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1、1、传感器的组成 2、传感器类型及成像原理 3、典型传感器成像原理 4、遥感地面接收站 5、遥感图像的特征,第四章 遥感传感器及其成像原理,1,以CCD为探测元件的固体自扫描成像遥感器,2,（4）固体自扫描遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,CCD-Charge Coupling Device 电荷耦合器件 是一块有许多小的光电二极管构成的固态电子元件 -其中的每个CCD单元都能感受光线的强弱-并将光信号转变为与其相应强弱的微小电流- 连续量的电模拟信号,3,（4）固体自扫描遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,电子扫描装置 接收由CCD传输来的电信号取样、量化 将这种强弱不断变化的连续电流
2、转变为一连串的以电脉冲表示的二进制数字A/D转换 数字存储器,4,（4）固体自扫描遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,CCD 的工作原理: CCD是一种用电荷量表示信号强弱,用耦合方式传递信号的全固体化半导体表面器件 固体器件-其受激电荷靠电子或空穴运载在固体内移动 由于硅(Si)具有探测0.41.1m可见光及近红外波的能力-CCD一般由硅制成MOS (Matal-Oxide-Silicon金属-氧化物-硅)结构电容作为光敏感元,5,（4）固体自扫描遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,CCD三种主要功能: 光电转换-入射辐射在MOS电容(CCD元) 上产生与光亮度成正比的电荷 电荷积累-当
3、电压加到CCD电极上时在硅层形成电位势阱-电荷在势阱内积累 电荷转移-加高压形成深势阱, 加低压形成的势阱浅-电荷可进行转移-实现信号传输,6,（4）固体自扫描遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,线列(阵)CCD: CCD光敏元的排列方向与平台的飞行方向垂直, 由线列CCD自身完成一维扫描,靠平台运动完成另一维扫描,形成条带状二维影 像。 地面分辨率取决于CCD元的大小,7,（4）固体自扫描遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,线列CCD光敏元的数目等于行扫方向上的像元数 如HRV 多波段3000个 全色波段6000个 各光敏元同时露光，每个光敏元积累的与目标物辐射强度成正比的电荷量通过耦合
4、方式转移输出，而不同于其它探测器输出的是电压信号。,8,（4）固体自扫描遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,推扫式扫描仪（Push-Broom) SPOT卫星 HRV： High Resolution Visible Sensor -高分辨率可见光遥感器,9,（4）固体自扫描遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,面阵CCD 矩阵式排列的CCD元可象胶片一样同时曝光 -记录整幅画面,10,（4）固体自扫描遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,固体自扫描成像遥感器特点： .一改光机扫描的逐点扫描为逐行扫描、逐面 扫描-革除了机械部件,简化了结构,避免了因振动 引起的噪声； .光敏元同时曝光-延长
5、了信号驻留时间,提高 了遥感器的灵敏度； .波谱响应范围宽-硅光敏元可探测0.41.1m; .无畸变、体积小、功耗低、寿命长可靠性强。 使成像遥感器的结构发生了根本性变革,11,（4）固体自扫描遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,地面带宽60km,SPOT卫星平台上安装了两台HRV仪器，每台视场都为60KM，两者之间有3KM的重叠，总视场为117KM。 相邻轨道间在赤道处约为108KM，垂直地面观测时，相邻轨道的影像约有9KM的重叠。 共观测369圈（26天）实现对全球北纬81.3度和南纬81.3度之间的地表全覆盖。,12,（5）SPOT成像,4.3 典型遥感器的成像原理,以“推扫”方式获取
6、沿轨道的连续图像条带 多光谱型的HRV 地面上总的视场宽度为60km 三个谱段,每个波段探测器组由3000个CCD元件组成 每个元件形成的像元，相对地面上为20m20m 波段1（0.50-0.59） 波段2（0.61-0.68） 波段3（0.79-0.89） 全色的HRV 波段范围0.510.73m, 6000个CCD元件组成一行 每个像元地面的大小为10m10m,13,（5）SPOT成像,4.3 典型遥感器的成像原理,反射镜左右倾斜最大为27度，有立体观测能力,邻轨立体,14,（5）SPOT成像,4.3 典型遥感器的成像原理,SPOT4 1）全色波段0.51-0.73m改为波段(0.61-0
7、.68m) 2）增加了一个SWIR（Short Wave Infrared，短波红外）波段。,15,（5）SPOT成像,4.3 典型遥感器的成像原理,成像光谱仪 是一种兼具高空间分辨率和高波谱分辨率、谱像合一 的新型超多波段 扫描成像遥感器,16,（6）高光谱遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,成像形式：1、 线阵扫描 2、面阵推扫,17,（6）高光谱遥感器,4.3 典型遥感器的成像原理,成像雷达-主要指工作在微波波段（0.8100cm） 有源主动、天线侧向扫描、能产生高分辨率影像的成像雷达 。,18,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,成像雷达 是指用雷达一点一点地测量来自地球的
8、回波信号，并以模拟形式记录成图像或以数字形式记录在磁带上的雷达系统它必须相对于地面（探测目标） 运动，即必须搭载 在飞机、卫星或航 天飞机上,19,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,RA-SLR -Real Aperture Side-looking Radar真实孔径侧视雷达（非相干雷达） SA-SLR -Synthetic Aperture Side-looking Radar 合成孔径侧视雷达,20,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,后向散射回波 装在平台一侧或两侧的水平孔径天线，将发射机产生的高功率微波短脉冲，侧向发射出去，以窄的扇形波束扫过地面一条窄带。 微波
9、遇目标后发生 反射和散射，其中沿发 射方向返回的部分称后向散射回波,21,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,斜距(R):天线至目标的径向距离 地面距离(Rg):从航迹(地面轨迹)到目标的水平距离 被雷达微波扫过的窄带地面上，至天线距离不同的目标(X、Y、Z)，其回波按返回雷达接收机的时间先后,在与目标的斜距或地面距离成比例的位置, 强度由阴极射线管按比例转化成光信号,再通过透镜在胶片上记录成一条影像线,22,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,每发射一个脉冲形成一条影像线,而与平台运行速度同步移动的胶片完成航向地面覆盖,形成连续条带状雷达影像 对回波信号逐个处理 影像灰度
10、-后向散射回波强度 回波信号也可记录在磁带上,23,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,地面分辨率:指在距离向或方位向分辨有相同反射特性两个邻近目标间距的能力 -同时出现在影像上两个能够区分的目标间的最小距离 方位向分辨率(Ra)-航向方向 距离向分辨率(Rr)-垂直航向方向,24,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,真实孔径侧视雷达的分辨力,在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标的最小距离 斜距分辨率 Rd=(c )/2 地距分辨率 Rr=(c sec)/2,R,Rr,Rd,距离分辨力,25,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,地距分辨率 Rr=(c sec)/2,
11、越远的地物越能分清,垂直航线方向,26,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,地距分辨率 Rr=(c sec)/2,传感器设计时，要提高 距离分辨率，应如何做?,27,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离 R=R =R/D,天线,D,R1,R2,R1,R2,方位分辨力,28,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,波瓣角与方位分辨率,*波瓣角在意义上与光学上的最小分辨角相近。,29,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,方位 分辨力,越近的地物越能分清,平行航线方向,30,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,
12、传感器设计时，要提高 方位分辨率，应如何做?,R=R =R/D,31,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,真实孔径雷达分辨率： 距离向：Rd=(c )/2 方位向：R=R =R/D 合成孔径雷达：,32,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,合成波束宽度,合成孔径侧视雷达（SAR） 模拟线性天线阵，应用多普勒效应和数据处理技术，用一个小天线合成一个大孔径 (天线)使方位分辨率提高几十至几百倍 实现在轨道高度获 取距离向和方位向分辨 率都很高的雷达图像,33,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,SAR原理 用一个小天线作为单个辐射单元 将此单元沿一直线不断移动 当移动
13、一段距离LS后，存贮的信号和实际天线阵列诸单元所接收的信号非常相似,34,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,线性调频脉冲与脉冲压缩：,35,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,36,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,37,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,38,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,方位向 Rs=R/ Ls Ls= R =R/D Rs=D 双程相移 Rs=D/2,方位分辨力只与实际使用的天线孔径有关,39,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,合成孔径雷达的分辨力,40,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,
14、41,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,侧视雷达图像的几何特征 方位向的比例尺由小变大 1/mc1/mb1/ma,越远影像比例尺越大,42,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,近距离压缩,43,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,侧视雷达图像的几何特征,透视收缩和叠掩,44,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,侧视雷达图像的几何特征,雷达影像阴影,45,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,侧视雷达图像的几何特征,飞行方向,46,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,侧视雷达图像的几何特征, 造成山体前倾 朝向传感器的山坡影像被压缩，而
15、背向传感器的山坡被拉长，还会出现不同地物点重影现象。,47,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,侧视雷达图像的几何特征,前倾,48,斜距投影 雷达阴影,49,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,侧视雷达图像的几何特征,肇庆地区机载SAR影像,50,高差产生的投影差亦与中心投影影像投影差位移的方向相反,51,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,侧视雷达图像的几何特征,斜距投影 反立体图像,52,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,侧视雷达图像的几何特征,与入射角有关 朝向飞机方向的坡面-反射强烈-很亮 朝天顶方向-弱些-较亮 背向飞机方向-反射很弱(没回波
16、)-很暗,侧视雷达图像的色调特征,53,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,与地面粗糙程度有关 地面地物微小起伏小于雷达波波长 -镜面漫反射-很暗 地面微小起伏大于或等于发射波长 -漫反射-较亮 “角隅反射”-反射波强度更大-很亮,54,侧视雷达图像的色调特征,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,与地物的电特性有关 物体复介电常数高 -反射雷达波强-亮,有较强的穿透能力 它能穿透云层、树木和水,得到下面的地表信息 另一方面微波在物体内会产生体散射，因此能将地下的一些状况反映出来,侧视雷达图像的其他特征,55,（7）成像雷达,4.3 典型遥感器的成像原理,Cosmo-SkyMed高分辨率雷达图像,56,INSAR就是利用SAR在平行轨道上对同一地区获取两幅（或
