第三章-遥感传感器作业
第3章遥感传感器及其成像原理.
景物的图像线，这条图像线经曝光后在底片上记录下 来。 ❖ 接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动， 胶片也作同步旋转，记录的第二条图像正好与第一条 衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相应的二维 条带图像。
缝隙式摄影机
镜头转动式摄影机
3.1.1 摄影类传感器分类
➢ 全景摄影畸变：相片两端的地表景物被压缩。
3.1.1 摄影类传感器分类
3. 多光谱摄影机
多光谱摄影机指对同一地区，在同一瞬间摄取多 个波段影像的摄影机。采用多光谱摄影的目的 ，是充分利用地物在不同光谱区，有不同的反 射特征，来增加获取目标的信息量，以便提高 影像的判读和识别能力。
❖ 又由于扫描总视场为 11.56°，地面宽度为185km，因 此扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，其地面范 围为 474m * 185km。
❖ 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。
❖ 自西往东对地面的有效扫描时间为33ms，即在33ms内扫描 地面的宽度为185km，按以上宽度计算，每9.958 μs内扫描 镜视轴仅在地面上移动了56m，因此采样后的MSS像元空间 分辨率为56m * 79m （Landsat为68m * 83m）。
四、 ETM+增强型专题制图仪
表3-4
波段号 类型
1
Blue-Green
波谱范围 /um 0.450-0.515
地面分辨率 30m
2
Green
0.525-0.605
30m
3
Red
第三章遥感传感器与信息获取
航片的比例尺随航高而改变。
地形的起伏和投影面的倾斜会引起航片上像点的 位置的变化，叫像点位移。
航空像片用亮度系数来表示地物的反射率。
第三章遥感传感器与信息获取
To be continued…
§3 航空遥感数据
四、航空像片的分辨率
是衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。 用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平行细 线的数目来表示。 主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的 分辨率。但景物的反差、大气的光学条件、飞机 的震动也影响航片的分辨率。
超小比例尺航空摄影：比例尺为1／100 000～1／250
000
To be 第三章遥感传感器与信息获取
§3 航空遥感数据
二、航空像片的感光片性能
感光材料是胶片(…)和印像纸的通称。由感光乳剂层和
片基组成。黑白片有单层感光乳剂，彩色片有三层感光
乳剂。 感光特性曲线
感光材料遥的感性中能常指用标的：胶片是全色片、天然彩色片、 （彩1）色感红感光外光度片材：等料。感的它光乳们的剂的快层感慢上光程使范度影围。像各表不达相出同所。摄物体 （2各）部反分差在(…光)量：方最面大差光别学的密能度力与，最称小为光乳学剂密的度反之差差，。
§1 传感器
三、 传感器的组成
收集器：收集来自地物目标镜、天线。 探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。 处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处 理。 输出：将获取的数据输出。
To be 第三章遥感传感器与信息获取 continued…
§1 传感器
四、传感器的工作原理
是收集、量测和记录来自地面目标地物的电磁波信息 的仪器，是遥感技术的核心部分。 根据传感器的工作方式分为：主动式和被动式两种。
遥感原理与应用 作业(含答案)
遥感原理与应用作业18地6118078607宋雨龙第一章绪论 (1)第二章电磁辐射与地物光谱特征 (3)第三章遥感成像原理与图像特征 (4)第四章卫星遥感平台 (5)第五章遥感数字图像处理基础 (6)第六章遥感数字图像处理 (7)第七章多源遥感信息融合 (9)第八章遥感图像分类 (9)第九章遥感技术应用 (10)第一章绪论1.阐述遥感的基本概念。
答：遥感（RS），即遥远的感知。
是指应用探测仪器，不与被测目标直接接触，在高空或远距离处，接收目标辐射或反射的电磁波信息，并对这些信息进行加工处理与分析，揭示出目标的特征性质及其运动状态的综合性探测技术。
2.遥感的主要特点表现在哪几方面？举例说明。
答：①感测范围大，具有综合、宏观的特点：遥感从飞机上或人造地球卫星上获取的航空或卫星影像，比在地面上观察视域范围大得多。
例如：一幅陆地卫星TM影像可反映出185km×185km的景观实况，我国全境仅需500余张这种影像就可拼接成全国卫星影像图。
②信息量大，具有手段多、技术先进的特点：根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和传感器来获取信息。
③获取信息快，更新周期短，具有动态监测的特点：卫星围绕地球运转，能及时获取所经地区的最新资料，例如：Landsat-5/7陆地卫星每16天即可对全球陆地表面成像一次。
④具有获取信息受条件限制少的特点：自然条件恶劣，人类难以到达的地方，如沙漠、沼泽、高山峻岭等都可以使用遥感进行观测。
⑤应用领域广，具有用途大、效益高的特点：遥感已广泛应用于环境监测、资源勘测、农林水利、地质勘探、环境保护、气象、地理、测绘、海洋研究和军事侦察等领域，且应用领域在不断扩展。
遥感在众多领域的广泛应用产生了十分可观的经济效应和卓有成效的社会效应。
3.遥感有哪几种主要分类？其分类依据是什么？4.当前遥感发展的现状和特点如何？答：当今，遥感技术已经发生了根本的变化，主要表现在遥感平台、传感器、遥感的基础研究和应用领域等方面。
第三章遥感成像原理与遥感图像特征
一、遥感图像特征
（4）地面分辨率的计算
摄影方式：
Rg Rs f H
Rs：胶片的分辨率和摄影镜头的分辨率所构成的系统 分辨率，单位线对/mm
6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星正好向前移动474m，因此扫描线正
好衔接。
0.5~0.6μm 0.6~0.7μm
扫描方向
.m 1
m
2
...k m 3
...m 4
5
0.7~0.8μm
0.8~1.1μm
卫
星
10.4~12.6μm 前 进
方
向
6
成像板
一、遥感图像特征
一般来说：遥感系统的空间分辨率越高，其识别 物体的能力越强。但实际上每一目标在图像上的可 分辨程度，不完全决定于空间分辨率的具体值，而 是和它的形状、大小，以及它与周围物体亮度、结 构的相对差有关（反差）。例如MSS的空间分辨率 为79m，但是宽仅10-20m的铁路，公路，当它们通 过沙漠、水域、草原等背景光谱较单调或与道路光 谱差异大的地区，往往清晰可辨。
一、遥感图像特征
（3）瞬时视场（IFOV）
指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野。单位为
毫弧度（mrad）。
S
S ➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，空间分辨率越高。 f
f ➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小。
➢一个瞬S:时探视测场元内件的的信边息长，表示一个像元。
➢在任何H:一遥个感给平定台的的瞬航时高视场内，往往包含着不止一种地面H
(完整版)遥感原理与应用答案完整版
第一章电磁涉及遥感物理基础名词解说：1、电磁波（变化的电场能够在其四周惹起变化的磁场，这一变化的磁场又在较远的地区内惹起新的变化电场，并在更远的地区内惹起新的变化磁场。
）变化电场和磁场的交替产生，以有限的速度由近及远在空间内流传的过程称为电磁波。
2、电磁波谱电磁波在真空中流传的波长或频次递加或递减次序摆列，就能获取电磁波谱。
3、绝对黑体关于任何波长的电磁辐射都所有汲取的物体称为绝对黑体。
4、辐射温度假如本质物体的总辐射出射度（包含所有波长）与某一温度绝对黑体的总辐射出射度相等，则黑体的温度称为该物体的辐射温度。
5、大气窗口电磁波经过大气层时较少被反射、汲取和散射的，透过率较高的电磁辐射波段。
6、发射率本质物体与同温下的黑体在同样条件下的辐射能量之比。
7、热惯量因为系统自己有必定的热容量，系统传热介质拥有必定的导热能力，因此当系统被加热或冷却时，系统温度上涨或降落常常需要经过必定的时间，这类性质称为系统的热惯量。
（地表温度振幅与热惯量 P 成反比，P越大的物体，其温度振幅越小；反之，其温度振幅越大。
）8、光谱反射率ρλ=Eρλ/ E λ ( 物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
)9、光谱反射特征曲线依照某物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。
填空题：1、电磁波谱按频次由高到低摆列主要由γ 射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等构成。
2、绝对黑体辐射通量密度是温度Ｔ和波长λ 的函数。
3、一般物体的总辐射通量密度与绝对温度和发射率成正比关系。
4、维恩位移定律表示绝对黑体的最强辐射波长λ 乘绝对温度T是常数2897.8 。
当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向短波方向挪动。
5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为0.47μm选择题： ( 单项或多项选择 )1、绝对黑体的（②③ ）①反射率等于 1 ②反射率等于 0 ③发射率等于 1 ④发射率等于 0。
2、物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系（②⑥）①反射率②发射率③物体温度一次方④物体温度二次方⑤物体温度三次方⑥物体温度四次方。
遥感导论-习题及参考答案第三章 遥感成像原理与遥感图像特征答案
第三章遥感成像原理与遥感图像特征·名词解释可见光与近红外成像原理：可见光成像是对目标的反射率的分布进行记录。
近红外成像原理近红外光源发出的近红外辐射照射到研究对象后，由近红外摄像机接收被研究对象反射回来的近红外辐射，形成研究对象的近红外图像。
热红外成像原理：红外热成像使人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。
微波成像原理：发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。
天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回接收机的方向，被天线获取。
中心投影卫星：光线通过投影中心投射到投影面上的成像方式的卫星。
多中心投影：有若干个投影中心的投影。
光谱分辨率：波谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。
空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小。
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·问答题摄影成像的基本原理是什么？其图像有什么特征？答：传统摄影依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像；数字摄影则通过放置在焦平面的光敏元件，经过光/电转换，以数字信号来记录物体影像。
图象特点：投影：航片是中心投影，即摄影光线交于同一点。
比例尺：航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比，称为像片比例尺。
⑴平均比例尺：以各点的平均高程为起始面，并根据这个起始面计算出来的比例尺。
⑵主比例尺：由像主点航高计算出来的比例尺，它可以概略地代表该张航片的比例尺。
像点位移：⑴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；高差为负时，像点位移为负，是朝向像主点方向移动。
⑵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。
遥感习题
第一章电磁波及遥感物理基础名词解释：1、遥感2、遥感技术3、电磁波4、电磁波谱5、大气窗口6、光谱反射率7、光谱反射特性曲线问答题：1、叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。
2、地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？3、何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围。
第二章遥感平台及运行特点名词解释：1、遥感平台2、遥感传感器3、卫星轨道参数4、升交点赤经5、轨道倾角5、近地点角距6、卫星姿态角7、重复周期8、近圆形轨道9、与太阳同步轨道10、近极地轨道11、小卫星问答题：2、以Landsat-1为例，说明遥感卫星轨道的四大特点及其在遥感中的作用。
3、叙述地心直角坐标系与地心大地直角坐标系的差别和联系。
4、获得传感器姿态的方法有哪些？简述其原理。
5、简述遥感平台的发展趋势。
6、LANDSAT系列卫星、SPOT系列卫星、RADARSAT系列卫星传感器各有何特点？第三章遥感传感器及其成像原理名词解释：1、遥感传感器2、红外扫描仪3、多光谱扫描仪4、推扫式成像仪5、成像光谱仪6、MSS7、TM8、HRV9、SAR 10、INSAR 11、CCD 12、真实孔径侧视雷达13、合成孔径侧视雷达14、全景畸变15、动态全景畸变16、静态全景畸变17、距离分辨率18、方位分辨率19、雷达盲区20、粗加工产品21、精加工产品22、多中心投影填空题：1、目前遥感中使用的传感器大体上可分为等几种。
2、遥感传感器大体上包括几部份。
3、MSS成像板上有个探测单元;TM有个探测单元。
4、LANDSAT系列卫星具有全色波段的是,其空间分辨率为。
5、利用合成孔径技术能堤高侧视雷达的分辨率。
6、扫描仪产生的全景畸变，使影像分辨率发生变化，x方向以变化，y 方向以变化。
7、实现扫描线衔接应满足。
选择题：(单项或多项选择)1、全景畸变引起的影像比例尺变化在X方向①与COSθ成正比②在X方向与COSθ成反比③在X方向与COS²θ成正比④在X方向与COS²θ成反比。
第3章 海洋遥感平台和传感器
（3）典型的海洋卫星
国外的海洋地形卫星
b. Topex/Poseidon卫星（美、法） ：
1992年8月10日发射，高度计 轨 道卫星 ，高度 1336km， 轨 道 倾 角 为 66 度 ， 覆 盖 了 全 球 90%的海洋，重复周期10天。。 装有多个传感器，主要有效 载荷为雷达高度计，保证了 每 年 有 35 组 测 高 重 复 数 据 ， 是迄今测高精度以及定轨精 度最高的测高卫星之一。
（1）海洋遥感平台概念及分类
（ Xing et al，2019，RSE ）
（2）卫星遥感平台
卫星轨道概念
当火箭飞行速度超过了第一宇宙速度，把人造卫星送 入绕地球运行的轨道后，卫星就周期性地绕地球运动， 从而获得周期性的遥感资料，卫星的轨道要素决定了 卫星遥感方式
（2）卫星遥感平台
卫星轨道参数
2006年1月由于卫星操作故障结束了正常的运行
4.2 海洋遥感传感器
（1）海洋遥感传感器相关概念
海洋遥感传感器：是指收集、探测、记录地物反射
或者发射电磁波能量的装置，是遥感技术的核心部分
传感器的分类
✓ 按电磁波谱：可见光传感器、红外传感器、微波传感器 ✓ 按记录方式：成像式、非成像式 ✓ 按工作方式：主动方式、被动方式
与海洋遥感有关的传感器还包括多 波段微波辐射计（SMMR)，可用于 探测海面温度、海冰等
（3）典型的海洋卫星
第3章 遥感作业
第三章遥感传感器一、名词解释遥感传感器：获取遥感数据的关键设备（收集器，探测器，处理器，输出器）探测器：将收集的辐射能变为化学能或电磁能。
推扫式成像仪：一种瞬间在像面上先形成一条图像甚至一副二维影像，然后对影像景象进行扫描成像的成像仪。
成像光谱仪：在特定的光谱域以高分辨率同时获得连续的地位光谱图像。
瞬时视场：形成单个像元的视场，决定地面分辨率。
MSS：成像板上排列有24+2各玻璃纤维单元，每列有6个纤维单元，每个探测器的视场为86urad，每个像元的地面分辨率为79x79m，扫描一次每个弊端获得6条扫描线图像，其地面范围为474x185KM。
TM ：是相对MSS的改进，一个高级的所波段扫描仪共有探测器100个，分7个波段，一次扫描成像为地面的480x185km 。
HRV ：是一种线阵列推扫描仪，由于使用CCD元件做探测器，在瞬间能同时得到垂直航向的一天图像线，不需要用摆动的扫描镜，以推扫方式获得沿轨迹的连续图像条带。
SAR ：利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成较大的等效天线孔径的雷达。
INSAR：利用SAR在平行轨道上对同于地物额获取两幅（两幅以上）的但视复数影像来形成干涉，进而得到该地区的三维地表信息。
CCD ：称电荷耦合器件，是一种由硅等半导体材料制成的固体器件，受光火电激产生的电荷靠电子或空穴运载，在固体内移动达到一路是序输出信号。
真实孔径侧视雷达：天象装在飞机侧面。
发射机向侧面内发射一束脉冲，地物发射的微波脉冲，有天线收集后，被接收机接收，回拨信号经电子处理器吃了，在阴极射线管上形成一条相应于辐照内各种地物反射特性的图像线。
全景畸变：由于地面分辨率随扫描角发生变化，而使红外扫描影像产生畸变，这种畸变称之为全景畸变。
合成孔径侧视雷达：是一个小天线作为的那个复数单元，将此单元沿一直线不断移动，在移动中选择若干个位置，在每个位置上发生一个信号，接收相应发生位置的回波信号储存记录下来（幅度和相位）。
《遥感原理与应用》习题答案
遥感原理与应用习题第一章遥感物理基础一、名词解释1 遥感:在不接触的情况下,对目标或自然现象远距离感知的一门探测技术。
2遥感技术:遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息,判认地球环境和资源的技术。
3电磁波:电磁波(又称电磁辐射)是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面,有效的传递能量和动量。
电磁辐射可以按照频率分类,从低频率到高频率,包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、4电磁波谱:把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列,就形成了电磁波谱5绝对黑体:能够完全吸收任何波长入射能量的物体6灰体:在各种波长处的发射率相等的实际物体。
7绝对温度:热力学温度,又叫热力学温标,符号T,单位K(开尔文,简称开)8色温:在实际测定物体的光谱辐射通量密度曲线时,常常用一个最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照这时的黑体辐射温度就叫色温。
9大气窗口:电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的,透过率较高的波段称。
10发射率:实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。
11光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
12波粒二象性:电磁波具有波动性和粒子性。
13光谱反射特性曲线:反射波谱曲线是物体的反射率随波长变化的规律,以波长为横轴,反射率为纵轴的曲线。
问答题1黑体辐射遵循哪些规律?(1 由普朗克定理知与黑体辐射曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W随温度T的增加而迅速增加。
(2 绝对黑体表面上,单位面积发射的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。
(3 黑体的绝对温度升高时,它的辐射峰值向短波方向移动。
(4 好的辐射体一定是好的吸收体。
(5 在微波段黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。
2电磁波谱由哪些不同特性的电磁波段组成?遥感中所用的电磁波段主要有哪些?a. 包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等b. 微波、红外波、可见光3 物体的辐射通量密度与哪些因素有关?常温下黑体的辐射峰值波长是多少?(1 与光谱反射率,太阳入射在地面上的光谱照度,大气光谱透射率,光度计视场角,光度计有效接受面积。
遥感传感器
３几种常见的光／机扫描仪
１）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。 ２）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。 ３）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。
图像的时间分辨率
１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。
２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。
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： （１）传感器的工作波段数目、 （２）工作波段波长 （３）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。 （１）取决于传感器辐射灵敏度 （２）数据的位数。 信噪比：指有效信号功率与噪声功率之比
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： １空间分辨率 ２波谱分辨率 ３辐射分辨率（辐射灵敏度） ４时间分辨率
微波遥感常用波段
高中地理第三章 2遥感技术及其应用课后作业含解析湘教版必修3
遥感技术及其应用时间：25分钟总分：50分一、单项选择题(每小题2分，共24分)“遥感”，顾名思义，就是“遥远的感知”。
传说中的“千里眼”“顺风耳”就具有这样的能力。
据此完成1～3题。
1．遥感的工作原理为( C )A．利用太阳辐射B．利用地面辐射C．利用物体反射或辐射的电磁波D．利用探照设备解析：遥感是指通过传感器记录目标物反射或辐射的电磁波并通过分析，揭示目标物的特征、性质等的综合探测技术。
2．遥感的关键装置是( A )A．传感器 B．目标物C．计算机 D．数据库解析：因遥感工作时主要是接收、记录目标物辐射、反射的电磁波，因此，传感器是关键装置。
3．人类目前常用的遥感平台有( A )①飞机②气球③卫星④火箭A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④解析：装载传感器的平台称为遥感平台，主要是承载传感器，火箭是指发射卫星等一些航天探测器的运载工具。
现代遥感视域广阔，监测范围大，可覆盖整个地球，能够瞬时成像、实时传输、快速处理、迅速获取信息和实施动态监测。
据此完成4～5题。
4．两颗卫星同时运行，每隔9天可以覆盖地球一遍，说明遥感技术( D )A．受地面条件限制少B．测量范围大C．手段多，获得的信息量大 D．获取资料速度快、周期短解析：遥感是指遥远的感知，在不与探测目标接触的情况下，记录目标物对电磁波的辐射、反射等信息。
两颗卫星同时运行，每隔9天可以覆盖地球一遍，体现了遥感的快速和时效性。
5．下列关于航天遥感和航空遥感的叙述，正确的是( D )A．根据电磁波的波谱范围可以将遥感分为航天遥感、航空遥感和近地遥感B．航天遥感可以用于某项主题研究C．航空遥感可以不受领空限制，可以进行重复定期的观测D．航天遥感、航空遥感的飞行高度都比近地遥感高解析：航天遥感、航空遥感和近地遥感是根据遥感平台高度的不同划分的；航空遥感可以用于某项主题研究，而航天遥感可以不受领空限制，可以进行重复定期的观测；近地遥感的高度为距地面几十米以内，飞行高度最低。
第3章 遥感传感器及其成像原理3.1
第3章遥感传感器及其成像原理§3.1 扫描成像类传感器遥感传感器是获取遥感数据的关键设备，由于设计和获取数据的特点不同，传感器的种类也就繁多，就其基本结构原理来看，目前遥感中使用的传感器大体上可分为如下一些类型：（1）摄影类型的传感器；（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。
无论哪种类型遥感传感器，它们都由如图3-1所示的基本部分组成：图3-1遥感传感器的一般结构1、收集器：收集地物辐射来的能量。
具体的元件如透镜组、反射镜组、天线等。
2、探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。
具体的无器件如感光胶片、光电管、光敏和热敏探测元件、共振腔谐振器等。
3、处理器：对收集的信号进行处理。
如显影、定影、信号放大、变换、校正和编码等。
具体的处理器类型有摄影处理装置和电子处理装置。
4、输出器：输出获取的数据。
输出器类型有扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁带记录仪、XY彩色喷笔记录仪等等。
§3.1扫描成像类传感器扫描成像类型的传感器是逐点逐行地以时序方式获取二维图像，有两种主要的形式，一是对物面扫描的成像仪，它的特点是对地面直接扫描成像，这类仪器如红外扫描仪、多光谱扫描仪、成像光谱仪、自旋和步进式成像仪及多频段频谱仪等；二是瞬间在像面上先形成一条线图像，甚至是一幅二维影像，然后对影像进行扫描成像，这类仪器有线阵列CCD推扫式成像仪，电视摄像机等。
3.1.1 对物面扫描的成像仪一、红外扫描仪（一）红外扫描仪一种典型的机载红外扫描仪的结构如图3-2所示。
它由本节前言中所叙述的几个部件组成。
具体结构元件有一个旋转扫描镜，一个反射镜系统，一个探测器，一个制冷设备，一个电子处理装置和一个输出装置。
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。
《遥感导论》课后练习题
《遥感导论》课后练习题第一章遥感概述1. 遥感的基本概念，并区分遥感的广义和狭义。
2. 简述遥感探测系统组成。
3. 根据不同目的或手段，简述遥感的类型。
4. 简述遥感的特点，并举例。
5. 试述全球及我国遥感技术的进展和发展趋势，并结合地学发展阐述个人的看法或观点。
第二章电磁辐射与地物光谱特征1. 电磁波含义及电磁波的性质。
2. 电磁波谱的含义，电磁波区段的划分是怎样的？3. 辐射通量，辐射通量密度的物理意义。
4. 简述辐照度，辐射出射度和辐射亮度的物理意义，其共同点和区别是什么？5.朗伯源和黑体的概念？6.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见光遥感和微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云透雾的能力而可见光不能？7. 什么是大气窗口？对照书内卫星传感器表中所列波段区间和大气窗口的波段区间，理解大气窗口对于遥感探测的重要意义。
8. 综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回到遥感传感器这一整体过程中所发生的物理现象。
9. 从地球辐射的分段特性说明为什么对于卫星影像解译必须了解地物反射波谱特性。
10. 列举几种可见光与近红外波段植被、土壤、水体、岩石的地物反射波谱曲线实例。
11. 在真空中电磁波速为3×108 s m（1）可见光谱的波长范围从约3.8×10-7 m 的紫色光到约7.6×10-7m 的红色光，其对应的频率范围为多少?（2）X 射线的波长范围约5×10-9—1.0×10-11m,其对应的频率范围是多少？（3）短波无线电的频率范围约为1.5MH Z ---300MH Z 其对应的波长范围是多少？12.在地球上测得太阳的平均辐照度I=1.4×1032m w设太阳到地球的平均距离约为1.5×1011m 试求太阳的总辐射能量。
13.假定恒星表面的辐射与太阳表面辐射一样都遵循黑体辐射规律。
如果测得到太阳辐射波谱λ=0.51μm,的北极星的λ=0.35μm ，试计算太阳和北极星的表面温度及每单位表面积上所发射出的功率是多少？ 14.已知日地平均距离为天文单位，1天文单位≈1.496×103m ，太阳的线半径约为6.96×105KM（1）通过太阳常数I 0,计算太阳的总辐射通量E 。
遥感第三章
地面平台：三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等与地面接触的平台称为地面平台或近地面平台。
压平线：像片四边的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。
航空像片比例尺g航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比，称为像片比例尺。
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。
光/机扫描成像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。
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。
图像的空间分辨率指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。
波谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。
辐射分辨率是指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。
传感器收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。
气象卫星的特点①轨道：低轨和高轨。
②成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。
③短周期重复观测：静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次。
利于动态监测。
④资料来源连续、实时性强、成本低气象卫星的应用领域①天气分析与气象预报②气候研究与气候变迁的研究③资源环境领域：海洋研究、森林火灾、水污染。
海洋遥感的特点：1)需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖的观测；2)以微波遥感为主；3)电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段的一条新路。
4)海面实测资料的校正。
中心投影和垂直投影的区别1）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2）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中心投影的透视规律①点的像仍然是点。
遥感教案 3第三章 遥感传感器及成像原理课件
植物在绿光 波段反射峰 0.55
对健康茂盛植物 绿发射敏感，对 水的穿透力较强
探测健康植物，评价植物生长活力，研 究水下地形特征和水污染
植物叶绿素 吸收峰0.65
为叶绿素主要吸 收波段
受植物细胞 结构的影响， 植物在0.70 至1.3高反射
对绿色植物类别 差异最敏感，为 植物通用波段
下方，而是与遥感平台的运动方向形成角度，朝 向一侧或两侧倾斜安装，向侧下方发射电磁波， 接收回波信号的
合成孔径侧视雷达：是
利用遥感平台的前进运动， 将一个小孔径的天线安装 在平台的侧方，以代替大 孔径的天线，提高方位分 辨率的雷达．在移动中选 择若干个位置,在每个位 置上发射一个信号,接收 相应发射位置的回波信号 储存记录下来.
f： 为扫描仪焦距，
Ｈ： 为航高
当观测视线倾斜时，
(平行于航线方向的地面分辨率)
aθ=a×secθ
(垂直于航线方向的地面分辨率)
aθ1=a×secθ× secθ
４）扫描线的衔接 Ｗ＝Ａ／Ｔ Ａ为探测器的地面分辨率 Ｔ为旋转棱镜扫描一次的时间 Ｗ为飞机的地速
这时，两个扫描带的重叠度为０．但是没 有空隙．
为使扫描线正确衔接，速度与行高之比应 为一个常数
扫描反射镜：用于获取垂直飞行方向两边 共１８５Ｋm范围内的来自景物的辐射能．
反射镜组：将扫描镜反射进入的地面景物 聚集在成像面上．
成像板：２４＋２个玻璃纤维单元，按波 段排成４行，每个单元对应空间分辨率，
探测器：将辐射能转化成电信号输出
成像板上的光学纤维单元接收的辐射能， 经光学纤维传递到探测器，探测器对信号 减波后有24路输出，采用脉码多路调制方 式，对每个信道做一次抽样，经过计算， 每9.958微秒扫描镜视轴仅在地面上移动 了56米，因此采样后的mss的空间分辨率 为56m×79m（Landsat-4为68m×83m）
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第三章遥感传感器
C方向2012301610010 卢昕
一、名词解释
1.遥感传感器：是测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具，是遥感技术系统的重要组成部分，是获取遥感数据的关键设备。
由收集器，探测器，处理器，输出器组成。
2.探测器：将收集的辐射能转化为化学能或者电能的设备。
具体的元器件如感光胶片、光电管等。
3.推扫式成像仪：瞬间在像面上先形成一条线图像，甚至是一幅二维影像，然后对影像进行扫描成像的成像仪。
4.成像光谱仪：以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息的仪器，通过将传统的空间成像技术与地物光谱技术有机的结合在一起，可以实现对同一地区同时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像。
5.瞬时视场：传感器成像瞬间形成的单个像元的视场，决定地面分辨率。
6.MSS：Multispectral Scanner 多光谱扫描仪。
成像板上排列有24+2个玻璃纤维单元，按波段排列成四列，每列有6个纤维单元，每个探测器的视场为86μrad，每个像元的地面分辨率为79mx79m，扫描一次每个波段获得6条扫描线图像，其地面范围474m*185km。
7.TM ：是相对MSS的改进，其中增加了一个扫描改正器，使扫描行垂直于飞行轨道，并使往返双向都对地面扫描。
一个高级的多波段扫描仪共有探测器100个，分7个波段，一次扫描成像为地面的480m*185km。
8.HRV :是一种线阵列推扫式扫描仪。
仪器中有一个平面反射镜，将地面辐射来的电磁波反射到反射镜组，然后聚焦在CCD线阵列元件上，CCD的输出端以一路时序视频信号输出。
由于使用线阵列的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，以“推扫”方式获取沿轨道的连续图像条带。
9.SAR :合成孔径雷达,是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔
径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。
10.INSAR:相干雷达。
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。
D :电荷耦合器件，是一种由硅等半导体材料制成的固体器件，受光或电激发产生的电荷靠电子或空穴运载，在固体内移动，达到一路时序输出信号。
12.真实孔径侧视雷达:真实孔径侧视雷达的天线装在飞机的侧面，发射机向侧向面内发射一束窄脉冲，地物反射的微波脉冲，由天线收集后，被接收机接受。
回波信号经电子处理器的处理，在阴极射线管上形成一条相应于辐照带内各种地物反射特性的图像线，记录在胶片上。
飞机向前飞行时对一条一条辐照带连续扫描，在阴极射线管处的胶片与飞机速度同步转动，就得到沿飞机航线侧面的由回波信号强度表示的条带图像。
13.全景畸变:由于地面分辨率随扫描角发生变化，而使红外扫描影像产生畸变，这种畸变通常称为全景畸变，也就是整幅图像都发生了畸变。
14.合成孔径侧视雷达:是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，在移动中选择若干个位置，在每个位置上发射一个信号接受相应发射位置的回波信号储存记录下来。
存储时必须同时保存接受信号的幅度和相位。
当辐射单元移动一段距离后存储的信号和实际天线阵列诸单元所接受的信号非常相似。
15.距离分辨率:是在脉冲发射的方向上能分辨两个目标的最小距离，它与脉冲宽度有关。
16.方位分辨率:是在雷达飞行方向上能分辨两个目标的最小距离，它与波瓣角有关。
17.多中心投影:用以表示具有多个投影中心的遥感图像的几何特性的一种投影
方式。
18.斜距投影:侧视雷达图像在垂直飞行方向的像点位置是以飞机的目标的斜距来确定的，这种投影方式称为斜距投影.
二、简答题
1. 目前遥感中使用的传感器可分为哪几种？遥感传感器包括哪几部分？
答：1)目前遥感中使用的传感器可分为2种：
a.扫描成像类传感器：包括红外扫描仪、MSS 多光谱扫描仪、TM 专题制图仪、ETM+增强型专题制图仪、HRV 线阵列推扫式扫描仪、成像光谱仪；
b.雷达成像仪：包括真实孔径雷达、SAR、以及INSAR 等。
2）遥感传感器分为收集器、探测器、处理器和输出器四部分。
2.实现扫描线衔接应满足的条件是什么？
答：假定旋转棱镜扫描一次的时间为t，一个探测器的地面分辨率为a，若要实现扫描线衔接，即既不重叠又没有空隙，则飞机的地速满足W=a/t ，其中a=βH，则W/H=β/t,传感器的瞬时视场β和扫描周期t都为常数，只要保证卫星飞行速度和航高之比为一个常数，就能使扫描线正确衔接不出现条纹图像。
3.叙述侧视雷达图像的影像特征。
答：1）垂直飞行方向的比例尺由小变大；
2）造成山体前倾，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，与中心投影相反，还会出现不同地物点重影现象。
3）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，位移量也不相同；
4）雷达立体图像的构像特点。
从不同摄站对同一地区获取的雷达图像能构成立体影像。
同侧立体像对形成的是反立体图像。
4.物面扫描的成像仪为何会产生全景畸变？
答：因为扫描仪的像距保持不变，总在焦面上，而物距随着扫描角会发生变化，这样就导致一个像元对应于地面地物的实际距离发生变化，即地面分辨率发生变化，产生全景畸变。
5.SPOT 卫星上的HRV推扫式扫描仪、TM专题制图仪、MSS多光谱扫描仪有何不同？
答：HRV 推扫式扫描仪是对像面扫描的成像仪，其上有CCD线阵列元件，可一次得到垂直于航线的一条图像线，无需摆动扫描镜，是以推扫的方式获取沿轨道的连续图像条带；MSS 和TM 都是对物面扫描的成像仪，MSS扫描仪上每个波段有6个相同大小的探测单元同时通过扫描的方式成像。
TM 是对MSS的改进，增加了一个扫描改正器，它使扫描行垂直于飞行轨道（MSS扫描不垂直于飞行轨道），另外使往返双向都对地面扫描。
TM 比MSS具有更高的空间分辨率和更好的频谱选择性和几何保真度，具有更高的辐射准确度和分辨率。
6. 侧视雷达影像的分辨力、比例尺、投影性质和投影差与中心投影航空或航天像片影像有何不同？
答：侧视雷达影像的分辨率分为距离分辨率和方位分辨率两种，分别是在脉冲发射方向上和雷达飞行方向上能分辨的最小距离，而中心投影航空像片影像就只有一种地面分辨率。
侧视雷达影像在垂直飞行方向的比列尺由小变大，而中心投影比例尺是不发生变化的，整幅图像的比例尺一样。
雷达影像上的山体会前倾，朝向传感器的山坡影像被压缩，背向的山坡被拉伸，这点和中心投影刚好相反，而且雷达影像还会出现重影现象，而中心投影则不会出现，对于同侧获取的雷达影像构成的立体对是一个反立体，中心投影构成的是正立体。
投影差方面侧视雷达因高差产生的投影差正好和中心投影投影差方向相反，位移量也不同，这也是造成雷达影像构成反立体的原因。
三、能力训练题
1、搜索网站资源，至少选择5种高分辨率测绘卫星或者资源卫星，针对这些卫星的典型应用或者主要特点，下载多种样例影像，并利用数字图像处理软件，裁剪样本影像，并针对这些样例影像的图像特征和主要应用，进行分析比较。
要求提交电子文档，并发送给助教。
答：1）QuickBird 卫星
特点及应用：QucikBird 最高分辨率可达到0.61m,可用于制作1：2000 比例尺的地形图。
QucikBird 卫星提供全色，多光谱数据，三波段融合彩色数据，全色及多光谱捆绑数据，四波段融合彩色数据。
QuickBird高分辨率的图像特点为测绘制图提供了史无前例的从国家到城市的准确有效生产地图的机会。
其样品影像如下：。