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1、第三章 遥感的传感器1 传感器的概念:就是用以获取目标电磁辐射信息的探测仪器。它是 收集、检测和记录电磁波信息的工具。是遥感工作系统 的主要部分. 目前遥感中常用的传感器大致上可分为如下几类: 1)摄影类型的传感器（略） 2)扫描成像类型的传感器 3)雷达成像类型的传感器 4)非图像类型的传感器2 传感器的基本组成传感器主要由以下四个系统组成:收集系统地物电磁波探测系统分光系统记录系统信号转换遥感器的基本组成各组成部分的功能: 1)收集器:收集地物辐射来的能量. 2)探测器:将收集的辐射能转变成化学能或电能. 3)处理器:对收集的信号进行处理. 4)输出器:输出获取的数据.遥感影像的分辨率空间
2、分辨率 波谱分辨率 辐射分辨率（辐射灵敏度） 时间分辨率空间分辨率：能把两个相邻目标作为两个清晰实体记 录 下来的两目标间的最小距离。取决于： （1）象元大小（pixel size)：每个象元对应地面的范围。 （2）象解率（photographic resolution)：胶片上1毫米间 隔内包含的线对数，用线对/毫米来表示。一条白线加一 条黑线构成一个线对。象解率可以转换成为相应的象元 大小 （3）瞬时视场角（ IFOV aInstantaneous Field Of View） ： 电子传感器的瞬时视域，用毫弧度表示。瞬时视场角 小，空间分辨率高；反之，空间分辨率低。(4)视场角（FOV
3、a field of view）：整个传感器能够受光 的角度。相当于视场角的地面距离叫观测宽度或叫扫描 宽度。波谱分辨率 波谱分辨率:指传感器在接收目标辐射的波谱时 ，能分辨的最小波长间隔.取决于：（）传感器的工作波段数目、（）工作波段波长（）波长间隔（谱带宽度）。辐射分辨率 辐射分辨率:指传感器探测原件在接收波谱辐 射 信号时，能分辨的最小辐射差。 （）取决于传感器辐射灵敏度 （）数据的位数。 信噪比：指有效信号功率与噪声功率之比图像的时间分辨率 时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔 ，即采样的时间频率，也称重访周期。 时间分辨率对动态监测很重要。第一节 扫描成像类传感器依靠探测元件和扫
4、描镜对目标地物以瞬时视场为 单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物 电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像,这类 传感器就叫做扫描成像类传感器.扫描成像系统主要有以下三种：1)用分离探测器和扫描镜的光/机扫描系统；2)线性阵列的固体自扫描系统；3)线阵或面阵高光谱成像光谱扫描系统。 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。 探测元件把接受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/光转换成为 光能量，在设置于焦平面的胶片上形成影像。 光机扫描仪工作原理：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
5、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，再聚焦到感受不同 波长的探测元件上。几种常见的光机扫描仪）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。 几种常见光机扫描仪的特点）利用光电探测器解决了各种波长辐射的成像方 法。
6、 ）输出的电学图像数据，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。Landsat / MSS、TM）MSS（Multi Spectral Scanner）为多光谱扫 描仪（四波段光-机扫描仪）。 ）TM（Thematic Mapper）为专题制图仪，一 种改进型的多光谱扫描仪。其空间、光谱、辐射性能均比MSS有明显的提 高, 陆地卫星的MSS、TM在波段选择上，均考虑 到 在各自的条件下最大限度地区分和监测不同类型 的 地球资源。MSS、TM的波段数与波谱范围 TM1 0.45-0.52m该波段位于水体衰减系数
7、最小，散射最弱的部 位（0.45-0.55m），对水的穿透力最大（清水可 达30m），可获得更多的水下细节，用于判别水 深，浅海水下地形、水体的混浊度，进行水系及 浅 海水域制图。同时位于绿色植物叶绿素的吸收区 （0.45-0.50m），对叶绿素与叶绿素浓度反映敏 感，用于海水叶绿素含量监测，特别是常绿与落 叶 植被的识别，以及土壤与植被的区分。TM2 0.52-0.60m绿光波段，健康绿色植物的绿色反射（0.54 -0.55m）附近，对植物的绿反射敏感。可用以 识别植物类别和评价植物生产力。对水体有一 定的穿透力 ，可反映水下特征及水体浑浊度， 并对水体污染特别是金属和化学污染的研究效 果好
8、。TM3 0.63-0.69m 红光波段，位于叶绿素的主（0.670.69m ）。可根据对不同植物叶绿素的吸收来区分植 物类型、覆盖度、判断植物生长状况、健康状 况。位于含沙浓度不同水体反射峰值（0.58- 0.68）如今，对税种悬浮泥沙反映敏感，用于 研究泥沙流范围及迁移规律。波段可提供裸露 地表、植被、土壤、构造、地貌、人文特征等 丰富的信息，为可见光的最佳波段。 TM4 0.76-0.9m 近红外波段，位于植物的高反射区，光谱受 植 物细胞结构控制，反映大量植物信息，对植物类 别、 密度、生长力、病虫害等的变化敏感。同时位于 水 体的强吸收区，水体轮廓清晰，用于勾绘水体， 区 分土壤湿度
9、及寻找地下水、识别与水有关的地质 构 造、地貌等。TM5 1.55-1.75m 短波红外，位于水的吸收带（1.4、1.9m)之 间，受两个吸收带的控制。反映植物和土壤水分 含 量敏感，利于植物水分状况研究和作物长势分析 等。 该波段雪比云的反射率低，色调暗而形成较大反 差，易于区分雪与云。一般来说，TM5信息量大 ， 利用率高。TM6 10.4-12.5m 热红外波段，探测常温的热辐射差异。 监测与人类活动有关的热特征，进行热测定与热 制 图。 TM7 2.08-2.35短波红外波段，位于水的吸收带（1.9、 2.7m） 之间，受两个吸收带的控制。对植物水分敏感； 对 岩石、特定的矿物反映敏感
10、，是地质学家追加的 波 段，以增加地质探矿方面的应用。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。 SPOT/HRVHRV是推扫式扫描仪 可以获取立体影像三 高光谱成像光谱扫描虽然多光谱遥感（MSS、TM、SPOT）较摄 影 遥感
11、（单波段或少量波段）有许多优势。但是他 们 十分有限的波段、较宽的波段间隔均难以真实地 反 映地物的光谱反射特性的细微差异。 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。高光谱成像扫描仪的特点高光谱成像仪是遥感进展的新技术，其图 像是多达数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以上波段的数据。使图像中的 每一像元均得到连续的反射率曲线，而不像其 他一般传统的成像光谱仪在波段之间存在间隔 。第二节
12、 雷达成像仪雷达的定义发射电磁波信号并接收在其作用范围内的观测物体（ 目标）的回波的装置雷达成像原理侧视雷达在飞机（或卫星）飞行时间向垂直于航线 的方向发射一个很窄波束，这个波束在航向上很窄，在距 离方向很宽，复盖了地面上一个很窄条带，飞机在飞行时 不断发射这样的波束，并不断接收地面窄带上的各种地物 的反射信号，于是由这些波束扫视地面一条带状区域，形 成图中的成像带每个波束是由所发射的一个短的脉冲形 成，这个脉冲遇到目标后，一部分能量由地物反射返回雷 达天线，即回标地面上与飞机距离不同的目标反射的回 波，由雷达天线和接收机按时间的先后次序接收下来，并 由同步的亮度调制的光点在摄影胶片上按回波的
13、强度大小 记录下来，一条视频回波线就记录了窄条带上各种地物的 图像微波遥感的特点1、能全天候、全天时工作； 2、对某些地物具有特殊的波谱特征； 3、对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透力； 4、对海洋遥感具有特殊意义； 5、分辨率较低，但特性明显。 微波传感器的分辨率比较低，是由于其波长 较长，衍射现象显著的缘故。同时，观察精度和 取 样速度往往不能协调。但是微波具有特殊的物理 性 质。 微波遥感常用波段侧视雷达侧视雷达的分辨力可分为：距离分辨力（垂直于飞行的方向）：俯角越大 ，距离分辨力越低；俯角越小，距离分辨力越 大。要提高距离分辨力，必须降低脉冲宽度。 但脉冲宽度过低则反射功率下降，实际应
14、用采 用脉冲压缩的方法。方位分辨力（平行于飞行方向）：要提高方位 分辨力，只有加大天线孔径、缩短探测距离和 工作波长。合成孔径雷达合成孔径雷达（SAR) 合成孔径侧视雷达的方位分辨力与距离无关，只 与 天线的孔径有关。 所以，可用于高轨卫星。 天线越小，方位分辨力越高。相干雷达（INSAR）INSAR就是利用SAR在平行轨道上对同一地区 获取两幅（或两幅以上）的单视复数影像来形成干 涉，进而得到该地区的三维地表信息该方法充分 利用了雷达回波信号所携带的相位信息，其原理是 通过两幅天线同时观测（单轨道双天线横向或纵向 模式）或两次平行的观测（单天线重复轨道模式） ，获得同一区域的重复观测数据（复数影像对）， 综合起来形成干涉，得到相应的相位差，结合观测 平台的轨道参数等提取高程信息，可以获取高精度 ，高分辨的地面高程信息，而且利用差分干涉技术 可以精密测定地表沉降非成像微波传感器微波辐射计：被动接受目标地物微波辐射的传感 器。 微波散射计：被动探测目标地物微波散射特性的 传 感器。作业名词解释： 空间分辨率 波谱分辨率 辐射分辨率（辐射灵敏度） 时间分辨率
