第四章 传感器及成像特点-2

飞 行 方 向
46
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 侧视雷达图像的几何特征
√ 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，还会出现不同地物点重影 现象。
47
前倾
48
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 侧视雷达图像的几何特征
斜距投影 雷达阴影
49
肇庆地区机载SAR影像
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
4
4.3 典型遥感器的成像原理 （4）固体自扫描遥感器
CCD 的工作原理: CCD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0.4~1.1μm可见光及近红外波的能 力--CCD一般由硅制成MOS (Matal-Oxide-Silicon金属-
③.波谱响应范围宽--硅光敏元可探测0.4~1.1μm;
④.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
11
4.3 典型遥感器的成像原理 （5）SPOT成像
SPOT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。
9
4.3 典型遥感器的成像原理 （4）固体自扫描遥感器
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
10
4.3 典型遥感器的成像原理 （4）固体自扫描遥感器
固体自扫描成像遥感器特点：
①.一改光机扫描的逐点扫描为逐行扫描、逐面
扫描--革除了机械部件,简化了结构,避免了因振动 引起的噪声； ②.光敏元同时曝光--延长了信号驻留时间,提高 了遥感器的灵敏度；
6
4.3 典型遥感器的成像原理 （4）固体自扫描遥感器
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。 地面分辨率取决于CCD元的
大小
7
4.3 典型遥感器的成像原理 （4）固体自扫描遥感器
线列CCD光敏元的数目等于行扫方向上的像元数 如
24
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 真实孔径侧视雷达的分辨力
φ
距离两个目标的最小距离 斜距分辨率 Rd=(τc )/2 地距分辨率 Rr=(τc secφ)/2
Rr
25
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达
地距分辨率 Rr=(τc secφ)/2
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
3
4.3 典型遥感器的成像原理 （4）固体自扫描遥感器
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
18
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）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
R
Rg
19
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达
RA-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
氧化物-硅)结构电容作为光敏感元
5
4.3 典型遥感器的成像原理 （4）固体自扫描遥感器
CCD三种主要功能: 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--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--加高压形成深势阱, 加低压形成的势阱浅 --电荷可进行转移--实现信号传输
13
4.3 典型遥感器的成像原理 （5）SPOT成像
反射镜左右倾斜最大为27度，有立体观测能力 邻轨立体
14
4.3 典型遥感器的成像原理 （5）SPOT成像
SPOT4 1）全色波段0.51-0.73μm改为波段(0.61-0.68μm) 2）增加了一个SWIR（Short Wave Infrared，短波红外）波 段。
背向飞机方向---反射很弱(没回波)---很暗
53
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 侧视雷达图像的色调特征 与地面粗糙程度有关 地面地物微小起伏小于雷达波波长 ---镜面漫反射---很暗 地面微小起伏大于或等于发射波长 ---漫反射---较亮 “角隅反射”---反射波强度更大---很亮 与地物的电特性有关 物体复介电常数高 ---反射雷达波强---亮
20
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达
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 反射和散射，其中沿发 射方向返回的部分—称后 向散射回波
21
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达
12
4.3 典型遥感器的成像原理 （5）SPOT成像
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20m×20m 波段1（0.50---0.59） 波段2（0.61---0.68） 波段3（0.79---0.89） 全色的HRV 波段范围0.51—0.73μm, 6000个CCD元件组成一行 每个像元地面的大小为10m×10m
几十至几百倍
实现在轨道高度获 取距离向和方位向分辨 率都很高的雷达图像
合成波束宽度
33
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 SAR原理
• 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 • 当移动一段距离LS后，存贮的信号 和实际天线阵列诸单元所接收的信 号非常相似
34
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达
54
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 侧视雷达图像的其他特征 有较强的穿透能力 它能穿透云层、树木和水,得到下面的地 表信息 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状况反映出来
55
Cosmo-SkyMed高分辨率雷达图像
56
4.3 典型遥感器的成像原理 （8）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，获得同一区域的重复观测数据，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。 例如：ERS-1/2/ ENVISAT组合
越远的地物越能分清
垂直航线方向
26
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达
地距分辨率 Rr=(τc secφ)/2
传感器设计时，要提高 距离分辨率，应如何做?
27
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 方位分辨力
相邻的两束脉冲之间，能分辨两个 目标的最小距离 Rβ=βR =λR/D
天线 D
15
4.3 典型遥感器的成像原理 （6）高光谱遥感器
成像光谱仪 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
16
4.3 典型遥感器的成像原理 （6）高光谱遥感器
成像形式：1、 线阵扫描 2、面阵推扫
17
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达
成像雷达----主要指工作在 微波波段（0.8~100cm） 有源主动、天线侧向扫 描、能产生高分辨率影像 的成像雷达 。
近距离压缩
43
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 侧视雷达图像的几何特征 透视收缩和叠掩
不带 DEM 的几何纠正
带 DEM 的 几 何 纠 正
44
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 侧视雷达图像的几何特征 雷达影像阴影
45
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 侧视雷达图像的几何特征
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 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。
8
4.3 典型遥感器的成像原理 （4）固体自扫描遥感器
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
39
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达
40
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达
41
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 侧视雷达图像的几何特征
方位向的比例尺由小变大
1/mc>1/mb>1/ma
越远影像比例尺越大
42
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 侧视雷达图像的几何特征
50
4.3 典型遥感器的成像原理 （7）成像雷达 侧视雷达图像的几何特征
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