遙感教案 3第三章 遙感傳感器及成像原理課件

第三章遙感傳感器及成像原理

3.1傳感器的組成及分類

3.2掃描類型的傳感器

3.3雷達(dá)成像儀3.1傳感器的組成及分類傳感器:收集,探測(cè)并記錄地物電磁波輻射信息的儀器收集器探測(cè)器處理器輸出器膠卷光電器件熱電器件透鏡反射鏡天線光電倍增管電子倍增管膠片磁帶傳感器的分類按電磁波輻射來(lái)源分:主動(dòng)傳感器,被動(dòng)傳感器按對(duì)電磁波記錄方式分:成像方式,非成像方式按成像原理和所獲取圖像的性質(zhì)不同分:攝影機(jī),掃描儀,雷達(dá)制作背景:膠片的感光范圍有限制,只能探測(cè)到0.3-1.4微米之間的電磁輻射.掃描儀主要依靠探測(cè)元件和掃描鏡對(duì)目標(biāo)地物以瞬時(shí)視場(chǎng)為單位進(jìn)行逐點(diǎn),逐行采樣,以得到目標(biāo)地物電磁輻射特性信息,利用光電效應(yīng)和光熱效應(yīng),將輻射能轉(zhuǎn)為電能,或是其他物理特性的變化,從而對(duì)物體進(jìn)行探測(cè).3.2.1光學(xué)機(jī)械掃描成像結(jié)構(gòu)組成:光學(xué)機(jī)械掃描儀是借助遙感平臺(tái)沿飛行方向運(yùn)動(dòng)和遙感器本身光學(xué)機(jī)械橫向掃描達(dá)到地面覆蓋,得到地面條帶圖象的成像裝置.主要有紅外掃描儀和多光譜掃描儀2種,主要由收集器,分光器,探測(cè)器,處理器,輸出器等幾部分組成.1）收集器多光譜掃描儀可用透鏡系統(tǒng)也可以用反射鏡系統(tǒng)作為收集器,但是紅外掃描儀采用反射鏡系統(tǒng).2）分光器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分.常用的有分光棱鏡,衍射光柵,分光濾光片.3）探測(cè)器探測(cè)分光后的電磁波并把它變?yōu)殡娦盘?hào)的元件叫探測(cè)器.分為光電子發(fā)射型(探測(cè)從紫外到可見(jiàn)光區(qū)的地物光譜特性),光激發(fā)載流子型(從可見(jiàn)光到紅外區(qū)的電磁波輻射),熱效應(yīng)型的探測(cè)器(熱紅外探測(cè)器,能把紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?必須低溫下工作).4）處理器從探測(cè)器出來(lái)的低電信號(hào),需放大和限制帶寬.一般在探測(cè)器后面設(shè)置低躁聲的前置放大器來(lái)進(jìn)行這項(xiàng)工作.5）輸出器一種是膠片,一種是磁帶,要把探測(cè)器輸出的視頻信號(hào)記錄在膠片上,必須經(jīng)電光變換線路來(lái)調(diào)制一些發(fā)光器件,這時(shí)發(fā)光器件上的光信號(hào)強(qiáng)度和視頻信號(hào)強(qiáng)度一致,當(dāng)膠片曝光時(shí)，數(shù)據(jù)就被記錄下來(lái)。輸出數(shù)據(jù)用磁帶儀記錄在磁帶上。有的磁帶記錄儀作為遙感數(shù)據(jù)的暫存器，在一定時(shí)期向地面發(fā)送。掃描成像過(guò)程當(dāng)旋轉(zhuǎn)棱鏡旋轉(zhuǎn)時(shí)，鏡面對(duì)地面橫越航線方向掃視一次，在地面瞬時(shí)視場(chǎng)內(nèi)的地面輻射能由旋轉(zhuǎn)棱鏡反射到反射鏡組，經(jīng)其反射，聚焦在分光器上，經(jīng)光器分光后分別照射到相應(yīng)的探測(cè)器上。探測(cè)器則將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號(hào)，再經(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(chǎng)的地面影像，底片曝光后記錄下來(lái)，或者視頻信號(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)據(jù)流，向地面作實(shí)時(shí)發(fā)放或由磁帶記錄儀記錄后作延時(shí)回放。隨著棱鏡的旋轉(zhuǎn)，垂直于飛行方向上的地面依次對(duì)地面進(jìn)行掃描，形成一條條相互銜接的地面影像，最后形成連續(xù)的地面條帶影像。1）瞬時(shí)視場(chǎng)角：掃描系統(tǒng)在某一時(shí)刻對(duì)空間所張的角度。探測(cè)原件的線度與光學(xué)系統(tǒng)的總焦距之比。2）像點(diǎn)：瞬時(shí)視場(chǎng)角在影像上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，也叫像元，像素。3）空間分辨率：瞬時(shí)視場(chǎng)在地面對(duì)應(yīng)的距離。掃描角越大，分辨率越低，航高越高，分辨率也越低垂直攝影時(shí)，掃描角θ為０a=d×H/fd：為探測(cè)器尺寸，f：為掃描儀焦距，Ｈ：為航高當(dāng)觀測(cè)視線傾斜時(shí)，

(平行于航線方向的地面分辨率)

aθ=a×secθ(垂直于航線方向的地面分辨率)

aθ1=a×secθ×secθ４）掃描線的銜接Ｗ＝Ａ／ＴＡ為探測(cè)器的地面分辨率Ｔ為旋轉(zhuǎn)棱鏡掃描一次的時(shí)間Ｗ為飛機(jī)的地速這時(shí)，兩個(gè)掃描帶的重疊度為０．但是沒(méi)有空隙．為使掃描線正確銜接，速度與行高之比應(yīng)為一個(gè)常數(shù)掃描反射鏡：用于獲取垂直飛行方向兩邊共１８５Ｋm范圍內(nèi)的來(lái)自景物的輻射能．反射鏡組：將掃描鏡反射進(jìn)入的地面景物聚集在成像面上．成像板：２４＋２個(gè)玻璃纖維單元，按波段排成４行，每個(gè)單元對(duì)應(yīng)空間分辨率，探測(cè)器：將輻射能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出成像板上的光學(xué)纖維單元接收的輻射能，經(jīng)光學(xué)纖維傳遞到探測(cè)器，探測(cè)器對(duì)信號(hào)減波后有24路輸出，采用脈碼多路調(diào)制方式，對(duì)每個(gè)信道做一次抽樣，經(jīng)過(guò)計(jì)算，每9.958微秒掃描鏡視軸僅在地面上移動(dòng)了56米，因此采樣后的mss的空間分辨率為56m×79m（Landsat-4為68m×83m）采樣后對(duì)每個(gè)像元采用6bit進(jìn)行編碼，采樣后的數(shù)據(jù)用脈碼調(diào)制方式饋入天線向地面發(fā)送ＴＭ專題制圖儀高級(jí)的多波段掃描型的地球資源敏感儀器與ＭＳＳ相比，ＴＭ增加一個(gè)掃描改正器，使掃描行垂直于飛行軌道，另外使往返雙向都對(duì)地面掃描，探測(cè)器１００個(gè)，分７個(gè)波段ＴＭ各波段的圖像特征波段號(hào)波段波長(zhǎng)范圍（）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)波段特征主要用途TM1藍(lán)0.45～0.52植物色素吸收峰0.45對(duì)水體穿透力強(qiáng)，對(duì)葉綠素及葉色素濃度反映敏感有助于判別水深，水中葉綠素分布，近海域制圖TM２綠0.52～0.60植物在綠光波段反射峰0.55對(duì)健康茂盛植物綠發(fā)射敏感，對(duì)水的穿透力較強(qiáng)探測(cè)健康植物，評(píng)價(jià)植物生長(zhǎng)活力，研究水下地形特征和水污染TM３紅0.6３～0.69植物葉綠素吸收峰0.65為葉綠素主要吸收波段用于區(qū)分植物種類與植物覆蓋度，探測(cè)植物葉綠素吸收的差異，在秋季則反映葉黃素、葉紅素的差異TM４近紅外0.76～0.90受植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，植物在0.70至1.3高反射對(duì)綠色植物類別差異最敏感，為植物通用波段確定綠色植被類型，做生物長(zhǎng)勢(shì)和生物量的調(diào)查，水域判別等TM５中紅外1.55～1.75水分子在1.4、1.9的吸收峰處于水的吸收范圍內(nèi)，反映含水量敏感用于植物含水量的調(diào)查、土壤濕度、水分狀況、作物長(zhǎng)勢(shì)的研究，區(qū)分云和雪TM６熱紅外10.4～12.5地物熱紅外發(fā)射特征可進(jìn)行熱制圖植物和地物的熱強(qiáng)度測(cè)定分析，人類熱活動(dòng)特征監(jiān)測(cè)ＴＭ探測(cè)技術(shù)指標(biāo)探測(cè)器波段（微米）分辨率（米）量化（比特）掃幅（公里）像元數(shù)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＋增強(qiáng)型專題制圖儀與TM傳感器相比有以下３方面的改進(jìn)：１）增加全色波段，分辨率為１５米２）采用雙增益技術(shù)使遠(yuǎn)紅外波段的分辨率提高到６０米３）衛(wèi)星的輻射定標(biāo)誤差小于５％紅外掃描儀熱紅外像片的色調(diào)特征熱紅外掃描儀對(duì)溫度敏感性高，因?yàn)樗c溫度的4次方成正比，溫度的變化能產(chǎn)生較高的色調(diào)差別。例58頁(yè)的機(jī)場(chǎng)的停機(jī)坪的熱紅外像片，像片中的飛機(jī)已發(fā)動(dòng)的溫度較高，色調(diào)淺，未發(fā)動(dòng)的溫度低，顯得很暗，水泥跑道發(fā)射率較高，出現(xiàn)灰色調(diào)，飛機(jī)的金屬蒙皮，發(fā)射率很低，顯得很黑。法國(guó)ＳＰＯＴ衛(wèi)星上裝載的ＨＲＶ是一種線陣列推掃式掃描儀，，儀器中有一個(gè)平面反射鏡，將地面輻射來(lái)的電磁波反射到反射鏡組，然后聚焦在ＣＣＤ線陣列元件上，ＣＣＤ的輸出端以一路時(shí)序視頻信號(hào)輸出．由于使用ＣＣＤ做探測(cè)器，在瞬間能同時(shí)得到垂直航線的一條圖象線，不需要用擺動(dòng)的掃描鏡，以推掃方式獲取沿軌道的連續(xù)圖象條帶．3.2.3成像光譜儀將傳統(tǒng)的空間成像技術(shù)與地物光譜技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一地區(qū)同時(shí)獲取幾十個(gè)到幾百個(gè)波段的地物反射光譜圖像．它基本上屬于多光譜掃描儀，其構(gòu)造與ＣＣＤ線陣列推掃式掃描儀和多光譜掃描儀類型相同，區(qū)別在于通道數(shù)目多，各通道的波段寬度很窄．3.3雷達(dá)成像儀雷達(dá)：無(wú)線電測(cè)距和定位．工作波段大多在微波范圍．按照工作方式分為成像雷達(dá)和非成像雷達(dá)，成像雷達(dá)分為真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)和合成孔徑側(cè)視雷達(dá)．雷達(dá)是由發(fā)射機(jī)通過(guò)天線在很短的時(shí)間內(nèi)，向目標(biāo)地物發(fā)射一束很窄的大功率電磁波脈沖，然后利用同一天線接收目標(biāo)地物反射的回波信號(hào)而進(jìn)行顯示的一種傳感器．側(cè)視雷達(dá)的天線不是安裝在遙感平臺(tái)的正下方，而是與遙感平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向形成角度，朝向一側(cè)或兩側(cè)傾斜安裝，向側(cè)下