第3章遥感传感器及其成像原理
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❖ 经探测器输出视频信号。 ❖ 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。
（1）线阵列对像面扫描成像仪 ➢ 工作原理：用一竖列探测元件进行扫描，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，像缝隙摄影机那样，以“推扫”方式获取沿轨道 的连续图像条带。 ➢ 探测元件：CCD线阵。 ➢ 投影方式：多（行）中心投影 。（与缝隙式摄影机 类似） ➢ 探测元件数目越多、体积越小、分辨率越高。
➢ 扫描仪组成：由一个四方棱镜、若干反射镜和探测 元件组成。
➢ 常用仪器：红外扫Βιβλιοθήκη Baidu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。
3.2 扫描成像类传感器
❖ 对物面扫描成像仪几何特征取决于：
➢ 瞬时视场角：扫描镜在一瞬时时间内，视场角限 制在很小的角度之内，称为瞬时视场角。它决定 扫描仪的空间分辨率。
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。 ➢ 多相机组和型。 ➢ 多镜头组合型。 ➢ 单镜头分光束型。在物镜后加分光装置（光栅
分光、分光镜头），将光分解成多个光束。
红外扫描仪的分辨率
红外扫描仪的瞬时视场
d f
d：探测器尺寸（直径或宽度）；f:扫描仪的焦距
红外扫描仪地面分辨率a0（扫描角θ=0）
a0
H
d f
H
H: 航高
β在仪器设计时已经确定，所以对于一个使用着的传感 器，其地面分辨率的变化只与航高有关。航高大，a0值 自然就大，则地面分辨率差。
瞬时视场
❖ 瞬时视场β：指在扫描成像过程，一个光敏探测 元件通过望远镜系统投影到地面上的直径或边长 。同义词：空间分辨率。
3.2 扫描成像类传感器
（2）面阵列对像面扫描成像仪
① CCD面阵 ② 电视摄像机（电视录像机）
➢ 工作原理：是一种面阵列探测器式传感器。它与光 学摄影机一样，利用物镜构像，但影像聚焦在光导 靶面上，提取影像信息的方法是利用电子枪对靶面 的扫描来实现。
➢ 组成：照相机物镜，光导靶面，电子枪，光电倍增 管，消去灯，偏转、聚焦和校正线圈等组成。
（2）镜头转动式摄影机
➢ 摄影机在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝， 随物镜作垂直航线方向扫描。由于物镜摆动的幅面很 大，可将航线两边地平线内的影像摄入底片，故称全 景摄影机。
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
第三章 遥感传感器及其成像原理
河北联合大学
内容提纲
➢ 摄影类型传感器 ➢ 扫描成像类传感器 ➢ 雷达成像仪
传感器分类
❖ 摄影类型的传感器 ❖ 扫描成像类型的传感器 ❖ 雷达成像类型的传感器 ❖ 非图像类型的传感器
遥感传感器的一般结构，图3-1
3.1 摄影类型的传感器
3.1.1摄影类传感器分类
3.1.1 摄影类传感器分类
多相机组和型 多镜头组合型 单镜头分光束型
3.1.1 摄影类传感器分类
4. 数码摄影机
一次曝光得到目标物一幅像片，记录介质 为光敏电子器件，如CCD（电荷耦合装置： Charge Coupled Device）
3.1.2 摄影相片的几何特征
1. 摄影方式
（1）垂直摄影 ➢ 主光轴偏离垂线的角度<3°的摄影。 （2）倾斜摄影 ➢ 主光轴偏离垂线的角度>3°的摄影。 ➢ 为了获得较好的立体效果对制图要求不高。
1. 框幅式摄影机（分幅式摄影机、画幅式摄影机） 一次曝光得到目标物一幅像片，记录介质为感光胶片
。主要用于遥感探测和制图。
3.1.1 摄影类传感器分类
2. 全景摄影机
焦距：600mm，23cm（航向）×128cm（横向） ，主要用于军事侦察。
（1）缝隙式摄影机
➢ 又称航带摄影机、裂隙摄影机 。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。
➢ 投影方式：中心投影。（与框幅式摄影机类似） ➢ 推帚式扫描仪分为：单波段和多波谱两种。
3.2 扫描成像类传感器
3. 成像光谱仪(Imaging Spectrometer)
➢ 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 。
➢ 既有物面成像扫描仪，也有对像面扫描成像仪 ，同时能记录光谱数据。
➢ 总视场角：扫描带的地面宽度。 L=2H0tanФ
➢ 要求探测元件有足够快的响应时间，满足瞬时视 场角的要求，可供选择的探测器受到限制。
➢ 对物面扫描成像仪分为：单波段和多波谱两种。
3.2 扫描成像类传感器
2. 对像面扫描成像仪（扫帚式扫描仪、刷式扫描 仪、推扫式成像仪、推帚式扫描仪、固体自扫 描成像）
3.2.1 对物面扫描的成像仪
❖红外扫描仪 ❖MSS多光谱扫描仪 ❖TM专题制图仪 ❖ETM+增强型专题制图仪
一 、红外扫描仪
❖ 典型的机械红外扫描仪结构，如图3-2
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，由刈幅的一 边到另一边依次进人传感器。
❖ 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。既有光/机扫描仪，也有推帚式扫描仪，同时 能记录光谱数据。
3.2 扫描成像类传感器
1. 对物面扫描成像仪（光/机扫描仪）
➢ 工作原理：扫描仪前安装光学镜头，依靠机械传动 装置使镜头摆动，通过遥感平台的运动，形成对目 标地物的逐点逐行扫描。
2. 投影方式
➢ 框幅式摄影机：中心投影。 ➢ 全景摄影机：全景投影、多（行）中心投影。
3.2扫描成像类传感器
逐点逐行地以时序方式获取二维图像，包括： ❖ 对物面扫描成像仪（光/机扫描仪）
▪ 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）
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。
（1）线阵列对像面扫描成像仪 ➢ 工作原理：用一竖列探测元件进行扫描，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，像缝隙摄影机那样，以“推扫”方式获取沿轨道 的连续图像条带。 ➢ 探测元件：CCD线阵。 ➢ 投影方式：多（行）中心投影 。（与缝隙式摄影机 类似） ➢ 探测元件数目越多、体积越小、分辨率越高。
➢ 扫描仪组成：由一个四方棱镜、若干反射镜和探测 元件组成。
➢ 常用仪器：红外扫Βιβλιοθήκη Baidu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。
3.2 扫描成像类传感器
❖ 对物面扫描成像仪几何特征取决于：
➢ 瞬时视场角：扫描镜在一瞬时时间内，视场角限 制在很小的角度之内，称为瞬时视场角。它决定 扫描仪的空间分辨率。
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。 ➢ 多相机组和型。 ➢ 多镜头组合型。 ➢ 单镜头分光束型。在物镜后加分光装置（光栅
分光、分光镜头），将光分解成多个光束。
红外扫描仪的分辨率
红外扫描仪的瞬时视场
d f
d：探测器尺寸（直径或宽度）；f:扫描仪的焦距
红外扫描仪地面分辨率a0（扫描角θ=0）
a0
H
d f
H
H: 航高
β在仪器设计时已经确定，所以对于一个使用着的传感 器，其地面分辨率的变化只与航高有关。航高大，a0值 自然就大，则地面分辨率差。
瞬时视场
❖ 瞬时视场β：指在扫描成像过程，一个光敏探测 元件通过望远镜系统投影到地面上的直径或边长 。同义词：空间分辨率。
3.2 扫描成像类传感器
（2）面阵列对像面扫描成像仪
① CCD面阵 ② 电视摄像机（电视录像机）
➢ 工作原理：是一种面阵列探测器式传感器。它与光 学摄影机一样，利用物镜构像，但影像聚焦在光导 靶面上，提取影像信息的方法是利用电子枪对靶面 的扫描来实现。
➢ 组成：照相机物镜，光导靶面，电子枪，光电倍增 管，消去灯，偏转、聚焦和校正线圈等组成。
（2）镜头转动式摄影机
➢ 摄影机在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝， 随物镜作垂直航线方向扫描。由于物镜摆动的幅面很 大，可将航线两边地平线内的影像摄入底片，故称全 景摄影机。
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
第三章 遥感传感器及其成像原理
河北联合大学
内容提纲
➢ 摄影类型传感器 ➢ 扫描成像类传感器 ➢ 雷达成像仪
传感器分类
❖ 摄影类型的传感器 ❖ 扫描成像类型的传感器 ❖ 雷达成像类型的传感器 ❖ 非图像类型的传感器
遥感传感器的一般结构，图3-1
3.1 摄影类型的传感器
3.1.1摄影类传感器分类
3.1.1 摄影类传感器分类
多相机组和型 多镜头组合型 单镜头分光束型
3.1.1 摄影类传感器分类
4. 数码摄影机
一次曝光得到目标物一幅像片，记录介质 为光敏电子器件，如CCD（电荷耦合装置： Charge Coupled Device）
3.1.2 摄影相片的几何特征
1. 摄影方式
（1）垂直摄影 ➢ 主光轴偏离垂线的角度<3°的摄影。 （2）倾斜摄影 ➢ 主光轴偏离垂线的角度>3°的摄影。 ➢ 为了获得较好的立体效果对制图要求不高。
1. 框幅式摄影机（分幅式摄影机、画幅式摄影机） 一次曝光得到目标物一幅像片，记录介质为感光胶片
。主要用于遥感探测和制图。
3.1.1 摄影类传感器分类
2. 全景摄影机
焦距：600mm，23cm（航向）×128cm（横向） ，主要用于军事侦察。
（1）缝隙式摄影机
➢ 又称航带摄影机、裂隙摄影机 。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。
➢ 投影方式：中心投影。（与框幅式摄影机类似） ➢ 推帚式扫描仪分为：单波段和多波谱两种。
3.2 扫描成像类传感器
3. 成像光谱仪(Imaging Spectrometer)
➢ 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 。
➢ 既有物面成像扫描仪，也有对像面扫描成像仪 ，同时能记录光谱数据。
➢ 总视场角：扫描带的地面宽度。 L=2H0tanФ
➢ 要求探测元件有足够快的响应时间，满足瞬时视 场角的要求，可供选择的探测器受到限制。
➢ 对物面扫描成像仪分为：单波段和多波谱两种。
3.2 扫描成像类传感器
2. 对像面扫描成像仪（扫帚式扫描仪、刷式扫描 仪、推扫式成像仪、推帚式扫描仪、固体自扫 描成像）
3.2.1 对物面扫描的成像仪
❖红外扫描仪 ❖MSS多光谱扫描仪 ❖TM专题制图仪 ❖ETM+增强型专题制图仪
一 、红外扫描仪
❖ 典型的机械红外扫描仪结构，如图3-2
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，由刈幅的一 边到另一边依次进人传感器。
❖ 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。既有光/机扫描仪，也有推帚式扫描仪，同时 能记录光谱数据。
3.2 扫描成像类传感器
1. 对物面扫描成像仪（光/机扫描仪）
➢ 工作原理：扫描仪前安装光学镜头，依靠机械传动 装置使镜头摆动，通过遥感平台的运动，形成对目 标地物的逐点逐行扫描。
2. 投影方式
➢ 框幅式摄影机：中心投影。 ➢ 全景摄影机：全景投影、多（行）中心投影。
3.2扫描成像类传感器
逐点逐行地以时序方式获取二维图像，包括： ❖ 对物面扫描成像仪（光/机扫描仪）
▪ 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）