第三章传感器及成像特点

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1、1、传感器的组成2、传感器类型及成像原理3、遥感地面接收站4、遥感图像的特征第三章、遥感传感器及其成像原理第三章、遥感传感器及其成像原理2021/6/713. 1传感器的基本组成及工作原理传感器的基本组成及工作原理 包括：收集系统、探测系统、信号转换系统、记录系统。包括：收集系统、探测系统、信号转换系统、记录系统。 1 1、收集系统、收集系统-透镜(镜头) 反射镜 功能功能接收电磁波并将其聚焦成像聚焦成像探测系统2021/6/72 2、探测系统、探测系统-光电探测器-光电转换 功能：对电磁辐射敏感、能将辐射能转换成电信号的探测器探测元件:光子探测器（量子探测器） 特点：特点：每种器件具有确定的

2、波谱响应范围；每种器件具有确定的波谱响应范围； 如：感光胶片0.31.3m CCD 0.41.1m 碲镉汞(Hg0.8Cd0.2Te) 锗掺汞(Ge:Hg) 响应速度快；灵敏度高响应速度快；灵敏度高814m2021/6/733、信号转换系统、信号转换系统功能功能：电光转换-将电信号转换为便于显示、记录、处理的光信号 除感光胶片直接吸收光能，发生光化学作用形成潜影，经显影、定影等化学处理获得影像外，其它探测元件输出的都是电信号。 转换装置转换装置:氖灯管或显像管-它们的亮度随电信号的强弱而变化，产生变化的光点通过光机扫描仪成像在胶片上，或经电子扫描在显示器上输出（显示）光学影像。2021/6/7

3、44、记录系统、记录系统功能功能:将探测系统或信号转换系统输出的电磁波信息（光信号）记录、存储到遥感信息载体，以影像或数字形式输出。 遥感信息载体遥感信息载体：指记录、存储成像遥感器输出信号的介质。 模拟形式模拟形式-感光胶片、磁带 数字形式数字形式-磁带、磁盘、光盘2021/6/75摄影方式摄影方式-感光胶片被景物电磁能激活而产生景物的潜影(指肉眼看不到但客观又存在的潜伏影像)扫描方式扫描方式-探测器对场景进行扫描，逐点（行、面）以数字形式在磁带上记录景物模拟信号，这种记录是一种经电光转换而能形成直观影像的潜影。 记录系统（续记录系统（续1 1）2021/6/76 .感光材料: 凡经曝光后发

4、生光化学作用凡经曝光后发生光化学作用,经过一定的化学或物理经过一定的化学或物理方法处理后方法处理后,能够形成固定影像的能够形成固定影像的 各种材料的总称。各种材料的总称。 摄影过程中记录光学影像的媒介和摄影影 像的载体感光片胶片 胶卷 (透明) 像纸 (不透明)记录系统（续记录系统（续2 2）2021/6/77 基本结构基本结构 乳剂层乳剂层 感光剂 粘和剂 增感剂 补加剂 支持体支持体 片基 纸基 辅助层辅助层 结合层 保护层 背面层 记录系统（续记录系统（续3 3）2021/6/78 感光乳剂感光乳剂:卤化银微晶体(及加入的光谱增感剂、成色剂)和明胶溶液的悬浊液 感光剂感光剂-卤化银卤化银

5、AgX: AgBr AgCl AgI 遇光后发生化学变化形成潜影,经显影处理后,已感光的银盐粒子还原成黑色银粒。 注注:本身只感波长小于本身只感波长小于0.5m 的蓝、紫、紫外光的蓝、紫、紫外光记录系统（续记录系统（续4 4）2021/6/79 感色性感色性-感光片对光谱中不同波长光线敏感光片对光谱中不同波长光线敏 感的程度和范围感的程度和范围 由乳剂中加入的光谱增感剂的性质决定 .盲片色盲片色 只含AgBr和少量AgI 未加光谱增感剂 0.340.5m .正色片正色片 在色盲乳剂中加入正（绿）色增感剂 0.340.58m(在在0.50.52m处略有下降处略有下降) .全色片全色片 在色盲乳剂

6、中加入多种光谱增感剂 0.340.72m(对对0.50.52m的绿光感光度稍低的绿光感光度稍低) 记录系统（续记录系统（续5 5）2021/6/710盲色片盲色片(未增感未增感)全全色色片片正色片正色片红外片红外片 .黑白红外片黑白红外片 乳剂中加入红外增感剂,感光范围扩大到0.91.3m 记录系统（续记录系统（续6 6）2021/6/711 黑白全色片 黑白红外片记录系统（续记录系统（续7 7）2021/6/712 .彩色片彩色片 乳剂由卤化银、光谱增感剂和成色剂组成 天然彩色片 红外彩色片 记录系统（续记录系统（续8 8）2021/6/713记录系统（续记录系统（续9 9）光电转换电光转换

7、 .磁带-遥感信息的暂时性记录介质是具有磁表面的柔软带状记录介质 .模拟磁带2021/6/714 .数字磁带数字磁带 探测系统输出的电压信号，经过模/数（A/D）转换，对电压曲线分段读数（取样、量化）并以二对电压曲线分段读数（取样、量化）并以二进制数码表示进制数码表示，记录这种数据的磁带称数字磁带。 HDDT (High Density Digital Tape) CCT (Computer Compatible Tape)记录系统（续记录系统（续1010）2021/6/715描述遥感器的特性参数描述遥感器的特性参数 1 1、空间分辨率、空间分辨率2 2、波谱分辨率、波谱分辨率3 3、辐射分辨

8、率、辐射分辨率4 4、时间分辨率、时间分辨率B B G GR R NIRNIRJanJan1515FebFeb 15 1510 m10 m10 m10 m2021/6/7161 1、空间分辨率、空间分辨率义义含含种种两两表示按地物几何特征表示按地物几何特征( (尺寸和形状尺寸和形状) )和空间分和空间分布布, ,即在形态学基础上识别目标的能力。即在形态学基础上识别目标的能力。 . 遥感器的技术鉴别能力即能把两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. 遥感器观察地面特征所需要的有效探测和分析的分辨率2021/6/717空间分辨率（续）空间分辨率（续）低分辨率高分辨率中分辨率不同空间

9、分辨率遥感图像2021/6/7182、光谱分辨率、光谱分辨率指遥感器在接收目指遥感器在接收目标辐射的波谱时，能分标辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔，即辨的最小波长间隔，即遥感器的工作波段数目、遥感器的工作波段数目、波长及波长间隔波长及波长间隔(波带宽波带宽度度) 。2021/6/719 光谱分辨率高-意味着： .区分具有微小波谱特征差异地物的能力强； .数据量大，传输、处理难度大； .各波段间数据的相关性大。 应服从应用目的-结合地物特征波谱 选择能提供最大信息量的 最佳波段和多波段组合2 2、光谱分辨率（续）、光谱分辨率（续）2021/6/7203 3、辐射分辨率（辐射灵敏度）、辐射分辨率

10、（辐射灵敏度） 遥感器测量的是地物的波谱辐射度 辐射分辨率指遥感器探测元件在接收波谱辐射信号时，辐射分辨率指遥感器探测元件在接收波谱辐射信号时，能分辨的最小辐射度差。能分辨的最小辐射度差。即把遥感器输出信号的总范围， 从黑到白，分解成大量刚好能辨别的灰度等级反映地物在波谱辐射度或反射率上的微细差异 辐射分辨率高-识别两同等空间分辨率目标的能力强2021/6/7214 4、时间分辨率、时间分辨率 遥感器成像间隔的性能指标 遥感器须对目标的运动（变化）进行连续均匀、不间断地探测 为分析、识别目标所必须具有的最小时间间隔，称时为分析、识别目标所必须具有的最小时间间隔，称时间分辨率间分辨率 注意：对同

11、一目标遥感器重复成像的周期、 覆盖周期 、重访周期2021/6/7222、遥感器的类型及成像原理、遥感器的类型及成像原理按信息记录形式： 非成像遥感器-侧重时间、光谱分辨率 成像遥感器成像遥感器-强调空间分辨率强调空间分辨率 摄影方式摄影方式 扫描方式扫描方式按辐射源：被动式（自然）被动式（自然） 主动式（人工）主动式（人工）2021/6/7232、遥感器的类型及成像原理、遥感器的类型及成像原理1、摄影方式传感器2、扫描方式传感器 机载红外扫描仪的成像原理 多光谱扫描仪成像原理（MMS、TM、TM+）3、推扫式传感器成像原理（HRV）4、成像光谱仪5、雷达成像原理2021/6/7241. 摄影

12、方式遥感器摄影方式遥感器 各类摄影机2. 扫描方式遥感器扫描方式遥感器 .电子扫描遥感器电子扫描遥感器 .光机扫描遥感器光机扫描遥感器 .固体自扫描遥感器固体自扫描遥感器 .天线扫描遥感器天线扫描遥感器 .成像波成像波(光光)谱仪谱仪2021/6/7252.1摄影方式遥感器摄影方式遥感器指经过透镜(组)，按几何光学的原理聚焦构像，用感光材料，通过光化学反应直接感测和记录目标物反射的可见光和摄影红外波段电磁辐射能，在胶片或像纸上形成目标物固化影像的遥感器2021/6/726优点：空间分辨率高 成本低 易操作 信息量大缺点：局限性大 0.31.3m影像畸变较严重成像受气侯、光照和大气效应的限制须回

13、收胶片 影像形成周期长无法实时观测2.1摄影方式遥感器（续摄影方式遥感器（续1）2021/6/727各类摄影机-按结构及胶片曝光方式分类2.1 摄影方式遥感器（续摄影方式遥感器（续2）2021/6/72829 航摄仪2.1 摄影方式遥感器（续摄影方式遥感器（续3）2021/6/7292.1 摄影方式遥感器（续摄影方式遥感器（续4）2021/6/730BGRIR2021/6/731摄影方式遥感器（续摄影方式遥感器（续6）2021/6/7322.2扫描方式遥感器扫描方式遥感器优点：优点：可对全部五个大气窗口的电磁辐射进行探测可进可对全部五个大气窗口的电磁辐射进行探测可进行多波段、超多波段遥感行多波

14、段、超多波段遥感-波谱分辨率高输出电信号，波谱分辨率高输出电信号，可用磁带记录，可实时传输所获是辐射量的定量数据可用磁带记录，可实时传输所获是辐射量的定量数据,便于校正和图像处理便于校正和图像处理缺点：缺点：空间分辨率相对较低空间分辨率相对较低 2021/6/733 .电子扫描遥感器电子扫描遥感器-RBV-映像面扫描 由扫描电子束逐次扫描经透镜在焦平面上形成的光像而成像2.2扫描方式遥感器（续扫描方式遥感器（续1）2021/6/734光机扫描遥感器光机扫描遥感器 借助平台沿航向运动和本身光学机械垂直航向的横向扫描，共同完成地面覆盖，获得条带形地面影像2.2扫描方式遥感器（续扫描方式遥感器（续2

15、）2021/6/735IFOV Instantaneous field of view -瞬时视场瞬时视场 空间分辨率 地面分辨率2.2 扫描方式遥感器（续扫描方式遥感器（续3）2021/6/736热红外扫描仪热红外扫描仪 组成： 光学-机械扫描 热红外探测扫描成像过程扫描成像过程扫描线的衔接问题扫描线的衔接问题分辨率的问题分辨率的问题热红外图像特征热红外图像特征2021/6/737 扫描线的衔接 (单像元排列）飞行速度飞行速度W=/t(扫描一次的时间扫描一次的时间)当当Wt=时时,不会出现扫描空隙和重复不会出现扫描空隙和重复因因wt=H,w/H=/t为常数为常数2021/6/7382021/

16、6/739 空间空间分辨率分辨率瞬间视场瞬间视场=d/f空间分辨率空间分辨率0=H=dH/f dH星下点时星下点时2021/6/740=H=Hsecec=0 0secsec=secsec=0 0secsec2 2平行航线方向平行航线方向垂直航线方向垂直航线方向2021/6/741航空像片航空像片热红外描像片热红外描像片2021/6/742某机场晚间热图像某机场晚间热图像2021/6/743 午后午后13:00成像成像凌晨凌晨4:00成像成像2021/6/744MSS多光谱扫描仪（Multi-spectral Scanner） 点扫描成像点扫描成像2021/6/745 （1 1）扫描仪的结构）扫

17、描仪的结构扫描反射镜扫描反射镜 摆动频率摆动频率-13.62HZ总观测视场角总观测视场角-11.56 反射镜组反射镜组由主反射镜和次反由主反射镜和次反射镜组成射镜组成2021/6/7462021/6/747成像板24+2个玻璃纤维元MSS 4-7 空间分辨力为 79m79m MSS 8 分辨力为 240m240m32456飞飞行行方方向向1扫描方向扫描方向0.5-0.6m0.7-0.8m0.6-0.7m0.8-1.1m10.4-12.6m波段波段 4 5 6 7 8 4 5 6 7 8 2021/6/748探测器将辐射能转变成电信号输出将辐射能转变成电信号输出MSS4，5，6采用采用18个光电

18、倍增管个光电倍增管MSS7使用六个硅光电二极管使用六个硅光电二极管MSS8采用采用2个汞镉碲热敏感探测器个汞镉碲热敏感探测器 输出输出 数字影像数字影像(2340行行2340列列)采样后影像分辨率为采样后影像分辨率为57M79M2021/6/749 从左至右从左至右, ,垂直飞行方向逐点扫描垂直飞行方向逐点扫描, ,得到一条相应于地面得到一条相应于地面的图像线的图像线 卫星向前运动，第二次扫描得到第二条扫描线卫星向前运动，第二次扫描得到第二条扫描线 成像过程2021/6/750 扫描一次扫描一次扫描总视场：扫描总视场：11.56地面宽度：地面宽度：185km六条扫描线图像的地面范围六条扫描线图

19、像的地面范围:474mX185km 扫描线衔接（扫描线衔接（6 6个感应元排一列）个感应元排一列）因扫描周期为因扫描周期为73.42ms卫星速度（地速）卫星速度（地速）6.5km/s79m6=474m=73.42ms6.5km/s在扫描一次的时间里卫星往前正好移动在扫描一次的时间里卫星往前正好移动474m，扫描线，扫描线恰好衔接恰好衔接2021/6/751185.3KM宽 飞行方向飞行方向123456123456主 动 扫 描 回 扫 474MMSS扫描成像过程扫描成像过程2021/6/752 MSS影像特征 存在全景变形存在全景变形, ,空间分辨率为空间分辨率为79m79m Landsat1

20、-3 Landsat1-3有五个波段有五个波段MSS4(MSS4(绿绿) )、MSS5(MSS5(红红) )、MSS6 (MSS6 (红外红外) )、MSS7 (MSS7 (红外红外) )、MSS8(MSS8(热红外热红外) )几何特征几何特征波谱特征波谱特征2021/6/7533.2.3.2扫描方式遥感器（续扫描方式遥感器（续5） TM(专题制图仪专题制图仪)(Thematic Mapper) 组成: 机械扫描机械扫描 分光分光2021/6/754 探测器探测器 探测器共有探测器共有100个个,分七个波段呈错分七个波段呈错开排列开排列TM15及及TM7的探测器的探测器有有16个个,每个每个的

21、瞬时视场在地面上为的瞬时视场在地面上为3030TM6的探测器有的探测器有4个个,每个的瞬时视场每个的瞬时视场在地面上为在地面上为1201202021/6/7552021/6/756半个扫描周期，即单向扫描所用的时间为半个扫描周期，即单向扫描所用的时间为71.46ms，卫星正好飞过地面，卫星正好飞过地面480m，下半个扫描，下半个扫描周期获取的周期获取的16条图像线正好与上半个扫描周期的条图像线正好与上半个扫描周期的图像线衔接图像线衔接2021/6/757TM 特点 1、TM中增加一个扫描改正器中增加一个扫描改正器,使扫描行垂直于飞行轨道使扫描行垂直于飞行轨道(MSS扫描不垂直于飞行轨道）扫描不

22、垂直于飞行轨道）;2、往返双向都对地面扫描（往返双向都对地面扫描（MSS仅单向扫描）；仅单向扫描）；3、地面分辨率由、地面分辨率由79米到米到30米；米；4、波段由、波段由5个增加到个增加到7个；个；5、有热红外通道、有热红外通道TM6。2021/6/758ETM 特点 1、增加了全色波段，分辨率为、增加了全色波段，分辨率为15米米;2、采用双增益技术使热红外波段的分辨率提高到采用双增益技术使热红外波段的分辨率提高到60米；米；3、改进后太阳定标器使卫星的辐射定标误差小于、改进后太阳定标器使卫星的辐射定标误差小于5%。2021/6/759 以CCD为探测元件的固体自扫描成像遥感器2.3固体自扫

23、描遥感器固体自扫描遥感器2021/6/760CCD-Charge Coupling Device 电荷耦合器件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 2.3固体自扫描遥感器（续固体自扫描遥感器（续1）2021/6/761 电子扫描装置电子扫描装置 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2.3固体自扫描遥感器（续固体自扫描遥感器（续2）2021/6/762CCD 的工作原理的工作原理: CC

24、D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2.3固体自扫描遥感器（续固体自扫描遥感器（续3）2021/6/763CCD三种主要功能三种主要功能:光电转换光电转换-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电荷积累-当电压加到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电荷转移-加高压形成深势阱, 加低压形成的势阱

25、浅-电荷可进行转移-实现信号传输固体自扫描遥感器固体自扫描遥感器2021/6/764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。地面分辨率地面分辨率取决于取决于CCD元的元的大小大小 2.3固体自扫描遥感器（续固体自扫描遥感器（续4）2021/6/765线列线列CCD光敏元的数目等于行扫方向上的像元数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方式

26、转移输出，而不同于其强度成正比的电荷量通过耦合方式转移输出，而不同于其它探测器输出的是电压信号。它探测器输出的是电压信号。2.3固体自扫描遥感器（续固体自扫描遥感器（续5）2021/6/766推扫式扫描仪推扫式扫描仪（Push-Broom) SPOT卫星HRV：High Resolution Visible Sensor -高分辨率可见光遥感器 固体自扫描遥感器（续固体自扫描遥感器（续6）2021/6/767面阵面阵CCD 矩阵式排列的CCD元可象胶片一样同时曝光 -记录整幅画面固体自扫描遥感器（续固体自扫描遥感器（续7）2021/6/768固体自扫描成像遥感器特点：固体自扫描成像遥感器特点：

27、 .一改光机扫描的逐点扫描为逐行扫描、逐面一改光机扫描的逐点扫描为逐行扫描、逐面扫描扫描-革除了机械部件革除了机械部件,简化了结构简化了结构,避免了因振动避免了因振动引起的噪声；引起的噪声；.光敏元同时曝光光敏元同时曝光-延长了信号驻留时间延长了信号驻留时间,提高提高了遥感器的灵敏度；了遥感器的灵敏度；.波谱响应范围宽波谱响应范围宽-硅光敏元可探测硅光敏元可探测0.41.1m;.无畸变、体积小、功耗低、寿命长可靠性强。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使成像遥感器的结构发生了根本性变革 2.3 固体自扫描遥感器（续固体自扫描遥感器（续8）2021/6/

28、769地面带宽地面带宽60kmSPOT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。SPOT成像特点成像特点2021/6/770SPOT成像特点成像特点以“推扫”方式获取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（0.6

29、1-0.68） 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 2021/6/771反射镜左右倾斜最大为反射镜左右倾斜最大为27度，有立体观测能力度，有立体观测能力邻轨立体邻轨立体2021/6/772SPOT41）全色波段）全色波段0.51-0.73m改为波段改为波段(0.61-0.68m)2）增加了一个）增加了一个SWIR（ShortWaveInfrared，短波红外）波，短波红外）波段。段。2021/6/7733.3 成像波成像波(光光)谱仪谱仪(高光谱分辨率遥感高光谱分辨率遥感)成像波成像波(光光)

30、谱仪谱仪 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2021/6/774成像波成像波(光光)谱仪谱仪(高光谱分辨率遥感高光谱分辨率遥感)（续（续1）成像形式：1、 线阵扫描 2、面阵推扫2021/6/775成像波成像波(光光)谱仪谱仪(高光谱分辨率遥感高光谱分辨率遥感)（续（续2）成像光谱仪技术要求：1、 收集光系统要求：尽量使用反射式光学系统，且要求具有去球面像差、像散差、以及畸变像差的非球面补偿的光学系统；（几何和辐射畸变小）2、分光系统要求：使用由狭缝、平行光管、棱镜以及绕射光栅组成的分光系统；（分光准确、辐射误差小）3、探测器要求：高灵敏度的成千上万个线

31、阵或面阵且可以感受可见光和红外波区探测器；（高空间、光谱分辨率）4、数据记录系统：具有高速数据量化、记录和传输技术。（记录及时准确）2021/6/7763.4天线扫描成像遥感器天线扫描成像遥感器(成像雷达成像雷达)成像雷达成像雷达-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成像雷达 。2021/6/777RRg成像雷达成像雷达 是指用雷达一点一点地测量来自地球的回波信号，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 天线扫描成像遥感器天线扫描成像遥感器(成像雷达成

32、像雷达)（续（续1）2021/6/778RA-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合成孔径侧视雷达合成孔径侧视雷达天线扫描成像遥感器天线扫描成像遥感器(成像雷达成像雷达)2021/6/779后向散射回波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。微波遇目标后发生微波遇目标后发生反射和散射，其中沿发反射和散射，其中沿发射方向返回的部分射方向返回的部分称称后后向散射

33、回波向散射回波 天线扫描成像遥感器天线扫描成像遥感器(成像雷达成像雷达)2021/6/780RRgX Y Z斜距斜距(R):天线至目标的径向距离 地面距离地面距离(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 天线扫描成像遥感器天线扫描成像遥感器(成像雷达成像雷达)2021/6/781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

34、信号逐个处理对回波信号逐个处理影像灰度影像灰度-后向散射回波强度后向散射回波强度回波信号也可记录在磁带上天线扫描成像遥感器天线扫描成像遥感器(成像雷达成像雷达)2021/6/782地面分辨率地面分辨率: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方位向分辨率(Ra)-航向方向距离向分辨率距离向分辨率(Rr)-垂直航向方向两者互不相关两者互不相关天线扫描成像遥感器天线扫描成像遥感器(成像雷达成像雷达)2021/6/783定向线性天线阵定向线性天线阵-增大天线孔径等效于一个大天线的线性天线阵, 能够形成窄的波束波束窄-方向

35、性好-方位向分辨率高 SAR -Synthetic Aperture Radar 合成孔径雷达合成孔径雷达天线扫描成像遥感器天线扫描成像遥感器(成像雷达成像雷达)2021/6/784 1 真实孔径雷达 （1）工作原理）工作原理地面各点到飞机的距离不同，接收机接地面各点到飞机的距离不同，接收机接收到许多收到许多信信号，以它们到飞机距离的远近，号，以它们到飞机距离的远近，先后依序记录先后依序记录信号的强度与辐照带内各种地物的特性、信号的强度与辐照带内各种地物的特性、形状和坡向等有关。形状和坡向等有关。2021/6/7852021/6/786（2） 真实孔径侧视雷达的分辨力 在脉冲发射的方向上，能在

36、脉冲发射的方向上，能分辨两个目标的最小距离分辨两个目标的最小距离斜距分辨率斜距分辨率Rd=(c)/2地距分辨率地距分辨率Rr=(csec)/2R Rr Rd距离分辨力距离分辨力2021/6/787地距分辨率地距分辨率Rr=(csec)/2越远的地物越能分清越远的地物越能分清垂直航线方向垂直航线方向2021/6/788地距分辨率地距分辨率Rr=(csec)/2传感器设计时，要提高传感器设计时，要提高距离分辨率，应如何做距离分辨率，应如何做?2021/6/789相邻的两束脉冲之间，能分辨两个相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离目标的最小距离R=R=R/D天线天线D R1 R2 R1R2方位

37、分辨力方位分辨力2021/6/790波瓣角与方位分辨率波瓣角与方位分辨率*波瓣角在意义上波瓣角在意义上与光学上的最小分与光学上的最小分辨角相近。辨角相近。2021/6/791方位分辨力越近的地物越能分清越近的地物越能分清平行航线方向平行航线方向2021/6/792传感器设计时，要提传感器设计时，要提高高方位分辨率，应如何做方位分辨率，应如何做?R=R=R/D2021/6/793合成波束宽度合成孔径侧视雷达合成孔径侧视雷达（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用一个小天线合成一个大孔径(天线天线)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

38、位向分辨率都很高的雷达图像天线扫描成像遥感器天线扫描成像遥感器(成像雷达成像雷达)2021/6/794合成孔径雷达SAR （1）原理原理用一个小天线作为单用一个小天线作为单个辐射个辐射单元单元将此单元沿一直线不断将此单元沿一直线不断移动移动当移动一段距离当移动一段距离LS后，存贮后，存贮的信号和实际天线阵列诸单的信号和实际天线阵列诸单元所接收的信号非常元所接收的信号非常相似相似2021/6/7952021/6/7962021/6/7972021/6/798RADAR RADAR 图图像的产生像的产生2021/6/799 2 合成孔径雷达的分辨力 方位分辨力为 Rs=R/ Ls Ls= R =R

39、/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方位分辨力只与实际使用的天线孔径有关2021/6/7100是不是天线越短越好？为什么？ Rs=D/22021/6/71013侧视雷达图像的特侧视雷达图像的特征征 垂直飞行方向的比例尺由小变垂直飞行方向的比例尺由小变大大1/mc1/mb1/ma越远影像比例尺越大越远影像比例尺越大(1)(1)几何特征几何特征2021/6/7102 地面上地面上AB线段投影到影像上为线段投影到影像上为ab,比例尺比例尺为：为：2021/6/7103侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征飞飞行行方方向向2021/6/7104 造成山体前倾

40、造成山体前倾朝向传感器的山坡影像被压缩，朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长，还会而背向传感器的山坡被拉长，还会出现不同地物点重影现象。出现不同地物点重影现象。2021/6/7105前倾前倾2021/6/7106斜距投影的特点斜距投影的特点雷达阴影雷达阴影侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征2021/6/7107肇庆地区机载SAR影像2021/6/7108 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2021/6/7109斜距投影的特点斜距投影的特点反立体图像反立体图像 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何

41、特征2021/6/7110 与入射角有关与入射角有关 朝向飞机方向的坡面朝向飞机方向的坡面-反射强烈反射强烈-很亮很亮 朝天顶方向朝天顶方向-弱些弱些-较亮较亮 背向飞机方向背向飞机方向-反射很弱反射很弱( (没回波没回波)-)-很暗很暗 (2) (2) 侧视雷达图像的色调特征侧视雷达图像的色调特征 2021/6/7111 与地面粗糙程度有关与地面粗糙程度有关 地面地物微小起伏小于雷达波波长地面地物微小起伏小于雷达波波长 - -镜面漫反射镜面漫反射-很暗很暗 地面微小起伏大于或等于发射波长地面微小起伏大于或等于发射波长 - -漫反射漫反射-较亮较亮 “ “角隅反射角隅反射”-”-反射波强度更大

42、反射波强度更大-很很亮亮2021/6/7112 与地物的电特性有关与地物的电特性有关物体复合介电常数高物体复合介电常数高-反射雷达波强反射雷达波强-亮亮2021/6/7113有较强的穿透能力有较强的穿透能力它能穿透云层、树木和水它能穿透云层、树木和水,得得到下面的地表信息到下面的地表信息另一方面微波在物体内会产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生体散射，因此能将地下的一些状况反映出来状况反映出来(3)侧视雷达图像的其他特征侧视雷达图像的其他特征2021/6/7114Cosmo-SkyMed高分辨率雷达图像高分辨率雷达图像 2021/6/7115（2）将将SAR两次或者多次观测

43、的数据进行干两次或者多次观测的数据进行干涉处理，利用相位信息提取地面高程信息，涉处理，利用相位信息提取地面高程信息，这就是目前的热点这就是目前的热点INSAR；德国已经建成的机载德国已经建成的机载SAR系统系统(AeS1，2，3),，其，其空间分辨率从空间分辨率从0.5米到米到5米，用米，用InSAr生成的生成的DEM高程精度高程精度为为0.25m到到2m。 2021/6/7116 相干雷达（INSAR） INSAR就是利用就是利用SAR在平行轨道上在平行轨道上对同一地区获取两幅（或两幅以上）的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，进而得到该单视复数影像来形成干涉，进而得到

44、该地区的三维地表信息。地区的三维地表信息。2021/6/7117该方法充分利用了雷达回波信号所携带该方法充分利用了雷达回波信号所携带的相位信息，获得同一区域的重复观测数的相位信息，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，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。参数等提取高程信息。例如：例如：ERS-1/2/ENVISAT组合组合2021/6/7118亮度图象亮度图象相位图象相位图象相干雷达（相干雷达（INSAR）2021/6/7119雷达图像信号：亮度：亮度+相位相位 复雷达图像：复雷达

45、图像： 亮度图像亮度图像相位图像相位图像相干雷达（相干雷达（INSAR）2021/6/7120相干雷达（相干雷达（INSAR）2021/6/7121中科院电子所 19822021/6/71222021/6/71233.3遥感地面接收站遥感地面接收站监控卫星运行，接收遥感和遥测数据及对信息进行数据处理和贮存的地面设施 任务：接收、处理、存档、分发各种遥感数据 北京站接收半径-2400Km2021/6/7124中国遥感卫星地面站根据邓小平同志1979年访美期间所签中美科技合作备忘录建立, 于1986年建成并投入正式运行。3.3遥感地面接收站（续遥感地面接收站（续1）2021/6/7125 中国科学

46、院中国遥感卫星地面站主楼中国科学院中国遥感卫星地面站主楼 中国资源卫星接收系统，由中科院密云地面接收站，广州、乌鲁木齐资源卫星地面接收站和数据处理中心组成。数据处理中心，包括数据预处理，数据分发和用户服务、以及运行管理等分系统。 3.3遥感地面接收站（续遥感地面接收站（续2）2021/6/71263.3遥感地面接收站（续遥感地面接收站（续3）2021/6/71273.4遥感信息的传输遥感信息的传输3.4.1直接回放直接回放遥感信息向地面传输方式：遥感信息向地面传输方式： 直接回放直接回放-易行、保密、不能实时传输 1.遥感平台返回地面,直接回收遥感器输出的磁带或胶片-飞机、气球、航天飞机 2.

47、按地面指令,遥感平台的再入舱与仪器舱分离,再入舱单独返回地面,从再入舱内取出磁带或胶片,仪器舱在运行轨道上自行殒毁 (国土资源卫星) 2021/6/71283.4.1直接回放（续）直接回放（续）2021/6/71293.4.2视频数据传输视频数据传输视频数据传输视频数据传输-是将目标物信息用无线电发往地面接收站 探测器输出的视频数据，通过通讯设备，以S、X或Ku波段的微波视频信道向地面发送1.实时实时(近实时)传输传输在地面站视野内或经数据中继卫星(TDRS) (美国)国内通信卫星(DMSAT)在地面站视距作用范围以外区域进行实时或近实时传输2021/6/7130加拿大地面站视频数据近实时传输

48、数据中继卫星(TDRS) 国内通信卫星 (DMSAT) 高度35000km戈达德空间飞行中心地面站DOMSATTDRSEROS数据中心地面站跟踪与数据中继地面站 W h it e3.4.2视频数据传输（续视频数据传输（续1）2021/6/71312.非实时传输在地面站视距范围外,先将数据暂时记录在平台上的视频磁带机（WBVTR）上,待平台飞越地面站上空时在向地面站传送3.4.2视频数据传输（续视频数据传输（续2）2021/6/7132 遥感影像遥感影像: 由遥感器对地球表面摄影或扫描获得的影像 遥感图像遥感图像: 遥感影像经过处理或再编码后产生的与原物相似的形象 光学摄影成像的二维连续的图像光

49、学摄影成像的二维连续的图像 -像片像片(Photograph) 扫描成像的一维连续一维离散或扫描成像的一维连续一维离散或 二维离散的图像二维离散的图像-图像图像 (Image) 3.5 遥感图像的特性（续遥感图像的特性（续1）2021/6/7133SIR-A图像合成孔径成像雷达图像合成孔径成像雷达图像 (微波微波)天线扫描天线扫描HRV图像固体自扫描图像固体自扫描图像 (可见光可见光近红外近红外)固体自扫描固体自扫描超多波段扫描图像超多波段扫描图像 (可见光可见光近红外近红外)多波段扫描图像多波段扫描图像 (紫外紫外远红外远红外) 热红外图像MSS、TM图像成像波谱仪图像红外扫描图像红外扫描图

50、像 (中、远红外中、远红外)光机扫描光机扫描RBV图像电视摄像图像 (可见光可见光)电子扫描电子扫描扫扫描描 图图像像全景像片全景像片 ( 可见光可见光近红外近红外)多波段像片多波段像片 ( 紫外紫外近红外近红外)紫外像片 ( 紫外)彩色红外像片彩色红外像片(部分可见光部分可见光+近红外近红外)黑白红外像片黑白红外像片(部分可见光部分可见光+近红外近红外)非常规摄影非常规摄影天然彩色像片天然彩色像片 ( 可见光可见光)航空像片 航天像片黑白全色像片黑白全色像片 ( 可见光可见光)常规摄影常规摄影光光学学摄摄影影 像像片片实例实例图像名称及工作波段图像名称及工作波段成像方式成像方式按成像遥感器成

51、像方式和工作波长的遥感图像分类表按成像遥感器成像方式和工作波长的遥感图像分类表3.5 遥感图像的特性（续遥感图像的特性（续2）2021/6/7134从波谱学方面从波谱学方面,根据遥感器探测记录的波谱特性差异根据遥感器探测记录的波谱特性差异识别地物和现象识别地物和现象,是遥感应用的基本出发点是遥感应用的基本出发点影像灰度或色彩差异 遥感图像上波谱特性差异其响应(感测)波段内电磁辐射能量大小的反映。（波谱分辨率辐射分辨率）3.5.1遥感图像的基本属性遥感图像的基本属性3.5.1.1 波谱特性波谱特性2021/6/7135Spectral Spectral ResolutionResolution3

52、.5.1.1 波谱特性波谱特性（续（续1）2021/6/7136黑白全色像片黑白全色像片天然彩色像片天然彩色像片 反映地物对可见光的反射能量反映地物对可见光的反射能量 黑白红外像片黑白红外像片 彩色红外像片彩色红外像片 反映地物在部分可见光和摄影红外波反映地物在部分可见光和摄影红外波的反射能量的反射能量3.5.1.1 波谱特性波谱特性（续（续2）2021/6/7137德州热红外图像热红外图像 反映地物在热红外波反映地物在热红外波段的热辐射能量段的热辐射能量( (辐射温度辐射温度) ) 成像雷达图像成像雷达图像 反映地物对人工发射反映地物对人工发射微波后向散射回波的强度微波后向散射回波的强度 多

53、波段、超多波段图像多波段、超多波段图像 其灰度是其各自响应其灰度是其各自响应波段辐射能量大小的反映波段辐射能量大小的反映3.5.1.1 波谱特性波谱特性（续（续3）2021/6/7138是从形态学方面识别地物、测绘地图、建立解译标是从形态学方面识别地物、测绘地图、建立解译标志、图像几何校正及增强处理的重要依据志、图像几何校正及增强处理的重要依据 涉及：成像遥感器的空间分辨率；图像投影性质、比例尺、几何畸变等3.5.1.2 空间特性空间特性（几何特性）2021/6/71391.空间分辨率空间分辨率指图像能分辨具有不同反差、相距一定距离相邻目标的能力 表示方法： .影像分辨率影像分辨率指用显微镜观

54、察时,1mm宽度内能分辨出 的相间排列的黑白线对数影响因素:感光材料(显示器)分辨率、影像比例尺、相邻地物间的反差3.5.1.2 空间特性空间特性（续（续1）2021/6/7140.地面分辨率地面分辨率指遥感影像上能分辨的地物间的最指遥感影像上能分辨的地物间的最小距离小距离扫描影像常用遥感器探测单元的瞬瞬时视场时视场大小表示 3.5.1.2 空间特性空间特性（续（续2）2021/6/71413.5.1.2 空间特性空间特性（续（续3）2021/6/71423.5.1.2 空间特性空间特性（续（续4）2021/6/7143北京四环路以内北京四环路以内0.6米米 快鸟快鸟3.5.1.2 空间特性空

55、间特性（续（续5）2021/6/71443.5.1.2 空间特性空间特性（续（续6）2021/6/71452.影像比例尺影像比例尺指影像上某一线段的长度与地面上相应地物的水平距离的比值注注:受中心投影性质所限,不同于垂直投影,受地形起伏及在像幅的位置影响，图像各处比例尺可能不一致 1mlLfH遥感器光学系统的焦距平台高度（航高）3.5.1.2 空间特性空间特性（续（续7）2021/6/71463.投影性质与影像几何畸变投影性质与影像几何畸变遥感影像均经光学系统聚焦成像，透镜的成像规律和遥感器成像方式决定了遥感图像的投影性质不同投影性质会产生不同性质的影像几何畸变3.5.1.2 空间特性空间特性

56、（续（续8）2021/6/7147S:投影中心P1P2.中心投影中心投影 地面上各物点的投影光线都通过一个固定点(S)投影到投影面(P1 、 P2)上形成的透视影像称中心投影负像(负片) -P1与地物位于S两侧正像(正片) -P2与地物位于S同侧3.5.1.2 空间特性空间特性（续（续9）2021/6/7148.一维中心投影一维中心投影 条幅摄影机影像在沿 全景摄影机在扫描角 缝隙方向属中心投影 活动时也属中心投影3.5.1.2 空间特性空间特性（续（续10）2021/6/7149.多中心投影（扫描中心投影）多中心投影（扫描中心投影）光机扫描影像为逐点行式扫描成像，每个像点都有各自的投影中心，

57、但同一扫描线上各像元成像时间相差甚小，可认为每一扫描行有一个投影中心光机扫描影像为多中心投影光机扫描影像为多中心投影3.5.1.2 空间特性空间特性（续（续11）2021/6/7150.旋转斜距投影旋转斜距投影 Sab-侧视雷达图像影像面 ab-在阴极射线管屏幕上光点掠过的轨迹 光点出现的时间取决于雷达发出微波到接收到回波间的时间间隔，由于微波传播速度固定 雷达影像实际为斜距的投影，投影性质为旋转斜距投影3.5.1.2 空间特性空间特性（续（续12）2021/6/7151遥感影像是成像瞬间地物电磁辐射能量的记录，而地物具有时相变化： 一是自然变化过程,即发生-发展-演化过程 二是节律,即事物的

58、发展在时间序列上表现出某种周期性重复的规律-亦即地物的波谱特性随时间的变化而变化与遥感器时间分辨率;成像季节及时间有关3.5.1.3 时间特性时间特性2021/6/71523.5.1.3 时间特性时间特性（续（续1）2021/6/71531973.5.291987.8.192000.7.29哈萨克斯坦阿拉海1973年5月29日、1987年8月19日、2000年7月29日的卫星影像。40年来由于灌溉用水的大量增加，使得阿拉海来水量减少了75%，阿拉海日益干枯，海岸线40年间减少了至少120公里，而水深更始降低了16米。3.5.1.3 时间特性时间特性（续（续2）2021/6/7154部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！