平行轨道上对同一在平行轨道上对同一地区获取