第4章遥感传感器及其原理A

1、1接收预处理用户应用处理分析结果输出2第四章第四章 遥感传感器及其原理遥感传感器及其原理3传感器的一般构成：传感器的一般构成：电磁波幅射信息收集器探测器处理器输出器 传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 传感器原理传感器原理:应用物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。4遥感传感器分类遥感传感器分类被动方式被动方式 扫描扫描( (图像方式图像方式) )非扫描非扫描非图像方式非图像方式

2、微波辐射计微波辐射计地磁测量仪地磁测量仪重力测量仪重力测量仪傅立叶光谱仪傅立叶光谱仪其他其他图像方式图像方式( (照相机照相机) )黑白黑白天然彩色天然彩色红外红外彩色红外彩色红外其他其他像面扫描像面扫描电视摄像机电视摄像机固体扫描仪固体扫描仪(CCD)(CCD)物面扫描物面扫描光机扫描仪光机扫描仪固体扫描仪固体扫描仪5主动方式主动方式 扫描扫描( (图像方式图像方式) )非扫描非扫描( (非图像方式非图像方式) )微波散射计微波散射计微波高度计微波高度计激光光谱仪激光光谱仪激光高度计激光高度计像面扫描（被动型相控阵雷达）像面扫描（被动型相控阵雷达）物面扫描物面扫描激光水深计激光水深计激光测距

3、仪激光测距仪微波辐射计微波辐射计真实孔径雷达真实孔径雷达合成孔径雷达合成孔径雷达遥感传感器分类遥感传感器分类问题：遥感器的扫描方式有哪些？各有何特征？6 按探测波段的不同，分近紫外摄影、可见光摄影、红外按探测波段的不同，分近紫外摄影、可见光摄影、红外摄影、多光谱摄影等。摄影、多光谱摄影等。 特点特点: 历史悠久、较为完善、使用广泛、信息量大、分辨历史悠久、较为完善、使用广泛、信息量大、分辨率高率高 限制限制: 受感光剂限制，感光范围受感光剂限制，感光范围0.291.10微米微米摄影机类型：1) 分幅式： 23,18 70-100线对/mm, f, 镜头2) 全景式: 缝隙式和镜头转动式3) 多

4、光谱摄影机：多相机组合、多镜头组合、光束分离型。71）分幅式摄影机）分幅式摄影机81）框幅式摄影机）框幅式摄影机92）全景（扫描）摄影机）全景（扫描）摄影机（1）缝隙式摄影机）缝隙式摄影机v=V*f/H, f为焦距为焦距10在物镜的焦面上平行于飞行方向在物镜的焦面上平行于飞行方向设置一条狭缝，并随物镜作垂直设置一条狭缝，并随物镜作垂直于航线方向扫描，得到一幅扫描于航线方向扫描，得到一幅扫描成像的图象。（成像的图象。（扫描摄影机扫描摄影机）物镜摆动的幅面很大，能将航线物镜摆动的幅面很大，能将航线两边的地平线内的影象都摄入底两边的地平线内的影象都摄入底片。片。-（全景摄影机全景摄影机）2）全景（扫

5、描）摄影机）全景（扫描）摄影机（2）镜头转动式摄影机）镜头转动式摄影机11焦距长，可达焦距长，可达600mm幅面大，幅面大，23cm(长长)*128cm（宽）（宽）扫描视场大，可达扫描视场大，可达180度度全景畸变全景畸变 (panoramic distortion)：像距不变，物距随扫描角的增大而像距不变，物距随扫描角的增大而增大，出现两边比例尺逐渐缩小的增大，出现两边比例尺逐渐缩小的现象，整个影象产生全景畸变；扫现象，整个影象产生全景畸变；扫描时，飞机向前运动，扫描摆动的描时，飞机向前运动，扫描摆动的非线性因素，使畸变复杂化。非线性因素，使畸变复杂化。123）多光谱摄影机）多光谱摄影机 对

6、同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影象的摄影机对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影象的摄影机 可充分利用地物在不同光谱区有不同的反射特征，来增多获可充分利用地物在不同光谱区有不同的反射特征，来增多获取目标的信息量，以提高识别地物能力取目标的信息量，以提高识别地物能力三种基本类型多光谱摄影机：三种基本类型多光谱摄影机： 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13Near-infrared (0.7 1.0 m) Red (0.6 0.7 m) Green (0.5 0.6 m) Blue (0.4 0.5 m) 14光光/机扫描成像机扫描成像探测器的波段响应是扫描探测

7、器的波段响应是扫描图像物理特性的决定因素图像物理特性的决定因素探测元件响应波长/工作温度/K光电倍增管硅光二极管锗光二极管锑化铟（InSb）碲镉汞(HgCdTe)硫化铅（PbS）锗掺汞(Ge:Hg)0.4-0.750.53-1.091.12-1.732.1-4.753-58-142-68-13.577室温77室温77机载红外扫描仪结构原理图机载红外扫描仪结构原理图16光光/机扫描成像机扫描成像A：扫描镜B：探测元件C：IFOV瞬时视场角D：地面分辨率E：总视场角（10-200航天）F：扫描带宽注意：进行扫描成像时，总视场角不宜过大，否则图像边缘的畸变太大。通常在航空遥感中，总视场角取70o12

8、0o。17扫描仪地面分辨率扫描仪地面分辨率18扫描反射镜是一个表面镀银的椭圆性铍发射镜，它与地面和聚光扫描反射镜是一个表面镀银的椭圆性铍发射镜，它与地面和聚光镜的光轴均成镜的光轴均成45度角，扫描镜围绕正常位置摆动的幅度大约为正度角，扫描镜围绕正常位置摆动的幅度大约为正负负2.89度，扫描频率为度，扫描频率为13.62Hz，对垂直与卫星轨迹方向的地面，对垂直与卫星轨迹方向的地面进行扫描（横向扫描），星下点视厂场角为进行扫描（横向扫描），星下点视厂场角为11.56度，被扫描地度，被扫描地面条带宽度约为面条带宽度约为185km，沿卫星轨迹方向的扫描（纵向扫描）由，沿卫星轨迹方向的扫描（纵向扫描）由

9、卫星的运动来实现。卫星的运动来实现。光光/机扫描成像机扫描成像实例（实例（MSS）19固体自扫描成像（推帚式扫描仪）固体自扫描成像（推帚式扫描仪）用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的成像方式。目前常用的探测元件是电荷耦合器件CCD光机扫描仪与固体自扫描线状阵列探测元件光学系统飞行方向20高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪） 成像光谱技术： “谱像合一谱像合一” 技术-获连续光谱曲线。 成像光谱仪是新一代传感器，成像光谱仪是新一代传感器，20世纪世纪80年代正式开始研制；年代正式开始研制； 目的：目的：在获取大量目标窄波段连续光在获取大量目标窄波段

10、连续光谱图象的同时，获得每一个像元几乎连谱图象的同时，获得每一个像元几乎连续的光谱数据续的光谱数据 （成像光谱仪成像光谱仪）。）。 主要应用于高光谱航空遥感，在航天主要应用于高光谱航空遥感，在航天遥感领域高光谱也开始应用。遥感领域高光谱也开始应用。 图像由多达图像由多达数百个波段数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成；的非常窄的连续的光谱波段组成； 光谱波段覆盖光谱波段覆盖了可见光、近红外、中红外和热红外区域了可见光、近红外、中红外和热红外区域全部光谱带全部光谱带。 多采用扫描式或推帚式，可以收集多采用扫描式或推帚式，可以收集200200或或200200以上波段的数据；图像中的每以上波段的数据

11、；图像中的每一像元均得到一像元均得到连续的反射率曲线连续的反射率曲线。高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）221） 线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪掸扫式（掸扫式（whiskbroom）线阵列成像光谱仪，基本属于光）线阵列成像光谱仪，基本属于光-机扫描装置。机扫描装置。利用利用点探测器点探测器收集光谱信息，经色散元件后分成不同的波段，分别在线收集光谱信息，经色散元件后分成不同的波段，分别在线阵列探测器的不同元件上；通过点扫描镜在垂直于轨道方向的面内摆动阵列探测器的不同元件上；通过点扫描镜在垂直于轨道方向的面内摆动以及沿轨道方向

12、的运动完成以及沿轨道方向的运动完成空间扫描空间扫描，而利用线探测器完成光谱扫描。，而利用线探测器完成光谱扫描。高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）特点：特点： 空间扫描通过扫描镜摆动在景物方面完成，总视场角大（可达空间扫描通过扫描镜摆动在景物方面完成，总视场角大（可达90 ）；）； 像元配准好，不同波段在任何时候都同时凝视同一像元；像元配准好，不同波段在任何时候都同时凝视同一像元； 光谱覆盖范围宽（从可见光直到热红外波段）；光谱覆盖范围宽（从可见光直到热红外波段）； 适用于航空遥感，因为飞行时间足够慢，读出的时间仅是聚积辐射能适用于航空遥感，因为飞行时间足够慢，读出

13、的时间仅是聚积辐射能量时间的一小部分。量时间的一小部分。 对像元摄像时间短，进一步提高光谱分辨率和辐射灵敏度较困难。对像元摄像时间短，进一步提高光谱分辨率和辐射灵敏度较困难。典型实例：美国的典型实例：美国的AVIRIS (Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer) 1） 线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪24高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）2） 面阵探测器加推扫式扫描仪的成像光谱仪面阵探测器加推扫式扫描仪的成像光谱仪利用利用线阵列探测器线阵列探测器进行扫描，利用进行扫描，利

14、用色散元件色散元件和和面阵探测器面阵探测器完成完成光谱扫描光谱扫描，利用利用线阵列探测器线阵列探测器及其及其沿轨道方向沿轨道方向的运动完成的运动完成空间扫描空间扫描。特点：特点： 空间扫描由固体扫描完成（可见光空间扫描由固体扫描完成（可见光-近红外，用近红外，用CCD；短波红外用汞；短波红外用汞-镉镉-碲碲/CCD混合器件）；混合器件）； 像元的摄影时间长；系统的灵敏度和空间分辨率均可得到提高；像元的摄影时间长；系统的灵敏度和空间分辨率均可得到提高； 在可见光波段，分辨率可提高到在可见光波段，分辨率可提高到1-2nm量级，短波红外灵敏度低，量级，短波红外灵敏度低，热红外暂时不能感应；热红外暂时不能感应； 总视场角受限制总视场角受限制典型实例：加拿大的典型实例：加拿大的CASI (Compact Airborne Spectrographic Imager)高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）高光谱成像光谱扫描（成像光谱仪）2） 面阵探测器加推扫式扫描仪的成像光谱仪面阵探测器