传感器市公开课一等奖省赛课获奖课件

第四章传感器遥感技术关键传感器第1页主要内容：

一、传感器定义二、传感器组成三、传感器分类四、传感器性能指标五、摄影型传感器六、扫描方式传感器

传感器第2页传感器是搜集、探测、统计地物电磁波辐射信息工具。它遥感技术系统中数据获取关键设备。它性能决定遥感能力，即传感器对电磁波段响应能力、传感器空间分辨率及图像几何特征、传感器获取地物信息量大小和可靠程度。一、传感器定义传感器第3页遥感传感器由四个基本部件组成：搜集器。如透镜组、反射镜组、天线、棱镜。探测器。如感光胶片、光电管、光敏和热敏探测元件。处理器。如摄影处理装置和电子处理装置。输出器。如扫描晒像仪、阴极摄像管、电视显像管等。胶片和磁带。二、传感器组成电磁波能量化学能或电能传感器第4页传感器统计信息形式:数字影像：统计在磁性介质之上数字矩阵，能够被计算机存放、处理和使用，又称为数字量。模拟影像：基于光学原理，利用感光胶片来曝光成像，经过光学摄影取得物质胶片、相片；又称为模拟量（对现实模拟）。模拟影像和数字影像之间转换称为数摸转换，A/D转换。A-analogsignals;D-digitalsignals.传感器第5页三、（4.1）传感器类型按数据统计方式划分：非成像方式、成像方式（光学类（摄影成像类）、扫描类（扫描成像类））按波段划分：可见光、红外、微波按工作方式划分：被动（光学摄影类、光电成像类、成像光谱仪）、主动（侧视雷达、全景雷达）传感器第6页四、（4.2）传感器性能（一）空间分辨率指遥感图像上能够详细区分最小单元尺寸或大小，是像素所代表地面范围大小，或地面物体能分辨最小单元，用来表征分辨目标细节能力指标。通惯用像元（像素）大小、像解率或视场角表示。像元（pixel），单位：米，越小空间分辨率越高；像解率，对于光学影像像片，单位距离内能分辨线宽或间隔相等平行细线条数来表示，单位：线/毫米，越大空间分辨率越高；瞬时视场是指在扫描成像过程，一个光敏探测元件经过望远镜系统投影到地面上直径或边长。

最具实用意义指标是传感器分辨率，包含空间、时间、光谱、温度分辨率。传感器第7页传感器第8页遥感数据类型分辨率/m应用IKONOS1城市规划、土地管理SPOT-HRV1-320宏观规划、国土资源SPOT-HRVPan10立体量测ETM1-5，730陆地资源调查对于特定传感器地面分辨率是定值，但印制遥感影像百分比尺可放大或缩小，地面分辨率在不一样百分比尺详细影像上反应称为影像分辨率。比如专题制图仪TM1~5，7波段一个象素（pix）代表地面28.5米×28.5米，或概略地说它空间分辨率为30米，在1：10万图像上影像分辨率为0.3mm，在1：20万图像上则为？。传感器第9页传感器第10页（二）光谱分辨率（波谱分辨率）波谱分辨率是指遥感器在接收目标辐射波谱时能分辨最小波长间隔。间隔愈小，波谱分辨率愈高，反之则低。普通认为，当最小波长间隔在不一样量级改变时，其遥感类型命名也不一样（见下表）光谱分辨率改变幅度与遥感类型关系Mss:100~nm；成像光谱仪：5~10nm。普通来说，传感器波段数越多，波段宽度越窄，地物信息越轻易区分和识别，针对性越强。但也会造成信息量太大，反而不利于识别地物信息。所以，要依据实际需要，恰当地选择波段。传感器第11页传感器第12页（三）时间分辨率对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测时间间隔，称为遥感图像时间分辨率。依据回归周期长短，时间分辨率可分为三种类型：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。比如，陆地资源卫星landsat16天一次，静止气象卫星（地球同时气象卫星）：1次/0.5小时；太阳同时气象卫星：2次/天（四）温度分辨率指热红外传感器分辨地表热辐射（温度）最小差异能力。如TM6图像温度分辨率可到达0.5K。传感器第13页五、（4.3）光学成像（摄影）类型传感器光学摄影机是最早一个遥感器，也是今天常见一个遥感器。它工作波段在近紫外、可见光到近红外（0.32～1.3微米）之间，经过光学系统采取胶片或磁带统计地物反射光谱能量。工作平台主要是航空平台，侦察卫星和早期回收式遥感卫星。用于遥感光学相机有以下几个类型：框幅式摄影机（分幅式摄影机）；缝隙式摄影机（又称航带摄影机）；全景摄影机（又称扫描摄影机）；多光谱摄影机。传感器第14页分幅式摄影机缝隙式摄影机传感器第15页全景摄影机多光谱摄影机多光谱摄影机有三种类型：多相机组合型、多镜头组合型和光束分离型。传感器第16页分幅式摄影机依据摄影目标要求不一样，相机镜头透镜可用常角（视场角50°-70°）、宽角（视场角70°-105°）和特宽角镜头（视场角105°-135°）。在一样平台高度情况下，视场角愈大，覆盖地面范围愈大。镜头与焦平面距离为该相机焦距，焦距f<100mm为短距，100-200mm为中焦距，>200mm为长焦距。现在惯用航空摄影相机焦距在150mm左右。用于航天摄影机焦距需要大于300mm，甚至大于1000mm。普通遥感摄影机镜头中心光学分辨率通常在70-100线对/mm。分幅式摄影机拍摄地面普通呈长宽一致方形。在胶片上形成缩小了地面影像。RMKA30/23航天摄影机，焦距、像幅、高度、百分比尺（？）、范围。传感器第17页六、（4.4）光电成像与扫描光电成像：传感器将搜集到电磁波能量，经过仪器内光敏或热敏元件（探测器），转变成电能后再来统计下来成像方式。优点为：扩大了探测波段范围；便于数据存放与传输该类型传感器：电视摄像机、扫描仪和电荷耦合器件CCD，其中以多光谱扫描仪和CCD应用最为广泛。扫描成像是指依靠探测元件和扫描镜对目标物以瞬间视场为单位进行逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特征信息，形成一定谱段图像。传感器第18页扫描方式线扫：传感器往返摆动，传感器摆动方向和传感器运动方向垂直，一次摆动取得多行数据。普通为线阵排列。推扫：不需要摆动扫描镜，能够推扫方式获取沿轨道连续图像带。有线阵和面阵两种排列方式。比如线阵列推扫式扫描仪SpotHRV(HighResolutionVisiblerangeinstrument)传感器第19页推扫传感器第20页（一）红外扫描仪旋转扫描镜作用是实现对地面横越航线方向扫描，并将地面辐射来电磁波反射到反射镜组。反射镜组作用是将地面辐射来电磁波聚焦在探测器上。探测器则是将辐射能转变成电能。致冷器为了隔离周围红外辐射直接照射探测器，普通机载传感器可使用液氧或液氮致冷。电子处理装置主要是对探测器输出视频信号放大和进行光电变换。输出端是一个阴级射线管和胶片传动装置。电流强度（视频信号）经电光变换线路调制阴极射线管阴极，这时阴级射线管屏幕上扫描线亮度改变对应于地面扫描现场内辐射量改变。胶片曝光后得到扫描线影像。传感器第21页上海市中心区热红外扫描图像Fig.7ThermalinfraredimageofShanghai(centralarea)说明：三维成像仪于3月在上海市中心区飞行获取热红外扫描图像、GPS数据和姿态数据进行了快速处理.这次飞行高度约为650m,视场角CJFD/science/WebForms/imageResult.aspx?q=%E7%83%AD%E7%BA%A2%E5%A4%96&page=1传感器第22页（二）MSS多光谱扫描仪

（MultispectralScanner）

利用多个波段敏感元件同时对地物扫描成像遥感器。探测波段：紫外、可见光、红外波段。传感器第23页传感器第24页扫描仪每个探测器瞬时视场为86urad，卫星高为915km，所以扫描瞬间每个像元地面分辨率为79mx79m，每个波段由6个相同大小探测单元与飞行方向平行排列，这么在瞬间看到地面大小为474mx79m。因为扫描总视场为11.56°，地面宽度为185km，所以扫描一次每个波段此取6条扫描线图像，其地面范围为474mx185km。又因扫描周期为73.42ms，卫星速度(地速)为6.5km/s，在扫描一次时间里卫星往前恰好移动474m，所以扫描线恰好衔接。地速是指飞机相对与地面物体速度。Landsat-1，2携带多光谱扫描仪传感器第25页Landsat7TM、ETM+传感器

波段设置和光谱效应波段波长（μm）光谱段分辨率（米）光谱效应10.45-0.52蓝绿光波段30水体透视、叶绿素、干燥土壤、茂密植被20.52-0.60绿光波段30水体、植被（林型、树种）30.63-0.69红光波段30植被种类、覆盖度；岩性、土壤、水中泥沙40.78-0.90近红外光波段30植被、生物量、作物长势监测51.55-1.75近红外光波段30土壤湿度与类型、植物含水量、岩性610.4-12.6热红外光波段60地表温差、水温改变、城市热岛72.09-2.35近红外光波段30岩石类型、地质探矿与制图80.52-0.90全色波段15提升影像分辨率传感器第26页LandSat15米ETM全色卫星影像传感器第27页.tw/~astrolab/mirrors/apod/ap990514.html舊金山市附近自然景觀，以及周圍丘陵地貌(上方是北方)。三個可見光波段照片所組合出來自然色彩影像。

传感器第28页QuickBrid传感器多光谱扫描成像，包含1个全色波段，4个多光谱波段。全色地面分辨率0.6米，多光谱地面分辨率2.7米。波段波长（μm）光谱段分辨率（米）光谱效应10.45-0.52蓝绿光波段2.4-2.7同TM120.52-0.60绿光波段2.4-2.7同TM230.63-0.69红光波段2.4-2.7同TM340.76-0.90近红外光波段2.4-2.7同TM450.45-0.90全色波段0.6提升影像分辨率传感器第29页北京故宫0.6快鸟北京故宫0.6快鸟传感器第30页（三）CCDCCD传感器(ChargeCoupledDevice)称电荷耦合器件，是一个用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号探测元件。线阵列CCD推扫式成像仪用平行排列CCD探测杆搜集地面辐射信息，每根探测杆由3000/6000个CCD元件呈一字排列，负责搜集某一波段地面辐射信息使用线阵列CCD元件作探测器，在瞬间能同时得到垂直航线一条图像线，不需要用摆动扫描镜，像缝隙摄影机那样，以“推扫”方式获取沿轨道连续图像条带。一幅影像由若干条线影像拼结而成。若干个CCD器件排在一个矩形中，可组成面阵列传感器，面阵一次得到一个2维数字方阵，某一瞬间取得一幅完整影像。与框幅式摄影相同传感器第31页SPOTHRV(HighResolutionVisible)传感器波段设置和光谱效应

在Spot5上增加了HRG传感器传感器第32页Wetlandsofspecialstateconcern(yellow)andsubmergedaquaticvegetation(green)displayedonSPOT10-meterpanchromaticimageofChesapeakeBayarea.ThisimageofAnneArundelCounty,Maryland,illustratesMERLIN'smappinganddatadisplaycapabilitiesandwastakendirectlyfromtheWebsite.

传感器第33页七、4.5成像光谱仪和高光谱分辨率遥感技术

（ImagingSpectrometer）成像光谱仪是遥感领域中新型遥感器，它把可见光、红外波谱分割成几十个到几百个波段，每个波段都能够取得目标图像，同时对多个目标图像进行同名地物点取样，取样点波谱特征值伴随波段数愈多愈靠近于连续波谱曲线。这种既能成像又能获取目标光谱曲线“谱像合一”技术称为成像光谱技术，按该原理制成遥感器称为成像光谱仪。

成像光谱仪基本上属于多光谱扫描仪，其结构与CCD线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪相同，区分仅在于通道数多，各通道波段宽度很窄。传感器第34页高光谱分辨率遥感技术P116利用很多很窄电磁波波段从感兴趣物体获取相关数据。它以纳米级超高光谱分辨率和几十或几百个波段同时对地物成像，能够取得地物连续光谱信息。传感器第35页成像光谱仪成像特点传感器第36页美国宇航局“阿卡”(取自拉丁文，意思是“水”。)卫星中分辨率成像光谱仪所拍摄到卫