3.2 遥感平台与遥感传感器-传感器及成像原理
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
遥感成像原理
遥感成像原理遥感技术是一种利用航空器、航天器等远距离传感器获取地球表面信息的技术。
遥感成像原理是指通过传感器获取地球表面的光学、热红外、微波等辐射信息，并将其转换成数字信号进行处理和分析的基本原理。
遥感成像原理主要包括辐射传输过程、传感器接收系统和图像处理三个方面。
首先，辐射传输过程是遥感成像的基础。
地球表面的特征物体会发出或反射不同波长的辐射能量，这些能量会经过大气层的吸收、散射和衰减，最终到达传感器。
不同波长的辐射能量在大气中的传输过程会受到大气成分、云层、气溶胶等因素的影响，因此需要进行大气校正和辐射校正，以获取真实的地表反射率或辐射率。
其次，传感器接收系统是遥感成像的关键。
传感器接收系统包括光学、热红外和微波等不同类型的传感器，它们能够接收地球表面不同波长的辐射能量，并将其转换成电信号。
光学传感器主要包括摄影机、高光谱仪和多光谱仪，能够获取地表的可见光和近红外光谱信息；热红外传感器能够获取地表的热红外辐射信息；微波传感器则能够穿透云层和大气，获取地表的微波辐射信息。
传感器的选择和设计对于获取地表信息具有重要意义，不同类型的传感器能够获取不同类型的地表信息，因此在实际应用中需要根据需求进行选择。
最后，图像处理是遥感成像的重要环节。
通过图像处理技术，可以对传感器获取的数字信号进行校正、增强、分类和解译，从而获取地表的信息。
图像处理主要包括预处理、特征提取和信息提取三个步骤。
在预处理过程中，需要对图像进行几何校正、辐射校正和大气校正，以确保图像的准确性和一致性；在特征提取过程中，需要利用数字图像处理技术对图像进行分割、分类和识别，提取地表信息；在信息提取过程中，需要根据需求对提取的地表信息进行分析和应用，例如用于土地利用、资源调查、环境监测等领域。
总之，遥感成像原理是一种通过传感器获取地球表面信息的技术，其原理包括辐射传输过程、传感器接收系统和图像处理三个方面。
通过对这些原理的深入理解和应用，可以更好地获取和利用地表信息，为地球科学、环境保护、资源管理等领域提供重要的支持和帮助。
3传感器及成像原理
扫描完成对地面覆盖的。有代表性的航天光机扫描仪是
搭载在美国陆地卫星的多光谱扫描仪（MSS）、专题制
图仪（TM）和增强型专题制图仪（ETM）。我国研制的
红外扫描仪，属于典型的机载型光机扫描仪。
1 光机扫描仪的组成
光机扫描仪主要由收集器、分光器、探测器、处理
器和记录与输出装置等组成。
遥感
2 光/机扫描仪的成像原理
面状态，像片四周印有井字形细线称为 压平线。如果底片没有压平，则压平线 的影像为曲线或虚影。
此外，有些像片上还注明了航摄机的型号、焦距、机号 及底片号等。
近年来的像片已不在标注气泡、时表、压平线等，框标 则标记在像片的四个角上 ，两条对角线的交点即为像片的 中心点。
遥感
与摄影测量交叉部分
A 摄影像片的特征
S D
几何特性、物理特性、信息量大小和可靠程度。
A
U Q
3.1.1 传感器分类
I
⎧
⎧ 画幅式 ( 分幅式，框幅式 )
⎪
⎪ ⎪
摄影成像
⎪
⎪
⎪⎪ 缝隙式，全景式
⎨ ⎪
多光谱
⎪⎩ 数码式
成像传感器
⎪⎪ ⎨
扫描成像
⎪
⎧ 掸扫式 ( 光机扫描
⎨ ⎩
推扫式
( 固体扫描
, 物面扫描 , 像面扫描
) )
⎪ ⎪ 微波成像 ⎪
遥感
4 、时间分辨率
●指同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采
样的时间频率，也称重访周期。
S D
●如：静止气象卫星0.5小时，CBERS 26天
A U
●时间分辨率对动态监测意义重大，如天气和
Q
I
气候变化、自然灾害监测、土地利用监测等；
遥感原理知识点梳理
遥感原理知识点梳理第一章绪论1.遥感于1960年由美国地理学家pruitt普鲁伊特提出2.广义遥感（梅安新教授提出）：一切无接触远距离探测（实际工作中，只有电磁波探测属于遥感范畴）（电磁波是遥感技术的基础）3.狭义遥感（电磁波遥感）：从不同高度平台，使用各种传感器接收来自地球表层的电磁波信息（数据采集）并进行加工处理（数据处理分析），从而对不同地物进行远距离探测与识别（处理结果应用）的技术。
4.遥感平台：地面，航空，航天5.传感器：接收、记录物体反射或发射的电磁波特征的仪器。
6.遥感技术系统：从地面到空中乃至空间，从信息采集、存储、处理到判读分析与运用的完整技术体系。
可以分为：（1）空间信息采集系统-采集遥感信息（2）地面接收与预处理系统-接收、处理（必要的辐射与几何校正）与分发遥感数据（针对星载传感器建立地面接收系统）（3）地面实况调查系统（遥感技术系统的基础）：获取遥感信息之前：通过测定地物反射光谱确定所需传感器类型与波段获取遥感信息的同时：采集地表，大气等有关参数（遥感信息处理运用的辅助）遥感数据处理结果的检验（4）信息分析与运用系统，主要包括：遥感信息的选择技术、遥感信息的处理技术、专题信息提取技术、参数量算与反演技术、制图技术7.遥感分类：按工作平台：地面，航空，航天、（航宇）按探测电磁波工作波段：紫外，可见光，近红外，热红外，微波，多波段等按应用目的（探测目标）：大气，极地，海洋，陆地，外层空间等按资料的记录方式：成像，非成像按传感器工作方式：主动（主动发射与接收电磁波），被动（被动接收电磁波（可见光，近红外，热红外））8.遥感的特点：（1）宏观性与同步性（2）时效性与动态性（3）多波段性（4）综合性与可比性（5）经济性（6）局限性（误差，用途等）9.传感器：扫描仪，摄影机，摄像仪，雷达，高度计，微波辐射计，扫描仪等10.1957年苏联成功发射第一颗人造卫星（斯普特尼克一号）1970年我国发射东方红一号第二章电磁辐射与地物波谱特征2.1电磁波与电磁波谱1.电磁波（横波）：由变化的电场和变化的磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间中传播。
遥感原理与应用传感器及成像原理
遥感原理与应用
§3.2 扫描成像类传感器 －TM专题制图仪
Landsat-4/5上的TM（Thematic Mapper）是一 个高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器，与多 波段扫描仪MSS性能相比，它具有更高的空间分辨 力，更好的频谱选择性，更好的几何保真度，更高 的辐射准确度和分辨力。
较高的色调差别。
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遥感原理与应用
10/25
遥感原理与应用
11/25
遥感原理与应用
§3.2 扫描成像类传感器 －MSS多光谱扫描仪
MSS（Multispectral Scanner）多光谱扫描仪。 由扫描反射镜、校正器、聚光系统、旋转快门、 成像板、光学纤维、滤光器和探测器等组成。
12/25
3、改进后的太阳定标器使卫星的辐射定标误 差小于5%，及其精度比Landsat-5约提高1 倍。辐射校正有了很大改进。
6/25
遥感原理与应用
§3.2 扫描成像类传感器－红外扫描仪
具体结构： 旋转扫描镜 反射镜 探测器 制冷设备 电子处理装置 输出装置。
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遥感原理与应用
§3.2 扫描成像类传感器 －红外扫描仪
扫描成像过程：当旋转棱镜旋转时，第一个镜面对 地面横越航线方向扫视一次，在扫描视场内的地面 辐射能，由幅的一边到另一边依次进入传感器，经 探测器输出视频信号，再经电子放大器放大和调制， 在阴极射线管上显示出一条相应于地面扫描视场内 的景物的图像线，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。
可具体按下面分类
2/25
第三章遥感传感器及其成像原理1剖析
红外扫描仪工作原理
利用光学系统的机械 转动和飞行器向前飞 行的两个相互垂直的 运动方向，形成对地 物目标的二维扫描， 逐点逐行将不同目标物的红外辐射能汇聚到红外探测 器上，红外探测器将光能转变成电信号，电信号通过 放大处理后记录下来，经过电光能转换器件把电信号 在普通胶片上成像。
像元小影像分辨率高，信息量大； 反之，影像分辨率低，信息量小。
（3）瞬时视场（IFOV）
S
指遥感器内单个探测元件的观测视野。
f
S
f
➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，
空间分辨率越高
➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小
H
➢一个瞬时视场内的信息，表示一个像元
S: 探测元件的尺寸；H: 遥感平台的航高；IFfOV: 望
远镜系统的焦距
（4）地面分辨率的计算（扫描影响）①
IFOV也可理解成：扫描成像过程中一个光敏探
测元件通过望远镜系统投射到地面上的直径或
S
者边长。 IFOV H H S
f
f
S: 探测元件的边长
H: 遥感平台的航高
H
f : 望远镜系统的焦距
IFOV
（4）地面分辨率的计算（摄影影像）②
摄影比例尺： 1/ m l / L f / H
成像传感器是目前最常见的传感器类型
成像传感器
被动式
光学摄影类型
（摄影成像类型）
光电成像类型
（扫描成像类型）
成像光谱仪
主动式
（雷达成像类型）
全景雷达 侧 视 雷达
遥感成像原理
遥感成像原理遥感成像是一种利用传感器获取地面信息的技术，通过对地球表面的电磁辐射进行感知和记录，可以获取到地表的各种信息，如地形、植被、土壤、水体等。
遥感成像原理是指利用遥感技术获取地面信息的基本原理和方法。
本文将从遥感成像的原理入手，介绍遥感成像的基本概念、原理和应用。
遥感成像的原理主要包括传感器、电磁波和地物之间的相互作用。
传感器是遥感成像的核心部件，它可以接收地面发射出来的电磁波，并将其转换成数字信号，然后再进行处理和分析。
电磁波是遥感成像的信息载体，它在地球表面上的反射、散射和辐射过程中，携带了大量的地物信息。
地物则是电磁波的作用对象，不同的地物在接收和反射电磁波时会产生不同的特征，这些特征可以被传感器感知和记录下来。
遥感成像的原理可以用一个简单的模型来解释。
当太阳光照射到地球表面时，地面上的地物会吸收、反射和散射太阳光，产生不同的电磁波。
这些电磁波经过大气层的传播和干扰后，到达传感器，传感器接收到的电磁波信号会被转换成数字信号，然后再进行处理和分析，最终形成遥感图像。
遥感成像的原理是基于地物与电磁波之间的相互作用，通过对地面电磁波的感知和记录，可以获取地表的各种信息。
不同的地物在电磁波的反射、散射和辐射过程中会产生不同的特征，这些特征可以被传感器感知和记录下来，从而实现对地表信息的获取和分析。
遥感成像的原理在许多领域都有着广泛的应用，如农业、林业、地质勘探、环境监测等。
通过遥感成像技术，可以实现对大范围地表信息的获取和监测，为各种领域的研究和应用提供了重要的数据支持。
总之，遥感成像的原理是基于地物与电磁波之间的相互作用，通过对地面电磁波的感知和记录，可以获取地表的各种信息。
遥感成像技术在许多领域都有着广泛的应用前景，将为人类社会的可持续发展提供重要的数据支持。
遥感传感器的原理与应用
遥感传感器的原理与应用1. 引言遥感技术是一种通过从远距离获取信息的技术。
遥感传感器是遥感技术的核心组成部分，它能够通过感知和记录电磁辐射的能力来获取地球表面的信息。
本文将介绍遥感传感器的原理及其在各个领域的应用。
2. 遥感传感器的原理遥感传感器的原理可以简单概括为接收地球表面发出或反射的电磁波，并转化成能够被记录和分析的电信号。
以下是常见的遥感传感器的原理：2.1 光学传感器光学传感器利用电磁波中的可见光和近红外波段的特性来获取地表信息。
其原理是通过光学透镜和光电转换器将入射的光通过光敏元件转换成电信号。
光学传感器的应用非常广泛，可以用于地理环境监测、农业资源管理、气象预测等。
2.2 红外传感器红外传感器利用地球表面和大气中的红外辐射来获取信息。
红外辐射的特点是能够反映地物的温度分布、热量分布等。
红外传感器可以用于火灾监测、旱情监测、气候研究等。
2.3 雷达传感器雷达传感器利用微波辐射来获取地球表面的信息。
雷达传感器的原理是通过发送微波信号，并接收回波信号来获取地物的位置、形状等。
雷达传感器的应用十分广泛，例如地物测绘、气象预报、军事侦察等。
3. 遥感传感器的应用3.1 土地利用与覆盖分类遥感传感器可以通过获取不同波段的电磁波信息来实现土地利用与覆盖的分类。
通过对地面特征的识别和分类，可以为土地资源的合理管理提供数据支持。
3.2 环境监测与保护遥感传感器可以通过监测大气、水体、土壤等环境要素的变化来实现环境监测与保护。
例如，通过监测水体中的蓝藻水华来预警水质问题，通过监测森林破坏情况来提供生态保护建议等。
3.3 气象预测与灾害预警遥感传感器可以通过获取大气中的电磁波信息来实现气象预测与灾害预警。
通过监测大气中的云状、温度等信息，可以提前预警暴雨、台风等自然灾害，帮助人们做好相关准备。
3.4 农业资源管理遥感传感器在农业领域有广泛的应用。
通过监测农田的土壤湿度、作物的生长情况等信息，可以帮助农民科学管理农田、调整灌溉计划、提高农作物的产量。
遥感成像原理和遥感成像特征
02.
中巴资源卫星CBERS
发射的高精度卫星，是世界上第一颗商用1m分辨率遥感卫星。
4m分辨率 多光谱 波长范围同landsatTM
1m分辨率 全色 波长范围
IKONOS
主要用于云移，云顶高度，云分布，海洋表面温度，对流层上部水蒸气分布以及辐射平衡方面的测定和研究。
S
A
B
C
a
b
c
S
A
B
C
a
b
c
S
A
B
C
a
b
c
点
直线
曲线
面
1、中心投影(成像特征)
投影距离的影响
投影面倾斜的影响
地形起伏的影响
1、中心投影(与垂直投影的区别)
1
定义：像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。1/m = ab/AB
2
类型：主比例尺：表示像片大概的比例尺，一般用于平坦地区的水平像片，由航测部门提供。（1/m = F/H）
缝隙摄影机
S
H
V
又称扫描摄影机或摇头摄影机。
01
02
03
在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝，并随物镜作垂直于航线方向扫描，得到一幅扫描成的图像。
在摄影瞬间得到的是地面上平行于航线的一条很窄的影像。
全景摄影机
对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机，是充分利用地物在不同光谱区有不同的反射来增多获取目标的信息量，以便提高影像的判读和识别能力。
1
2
2、影像的形成过程
航空摄影的成像过程与一般照相是相同的，地物原型的反射光谱强度是不同的，使得感光材料的感光程度不同，形成了不同密度、不同颜色的航片模型。
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）
遥感概论第3章：遥感平台与遥感成像原理
2022/12/9
7
• 人造地球卫星 按飞行高度和寿命可分为以下3种：
a.低高度、短寿命卫星 高度为150km一350km，寿命只有1星期－3星期。可获得 较高地面分辨力的图像。多数用于军事侦察。 b.中高度、长寿命卫星 高度为350km一1800km（一般在400km-1000km)，寿 命在1年以上。属于这类的有陆地卫星、海洋卫星、气象卫星 等。 c.高高度、长寿命卫星 高度约为36000km。主要为通讯卫星、气象卫星，也用于 2地022面/12动/9 态监测，如监测火山、地震、林火及预报洪水等。 8
航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。
2022/12/9
6
• 高空探测火箭
飞行高度一般可达300km一400km，介 于飞机和人造地球卫星之间。
优势：火箭可在短时间内发射并回收，可 以抢好天气快速遥感，不受轨道限制，应 用灵活，可对小范围地区遥感。
不足：但由于火箭上升时冲击强烈，易损 坏仪器，而且付出的代价大，取得的资料 不多，所以火箭不是理想的遥感平台。
影像几何变形与卫星姿态角也有直接的关系。为了进
行几何校正，必须提供卫星姿态角参数。
2022/12/9
15
y z
2022/12/9
x
俯仰
测滚
偏航
16
1、卫星轨道及运行特点
（3）其它常用的参数
a. 卫星速度
星下点的平均速度 （地速）为
VN
RV RH
当轨道为圆形时，卫星的平均速度为：
2022/12/9
※ 空间覆盖优势
极轨气象卫星在约900km的高空对地观测，一条轨 道的扫描宽度可达2800km。每天都可以得到覆盖 全球的资料
地球静止卫星在3.6万公里的高空观测地球，一颗静 止卫星的观测面积就可达1亿7千万平方公里，约为 地球表面的1／3
绪论传感器与遥感成像原理PPT教案
ETM数据的波谱段
ETM数据是在TM基础上改进和
发展而成的一种遥感器。
ETM1
0.45~0.52μm
蓝绿波段
ETM2
0.52~0.60μm
绿红波段
ETM3
0.63~0.69μm
红波段
ETM4
0.76~0.90μm 近红外波段
ETM5
1.55~1.75μm 近红外波段
ETM6
10.4~12.5μm 热红外波段
像平面
铅
垂 线
垂 直 摄
影
像主点/像底点
地平面
地面主点
Film Plane
Retina
Ey e I m age
Lens Object
I ris
Came ra Betweent he-lens shut ter
I m age
Lens Object
Roll of film
Focal Length
Apert ure
取双向T扫M描2，提高了0扫.5描2~效0率.6，0μ缩m短了停绿顿时红间波，段并
提高了T检M测3器的接收0灵.6敏3~度0。.69μm
红波段
TM4
0.76~0.90μm 近红外波段
TM5
1.55~1.75μm 近红外波段
TM6
10.4~12.5μm 热红外波段
TM7
2.08~2.35μm 近红外波段
向垂直且与缝隙等宽的一条线影像。当飞机或卫星向前 飞行时，摄影机焦平面上与飞行方向成垂直的狭缝中的 影像也连续变化。当摄影机内的胶片不断卷动，且其速 度与地面在缝隙中的影像移动速度相同，则能得到连续 的航带摄影像片。
胶片卷动速度V与飞行速度v和相对航高H有关，以获得清 晰的影像
遥感成像原理
遥感成像原理遥感技术是一种利用传感器获取地面信息的技术，它可以在不接触地面目标的情况下获取目标的信息。
遥感成像原理是遥感技术的核心，它是指利用传感器对地面目标进行成像的基本原理。
遥感成像原理主要包括传感器的工作原理、电磁波的作用机制以及图像获取的基本流程。
首先，传感器的工作原理是遥感成像的基础。
传感器是利用光学、电子、微波等原理，将地面目标的信息转化为电信号的设备。
传感器可以根据不同的波段和分辨率来获取地面目标的不同信息，比如可见光、红外线、微波等波段。
通过传感器的工作原理，可以实现对地面目标的高效成像和信息获取。
其次，电磁波的作用机制是遥感成像的重要基础。
电磁波是遥感成像的载体，它在空间中传播并与地面目标相互作用，然后被传感器接收并转化为电信号。
不同波段的电磁波对地面目标的作用机制不同，可见光波段主要反映地表物体的颜色和形状，红外线波段可以反映地表物体的温度和植被状况，微波波段可以穿透云层和植被，反映地表的地形和水文信息。
电磁波的作用机制决定了遥感成像的信息获取能力和适用范围。
最后，图像获取的基本流程是遥感成像的实现方式。
图像获取包括辐射能量的辐射、传播和接收三个过程。
辐射过程是指地面目标发射或反射电磁波的过程，传播过程是指电磁波在大气中传播的过程，接收过程是指传感器接收地面目标辐射的过程。
图像获取的基本流程决定了遥感成像的技术难点和发展方向。
总之，遥感成像原理是遥感技术的核心，它是实现对地面目标信息获取的基础。
传感器的工作原理、电磁波的作用机制和图像获取的基本流程是遥感成像原理的重要内容，它们共同决定了遥感成像的技术特点和应用效果。
随着遥感技术的不断发展，遥感成像原理也在不断完善和拓展，为地球观测和资源调查提供了重要的技术支持。
希望通过本文的介绍，读者对遥感成像原理有了更深入的了解，为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
3.2 遥感平台与遥感传感器-传感器及成像原理
微波遥感的特点 (1)
44
微波遥感的特点 (1)
45
微波遥感的特点 (2)
• 旱季
• 雨季
46
微波遥感的特点 (2)
2.对土壤、森林、冰雪等有一定的穿透能力
1米波长
1厘米波长
由树顶反射的微波信号
由树顶、树干、 地面反射的信号
由树顶、树干反 射的信号
47
微波遥感的特点 (2)
48
微波遥感的特点 (3)
图像斑点噪声较为严重。
52
微波遥感的分类
53
在微波遥感中开展主动式遥感的必要性？
54
55
主动式微波-侧视雷达
雷达工作的原理：
由发射机通过天线在很短时间内，向目标地物发射一束很 窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反 射的回波信号
22
(1) 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。探测元件把接收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。 - 瞬时视场角：扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接 受到的目标物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个
缝隙 摆动物镜筒
行方向设置一狭缝，随物镜作 垂直航线方向扫描。由于物镜 摆动的幅面很大，可将航线两 飞行方向 边地平线内的影像摄入底片， 扫描方向 故称全景摄影机。
航线
11
1 摄影类-多光谱摄像机
- 对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机。 -可充分利用地物在不同光谱区有不同的反射特征，来增 多获取目标的信息量，以提高识别地物能力。
25
光/机扫描仪的特点
第四章 遥感传感器成像原理及其图像特征
（2）像片的比例尺 ——像片上两点之间的距离（ ab ） 与地面相应两点之间的距离（AB） 之比。 用1/m表示 1/m = f/H = ab/AB
f：物镜的焦距；H：飞行器的相对航高
f 可在像片的边缘获相应的影像资料（航摄报告、设 计）中找到；H由摄影部门提供； 航高、地形起伏会影响比例尺 中心投影像片比例尺在中心和边缘是不同的。
光机扫描成像类型的传感器
多 光 谱 扫 描 仪
多光谱扫描仪是在红外扫描仪的基础上发展起来的，其波长包括电 磁波的紫外、可见光和红外三个部分。 多光谱扫描仪主要由两个部分组成：机械扫描装置和分光装置。它 是由扫描镜收集地面的电磁辐射，通过聚光。系统把收集到的电磁辐射 汇聚成光束，然后通过分光装置分成不同波长的电磁波，它们分别被一 组探测器中的不同探测器所吸收，经过信号放大，然后记录在磁带上， 或通过电光转换后记录在磁带上，或通过电光转换后记录在胶片上。
（2）中心投影的透视规律
中心投影的成像特点：
点的像还是点，直线的像还是直线； 空间曲线的像仍 为曲线；水平面投影仍为一平面，垂直面（位于投影中心 时）的投影呈一直线，位于其它位置时，顶部投影为一直 线，侧面投影成不规则的梯形。 特例：
直线（垂直的）的延长线通过投影中心时，该直线的 像是一个点；若直线延长线不通过投影中心，仍然是直线， 但该垂直线状目标的长度和变形情况取决于目标在像片中 的位置。
或电能。具体的元件主要有感光胶片、光电管、光敏和热敏
探测元件、共振腔谐振器等。 处理器：对转换后的信号进行各种处理，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。 输出器：输出信息的装置。输出器类型主要有扫描晒像仪、
第 4 章 遥感原理-遥感传感器及遥感成像原理
侧视雷达图像在垂直飞行方向（y）的像点位置是以飞机的目标 的斜距来确定，称之为斜距投影。图像点的斜距算至地面距离为：
G r cos R2 H 2
几何特点
垂直于飞行方向的比例尺 变形——压缩与拉长
高差产生的投影差
雷达立体图像的构像特点
垂直于飞行方向的比例尺
1 ab cos b mab AB 1 bc cos c mbc BC
图像立体对，由于高差引起的投影差与中心投影片方向相反；如果按摄 影位置放置像片进行立体观测，看到的将是反立体图像；将左右立体图 像换位放置，看到的是正立体。
红外扫描仪
红外扫描成像过程
当旋转棱镜旋转时，第一个镜面对地面横越航线方向扫视一次，再
扫描视场内的地面辐射能，由图幅的一边到另一边依次进人传感器，经
Wt a ：将出现扫描漏洞 Wt a ：将出现扫描重叠
Wt a H
W H t
热红外像片的色调特征
热红外像片上的色调变化与相应的地物 的辐射强度变化成函数关系。地物发射电磁 波的功率和地物的发射率成正比，与地物温 度的四次方成正比，因此图像上的色调也与 这两个因素成相应关系。
扫描线的衔接 当扫描镜的某一个反射镜面扫完一次后，第二个反射镜面接着重复扫 描，飞机的飞行使得两次扫描衔接。如何让每相邻两条带很好地衔接，可 由以下的关系式来确定。假定旋转棱镜扫描一次的时间为t，一个探测器地 面分辨率为a，若要使两条扫描带的重叠度为零，但又不能有空隙，则必须
a W t
W为飞机的地速 瞬时视场和扫描周期都为 常数，所以只要速度w与航高H 之比为一常数，就能使扫描线 正确衔接，不出现条纹图像
真实孔径天线在一个位置上接收目标的回波；合成孔径天线是在不同
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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。输出
•
的电学图象数据，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。
26
(2) 推扫式扫描成像
• 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
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。
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、彩色喷墨仪等等。
4
二、传感器类型
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，就其将基本结构原 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：
-有三种基本类型： •多摄影机型多光谱摄影机 •多镜头型多光谱摄影机 •光束分离型多光谱摄影机
12
1 摄影类-多光谱摄像机
a、多相机组合型；b 、多镜头组合型； c 、光束分离型
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棱镜分光实验－光谱分解 The Prism Experiment (Newton, 1666)
Zhou, 2006
• 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。
f n r a0
S
h
a
像点
H-h H
rh h H Rh h H h
R h N
A 地面点
h A0 A’
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2 扫描成像类传感器
• 摄影类传感器的弱点：乳胶片感光技术本身存在着致命的弱点，
• 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。
• 物体的微波反射、发射与它们的可见光或热红外的反
射、发射无直接关系。一般说来，微波响应给人们一 个完全不同于光和热的视角去观察世界。
• 为什么应用微波遥感？
35
• 微波波段：
波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是 分米波、厘米波、毫米和亚毫米波的统称
像平面 投影中心 f 比例尺 =f/H H
地物
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(2) 像片的投影
中心投影和垂直投影
c d C a B b d C D A 正射投影 c a B b
D
中心投影
A
航片是中心投影，即摄影光线交于同一点 地图是正射投影，即摄影光线平行且垂直投影面。
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中心投影和垂直投影的区别
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
此，如果要使CCD元件能探测热红外区的电磁波，只有借助其他仪器
（如多元阵列热红外探测器），将热红外区的电磁辐射转换成电能，再 由CCD元件响应和感知。 思考：为什么CDD相机相比光/机类相机空间分辨率较高？
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(3) 高光谱成像光谱仪
• 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
玻璃棱镜可以将白光分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
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摄影像片的几何特征
(1) 像片的比例尺
(2) 像片的投影
(3) 像点位移
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(1) 像片的比例尺
• 航片上两点之间的距离与地面上相应两点实际水平距离之
比，称之为摄影比例尺1/m。平坦地区、摄影时像片处于水 平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（f）与 航高（H）之比。
“推扫”方式获取沿轨道德连续图像条带。
• 扫描方式上具有推扫式扫描成像特点。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。
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推扫式成像示意图
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电荷耦合器件：CCD (Charge Coupled Device) ，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。 CCD的缺点：光谱灵敏度的有限，只能在可见光和近红外（1.2μm 以内）区能直接响应地物辐射来的电磁波。对于热红外区没有反应。因
它所传感的辐射波段仅限于可见光及其附近；其次，照相一次成
型，图象存储、 传输和处理都不方便。
• 扫描成像类传感器：逐点逐行地以时序方式获取二维图像，有两
种主要的形式：
(1) 光/机扫描仪(mechanical line scanning)，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； (2) 推扫式扫描仪(push broom scanning)，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推扫式成像仪等。
f
H2 H1
正射投影 中心投影
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地形起伏对正射投影 无影响
对中心投影引起投影差 航片各部分的比例尺不同
a
b
c
a
b
c
C A’ B A C’ A’ B C’
C
A
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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 水平
倾斜 f
b
a
c
H
A
B
C
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(3) 像点位移
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9
1 摄影类-缝隙摄像机
又称航带摄像机。在摄影瞬间 获取影像，与航向垂直，且与 缝隙等宽的一条地面影像。连 续暴光，不需要快门。
f W p Wi W H
Wp:航摄软片卷绕速度
Wi:影像在航摄机焦平面内移动速度
W:飞机地速
1 摄影类-全景摄像机
镜头转动式 又称航带摄像机。在摄影瞬间 获取在物镜焦平面上平行于飞
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微波遥感的特点 (1)
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微波遥感的特点 (1)
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微波遥感的特点 (2)
• 旱季
• 雨季
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微波遥感的特点 (2)
2.对土壤、森林、冰雪等有一定的穿透能力
1米波长
1厘米波长
由树顶反射的微波信号
由树顶、树干、 地面反射的信号
由树顶、树干反 射的信号
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微波遥感的特点 (2)
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微波遥感的特点 (3)
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• 微波极化：
38
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同一地区同一 波段不同极化 的雷达图像存 在着明显的区 别。 不同极化的图 像就象不同波 段一样可彩色 合成。
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微波遥感的特点
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微波遥感的特点 (1)
1.全天候、全天时, 能穿透云雾、雨雪，不受天气影响
地球上经常有40%-60%的地区被云层覆盖着，尤其是占地球面积五分之三的 海洋上，气候条件变化更大，经常被云层遮蔽，可见光和红外遥感无能为力 微波雷达遥感可以作为光学图像的补充，对多云多雾地区监测，发挥重要作用
•线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪。它利用点探测器收集光
谱信息，经色散元件后分成不同的波段，分别成像于线阵列探测器 的不同元件上，通过点扫描镜在垂直于轨道方向的面内摆动以及沿 轨道方向的运行完成空间扫描，而利用线探测器完成光谱扫描。
面阵探测器加推扫式示意图
线阵列探测器加光机扫描示意图
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3 微波遥感与雷达成像
仪。
• 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，可以收集200或200以 上波段的收据数据，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传感器成像在波段之间存在间隔。
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多光谱/ 高光谱比较
3.能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的信息
• 例如，微波高度计和合成孔径雷达具有测量距离的能力
，可用于测定大地水准面。
• 利用微波探测海面风力场，可提取海面动态信息。 • 根据冰的界电常数不同，可以探测海冰的结构和分类。 • 根据含盐度对水的界电常数的影响可以探测海水的含盐
度。
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微波对海水海风等的变化敏感
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成像光谱仪类型
成像光谱仪按其结构的不同，可分为两种类型
•面阵探测器加推扫式扫描仪的成像光谱仪。它利用线阵列探测器进
行扫描，利用色散元件将收集到的光谱信息分散成若干个波段后， 分别成像于面阵列的不同行。这种仪器利用色散元件和面阵探测器 完成光谱扫描，利用线阵列探测器及沿轨道方向的运动完成空间扫 描，它具有空间分辨率高（不低于10～30m等特点，主要用于航天 遥感。
6
摄影成像
7
1 摄影类-分幅式摄像机
一次曝光得到一幅影像。
以单中心投影方式获取某一观测区
的一幅影像的成像方式。 一张像片上的所有像点共用一个摄影 中心和同一个像片面，即所谓中心投 影，就是平面上各点的投影光线均通 过一个固定点（投影中心或透视中 心），投射到一平面（投影平面）上 形成的透视关系。
图像斑点噪声较为严重。
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微波遥感的分类
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在微波遥感中开展主动式遥感的必要性？
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主动式微波-侧视雷达
雷达工作的原理：
由发射机通过天线在很短时间内，向目标地物发射一束很 窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反 射的回波信号
一种成像方式
• 法国SPOT卫星上装载的HRV（High Resolution Visible range
instrument）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