遥感传感器与信息获取

Title = 雷达 & 遥感 博士论文 2000-2011
Title = 微波 & 遥感 博士论文 2000-2011
雷达是英文 Radar的音译，源于 Radio Detection And Ranging的缩写，原意是无线电探测和测距。即用无线电 方法发现目标并测定它们在空间的位置。因此雷达也称为 无线电定位。随着雷达技术的发展，雷达的任务不仅是测 量目标的距离、方位和仰角，而且还包括测量目标的速度， 以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。 雷达是利用目标对电磁波的反射或散射现象来发现目标并
性、更好的几何保真度、更高的辐射准确度和分 辨率，是在MSS 基础上发展的新一代多波段扫描 仪器。
120m×120m 30m× 30m 16
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增加一个扫描改正器，使扫描行垂直于飞 行轨道（MSS 不垂直）； 往返双向扫描（ MSS 从西向东）； 影像辐射分辨率为8 bit （MSS 从西向东）。
投影。但对于条带影像，由于是在摄影机随飞行
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，……由于物镜摆动幅 面很大，能将航线两边的 地平线内的影像都摄入底 片，因此又称全景摄影机。
器移动的情况下连续获得， …… 其航迹线影像为
正射投影，而其他部分的像点，是相对各自缝隙 内的摄影中心的中心投影，称之为多中心投影。
Landstat-4 the matic mappe r of Carle ston,S Carolina.
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This tru e color image of Ne w Orl eans was acquired on April 26, 2000, by the Enhanc ed Thematic Map per pl us (ETM+ ), flying aboard the Landsat 7 satellite. Lake Pontcha rtrain bord ers th e city to th e north. The big r iver winding i ts way east to w est through the image is the Mississippi.
TM1
TM2
TM3
High Resolution Visible Range Instrument
成像方式：线阵列＋推帚式
TM4
TM5
TM6
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阵列元件上， CCD的输出端以一路时序视频信 号输出。
TM7
PAN
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遥感过程
概述
3. 传感器& 信息获取
摄影型传感器
扫描型传感器
1. 能源
5. 平台、 传感器
微波遥感与雷达影像 获取
卫星遥感系统
8. 应用
遥感图像的特征
2. 大气传播
7. 遥感图像处理 与信息提取
手机拍摄，原始大小。
传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的
输出器
图像方式 & 非图像方式
摄影是通过成像设备获取物体影像的技术。 传统摄影依靠光学镜头及防止在焦平面的感光胶片 来记录物体影像。
数字摄影则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。
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框幅式摄影机：一次曝光得到目标物一幅相片，
整幅底片同时曝光。
② 全色的HRV
6000个CCD元件；地面上总的视场宽度仍为60km，每个像 元地面的大小为10m× 10m。
HRV 的平面反射镜可绕指向卫星 前进方向的滚动轴（x ）轴旋转， 从而在不同的轨道间实现立体观 测。 平面镜向左右两侧偏离垂直 方向最大可达27°，从天底点向轨 道任意一侧可观测到450km附近的 景物 ，这样在临近的许多轨道间 都可以获取立体影像。 Toronto, Ontario (June 4, 1987)
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成像光谱仪（ Imaging Spetrometer ）将传统的 空间成像技术 与地物光谱 技术有机 结合；可 以 实现对同一地 区同时获取 几十到几 百个波段 的 地物反射光谱图像。
Paris, France
成像光谱仪其构造与像面扫描仪或物面扫描仪相近，但通道 多。光谱分辨率高，可以获得接近连续的光谱。
① 多光谱型的HRV
多光谱型的HRV由三个波段（绿、红、近红外）构成：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，一行CCD探测器 形成的图像线，相对地面上为20m× 60km。 为了能在26 天内达到全球覆盖 一遍 ， SPOT 卫星上安装两台 HRV 。每台的视场宽度都为 60km，两者之间有3km重叠， 总视场宽度为117km。
观测视线倾斜时 a0 H 0

扫描仪瞬时视场角
H H 0 / cos H 0 sec


H
d/ f
a H H 0 sec a0 sec
' a a sec a0 sec2
扫描仪空间分辨率
H0
H
a
a H d a H f

a'
R
t (t t ) C 2 1 C 2 2
8. 无线电测高仪
9. 雷达引信
根据“多普勒效应”，雷达还可以用来测定运动的目 标物体。目标反射回波由于受到运动的影响，频率会 发生改变，该频率变化与目标物体运动的速度成正比。
地物对微波的散射能力取决于地物本身的性质和形状。
……导体中具有自由电子，微波迫使这些自由电子做 强烈的震动，使得物体表面产生与探测波同频率的交 流电波，从而使地物获得了向周围空间再辐射的能
线阵列＋光机扫描
面阵列＋推扫扫描
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The hypers pectral data cube: the hig h number of very narrow spectral bands results in a cont inuo us s pectral curve for each image pixel. The front of the cube s hows a false color image us ing the infrared spectral bands 1721 nm, 2306nm and 1565nm in RGB.
对同一地区，在同一瞬间获取多个波段影像的摄
影机称为多光谱摄影机。采用多光谱摄影的目的
是充分利用地物在不同光谱区具有不同的反射或
吸收特征，以增加获取目标的信息量，提高影像 的判读和识别能力。
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逐点逐行地以时序方式获取二维图像。
对物面扫描的成像仪
• 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
a
a0
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Multi-Spectral Scanner
185Km
D=73.42ms
32
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பைடு நூலகம்
Landsat-4 、5 上的TM是一个高级的多波段扫描型
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率、更好的频谱选择
摄影瞬间所获取的影像是与航向垂直且与缝隙等 宽的一条地面影像带。
……为了获取清晰、连续的影像，必须使卷片速 度W p与景物在相机焦平面内移动的速度W i相等。
W p Wi W
f H
摄影的同步性与速高比（飞机地速与航高之比）有关。
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对于瞬间获取的一条缝隙宽度的影像，仍为中心
测定其位置的。飞机、导弹 、人造卫星、各种舰艇、车辆、
兵器、炮弹以及建筑物、山川、云雨等等，都可能作为雷
达的探测目标。
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军用 & 民用
1. 预警雷达（超远程雷达） 2. 搜索和警戒雷达 3. 引导指挥雷达（监视雷达） 4. 火控雷达 5. 制导雷达 6. 战场监视雷达 7. 机载雷达 1. 气象雷达 2. 航行管制（空中交通） 雷达 3. 宇宙航行用雷达 4. 遥感设备 电磁波在空间的传播速度是一定的。当雷达在时间 t1 发射出一束窄脉冲，被目标反射后，在t2 时间返回， 根据这一时间差Δt，可以计算出目标地物的距离R：
力。……地面上的各种物体由于介电常数不同，散射
能力也不同。
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微波具有极化特性，在垂直方向和水平方向的散射强 度不同。微波散射还与地物的形状、大小有很大关系， 发射的波长越短，反射能力越强。散射波长大于物体 的长度时，会发生绕射。
Real Aperture Side-looking Radar
侧面天线
发射窄脉冲
地物反射
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全息摄影是指记录被摄物体反射波的振幅和位相等全部信
息的新型摄影技术。普通摄影记录物体面上的光强分布，
不能记录物体反射光的位相信息，因而失去了立体感。
人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干 涉条纹，但如果用激光去照射它，人眼透过底片就能看到 原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。一张全息摄影图 片即使只剩下一小部分，依然可以重现全部景物。全息摄 影可应用于工业上进行无损探伤，超声全息，全息显微镜， 全息摄影存储器，全息电影和电视等许多方面。 http://zhidao.baidu.com/question/69662417.html
工具。 传感器的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波
波段的响应能力（如探测灵敏度和波谱分辨率）、
传感器的空间分辨率及图像的几何特性、传感器获
取地物电磁波信息量的大小和可靠程度等。
佳能D10 ，49% 。
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主动式 & 被动式
摄影类 & 扫描类 & 雷达
收集器
探测器
处理器
光谱成像仪的更高要求：
① 集光系统尽量使用反射式光学系统，具有消去球面像
差、像散差即畸变像差的非球面补偿镜头的光学系统；
② 分光系统必须使用由狭缝 、平行光管 、棱镜以及绕射
光栅组成的分光方式，……； ③ 探测器敏感元件要求使用由成千上万个探测元件组成
的线阵，并且能够感受可见光和红外谱区的电磁波。
微波是电磁波的一种形式（晶体振动），其辐射频率大约 在300MHz～300GHz，波长1mm～1000mm，一般可分为 毫米波、厘米波、分米波和米波。 微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。 微波对地物有一定穿透能力。 微波能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的某 些信息。 微波遥感的主动方式即雷达遥感不仅可以记录电磁 波振幅信号，而且可以记录电磁波相位信息。
这类相机的成像原理与普通照相机相同，在空
间摄站上摄影的瞬间，地面上视场范围内的目 标的辐射信息一次性地通过镜头中心后在焦平
面上成像。
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NOAA's Aerial Photo of World Trade Center Image taken by NOAA's Cessna Citation Jet on Sept. 23, 2001 from an altitude of 3,300 feet using a Leica/LH systems RC30 camera 9372x9372 (14.7MB)
对像面扫描的成像仪
• 有线阵列CCD推扫式成像仪 • 电视摄像机
红外扫描仪 MSS 多光谱扫描仪 TM专题制图仪
面阵框幅式 逐点逐行扫描式 线阵列推帚式
ETM+增强型专题制图仪
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地面分辨率只与航高有关。
镜头转动
d
f
瞬时视场：在扫描成像过程中一个 光敏探测元件通过望远镜系统投射 到地面上的直径或对应的视场角度。
全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为 两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再 射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片 上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不 同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度，也记录
了位相信息。
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