遙感原理與應(yīng)用4章課件

第四章遙感器及成像本章主要內(nèi)容掃描成像類遙感器

MSS/TM/ETM+/HRV

雷達成像類遙感器真實孔徑/合成孔徑/側(cè)視/§4.1遙感器二、傳感器的組成一、遙感器的定義也稱傳感器或探測器，是收集、探測、記錄地物電磁波輻射信息的工具。收集器探測器處理器輸出器2/251.收集器：收集地物輻射來的能量。具體的元件如透鏡組、反射鏡組、天線等。2.探測器：將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學能或電能具體的無器件如感光膠片、光電管、光敏和熱敏探測元件等?！?.1遙感器§4.1遙感器三、遙感器的分類

1、按遙感器的成像原理分類攝影機（框幅式、縫隙式、全景式）掃描儀（光機掃描儀、推帚式掃描儀）雷達（真實孔徑雷達和合成孔徑雷達）。2、按電磁波輻射來源分類主動式遙感器和被動式遙感器3、按遙感器是否獲取圖像分類圖像方式遙感器和非圖像方式遙感器§4.1遙感器1、空間分辨率也稱地面分辨率，是指遙感影像上能夠詳細區(qū)分的地面最小單元的尺寸或大小，是用來表征影像分辨地面目標細節(jié)能力的指標。像元大?。簩?yīng)的地面尺寸大?。ú蛔兊模┯跋穹直媛剩簣D上尺寸（隨比例尺的變化而變化）視場：瞬時視場四、遙感器的性能空間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率、時間分辨率空間分辨率的大小并不等于判讀像片時能絕對地觀察到像元尺寸的地物，這與傳感器瞬時視場跟地物的相對位置有關(guān)。

§4.1遙感器假定像元的寬度為a，則地物寬度在3a或至少在

時，能被分辨出來，這個大小稱為圖像的幾何分辨率。§4.1遙感器2、光譜分辨率是指遙感器所能記錄的電磁波譜中，某一特定的波長范圍值。波長范圍值越寬，光譜分辨率越低高光譜遙感光譜分辨率高光譜分辨率是否越高越好分辨率太高，接收的信息量太大，反而會掩蓋地物輻射特性，不利于快速探測和識別地物，同時加大處理工作量。

§4.1遙感器4、時間分辨率對同一目標進行重復(fù)探測時，相鄰兩次探測的時間間隔。它主要提供地物動態(tài)變化的信息。用于動態(tài)監(jiān)測和預(yù)報分類超短（短）周期時間分辨率，以小時為單位。中周期時間分辨率，以天為單位。長周期時間分辨率，以年為單位。一、光機掃描儀收集器、分光器、探測器、處理器、輸出器1、光機掃描儀的結(jié)構(gòu)MSS（MultispectralScanner）多光譜掃描儀。由掃描反射鏡、校正器、聚光系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)快門、成像板、光學纖維、濾光器和檢波器等組成。3、MSS多光譜掃描儀掃描儀的結(jié)構(gòu)

掃描反射鏡：獲取垂直飛行方向兩邊共185km范圍內(nèi)的來自景物的輻射能量，配合飛行器的往前運行獲得地表的二維圖像。

反射鏡組：將掃描鏡反射進入的地面景物聚集在成像面上。

成像板：將成像面上接收的能量傳遞到探測器上去。

探測器：將輻射能量轉(zhuǎn)變成電信號輸出。3、MSS多光譜掃描儀3、MSS多光譜掃描儀掃描過程成像過程掃描儀每個探測器的瞬時視場為86μrad，衛(wèi)星高為915km，因此掃描瞬間每個像元的地面分辨力為79m×79m，每個波段由六個相同大小的探測元與飛行方向平行排列，這樣在瞬間看到的地面大小為474m×79m。又由于掃描總視場為11.56°,地面寬度為185km，因此掃描一次每個波段獲取六條掃描線圖像，其地面范圍為474m×185km。又因掃描周期為73.42ms，衛(wèi)星速度（地速）為6.5km/s，在掃描一次的時間里衛(wèi)星往前正好移動474m，因此掃描線恰好銜。3、MSS多光譜掃描儀4、TM專題制圖儀Landsat-4/5上的TM（ThematicMapper）是一個高級的多波段掃描型的地球資源敏感儀器，與多波段掃描儀MSS性能相比，它具有更高的空間分辨力，更好的頻譜選擇性，更好的幾何保真度，更高的輻射準確度和分辨力。特點：

1、TM中增加一個掃描改正器。2個作用使掃描行垂直于飛行軌道使往返雙向掃描2、TM的探測器共有100個，分七個波段。

3、探測器每組16個，呈錯開排列。TM6是4個1、推帚式掃描儀組成：收集器、分光器、探測器、處理器、輸出器。二、推帚式掃描儀CCD（電荷耦合器件）(ChargeCoupledDevice)，是一種由硅等半導(dǎo)體材料制成的固體器件，受光或電激發(fā)產(chǎn)生的電荷靠電子或空穴運載，在固體內(nèi)移動，達到一路時序輸出信號線陣列掃描儀和面陣列掃描儀。二、推帚式掃描儀與光機掃描儀相比，沒有機械裝置，探測器原理不同。CCD的優(yōu)點:

1、環(huán)境適應(yīng)性強。2、集成度高、體積小、抗電磁干擾能力強，壽命長。3、靈敏度高

4、具有較高的影像分辨率，影像畸變小

5、容易實現(xiàn)數(shù)字化輸出CCD的缺點:光譜靈敏度有限，只能在可見光和近紅外（1.2μm以內(nèi)）區(qū)能直接響應(yīng)地物輻射來的電磁波。對于熱（遠）紅外區(qū)沒有反應(yīng)。3、推帚式掃描儀可獲取立體影像：二、推帚式掃描儀同軌立體觀測方式異軌立體觀測方式1、HRV傳感器（HighResolutionVisible）二、推帚式掃描儀（2）全色的HRV波段范圍0.51—0.73μm。特點：一個像元大小為10m×10m；

6000個CCD元件組成一行；一行圖像，相對地面上為10m×60km；

25/25二、推帚式掃描儀為了在26天內(nèi)達到全球覆蓋一遍，SPOT衛(wèi)星上平排安裝二臺HPV儀器。每臺儀器視場寬都為60km，兩者之間有3km重疊，因此總的視場寬度為117km。二、推帚式掃描儀本節(jié)內(nèi)容微波遙感發(fā)展歷程雷達一般結(jié)構(gòu)真實孔徑雷達（RAR,Realapertureradar）合成孔徑雷達（SAR,syntheticapertureradar）干涉合成孔徑雷達（INSAR,interveneSAR）三、雷達及其成像三、雷達及其成像3.2微波1mm-1m的電磁波三、雷達及其成像

1、微波波段的劃分波段名稱波長/cmKαKKuXCSLP0.75~1.131.13~1.671.67~2.422.42~3.753.75~7.57.5~1515~3030~100三、雷達及其成像

2、微波遙感的優(yōu)缺點（1）優(yōu)點全天時工作有一定的穿透能力可以探測地物的微波特性可以采用多種頻率、多個視角記錄目標的距離信息，同時還記錄了目標的相位信息三、雷達及其成像（1）缺點（1）缺點不能記錄與顏色有關(guān)的信息，影像解譯困難遙感器系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，價格昂貴，影像獲取困難影像變形情況復(fù)雜，幾何校正復(fù)雜，技術(shù)難度高三、雷達及其成像3.3雷達的基本知識按照雷達的工作方式可分為：成像雷達和非成像雷達。成像雷達中又可分為真實孔徑側(cè)視雷達和合成孔徑側(cè)視雷達。雷達是由發(fā)射機通過天線在很短的時間內(nèi)，向目標地物發(fā)射一束很窄的大功率電磁波脈沖，然后用(同一)天線接收目標地物反射的回波信號而進行顯示的一種傳感器。3.4雷達結(jié)構(gòu)組成：發(fā)射機、接收機、轉(zhuǎn)換開關(guān)、天線、記錄器原理：發(fā)射機產(chǎn)生脈沖信號，由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，經(jīng)天線向觀測地區(qū)發(fā)射。地物反射脈沖信號，也由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制進入接收機。接收的信號在顯示器上顯示或記錄在磁帶上。（雷達系統(tǒng)又是測距系統(tǒng)）8/183.5真實孔徑雷達1、成像過程3.5真實孔徑雷達2、距離分辨率：在距離方向上，能分辨的最小目標的尺寸。它與脈沖寬度有關(guān)。

要分辨同一方向上距離不同的兩個目標，理論上回波的時間間隔要等于或大于脈沖寬度。

3.5真實孔徑雷達距離分辨率是變化的

3.5真實孔徑雷達距離分辨力與距離無關(guān)。若要提高距離分辨力，從式中看來，需減小脈沖寬度，但這樣將使作用距離減小。為了保持一定的作用距離，這時需加大發(fā)射功率，造成設(shè)備龐大，費用昂貴。目前一般是采用脈沖壓縮技術(shù)來提高距離分辨力。3.5真實孔徑雷達方位分辨率是指在方位方向上能分辨的最小目標的尺寸。它與波瓣角β有關(guān)：

β－波瓣角；R－斜距；D－天線孔徑；λ－波長要提高方位分辨率，需采用波長較短的電磁波，加大天線孔徑和縮短觀測距離。這幾項措施無論在飛機上或衛(wèi)星上使用時都受到限制。目前是利用合成孔徑側(cè)視雷達來提高側(cè)視雷達的方位分辨率。3.5真實孔徑雷達3、方位分辨率3.6合成孔徑雷達1、基本原理：

通過合成孔徑原理改善方位分辨率，即通過對在位置不斷變化的同時所接收的信號進行記錄、處理，獲得比實際天線更長的天線長度進行觀察的同樣效果。3.6合成孔徑雷達2、方位分辨率

結(jié)論：合成孔徑雷達的方位分辨率為雷達天線實際孔徑長度的一半，孔徑越小，分辨能力越強，這與真實孔徑雷達情況正好相反，而且與距離無關(guān)。3.7INSAR原理：利用具有一定視角差的兩部天線來接收地面目標回波信號，經(jīng)成像處理后得到同一觀測區(qū)域兩幅具有相關(guān)性的SAR單視復(fù)數(shù)圖像，經(jīng)干涉處理后檢測出相位差，按照一定的幾何關(guān)系進行計算，得到觀測區(qū)域的地面三維信息。干涉合成孔徑雷達、合成孔徑雷達干涉測量。分類：橫跡干涉（雙天線、基線與飛行方向垂直）順跡干涉（雙天線、基線與飛行方向平行）INSAR測高原理:假設(shè)飛行平臺上同時架設(shè)了兩部天線A1、A2，若由A1發(fā)射電磁波，A1、A2同時接收從目標返回的信號，天線相對位置如圖所示。B為基線長度，θ為入射角，α為水平角,H為平臺高度。3.7INSAR三、雷達及其成像SRTM作用：美國國