遥感教案 3第三章 遥感传感器及成像原理课件

第三章遥感传感器及成像原理

3.1传感器的组成及分类

3.2扫描类型的传感器

3.3雷达成像仪3.1传感器的组成及分类传感器:收集,探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器收集器探测器处理器输出器胶卷光电器件热电器件透镜反射镜天线光电倍增管电子倍增管胶片磁带传感器的分类按电磁波辐射来源分:主动传感器,被动传感器按对电磁波记录方式分:成像方式,非成像方式按成像原理和所获取图像的性质不同分:摄影机,扫描仪,雷达制作背景:胶片的感光范围有限制,只能探测到0.3-1.4微米之间的电磁辐射.扫描仪主要依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行逐点,逐行采样,以得到目标地物电磁辐射特性信息,利用光电效应和光热效应,将辐射能转为电能,或是其他物理特性的变化,从而对物体进行探测.3.2.1光学机械扫描成像结构组成:光学机械扫描仪是借助遥感平台沿飞行方向运动和遥感器本身光学机械横向扫描达到地面覆盖,得到地面条带图象的成像装置.主要有红外扫描仪和多光谱扫描仪2种,主要由收集器,分光器,探测器,处理器,输出器等几部分组成.1）收集器多光谱扫描仪可用透镜系统也可以用反射镜系统作为收集器,但是红外扫描仪采用反射镜系统.2）分光器目的是将收集器收集的地面电磁波信息分解成所需要的光谱成分.常用的有分光棱镜,衍射光栅,分光滤光片.3）探测器探测分光后的电磁波并把它变为电信号的元件叫探测器.分为光电子发射型(探测从紫外到可见光区的地物光谱特性),光激发载流子型(从可见光到红外区的电磁波辐射),热效应型的探测器(热红外探测器,能把红外辐射转变为电能,必须低温下工作).4）处理器从探测器出来的低电信号,需放大和限制带宽.一般在探测器后面设置低躁声的前置放大器来进行这项工作.5）输出器一种是胶片,一种是磁带,要把探测器输出的视频信号记录在胶片上,必须经电光变换线路来调制一些发光器件,这时发光器件上的光信号强度和视频信号强度一致,当胶片曝光时，数据就被记录下来。输出数据用磁带仪记录在磁带上。有的磁带记录仪作为遥感数据的暂存器，在一定时期向地面发送。扫描成像过程当旋转棱镜旋转时，镜面对地面横越航线方向扫视一次，在地面瞬时视场内的地面辐射能由旋转棱镜反射到反射镜组，经其反射，聚焦在分光器上，经光器分光后分别照射到相应的探测器上。探测器则将辐射能转变为视频信号，再经电子放大器放大和调整，在阴极射线管上显示瞬时视场的地面影像，底片曝光后记录下来，或者视频信号经模数转换器转换。变成数字的电信号，经采样，量化和编码，变成数据流，向地面作实时发放或由磁带记录仪记录后作延时回放。随着棱镜的旋转，垂直于飞行方向上的地面依次对地面进行扫描，形成一条条相互衔接的地面影像，最后形成连续的地面条带影像。1）瞬时视场角：扫描系统在某一时刻对空间所张的角度。探测原件的线度与光学系统的总焦距之比。2）像点：瞬时视场角在影像上对应的点，也叫像元，像素。3）空间分辨率：瞬时视场在地面对应的距离。扫描角越大，分辨率越低，航高越高，分辨率也越低垂直摄影时，扫描角θ为０a=d×H/fd：为探测器尺寸，f：为扫描仪焦距，Ｈ：为航高当观测视线倾斜时，

(平行于航线方向的地面分辨率)

aθ=a×secθ(垂直于航线方向的地面分辨率)

aθ1=a×secθ×secθ４）扫描线的衔接Ｗ＝Ａ／ＴＡ为探测器的地面分辨率Ｔ为旋转棱镜扫描一次的时间Ｗ为飞机的地速这时，两个扫描带的重叠度为０．但是没有空隙．为使扫描线正确衔接，速度与行高之比应为一个常数扫描反射镜：用于获取垂直飞行方向两边共１８５Ｋm范围内的来自景物的辐射能．反射镜组：将扫描镜反射进入的地面景物聚集在成像面上．成像板：２４＋２个玻璃纤维单元，按波段排成４行，每个单元对应空间分辨率，探测器：将辐射能转化成电信号输出成像板上的光学纤维单元接收的辐射能，经光学纤维传递到探测器，探测器对信号减波后有24路输出，采用脉码多路调制方式，对每个信道做一次抽样，经过计算，每9.958微秒扫描镜视轴仅在地面上移动了56米，因此采样后的mss的空间分辨率为56m×79m（Landsat-4为68m×83m）采样后对每个像元采用6bit进行编码，采样后的数据用脉码调制方式馈入天线向地面发送ＴＭ专题制图仪高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器与ＭＳＳ相比，ＴＭ增加一个扫描改正器，使扫描行垂直于飞行轨道，另外使往返双向都对地面扫描，探测器１００个，分７个波段ＴＭ各波段的图像特征波段号波段波长范围（）设计数据波段特征主要用途TM1蓝0.45～0.52植物色素吸收峰0.45对水体穿透力强，对叶绿素及叶色素浓度反映敏感有助于判别水深，水中叶绿素分布，近海域制图TM２绿0.52～0.60植物在绿光波段反射峰0.55对健康茂盛植物绿发射敏感，对水的穿透力较强探测健康植物，评价植物生长活力，研究水下地形特征和水污染TM３红0.6３～0.69植物叶绿素吸收峰0.65为叶绿素主要吸收波段用于区分植物种类与植物覆盖度，探测植物叶绿素吸收的差异，在秋季则反映叶黄素、叶红素的差异TM４近红外0.76～0.90受植物细胞结构的影响，植物在0.70至1.3高反射对绿色植物类别差异最敏感，为植物通用波段确定绿色植被类型，做生物长势和生物量的调查，水域判别等TM５中红外1.55～1.75水分子在1.4、1.9的吸收峰处于水的吸收范围内，反映含水量敏感用于植物含水量的调查、土壤湿度、水分状况、作物长势的研究，区分云和雪TM６热红外10.4～12.5地物热红外发射特征可进行热制图植物和地物的热强度测定分析，人类热活动特征监测ＴＭ探测技术指标探测器波段（微米）分辨率（米）量化（比特）扫幅（公里）像元数信噪比Ｓ／ＮＴＭ0.45-0.520.52-0.600.63-0.690.76-0.901.55-1.7510.40-12.502.08-2.353030303030120308888888185185185185185185185632063206320632063206320632052-14360-27948-24835-34240-1940.1-0.2821-164ETM＋增强型专题制图仪与TM传感器相比有以下３方面的改进：１）增加全色波段，分辨率为１５米２）采用双增益技术使远红外波段的分辨率提高到６０米３）卫星的辐射定标误差小于５％红外扫描仪热红外像片的色调特征热红外扫描仪对温度敏感性高，因为它与温度的4次方成正比，温度的变化能产生较高的色调差别。例58页的机场的停机坪的热红外像片，像片中的飞机已发动的温度较高，色调浅，未发动的温度低，显得很暗，水泥跑道发射率较高，出现灰色调，飞机的金属蒙皮，发射率很低，显得很黑。法国ＳＰＯＴ卫星上装载的ＨＲＶ是一种线阵列推扫式扫描仪，，仪器中有一个平面反射镜，将地面辐射来的电磁波反射到反射镜组，然后聚焦在ＣＣＤ线阵列元件上，ＣＣＤ的输出端以一路时序视频信号输出．由于使用ＣＣＤ做探测器，在瞬间能同时得到垂直航线的一条图象线，不需要用摆动的扫描镜，以推扫方式获取沿轨道的连续图象条带．3.2.3成像光谱仪将传统的空间成像技术与地物光谱技术有机地结合在一起，可以实现对同一地区同时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像．它基本上属于多光谱扫描仪，其构造与ＣＣＤ线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪类型相同，区别在于通道数目多，各通道的波段宽度很窄．3.3雷达成像仪雷达：无线电测距和定位．工作波段大多在微波范围．按照工作方式分为成像雷达和非成像雷达，成像雷达分为真实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达．雷达是由发射机通过天线在很短的时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后利用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器．侧视雷达的天线不是安装在遥感平台的正下方，而是与遥感平台的运动方向形成角度，朝向一侧或两侧倾斜安装，向侧下