第四章-传感器及成像特点-1

1、1、传感器的组成 2、传感器类型及成像原理 3、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,1,4. 1传感器的基本组成,包括：收集系统、探测系统、信号转换系统、记录系统。 1、收集系统-透镜(镜头) 反射镜 功能接收电磁波并将其聚焦成像探测系统,2,（1）遥感器的结构,2、探测系统-光电探测器-光电转换 功能：对电磁辐射敏感、能将辐射能转换成电信号的探测器探测元件:光子探测器（量子探测器） 特点：每种器件具有确定的波谱响应范围； 如：感光胶片0.31.3m CCD 0.41.1m 碲镉汞(Hg0.8Cd0.2Te) 锗掺汞(Ge:Hg) 响应速度

2、快；灵敏度高,814m,3,4. 1传感器的基本组成,3、信号转换系统 功能：电光转换-将电信号转换为便于显示、记录、处理的光信号 除感光胶片直接吸收光能，发生光化学作用形成潜影，经显影、定影等化学处理获得影像外，其它探测元件输出的都是电信号。 转换装置:氖灯管或显像管-它们的亮度随电信号的强弱而变化，产生变化的光点通过光机扫描仪成像在胶片上，或经电子扫描在显示器上输出（显示）光学影像。,4,4. 1传感器的基本组成,4、记录系统 功能:将探测系统或信号转换系统输出的电磁波信息（光信号）记录、存储到遥感信息载体，以影像或数字形式输出。 遥感信息载体：指记录、存储成像遥感器输出信号的介质。 模拟

3、形式-感光胶片、磁带 数字形式-磁带、磁盘、光盘,5,4. 1传感器的基本组成,1、空间分辨率 2、波谱分辨率 3、辐射分辨率 4、时间分辨率,6,（2）描述遥感器的特性参数,4. 1传感器的基本组成,1、空间分辨率,义 含 种 两,表示按地物几何特征(尺寸和形状)和空间分布,即在形态学基础上识别目标的能力。 . 遥感器的技术鉴别能力即能把两相邻目 标作为两个清晰实体记录下来的两目标 间的最小距离 . 遥感器观察地面特征所需要的有效探测 和分析的分辨率,7,（2）描述遥感器的特性参数,4. 1传感器的基本组成,低分辨率,高分辨率,中分辨率,不同空间分辨率遥感图像,8,1、空间分辨率,（2）描述

4、遥感器的特性参数,4. 1传感器的基本组成,2、光谱分辨率,指遥感器在接收目标辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔，即遥感器的工作波段数目、波长及波长间隔(波带宽度) 。,9,（2）描述遥感器的特性参数,4. 1传感器的基本组成,光谱分辨率高-意味着： .区分具有微小波谱特征差异地物的能力强； .数据量大，传输、处理难度大； .各波段间数据的相关性大。 应服从应用目的-结合地物特征波谱 选择能提供最大信息量的 最佳波段和多波段组合,10,2、光谱分辨率,（2）描述遥感器的特性参数,4. 1传感器的基本组成,3、辐射分辨率,遥感器测量的是地物的波谱辐射度 辐射分辨率指遥感器探测元件在接收波谱辐射信

5、号时，能分辨的最小辐射度差。 即把遥感器输出信号的总范围， 从黑到白，分解成大量刚好能辨别的灰度等级 反映地物在波谱辐射度或反射率上的微细差异 辐射分辨率高-识别两同等空间分辨率目标的能力强,11,（2）描述遥感器的特性参数,4. 1传感器的基本组成,4、时间分辨率,遥感器成像间隔的性能指标 遥感器须对目标的运动（变化）进行连续均匀、不间断地探测 为分析、识别目标所必须具有的最小时间间隔，称时间分辨率 注意：对同一目标遥感器重复成像的周期、 覆盖周期 、重访周期,12,（2）描述遥感器的特性参数,4. 1传感器的基本组成,13,（2）描述遥感器的特性参数,4. 1传感器的基本组成,4.2 遥感

6、器的类型,遥感器的一般分类： 按信息记录形式： 非成像遥感器-侧重时间、光谱分辨率 成像遥感器- 强调空间分辨率 按成像方式: 摄影方式 扫描方式 按辐射源：被动式（自然） 主动式（人工）,14,1. 摄影方式遥感器 各类摄影机 2. 扫描方式遥感器 .电子扫描遥感器 .光机扫描遥感器 .固体自扫描遥感器 .天线扫描遥感器 .成像光谱仪,成像类遥感器,15,4.2 遥感器的类型,指经过透镜(组)，按几何光学的原理聚焦构像，用感光材料，通过光化学反应直接感测和记录目标物反射的可见光和摄影红外波段电磁辐射能，在胶片或像纸上形成目标物固化影像的遥感器,16,4.2 遥感器的类型,（1）摄影方式遥感器

7、,优点： 空间分辨率高 成本低 易操作 信息量大,缺点： 局限性大 0.31.3m 影像畸变较严重 成像受气侯、光照 和大气效应的限制 须回收胶片 影像形 成周期长无法实时观测,17,4.2 遥感器的类型,（1）摄影方式遥感器,各类摄影机-按结构及胶片曝光方式分类,18,4.2 遥感器的类型,（1）摄影方式遥感器,19,航摄仪,19,4.2 遥感器的类型,（1）摄影方式遥感器,20,4.2 遥感器的类型,（1）摄影方式遥感器,21,4.2 遥感器的类型,（1）摄影方式遥感器,22,4.2 遥感器的类型,（1）摄影方式遥感器,(2)扫描方式遥感器,优点： 可对全部五个大气窗口的电磁辐射进行探测可

8、进行多波段、超多波段遥感-波谱分辨率高输出电信号，可用磁带记录，可实时传输所获是辐射量的定量数据,便于校正和图像处理. 缺点： 空间分辨率相对较低,23,4.2 遥感器的类型,电子扫描遥感器-RBV-映像面扫描 由扫描电子束逐次扫描经透镜在焦平面上形成的光像而成像,24,(2)扫描方式遥感器,4.2 遥感器的类型,光机扫描遥感器 借助平台沿航向运动和本身光学机械垂直航向的横向扫描，共同完成地面覆盖，获得条带形地面影像,25,(2)扫描方式遥感器,4.2 遥感器的类型,IFOV Instantaneous field of view -瞬时视场 空间分辨率,26,(2)扫描方式遥感器,4.2 遥

9、感器的类型,1、红外扫描仪 2、多光谱扫描仪（MSS） 3、专题制图仪（） 机载红外扫描仪的成像原理 多光谱扫描仪成像原理（MMS、TM、TM+） 3、推扫式传感器成像原理（HRV） 4、成像光谱仪 5、雷达成像原理,27,4.3 典型遥感器的成像原理,组成： 光学-机械扫描 热红外探测 扫描成像过程 扫描线的衔接问题 分辨率的问题 热红外图像特征,（1）红外扫描仪,28,4.3 典型遥感器的成像原理,扫描线的衔接 (单像元排列）,飞行速度 W=/t (扫描一次的时间) 当 Wt=时,不会出现扫描空隙和重复 因 wt= =H, w/H=/t 为常数,29,（1）红外扫描仪,4.3 典型遥感器的

10、成像原理,空间分辨率 瞬间视场 =d/f 空间分辨率 0= H= dH/f,d,0,H,星下点,30,（1）红外扫描仪,4.3 典型遥感器的成像原理,空间分辨率 0= H= dH/f,=H =H sec=0sec, =sec=0sec2,平行航线方向,垂直航线方向,31,（1）红外扫描仪,4.3 典型遥感器的成像原理,航空像片 热红外描像片,32,（1）红外扫描仪,4.3 典型遥感器的成像原理,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,组成： 1、扫描反射镜 2、反射镜组 3、成像板 4、探测器,美国陆地卫星上的多光谱扫描仪,33,4.3 典型遥感器的成像原理,

11、美国陆地卫星上的多光谱扫描仪,34,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,2、反射镜组 反射镜组是由主反射镜和次反射镜组成，焦距为82.3厘米。 作用：将扫描镜反射进入的地面景物聚焦在成像板上。,美国陆地卫星上的多光谱扫描仪,35,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,3、成像板 成像板上排列有24+2个玻璃纤维单元，按波段排列成4列，每列有6个单元，每个单元为扫描仪的瞬时视场的构象范围，瞬时视场角为86rad，卫星高度为915公里，地面距离为79米。,美国陆地卫

12、星上的多光谱扫描仪,波段 4 5 6 7 8,36,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,4、探测器 它的数量与成像板的纤维单元的个数相同，探测器的类型与响应的波长有关。MSS4-MSS6采用光电倍增管；MSS7采用硅光电二极管；MSS8采用碲镉汞。 作用：辐射能转化为电信号,美国陆地卫星上的多光谱扫描仪,4 5 6 7 8,0.5-0.6,0.6-0.7,0.7-0.8,0.8-1.1,10.4-12.6,37,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,成像过程：,

13、 从左至右（西向东）,垂直飞行方向逐点扫描,得到一条相应于地面的图像线 卫星向前运动，第二次扫描得到第二条扫描线,38,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,185 KM,飞行方向,1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6,主 动 扫 描,回 扫,474M,MSS 扫描成像过程,39,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,扫描线衔接（6个感应元排一列） 因扫描周期为73.42ms 卫星速度（地速）6.5km/s 73.42ms 6.5km/s = 474m

14、在扫描一次的时间里卫星往前正好移动474m，扫描线恰好衔接,40,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理, 915km =185km,41,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,注意：,MSS空间分辨率： 飞行方向：79米=86 rad*915KM 垂直飞行方向： 探测器采样时间为9.958 s ，扫描镜实际扫描时间为33ms，扫描的宽度为185KM，实际在探测器采样时间内对于的地面距离是56米，及垂直飞行方向的空间分辨率为56米。 MSS数据率： 每个采样时间里（

15、9.958 s） ，对每个像素进行编码（采样6BIT），6个单元*4个波段=144BIT，加上信号同步的时间，相当于每BIT的时间为0.0664 s，即BIT速率为15M/S。,42,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,MSS影像特征,存在全景变形,空间分辨率为79m,几何特征,波谱特征,Landsat1-3有五个波段 MSS4(绿)、MSS5(红)、MSS6 (红外)、MSS7 (红外) MSS8(热红外),43,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,某机场热

16、图像,44,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,午后13:00成像,凌晨4:00成像,45,（2）MSS多光谱扫描仪（Multi-Spectral Scanner）,4.3 典型遥感器的成像原理,Landsat45传感器，结构与MSS相似，性能上主要有以下特点： 1、更高的空间分辨率 2、更多的波段 3、更好的几何保真度 4、更高的辐射分辨率,46,（3）TM(专题制图仪) (Thematic Mapper),4.3 典型遥感器的成像原理,47,（3）TM(专题制图仪) (Thematic Mapper),4.3 典型遥感器的

17、成像原理,探测器 探测器共有100个,分七个波段呈错开排列 TM14各有16个硅（CCD）探测器， TM5和TM7的各有16个焍化铟红外探测器,每个的瞬时视场在地面上为3030 TM6的有4个碲镉汞探测器,每个的瞬时视场在地面上为120120,48,（3）TM(专题制图仪) (Thematic Mapper),4.3 典型遥感器的成像原理,半个扫描周期，即单向扫描所用的时间为71.46ms，卫星正好飞过地面480m，下半个扫描周期获取的16条图像线正好与上半个扫描周期的图像线衔接,49,（3）TM(专题制图仪) (Thematic Mapper),4.3 典型遥感器的成像原理,TM 特点,1、TM中增加一个扫描改正器,使扫描行垂直于飞行轨道(MSS扫描不垂直于飞行轨道）; 2、 往返双向都对地面扫描（MSS仅单向扫描）； 3、地面分辨率由79米到30米； 4、波段由5个增加到7个； 5、有热红外通道TM6 。,50,（3）TM(专题制图仪) (Thematic Mapper),4.3 典型遥感器的成像原理,51,（3）TM专题制图仪,4.3 典型遥感器的成像原理,52