遥感原理与应用-第3章

1、第三章遥感传感器及其成像原理，内容概述，扫描成像传感器雷达成像仪，传感器分类，摄影传感器扫描成像传感器雷达成像传感器非图像传感器，3.1扫描成像传感器，成像仪扫描物体表面直接扫描和成像地面(红外扫描仪，多光谱扫描仪，成像光谱仪)；扫描像面的成像器首先在像面上即时成像，然后扫描成像(线阵CCD推扫成像器)；成像光谱仪以多通道、连续和高光谱分辨率的方式获取图像信息；3.1.1成像仪扫描物体表面，红外扫描仪MSS多光谱扫描仪TM专题成像仪ETM增强型专题成像仪，红外扫描仪扫描成像过程，当旋转棱镜旋转时，第一面镜子沿路线方向扫描地面一次，扫描视场中的地面辐射能量依次从一侧向另一侧进入传感器，视频信号由

2、探测器输出，经电子放大器放大调制，在阴极射线管上显示与地面扫描视场中的景物相对应的图像线。然后第二面扫描镜扫描地面。随着飞机向前移动，胶片也同步旋转，记录的第二张图像与第一张图像重合。然后，获得对应于地面范围的二维带状图像。红外扫描仪的分辨率，红外扫描仪的瞬时视场，d:探测器尺寸(直径或宽度)；仪器设计中已经确定了f:扫描仪的焦距、红外扫描仪垂直指向地面的空间分辨率以及H:的高度，因此所用传感器的地面分辨率的变化只与高度有关。如果高度很高，a0值自然会很大，地面分辨率会很差。扫描角度、高度、平行于导航方向的地面分辨率、垂直于导航方向的地面分辨率、全景失真。由于地面分辨率随扫描角度而变化，红外扫

3、描图像失真，这通常称为全景失真。原因是图像距离保持不变并且总是在焦平面上，而物距随着扫描角度而变化。扫描线的会聚，当扫描镜的一个反射镜被扫描一次时，第二个反射镜被重复扫描，并且平面的飞行使两个扫描会聚。如何使每两个相邻的皮带连接好可以由以下关系决定。假设旋转棱镜的扫描时间为T，探测器的地面分辨率为A，如果两条扫描带的重叠度为零，但没有间隙，则需要W为飞机的地面速度，会出现扫描漏洞，会出现扫描重叠，瞬时视场和扫描周期都不变，只要速度W与高度H之比不变，扫描线就能正确连接，没有条纹图像和热红外照片的色调特征。地面物体发射电磁波的功率与地面物体的发射率和地面物体温度的四次方成正比，所以图像上的色调也

4、与这两个因素有关。在热红外图像中，由飞机启动的发动机温度很高，其色调非常明亮。尾部喷雾的温度更高，色调看起来更亮。飞机的引擎没有启动，温度很低，而且看起来很暗。水泥跑道发射率高，出现灰色调。飞机的金属外壳非常暗，因为它的发射率很低。从照片中可以看出，热红外扫描仪对温度比比发射功率更敏感，因为它与温度的四次方成正比，而且温度的变化会产生更大的色差。陆地卫星多光谱扫描仪由扫描镜、校正器、聚光系统、旋转快门、成像板、光纤、滤光片和探测器组成。扫描镜，是一种椭圆形铰链镜，表面镀银，长轴33厘米，短轴23厘米。当仪器垂直观察地面时，地面发出的光与进入聚光器的光成90度角。扫描镜的摆动幅度为2.89，摆动

5、频率为13.62赫兹，周期为73.42毫秒，总视场角为11.56。扫描镜的功能是从垂直飞行方向两侧185公里范围内的景物获得辐射能量，并配合飞机的前向操作获得地球表面的二维图像。镜头组由一个主镜和一个次镜组成，焦距为82.3厘米，第一镜的孔径为22.9厘米，第二镜的孔径为8.9厘米，相对孔径为3.6厘米。镜组的功能是将扫描镜反射的地面场景聚焦在成像平面上。成像板，成像板上有242个玻璃纤维单元，按照波段排列成四排，每排有6个纤维单元，每个纤维单元是扫描仪瞬时视场的成像范围。由于瞬时视场为86弧度，卫星高度为915千米，地面观测面积为79米79米。探测器的功能是将辐射能转换成电信号输出。光纤单元

6、的数量与成像板上的光纤单元的数量相同，并且所使用的类型与响应波长相关。MSS 4-6使用18个光电倍增管，MSS-7使用6个硅光电二极管，陆地卫星2号和3号的MSS8使用2个水银钢网热敏探测器。冷却方式是辐射制冷。检测器检测后输出的模拟信号进入模数转换器进行数字化，然后由发射机中的调制器进行调制，发送到地面或记录在宽带录音机上。在MSS成像过程中，扫描仪的每个探测器的瞬时视场为86rad，卫星高度为915km，因此在猫扫描瞬间每个像素的地面分辨率为79m79m，每个波段由6个相同尺寸的探测单元平行于飞行方向排列，因此在瞬间看到的地面尺寸为474m79m。另外， 因为总扫描视场为11.56，地面

7、宽度为185公里，所以在每个波段一次获得6个扫描线图像，地面范围为474米x 185km公里。 此外，由于扫描周期为73.42毫秒，卫星速度(地速)为6.5公里/秒，且卫星在一次扫描时间内仅向前移动474米，因此扫描线仅连接。地面从西向东的有效扫描时间为33毫秒，即33毫秒扫描的地面宽度为185公里。根据上述宽度，扫描镜的视轴每9.958秒在地面上仅移动56米，因此采样的MSS像素的空间分辨率为56米79米(Landsat为68米83米)。采样后，每个像素(每个通道一个采样)由6位编码。24路总输出需要144位，产生时间为9.958秒，每个字节(6位)反算所需时间为0.3983秒(包括约占0.

8、3983秒的同步信号)，每个位为0.0664秒，因此比特率约为15兆比特。采样后，数据通过脉码调制以2229.5兆赫兹或2265.5兆赫兹的频率馈入天线，并发送到地面。MSS产品、粗加工产品，这些产品已经过辐射校准(系统噪声校正)、几何校正(系统误差校正)和框架注释(28.6秒扫描390次，一个框架)。精加工产品是在粗加工的基础上由地面控制点校正的特殊加工产品(系统误差和意外误差被消除)。专题成像仪、成像过程、波段特征、ETM增强型专题成像仪、3.1.2成像器进行像面扫描、HRV线阵推扫扫描仪、像面扫描，精确瞄准目标电极上的点，用电子枪扫描目标表面(因此也称电子扫描成像为像面扫描成像)。目标表

9、面上点从电子束中吸收电子，使得目标电极达到零电势。从电子枪发射的电子束中的电子数是恒定的，但是目标表面上每个点吸收的电子数随每个点的电势而变化。返回的剩余电子的数量形成图像信号，即图像的亮点。如果目标表面上相应点的电势高，从电子束吸收的电子数量将更多，剩余返回电子的数量将更少。相反，有许多电子。因此，返回电子的数量反映了电子的黑暗在立体观测模式下，HRV平面镜可以绕指向卫星前方的滚动轴(X)旋转，从而实现不同轨道之间的立体观测。HRG可以通过侧摆在不同轨道上形成离轨立体。HRS由前视和后视摄像机组成，在同一轨道上形成一个立体。3.1.3成像光谱仪是以多通道、连续、高光谱分辨率方式获取图像信息的

10、仪器，基本上属于多光谱扫描仪，其结构与CCD线阵推扫扫描仪相同。两种类型的成像光谱仪，面阵探测器加推扫扫描仪，线阵探测器抛光扫描仪，推扫CCD传感器，框架相机(用于传统摄影测量)，光机械扫描相机(TM，MSS)，三种常用的航空航天遥感(无源)传感器，3.2雷达成像仪，特征主动遥感雷达信号的穿透特征(距离，方位，相对速度，反射特征)被分类为真实孔径雷达合成孔径雷达相干雷达激光雷达，雷达接收的回波强度是系统参数和地面目标参数的复杂函数。系统参数：地面目标参数，如波长、发射功率、雷达波照射面积和方向极化、地面目标的复介电常数、地面粗糙度等。极化，极化，发射接收一起甚高甚高甚高甚高甚高VVV HHH，

11、3.2.1真实孔径雷达，真实孔径雷达分辨率，地面距离分辨率，倾斜距离分辨率，脉冲宽度，俯角。r:倾斜距离。波长与D:天线孔径成正比，3.2.2合成孔径雷达，基本思想：用一个小天线作为单个辐射单元，并沿直线连续移动该单元。选择运动中的几个位置，在每个位置发射一个信号，并接收相应发射位置的回波信号，存储并记录。接收信号的幅度和相位被同时存储。相比之下，实际孔径雷达天线的长度就是实际长度，雷达波的发射和接收都以其自身有效长度的效率直接反映在显示记录中；合成孔径雷达使用一个小天线作为单个辐射元件来记录每个反射信号。真实孔径天线在一个位置接收目标的回波；合成孔径天线接收同一地面物体在不同位置的回波信号。

12、在接收到目标回波之后，真实孔径天线像物镜一样聚集和成像；合成孔径天线对同一个目标的信号不是同时获得的，回波信号应该记录在每个位置。合成孔径雷达的方位分辨率与距离无关，只与实际使用的天线孔径有关。方位分辨率定义为：3.2.3侧视雷达图像的几何特征，倾斜投影，侧视雷达图像在垂直飞行方向上的像点位置(Y)是飞机目标的倾斜距离，图像点的倾斜距离到地面的距离为：几何特征，垂直于飞行方向的标尺的变形压缩和伸长引起的投影差，垂直于飞行方向的标尺表示为： 考虑到测量的倾斜距离按比例缩小为图像，侧视图方向上的比例为：0，比例大于90，比例小，变形压缩和伸长导致山向前倾斜。 不同的地面物体会有鬼现象。特征点AC之间的山坡在雷达图像上被压缩，在中心投影照片上被拉伸，而CD之间的山坡出现在相反的系统中。地面目标点A和B在雷达图像中出现重影，但这种现象在中心投影图像中没有出现。雷达中的几何距离，由高度差引起的投影差，由高度差引起的投影差与中心