单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1第四章 传感器v遥感技术的核心主要内容： 一、传感器的定义 二、传感器的组成 三、传感器的分类 四、传感器的性能指标 五、摄影型传感器 六、扫描方式的传感器 传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具它遥感技术系统中数据获取的关键设备它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度一、传感器的定义传感器的记录信息的形式:v 数字影像：记录在磁性介质之上的数字矩阵，能够被计算机存储、处理和使用，又称为数字量v 模拟影像：基于光学原理，利用感光胶片来曝光成像，通过光学摄影获得的物质胶片、相片；又称为模拟量（对现实的模拟）v 模拟影像和数字影像之间的转换称为数摸转换，A/D转换v A-analog signals; D-digital signals.三、（4.1）传感器的类型v按数据记录方式划分：非成像方式、成像方式（光学类 （摄影成像类） 、扫描类 （扫描成像类）v按波段划分：可见光、红外、微波v按工作方式划分：被动（光学摄影类、光电成像类、成像光谱仪）、主动（侧视雷达、全景雷达）四、（4.2）传感器的性能v（一）空间分辨率v指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，是像素所代表的地面范围的大小，或地面物体能分辨的最小单元，用来表征分辨目标细节能力的指标。
通常用像元（像素）大小、像解率或视场角表示v像元（pixel），单位：米，越小空间分辨率越高；v像解率，对于光学影像像片，单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行细线的条数来表示，单位：线/毫米，越大空间分辨率越高；v瞬时视场是指在扫描成像过程，一个光敏探测元件通过望远镜系统投影到地面上的直径或边长 最具实用意义的指标是传感器的分辨率，包括空间、时间、光谱、温度分辨率遥感数据类型分辨率/m应用IKONOS1城市规划、土地管理SPOT-HRV1-320宏观规划、国土资源SPOT-HRV Pan10立体量测ETM1-5，730陆地资源调查v对于特定传感器地面分辨率是定值，但印制的遥感影像比例尺可放大或缩小，地面分辨率在不同比例尺的具体影像上的反映称为为影像分辨率例如专题制图仪TM15，7波段的一个象素（pix）代表地面28.5米28.5米，或概略地说它的空间分辨率为30米，在1：10万图图像上影像分辨率为为0.3mm，在1：20 万图图像上则为则为 ？二）光谱分辨率（波谱分辨率）v波谱分辨率是指遥感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔间隔愈小，波谱分辨率愈高，反之则低一般认为，当最小波长间隔在不同量级变化时，其遥感类型命名也不同（见下表）v光谱分辨率变化幅度与遥感类型的关系vMss: 1002000nm；成像光谱仪：510nm。
一般来说，传感器的波段数越多，波段宽度越窄，地物的信息越容易区分和识别，针对性越强但也会造成信息量太大，反而不利于识别地物信息所以，要根据实际需要，恰当地选择波段三）时间分辨率v对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔，称为遥感图像的时间分辨率根据回归周期的长短，时间分辨率可分为三种类型：v超短（短）周期时间分辨率，以小时为单位，如气象卫星；v中周期时间分辨率，以天为单位；v长周期时间分辨率，以年为单位v例如，陆地资源卫星landsat 16天一次，静止气象卫星（地球同步气象卫星）：1次/0.5小时；太阳同步气象卫星：2次/天（四）温度分辨率v指热红外传感器分辨地表热辐射（温度）最小差异的能力如TM6图像的温度分辨率可达到0.5K五、（4.3）光学成像（摄影）类型传感器v光学照相机是最早的一种遥感器，也是今天常见的一种遥感器它的工作波段在近紫外、可见光到近红外（0.321.3微米）之间，通过光学系统采用胶片或磁带记录地物的反射光谱能量工作平台主要是航空平台，侦察卫星和早期的回收式遥感卫星v用于遥感的光学相机有以下几种类型：v框幅式摄影机（分幅式摄影机）；v缝隙式摄影机（又称航带摄影机） ；v全景摄影机（又称扫描摄影机 ）；v多光谱摄影机 。
分幅式摄影机缝隙式摄影机 全景摄影机 多光谱摄影机 多光谱摄影机有三种类型：多相机组合型、多镜头组合型和光束分离型 分幅式摄影机 v根据摄影的目的要求不同，相机的镜头透镜可用常角（视场角50-70）、宽角（视场角70-105）和特宽角镜头（视场角105-135）在同样平台高度的情况下，视场角愈大，覆盖地面范围愈大v镜头与焦平面的距离为该相机的焦距，焦距f200mm为长焦距现在常用的航空摄影相机的焦距在150mm左右用于航天的摄影机的焦距需要大于300mm，甚至大于1000mm的v一般的遥感摄影机镜头中心的光学分辨率通常在70-100线对/mm分幅式摄影机拍摄的地面一般呈长宽一致的方形在胶片上形成缩小了的地面影像vRMKA30/23 航天摄影机，焦距、像幅、高度、比例尺（？）、范围六、（4.4）光电成像与扫描v光电成像：传感器将收集到的电磁波能量，通过仪器内的光敏或热敏元件（探测器），转变成电能后再来记录下来的成像方式v优点为：扩大了探测的波段范围；便于数据的存储与传输v该类型传感器：电视摄像机、扫描仪和电荷耦合器件CCD，其中以多光谱扫描仪和CCD应用最为广泛扫描成像是指依靠探测元件和扫描镜对目标物以瞬间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。
扫描方式v线扫：传感器来回摆动，传感器摆动方向和传感器运动方向垂直，一次摆动获得多行数据一般为线阵排列v推扫：不需要摆动扫描镜，可以推扫方式获取沿轨道的连续图像带有线阵和面阵两种排列方式例如线阵列推扫式扫描仪Spot HRV(High Resolution Visible range instrument )推扫（一）红外扫描仪旋转扫描镜的作用是实现对地面横越航线方向的扫描，并将地面辐射来的电磁波反射到反射镜组反射镜组的作用是将地面辐射来的电磁波聚焦在探测器上探测器则是将辐射能转变成电能致冷器为了隔离周围的红外辐射直接照射探测器，一般机载传感器可使用液氧或液氮致冷电子处理装置主要是对探测器输出的视频信号放大和进行光电变换输出端是一个阴级射线管和胶片传动装置电流强度（视频信号）经电光变换线路调制阴极射线管的阴极，这时阴级射线管屏幕上扫描线的亮度变化相应于地面扫描现场内的辐射量变化胶片曝光后得到扫描线的影像上海市中心区热红外扫描图像 F ig.7 T herm a l in frared im age of Shangha i(cen tra l area)v说明：三维成像仪于2000年3月在上海市中心区飞行获取的热红外扫描图像、GPS数据和姿态数据进行了快速处理.这次飞行的高度约为650m,视场角CJFD2001http:/ （Multispectral Scanner） v利用多个波段的敏感元件同时对地物扫描成像的遥感器。
探测波段：紫外、可见光、红外波段v扫描仪每个探测器的瞬时视场为86urad，卫星高为915km，因此扫描瞬间每个像元的地面分辨率为79m x 79m，每个波段由6个相同大小的探测单元与飞行方向平行排列，这样在瞬间看到的地面大小为474m x 79m由于扫描总视场为11.56，地面宽度为185km，因此扫描一次每个波段此取6条扫描线图像，其地面范围为474m x185km又因扫描周期为73.42ms，卫星速度(地速)为6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星往前正好移动474m，因此扫描线恰好衔接地速是指飞机相对与地面物体的速度 Landsat-1，2携带的多光谱扫描仪Landsat7 TM、ETM+传感器 的波段设置和光谱效应波段波长（m）光谱段分辨率（米）光谱效应10.45-0.52蓝绿 光波段30水体透视、叶绿素、干燥土壤、茂密植被20.52-0.60绿光波段30水体、植被（林型、树种）30.63-0.69红光波段30植被种类、覆盖度；岩性、土壤、水中泥沙40.78-0.90近红外光波段30植被、生物量、作物长势监测51.55-1.75近红外光波段30土壤湿度与类型、植物含水量、岩性610.4-12.6热红 外光波段60地表温差、水温变化、城市热岛72.09-2.35近红外光波段30岩石类型、地质探矿与制图80.52-0.90全色波段15提高影像分辨率LandSat15米ETM全色卫星影像http:/www.phys.ncku.edu.tw/astrolab/mirrors/apod/ap990514.html舊金山市附近的自然景觀，以及周圍的丘陵地貌 (上方是北方)。
三個可見光波段照片所組合出來的自然色彩影像 QuickBrid传感器 多光谱扫描成像，包括1个全色波段，4个多光谱波段全色地面分辨率0.6米，多光谱地面分辨率2.7米波段波长（m）光谱段分辨率（米）光谱效应10.45-0.52蓝绿 光波段2.4-2.7同TM120.52-0.60绿光波段2.4-2.7同TM230.63-0.69红光波段2.4-2.7同TM340.76-0.90近红外光波段2.4-2.7同TM450.45-0.90全色波段0.6提高影像分辨率北京故宫0.6快鸟北京故宫0.6快鸟（三）CCDvCCD传感器(Charge Coupled Device)称电荷耦合器件，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v线阵列CCD推扫式成像仪用平行排列的CCD探测杆收集地面辐射信息，每根探测杆由3 000/6 000个CCD元件呈一字排列，负责收集某一波段的地面辐射信息使用线阵列的CCD元件作探测器，在瞬间能同时得到垂直航线的一条图像线，不需要用摆动的扫描镜，像缝隙摄影机那样，以“推扫”方式获取沿轨道的连续图像条带一幅影像由若干条线影像拼结而成v若干个CCD器件排在一个矩形中，可构成面阵列传感器，面阵一次得到一个2维数字方阵，某一瞬间获得一幅完整的影像。
与框幅式摄影相似SPOT HRV (High Resolution Visible)传感器的波段设置和光谱效应 在Spot5上增加了HRG传感器vWetlands of special state concern (yellow) and submerged aquatic vegetation (green) displayed on SPOT 10-meter panchromatic image of Chesapeake Bay area. This image of Anne Arundel County, Maryland, illustrates MERLINs mapping and data display capabilities and was taken directly from the Web site. 七、4.5成像光谱仪和高光谱分辨率遥感技术（Imaging Spectrometer）v成像光谱仪是遥感领域中的新型遥感器，它把可见光、红外波谱分割成几十个到几百个波段，每个波段都可以取得目标图像，同时对多个目标图像进行同名地物点取样，取样点的波谱特征值随着波段数愈多愈接近于连续波谱曲线。
这种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，按该原理制成的遥感器称为成像光谱仪 v成像光谱仪基本上属于多光谱扫描仪，其构造与CCD线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪相同，区别仅在于通道数多，各通道的波段宽度很窄高光谱分辨率遥感技术P116v利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获取有关数据它以纳米级的超高光谱分辨率和几十或几百个波段同时对地物成像，能够获得地物的连续光谱信息v成像光谱仪的成像特点v美国宇航局“阿卡”(取自拉丁文，意思是“水”)卫星中分辨率成像光谱仪所拍摄到的卫星图片反映了澳大利亚维多利亚州2009年2月7日的山火情况，维多利亚州有多处。