CH 传感器及其成像原理PPT课件

1、1遥感传感器（Sensor） 遥感传感器是获取遥感数据的设备，是遥感技术最核心的部分，直接用于测量地物的电磁波特性。第1页/共58页2传感器类型（1）按有无发射电磁波的能力分 主动 被动第2页/共58页3扫描成像类型传感器物面扫描：对地面直接扫描成像，例红外扫描仪、多光谱扫描仪、自旋和步进式成像仪、多频段频谱仪等。像面扫描：瞬间在像面上先形成线图像或二维图像，然后对影像进行扫描成像，例如线阵列CCD推扫式成像仪、电视摄象机等。成像光谱仪第3页/共58页4第4页/共58页51、扫描成像过程第5页/共58页62、红外扫描仪特性 空间分辨率 温度分辨率 温度分辨率与 有关； 传感器系统内噪声等效温度

2、限制在0.10.5K之间; 系统的温度分辨率一般为等效噪声温度的26倍。第6页/共58页7垂直向下观测时fd /HaHfda a第7页/共58页8倾斜观测时Haseccos/00HHHsecsecsec0aaaHHa第8页/共58页9全景畸变aa第9页/共58页103、扫描线的衔接taW WataWt aWt taW tHW第10页/共58页114、热红外像片的色调特征 热红外像片上的色调变化与相应地物的辐射强度变化成函数关系； 与地物辐射强度有关的因素： 地物的发射率 地物的温度 地物辐射强度的变化对温度更为敏感； 温度的变化在图像上能产生较高的色调差别。第11页/共58页12多光谱扫描仪M

3、SS（Multispectral Scanner）TM（Thematic Mapper）ETM（Enhanced Thematic Mapper）第12页/共58页13MSS第13页/共58页141、MSS结构 扫描反射镜 椭圆形、表面镀银，摆动幅度为2.89度，频率为13.62赫兹，周期为73.42毫秒，总视场角为11.56度。 可获取垂直飞行方向两边共185公里范围内景物的辐射能量，配合飞行器的运动获得地表的二维图像。 反射镜组 包括主、次反射镜组，将扫描镜反射进入的地面景物聚焦在成像板上。 成像板 排列24+2个玻璃纤维单元。分四列，每列对应一个波段。每个纤维单元瞬时视场为86微弧。 探

4、测器 个数与玻璃纤维单元个数相同，类型与波段有关。能将辐射能变成电信号输出。第14页/共58页15第15页/共58页162、成像过程 扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，对应地面范围为474米x185公里。 在扫描一次的时间里卫星往前正好运动474米，扫描线正好衔接。但因地球自转，扫描位置有向西移位现象。 成像板上的光学纤维将接收的辐射能传递到探测器，对探测器的输出进行采样、编码（A/D转换），馈入天线向地面发送。第16页/共58页17第17页/共58页183、地面接收及产品 遥感数据地面接收由遥感地面接收站完成； 接收站主要接收遥感图像信息卫星姿态、星历参数第18页/共58页19MSS产品

5、粗加工产品 经过辐射校准、几何校正、分幅注记 精加工产品 在粗加工的基础上，用地面控制点进行了纠正 特殊处理产品 根据用户的要求做了一些特殊处理第19页/共58页20TM第20页/共58页21TM空间分辨率第21页/共58页22TM波段选择第22页/共58页23 辐射准确度和较高辐射分辨率是定量遥感的基础。 扫描仪内设有一个白炽灯，用来作可见光和近红外波段的标准源；TM6用黑体源作为校正源。 每个像元的亮度值用8bit编码。第23页/共58页24ETM+第24页/共58页25HRV （High Resolution Visible Range Instrument） HRV的结构 HRV的成像

6、原理 HRV立体观测第25页/共58页26第26页/共58页27 SPOT卫星上的两种HRV： 第27页/共58页28 线阵列探测器在瞬间能同时得到垂直航线的一条图像线，不需要用摆动的扫描镜，以“推扫”方式获取沿轨道的连续图像条带。第28页/共58页29nSPOT上并排安装两台HRV，每台视场宽都为60KM，两者间有3KM重叠，总视场宽为117KM；相邻轨道间约有9KM重叠。第29页/共58页30HRV立体观测 平面反射镜可向左右两侧旋转，最大角度达27度，从而实现倾斜观测； 轨道间立体观测； 通过轨道间重复观测，可建立立体模型；可获取多时相图像。第30页/共58页31成像光谱仪高光谱遥感第3

7、1页/共58页32两种类型 面阵探测器+推扫式扫描用线阵列探测器进行扫描，利用色散元件将收集到的光谱信息分散成若干个波段后，分别成像于面阵列的不同行。利用色散元件和面阵探测器完成；利用线阵探测器及沿轨道方向的运动完成。空间分辨率高。第32页/共58页33第33页/共58页34第34页/共58页35雷达成像类型传感器利用波长1cm1m的微波波段进行遥感主动式、成像、微波传感器不受天气的制约，可进行全天候观测距离测量系统第35页/共58页36 发射机产生脉冲信号，由转换开关控制，经天线向观测地区发射；地物反射脉冲信号，也由转换开关控制进入接收机，接收的信号在显示器上显示，或记录在磁带上。第36页/

8、共58页37 其中包含系统参数如雷达波的波长、发射功率、照射面积和方向、极化等；以及目标参数如地物的复介电常数，地面粗糙等等。vtR214322)4(RGPPtr雷达接收回波第37页/共58页38主要内容 真实孔径雷达 合成孔径雷达 侧视雷达图像的几何特征 相干雷达第38页/共58页39真实孔径侧视雷达 发射机向侧向面内发射一束脉冲，被地物反射后，由天线接收； 由于地面各点到雷达的距离不同，接收机收到许多信号，以它们到雷达距离的远近，先后依序记录； 信号的强度除与系统参数外，还与辐照带内各种地物的特性、形状、坡向等有关； 回波信号经电子处理器处理后形成的图象线被记录； 随着飞机的飞行，对一条条

9、辅照带连续扫描，得到由回波信号强弱表示的条带图像，实现对地面的二维扫描。一、成像过程:第39页/共58页40二、分辨率 距离分辨率 在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标的最小距离。 方位分辨率 指相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离。 sec2cRr2cRdRDRR第40页/共58页41对分辨率的讨论： 距离分辨率 距离分辨率与距离并无关系 可采用减小脉冲宽度的方法改善距离向分辨率 减小脉冲宽度是有一定限度的 方位分辨率 要提高方位分辨率，理论上可采用波长较短的电磁波，加大天线孔径和缩短观测距离的方法 但三种方法，使用时均受到一定限制 可采用合成孔径技术来改善方位分辨率sec2cRrRD

10、RR2cRd第41页/共58页42合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar）一、工作原理：用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动；在移动中选择若干个位置，在每个位置上发射一个信号，接收相应发射位置的回波信号贮存记录下来，存储时必须同时保存接收信号的幅度和相位；如果把真实孔径天线划分成许多小单元，则每个小单元接收回波信号的过程与合成孔径天线在不同位置上接收回波的过程相似；每个信号由于目标到飞机之间球面波的距离不同，相位和幅度也不同，不过其变化有规律可循；由接收信号形成的图像是相干图像，需经处理后，才能恢复地面的实际图像。第42页/共58页43第43页/共58

11、页44第44页/共58页45第45页/共58页46第46页/共58页47二、合成孔径雷达的方位向分辨率 则用合成孔径雷达的实际天线孔径来成像 用合成孔径技术后NoImage例：若天线孔径为8m，波长为4cm，目标与飞机间的距离为400kmNoImagekmRRDR2RLRssRDRLsmRDRss42/mRDRss8第47页/共58页48侧视雷达图像的几何特征u斜距投影22cosHRRG第48页/共58页49u 几何特征1、比例尺:垂直飞行方向(y)的比例尺由小变大。山体前倾，朝向传感器的山坡影像被压缩，背向传感器的山坡被拉长。会出现不同地物的重影现象阴影区地物无回波信号第49页/共58页50

12、3、高差产生的投影差与中心投影差位移的方向相反，位移量也不同。NoImagePPhRR 0hPPRR0两种立体成像方式：同侧获取立体像对异侧获取立体像对第50页/共58页51相干雷达合成孔径雷达二维成像SAR 合成孔径雷达干涉测量InSAR将由雷达影像复数据推导出的雷达信号的相位信息作为信息源，利用这些相位信息提取地表的三维信息。 通过安装在运动平台上的雷达天线不断地发射脉冲信号，接收它们在地面的回波信号，经信号的成像处理形成二维SAR影像，影像中的每一像素的幅度只与目标的后向散射系数有关。定性遥感定量遥感第51页/共58页52相干雷达成像原理通过 ，获取地面同一景观的 。由于目标与天线位置的

13、几何关系，在复图像上产生相位差，形成。干涉条纹图包含了斜距向上的点与两天线的精确信息。利用传感器高度，雷达波长，波束视向及天线基线距之间的几何关系，可以精确地测量出图像中每一点的三维位置。两副天线同时观测（单轨模式）两次平行观测（重复轨道模式）第52页/共58页53两次平行观测（重复轨道模式） 基本原理S1发射电磁波，S1和S2同时接收目标反射的回波，则返回信号的相位为：rtrt)(2)(22121P对S1和S2有相位差（P为系数 ）单轨道双天线模式 P=1单天线重复轨道模式 P=2第53页/共58页54若复数影像1|11je2|22je对应像素值共轭相乘，得干涉图21int)(2121|je从而，得相位差)Re()Im(arctan(intint)Re()Im(arctan()2 ,mod(intintm需要通过相位解缠（phase unw