第6章掃描成像

1、遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS內(nèi)容提要： 掃描成像是遙感技術(shù)發(fā)展的方向之一，掃描成像是遙感技術(shù)發(fā)展的方向之一，本章內(nèi)容包括掃描探測器工作原理，電子掃本章內(nèi)容包括掃描探測器工作原理，電子掃描成像描成像電視，光學(xué)機(jī)械掃描成像，固體自電視，光學(xué)機(jī)械掃描成像，固體自掃描成像。掃描成像。講授重點(diǎn)： 電子掃描成像過程與原理，光機(jī)掃描成電子掃描成像過程與原理，光機(jī)掃描成像過程，成像掃描儀分辨能力，像元的概念，像過程，成像掃描儀分辨能力，像元的概念，電荷耦合器件電荷耦合器件CCD的結(jié)構(gòu)、工作原理和成的結(jié)構(gòu)、工作原理和成像機(jī)制。像機(jī)制。遙遙 感感 原原

2、理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 探測器主要性能參數(shù)探測器主要性能參數(shù)響應(yīng)率響應(yīng)率 響應(yīng)率是到達(dá)探測器上的單位輻射功率所響應(yīng)率是到達(dá)探測器上的單位輻射功率所產(chǎn)生的電壓，即輸出電壓與輸入輻射能量之比，產(chǎn)生的電壓，即輸出電壓與輸入輻射能量之比，表達(dá)式是：表達(dá)式是： ：輸出電壓：輸出電壓(伏伏)，：輸入的輻射能量：輸入的輻射能量(瓦瓦)遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 探測器主要性能參數(shù)探測器主要性能參數(shù)響應(yīng)波長范圍響應(yīng)波長范圍 光譜響應(yīng)曲線光譜響應(yīng)曲線：探測器的響：探測器的響應(yīng)率與入射輻射

3、的波長之間的關(guān)應(yīng)率與入射輻射的波長之間的關(guān)系曲線。系曲線。 峰值波長峰值波長：最大響應(yīng)率所對(duì)：最大響應(yīng)率所對(duì)應(yīng)的波長應(yīng)的波長p 截止波長截止波長：響應(yīng)率下降到峰：響應(yīng)率下降到峰值一半所對(duì)的波長值一半所對(duì)的波長c1、c2，探測，探測器的使用波長器的使用波長c1c2。c1Rc1Pc2遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 探測器主要性能參數(shù)探測器主要性能參數(shù)噪聲電壓（噪聲電壓（n） 探測器在工作時(shí)本身所固有的毫無規(guī)律、無探測器在工作時(shí)本身所固有的毫無規(guī)律、無法預(yù)測的隨機(jī)電壓起伏，叫噪聲電壓（法預(yù)測的隨機(jī)電壓起伏，叫噪聲電壓（n）。）。遙遙

4、感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 探測器主要性能參數(shù)探測器主要性能參數(shù)等效噪聲功率（等效噪聲功率（NEP） 到達(dá)探測器的電磁輻射產(chǎn)生的輸出電壓正好到達(dá)探測器的電磁輻射產(chǎn)生的輸出電壓正好等于噪聲電壓時(shí)的輻射量叫等效噪聲功率等于噪聲電壓時(shí)的輻射量叫等效噪聲功率（NEP），意思是它對(duì)探測器所產(chǎn)生的效果與噪），意思是它對(duì)探測器所產(chǎn)生的效果與噪聲相等。聲相等。 NEPnn（s） 要準(zhǔn)確測定輻射信號(hào)的存在，入射輻射功率要準(zhǔn)確測定輻射信號(hào)的存在，入射輻射功率應(yīng)為應(yīng)為NEP的的26倍。倍。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃

5、描探測器工作原理掃描探測器工作原理 探測器主要性能參數(shù)探測器主要性能參數(shù)探測靈敏度探測靈敏度D* D*是與是與NEP成反比的量，計(jì)算公式為成反比的量，計(jì)算公式為 式中：式中：A為元件的面積，為元件的面積，f為頻帶寬度，當(dāng)為頻帶寬度，當(dāng)元件面積為元件面積為1cm2、頻帶寬度為、頻帶寬度為1Hz、入射光功率、入射光功率為為1W時(shí)，時(shí)，D*等于輸出信號(hào)與噪聲之比等于輸出信號(hào)與噪聲之比信噪比信噪比（S/N）。）。NEPfA*D遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 探測器主要性能參數(shù)探測器主要性能參數(shù)響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 當(dāng)一定能量的輻射突然到達(dá)探

6、測器的敏感面當(dāng)一定能量的輻射突然到達(dá)探測器的敏感面上時(shí)，探測器的輸出電壓要經(jīng)過一定的時(shí)間才能上時(shí)，探測器的輸出電壓要經(jīng)過一定的時(shí)間才能上升到與這一輻射通量相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定值；當(dāng)輻射上升到與這一輻射通量相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定值；當(dāng)輻射突然除去后，輸出電壓也要經(jīng)過一定的時(shí)間，才突然除去后，輸出電壓也要經(jīng)過一定的時(shí)間，才能下降到輻射之前原有值。這一段時(shí)間就稱為探能下降到輻射之前原有值。這一段時(shí)間就稱為探測器的響應(yīng)時(shí)間。測器的響應(yīng)時(shí)間。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理物體導(dǎo)電機(jī)理物體導(dǎo)電機(jī)理 物質(zhì)由原子核和電子組成，電子成

7、層分布在原物質(zhì)由原子核和電子組成，電子成層分布在原子核周圍，受核作用力吸引。離核遠(yuǎn)的電子，受核子核周圍，受核作用力吸引。離核遠(yuǎn)的電子，受核吸引力較小，與核結(jié)合較松，很容易受到相鄰原子吸引力較小，與核結(jié)合較松，很容易受到相鄰原子核的作用，脫離原來的原子，成為不屬于某一個(gè)原核的作用，脫離原來的原子，成為不屬于某一個(gè)原子的電子子的電子自由電子。金屬物體自由電子濃度非常自由電子。金屬物體自由電子濃度非常高，運(yùn)動(dòng)雜亂無章。但是，如果有外加電壓作用于高，運(yùn)動(dòng)雜亂無章。但是，如果有外加電壓作用于導(dǎo)體上，自由電子的運(yùn)動(dòng)就受到電場力的牽引，有導(dǎo)體上，自由電子的運(yùn)動(dòng)就受到電場力的牽引，有一個(gè)順電場作用力方向的加速

8、運(yùn)動(dòng)，從導(dǎo)體的一端一個(gè)順電場作用力方向的加速運(yùn)動(dòng)，從導(dǎo)體的一端遷移到另一端。這就是導(dǎo)體傳導(dǎo)電流的過程。遷移到另一端。這就是導(dǎo)體傳導(dǎo)電流的過程。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體的物體在組成晶體時(shí)，相鄰的兩個(gè)原半導(dǎo)體的物體在組成晶體時(shí)，相鄰的兩個(gè)原子各以一個(gè)電子相結(jié)合子各以一個(gè)電子相結(jié)合鍵合，形成屬于這兩個(gè)鍵合，形成屬于這兩個(gè)原子的一對(duì)鍵合電子。原子的一對(duì)鍵合電子。 如果沒有其它因素干擾，原子最外層的電子如果沒有其它因素干擾，原子最外層的

9、電子都分屬于各對(duì)原子，沒有自由電子，這時(shí)導(dǎo)電率都分屬于各對(duì)原子，沒有自由電子，這時(shí)導(dǎo)電率為零為零(不導(dǎo)電不導(dǎo)電)。 當(dāng)有干擾存在時(shí)，如溫度變化，雜質(zhì)的加入，當(dāng)有干擾存在時(shí)，如溫度變化，雜質(zhì)的加入，就產(chǎn)生了自由電子，其濃度隨溫度、雜質(zhì)的變化就產(chǎn)生了自由電子，其濃度隨溫度、雜質(zhì)的變化而變化。而變化。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理溫度影響溫度影響 +4 +4 +4 +4 自由電子自由電子 空穴空穴束縛電子束縛電子 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1

10、掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理雜質(zhì)影響雜質(zhì)影響 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo) 體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體， 也稱為（空穴半導(dǎo)體）。也稱為（

11、空穴半導(dǎo)體）。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理雜質(zhì)影響雜質(zhì)影響 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4 +4 +5 +4 多余多余 電子電子磷原子磷原子摻雜濃度遠(yuǎn)大于摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。大于空穴濃度。自由電子稱為自由電子稱為多多數(shù)載流子數(shù)載流子（多多子子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少少子子）。）。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作

12、原理掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理雜質(zhì)影響雜質(zhì)影響 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)型半導(dǎo)體中空穴體中空穴是多子，是多子，電子是少電子是少子。子。+4 +4 +3 +4 空穴空穴硼原子硼原子遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 能帶結(jié)構(gòu)是表示固體中電子能量分布方式的能帶結(jié)構(gòu)是表示固體中電子能量分布方式的一種簡便方法。由原子結(jié)構(gòu)已知，繞原子核旋轉(zhuǎn)一種簡便方法。由原子結(jié)構(gòu)已知，繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子被限制在分立的能級(jí)上，各有各的軌道。的

13、電子被限制在分立的能級(jí)上，各有各的軌道。除非原子被激發(fā)，否則電子都占據(jù)著較低的能級(jí)。除非原子被激發(fā)，否則電子都占據(jù)著較低的能級(jí)。固體的原子靠得很近，由于量子作用的結(jié)果，單固體的原子靠得很近，由于量子作用的結(jié)果，單個(gè)原子的分立能級(jí)擴(kuò)展成近于連續(xù)的能帶。能帶個(gè)原子的分立能級(jí)擴(kuò)展成近于連續(xù)的能帶。能帶之間被電子的禁帶隔開。之間被電子的禁帶隔開。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 禁帶禁帶：就是禁止電子

14、存在的地帶。：就是禁止電子存在的地帶。 能帶看起來是連續(xù)的，但其能級(jí)仍是分開的，能帶看起來是連續(xù)的，但其能級(jí)仍是分開的，只是能量間隔很小，僅有只是能量間隔很小，僅有1014電子伏特。最高電子伏特。最高的能帶是完全充滿電子的，稱為價(jià)帶或滿帶；下的能帶是完全充滿電子的，稱為價(jià)帶或滿帶；下一個(gè)較高的能帶，不管是占據(jù)還是未占據(jù)有電子，一個(gè)較高的能帶，不管是占據(jù)還是未占據(jù)有電子，都稱為導(dǎo)帶，只有導(dǎo)帶中的電子對(duì)材料的導(dǎo)電率都稱為導(dǎo)帶，只有導(dǎo)帶中的電子對(duì)材料的導(dǎo)電率才有貢獻(xiàn)。才有貢獻(xiàn)。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電

15、機(jī)理半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 導(dǎo)體導(dǎo)體：導(dǎo)帶內(nèi)沒有被電子全部占滿，并且：導(dǎo)帶內(nèi)沒有被電子全部占滿，并且禁帶很窄，所以各能級(jí)上的電子在電場作用下，禁帶很窄，所以各能級(jí)上的電子在電場作用下，可以發(fā)生躍過禁帶的躍遷?？梢园l(fā)生躍過禁帶的躍遷。絕緣體絕緣體：電子剛好占滿價(jià)帶中的全部能級(jí)，：電子剛好占滿價(jià)帶中的全部能級(jí)，導(dǎo)帶是空的，禁帶很寬，價(jià)帶中的電子不可能獲導(dǎo)帶是空的，禁帶很寬，價(jià)帶中的電子不可能獲得足夠的能量升到導(dǎo)帶中去。得足夠的能量升到導(dǎo)帶中去。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)

16、體的能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體半導(dǎo)體：介于導(dǎo)體和絕緣體之間，禁帶較：介于導(dǎo)體和絕緣體之間，禁帶較窄，在室溫條件下，某些價(jià)電子就能獲得足夠的窄，在室溫條件下，某些價(jià)電子就能獲得足夠的能量，躍過禁帶到達(dá)導(dǎo)帶，這些電子原來占據(jù)的能量，躍過禁帶到達(dá)導(dǎo)帶，這些電子原來占據(jù)的位置成了空穴。存在電場時(shí)，空穴會(huì)像電子一樣位置成了空穴。存在電場時(shí)，空穴會(huì)像電子一樣流過材料，而與電子流動(dòng)的方向相反。流過材料，而與電子流動(dòng)的方向相反。本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體：不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體非本征半導(dǎo)體非本征半導(dǎo)體：摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體：摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理

17、掃描探測器工作原理 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 光電導(dǎo)光電導(dǎo)：在入射光子的能量大于禁帶寬度：在入射光子的能量大于禁帶寬度E條條件下，用輻射照射半導(dǎo)體產(chǎn)生截流子，從而增加半件下，用輻射照射半導(dǎo)體產(chǎn)生截流子，從而增加半導(dǎo)體的導(dǎo)電率的過程，稱為光電導(dǎo)，導(dǎo)體的導(dǎo)電率的過程，稱為光電導(dǎo)，h。 截止波長截止波長：根據(jù)電磁輻射理論，產(chǎn)生光電導(dǎo)的：根據(jù)電磁輻射理論，產(chǎn)生光電導(dǎo)的輻射存在的波長界限。為輻射存在的波長界限。為 c.24式中用電子伏特表示，式中用電子伏特表示，c用微米，所以要增大截用微米，所以要增大截止波長，必須減少禁帶寬度，減小的方式主要是降止波長，必須減少禁帶寬

18、度，減小的方式主要是降低半導(dǎo)體的溫度和摻入少量雜質(zhì)兩種低半導(dǎo)體的溫度和摻入少量雜質(zhì)兩種遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 掃描探測器，根據(jù)其探測過程的物理機(jī)制，掃描探測器，根據(jù)其探測過程的物理機(jī)制，可分為光子或電子探測器、熱探測器與氣動(dòng)型探可分為光子或電子探測器、熱探測器與氣動(dòng)型探測器三類。測器三類。 光子或電子探測器光子或電子探測器 光電探測器光電探測器 光電導(dǎo)探測器光電導(dǎo)探測器 光生伏打探測器光生伏打探測器 光磁電探測器光磁電探測器遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1

19、掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理光子或電子探測器光子或電子探測器u光電探測器光電探測器 根據(jù)光電效應(yīng)，由金屬材料制成的探測器稱根據(jù)光電效應(yīng)，由金屬材料制成的探測器稱光電探測器。光電效應(yīng)的產(chǎn)生，取決于材料表面光電探測器。光電效應(yīng)的產(chǎn)生，取決于材料表面的脫出功的脫出功A和入射光的頻率和入射光的頻率 截止波長：截止波長：1.24，堿金屬最低，堿金屬最低，如銫：如銫：1.9伏。伏。0.65，金屬化合物的更，金屬化合物的更低，使得低，使得變大。變大。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 掃描探測器工作原

20、理掃描探測器工作原理光子或電子探測器光子或電子探測器u光電導(dǎo)型探測器光電導(dǎo)型探測器 根據(jù)光電導(dǎo)現(xiàn)象，由半導(dǎo)體材料制成的探測根據(jù)光電導(dǎo)現(xiàn)象，由半導(dǎo)體材料制成的探測器稱光電導(dǎo)型探測器。目前做成的光電導(dǎo)型紅外器稱光電導(dǎo)型探測器。目前做成的光電導(dǎo)型紅外探測器的半導(dǎo)體有：硫化鉛、砷化銦、銻化銦、探測器的半導(dǎo)體有：硫化鉛、砷化銦、銻化銦、碲鎘汞，以及鍺碲鎘汞，以及鍺(硅硅)摻雜等。摻雜等。 截止波長：截止波長：1.24，禁帶寬度。，禁帶寬度。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理光子或電子探測器光子或電子探測器

21、u光生伏特型探測器光生伏特型探測器 根據(jù)光生伏特效應(yīng)由結(jié)半導(dǎo)體材料制根據(jù)光生伏特效應(yīng)由結(jié)半導(dǎo)體材料制成的探測器，稱光生伏特型探測器。在該探測器成的探測器，稱光生伏特型探測器。在該探測器中入射輻射必須能激發(fā)出中入射輻射必須能激發(fā)出電子電子空穴空穴對(duì)。從目前對(duì)。從目前的工藝水平看光導(dǎo)型和光伏型兩類探測器所達(dá)到的工藝水平看光導(dǎo)型和光伏型兩類探測器所達(dá)到的探測基本相同，光導(dǎo)型的與響應(yīng)時(shí)間成正比，的探測基本相同，光導(dǎo)型的與響應(yīng)時(shí)間成正比，而光伏型的則與時(shí)間無關(guān)，所以后者的響應(yīng)時(shí)間而光伏型的則與時(shí)間無關(guān)，所以后者的響應(yīng)時(shí)間可以很短，增加了可能使用的范圍。可以很短，增加了可能使用的范圍。遙遙 感感 原原 理

22、理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理光熱效應(yīng)與熱敏類探測器光熱效應(yīng)與熱敏類探測器 利用光熱效應(yīng)原理做成的探測器稱做熱敏類利用光熱效應(yīng)原理做成的探測器稱做熱敏類探測器，與遙感關(guān)系密切的主要有兩類：探測器，與遙感關(guān)系密切的主要有兩類： 熱敏電阻型探測器熱敏電阻型探測器 熱釋電型探測器熱釋電型探測器遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理熱敏類探測器熱敏類探測器u熱敏電阻型探測器熱敏電阻型探測器 輻射照射產(chǎn)生的熱效應(yīng)，引起半導(dǎo)體電

23、阻的輻射照射產(chǎn)生的熱效應(yīng)，引起半導(dǎo)體電阻的改變，從而把入射的輻射能量轉(zhuǎn)變成輸出電壓，改變，從而把入射的輻射能量轉(zhuǎn)變成輸出電壓，據(jù)此而制造的探測器，稱為熱敏電阻型探測器。據(jù)此而制造的探測器，稱為熱敏電阻型探測器。 熱敏電阻受到輻射照射，溫度升高，進(jìn)而引熱敏電阻受到輻射照射，溫度升高，進(jìn)而引起電阻改變，隨著照射進(jìn)行，溫度達(dá)到穩(wěn)定值，起電阻改變，隨著照射進(jìn)行，溫度達(dá)到穩(wěn)定值，電阻也隨之達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。半導(dǎo)體電阻的改變，電阻也隨之達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。半導(dǎo)體電阻的改變，就引起電路中輸出電壓的改變，它反映了入射輻就引起電路中輸出電壓的改變，它反映了入射輻射能量的大小。射能量的大小。遙遙 感感 原原 理理 與與

24、 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理熱敏類探測器熱敏類探測器u熱釋電型探測器熱釋電型探測器 電極化電極化：電介質(zhì)在外加電壓的情況下，內(nèi)部：電介質(zhì)在外加電壓的情況下，內(nèi)部帶電粒子受電場力的作用，正電荷趨向陰極，負(fù)帶電粒子受電場力的作用，正電荷趨向陰極，負(fù)電荷趨向陽極，結(jié)果使電介質(zhì)的一個(gè)表面帶正電，電荷趨向陽極，結(jié)果使電介質(zhì)的一個(gè)表面帶正電，相反表面帶負(fù)電，這種現(xiàn)象稱電極化。相反表面帶負(fù)電，這種現(xiàn)象稱電極化。 自發(fā)極化自發(fā)極化： 產(chǎn)生電極化的電介質(zhì)，電壓除產(chǎn)生電極化的電介質(zhì)，電壓除去后仍保持著極化狀態(tài)的叫鐵電體，這種極化稱去后仍

25、保持著極化狀態(tài)的叫鐵電體，這種極化稱自發(fā)極化，其極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度升高，自發(fā)極化，其極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度升高，極化強(qiáng)度減弱，升高到一定溫度，自發(fā)極化消失，極化強(qiáng)度減弱，升高到一定溫度，自發(fā)極化消失，這個(gè)溫度叫這個(gè)溫度叫“居里溫度居里溫度”。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.1 6.1 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理 掃描探測器工作原理掃描探測器工作原理熱敏類探測器熱敏類探測器u熱釋電型探測器熱釋電型探測器 在居里溫度以下，利用極化強(qiáng)度與溫度的關(guān)在居里溫度以下，利用極化強(qiáng)度與溫度的關(guān)系，制成的探測器系，制成的探測器熱釋電型探測器。熱釋電型探測器。 工作原理工作原理：

26、輻射照射到已極化好的鐵電體上，：輻射照射到已極化好的鐵電體上，引起溫度升高，表面電荷減少，相當(dāng)于引起溫度升高，表面電荷減少，相當(dāng)于“釋放釋放”了一部分電荷，釋放的電荷用放大器轉(zhuǎn)變成輸出了一部分電荷，釋放的電荷用放大器轉(zhuǎn)變成輸出電壓。表面溫度升高到新的平衡值后，表面電荷電壓。表面溫度升高到新的平衡值后，表面電荷也就達(dá)到新的平衡濃度，不再釋放電荷，沒有信也就達(dá)到新的平衡濃度，不再釋放電荷，沒有信號(hào)輸出。號(hào)輸出。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電子掃描成像的電子掃描成像的基本原理基本原理是：物體反射光經(jīng)是：物體反射光經(jīng)透鏡聚焦后，進(jìn)入攝像管，攝像

27、管把得到的影像透鏡聚焦后，進(jìn)入攝像管，攝像管把得到的影像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用超短波無線電傳送出去，以接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用超短波無線電傳送出去，以接收天線電信號(hào)進(jìn)入顯像管，通過顯像管在熒光屏收天線電信號(hào)進(jìn)入顯像管，通過顯像管在熒光屏上重顯影像，或者是用磁帶記錄下來。現(xiàn)代電視上重顯影像，或者是用磁帶記錄下來?，F(xiàn)代電視攝像機(jī)是電子掃描成像的典型代表。攝像機(jī)是電子掃描成像的典型代表。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電視攝像機(jī)基本構(gòu)造電視攝像機(jī)基本構(gòu)造 電視攝像機(jī)是像面電子掃描成像傳感器。與電視攝像機(jī)是像面電子掃描成像傳感器。與攝影機(jī)一樣，利用物鏡構(gòu)像，把

28、影像聚焦在光導(dǎo)攝影機(jī)一樣，利用物鏡構(gòu)像，把影像聚焦在光導(dǎo)靶上，利用電子槍對(duì)靶面的掃描提取影像信息。靶上，利用電子槍對(duì)靶面的掃描提取影像信息。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電子掃描成像過程電子掃描成像過程 聚焦聚焦攝像攝像傳送傳送顯像顯像 景物景物光學(xué)影像光學(xué)影像電子像電子像電位像電位像電子數(shù)量電子數(shù)量遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電子掃描成像過程電子掃描成像過程聚焦過程聚焦過程 電子掃描成像使用透鏡聚焦。物體反射光線電子掃描成像使用透鏡聚焦。物體反射光線經(jīng)過濾色鏡、透鏡，在焦平面上形

29、成倒立的光學(xué)經(jīng)過濾色鏡、透鏡，在焦平面上形成倒立的光學(xué)實(shí)像，進(jìn)入攝像系統(tǒng)。透鏡有定焦距的物鏡，也實(shí)像，進(jìn)入攝像系統(tǒng)。透鏡有定焦距的物鏡，也有變焦距的物鏡。濾色鏡的作用，主要是獲得分有變焦距的物鏡。濾色鏡的作用，主要是獲得分波段的信息資料。波段的信息資料。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電子掃描成像過程電子掃描成像過程攝像過程攝像過程 攝像過程主要用攝像管進(jìn)行，以反束光導(dǎo)攝攝像過程主要用攝像管進(jìn)行，以反束光導(dǎo)攝像管為例來闡述其原理。像管為例來闡述其原理。 反束光導(dǎo)攝像管前壁是光電陰極，進(jìn)入系統(tǒng)反束光導(dǎo)攝像管前壁是光電陰極，進(jìn)入系統(tǒng)的光像到達(dá)光

30、電陰極后，產(chǎn)生光電效應(yīng)，由光子的光像到達(dá)光電陰極后，產(chǎn)生光電效應(yīng)，由光子激發(fā)出電子來，各點(diǎn)發(fā)出來的電子數(shù)目正比于光激發(fā)出電子來，各點(diǎn)發(fā)出來的電子數(shù)目正比于光像的光照強(qiáng)度，在光電陰極上形成電子密度像。像的光照強(qiáng)度，在光電陰極上形成電子密度像。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電子掃描成像過程電子掃描成像過程攝像過程攝像過程 激發(fā)電子穿過金屬柵欄打到靶極，靶極受高激發(fā)電子穿過金屬柵欄打到靶極，靶極受高速電子的轟擊產(chǎn)生二次電子發(fā)射。二次電子被金速電子的轟擊產(chǎn)生二次電子發(fā)射。二次電子被金屬柵網(wǎng)所捕獲，靶極因逸出二次電子而帶正電，屬柵網(wǎng)所捕獲，靶極因逸

31、出二次電子而帶正電，形成電位像。靶上電位高處對(duì)應(yīng)于景物的亮點(diǎn)，形成電位像。靶上電位高處對(duì)應(yīng)于景物的亮點(diǎn)，電位低處對(duì)應(yīng)于景物的暗點(diǎn)。電位低處對(duì)應(yīng)于景物的暗點(diǎn)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電子掃描成像過程電子掃描成像過程攝像過程攝像過程 用電子槍準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)靶極上的點(diǎn)并對(duì)靶面進(jìn)行掃描用電子槍準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)靶極上的點(diǎn)并對(duì)靶面進(jìn)行掃描(又稱像面掃描成像又稱像面掃描成像)。靶面上點(diǎn)從電子束中攝取電子，。靶面上點(diǎn)從電子束中攝取電子，使靶極達(dá)到零電位。從電子槍中射出的電子數(shù)目是固定使靶極達(dá)到零電位。從電子槍中射出的電子數(shù)目是固定不變的，但靶面各點(diǎn)吸收電子的

32、數(shù)目卻不同，返回的剩不變的，但靶面各點(diǎn)吸收電子的數(shù)目卻不同，返回的剩余電子數(shù)形成了圖像信號(hào)，即圖像的亮點(diǎn)，使靶面上對(duì)余電子數(shù)形成了圖像信號(hào)，即圖像的亮點(diǎn)，使靶面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電位高，從電子束中吸收的電子數(shù)就多，剩余返應(yīng)點(diǎn)的電位高，從電子束中吸收的電子數(shù)就多，剩余返回的電子數(shù)少；反之，電子數(shù)多。于是，返回電子數(shù)的回的電子數(shù)少；反之，電子數(shù)多。于是，返回電子數(shù)的多少就反映了圖像上各點(diǎn)的暗亮程度。多少就反映了圖像上各點(diǎn)的暗亮程度。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電子掃描成像過程電子掃描成像過程攝像過程攝像過程 為了提高輸出信號(hào)的強(qiáng)度，在電子槍外套有為

33、了提高輸出信號(hào)的強(qiáng)度，在電子槍外套有一組電子倍增器。返回的電子被收集極吸取后，一組電子倍增器。返回的電子被收集極吸取后，利用二次電子發(fā)射效應(yīng)，將電流逐級(jí)倍增。假如利用二次電子發(fā)射效應(yīng)，將電流逐級(jí)倍增。假如一個(gè)返回電子撞擊收集極打出個(gè)二次電子，那一個(gè)返回電子撞擊收集極打出個(gè)二次電子，那么有個(gè)倍增級(jí)就可把信號(hào)放大倍。最后輸么有個(gè)倍增級(jí)就可把信號(hào)放大倍。最后輸出的信號(hào)，即輸出的圖像信息稱為視頻信號(hào)。出的信號(hào)，即輸出的圖像信息稱為視頻信號(hào)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電子掃描成像過程電子掃描成像過程傳送過程傳送過程 攝像管輸出的圖像信號(hào)通過無線

34、電波，從天攝像管輸出的圖像信號(hào)通過無線電波，從天線發(fā)射出去，再由接收天線接收。線發(fā)射出去，再由接收天線接收。 射頻振蕩射頻振蕩：由發(fā)射機(jī)的振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻振蕩：由發(fā)射機(jī)的振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻振蕩信號(hào)稱為射頻振蕩。信號(hào)稱為射頻振蕩。 調(diào)制調(diào)制：將視頻信號(hào)載到射頻振蕩：將視頻信號(hào)載到射頻振蕩(載波載波)上去的過程上去的過程稱調(diào)制，常用的調(diào)制方式有兩種：稱調(diào)制，常用的調(diào)制方式有兩種： 調(diào)幅調(diào)幅：載波頻率保持不變，讓振幅隨視頻信號(hào)變化：載波頻率保持不變，讓振幅隨視頻信號(hào)變化而變化；而變化； 調(diào)頻調(diào)頻：載波振幅保持不變，讓頻率隨視頻信號(hào)變化：載波振幅保持不變，讓頻率隨視頻信號(hào)變化而變化。而變化。遙遙

35、 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電子掃描成像過程電子掃描成像過程顯像過程顯像過程 接收機(jī)天線接收到調(diào)制過的視頻信號(hào)，經(jīng)變接收機(jī)天線接收到調(diào)制過的視頻信號(hào)，經(jīng)變頻、中放、檢波、視放，由顯像管的電子槍發(fā)射頻、中放、檢波、視放，由顯像管的電子槍發(fā)射出隨視頻信號(hào)而變化的電子束，電子束轟擊熒光出隨視頻信號(hào)而變化的電子束，電子束轟擊熒光屏，把高速電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，在屏上出現(xiàn)屏，把高速電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，在屏上出現(xiàn)亮點(diǎn)。電子束在熒光屏上迅速掃描，由于熒光屏亮點(diǎn)。電子束在熒光屏上迅速掃描，由于熒光屏的余輝和人的視覺暫留，因此可看到整幅畫面。的余輝和人的視

36、覺暫留，因此可看到整幅畫面。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.2 6.2 電子掃描成像電子掃描成像 電子掃描成像過程電子掃描成像過程顯像過程顯像過程 彩色顯像管，有紅、綠、藍(lán)三支電子槍，熒彩色顯像管，有紅、綠、藍(lán)三支電子槍，熒光屏上任意相鄰三點(diǎn)都必定包括紅綠藍(lán)各一點(diǎn)，光屏上任意相鄰三點(diǎn)都必定包括紅綠藍(lán)各一點(diǎn)，由于每點(diǎn)非常小，靠得又很緊密，當(dāng)電子轟擊它由于每點(diǎn)非常小，靠得又很緊密，當(dāng)電子轟擊它們而發(fā)光時(shí)，對(duì)于紅點(diǎn)、綠點(diǎn)、藍(lán)點(diǎn)位置上的差們而發(fā)光時(shí)，對(duì)于紅點(diǎn)、綠點(diǎn)、藍(lán)點(diǎn)位置上的差別人眼分辨不清，而產(chǎn)生彩色視覺。別人眼分辨不清，而產(chǎn)生彩色視覺。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS

37、6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成 光學(xué)機(jī)械掃描儀是借助平臺(tái)沿飛行方向運(yùn)動(dòng)、光學(xué)機(jī)械掃描儀是借助平臺(tái)沿飛行方向運(yùn)動(dòng)、傳感器光學(xué)機(jī)械橫向掃描達(dá)到地面覆蓋，得到地傳感器光學(xué)機(jī)械橫向掃描達(dá)到地面覆蓋，得到地面條帶圖像的成像裝置。光機(jī)掃描儀主要有紅外面條帶圖像的成像裝置。光機(jī)掃描儀主要有紅外掃描儀和多光譜掃描儀兩種，由掃描儀和多光譜掃描儀兩種，由收集器、分光器、收集器、分光器、探測器、處理器和輸出器探測器、處理器和輸出器等幾部分組成。等幾部分組成。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃

38、描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成 地物的紅地物的紅外輻射外輻射光學(xué)掃描光學(xué)掃描系統(tǒng)系統(tǒng)分光器分光器探測器探測器氖燈氖燈成像光學(xué)成像光學(xué)掃描系統(tǒng)掃描系統(tǒng)同步控制系統(tǒng)同步控制系統(tǒng)制冷制冷數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄發(fā)送發(fā)送膠片膠片電信號(hào)電信號(hào)光信號(hào)光信號(hào)遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成分光器分光器 分光器的目的是將收集器收集的地面電磁波分光器的目的是將收集器收集的地面電磁波信息分解成所需要的光譜成份。常用的分光元器信息分解成所需要的光譜成份。常用的分光元器件有分光棱鏡、衍射光柵和分光濾光片。件有分光棱鏡、衍

39、射光柵和分光濾光片。分光棱鏡分光棱鏡：依據(jù)物質(zhì)折射率隨波長變化的原理：依據(jù)物質(zhì)折射率隨波長變化的原理進(jìn)行分光。進(jìn)行分光。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成分光器分光器衍射光柵衍射光柵：光線照射到光柵上會(huì)引起衍射，將：光線照射到光柵上會(huì)引起衍射，將光柵設(shè)計(jì)為使相鄰光柵的衍射光的相位差為某波光柵設(shè)計(jì)為使相鄰光柵的衍射光的相位差為某波長的整數(shù)倍，則光柵在某方向的衍射光均為該波長的整數(shù)倍，則光柵在某方向的衍射光均為該波長的光，形成不同波長的衍射光分布在不同方向長的光，形成不同波長的衍射光分布在不同方向的

40、現(xiàn)像，這種分光元件叫衍射光柵。的現(xiàn)像，這種分光元件叫衍射光柵。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成分光器分光器分光濾光片分光濾光片：能從某一光束中透射或反射特定：能從某一光束中透射或反射特定波長的元件。從分光功能可分為三種形式：長波波長的元件。從分光功能可分為三種形式：長波通濾光片、短波通濾光片和帶通濾光片。通濾光片、短波通濾光片和帶通濾光片。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成探測器探測器 探測分光

41、后的電磁波并把它變換成電信號(hào)的探測分光后的電磁波并把它變換成電信號(hào)的元件叫探測器。掃描探測器的種類較多，按光電元件叫探測器。掃描探測器的種類較多，按光電轉(zhuǎn)換方式可分為三類：光電子發(fā)射型、光激發(fā)載轉(zhuǎn)換方式可分為三類：光電子發(fā)射型、光激發(fā)載流子型和熱效率型。流子型和熱效率型。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成探測器探測器光電子發(fā)射型探測器光電子發(fā)射型探測器：利用材料在光照射下發(fā)：利用材料在光照射下發(fā)出電子的特性制成的光電管。當(dāng)光照射在光電管出電子的特性制成的光電管。當(dāng)光照射在光電管的陰極上時(shí)發(fā)出電子

42、，在外電場作用下，電子流的陰極上時(shí)發(fā)出電子，在外電場作用下，電子流向光電管的陽極，在光電管的輸出電路中形成電向光電管的陽極，在光電管的輸出電路中形成電流，且電路中的電流強(qiáng)度與光照度成函數(shù)關(guān)系。流，且電路中的電流強(qiáng)度與光照度成函數(shù)關(guān)系。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成探測器探測器光激發(fā)載流子型探測器光激發(fā)載流子型探測器：利用光激發(fā)載流子原：利用光激發(fā)載流子原理制成的探測器。探測元件有光電二極管、光電理制成的探測器。探測元件有光電二極管、光電晶體管、光電導(dǎo)管、線陣列傳感器等。分為：晶體管、光電導(dǎo)管

43、、線陣列傳感器等。分為： PC型型PC型元件是晶體結(jié)構(gòu)，受到外來輻型元件是晶體結(jié)構(gòu)，受到外來輻射時(shí)在晶體內(nèi)產(chǎn)生電子射時(shí)在晶體內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，其數(shù)量與輻射空穴對(duì)，其數(shù)量與輻射的強(qiáng)弱成正比。在外加電壓的作用下，電子向陽的強(qiáng)弱成正比。在外加電壓的作用下，電子向陽極、空穴向陰極移動(dòng)而形成電流。極、空穴向陰極移動(dòng)而形成電流。 PV型型 PV型元件的典型例子是前述的電視型元件的典型例子是前述的電視攝像機(jī)。攝像機(jī)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成探測器探測器熱效應(yīng)（熱效應(yīng)（PEM）型探測器）型探測器：是

44、一種熱紅外探：是一種熱紅外探測器，如熱電耦探測器和熱釋電探測器，它把紅測器，如熱電耦探測器和熱釋電探測器，它把紅外輻射能轉(zhuǎn)換變成電能。熱紅外探測器必須在低外輻射能轉(zhuǎn)換變成電能。熱紅外探測器必須在低溫下工作，要有致冷裝置。致冷的方法有：液化溫下工作，要有致冷裝置。致冷的方法有：液化氣體制冷、固體致冷劑制冷和輻射致冷器致冷。氣體制冷、固體致冷劑制冷和輻射致冷器致冷。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成處理器處理器 從探測器出來的低電平信號(hào)，需放大和限制從探測器出來的低電平信號(hào)，需放大和限制帶寬。一般在

45、探測器后面設(shè)置低噪聲的前置放大帶寬。一般在探測器后面設(shè)置低噪聲的前置放大器來進(jìn)行工作。前置放大器隨電子元件不同，分器來進(jìn)行工作。前置放大器隨電子元件不同，分為真空管、晶體管和集成電路三種形式。為真空管、晶體管和集成電路三種形式。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成處理器處理器 前置放大器出來的視頻信號(hào)可輸往存儲(chǔ)設(shè)備，前置放大器出來的視頻信號(hào)可輸往存儲(chǔ)設(shè)備，將模擬信號(hào)記錄在介質(zhì)上。如需將信號(hào)記錄在膠將模擬信號(hào)記錄在介質(zhì)上。如需將信號(hào)記錄在膠片上，必須設(shè)計(jì)電光轉(zhuǎn)換電路，將電訊號(hào)轉(zhuǎn)變成片上，必須設(shè)計(jì)電光

46、轉(zhuǎn)換電路，將電訊號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)，這時(shí)輸出器上的光強(qiáng)度正好與目標(biāo)輻強(qiáng)光信號(hào)，這時(shí)輸出器上的光強(qiáng)度正好與目標(biāo)輻強(qiáng)度一致。如果要求輸出信號(hào)為數(shù)字形式，則必須度一致。如果要求輸出信號(hào)為數(shù)字形式，則必須將視頻信號(hào)數(shù)字化，使用模數(shù)變換器，對(duì)連續(xù)將視頻信號(hào)數(shù)字化，使用模數(shù)變換器，對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣、量化，變成離散的數(shù)字信的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣、量化，變成離散的數(shù)字信號(hào)。號(hào)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成輸出器輸出器 輸出器種類很多，輸出形式主要有兩種：輸出器種類很多，輸出形式主要有兩種：膠片膠片：經(jīng)電光

47、變換線路來調(diào)制發(fā)光器件，發(fā)光：經(jīng)電光變換線路來調(diào)制發(fā)光器件，發(fā)光器件上的光信號(hào)強(qiáng)度與視頻信號(hào)強(qiáng)度一致。當(dāng)膠器件上的光信號(hào)強(qiáng)度與視頻信號(hào)強(qiáng)度一致。當(dāng)膠片曝光時(shí)，信息就被記錄下來。片曝光時(shí)，信息就被記錄下來。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成光機(jī)掃描儀的結(jié)構(gòu)組成輸出器輸出器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：輸出信號(hào)記錄在存儲(chǔ)介質(zhì)上。記錄的形：輸出信號(hào)記錄在存儲(chǔ)介質(zhì)上。記錄的形式分式分模擬信號(hào)記錄模擬信號(hào)記錄和和數(shù)字信息記錄數(shù)字信息記錄兩種。模擬信兩種。模擬信號(hào)記錄后形成的磁場強(qiáng)度與視頻信號(hào)強(qiáng)度一致。號(hào)記錄后形成的磁場強(qiáng)度與視頻信號(hào)強(qiáng)度一致。數(shù)

48、字信息記錄的是已采樣和量化了的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)字信息記錄的是已采樣和量化了的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程 光機(jī)掃描儀的收集系統(tǒng)對(duì)空間形成一個(gè)很小光機(jī)掃描儀的收集系統(tǒng)對(duì)空間形成一個(gè)很小的角度的角度瞬時(shí)視場角瞬時(shí)視場角，在瞬時(shí)視場內(nèi)的地物輻，在瞬時(shí)視場內(nèi)的地物輻射能由旋轉(zhuǎn)棱鏡反射到反射鏡組，經(jīng)其反射，聚射能由旋轉(zhuǎn)棱鏡反射到反射鏡組，經(jīng)其反射，聚焦在分光器上，經(jīng)分光器分光后分別照射到相應(yīng)焦在分光器上，經(jīng)分光器分光后分別照射到相應(yīng)的探測器上。的探測器上。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方

49、法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程探測器將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號(hào)探測器將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號(hào)顯像管顯示顯像管顯示：經(jīng)電子放大器放大和調(diào)整，在陰：經(jīng)電子放大器放大和調(diào)整，在陰極射線管上顯示瞬時(shí)視場的地面影像；極射線管上顯示瞬時(shí)視場的地面影像；膠片記錄膠片記錄：由視頻信號(hào)控制燈的明暗，經(jīng)顯微：由視頻信號(hào)控制燈的明暗，經(jīng)顯微鏡頭在底片曝光后記錄下來；鏡頭在底片曝光后記錄下來；數(shù)據(jù)磁帶數(shù)據(jù)磁帶：視頻信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，變：視頻信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字的電信號(hào)，經(jīng)采樣、量化和編碼，變成數(shù)成數(shù)字的電信號(hào)，經(jīng)采樣、量化和編碼，變成數(shù)據(jù)流，

50、發(fā)送回地面記錄。據(jù)流，發(fā)送回地面記錄。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程 隨著棱鏡的旋轉(zhuǎn)，鏡面對(duì)地面橫越航線（垂隨著棱鏡的旋轉(zhuǎn)，鏡面對(duì)地面橫越航線（垂直于飛行）方向掃視一次，地面物體依次成像，直于飛行）方向掃視一次，地面物體依次成像，形成形成一條影像線一條影像線被記錄下來。隨著平臺(tái)向前移動(dòng)，被記錄下來。隨著平臺(tái)向前移動(dòng)，掃描旋轉(zhuǎn)棱鏡依次對(duì)地面掃描，形成一條條相互掃描旋轉(zhuǎn)棱鏡依次對(duì)地面掃描，形成一條條相互銜接的地面影像，最后形成連續(xù)的銜接的地面影像，最后形成連續(xù)的地面條帶影像地面條帶影像（區(qū)域信息

51、）。（區(qū)域信息）。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程光學(xué)掃描過程光學(xué)掃描過程 機(jī)械掃描成像使用的掃描系統(tǒng)多為拋物面聚機(jī)械掃描成像使用的掃描系統(tǒng)多為拋物面聚焦系統(tǒng)焦系統(tǒng)卡塞格倫光學(xué)系統(tǒng)，它將地物的電磁輻卡塞格倫光學(xué)系統(tǒng)，它將地物的電磁輻射聚焦到探測器。射聚焦到探測器。 光學(xué)掃描系統(tǒng)的瞬時(shí)視場角很小，掃描鏡只光學(xué)掃描系統(tǒng)的瞬時(shí)視場角很小，掃描鏡只收集點(diǎn)的輻射能量，利用本身的旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)形成收集點(diǎn)的輻射能量，利用本身的旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)形成一維線性掃描，加上平臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地物平面一維線性掃描，加上平臺(tái)移動(dòng)，實(shí)

52、現(xiàn)對(duì)地物平面掃描，達(dá)到收集區(qū)域地物電磁輻射的目的。掃描，達(dá)到收集區(qū)域地物電磁輻射的目的。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程光學(xué)掃描過程光學(xué)掃描過程瞬時(shí)視場角瞬時(shí)視場角：掃描系統(tǒng)在某一時(shí)刻對(duì)空間所：掃描系統(tǒng)在某一時(shí)刻對(duì)空間所張的角度稱為瞬時(shí)視場角，它由探測元件的線度張的角度稱為瞬時(shí)視場角，它由探測元件的線度與光學(xué)系統(tǒng)的總焦距決定：與光學(xué)系統(tǒng)的總焦距決定： 像點(diǎn)像點(diǎn)：瞬時(shí)視場角在影像上形成的對(duì)應(yīng)點(diǎn)稱像：瞬時(shí)視場角在影像上形成的對(duì)應(yīng)點(diǎn)稱像點(diǎn)，也叫像元或像素。點(diǎn)，也叫像元或像素。遙遙 感感 原原 理理

53、 與與 方方 法法RS 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程光學(xué)掃描過程光學(xué)掃描過程 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程光學(xué)掃描過程光學(xué)掃描過程地面分辨率地面分辨率：瞬時(shí)視場角在地面上對(duì)應(yīng)的距：瞬時(shí)視場角在地面上對(duì)應(yīng)的距離離瞬時(shí)視場線度，叫地面分辨率。根據(jù)弧瞬時(shí)視場線度，叫地面分辨率。根據(jù)弧長公式，可得出不同位置和方向的分辨率：長公式，可得出不同位置和方向的分辨率： 垂直投影點(diǎn)分辨率垂直投影點(diǎn)分辨率：0 飛行方向分辨率飛行方向分辨率： 0Sec 掃描方向分辨率掃描方向分辨率： 0Sec2掃描

54、角掃描角：機(jī)下掃描點(diǎn)與瞬時(shí)掃描點(diǎn)所形成的角：機(jī)下掃描點(diǎn)與瞬時(shí)掃描點(diǎn)所形成的角度。度。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程光學(xué)掃描過程光學(xué)掃描過程總視場角總視場角0 ：光學(xué)掃描系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)掃描擺動(dòng)：光學(xué)掃描系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)掃描擺動(dòng)的最大角度（的最大角度（0）為總視場角，也叫總掃描角。）為總視場角，也叫總掃描角。此角越大，每次運(yùn)行復(fù)蓋的地面面積越大。此角越大，每次運(yùn)行復(fù)蓋的地面面積越大。掃描線長度掃描線長度：掃描線所對(duì)應(yīng)的地面長度：掃描線所對(duì)應(yīng)的地面長度： tg(0/2)由公式可得：航高越高，掃描線越長。由公

55、式可得：航高越高，掃描線越長。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程探測過程探測過程 探測器將掃描系統(tǒng)收集來的輻射能轉(zhuǎn)換成探測器將掃描系統(tǒng)收集來的輻射能轉(zhuǎn)換成與輻射強(qiáng)度成正比例的電信號(hào)，即進(jìn)行光電轉(zhuǎn)與輻射強(qiáng)度成正比例的電信號(hào)，即進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換換探測過程。探測過程。 以以入射探測元件的波束，經(jīng)探測器轉(zhuǎn)變?nèi)肷涮綔y元件的波束，經(jīng)探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)為電壓信號(hào) 式中：響應(yīng)率；照度；式中：響應(yīng)率；照度；，探測，探測器面積。器面積。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光

56、學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程信號(hào)處理過程信號(hào)處理過程 由于從探測器輸出的電信號(hào)是很弱的，無法由于從探測器輸出的電信號(hào)是很弱的，無法直接利用。必須經(jīng)過信號(hào)處理系統(tǒng)把它放大，限直接利用。必須經(jīng)過信號(hào)處理系統(tǒng)把它放大，限制帶寬，再把這些足夠的電信號(hào)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，制帶寬，再把這些足夠的電信號(hào)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，然后，送到終端的記錄裝置或顯示器上。然后，送到終端的記錄裝置或顯示器上。 電光轉(zhuǎn)換是通過一個(gè)小光源電光轉(zhuǎn)換是通過一個(gè)小光源(氖燈氖燈)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。用放大后的電信號(hào)去調(diào)節(jié)氖燈光源的強(qiáng)度使它發(fā)用放大后的電信號(hào)去調(diào)節(jié)氖燈光源的強(qiáng)度使它發(fā)出與電子信號(hào)強(qiáng)弱成正比的可見光點(diǎn)。光點(diǎn)再

57、經(jīng)出與電子信號(hào)強(qiáng)弱成正比的可見光點(diǎn)。光點(diǎn)再經(jīng)聚焦，被反射到信號(hào)記錄系統(tǒng)中去。聚焦，被反射到信號(hào)記錄系統(tǒng)中去。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程信號(hào)記錄過程信號(hào)記錄過程 最簡單的掃描儀直接用膠片記錄，過程是：最簡單的掃描儀直接用膠片記錄，過程是：由氖燈發(fā)出可見光，經(jīng)聚光透鏡聚焦再經(jīng)過與掃由氖燈發(fā)出可見光，經(jīng)聚光透鏡聚焦再經(jīng)過與掃描鏡同步旋轉(zhuǎn)的記錄鏡，把這個(gè)經(jīng)會(huì)聚而成的很描鏡同步旋轉(zhuǎn)的記錄鏡，把這個(gè)經(jīng)會(huì)聚而成的很小光點(diǎn)，掃描到記錄膠片上，因此信號(hào)記錄系統(tǒng)小光點(diǎn)，掃描到記錄膠片上，因此信號(hào)記錄系統(tǒng)也叫

58、第二掃描系統(tǒng)也叫第二掃描系統(tǒng)(成像掃描系統(tǒng)成像掃描系統(tǒng))。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程信號(hào)記錄過程信號(hào)記錄過程 隨著掃描，膠片也移動(dòng)，掃描儀對(duì)地面掃一隨著掃描，膠片也移動(dòng)，掃描儀對(duì)地面掃一條線，膠片上對(duì)應(yīng)同步地也掃一條線，這樣隨著條線，膠片上對(duì)應(yīng)同步地也掃一條線，這樣隨著飛行器的向前移動(dòng)，膠片同步拉動(dòng)，物體的影像飛行器的向前移動(dòng)，膠片同步拉動(dòng)，物體的影像就被記錄下來。為了保證成像質(zhì)量，拉片速度應(yīng)就被記錄下來。為了保證成像質(zhì)量，拉片速度應(yīng)嚴(yán)格控制。嚴(yán)格控制。 /式中：航高；掃描顯微鏡半徑；飛

59、式中：航高；掃描顯微鏡半徑；飛行速度。行速度。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.3 6.3 光學(xué)機(jī)械掃描成像光學(xué)機(jī)械掃描成像 光機(jī)掃描儀的成像過程光機(jī)掃描儀的成像過程信號(hào)記錄過程信號(hào)記錄過程 現(xiàn)代，記錄系統(tǒng)大多用磁性存儲(chǔ)介質(zhì)記錄，現(xiàn)代，記錄系統(tǒng)大多用磁性存儲(chǔ)介質(zhì)記錄，在室內(nèi)把記錄數(shù)據(jù)回放到膠片上產(chǎn)生圖像，或者在室內(nèi)把記錄數(shù)據(jù)回放到膠片上產(chǎn)生圖像，或者是在顯示器上顯示影像。是在顯示器上顯示影像。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.4 6.4 固體自掃描成像固體自掃描成像 固體自掃描固體自掃描又稱電子光學(xué)型光譜掃描，它又稱電子光學(xué)型光譜掃描，它與其它掃描成像的區(qū)別是探測器

60、系統(tǒng)是電荷耦合與其它掃描成像的區(qū)別是探測器系統(tǒng)是電荷耦合器件器件CCD（Charge Coupled Device），比現(xiàn)行的），比現(xiàn)行的光學(xué)機(jī)械掃描儀具有地面分辨率高、結(jié)構(gòu)簡單等光學(xué)機(jī)械掃描儀具有地面分辨率高、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。特點(diǎn)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS6.4 6.4 固體自掃描成像固體自掃描成像 CCD CCD的基本結(jié)構(gòu)與工作原理的基本結(jié)構(gòu)與工作原理CCD的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) CCD是一種新型半導(dǎo)體器件，一般是用硅是一種新型半導(dǎo)體器件，一般是用硅材料制成的材料制成的MOS片片(金屬金屬氧化物氧化物硅半導(dǎo)體硅半導(dǎo)體)，如圖如圖9所示。在一塊硅半導(dǎo)體襯底上，制作所示。在一