3传感器及成像原理

3.2.5 对影像质量的要求
除对重叠度、像片倾角、航摄路线等要求外还要求：
A.影像清晰
S D
S D
B.色调均匀
A
A
U Q
U Q
C.反差适中
I
I
D.阴影、云彩、斑痕，不影响使用
3.2.6 像片的规格(胶片) 60mm×60mm 180mm×180mm 230mm ×230mm 230mm ×460mm
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
1.中心投影
S 2.使用面积
S
D A
3.特殊点和线
D A
U Q
4.像点的位移
U Q
I
1、像片倾斜引起的像点位移（倾斜误差,δα）
I
2、地面起伏引起的像点位移（投影误差,δh）
B 立体观察与量测 1.立体观察的原理 2.立体观察的条件 3.立体观察的工具 4.立体观察的方法 5.立体观察的种类 6.像片比例尺量测
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 ⎪
TM是MSS的改进，一
个高级的多波段扫描
仪，共有探测器100个＝
6*16+4，分7个波段，
S D
一次扫描成像为地面的
第9章 遥感技术应用
遥感
遥感
3.1 传感器概述
第3章 遥感传感器及成像原理
S
D
A
U
３.1 传感器概述
Q
I
３.2 摄影成像传感器
３.3 扫描成像传感器
３.4 雷达成像传感器
复习题
传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的装
置，是遥感对地观测的技术基础。传感器性能决定了获取
图像信息的电磁波波段范围、光谱分辨率、空间分辨率、
要由摄影机、滤光片和感光材料组成。不同类型的摄影
S
D A
机、滤光片和感光材料的组合，将产生几何特性和物理特
U Q
性各异的摄影图像。（——数码摄影）
I
3.2.1 摄影机分类
A 按结构分 a. 画幅式 b. 缝隙式 c. 多光谱 d. 数码式
B 按像场角分 a. 狭角 b. 常角 c. 宽角
C 按镜头焦距分 a. 长焦距 b. 中焦距 c. 短焦距
S D A U Q I
摄影区
航线1 A 方向：面状摄影东西方向 航线2 B 长度：60－120km
C 航线之间相互平行 D 同一航线最大航高差＜50m E 实际航高与计划航高之差
＜5%
航线6
摄影航线示意图
遥感
遥感
3.2.4、对重叠度的要求
●摄影站：
摄影镜头所处的空间位置（S）
S D
S D
●摄影基线：
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；
合适的时间分辨率是进行遥感信息挖掘的基础
或保障。
5．视场角（FOV）
决于平台的高度。
如：CBERS CCD 总8.32 °，瞬时视场角约５″。
影像分辨率用于描述摄影型传感器的空间分辨能力，是
指区分最小影像单元的能力，一般用影像上单位长度能
区分明暗相间的线对数来表示。
遥感
Rg
=
Rs ⋅ f H
=
RS M
式中 Rs − 系统分辨率（包括镜头 和胶片的综合影响）
f − 摄影焦距
S
S
D
D
A
A
U
U
Q
Q
I
I
DMC（Digital Mapping Camera）航摄仪，美国产
SWDC数字航摄仪，国产
遥感
3
遥感
S
S
D
D
A
A
U
U
Q
Q
I
I
ADS40航摄仪,徕卡产
遥感
奥林巴斯数码相机 (OLYMPUS)
遥感
3.2.2 摄影分类
A 按航摄倾角（像片倾角）分
(主光轴与铅垂线的夹角称为航摄倾角)
辐射能量转变成化学能或电能，以区分目标辐射能 量的大小。 处理器：将探测获得的辐射能信号进行处理。 输出器：将获取的信息进行记录或输出。
遥感
3.1.3 传感器性能
评价传感器性能的技术指标和参数有很多，但对于大
多数用户而言，传感器的空间分辨率、波谱分辨率、辐
射分辨率、时间分辨率和视场角是衡量其性能的主要指
I 3 、辐射分辨率
遥感
●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。间隔愈 小，分辨率越高。 ●传感器的波谱分辨率越高，记录 的波段也越多，得到的波谱信息就 越丰富，越有利于对地面目标的分 析、识别与分类。
●指传感器接收波谱信号时，能分辨的最 小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像 元的辐射量化级。 ●目前，热红外图像的温度分辨率可达 0.1K，常用的TM第6波段图像可分辨出0.5K 的温差。
230×230
RMK （有FMC）
230×230
焦距 mm 303 213 153 610 305 210 153
分辨率 lp/mm 70～80
40～50
遥感
2. 缝隙式摄影机
缝隙式摄影机又称航带式或推扫式摄影机，摄影瞬间获取 的影像是与航向垂直、且与缝隙等宽的一条影像带。（推扫）
全景摄影机又称全景扫描像机，成像与缝隙扫描像机类似
遥感
3.2.7 像片标志
A.像片编号
S D A U Q I
B.水准气泡
■为了便于像片拼接，每张像片上均编有 号码。包括摄区代号、摄影年月日，以及 像片号码等。航线为东西向时，像片编号在 像片的北边缘，航线为南北向时，编号在 东边缘。因此，用像片的编号的位置能大致 确定像片的方位。
■说明摄影瞬间像片的倾斜情况， 气泡在最里面的小圈内（气泡居中）， 表示像片水平，若偏出一圈说明倾斜 面1°，通常要求像片的倾斜不超过3°。
每列探测器个数
6
16
扫描带宽
185km
185km
遥感
MSS扫描原理
遥感
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，扫描一次每个波段获得6条扫描线图像，其地 面范围为474mx185KM 。
S D A U Q I
⎧ 真实孔径雷达
⎨ ⎩
合成孔径雷达
(RAR) (SAR)
⎪
⎪
⎪⎩
遥感
3.1.2 传感器组成
无论何种传感器，一般都由收集器、探测器、处理 器、输出器等四部分组成。
电Байду номын сангаас
S D A U Q I
磁
收
波 辐
集
器
探测器
处理器
记录 输出
射
收集器：收集来自目标物体的电磁波辐射能量。 探测器：通过光化学反应或光电效应将收集到的地物电磁波
A
A
U Q
U Q
相邻两摄影站间的距离（B）
I
I ●重叠：
相邻两像片上具有同一地面影 像的部分
像片重叠示意图
●航向重叠：同一条航线上相邻两张像片的重叠 p ≥60 % ，规范：53-75%
●旁向重叠：相邻航线上相邻两张像片的重叠 q ≥30% ，规范：15－35%
●航摄漏洞：重叠度不足的部分
4
遥感
遥感
1
遥感
1 、空间分辨率
空间分辨率是指遥感影像能区分的最小单元的尺寸或大
小，是表征传感器分辨空间目标细节能力的指标。
S
表述方式有： 直接的和间接的
D
A
U
Q
I
地面分辨率
像素分辨率
瞬时视场角 影像分辨率
地面采样间隔
地面分辨率是指遥感影像能分辨的最小地面尺寸，是空 间分辨率最常用也是最基本的表述方法。其它各种表述 方式都可以归化为地面分辨率。 如IKONOS，1m, Geoeye-1,0.41m
S D
遥感
A
U Q
Remote Sensing(RS)
I
主讲教师：齐建国
遥感
遥感原理与应用
第0章 绪论
S
D A
第1章 电磁波及遥感物理基础
U Q
第2章 遥感平台及运行特点
I
第3章 遥感传感器及成像原理
第4章 遥感图像处理基础
第5章 遥感图像几何处理 第6章 遥感图像辐射处理
第7章 遥感图像目视判读
第8章 遥感图像自动识别分类
S
a. 垂直摄影
α＝0 °
D A
b. 近似垂直摄影 0 ° <α≤3 °
U Q
c. 倾斜摄影
α>3°
I
B 按实施方式分
a. 单片摄影（点状地区）
b. 航线摄影（线状地区）
c. 面积摄影（面状地区）
C 按感光胶片分 a. 黑白全色摄影
b. 黑白红外摄影
c. 天然彩色摄影
d. 彩色红外摄影
遥感
3.2.3 对航线的要求
S
D A
H－航高
U Q
M - 比例尺分母
I
如果 f为152mm，Rs为40线对/mm，则
航高 (m) 6100
比例尺 1:40000
分辨率 (线对/m)
1
3050 1:20000
2
分辨距离 (m) 0.5
0.25
可识别形迹 识别各种道路、铁路 识别路上汽车的头尾
2 、波谱分辨率
S D A U Q
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
●视场角（Field of View）是传感器对地扫 描或成像的总角度，决定了一幅图像对地面的 覆盖范围。FOV越大，一幅图像所包含的地面范 围就越广，完成对一个区域覆盖所需的图像帧 数就越少，处理效率就越高。
遥感
３.2 摄影成像传感器（航空遥感）
用光学系统成像并用胶片记录影像的传感器称为摄影
型传感器，所得到的图像称为摄影图像。摄影型传感器主
S D
标。传感器的分辨率除受制造时的技术条件限制外，还
A
U 要适合其设计目的和应用领域，因此，不宜单纯用分辨
Q
I
率指标的高低来评价不同传感器性能的优劣。
一般应用遥感图像获取三个方面的信息： ◆目标地物的大小、形状及空间分布信息→几何特征 ◆目标地物的属性信息→物理特征 ◆目标地物的变化信息→时间特征 这三方面信息特征表现为空间分辨率、波谱分辨率和辐 射分辨率、时间分辨率。
▲在扫描仪的前方安装可转动的光学镜
头，并依靠机械传动装置使镜头摆动，
形成对地面目标的逐点逐行扫描。
S
S
D
D
A U
LANDSAT
MSS
TM
A U
Q
Q
I 卫星运行周期
103.267min
I
卫星运行速度
6.47km/s
摆动周期（往返） 0.07342s
周期内卫星移动
474m
每个探测器视场
79m×79m
30m×30m
遥感
5
遥感
S D A U Q I
给你的3D
泰安市数字航空摄影
sdaurs@163.com
简介
sdaurs123
实验： 航空像片的认识
遥感
３.3 扫描成像传感器
扫描成像传感器根据扫描方式分为
1 掸扫式（光/机扫描，物面扫描 )
S 2 推扫式（固体扫描，像面扫描）
D
A
U Q
3.3.1 光/机扫描仪
I
光机扫描传仪是借助平台的飞行运动和自身的横向
S D
也是一条很窄的条带，条带方向平行于平台移动方向。（摆扫)
A
U
Q
I
遥感
3．多光谱摄影机 多光谱摄影机可在同一瞬间摄取同一地区多个波段影像。
常见的有单镜箱、多镜箱、光束分离型三种形式。
S D A U Q I
a.多镜箱
b.单镜箱
c.光束分离型
遥感
4．数码摄影机
与普通摄影机结构和成像原理一样，只是记录介质 不是感光胶片，而是光敏电子器件，如CCD.（分幅式、 扫描式）
2
遥感
1．画幅式摄影机
整幅图像同时曝光成像的摄影机称为画幅式摄影机， 所得像片称为中心投影像片。画幅式摄影机是最常见的摄 影机类型，按平台高度分为航空摄影机（RC-30）和航天摄
S
D 影机。
A U Q I
遥感
RC-30航摄仪
S D A U Q I
产地 瑞士 德国
型号
RC-20 RC-30
像幅 mm
遥感
像素分辨率主要用于光电转换型传感器，指一个像素所
对应的地面距离或尺寸。
如：LANDSAT MSS 79m×79m,CBERS CCD 20m×20m
S 地面采样间隔是航空数码相机空间分辨率的表述方式，
D
A 其本质与像素分辨率相同。
U
Q I
瞬时视场角是指传感器的探测单元相对于投影中心形成
的张角。探测单元的视场角一定，地面分辨率的高低取
C.时表
■记录摄影瞬间的时刻，有助于判明 像片上地物明暗部位大致对向摄影时的 太阳方向。
遥感
A.像片编号 B.水准气泡 C.时表
D.框标
S D A U Q I
E.压平线
■在像片四周锯齿形、三角形、圆形的 标记称为框标。左右框标中点的连线，为 单张像片坐标系统的横轴，上下框标中点 的连线为纵轴，两轴的交点为像片坐标原 点，■即为像了片检中查心底点片，贴通压常在和承像片片框主上点的重平合。