传感器及其成像原理
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
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；
传感器
������ 当需要区分两个具有细微波谱差异的目标物 时，波谱分辨率指标比较重要
时间分辨率
时间分辨率：对同一地点进行重复探测时，相邻两次探测的 时间间隔，即重访周期，能够提供地物动态变化的信息。 ������ 包括： 传感器本身设计的时间分辨率 受卫星运动规律影响 根据需要，人为设计的时间分辨率 ������ ������ ������
蓝绿波段 绿红波段 红波段 近红外波段 近红外波段 热红外波段 近红外波段 可见光—近红 外
③ NOAA/AVHRR与“风云”气象卫星
数据来源：美国气象卫星。 近圆形太阳同步轨道。 卫星携带的环境监测遥感器主要有改进型甚高分 辨率辐射计(AVHRR)和泰罗斯业务垂直观测系统 (TOVS)。 NOAA图像。 参考网站: / /
缝隙式摄影机
胶片卷动速度V与
飞行速度v和相对
航高H有关，
V=v*f/H，
f为焦距。
多中心投影
缝隙式摄影机
多中心投影，不同缝隙对应的投影中心不同
25
3 全景式摄影成像
又称扫描摄影成像或摇头摄影成像。
在物镜的焦面上平行于飞行方向设置一条狭
缝，并随物镜作垂直于航线方向的摆动扫描，
得到一幅扫描成像的图像。
第三节
摄影类型的传感器
摄影是通过成像设备获取物体影像的技术。
传统摄影是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。 数字摄影是通过放置在焦平面的光敏元件，经光 /电转换，以数字信号来记录物体的影像。
三.光学摄影类型传感器
摄影机种类很多，常见的为： 框幅式摄影机(分幅式摄影机) 缝隙式摄影机 全景式摄影机 多光谱摄影机 （多镜头型、多摄影机型、光束分离型）
水下成像传感器原理及应用
水下成像传感器原理及应用水下成像传感器是一种能够在水下环境中获取图像信息的设备。
由于水下环境的特殊性，水下成像传感器的原理和应用与陆地上的传感器有所不同。
下面将就水下成像传感器的原理及应用进行详细介绍。
一、水下成像传感器原理水下成像传感器的工作原理主要包括光学成像、图像传输和信号处理三个部分。
1. 光学成像光学成像是指将水下物体的光信号转换成电信号的过程。
水下成像传感器通常采用激光、超声波或声纳技术来获取水下物体的信息。
其中，激光成像是最常见的水下成像技术之一。
激光束在水中传播时会受到散射和吸收的影响，因此激光成像系统需要通过波束形成、多普勒调制等技术来提高成像质量。
2. 图像传输图像传输是将光学成像获得的数据传输到地面或其他设备进行处理和显示的过程。
由于水下传输介质的特殊性，水下成像传感器通常采用无线传输或光纤传输技术。
其中，无线传输技术包括声纳、蓝牙和Wi-Fi等，而光纤传输技术则采用光纤传输信号。
3. 信号处理信号处理是对图像进行增强和重建的过程。
由于水下成像受到水下环境的影响，图像质量通常较差，因此需要进行信号处理以提高图像的清晰度和对比度。
信号处理的方法包括滤波、降噪、增强和重建等。
另外，还可以借助计算机视觉算法来提取和分析图像上的信息。
二、水下成像传感器应用水下成像传感器在海洋勘探、水下探测和水下机器人等领域具有广泛的应用。
1. 海洋勘探海洋勘探是水下成像传感器最常见的应用领域之一。
水下成像传感器可通过激光或声纳等技术获取海底地形图像，帮助海洋勘探人员进行海底勘测、沉船探测以及地理地质研究等工作。
水下成像传感器还可以用于监测海洋底层水体的温度、盐度和酸碱度等参数，为科学家研究海洋环境提供数据支持。
2. 水下探测水下探测主要应用于水下管道、水下遗址和水下设备等区域。
通过激光和声纳等技术，水下成像传感器可以实时监测水下管道的泄露情况、水下遗址的位置和形态，以及水下设备的状态和损坏情况。
这为水下维修和救援提供了重要的参考依据，并减少了人工操作的风险。
遥感原理与方法——第三章遥感传感器及成像原理
对物面扫描的成像仪：
特点:对地面直接扫描 光机扫描仪(红外扫描仪，多光谱扫描仪)，成像光谱仪，多
频段频谱仪
对像面扫描的成像仪：
特点:瞬间在像面上先形成一条线图象,甚至是一幅二维影象, 然后对影象进行扫描成像.
线阵列ＣＣＤ推扫式成像仪，电视摄像机
第三章 遥感传感器及3.3雷达成像仪
3.1传感器的组成及分类
传感器:收集,探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器
收集器 探测器 处理器 输出器
透镜 反射镜 天线
胶卷 光电器件 热电器件
光电倍增管 电子倍增管
胶片 磁带
传感器的分类 按电磁波辐射来源分: 主动传感器,被动传感器 按对电磁波记录方式分: 成像方式,非成像方式 按成像原理和所获取图像的性质不同分: 摄影机,扫描仪,雷达
3.2.1光学机械扫描成像
结构组成:
光学机械扫描仪是借助遥感平台沿飞行方向运动和遥感器本 身光学机械横向扫描达到地面覆盖,得到地面条带图象的成 像装置.主要有红外扫描仪和多光谱扫描仪2种,主要由收集器, 分光器,探测器,处理器,输出器等几部分组成.
1）收集器
多光谱扫描仪可用透镜系统也可以用反射镜系统作为收集器, 但是红外扫描仪采用反射镜系统.
探测器：将辐射能转化成电信号输出。
成像过程
扫描仪每个探测器的瞬时视场角为86微弧度，卫 星高度为915公里，因此，扫描瞬间每个像元的 地面分辨率为79m×79m,每个波段由６个相同大小 的探测单元与飞行方向平行排列，这样瞬间看见 的地面大小为474m×79m.又由于扫描总视场为 11.56度，地面宽度为185公里，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,扫描周期为73.4ms（1000毫秒＝１ 秒），在扫描一次的时间里卫星向前正好移动 474m,因此扫描线正好衔接。
传感器及其成像原理
传感器及其成像原理传感器是指能够感知和采集外界信息，并将其转化为电信号或其他形式的信号的设备。
传感器的成像原理是通过使用不同的物理原理来解释和描述传感器如何工作。
光学传感器是最常见的一类传感器。
其成像原理是利用光的散射、反射、折射等特性来获取目标物体的信息。
光学传感器包括摄像头、光电二极管、光电感光器等。
当光线照射到目标物体上时，会发生不同的光学作用，光学传感器会接收到这些光学作用产生的信号，并通过转换和处理这些信号来获得目标物体的图像信息。
声波传感器是另一类常见的传感器。
声波传感器的成像原理是利用声波在物体上的传播和反射来获取目标物体的信息。
声波传感器通常包括麦克风、声纳等设备。
当发射声波时，声波会在物体上产生反射，并返回传感器。
传感器会接收到这些反射声波，并通过转换和处理这些声波信号来获得目标物体的信息。
热传感器是一类能够感知和测量物体温度的传感器。
热传感器的成像原理是利用物体辐射的热能来获取目标物体的温度信息。
热传感器包括红外线传感器、热电偶等。
当物体的温度不同于周围环境时，物体会辐射出热能，热传感器会接收到这些热能，并通过转换和处理热能的信号来获得目标物体的温度信息。
其他常见的传感器包括压力传感器、湿度传感器、加速度传感器等。
这些不同的传感器都有各自特定的成像原理。
传感器的成像原理关键在于收集外界的物理信号并将其转换为可用的电信号或其他形式的信号。
这需要传感器具备合适的感知原理和适当的信号转换和处理装置。
传感器的设计和制造一般需要考虑信号采集的灵敏度、可靠性、精确度等指标，并利用合适的技术和方法来实现。
总结起来，传感器的成像原理是通过利用不同的物理原理来感知和采集外界信息，并将其转换为可用的电信号或其他形式的信号。
不同的传感器有不同的感知原理和特定的成像方式，但其共同之处在于将外界的物理信号转换为可用的数据信号，以实现对目标物体的感知和测量。
简述cmos图像传感器的工作原理及应用
简述CMOS图像传感器的工作原理及应用1. 工作原理CMOS图像传感器（CMOS Image Sensor）作为一种常见的图像采集装置，在各种电子设备中被广泛应用。
它的工作原理主要包括以下几个步骤：1.1 光电转换当光线照射到CMOS图像传感器上时，光子会与图像传感器中的感光单元发生相互作用。
每个感光单元由一个光电二极管和一个储存电荷的电容器组成。
光电二极管的特殊结构使得它能够将光子转化为电荷。
1.2 电荷收集当感光单元吸收到光子后，光电二极管中的电子将被释放出来并存储在电容器中。
这个过程称为电荷收集。
光线越强，释放的电子就越多，储存在电容器中的电荷也就越多。
1.3 信号放大和采集为了确保图像的准确性和清晰度，接下来对储存的电荷进行放大和采集。
在CMOS图像传感器中，每个感光单元都有相应的输出线路，将电荷转化为电压信号，并经过放大电路进行信号放大。
1.4 数字转换放大后的模拟信号需要经过模数转换器（ADC）进行转换，将模拟信号转化为数字信号。
数字信号可以直接处理、存储和传输。
1.5 数据处理经过数字转换后，图像数据可以进行相关处理，如去噪、增强、压缩等。
处理后的图像可以输出到显示屏、存储设备或其他外部设备进行应用。
2. 应用2.1 摄像头CMOS图像传感器在摄像头中得到了广泛应用。
由于其低功耗、高集成度和成本效益等特点，CMOS图像传感器取代了传统的CCD图像传感器，成为主流的图像采集技术。
摄像头的应用领域包括智能手机、监控摄像机、数码相机等。
2.2 自动驾驶CMOS图像传感器在自动驾驶系统中发挥着重要的作用。
它可以捕捉到路面上的图像信息，识别道路标志、车辆、行人等障碍物，并将这些数据传输给自动驾驶系统进行处理和决策，从而实现自动驾驶功能。
2.3 医学影像在医学影像领域，CMOS图像传感器可以用于X光成像、透视成像和内窥镜等诊断设备中。
它可以高效地捕捉和记录患者的影像信息，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
传感器及其成像原理
44
二、分辨率
距离分辨率
在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标 的最小距离。 c c Rd Rr sec 2 2
方位分辨率
指相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目 标的最小距离。
R R
D
R
45
46
对分辨率的讨论：
距离分辨率
Rr
c
2
sec
Rd
c
2
距离分辨率与距离并无关系 可采用减小脉冲宽度的方法改善距离向分辨率 减小脉冲宽度是有一定限度的
方位分辨率
R R
D
R
要提高方位分辨率，理论上可采用波长较短的电磁波，加大天线孔径和 缩短观测距离的方法 但三种方法，使用时均受到一定限制 可采用合成孔径技术来改善方位分辨率
47
26
辐射准确度和较高辐射分辨率是定量遥感 的基础。 扫描仪内设有一个白炽灯，用来作可见光 和近红外波段的标准源；TM6用黑体源作为 校正源。 每个像元的亮度值用8bit编码。
27
ETM+
对TM的改进:
增加了一个分辨率为15米的 PAN波段（0.5~0.9微米); 使TM6的分辨率提高到60米;
8
1、扫描成像过程
旋转棱镜横越航线方向扫视
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）。
五种常用的传感器的原理和应用
五种常用的传感器的原理和应用当今社会，传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
今天带大家来全面了解传感器！一、传感器定义传感器是复杂的设备，经常被用来检测和响应电信号或光信号。
传感器将物理参数（例如：温度、血压、湿度、速度等）转换成可以用电测量的信号。
我们可以先来解释一下温度的例子，玻璃温度计中的水银使液体膨胀和收缩，从而将测量到的温度转换为可被校准玻璃管上的观察者读取的温度。
二、传感器选择标准在选择传感器时，必须考虑某些特性，具体如下：1.准确性2.环境条件——通常对温度/湿度有限制3.范围——传感器的测量极限4.校准——对于大多数测量设备而言必不可少，因为读数会随时间变化5.分辨率——传感器检测到的最小增量6.费用7.重复性——在相同环境下重复测量变化的读数三、传感器分类标准传感器分为以下标准：1.主要输入数量（被测量者）2.转导原理（利用物理和化学作用）3.材料与技术4.财产5.应用程序转导原理是有效方法所遵循的基本标准。
通常，材料和技术标准由开发工程小组选择。
根据属性分类如下：·温度传感器——热敏电阻、热电偶、RTD、IC等。
·压力传感器——光纤、真空、弹性液体压力计、LVDT、电子。
·流量传感器——电磁、压差、位置位移、热质量等。
·液位传感器——压差、超声波射频、雷达、热位移等。
·接近和位移传感器——LVDT、光电、电容、磁、超声波。
·生物传感器——共振镜、电化学、表面等离子体共振、光寻址电位测量。
·图像——电荷耦合器件、CMOS·气体和化学传感器——半导体、红外、电导、电化学。
·加速度传感器——陀螺仪、加速度计。
生物传感器与生物成像
生物传感器与生物成像生物传感器是一种检测和监测生物体内或周围环境中特定分子或细胞的装置或系统。
通过利用生物分子的相互作用，生物传感器能够实现对生物样品中特定分子的定量或定性检测。
而生物成像则是利用各种成像技术对生物体内的结构、功能和代谢进行可视化观察，以提供有关生物体内生物过程的信息。
本文将探讨生物传感器和生物成像的原理、应用及未来发展前景。
一、生物传感器1. 原理简介生物传感器基于特定生物分子的识别与相应信号的传导。
常见的生物传感器包括抗体传感器、DNA传感器和酶传感器等。
抗体传感器通过蛋白质与抗原之间的特异性结合实现分子的检测；DNA传感器利用DNA片段与靶分子的互补碱基对结合，实现DNA序列或基因的检测；酶传感器则通过酶与底物之间的反应来检测特定分子。
生物传感器的原理在于特异性识别与灵敏信号转导的组合。
2. 应用领域生物传感器在医学、环境监测、食品安全等领域具有广泛应用前景。
在医学方面，生物传感器可以用于早期疾病诊断和治疗监测，如血糖、血压和血脂的检测。
在环境监测方面，生物传感器可以检测水污染、空气质量和土壤污染等。
在食品安全方面，生物传感器可以检测食品中的有害物质和微生物。
3. 发展趋势随着纳米技术和生物技术的进步，生物传感器的灵敏度和特异性将进一步提高。
另外，生物传感器在移动设备和便携式仪器上的应用也将得到推广，方便人们随时随地进行检测。
二、生物成像1. 原理概述生物成像是将生物体内的结构、功能和代谢信息转化为可视化图像的技术。
常见的生物成像技术包括X射线成像、MRI（磁共振成像）、PET（正电子发射断层扫描）和光学成像等。
这些技术通过不同的物理信号与生物体的相互作用来获取生物信息。
2. 应用领域生物成像在医学诊断、生物研究和药物研发等方面起着重要作用。
在医学诊断方面，生物成像可以用于肿瘤检测、心血管病变观察、脑功能成像等。
在生物研究方面，生物成像可以帮助科学家观察生物体内的分子过程和器官功能。
第三章(2) 传感器成像原理及其图像特征
倾斜摄影：
航摄倾角>3°
获得倾斜航空像片
一般用于科学研究
垂直摄影像片的几何特征
1、像片投影——中心投影
用一组假想的直线将物体向几何面投射称为投影。 其投射的直线称为投射线。
正射投影：投射线都垂自于投射平面的投影，如大比
例尺地形图。 中心投影：投射线会聚于一点的投影方式。
正射投影
中心投影
（1）中心投影与正射投影的区别
用普通航空摄影机上配置多个镜头，同时选配相应的 滤光片与不同光谱感光特性的胶片组合，使各个镜头在底 片上成像的光谱限制在规定的各自的波段内。
（3）光束分离型多光谱摄影机 这种多光谱摄影机是利用单镜头进行多光谱摄影。 在摄影时，光束经过一个镜头后，经分光装置分成几个光 束，然后分别透过不同的阿滤光片，分成不同波段，在相 应的感光胶片上成像，实现多光谱摄影。其摄影方式有两 种。
正射投影中心投影11中心投影与正射投影的区别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h1h2正射投影中心投影11中心投影与正射投影的区别中心投影与正射投影的区别2投影面倾斜的影响倾斜水平倾斜各点相对位置与形状保持不变各点相对位置与形状发生变化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11中心投影与正射投影的区别中心投影与正射投影的区别3地形起伏的影响22中心投影的透视规律中心投影的透视规律中心投影的成像特点
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
光学传感器
被动式传感器接收目标自身的热辐射或反射太阳辐射；
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。
多光谱成像传感器工作原理
多光谱成像传感器工作原理
多光谱成像传感器的工作原理是利用成像分光技术，将入射的全波段或宽波段的光信号分成若干个窄波段的光束，然后把它们分别成像在相应的探测器上，从而获得不同光谱波段的图像。
实际使用时，为了更有效地提取目标特征并进行识别，探测系统需要有精细的光谱分辨能力，因此需要把光谱分得更窄并采用多个波段。
多光谱成像传感器的工作原理可以分为几个主要步骤：
光谱分光：多光谱传感器首先利用特定的光学系统将入射的光信号分成多个窄波段的光束。
这个过程是通过物理方法实现的，例如使用光学晶体、光栅或棱镜等。
探测器阵列：在分光之后，每个窄波段的光束都会被引导到相应的探测器上。
这些探测器通常是一系列的像素阵列，每个像素对应一个特定的光谱波段。
图像生成：每个探测器会根据接收到的光信号强度产生相应的电信号，这个电信号与入射光的强度成正比。
通过适当的电子电路将这些电信号处理并转换为数字信号，就可以生成每个光谱波段的图像。
数据处理和图像解析：最后，通过对这些图像数据进行进一步的处理和分析，可以提取出目标物质在不同光谱波段上的特征信息。
例如，通过比较不同波段之间的反射率差异，可以识别出目标物质的类型和属性。
需要注意的是，多光谱成像传感器的工作原理与具体应用场景密切相关。
例如，在遥感领域中，多光谱传感器通常会搭载在卫星或飞
机等平台上，通过收集地面目标的反射光来获取其光谱信息。
而在医疗诊断领域，多光谱成像传感器则可能被用于识别皮肤病变或疾病标记物等。
因此，实际应用中的多光谱成像传感器可能需要进行更多的数据处理和图像解析步骤，以提取出更准确的目标信息。
视觉传感器的基本工作原理
视觉传感器的基本工作原理视觉传感器是一种常见的传感器类型，它能够采集物体表面的图像，然后将图像转化为数字信号，从而实现对目标物体的感知与识别。
本文将从原理方面探讨视觉传感器的工作原理。
一、成像原理视觉传感器的第一步就是采集物体的图像，这个过程称为成像原理。
视觉传感器内部包含一个透镜组（Lens），透镜组能够将入射的光线聚焦在成像面上形成一个清晰的图像。
这取决于透镜的等径设计，并在一定范围内对从物体表面反射回来的光线进行聚焦。
进一步地，图像传感器会从成像面上采集光线，将其转化为数字信号。
二、图像传感器图像传感器是视觉传感器中最核心的部件，它是由薄膜晶体管（Thin Film Transistor）和光电二极管（Photodiode）两部分构成，分别用于感知光的亮度和颜色，以及控制光电二极管工作。
当感光元件接收到入射光的时候，会激发光电效应，导致光电二极管的正负极之间产生电荷，电荷的大小取决于光线的强度。
在现代数码相机中，一般采用CMOS图像传感器。
相比于CCD图像传感器，CMOS传感器在功耗、大小以及图像质量方面有明显的优势。
CMOS图像传感器由许多个单位像素组成，不同的像素大小和排列方式会影响图像的分辨率和视角。
通常的图像传感器大小为1/2英寸~1英寸之间。
三、数字信号转化图像传感器生成的光电信号是模拟信号，需要经过模拟数字转换 (A/D) 转化器进行转换，转化成计算机能够读取的数字信号。
数字信号会随着图像的周期性采集，然后通过处理器传输到计算机或者其他嵌入式设备中进行图像处理、处理、分析和管理。
四、应用领域视觉传感器广泛应用于智能交通、智能安防、军事航空、医学检测等众多领域。
它能够通过采集图像，将图像转化为数字信号并储存，然后进行深度学习训练，从而实现对目标物体的感知、跟踪和识别，大大提高了智能化系统的效率和准确率。
总之，视觉传感器正逐步成为人们生活中越来越重要的组成部分。
在理解其工作原理的基础上，我们可以更好地应用它们在多个领域中，让它们为我们的日常生活和工作带来更多的便利和效率。
图像传感器原理
一、图像传感器基本原理成像物镜将外界照明光照射下的(或自身发光的)景物成像在物镜的像面上（焦平面）,并形成二维空间的光强分布(光学图像)。
能够将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信号的传感器称为图像传感器。
图像传感器输出的一维时序信号经过放大和同步控制处理后，送给图像显示器，可以还原并显示二维光学图像。
当然，图像传感器与图像显示器之间的信号传输与接收都要遵守一定的规则，这个规则被称为制式。
例如，广播电视系统中规定的规则称为电视制式（NTSC、PAL、SECAM）,还有其他的一些专用制式。
按电视制式输出的——维时序信号被称为视频信号；本节主要讨论从光学图像到视频信号的转换原理，即图像传感器的原理。
1 图像传感器的基本结构图像传感器的种类很多，根据图像的分解方式可将图像传感器分成三种类型，即光机扫光电图像传感器、电子束扫描图像传感器和固体自扫描图像传感器。
2 固体自扫描图像传感器固体自扫描图像传感器是20世纪70年代发展起来的新型图像传感器件，如面阵CCD器件，CM0S图像传感器件等；这类器件本身只有自扫描功能：例如，面阵CCD固体摄像器件的光敏面能够将成像于其上的光学图像转换成电荷密度分布的电荷图像。
电荷图像可以在驱动脉冲的作用下按照一定的规则(如电视制)一行行地输出，形成图像信号 (或视频信号)。
上述三种扫描方式中．电子束扫描方式由于电子束摄像管逐渐被固体图像传感器所取代已逐渐退出舞台. 目前光机扫描方式与固体自扫描方式在光电图像传感器中占据主导地位，们是，在有些应用中通过将一些扫描入式组合起来，能够获得性能更为优越的图像传感器、例如，将几个线阵拼接成图像传感器或几个面阵图像传感器拼接起来，再利用机械扫描机构，形成一个视场更大、分辨率更高的图像传感器，以满足人们探索宇宙奥秘的需要。
扫描方式有逐行扫描和隔行扫描。
3 图像传感器的基本技术参数图像传感器的基本技术参数一般包括图像传感器的光学成像物镜与光电成像器件的参数。
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。
传感器及其工作原理完整版课件
●考纲须知 实验十一：传感器的简单应用
第六章 第一节 传感器及其工作原理
课堂情景切入 知识自主梳理 重点难点突破
方知法识警体示系探构究建 考点题型设计 课后强化作业
学习目标定位
※ 知道什么是传感器 知道什么是光敏电阻，热敏电阻，金
※ 属热电阻以及霍尔元件
※ 了解传感器的工作原理
课堂情景切入
解析：当照射光强度增大时，R3 阻值减小，外电路电阻随 R3 的减小而减小，R1 两端电压因干路电流增大而增大，同时内 电压增大，故电路路端电压减小，电压表的示数增大，A 项正 确，D 项错误；由路端电压减小，R1 两端电压增大知，R2 两端 电压必减小，则 R2 中电流减小，故 B 项正确；结合干路电流 增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，故 C 项正确。
解析：将刚从冰箱中取出的雪糕靠近并接触热敏电阻， NTC 热敏电阻是负温度系数的，降低温度，其电阻变大，表 针向左偏转；将一杯热水靠近并接触热敏电阻，热敏电阻的温 度升高，其电阻变小，指针将向右偏转。
答案：左 右
点评：此类问题一定要弄清热敏电阻是负温度系数还是正 温度系数的。另外金属热电阻都是正温度系数的。
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较 大，这只元件一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化， 这只元件一定是定值电阻
C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示 数变化较大，这只元件一定是光敏电阻
D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示 数相同，这只元件一定是定值电阻
答案：ABC
利用光敏电阻制作的光传感器，记录传送带上工作的输送 情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光 传感器 B 能接收到发光元件 A 发出的光，每当工件挡住 A 发 出的光时，光传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信 号与时间的关系，如图乙所示，若传送带始终匀速运动，每两 个工件间的距离为 0.2m，则下述说法正确的是( )
红外热成像传感器原理
红外热成像传感器原理红外热成像传感器是一种先进的探测和测量设备，常用于工业、军事、医疗等领域。
它能够通过探测目标物体发出的红外辐射量来获取目标的热图像，并将其转化为可见光图像，以便人们能够直观地观察和分析目标的热分布情况。
其工作原理主要依靠红外辐射与传感器的相互作用。
首先，我们需要了解红外辐射是怎样产生的。
根据物体的温度和性质，它们会向外界发射不同波长的光线。
在可见光范围内，物体发出的光线可以被人眼所感知。
然而，物体本身还会发出超出人眼识别范围的红外光线，这就是我们通常所说的红外辐射。
红外辐射的波长范围通常为0.78至1000微米。
红外热成像传感器通过感应和探测这些红外辐射来实现热图像的获取。
该传感器由多个微小的热像探测器组成，这些探测器通常以红外微银离子形式存在。
当目标物体发出红外辐射时，红外微银离子会吸收辐射的能量，产生微弱的电信号。
这些电信号被传递到传感器的后端电路进行放大和处理，然后转化为可见光图像。
红外热成像传感器的关键部件是热像探测器。
常见的热像探测器有热电偶型、焦平面阵列型和混合型。
其中，焦平面阵列型是最常用和成熟的一种。
焦平面阵列型热像探测器是由大量微小的红外探测单元组成的。
每个探测单元都能感应到一个非常小的红外辐射区域，这个区域被称为像元。
每个像元都有一个对应的电子元件，用来测量和记录该区域的红外辐射强度。
通过测量每个像元的辐射强度，我们可以获取一个完整的热图像。
为了保证红外热成像传感器的高精度和高分辨率，每个焦平面阵列型热像探测器都需要非常高的灵敏度和稳定性。
为了实现这一点，它们通常会采用先进的材料和制造工艺。
例如，多晶硅和铟锡氧化物等材料能够提供较高的灵敏度和稳定性。
另外，红外热成像传感器还具有多种特殊功能和功能。
例如，它们通常具有自动校准功能，可根据环境温度的变化自动调整红外探测单元的灵敏度。
此外，它们还可以进行温度测量和分析，并提供多种测温模式和测温范围选择。
红外热成像传感器的应用非常广泛。
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改进后的太阳定标器使卫星 的辐射定标精度大大提高。
28
HRV
（High Resolution Visible Range Instrument）
HRV的结构 HRV的成像原理 HRV立体观测
29
CCD——Charge Coupled Device，电荷藕合器 件，可做可见光和近红外波段的探测元件。
33
HRV立体观测
平面反射镜可向左右两侧旋转，最大角度 达27度，从而实现倾斜观测； 轨道间立体观测； 通过轨道间重复观测，可建立立体模型； 可获取多时相图像。
34
成像光谱仪
—高光谱遥感
空间成 像技术
地物光 谱技术
谱像合一
成 像 光 谱 仪
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
两种扫描形式：
物面扫描：对地面直接扫描成像，例红外扫描仪、多光谱扫描仪、
自旋和步进式成像仪、多频段频谱仪等。 像面扫描：瞬间在像面上先形成线图像或二维图像，然后对影像进 行扫描成像，例如线阵列CCD推扫式成像仪、电视摄象机等。 成像光谱仪
7
红外扫描仪
1．扫描成像过程 ２．红外扫描仪特性 ３．扫描线的衔接 ４．热红外像片的色调特征
特殊处理产品
根据用户的要求做了一些特殊处理
23
TM
对MSS的主要改进：
扫描行垂直于飞行轨道；往返双 向都对地面扫描；（扫描改正器） 更高的空间分辨率； 更好的频谱选择； 更好的几何保真度； 更器
100个探测器，分7个波段 TM1~5、7：每个探测器的瞬 时视场为30米x30米
Wt a
Wt a
进一步地，
a W t
W H t
因此，只要速度和航高之比为一常数，就能使扫描线正 确衔接。
14
4、热红外像片的色调特征
热红外像片上的色调变化与相应地物的辐 射强度变化成函数关系； 与地物辐射强度有关的因素：
地物的发射率 地物的温度
地物辐射强度的变化对温度更为敏感； 温度的变化在图像上能产生较高的色调差 别。
对针叶林识别能力强 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 识别土壤边界和地质界线的最有利的光 谱区 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 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 用于植物分类，农作物估产，用于热制 图和热惯量制图实验 用于地质制图，特别是热液变岩环制图， 还可用于识别农作物长势
不受天气的制约，可进行全天候观测
距离测量系统
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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。
40
到目标的距离、方位
雷达接收回波
与目标的相对速度 目标的反射特性
距离：
1 R vt 2
43
44
二、分辨率
距离分辨率
在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标 的最小距离。 c c Rd Rr sec 2 2
方位分辨率
指相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目 标的最小距离。
R R
D
R
45
46
对分辨率的讨论：
距离分辨率
Rr
c
2
sec
Rd
反射镜组
包括主、次反射镜组，将扫描镜反射进入的地面景物聚焦在成像板
上。
成像板
排列24+2个玻璃纤维单元。分四列，每列对应一个波段。每个纤维 单元瞬时视场为86微弧。
探测器
个数与玻璃纤维单元个数相同，类型与波段有关。能将辐射能变成电 信号输出。
18
成 像 板
19
2、成像过程
扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，对 应地面范围为474米x185公里。 在扫描一次的时间里卫星往前正好运动474 米，扫描线正好衔接。但因地球自转，扫 描位置有向西移位现象。 成像板上的光学纤维将接收的辐射能传递 到探测器，对探测器的输出进行采样、编 码（A/D转换），馈入天线向地面发送。
15
多光谱扫描仪
MSS（Multispectral TM（Thematic
Scanner）
Mapper） Thematic
ETM（Enhanced
Mapper）
16
MSS
MSS结构
成像过程
地面接收及产品
17
1、MSS结构
扫描反射镜
椭圆形、表面镀银，摆动幅度为2.89度，频率为13.62赫兹，周期为 73.42毫秒，总视场角为11.56度。 可获取垂直飞行方向两边共185公里范围内景物的辐射能量，配合飞 行器的运动获得地表的二维图像。
Pt G 22 回波强度： Pr (4 )3 R 4
其中包含系统参数如雷达波的波长、发射功率、照射面积和方向、 极化等；以及目标参数如地物的复介电常数，地面粗糙等等。
41
主要内容
真实孔径雷达 合成孔径雷达 侧视雷达图像的几何特征 相干雷达
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真实孔径侧视雷达
一、成像过程:
c
2
距离分辨率与距离并无关系 可采用减小脉冲宽度的方法改善距离向分辨率 减小脉冲宽度是有一定限度的
方位分辨率
R R
D
R
要提高方位分辨率，理论上可采用波长较短的电磁波，加大天线孔径和 缩短观测距离的方法 但三种方法，使用时均受到一定限制 可采用合成孔径技术来改善方位分辨率
47
更高技术要求： 集光系统
尽量使用反射式光学系统，采用能消去球面 像差、像散差和畸变像差的非球面补偿镜头 由狭缝、平行光管、棱镜和绕射光栅组成 由成千上百个探测元件组成线阵
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分光系统
探测器元件
两种类型
面阵探测器+推扫式扫描
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。 利用色散元件和面阵探测器完成光谱扫描；利用线阵探测器及沿 轨道方向的运动完成空间扫描。 空间分辨率高。
20
21
3、地面接收及产品
遥感数据地面接收由遥感地面接收站完成； 接收站主要接收 遥感图像信息 卫星姿态、星历参数 地面接收站包括 天线及伺服系统、接收分系统、 计算机、模拟检测系统、定时系 统、信标塔等。
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MSS产品
粗加工产品
经过辐射校准、几何校正、分幅注记
精加工产品
在粗加工的基础上，用地面控制点进行了 纠正
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； 随着飞机的飞行，对一条条辅照带连续扫描，得到由回波 信号强弱表示的条带图像，实现对地面的二维扫描。
31
全色HRV
波段范围 0.51~0.73微米
线阵列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。
32
SPOT上并排安装两台HRV，每台视场宽都为 60KM，两者间有3KM重叠，总视场宽为117KM； 相邻轨道间约有9KM重叠。
26
辐射准确度和较高辐射分辨率是定量遥感 的基础。 扫描仪内设有一个白炽灯，用来作可见光 和近红外波段的标准源；TM6用黑体源作为 校正源。 每个像元的亮度值用8bit编码。
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ETM+
对TM的改进:
增加了一个分辨率为15米的 PAN波段（0.5~0.9微米); 使TM6的分辨率提高到60米;
10
垂直向下观测时
a H
d/ f d a H f
在设计仪器时已确 一般情况下， 定，所以 的变化仅与 H有关。
a
11
倾斜观测时
a H
H H 0 / cos H 0 sec
a H H 0 sec a sec a sec a
12
全景畸变
， 且它们随扫描角变化而变化，所 因为 a a 以红外图像上必然产生畸变。 全景畸变是红外扫描仪这种成像方式所固有的现象， 在使用红外扫描图像时一定要注意。
13
3、扫描线的衔接
要让每两次扫描衔接，必须满足：W a
t
其中： W 为飞机的地速；
a
t
为探测器地面分辨率； 为旋转棱镜扫描一次的时间。 将出现扫描漏洞； 将出现扫描重叠。
30
HRV成像原理
SPOT卫星上的两种HRV：
多光谱型HRV
三个波段： 波段1 0.5~0.59微米 波段2 0.61~0.68微米 波段3 0.79~0.89微米
CCD
每个元件地面分辨率为 20米x20米,3000个 CCD形成的图像线为地 面20米x60公里,每个像 元亮度用8bit编码。 每个元件地面分辨率为 10米x10米,6000个 CCD形成的图像线为地 面20米x60公里, 像元亮 度用6bit进行差值编码。
第二个扫描镜面扫视一次，…
第三个扫描镜面扫视一次，… …
飞机向前运动，胶片同步转动，记录的下一条图像正好与 前一条衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相对应的二 维条带图像。