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1、第三节遥感传感器,1) 摄影类型的传感器2）扫描成像类型的传感器3）雷达类型的传感器,摄影成像,摄影机分幅式摄影机全景式摄影机多光谱摄影机数码摄影机摄影像片的几何特征摄影胶片的物理特性,摄影类型传感器,1）分幅式摄影机:一次曝光得到一幅影像.主要由收集器物镜和探测器感光胶片组成，暗盒、快门、光栏及机械传动装置等。自动暴光控制装备（太阳高度角，地物发射亮度等）;自动卷片；时间控制器像移改正装置（飞行器运动引起像移）如RMKA30/23摄影机f:305.18mm; 像幅：230230mm；H:250km; 1/m:1:820000; 4-6s暴光一次。,缝隙摄影机又称航带摄影机。在摄影瞬间获取影像
2、，与航向垂直，且与缝隙等宽的一条地面影像。连续暴光，不需要快门。,Wp:航摄软片卷绕速度Wi:影像在航摄机焦平面内移动速度。W:飞机地速。,2）全景摄影机,摄影类型传感器,镜头转动式全景摄影机在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝，随物镜作垂直航线方向扫描。由于物镜摆动的幅面很大，可将航线两边地平线内的影像摄入底片，故称全景摄影机。,扫描方向,飞行方向,航线,摆动物镜筒,缝隙,瞬间获取的一条缝隙宽度的影像，为中心投影。航迹线影像为正射投影，而其它部分影像为多中心投影。,摄影类型传感器,4）多光谱摄影机多镜头型多光谱摄影机：由多个物镜构成的摄影机。单镜头分光束多光谱摄影机：在物镜后加分光装置，将
3、光分解成多个光束；或利用响应不同波段的多感光层胶片进行多光谱摄影。,二、摄影像片的几何特征,像片的投影像片的比例尺像点位移,（一）像片的投影,、中心投影和垂直投影,航片是中心投影，即摄影光线交于同一点地图是正射投影，即摄影光线平行且垂直投影面。,（一）像片的投影,、中心投影和垂直投影的区别,正射投影:比例尺和投影距离无关,中心投影:焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变,H1,H2,f,正射投影,中心投影,（一）像片的投影,、中心投影和垂直投影的区别,正射投影:总是水平的，不存在倾斜问题,中心投影，若投影面倾斜，航片各部分的比例尺不同,倾斜,水平,A,B,C,a,b,c,H,f,比例尺f/H,
4、（一）像片的投影,、中心投影和垂直投影的区别,地形起伏对正射投影无影响,对中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同,A,B,C,B,A,C,a,b,c,a,b,c,A,C,C,A,（一）像片的投影,、中心投影的透视规律,点的像仍然是点。与像面平行的直线的像还是直线；如果直线垂直于地面，有两种情况： 第一:当直线与像片垂直并通过投影中心时，该直线在像片上的像为一个点； 第二:直线的延长线不通过投影中心，这时直线的投影仍为直线，但该垂直线状目标的长度和变形情况则取决于目标在像片中的位置。平面上的曲线，在中心投影的像片上一般仍为曲线。,（二）摄影比例尺 航片上两点之间的距离与地面上相应两点实际水平距
5、离之比，称之为摄影比例尺1/m。平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（f）与航高（H）之比。,f,H,比例尺=f/H,像平面,投影中心,地物,地面起伏，使得一张像片不同像点的比例尺变化。,f,H0,h1,h2,比例尺：,（三）像点位移,在中心投影的像片上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片上的位置移动，这种现象称为像点位移。,S,n,N,R,r,A0,A,h,h,a0,a,H-h,f,H,A,地面点,像点,（三）像点位移,（1）位移量与地形高差成正比，即高差越大引起的像点位移量也越大。当高差为正时，像点位移为正，是背离像主点方移动；高
6、差为负时，像点位移为负，是朝向像主点方向移动。（2）位移量与像点距离像主点的距离成正比，即距像主点越远的像点位移量越大，像片中心部分位移量较小。像主点无位移。（3）位移量与摄影高度（航高）成反比。即摄影高度越大，因地表起伏的位移量越小。,三、摄影胶片的物理特性,1、感光度：指胶片的感光速度。遥感需用感光度高的胶片。2、光学密度：指胶片感光显影后，影像表现出的深浅程度。、反差与反差系数：反差指胶片的明亮部分与阴暗部分的密度差。 反差系数是指拍摄后负片影像与景物亮 度差之比。4、灰雾度：未经感光的胶片，显影后仍产生轻微的密度，呈浅灰色，故称灰雾度5、宽容度：指表达被摄物体亮度间距的能 力。遥感摄影
7、希望用宽容度大胶片。6、解像力（感光胶片的分辨力）：解像力的大小以每毫米范围内分辨出的线条数表示。单位：线对/毫米。,遥感摄影胶片的类型 黑白摄影胶片色盲片：只能吸收短波段，对大于 0.5微米的电磁波完全不感光。正色片：感光范围可从蓝光扩大到绿光区。分色片：感光范围扩大到0.6微米。对绿黄光可区分且较敏感。全色片：能感受全部可见光。但在绿光部分感光度稍有降低。 彩色片天然彩色片：能较真实地还原出被摄物体的自然色彩，又称真彩色。红外彩色片：红外敏感区的颜色被赋予假彩色，因此是假彩色片。,航 片 注 记,1) A grayscale step wedge; 2) notepad; 3) altim
8、eter 4)fiducial marks; 5)clock; 6)lens cone serial number; 7) focal length in mm; 8)frame number ; 9) mission data;10) Navigation data (invisible),框标,压平线,压平线： 像片四边井字形直线叫压平线，其弯曲度说明摄影时感光胶片未压平而产生的影像变形情况。.,彩红外摄影，绍兴，1998,扫描成像,一、光/机扫描成像概念：依靠机械传动装置使光学镜头摆动，形成对目标地物逐点逐行扫描。探测元件把接收到的电磁波能量能转换成电信号，在磁介质上记录或再经电/光转换
9、成为光能量，在设置于焦平面的胶片上形成影像瞬时视场角：扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目标物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时视场角。即扫描仪的空间分辨率。总视场角：扫描带的地面宽度称总视场。从遥感平台到地面扫描带外侧所构成的夹角，叫总视场角。,照相技术的弱点：乳胶片感光技术本身存在着致命的弱点，它所传感的辐射波段仅限于可见光及其附近；其次，照相一次成型，图象存储、 传输和处理都不方便。,工作原理：扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运动而摆动，依次对地面进行扫描，地面物体的辐射波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开，再聚焦到感受不
10、同波长的 探测元件上。,几种光机扫描仪红外扫描仪：接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元件。多光谱扫描仪（MSS)：与红外扫描仪基本类似，其不同之处是，外加一个分光系统，把来自地物的电磁波信号，分成若干个不同的波段，同时用多个探测器同步记录相应波段的信息。而红外扫描仪只在红外波段工作。专题制图仪TM：专题制图仪TM的成像原理与MSS一致，与MSS相比，空间分辨率由80米提高到30米；探测波段由4个增加到7个。,特点：利用光电探测器解决了各种波长辐射的成像方法。输出的电学图象数据，存储、传输和处理方面十分方便。但装置庞杂，高速运动使其可靠性差；在成像机理上，存在着目标辐射能量利用率低的致命弱点
11、。,二、固体自扫描成像,固体自扫描是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。电子藕合器件CCD：是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件。具有感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、灵敏度高、动耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点。扫描方式上具有刷式扫描成像特点。探测元件数目越多，体积越小，分辨率就越高。电子藕合器件CCD逐步替代光学机械扫描系统。,三、高光谱成像光谱扫描,成像光谱仪：既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术，称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。特点：高光谱成像仪是遥感进展的新技术，其图象是多达数
12、百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成，光谱,波段覆盖了可见光、近红外、中红外和热红外区域全部光谱带。光谱仪成像时多采用扫描式和推帚式，可以收集200或200以上波段的收据数据。使图象中的每一像元均得到连续的反射率曲线，而不像其他一般传统的成像谱光仪在波段之间存在间隔。,微波遥感与成像,微波遥感：指通过传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来认识地物的技术。,物体的微波反射、发射与它们的可见光或热红外的反射、发射无直接关系。一般说来，微波响应给人们一个完全不同于光和热的视角去观察世界。,微波遥感器的分类,被动式,主动式,非成像微波辐射计,成 像微波辐射成像计,非成像,成 像,雷达
13、高度计雷达散射计探地雷达,全景雷达真实孔径侧视雷达合成孔径侧视雷达,雷达Radar(Radio Direction And Range) 雷达的用途：用于测定目标的位置、方向、距离和运动目标的速度。 雷达的工作方式：由发射机通过天线在很短时间内，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。,侧视成像雷达是一种主动微波遥感系统。它是测量目标物对雷达波束后向散射回波强度的成象设备。,以机载侧视雷达为例，一个雷达成像系统，基本包含发射器、雷达天线、接收器、记录器等四个部分。由脉冲发生器，产生高功率调频信号(即电磁波计时脉冲)：经发射器，以
14、一定的时间间隔， (脉冲长度)反复发射具有特定波长的微波脉冲；,侧视雷达的工作原理,通过发射天线向飞行器的一侧沿扇状波束宽度发射雷达信号照射与飞行方向垂直的狭长地面条带：借助于发射接收转换开关 (它使天线处于发射接收轮换工作状态)，再通过天线接收地面返回的能量；,侧视雷达的工作原理,接收器将接收的能量处理成一种振幅时间视频信号：这种信号再通过胶片记录仪产生图像。一种是直接扫描得图像产品；另一种是数字胶片经过光学相干处理器进行数模变换的成像处理而成雷达图像。,侧视雷达的工作原理,雷达天线随飞行器前进，发出的波束依次向前扫描(航向扫描)，天线发出的能量脉冲指向飞行器的一侧(距离向扫描)。侧视成像雷
15、达就是以这种连续带状形式对地表进行二维扫描，逐行成像。,侧视雷达的工作原理,雷达与目标的距离(斜距)，可通过发射脉冲到接收回波的时间(行程时间J2)与电磁波传播速度(C)的乘积计算，即：CJ2，所以侧视雷达系统又是个测距系统,侧视雷达的工作原理,雷达图像的分辨率，一般表示为：距离分辨率*方位分辩率，可称为面分辨率。它代表地面分辨单元的大小。,真实孔径（ RARReal Aperture Radar）侧视雷达,距离分辨率(又称射向、横向或侧向分辨率)(range) 距离分辨率Rr指沿距离向可分辨的两点间的最小距离。Rr式中，J为脉冲宽度（微秒）；C为光速；为雷达天线俯角,从上式可知，Rr与脉冲宽度及雷达俯角有关，但与距离无关。俯角越大、距离分辨率Rr值越大、分辨能力越差。也就是说，近射程较远射程距离上的分辨能力差。,上式还说明，脉冲持续时间(脉冲宽度)J越小，距离分辨率Rr值越小，分辨能力越强。但是J过小，发射功率下降，反射脉冲的信噪比降低。为了保证有足够能量的回波，目前采用了线性调频调制的“脉冲压缩”(hulse compression)技术即通过脉冲压缩和频率调制，改变振幅和脉冲宽度，使距离分辨率Rr和信噪比SH均有提高。这种方法，又叫“距离压缩”，在真实孔径雷达和合成孔径雷达中均用来提高距离分辨率。,
