遥感卫星传感器及其成像方式

辨率
中分辨率 低分辨率
高分辨率
二、光谱分辨率
• 光谱分辨率 ( spectral resolution) , 指传感器 所使用的波段数、 波长及波段宽度, 也就是 选择的通道数、 每个通道的波长和带宽, 这 三个要素共同决定了光谱分辨率。 传感器 的波段数量越多、 带宽越窄, 其光谱分辨率 就越高。
Feb 15
一、空间分辨率
• 传感器的空间分辨率 ( spatial resolution) , 是指传 感器所能识别的最小地面目标的大小,是反映遥感图像分 辨地面目标细节能力的重要指标。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。两种含义： • • ⑴. 遥感器的技术鉴别能力即能把两相邻目标作为两个 清晰实体记录下来的两目标间的最小距离 ⑵. 遥感器观察地面特征所需要的有效探测和分析的分
输出器（扩展2） ⑴.感光材料:
凡经曝光后发生光化学作用,经过一定的化学或物理
方法处理后,能够形成固定影像的 各种材料的总称。
摄影过程中记录光学影像的媒介和摄影影像的载体
感光片—胶片、胶卷 (透明)、像纸 (不透明)
பைடு நூலகம்
输出器（扩展3） 基本结构 乳剂层 感光剂 粘和剂 增感剂 补加剂 支持体 片基 纸基
第一节 传感器概述
• 一、传感器的分类 • 二、传感器的组成 • 三、传感器的性能
组成 性能
分类
第一节 传感器的分类
第二节 传感器的组成
第二节 传感器的组成
• 收集器 • 功能：接收目标物发射或反射的电磁辐射 能, 并将其聚焦至探测系统。
– 透镜 – 反射镜 – 棱镜 – 分光镜 – ……
第二节 传感器的组成
你知道它们分别感应哪些波段的电磁波吗？
黑白全色片与黑白红外片 黑白全色片 黑白红外片
天然彩色片和彩色红外片
多光谱摄影像片
第三节 扫描成像系统
回顾：摄影成像系统的特点 • 优点：
– – – – 空间分辨率高 成本低 易操作 信息量大
• 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
B
G
R
IR
二、航空摄影像片的几何特性
• 垂直摄影：摄影机垂直地面的摄影成像方式, 即摄影机的 主光轴与地面垂直, 感光胶片与地面平行。 • 倾斜摄影:摄影机主光轴与主垂线之间的夹角大于3°,这种 带有倾斜角度的摄影方式称为倾斜摄影。
区分垂直投影和中心投影
• 投影距离的影响：垂直投影图形的缩小和放大与 投影距离无关，并有统一的比例尺；中心投影则 受投影距离（遥感平台高度）影响，像片比例尺 与平台高度和焦距有关。 • 倾斜角度的影响：当投影面倾斜时，垂直投影的 影像仅表现为比例尺有所放大；而中心投影的像 片上，各点的相对位置和形状不在保持原样。 • 地形起伏的影响：垂直投影时，随地面起伏的变 化，投影点之间的距离与地面实际水平距离成比 例缩小，相对位置不变；中心投影时，地面起伏 越大，像上投影点水平位置的位移量就越大，产 生投影误差。
第三章 传感器及其成像方式
聊城大学 环境与规划学院
第一节 传感器的分类
• 传感器 ( sensor) , 也称敏感器或探测器, 是 收集、 探测并记录地物电磁波辐射信息的 仪器。
– 传感器探测电磁波波段的响应能力 – 传感器的空间分辨率和图像的几何特性 – 传感器获取地物电磁波信息量的大小和可靠程 度等。
• 探测器 • 功能：实现能量转换, 测量和记录接收到的 电磁辐射能。
• 特点：每种器件具有确定的波谱响应范围；响应 速度快；灵敏度高。 – 感光胶片 0.3~1.3μm
– CCD 0.4~1.1μm 8~14μm ｝ – 碲镉汞(Hg0.8Cd0.2Te)
– 锗掺汞(Ge:Hg)
第二节 传感器的组成
一、多光谱扫描成像
多光谱摄影系统 波谱区域 0.3-0.9μ m 多光谱扫描系统 0.3-14μ m
记录方式
辐射定标 探测范围 波段可比性
胶片
光化学过程-辐射定标难 胶片探测范围较窄 多系统分离采集-可比性差
数字记录-电信号
光电过程-辐射数据定量 电子格式范围较广 光谱波段同时采集-可比性强
一、多光谱扫描成像
辅助层
结合层 保护层 背面层
输出器（扩展4） 感光乳剂:卤化银微晶体(及加入的光谱增感剂、成色剂)和 明胶溶液的悬浊液 感光剂--卤化银AgX: AgBr AgCl AgI 遇光后发生化学变化形成潜影,经显影处理后,已感光的银盐 粒子还原成黑色银粒。 注:本身只感波长小于0.5μm 的蓝、紫、紫外光
• 根据成像方式的不同, 多光谱扫描成像系统 可分为光学机械扫描和推扫式扫描两种主 要类型。
光学机械扫描 optical- mechanical scanning
推扫式扫描 push- broom scanning
• 线性阵列式
推扫式扫描 push- broom scanning
• 面状阵列式
主要内容
• 一、多光谱扫描成像 • 二、热扫描成像 • 三、成像光谱技术
一、多光谱扫描成像
• 多光谱扫描 ( multispectral scanning) 成像是 以逐点逐行的扫描方式, 分波段获取地表电 磁辐射能量, 形成二维地面图像的一种成像 方式。 • 这种成像方式可获取地物在不同波段的信 息, 为分析与识别地物类别提供了十分重要 的数据源, 是卫星遥感技术中使用最多的传 感器类型。
摄影成像的特点
• 摄影成像采用的感光胶片的光谱响应范围在紫外
至近红外 (0.3-0.9 μ m) • 空间分辨率高 • 几何完整性好
• 视场角大
因此，便于进行较精确的测量与分析, 具有高
度的灵活性和实用性, 因而仍被广泛应用。
一、摄影类型的传感器
• • • • （一）单镜头框幅式摄影机 （二）缝隙摄影机 （三）全景摄影机 （四）多光谱摄影机
光机扫描和推扫式扫描对比
• 光-机扫描相比, 推扫式扫描的主要优点表现 在以下四个方面。 • (1) 更高的空间分辨率和辐射分辨率 • (2) 更好的几何完整性、更高的几何精度 • (3) 更稳定的探测器（CCD） • (4) 更长的使用寿命
二、 热扫描成像
二、 热扫描成像
二、 热扫描成像
美国亚特兰大市中心航空热影像（左-昼，右-夜）
第三节 传感器的性能
• • • • 空间分辨率 ( Spatial Resolution) 光谱分辨率 (Spectral Resolution) 辐射分辨率 (Radiometric Resolution) 时间分辨率 (Temporal Resolution)
10 m
10 m
B G
R
NIR
Jan 15
二、 热扫描成像
二、 热扫描成像
二、 热扫描成像
聊城大学的热红外影像
如何下载卫星遥感影像？
•
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如何下载卫星遥感影像？
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光谱分辨率高--意味着？
• 区分具有微小波谱特征差异地物的能力强； • 数据量大，传输、处理难度大； • 各波段间数据的相关性大； • 应服从应用目的--结合地物特征波谱，选择能提供最大信
息量的最佳波段和多波段组合
三、辐射分辨率
• 辐射分辨率 ( radiometric resolution) 是指传 感器区分地物辐射能量细微变化的能力, 即 传感器的灵敏度。 传感器的辐射分辨率越 高, 其对地物反射或发射辐射能量的微小变 化的探测能力越强, 所获取图像的层次就越 丰富。
第二节 传感器的组成
• 输出器 • 功能：用适当的方式输出所接收到的各种 电磁波信息。
– 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、模拟磁带 • 数字形式—数字磁带、磁盘、光盘……
输出器（扩展1）
摄影方式--感光胶片被景物电磁能激活而产生景物的潜影 (指肉眼看不到但客观又存在的潜伏影像) 扫描方式--探测器对场景进行扫描，逐点（行、面）以数 字形式在磁带上记录景物模拟信号，这种记录是一种经 电光转换而能形成直观影像的潜影。
中心投影的构像规律
• 点目标-------点； • 线目标-------直线、曲线或者点； • 面目标-------平面。
像点位移
• 思考：
请尝试推导公 式：
像主点
立体观测
• • • • • 航向重叠 旁向重叠 原理 条件 方法
航空摄影像片的类型和特点
• 根据胶片结构，可分为三类：
– 黑白全色片和黑白红外片 – 天然彩色片与彩色红外片 – 多光谱摄影像片
• 注意：对同一目标遥感器重复成像的周期、 覆盖周期 、重访周期
Banda Aceh, Indonesia Before the Tsunami (June 23, 2004)
During Tsunami (December 28, 2004)
第二节 摄影成像系统
• 数据获取是遥感技术的核心，无论是主动 遥感还是被动遥感, 也无论是航空遥感还是 航天遥感, 从成像方式上, 主要有三种成像 系统, 即摄影成像系统、 扫描成像系统和微 波成像系统。 • 摄影成像是利用光学镜头和放置在焦平面 上的感光胶片等组成的成像系统记录地物 影像的一种技术, 是遥感最基础的成像方式 之一, 也是航空遥感最重要的成像方式。 •
输出器（扩展5） 感色性---感光片对光谱中不同波长光线敏 感的程度和范围 由乳剂中加入的光谱增感剂的性质决定