第四章 传感器成像原理及其图像特征
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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
第四章 传感器成像原理及其图像特征
传感器性能
辐射分辨率
传感器接受波谱信号时,能分辨的最小辐射度 差,即遥感图象上每一个像元的辐射量化级。
摄影成像:灰度连续 扫描成像:灰度离散,分级记录,2n级。灰度 级别越多,辐射分辨率就越高。
遥感影像特征: 空间分辨率 波谱分辨率 辐射分辨率 时间分辨率
时间分辨率指对同一地点进行重复观测的最小时间间隔,
第二节 摄影成像原理
一、摄影类型的传感器 二、摄影像片的几何特征 三、摄影胶片的物理特性
框幅式摄影机
组成:收集器、物镜和探测器、感光胶片、 暗盒、快门、光栏、机械传动装置等。
成像原理:在某一摄影瞬间获得一张完整的像片,
这张像片上所有像点共用一个摄影中心和同一个像片 面。
全景摄影机
——又称为扫描摄影机。 镜头转动式: 成像原理:在物镜焦平面上平行于飞行 方向设置一狭缝,并随物镜做垂直航线 方向扫描,得到一幅扫描成的影像图, 所以称为扫描像机。它能将航线两边的 地平线内的影像都摄入底片,又称为全 景摄影机。
扫描成像----像元: 扫描仪瞬时视场所对应的地面实际大小 。
摄影成像----摄影比例尺(或线对): 摄影比例尺1/m = f/ H Rg=Rs* f/ H
传感器性能
• 波谱分辨率又称光谱分辨率是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。
•波长间隔愈小,分辨率愈高。即在等长的波段宽 度下,传感器的波段数越多,各个波段宽度越窄, 地面物体的信息越容易区分和识别,识别性越强 。
第四章 传感器及其成像原理
❖传感器是收集、探测、记录地物电磁波
辐射信息的工具。
❖它的性能决定遥感的能力,即传感器对
电磁波段的响应能力、传感器的空间分 辨率及图像的几何特征、传感器获取地 物信息量的大小和可靠程度。
传感器及其成像原理
39
真实孔径侧视雷达
一、成像过程:
发射机向侧向面内发射一 束脉冲,被地物反射后, 由天线接收;
由于地面各点到雷达的距 离不同,接收机收到许多 信号,以它们到雷达距离 的远近,先后依序记录;
信号的强度除与系统参数 外,还与辐照带内各种地 物的特性、形状、坡向等 有关;
回波信号经电子处理器处 理后形成的图象线被记录;
TM6
0.52~0.60(绿)
与TM1合成,能显示水体的蓝绿比值, 用来估测可溶性有机物和浮游生物来自0.63~0.69(红)
识别土壤边界和地质界线的最有利的光 谱区
0.76~0.90(红外)
识别植物的有利波段,TM2/TM4对绿色 生物量和植物含水量敏感
1.55~1.75(红外)
可用来 进行收成中干旱的监测和植物生 物量的确定;也可用来区分不同类型的 岩石,区分云、地面冰和雪;确定湿土 和土壤的湿度
第一个扫描镜面扫视一次,
扫描视场内的地面辐射能,由刈幅的一边到另一边依次进入传感 器; (收集器)
经探测器输出视频信号,再经电子放大器放大和调制;(探测器、 处理器)
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(输出器)。
第二个扫描镜面扫视一次,…
34
35
雷达成像类型传感器
利用波长1cm~1m的微波波段进行遥感 主动式、成像、微波传感器 不受天气的制约,可进行全天候观测 距离测量系统
36
雷达结构与工作原理
发射机产生脉冲信号,由转换开关控制,经天 线向观测地区发射;地物反射脉冲信号,也由转换 开关控制进入接收机,接收的信号在显示器上显示, 或记录在磁带上。
传感器及其成像原理
真实孔径侧视雷达
一、成像过程:
发射机向侧向面内发射一 束脉冲,被地物反射后, 由天线接收;
由于地面各点到雷达的距 离不同,接收机收到许多 信号,以它们到雷达距离 的远近,先后依序记录;
信号的强度除与系统参数 外,还与辐照带内各种地 物的特性、形状、坡向等 有关;
回波信号经电子处理器处 理后形成的图象线被记录;
TM6
0.52~0.60(绿)
与TM1合成,能显示水体的蓝绿比值, 用来估测可溶性有机物和浮游生物来自0.63~0.69(红)
识别土壤边界和地质界线的最有利的光 谱区
0.76~0.90(红外)
识别植物的有利波段,TM2/TM4对绿色 生物量和植物含水量敏感
1.55~1.75(红外)
可用来 进行收成中干旱的监测和植物生 物量的确定;也可用来区分不同类型的 岩石,区分云、地面冰和雪;确定湿土 和土壤的湿度
第一个扫描镜面扫视一次,
扫描视场内的地面辐射能,由刈幅的一边到另一边依次进入传感 器; (收集器)
经探测器输出视频信号,再经电子放大器放大和调制;(探测器、 处理器)
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(输出器)。
第二个扫描镜面扫视一次,…
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雷达成像类型传感器
利用波长1cm~1m的微波波段进行遥感 主动式、成像、微波传感器 不受天气的制约,可进行全天候观测 距离测量系统
36
雷达结构与工作原理
发射机产生脉冲信号,由转换开关控制,经天 线向观测地区发射;地物反射脉冲信号,也由转换 开关控制进入接收机,接收的信号在显示器上显示, 或记录在磁带上。
传感器及其成像原理
传感器第4章 成像传感器
4.2.1 MOS电容器
图4-6 MOS界面电荷分布图
MOS是指金属—氧化物—半导体,一个MOS 电容器就是一个光敏元,感应一个象素点, 传递一幅图像需要由许多MOS元大规模集 成的器件。在工艺上,MOS电容器是先在PSi片上氧化一层SiO2介质层,其上再沉积一 层金属Al作为栅极,然后在P-Si半 导体上制 作下电极。
光导摄像管的结构:
图4-1 光导摄像管的结构和等效电路
在真空管的前屏幕上设置有光电导膜和透明电导膜的阵列小单元。由电子枪射出的电子经过电 子透镜聚焦成电子束射向光电导膜。通过电子束扫描,读取储存在光导电子靶面上的由于入射 激光的激励所产生的电子图像。
4.1.2 光导摄像管的物理基础
光导摄像管的组成原理:
激发电子穿过金属栅栏打到靶极,靶极受高速电子的轰击产生二次 电子发射。二次电子被金属栅网所捕获,靶极因逸出二次电子而带 正电,形成电位像。
用电子枪准确地瞄准靶极上的点并对靶面进行扫描(所以又称电子 扫描成像为像面扫描成像)。
为了提高输出信号的强度,在电子枪外套有一组电子倍增器。返回 的电子被收集极吸取后,再一次利用二次电子发射效应,将电流逐 级倍增。最后输出的信号,即输出的图像信息称为视频信号。
栅极突然加一VG正脉冲(VG>VT阈值电压),金 属电极上会充一些正电荷,电场将排斥P-Si中SiO2 界面附近的空穴,出现耗尽层,耗尽区中的电离 受主为负离子,半导体表面处于非平衡状态,若 衬底电位为0,分析表面区状态
图4-7 MOS陷阱形成的电荷示意图
4.2.1 MOS电容器
半导体空间电荷区,电位的变化由泊松方程来解,设半导体与SiO2界面为原点,耗尽
管的结构:
其作用是将输入景物光的图像转换成电荷图像。
第四章 光电成像器件
固体化摄像器件 很高的空间分辨率 很高的光电灵敏度和大的动态范围 光敏元间距位臵精确,可获得很高的 定位和测量精度 信号与微机接口容易
电荷耦合器件(CCD)
CCD类型: 表面沟道CCD(SCCD):电荷包存储在半导体与 绝缘体之间的界面,并沿界面传输; 体沟道CCD(BCCD):电荷包存储在离半导体表 面一定深度的体内,并在半导体体内沿一定方向传 输——用离子注入方法改变转移沟道的结构,从而 使势能极小值脱离界面而进入衬底内部,形成体内 的转移沟道,避免了表面态的影响,使得该种器件 的转移效率高达99.999%以上,工作频率可高达 100MHz,且能做成大规模器件。 下面以表面沟道CCD为例介绍CCD基本原理
电荷耦合器件(Charge Coupled Device,即CCD) 互补金属氧化物半导体图像传感器(即CMOS) 电荷注入器件(Charge Injection Device,即CID)
4.3 电荷耦合器件
CCD(Charge Coupled Devices)
CCD图像传感器主要特点:
双列两相线阵CCD结构
光敏区:光敏二极管阵列,每个光敏元是一个像素。
转移栅:MOS电容构成,蔽光;控制光生电荷向移位寄存器转移。
移位寄存器:MOS电容构成,蔽光;控制光生电荷扫描移向输出端。
输出端:将光生电荷包转换为视频信号输出。
在Al电极上加驱动信号,MOS阵列使光生电荷包 自扫描输出。
输出端:输出栅OG;
进一步说明:
栅电极G
氧化层
P型半导体
耗尽区 浅势阱
反型层 深势阱
uG=0
uG<uth(MOS晶体管的开启电压)
uG>uth
电荷耦合器件工作在瞬态和深度耗尽状态
电荷耦合器件(CCD)
CCD类型: 表面沟道CCD(SCCD):电荷包存储在半导体与 绝缘体之间的界面,并沿界面传输; 体沟道CCD(BCCD):电荷包存储在离半导体表 面一定深度的体内,并在半导体体内沿一定方向传 输——用离子注入方法改变转移沟道的结构,从而 使势能极小值脱离界面而进入衬底内部,形成体内 的转移沟道,避免了表面态的影响,使得该种器件 的转移效率高达99.999%以上,工作频率可高达 100MHz,且能做成大规模器件。 下面以表面沟道CCD为例介绍CCD基本原理
电荷耦合器件(Charge Coupled Device,即CCD) 互补金属氧化物半导体图像传感器(即CMOS) 电荷注入器件(Charge Injection Device,即CID)
4.3 电荷耦合器件
CCD(Charge Coupled Devices)
CCD图像传感器主要特点:
双列两相线阵CCD结构
光敏区:光敏二极管阵列,每个光敏元是一个像素。
转移栅:MOS电容构成,蔽光;控制光生电荷向移位寄存器转移。
移位寄存器:MOS电容构成,蔽光;控制光生电荷扫描移向输出端。
输出端:将光生电荷包转换为视频信号输出。
在Al电极上加驱动信号,MOS阵列使光生电荷包 自扫描输出。
输出端:输出栅OG;
进一步说明:
栅电极G
氧化层
P型半导体
耗尽区 浅势阱
反型层 深势阱
uG=0
uG<uth(MOS晶体管的开启电压)
uG>uth
电荷耦合器件工作在瞬态和深度耗尽状态
第四章传感器成像原理与其图像特征
第四章 传感器及其成像原理
❖传感器是收集、探测、记录地物电磁波
辐射信息的工具。
❖它的性能决定遥感的能力,即传感器对
电磁波段的响应能力、传感器的空间分 辨率及图像的几何特征、传感器获取地 物信息量的大小和可靠程度。
第一节 遥感传感器
➢ 传感器分类 ➢ 传感器的组成 ➢ 传感器的性能指标
传感器的分类
传感器性能
辐射分辨率
传感器接受波谱信号时,能分辨的最小辐射度 差,即遥感图象上每一个像元的辐射量化级。
摄影成像:灰度连续 扫描成像:灰度离散,分级记录,2n级。灰度 级别越多,辐射分辨率就越高。
遥感影像特征: 空间分辨率 波谱分辨率 辐射分辨率 时间分辨率
时间分辨率指对同一地点进行重复观测的最小时间间隔,
对同一地区,在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机 称为多光谱摄影机 。分为多镜头型多光谱摄影机、多摄影 机型和光束分离型多光谱摄影机。
(1)多摄影机型多光谱摄影机 (2)多镜头型多光谱摄影机 (3)光束分离型多光谱摄影机
多架普通的航空摄影机; 普通航空摄影机;
不同的滤光片和胶片; 配置多个镜头;
同时曝光。
扫描成像----像元: 扫描仪瞬时视场所对应的地面实际大小 。
摄影成像----摄影比例尺(或线对): 摄影比例尺1/m = f/ H Rg=Rs* f/ H
传感器性能
• 波谱分辨率又称光谱分辨率是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。
•波长间隔愈小,分辨率愈高。即在等长的波段宽 度下,传感器的波段数越多,各个波段宽度越窄, 地面物体的信息越容易区分和识别,识别性越强 。
A BC
中心投影与正射投影的区别
3)地形起伏的影响
地形起伏对正射投影 无影响
❖传感器是收集、探测、记录地物电磁波
辐射信息的工具。
❖它的性能决定遥感的能力,即传感器对
电磁波段的响应能力、传感器的空间分 辨率及图像的几何特征、传感器获取地 物信息量的大小和可靠程度。
第一节 遥感传感器
➢ 传感器分类 ➢ 传感器的组成 ➢ 传感器的性能指标
传感器的分类
传感器性能
辐射分辨率
传感器接受波谱信号时,能分辨的最小辐射度 差,即遥感图象上每一个像元的辐射量化级。
摄影成像:灰度连续 扫描成像:灰度离散,分级记录,2n级。灰度 级别越多,辐射分辨率就越高。
遥感影像特征: 空间分辨率 波谱分辨率 辐射分辨率 时间分辨率
时间分辨率指对同一地点进行重复观测的最小时间间隔,
对同一地区,在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机 称为多光谱摄影机 。分为多镜头型多光谱摄影机、多摄影 机型和光束分离型多光谱摄影机。
(1)多摄影机型多光谱摄影机 (2)多镜头型多光谱摄影机 (3)光束分离型多光谱摄影机
多架普通的航空摄影机; 普通航空摄影机;
不同的滤光片和胶片; 配置多个镜头;
同时曝光。
扫描成像----像元: 扫描仪瞬时视场所对应的地面实际大小 。
摄影成像----摄影比例尺(或线对): 摄影比例尺1/m = f/ H Rg=Rs* f/ H
传感器性能
• 波谱分辨率又称光谱分辨率是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。
•波长间隔愈小,分辨率愈高。即在等长的波段宽 度下,传感器的波段数越多,各个波段宽度越窄, 地面物体的信息越容易区分和识别,识别性越强 。
A BC
中心投影与正射投影的区别
3)地形起伏的影响
地形起伏对正射投影 无影响
传感器及其成像原理ppt课件
收集器:收集来自地物(目标)的辐射能量。 如透镜组、反射镜组、天线等
探测器:将收集到的辐射能转化为化学能或电能。 如胶片、二极管等
处理器:将化学能或电能等信号进行处理。 如显影、定影、信号放大、变换、校正、编码等
输出器:将获取的数据输出出来。 如扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁带
记录仪、彩色喷墨记录仪等
遥感技术与应用
第三讲 遥感传感器及其成像原理
遥感传感器
遥感传感器:收集、探测、处理和记录物体电磁波辐 射信息的工具。它的性能决定了遥感的能力: 电磁波波段的响应能力(探测灵敏度、波谱分辨率) 图像的空间分辨率及其几何特性 获取地物电磁波信息量的大小和可靠程度 成像的方式
无论哪种遥感传感器,都是由收集器、探测器、 处理器、输出器等四部分组成的。
全景畸变 •由于地面分辨率随扫描角发生变化,使红外扫描影像产 生畸变,这种畸变通常称之为全景畸变,形成原因是像 距保持不变,总在焦面上,而物距随扫描角发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变化所 致。
红外扫描仪的分辨率 扫描线的衔接 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。
扫描成像类传感器
•对物面扫描的成像仪 –对地面直接扫描成像(红外扫描仪、多光谱扫描仪、 成像光谱仪 ) •对像面扫描的成像仪 –瞬间在像面上先形成一幅影像,然后对影像进行扫描 成像(线阵列CCD推扫式成像仪 ) •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
对物面扫描的成像仪
3 全景式摄影机 Panoramic Camera
4 多光谱摄影机 Multispectral Camera
遥感传感器本章主要内容41遥感传感器的-遥感技术基础
《遥感技术基础》-第四章 遥感传感器
§ 4.3扫描成像类型的传感器 4.3.1对物面扫描的成像仪
2. Mss多光谱扫描仪 <3> Mss多光谱扫描仪的成像过程 地面光讯号经扫描反射镜,反射至第一和第二 反射镜组成的光学聚焦系统,聚焦在光学纤维板上。 光学纤维板上各像元的光讯号经滤光器分光后,由光 学纤维板传导至探测元件,并由中继光学系统传入构 成光阑的探测器中。
《遥感技术基础》-第四章 遥感传感器
§ 4.3扫描成像类型的传感器 4.3.1对物面扫描的成像仪
机载红外扫描仪
Mss多光谱扫描仪
TM专题制图仪 ETM+专题制图仪
《遥感技术基础》-第四章 遥感传感器
§ 4.3扫描成像类型的传感器 4.3.1对物面扫描的成像仪
1.机载红外扫描仪 <1>机载红外扫描仪结构
2. Mss多光谱扫描仪 <4> TM专题制图仪
ETM+增强型专题制图仪与TM相比在以下三方面作了改
进: (1)增加PAN (全色)搜段,分醉率为15m,因而使数据速率增加; (2)采用双增盖技术使远红外波段6分辨率提高到60m,也增加 了数据率; (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。
2.传感器的分类: 传感器的分类:光学摄影类型、扫描成像类型、雷达成像类 型及非图象类型。
图4-1-1传感器的组成部分 无论哪种类型遥感传感器,他们都是由图4-1-1所示的基本 部分组成。
《遥感技术基础》-第四章 遥感传感器
§ 4.2光学摄影类型的传感器
1.单镜头画幅式摄影机 主要由收集器—物镜和探测器—感光胶片组成。另外还需要 有暗盒,快门,光栏,机械传动装臵等,曝光后的底片上只有一 个潜像,须经摄影处理后才能显示出来影像。 2.缝隙摄影机 在摄影机焦面前放臵一开缝档板,将缝隙外的影像全挡去, 摄影瞬间所获取的影像,是与航向垂直,且与缝隙等宽的一条地 面影像。 3.全景摄影机 在物镜焦面上,平行于飞行方向设臵一狭缝,并随物镜作垂 直航线方向扫描,得到一幅扫描成的影像图。 4.多光谱摄影机 对同一地区,在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机。其目 的是充分利用地物在不同光谱区,有不同的反射特征,来增多获 取目标的信息量,以便提高影像的判读和识别能力。
4传感器与成像原理
60?Cf
60 km
Sensors
70.5?Df Df 70.5 Cf 60Þ Bf 45.6Þ Af 26.1 An 0? Aa 26.1 Ba 45.6Þ Ca 60Þ Daew angle 425 ?467 nm 543 ?571 nm 660 ?682 nm 846 ?886 nm
White WhiteLight LightSeparated Separatedinto intoits itsSpectral SpectralComponents ComponentsUsing Using aaPrism Prism
White Light Separated into its Spectral Components Using a Prism
Film Plane
Image
Object
Roll of film
Aperture
Focal Length
20
Two TwoFrame FrameCameras CamerasMounted Mountedin inthe theFuselage Fuselageof ofaaPlane Plane
感测人体选择8-12μm, 探测森林火灾应选择3-5 μm
7
不同光谱分辨率对水铝矿反射光谱的获取
8
空间分辨率(spatial resolution)
遥感图象上能够详细区分的最小单元的尺寸,是用来表 征图象分辨地面目标细节能力的指标。 通常用像元大小、像解率或视场角来表示。
像元(pixel):将地面信息单元离散化而形成的格网单 元,单位为米,是组成图象的基本单元。像元越小,空 间分辨率越高;(像元所代表的地面范围的大小) 像解率是用单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行 细线的条数来表示,如线/毫米或线对/毫米; 瞬时视场角 (instantaneous field of view, IFOV): 指传感 器的张角及瞬时视域,又称角分辨率。
第四章传感器及成像特点-1
20
4.2 遥感器的类型 (1)摄影方式遥感器
B
G
R
IR
21
4.2 遥感器的类型 (1)摄影方式遥感器
22
4.2 遥感器的类型 (2)扫描方式遥感器
优点: 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--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, 便于校正和图像处理.
4
4. 1 传感器的基本组成
4、记录系统 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:指记录、存储成像遥感器输出信号的 介质。
模拟形式--感光胶片、磁带 数字形式--磁带、磁盘、光盘……
5
4. 1 传感器的基本组成 (2)描述遥感器的特性参数
1、空间分辨率 2、波谱分辨率 3、辐射分辨率 4、时间分辨率
B G R NIR
Jan Feb 15 15பைடு நூலகம்
10 m 10 m
6
4. 1 传感器的基本组成 (2)描述遥感器的特性参数
1、空间分辨率 表示按地物几何特征(尺寸和形状)和空间分
布,即在形态学基础上识别目标的能力。
⑴. 遥感器的技术鉴别能力即能把两相邻目
缺点: 局限性大 0.3~1.3μm 影像畸变较严重 成像受气侯、光照 和大气效应的限制 须回收胶片 影像形 成周期长无法实时观测
17
4.2 遥感器的类型 (1)摄影方式遥感器
各类摄影机--按结构及胶片曝光方式分类
18
4.2 遥感器的类型 (1)摄影方式遥感器
航摄仪
19 19
4.2 遥感器的类型 (1)摄影方式遥感器
4.2 遥感器的类型 (1)摄影方式遥感器
B
G
R
IR
21
4.2 遥感器的类型 (1)摄影方式遥感器
22
4.2 遥感器的类型 (2)扫描方式遥感器
优点: 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--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, 便于校正和图像处理.
4
4. 1 传感器的基本组成
4、记录系统 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:指记录、存储成像遥感器输出信号的 介质。
模拟形式--感光胶片、磁带 数字形式--磁带、磁盘、光盘……
5
4. 1 传感器的基本组成 (2)描述遥感器的特性参数
1、空间分辨率 2、波谱分辨率 3、辐射分辨率 4、时间分辨率
B G R NIR
Jan Feb 15 15பைடு நூலகம்
10 m 10 m
6
4. 1 传感器的基本组成 (2)描述遥感器的特性参数
1、空间分辨率 表示按地物几何特征(尺寸和形状)和空间分
布,即在形态学基础上识别目标的能力。
⑴. 遥感器的技术鉴别能力即能把两相邻目
缺点: 局限性大 0.3~1.3μm 影像畸变较严重 成像受气侯、光照 和大气效应的限制 须回收胶片 影像形 成周期长无法实时观测
17
4.2 遥感器的类型 (1)摄影方式遥感器
各类摄影机--按结构及胶片曝光方式分类
18
4.2 遥感器的类型 (1)摄影方式遥感器
航摄仪
19 19
4.2 遥感器的类型 (1)摄影方式遥感器
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0.5~0.6 um
0.6~07 um 0.7~08 um 0.8~1.1 um
10.4~12.6 um
扫描方向
卫 星 前 进 方 向
遥感器 MSS
波段
4 5 6 7
波长范围/um
0.5~0.6 0.6~0.7 0.7~0.8 0.8~1.1
固体自扫描仪
CCD传感器
CCD传感器 用一种称为电荷耦合器件CCD(change coupled device)的探测
h <0, 像点朝向像主点方向移位 (3) h与航高 H 成反比。
第三节 扫描成像原理
扫描成像类型的传感器工作原理:
利用扫描镜和探测元件对目标物体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征信息, 形成一定谱段的图像。其探测波段可包括紫外,红外,可见光 和微波波段。
扫描成像类型的传感器主要有:光机扫描仪、CCD固 体自扫描仪和成像光谱仪等。
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。光谱仪成像 时多采用扫描式和推帚式,可以收集200或200 以上波段的收据数据。使图象中的每一像元均 得到连续的反射率曲线,而不像其他一般传统 的成像谱光仪在波段之间存在间隔。
镜头选配相应的
滤光片与胶片。
单镜头多光谱摄影;
光束经分光装置分 成几个光束,然后 分别在相应的感光 胶片上成像。
二、摄影像片的几何特征
主光轴:通过物镜中心并与主平面(焦平面)垂直的直线; 主光轴垂直于像片面
像主点:主光轴与感光片的交点 像片倾角(航摄倾角):像片面与水平面的夹角
主光轴与铅垂线的夹角
传感器分类
(3)按照数据记录方式: ---成像方式传感器 ---非成像方式传感器:记录地物的一些物 理参数。
传感器的分类
成像传感器是目前最常见的传感器类型,其分类如下图:
成像传感器
被动式 主动式
光学摄影类型
光电成像类型 全景雷达 侧 视 雷达
框幅摄影机 全景摄影机 多光谱摄影机 TV摄影机 扫描仪 电荷耦合器件CCD
即重访周期。
时间分辨率能提供地物动态变化的信息,可用来对地物的变化 进行监测,也可以为某些专题要素的精确分类提供附加信息。
时间分辨率的类型:
①超短(短)周期时间分辨率,可以观测到一天之内的变化, 以小时为单位。 ②中周期时间分辨率,可以观测到一年内的变化,以天为单位。 ③长周期时间分辨率,一般以年为单位的变化
光机扫描仪是借助遥感平台沿飞行方向运动与遥感器自 身的光机对目标地物逐点、逐行横向扫描,达到地面覆盖,得 到地面条带图像的成像装置。
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,其探测波长包 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,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,它们分别被一组不同探测器 所探测器,经过信号放大,然后记录在磁带上,或通过电光转换后记录 在胶片上。
第四节 微波遥感与成像
微波遥感是指通过微波传感器获取从目标地物发射或 反射的微波辐射,经处理来识别地物的技术。
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、 阴极射线管、电视显象管、磁带记录仪等。
传感器性能
•空间分辨率指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺
寸或大小,是用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标。
缝隙式摄影机
——又称为航带摄影机。
成像原理:在飞机或卫星上,摄影瞬间 所获取的影像,是与航向垂直,且与缝 隙对应的一条地面影像。当飞机或卫星 向前飞行时,摄影机连续曝光,摄影机 内的胶片也不断地进行绕卷,且其速度 与地面在缝隙中的影像移动速度相同, 就能得到连续的条带状的航带摄影负片。
多光谱摄影机
第四章 传感器及其成像原理
❖传感器是收集、探测、记录地物电磁波
辐射信息的工具。
❖它的性能决定遥感的能力,即传感器对
电磁波段的响应能力、传感器的空间分 辨率及图像的几何特征、传感器获取地 物信息量的大小和可靠程度。
第一节 遥感传感器
➢ 传感器分类 ➢ 传感器的组成 ➢ 传感器的性能指标
传感器的分类
器制成的传感器。这种传感器受光或电激作用产生的电荷,在外力作用 下在固体内移动,以产生输出信号。将若干个CCD元器件排成一行,称 为CCD线阵列传感器。
法国SPOT卫星上装载的HRV(High Resolution Visible range instrument)是一种CCD线阵列传感器,又称为线阵列推扫式扫描 仪。
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。
(三)像点位移
根据中心投影的原理,略有起伏状态的地形,或高出平 面的物体,反映到航空像片上的像点与其平面位置相比,一 般都会产生位置的移动,叫像点位移。
A点高程为h,其在像片上的构像为a; A在基准面上的投影为A0,A0在像片上的构 像为a0; aa0为由地形引起的像点位移,也称像片上的 投影差h; h地面上的投影差。
扫描成像----像元: 扫描仪瞬时视场所对应的地面实际大小 。
摄影成像----摄影比例尺(或线对): 摄影比例尺1/m = f/ H Rg=Rs* f/ H
传感器性能
• 波谱分辨率又称光谱分辨率是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。
•波长间隔愈小,分辨率愈高。即在等长的波段宽 度下,传感器的波段数越多,各个波段宽度越窄, 地面物体的信息越容易区分和识别,识别性越强 。
根据分类的方法不同,传感器大致有如下几种类型:
(1)按传感器工作的波段: ---可见光传感器 ---红外传感器 ---微波传感器
(2)按工作方式: ---主动传感器 ---被动传感器
被动式传感器接收目标自身的热辐射或反射太阳辐射; 主动式传感器向目标发射强大的电磁波并接收目标反射的 回波,主要指各种形式的雷达。
第二节 摄影成像原理
一、摄影类型的传感器 二、摄影像片的几何特征 三、摄影胶片的物理特性
框幅式摄影机
组成:收集器、物镜和探测器、感光胶片、 暗盒、快门、光栏、机械传动装置等。
成像原理:在某一摄影瞬间获得一张完整的像片,
这张像片上所有像点共用一个摄影中心和同一个像片 面。
全景摄影机
——又称为扫描摄影机。 镜头转动式: 成像原理:在物镜焦平面上平行于飞行 方向设置一狭缝,并随物镜做垂直航线 方向扫描,得到一幅扫描成的影像图, 所以称为扫描像机。它能将航线两边的 地平线内的影像都摄入底片,又称为全 景摄影机。
传感器性能
辐射分辨率
传感器接受波谱信号时,能分辨的最小辐射度 差,即遥感图象上每一个像元的辐射量化级。
摄影成像:灰度连续 扫描成像:灰度离散,分级记录,2n级。灰度 级别越多,辐射分辨率就越高。
遥感影像特征: 空间分辨率 波谱分辨率 辐射分辨率 时间分辨率
时间分辨率指对同一地点进行重复观测的最小时间间隔,
成像光谱仪—高光谱扫描仪
成像光谱仪的两种类型(结构不同):
一种是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,利用色散元件和面阵探测 器完成光谱扫描,利用线阵列探测器 及其沿轨道方向的 运动完成空间扫描。
另一种是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,分别在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动 完成空间扫描,而利用线探测器完成光谱扫描。
正射投影
中心投影
中心投影与正射投影的区别
1)投影距离的影响
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
正射投影
f
H2 H1
中心投影
中心投影与正射投影的区别
2)投影面倾斜的影响
各点相对位置与
倾斜
形状保持不变
各点相对位置与 形状发生变化
f
倾斜
水平
a
bc
比例尺
H
f/H
推帚式扫描仪工作原理图
CCD传感器—HRV
光谱段 0.50~0.59 μm 0.61~0.68 μm 0.79~0.89 μm 0.51~0.73 μm
光谱特性 绿 红
近红外 全波段
分辨率 20 m 20 m 20 m 10 m
1)HRV的多光谱段的每个波段的线阵列探测器组,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。因此 一行CCD探测器形成的图像线,相对地面上为20m×6000km。 2)HRV的全色波段的线阵列探测器组由6000个CCD元件组成一行。 地面上总的市场宽度仍为60km,因此每个像元地面大小为 10m×10m。
面阵成像光谱仪 成像光谱仪
线阵成像光谱仪
真实孔径雷达 合成孔径雷达
传感器的组成
收集器:负责收集地面目标辐射的电磁波能量。具体元件 形式多种多样,如透镜组、反射镜组、天线等。
探测器:主要功能是将收集到的电磁辐射能转变为化学能 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。
HRV数据采集原理
HRV是推帚式扫描仪。 探测元件为4根平行的CCD线列,每根探测一个波段, 每线含3 000(HRV1~3)或6 000(PAN波段)个
为了在26天内达到全球覆盖一遍,SPOT卫星上平排安装两台HRV仪器。 每台仪器视场宽都为60km,两者之间有3km的重叠,因此总的视场宽度 为117km。