第三章 遥感成像原理和遥感成像特征

1、第三章第三章 遥感成像原理与遥感图像特征遥感成像原理与遥感图像特征 3.1 3.1 遥感平台遥感平台 3.2 3.2 传感器类型传感器类型 3.3 3.3 微波遥感图像微波遥感图像 3.4 3.4 遥感图像的分辨率遥感图像的分辨率本章小结本章小结3.1 3.1 遥感平台遥感平台地面遥感地面遥感航宇遥感航宇遥感航天遥感航天遥感航空遥感航空遥感卫星轨道高度卫星轨道高度飞机飞机飞机飞机卫星卫星,宇宇宙飞船宙飞船低空低空中空中空高空高空目标物目标物其他平台其他平台:气球气球,火箭火箭星际飞船星际飞船一、航空遥感一、航空遥感 平台平台: :气球、飞机气球、飞机 特点特点: :1.1.空间分辨率高空间分辨

2、率高, ,信息容量大；信息容量大； 2.2.灵活性大灵活性大, ,适用于一些专题地图研究；适用于一些专题地图研究； 3.3.是各种星载遥感仪器的先行检验者；是各种星载遥感仪器的先行检验者； 4.4.信息获取方便；信息获取方便； 5.(5.(缺缺) )受天气条件限制大受天气条件限制大, ,观测范围收观测范围收到限制到限制, ,遥感数据的周期性和连续性不如航天遥感数据的周期性和连续性不如航天遥感。遥感。二、航天遥感二、航天遥感 平台平台: :人造地球卫星、探测火箭、宇宙飞船、人造地球卫星、探测火箭、宇宙飞船、 航天飞机航天飞机 特点：特点：1.1.观测范围大，效率高；观测范围大，效率高； 2.2.

3、价格低廉；价格低廉； 3.3.动态监测；动态监测； 4.4.地面分辨率相对较低。地面分辨率相对较低。航天遥感航天遥感 地球同步轨道地球同步轨道: :轨道高度为轨道高度为3578635786公里，卫公里，卫星的运行周期和地球的自转周期相同，这种轨星的运行周期和地球的自转周期相同，这种轨道叫地球同步轨道；如果地球同步轨道的倾角道叫地球同步轨道；如果地球同步轨道的倾角为零，则卫星正好在地球赤道上空，以与地球为零，则卫星正好在地球赤道上空，以与地球自转相同的角速度绕地球飞行，从地面上看，自转相同的角速度绕地球飞行，从地面上看，好像是静止的，这种卫星轨道叫对地静止轨道，好像是静止的，这种卫星轨道叫对地静

4、止轨道，气象和通讯卫星。气象和通讯卫星。 太阳同步轨道太阳同步轨道: :与地球公转方向同与地球公转方向同, , 轨道轨道和太阳角是保持一定角度，这样轨道面和太阳和太阳角是保持一定角度，这样轨道面和太阳入射角保持一定，这样它经过当地的时间是不入射角保持一定，这样它经过当地的时间是不变的。变的。 航天遥感航天遥感 3.1.1 3.1.1 陆地卫星系列陆地卫星系列 3.1.2 3.1.2 气象卫星系列气象卫星系列 3.1.3 3.1.3 海洋卫星系列海洋卫星系列 3.1.4 3.1.4 其他卫星其他卫星3.1.1 3.1.1 陆地卫星系列陆地卫星系列 (1) (1) 陆地卫星陆地卫星LandsatL

5、andsat (2) (2) 斯波特卫星斯波特卫星SPOTSPOT (3) (3) 中巴资源卫星中巴资源卫星CBERSCBERS (4) IKONOS(4) IKONOS陆地卫星陆地卫星LandsatLandsat系列系列 传感器传感器: :RBV -RBV -反束光导摄象机反束光导摄象机MSS-MSS-多光谱扫描仪多光谱扫描仪(Multispectral Scanner)(Multispectral Scanner)TM-TM-专题制图仪专题制图仪(Thematic (Thematic MapperMapper) ) 轨道特征轨道特征: :中等高度中等高度, ,近圆形近圆形, ,近极地近极地

6、, ,太阳同步，可太阳同步，可重复轨道重复轨道 数据产品数据产品: :像片、胶片、数字盘、数字磁盘像片、胶片、数字盘、数字磁盘卫星名称发射时间传感器分辨率/mLandsat-172. 7. 23RBV MSS80Landsat-275. 1. 22RBV MSS80Landsat-378. 3. 5RBV MSS80Landsat-482. 7. 16MSS TM30，120LW IRLandsat-584. 3. 1MSS TM30，120LW IRLandsat-693. 10. 5ETM失败Landsat-799. 4. 23ETM+30，60LW IR，15PAN斯波特卫星斯波特卫星S

7、POTSPOT系列系列 传感器传感器: :HRV-HRV-高分辨率可见光扫描仪高分辨率可见光扫描仪(High Resolution (High Resolution Visible range instrument)Visible range instrument)VegetationVegetation植被探测仪植被探测仪立体成像仪立体成像仪 轨道特征轨道特征: :中等高度中等高度, ,圆形圆形, ,近极地近极地, ,太阳同步太阳同步, ,可重复轨道可重复轨道 数据产品数据产品: :图象产品、图象产品、CCTCCT磁带磁带多功能平台太阳能电池板HRV运动方向卫星名称SPOT-1SPOT-2S

8、POT-3SPOT-4发射时间传感器86.2.22HRV90.1.22+固定测高仪90.9.26+极地臭氧和气溶胶测量仪98.3.24+植被探测仪中巴资源卫星中巴资源卫星CBERSCBERS 传感器传感器:CCD:CCD相机、广角成像仪、红外多相机、广角成像仪、红外多谱段扫描仪谱段扫描仪 主要产品主要产品:CCT:CCT磁带、胶带、像片磁带、胶带、像片IKONOSIKONOS 1999.9.241999.9.24发射的高精度卫星，是世界上发射的高精度卫星，是世界上第一颗商用第一颗商用1m1m分辨率遥感卫星。分辨率遥感卫星。 1m1m分辨率分辨率 全色全色 波长范围波长范围0.45-0.900.

9、45-0.90 4m4m分辨率分辨率 多光谱多光谱 波长范围同波长范围同landsatTMlandsatTM3.1.2 3.1.2 气象卫星系列气象卫星系列 主要用于云移，云顶高度，云分布，海洋表面主要用于云移，云顶高度，云分布，海洋表面温度，对流层上部水蒸气分布以及辐射平衡方温度，对流层上部水蒸气分布以及辐射平衡方面的测定和研究。面的测定和研究。 低轨道、高轨道卫星；低轨道、高轨道卫星； 短周期重复观测；短周期重复观测； 成像面积大，有利于同步获取宏观同步信息；成像面积大，有利于同步获取宏观同步信息； 资料来源连续，实时性强，成本低。资料来源连续，实时性强，成本低。 低轨道卫星与太阳同步，高

10、度低轨道卫星与太阳同步，高度800-1600km800-1600km，每，每天一般只能获得两次观测资料。天一般只能获得两次观测资料。 高轨道卫星飞行高度近高轨道卫星飞行高度近36000km36000km，周期为，周期为2424小小时，与地球同步，每时，与地球同步，每2020分钟就可获得一次地面分钟就可获得一次地面观测资料。观测资料。低轨气象卫星低轨气象卫星TIROS-TIROS-美国泰罗斯卫星系列美国泰罗斯卫星系列(60.4.1-65.7.2 10)(60.4.1-65.7.2 10)NIMUS-NIMUS-美国雨云卫星系列美国雨云卫星系列(64.8.28-78.10.24 7)(64.8.2

11、8-78.10.24 7)ESSA-ESSA-美国艾萨卫星系列美国艾萨卫星系列(66.2.3-69.2.26 9)(66.2.3-69.2.26 9)NOAA-NOAA-美国诺阿卫星系列美国诺阿卫星系列(70.1.23-94.12 16)(70.1.23-94.12 16)FY-FY-风云一号卫星系列风云一号卫星系列(88.9.7)(88.9.7)高轨静止气象卫星高轨静止气象卫星 只有美国、日本、俄罗斯、欧洲空间局、只有美国、日本、俄罗斯、欧洲空间局、中国、印度发射。中国、印度发射。 3.1.3 3.1.3 海洋卫星系列海洋卫星系列 主要用于海洋温度场、海流的位置、界线、流主要用于海洋温度场、

12、海流的位置、界线、流向、流速、海浪的周期、速度、水团的温度、向、流速、海浪的周期、速度、水团的温度、盐度颜色、海水的类型密度范围以及水下信息、盐度颜色、海水的类型密度范围以及水下信息、海洋环境等方面的动态监测。海洋环境等方面的动态监测。 美国美国seasatseasat 日本日本MOS-1 MOMO-1MOS-1 MOMO-1 欧洲欧洲ERSERS 加拿大加拿大RADARSATRADARSAT3.2 3.2 传感器类型传感器类型 3.2.1 3.2.1 概述概述: : 基本部件基本部件 类型类型 性能性能 3.2.2 3.2.2 摄影成像摄影成像 3.2.3 3.2.3 扫描成像扫描成像 3.

13、2.4 3.2.4 成像光谱仪成像光谱仪3.2.1 3.2.1 概述概述 基本部件基本部件 类型类型 性能性能收集器探测器处理器输出器 收集器收集器- -负责收集地面目标辐射的电磁波能量，具体负责收集地面目标辐射的电磁波能量，具体元件有透镜组，反射镜组，天线等。元件有透镜组，反射镜组，天线等。 探测器探测器- -主要是将收集到的电磁辐射能转变为化学能主要是将收集到的电磁辐射能转变为化学能或电能，具体元件有感光胶片，光电管等。或电能，具体元件有感光胶片，光电管等。 处理器处理器- -对转换后的信号进行各种处理，具体的处理对转换后的信号进行各种处理，具体的处理器有摄影处理装置和电子处理装置。器有摄

14、影处理装置和电子处理装置。 输出器输出器- -输出信息的装置，输出类型主要有扫描晒像输出信息的装置，输出类型主要有扫描晒像图，电视显示管，磁带记录仪等。图，电视显示管，磁带记录仪等。 按按记录方式记录方式: :成像方式、非成像方式成像方式、非成像方式 按工作波段分按工作波段分: :可见光、红外、微波可见光、红外、微波 按工作方式分按工作方式分: :主动、被动主动、被动传感器类型传感器类型框幅摄影机缝隙摄影机全景摄影机多光谱摄影机TV摄影机扫描仪电荷耦合器件CCD面阵成像光谱仪线阵成像光谱仪真实孔径雷达合成孔径雷达光学摄影类型光电成像类型成像光谱仪测视雷达全景雷达被动式主动式成像传感器成像传感器

15、 空间分辨率：空间分辨率：遥感图像上能够详细区分遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，用来表征影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。像分辨地面目标细节能力的指标。 光谱分辨率：光谱分辨率：指传感器所能记录的电磁指传感器所能记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，波长波谱中，某一特定的波长范围值，波长范围越宽，分辨率越低。范围越宽，分辨率越低。传感器性能指标传感器性能指标 时间分辨率：时间分辨率：对同一目标进行重复探测对同一目标进行重复探测的时候，相邻两次探测的时间间隔。的时候，相邻两次探测的时间间隔。 温度分辨率：温度分辨率：指热红外传感器分辨地表指热红外传

16、感器分辨地表热辐射热辐射( (温度温度) )最小差异的能力。最小差异的能力。3.2.2 3.2.2 摄影成像摄影成像一、摄影机一、摄影机二、摄影种类二、摄影种类三、摄影像片的几何特征三、摄影像片的几何特征四、摄影胶片的物理特征四、摄影胶片的物理特征一、摄影机一、摄影机 框幅摄影机框幅摄影机 缝隙摄影机缝隙摄影机 全景摄影机全景摄影机 多光谱摄影机多光谱摄影机 共同特点：由物镜收集电磁波，并聚集到感光胶片上，共同特点：由物镜收集电磁波，并聚集到感光胶片上，通过感光材料的探测与记录，在感光胶片上留下目标通过感光材料的探测与记录，在感光胶片上留下目标的潜像，然后经过摄影处理，得到可见的影像。的潜像，

17、然后经过摄影处理，得到可见的影像。框幅摄影机框幅摄影机 主要由收集器，物镜和探测器，感光胶主要由收集器，物镜和探测器，感光胶片组成。片组成。 成像原理成像原理: :是在某一个摄影瞬间获得一张是在某一个摄影瞬间获得一张完整的像片，一张像片上的所有像点共完整的像片，一张像片上的所有像点共用一个摄影中心和同一个像片面。用一个摄影中心和同一个像片面。缝隙摄影机缝隙摄影机 又称推扫式摄影机或航带摄影机。又称推扫式摄影机或航带摄影机。 在飞机或卫星上，摄影瞬间所获取的影在飞机或卫星上，摄影瞬间所获取的影像，是与航线方向垂直且与缝隙等宽的像，是与航线方向垂直且与缝隙等宽的一条线影像。一条线影像。 投影性质为

18、多中心投影。投影性质为多中心投影。vVSH全景摄影机全景摄影机 又称又称扫描摄影机或摇头摄影机。扫描摄影机或摇头摄影机。 在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝，并随物镜作垂直于航线方向扫描，狭缝，并随物镜作垂直于航线方向扫描，得到一幅扫描成的图像。得到一幅扫描成的图像。 在摄影瞬间得到的是地面上平行于航线在摄影瞬间得到的是地面上平行于航线的一条很窄的影像。的一条很窄的影像。多光谱摄影机 对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影像的对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机，是充分利用地物在不同光谱区有不同摄影机，是充分利用地物在不同光谱区有不同的反射来增多获

19、取目标的信息量，以便提高影的反射来增多获取目标的信息量，以便提高影像的判读和识别能力。像的判读和识别能力。 多摄影机型多摄影机型 多镜头型多镜头型 光束分离型光束分离型二、摄影种类二、摄影种类1 1、根据主光轴与地面的关系分为、根据主光轴与地面的关系分为: : 垂直摄影垂直摄影 倾斜摄影倾斜摄影AAOOBBaaoobb2 2、按工作方式分：、按工作方式分： 单片摄影：单片摄影：为拍摄单一地物或特定目标而为拍摄单一地物或特定目标而进行的单片或几片摄影，一般用于军事和进行的单片或几片摄影，一般用于军事和专题制图。专题制图。 航线摄影：航线摄影：主要进行线状地物的连续拍摄，主要进行线状地物的连续拍摄

20、，如铁路、公路、运河、人工渠、海岸线等。如铁路、公路、运河、人工渠、海岸线等。在同一航线上，两张相邻的有一定重叠度在同一航线上，两张相邻的有一定重叠度（60605353）的像片称为像对，可供立体）的像片称为像对，可供立体观察用，这就是观察用，这就是航向重叠航向重叠。 面积摄影：面积摄影：又称区域摄影，采用多航线又称区域摄影，采用多航线摄影方式对区域的连续摄影，可进行大摄影方式对区域的连续摄影，可进行大面积测图、拼图、区域研究等。两条相面积测图、拼图、区域研究等。两条相邻航线之间的像片重叠称邻航线之间的像片重叠称旁向重叠旁向重叠，其，其重叠度为重叠度为30301515之间，主要视用于拼之间，主要

21、视用于拼接平面图。接平面图。3 3、按感光材料分、按感光材料分： 黑白全色摄影黑白全色摄影：又称可见光黑白摄影。对又称可见光黑白摄影。对0.40-0.40-0.760.76微米的可见光全部能感受，对绿光略迟钝，其微米的可见光全部能感受，对绿光略迟钝，其中，植被显示深色调，水体深色调，混水浅色调。中，植被显示深色调，水体深色调，混水浅色调。 黑白红外摄影黑白红外摄影：对对0.40-1.300.40-1.30微米的可见光和近红微米的可见光和近红外光感受，尤其对植被反映灵敏，植被浅色调，水外光感受，尤其对植被反映灵敏，植被浅色调，水体深色调。体深色调。 天然彩色摄影天然彩色摄影：工作波长工作波长0.

22、40-0.760.40-0.76微米，信息要微米，信息要比黑白的多，植被真彩色，水体蓝黑色。比黑白的多，植被真彩色，水体蓝黑色。 彩色红外摄影彩色红外摄影：工作波长工作波长0.40-1.300.40-1.30微米，微米，是利用摄影镜头和滤色片的组合，同时对是利用摄影镜头和滤色片的组合，同时对一地区进行不同波段的摄影，取得分波段一地区进行不同波段的摄影，取得分波段影像，一般用蓝、绿、红、近红外影像，一般用蓝、绿、红、近红外4 4个波个波段摄影。这些多波段像片，可以单片使用，段摄影。这些多波段像片，可以单片使用，也可以进行假彩色合成。其作用是：一次也可以进行假彩色合成。其作用是：一次摄影，多方用途

23、，多方受益。植被和水体摄影，多方用途，多方受益。植被和水体是任意色，取决于组合方案。是任意色，取决于组合方案。归纳：归纳： 黑白像片信息量少，分辨率高，银粒构黑白像片信息量少，分辨率高，银粒构成细，色调分级识别人眼有限。成细，色调分级识别人眼有限。 彩色像片信息量多，分辨率低，染料构彩色像片信息量多，分辨率低，染料构成，色块粗，色调分级识别人眼有利。成，色块粗，色调分级识别人眼有利。三、摄影像片的几何特征三、摄影像片的几何特征 1.1.中心投影中心投影( (概念、成像特征、与垂直投概念、成像特征、与垂直投影的区别影的区别) ) 2.2.像片的比例尺像片的比例尺( (概念概念) ) 3.3.像点

24、位移像点位移( (概念、因素概念、因素) )1 1、中心投影、中心投影( (概念概念) ) 中心投影是指空间任意直线均通过一固中心投影是指空间任意直线均通过一固定点定点( (投影中心投影中心) )投射到一平面投射到一平面( (投影平面投影平面) )上而形成的透视关系。上而形成的透视关系。SABCabcSABCabcSABCa b c1 1、中心投影、中心投影( (成像特征成像特征) ) 点点 直线直线 曲线曲线 面面1 1、中心投影、中心投影( (与垂直投影的区别与垂直投影的区别) ) 投影距离的影响投影距离的影响 投影面倾斜的影响投影面倾斜的影响 地形起伏的影响地形起伏的影响2 2、像片的比

25、例尺、像片的比例尺( (概念概念) ) （1 1）定义：）定义：像片上两点之间的距离与地面上相像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。应两点实际距离之比。1/m = 1/m = abab/AB/AB （2 2）类型：）类型：主比例尺：表示像片大概的比例尺，主比例尺：表示像片大概的比例尺，一般用于平坦地区的水平像片，由航测部门提供。一般用于平坦地区的水平像片，由航测部门提供。（1/m = F/H1/m = F/H） 平均比例尺：用于地形起伏的像片，平均比例尺：用于地形起伏的像片，1/m = 1/m = f/(Hf/(H0 0h)h) （3 3）比例尺的选择：比例尺的选择：主要是根据工作

26、任务和主要是根据工作任务和用途来确定。例如城市布局结构信息的遥感分用途来确定。例如城市布局结构信息的遥感分析可采用大比例尺，而区域地质遥感分析可采析可采用大比例尺，而区域地质遥感分析可采用小比例尺等。用小比例尺等。 大比例尺航片：大比例尺航片：1:5 0001:5 0001:10 0001:10 000。 中比例尺航片：中比例尺航片：1:10 0001:10 0001:30 0001:30 000。 小比例尺航片：小比例尺航片：1:30 0001:30 0001:100 0001:100 000。（4 4）引起像片比例尺变化的主要因素：）引起像片比例尺变化的主要因素： 航高的变化航高的变化当焦

27、距一定时，航高当焦距一定时，航高越高，比例尺越小。越高，比例尺越小。 投影面的倾斜投影面的倾斜可以造成像片各个可以造成像片各个部位的比例尺不同。部位的比例尺不同。 地形的起伏地形的起伏会引起投影误差（像会引起投影误差（像点位移）。点位移）。3 3、像点位移、像点位移( (概念概念) ) 在在中心投影的像片上，平面点位在像片中心投影的像片上，平面点位在像片位置上的移动，称为像点位移。位置上的移动，称为像点位移。3 3、像点位移、像点位移( (因素因素) ) 因因地形起伏引起的像点位移地形起伏引起的像点位移( (又称投影又称投影差差) )。 因像片倾斜引起的像点的位移因像片倾斜引起的像点的位移(

28、(又称倾斜又称倾斜误差误差) )。四、摄影胶片的物理特征四、摄影胶片的物理特征 1 1、感光材料、感光材料 2、影像的形成过程、影像的形成过程1 1、感光材料、感光材料 在摄影成像中，质量的好坏除取决于硬件外，在摄影成像中，质量的好坏除取决于硬件外，还与使用的感光材料有关。还与使用的感光材料有关。 定义：定义：感光材料是摄影中记录信息的载体，感光材料是摄影中记录信息的载体，它包括感光胶片和感光相纸，它们都具有一定它包括感光胶片和感光相纸，它们都具有一定的感光性能指标。的感光性能指标。 结构：结构：黑白感光材料有一层感光乳剂层，彩黑白感光材料有一层感光乳剂层，彩色感光材料有多层感光乳剂层。一般都

29、有保护色感光材料有多层感光乳剂层。一般都有保护层、感光乳剂层、结合层、片基（纸基）、防层、感光乳剂层、结合层、片基（纸基）、防光晕层等。光晕层等。感光性能：感光性能： 感光度：感光度：是指感光材料对光线的敏感程是指感光材料对光线的敏感程度，它是确定曝光时间的重要参数。它度，它是确定曝光时间的重要参数。它与曝光量成反比关系与曝光量成反比关系 宽容度：宽容度：是指感光材料能够正确记录表是指感光材料能够正确记录表达地物亮度间距的能力，即最大值与最达地物亮度间距的能力，即最大值与最小值，宽容度大的曝光伸缩适应的范围小值，宽容度大的曝光伸缩适应的范围大，信息量多大，信息量多。 反差性：反差性：是指黑白感

30、光材料表达影像明暗部分的是指黑白感光材料表达影像明暗部分的密度差，黑白分明反差大，中间层次多，反差小。密度差，黑白分明反差大，中间层次多，反差小。 颗粒度：颗粒度：是指形成影像银粒的粗细程度，它决定是指形成影像银粒的粗细程度，它决定了信息再现的清晰度，细颗粒的分辨率高。了信息再现的清晰度，细颗粒的分辨率高。 分辨率：分辨率：也叫解像力，是表示感光材料能够分辩也叫解像力，是表示感光材料能够分辩地物细部信息能力一种指标，以线对地物细部信息能力一种指标，以线对/mm/mm来衡量。来衡量。 色温：色温：不是光的温度，是指感光材料对白光色质不是光的温度，是指感光材料对白光色质（色光成分）的敏感程度，有日

31、光型和灯光型。（色光成分）的敏感程度，有日光型和灯光型。 保存性：保存性：是指感光材料的各种感光性能在是指感光材料的各种感光性能在一定保存时间内的稳定程度。主要取决于乳剂一定保存时间内的稳定程度。主要取决于乳剂配方、包装材料和密封程度以及防潮、防热、配方、包装材料和密封程度以及防潮、防热、防化学气味等的条件。总之，在航摄中要选取防化学气味等的条件。总之，在航摄中要选取感光度高的、宽容度大的、反差适中的、颗粒感光度高的、宽容度大的、反差适中的、颗粒细的、分辨率高的感光材料。细的、分辨率高的感光材料。归纳：归纳：当感光度高时，宽容度大，反差小，当感光度高时，宽容度大，反差小，颗粒粗，分辨率低；当感

32、光度低时，宽容度小，颗粒粗，分辨率低；当感光度低时，宽容度小，反差大，颗粒细，分辨率高。反差大，颗粒细，分辨率高。2 2、影像的形成过程、影像的形成过程 航空摄影的成像过程与一般照相是相同航空摄影的成像过程与一般照相是相同的，地物原型的反射光谱强度是不同的，的，地物原型的反射光谱强度是不同的，使得感光材料的感光程度不同，形成了使得感光材料的感光程度不同，形成了不同密度、不同颜色的航片模型。不同密度、不同颜色的航片模型。对地曝光对地曝光形成潜影（不可见影像）形成潜影（不可见影像）负片过程负片过程显影显影水洗水洗定影定影水洗水洗晾干晾干负片（底片或母片）（可见负像）负片（底片或母片）（可见负像）印

33、像、放大印像、放大正片过程正片过程显影显影水洗水洗定影定影水洗水洗晾干晾干正片（照片，纸基或片基）（可见正像）正片（照片，纸基或片基）（可见正像）3.2.3 3.2.3 扫描成像扫描成像 光电成像类型的传感器：将收集到的电磁波能光电成像类型的传感器：将收集到的电磁波能量，通过仪器内的光敏或热敏元件转变成电能量，通过仪器内的光敏或热敏元件转变成电能后记录下来。后记录下来。l优点：扩大了探测波段范围；便于数据的存储优点：扩大了探测波段范围；便于数据的存储与传输。与传输。 TV TV摄影机摄影机 扫描仪扫描仪 CCDCCD传感器传感器 扫描仪扫描仪光机扫描仪光机扫描仪用光学系统接收来自目标地物的辐射

34、，并分成几个不用光学系统接收来自目标地物的辐射，并分成几个不同的光谱段，使用探测仪器把光信号转变为电信号，同的光谱段，使用探测仪器把光信号转变为电信号，同时发射信号回地面，如同时发射信号回地面，如MSSMSS、TMTM等。等。分为红外扫描仪和多光谱扫描仪。分为红外扫描仪和多光谱扫描仪。推帚式扫描仪推帚式扫描仪用平行排列的用平行排列的CCDCCD探测杆收集地面辐射信息，每根探探测杆收集地面辐射信息，每根探测杆由测杆由3 000-6 0003 000-6 000个个CCDCCD元件呈一字排列，负责收集元件呈一字排列，负责收集某一波段的地面辐射信息，是推帚式扫描成像。某一波段的地面辐射信息，是推帚式

35、扫描成像。光机扫描仪（光机扫描仪（ETMETM）辐射冷却器辐射冷却器Y方向速度方向速度反射镜和探测器反射镜和探测器太阳阴影太阳阴影设备孔设备孔来自地面辐射来自地面辐射全孔径校正门全孔径校正门 电子设备电子设备像底点像底点热辐射门热辐射门推帚式扫描成像推帚式扫描成像CCDCCD传感器传感器3.2.4 3.2.4 成像光谱仪成像光谱仪 主要目的：想在获取大量地物目标窄波主要目的：想在获取大量地物目标窄波段的连续光谱图像的同时，获得每个像段的连续光谱图像的同时，获得每个像元几乎连续的光谱数据。元几乎连续的光谱数据。 光谱分辨率极高，但是数据量巨大，难光谱分辨率极高，但是数据量巨大，难以进行存储，检索

36、和分析。以进行存储，检索和分析。 目前，成像光谱仪只注重提高光谱分辨目前，成像光谱仪只注重提高光谱分辨率，其空间分辨率却较低。率，其空间分辨率却较低。 问题提出问题提出: :光学遥感的不足光学遥感的不足可见光和红外波段，当遇到阴雨可见光和红外波段，当遇到阴雨天气或在夜间，其传感器就难于获取天气或在夜间，其传感器就难于获取地物的信息甚至不能工作。地物的信息甚至不能工作。3.3 3.3 微波遥感与成像微波遥感与成像一、微波遥感特点与基本概念一、微波遥感特点与基本概念1 1、特点：、特点：1 1、微波遥感以其全天候、全天时工作及穿透植、微波遥感以其全天候、全天时工作及穿透植被、地表层能力的特点而被、

37、地表层能力的特点而受到世界各国的普遍受到世界各国的普遍重视，并获得迅速发展。重视，并获得迅速发展。2 2、对某些地物具有特殊的波谱特性。、对某些地物具有特殊的波谱特性。3 3、对冰、雪、森林、土壤等有一定穿透力。、对冰、雪、森林、土壤等有一定穿透力。4 4、对海洋遥感具有特殊意义。、对海洋遥感具有特殊意义。5 5、分辨率较低，但特性明显。、分辨率较低，但特性明显。通常分为通常分为: :毫米波（）毫米波（）厘米波（）厘米波（）分米波（）分米波（）米波（）米波（） 在厘米波和分米波之间，根据它们的能量和物理特在厘米波和分米波之间，根据它们的能量和物理特征的差异，又可细征的差异，又可细分为、分为、波

38、等。、波等。 2 2、微波遥感按其工作方式可分为被动微波微波遥感按其工作方式可分为被动微波遥感和主动微波遥感两大类：遥感和主动微波遥感两大类：被动微波遥感被动微波遥感（亦称无源微波遥感）是采用无源微波传感器（如（亦称无源微波遥感）是采用无源微波传感器（如微波辐射计）被动地接收来自被探测物体及其环境微波辐射计）被动地接收来自被探测物体及其环境所辐射的微波所辐射的微波信号。信号。主动微波遥感主动微波遥感（亦称有源微波遥感），主要指雷达，它是用人工（亦称有源微波遥感），主要指雷达，它是用人工方法向目标物发射微波束并接收目标物反射或散射回来的回波，方法向目标物发射微波束并接收目标物反射或散射回来的回波

39、，根据回波性质来识别目标物。由于采用主动发射方式，不受太阳根据回波性质来识别目标物。由于采用主动发射方式，不受太阳影响，可以小时工作，即全天时工作。影响，可以小时工作，即全天时工作。微波遥感传感器分类微波遥感传感器分类1 1微波散射计：测量地物的散射或反射特性。微波散射计：测量地物的散射或反射特性。微波高度计：测量目标物与遥感平台间的距离，从而微波高度计：测量目标物与遥感平台间的距离，从而准确得知地表高度变化，海浪的高度等参数。准确得知地表高度变化，海浪的高度等参数。根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。微波遥感传感器分类微波遥感传感器分类2 2微波辐

40、射计微波辐射计 微波辐射计主要用于探测地面各点的微波辐射计主要用于探测地面各点的亮度温度亮度温度并并生成亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的生成亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的能力能力 , , 其发射强度与自身的亮度温度有关。通过扫其发射强度与自身的亮度温度有关。通过扫描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图 , , 对地对地面物体状况的探测很有意义。面物体状况的探测很有意义。亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度。微波遥感传感器分类微波遥感传感器分类3 3侧视雷达侧视雷达

41、 侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面行方向垂直的侧面 , , 发射一个窄的波束发射一个窄的波束 , , 覆盖地面覆盖地面上这一侧面的一个条带上这一侧面的一个条带 , , 然后接收在这一条带上地然后接收在这一条带上地物的反射波物的反射波 , , 从而形成一个图像带。随着飞行器前从而形成一个图像带。随着飞行器前进进 , , 不断地发射这种脉冲波束不断地发射这种脉冲波束 , , 又不断地接收回波又不断地接收回波 , , 从而形成一幅一幅雷达图像。从而形成一幅一幅雷达图像。 雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标不同部位时雷达成像的

42、基本条件：雷达发射的波束照在目标不同部位时，要有时间先后差异，这样从目标反射的回波也同时出现时间差，要有时间先后差异，这样从目标反射的回波也同时出现时间差，才有可能区分目标的不同部位。，才有可能区分目标的不同部位。微波遥感传感器分类微波遥感传感器分类4 4合成孔径雷达合成孔径雷达 合成孔径雷达与侧视雷达类似合成孔径雷达与侧视雷达类似 , , 也是在飞机或卫也是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射信号星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射信号。所不同的是将发射和接收天线分成许多小单元。所不同的是将发射和接收天线分成许多小单元 , , 每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线

43、位置每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位置不同，记录的回波相位和强度都不同。不同，记录的回波相位和强度都不同。目的：提高图象在飞行方向的分辨率。目的：提高图象在飞行方向的分辨率。1 1、雷达系统组成、雷达系统组成通常包括：通常包括：F发射机发射机F接收机接收机F收发开关收发开关F天线脉冲发生器天线脉冲发生器（又称定时器）（又称定时器）F显示器显示器F记录器等记录器等二、雷达成像二、雷达成像原理原理 由发射机产生一束由发射机产生一束脉冲宽度脉冲宽度为为的微波脉冲，并通的微波脉冲，并通过天线向目标过天线向目标发射发射，微波到达目标后，再，微波到达目标后，再反射或散反射或散射回来，射回来，接

44、收机接收机接收回波信号。接收回波信号。其中做为聚焦系统的天线聚集发射和接收的电磁波能量。它其中做为聚焦系统的天线聚集发射和接收的电磁波能量。它由收发开关控制，分时工作，发射接收交替进行，并互不干由收发开关控制，分时工作，发射接收交替进行，并互不干扰。扰。 接收机接收的信号经过处理器检波、放大等接收机接收的信号经过处理器检波、放大等处理处理后，后，显示在荧显示在荧光屏上或记录在记录器上。通过数据回放光屏上或记录在记录器上。通过数据回放制成雷达图像。制成雷达图像。2 2、 雷达工作过程雷达工作过程雷雷达达原原理理3 3、雷达波束与雷达脉冲特点、雷达波束与雷达脉冲特点 天线发射的雷达波束天线发射的雷

45、达波束分为主瓣、分为主瓣、副瓣副瓣和尾瓣三部分。和尾瓣三部分。 雷达波束在最大发射方向上发射雷达波束在最大发射方向上发射能量所对应的视角场，称波瓣角能量所对应的视角场，称波瓣角。 波瓣角波瓣角与电磁波波长与电磁波波长成正比，成正比，和天线孔径（即天线长度）成反和天线孔径（即天线长度）成反比，即比，即: : / 雷达脉冲宽度雷达脉冲宽度（）4 4、侧视雷达工作原理、侧视雷达工作原理 雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能量很强的脉冲波，当遇到地面物体时，被反射回来的信号再量很强的脉冲波，当遇到地面物体时，被反射回来的信号再被天线接收。被天

46、线接收。 由于系统与地物距离不同，同时发出的脉冲，接收的时间由于系统与地物距离不同，同时发出的脉冲，接收的时间不同。不同。 遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行；在波束宽度范围内，地面不同的地物由于距离不同而行；在波束宽度范围内，地面不同的地物由于距离不同而在不同的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图象扫在不同的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图象扫描线。返回的信号被天线接收并记录下来。描线。返回的信号被天线接收并记录下来。4 4、侧视雷达工作原理、侧视雷达工作原理侧视侧视雷达工作原理雷达工作原理有关术语有关术语A A：飞行方向；

47、飞行方向；B B：天底方向天底方向E E：方位向；方位向；D D：距离向；距离向；C C：扫描宽度扫描宽度A A入射角入射角; B; B视角视角; C; C斜距斜距; D; D地距地距;俯角俯角侧视侧视雷达工作原理雷达工作原理有关术语有关术语A: A: 近近射程（射程（near rangenear range）; ; B: B: 远射程（远射程（far rangefar range）侧视侧视雷达工作原理雷达工作原理有关术语有关术语侧视侧视雷达工作原理雷达工作原理距离分辨力距离分辨力Pg在在侧视方向的分辨率侧视方向的分辨率距离分辨率距离分辨率 P Pg g=c =c /2sin /2sin 脉冲

48、持续期（脉冲宽度），脉冲持续期（脉冲宽度）， 视角，视角，c c光速光速越大（俯角（越大（俯角（90-90- ）越小），越小）， P Pg g越小，分辨率越高。越小，分辨率越高。即：距离越近，距离向分辨率即：距离越近，距离向分辨率越低。越低。 /2距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反 沿航线方向的分辨率沿航线方向的分辨率方位分辨率，沿迹分辨率方位分辨率，沿迹分辨率 P Pa a= = * *R R波束宽度，波束宽度， R R天线到该像元的倾斜距离天线到该像元的倾斜距离= = /L, /L, 波长，波长， L L天线长度天线长度

49、 P Pa a = (= ( /L/L) )* *R R天线越长，天线越长， P Pa a越小，方位分辨率越高。越小，方位分辨率越高。侧视侧视雷达工作原理雷达工作原理方位分辨力方位分辨力P Pa a综上：距离分辨力只是与脉冲宽度有综上：距离分辨力只是与脉冲宽度有关，只要减小脉冲宽度就可提高雷达图像关，只要减小脉冲宽度就可提高雷达图像距离分辨力。缩小波长，加长天线孔径就距离分辨力。缩小波长，加长天线孔径就可以提高方位辨力。但都有困难可以提高方位辨力。但都有困难目前要改进图像分辨力。其一，压缩脉目前要改进图像分辨力。其一，压缩脉冲技术，其二，采用合成孔径雷达技术。冲技术，其二，采用合成孔径雷达技术

50、。 5 5、合成孔径侧视雷达成像原理、合成孔径侧视雷达成像原理 （1 1）工作原理）工作原理 （2 2）方位分辨率的改进）方位分辨率的改进 合成孔径技术的基本思想是用一个小天线，合成孔径技术的基本思想是用一个小天线，使它在运动中不断发射一系列保持精确相位关系使它在运动中不断发射一系列保持精确相位关系的的相干脉冲。相干脉冲。 在目标进入和脱离脉冲视场范围时间内把同在目标进入和脱离脉冲视场范围时间内把同一目标反射的各个回波（包括振幅、相位、极化一目标反射的各个回波（包括振幅、相位、极化等）储存起来。等）储存起来。 利用飞机和地面相对运动产生的多普勒频移利用飞机和地面相对运动产生的多普勒频移效应和不

51、同相位的相干波关系进行迭加处理，从效应和不同相位的相干波关系进行迭加处理，从而得到加大天线孔径的效果。而得到加大天线孔径的效果。合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理小天线孔径为，在小天线发射脉冲视场中都可以接收到点的回天线孔径为，在小天线发射脉冲视场中都可以接收到点的回波，合成后的波，合成后的天线长度，就等于真实孔径为的小天线方位分辨天线长度，就等于真实孔径为的小天线方位分辨力力。合成孔径侧视雷达的方位分合成孔径侧视雷达的方位分辨力辨力只与天线长度成正比，只与天线长度成正比，而与波长、距离无关。而与波长、距离无关。 要提高方位分辨力，只要缩要提高方位分辨力，只要缩小天线即可。小天线即可。合

52、成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹方向的分辨率为：理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹方向的分辨率为： r ra a =L/2 L =L/2 L为天线长度为天线长度合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理三、雷达图像的特点三、雷达图像的特点 1 1、雷达图像几何特征、雷达图像几何特征 1)1)斜距图像比例失真斜距图像比例失真 2)2)透视收缩透视收缩 3)3)叠掩倒像叠掩倒像A A、B B、C C大小不同大小不同 2 2、雷达回波强度的影响因素、雷达回波强度的影响因素 波长波长 俯角和照射带宽度俯角和照射带宽度 极化方式极化方式 雷达系统类型雷达系统类型 地物复介电常数地物复介电常数 地形坡度地形坡度 地表粗糙度地表粗糙度3.4 3.4 遥感图像的分辨率遥感图像的分辨率 空间分辨率空间分辨率 波谱分辨率波谱分辨率 辐射分辨率辐射分辨率 时间分辨率时间分辨率空间