空间相机设计与试验

正立同侧放大的虚像
正立同侧缩小的虚像 开普勒望远镜 （倒立放大虚像）
伽利略望远镜 （正立放大的 虚像）
焦距、景深与放大倍数
双高斯型折射系 统
SPOT卫星CCD 相机折反系统
双反射光学系统
胶片型空间相机使用较早，其特点是将曝光的胶片返回地 面，经地面冲洗、判读等处理后使用。 组成：地物相机、星相机、暗道、回收盒 优点：具有分辨率高、信息量大，胶片制作。处理加工及 判读技术成熟等特点。地面分辨率优于0.3m，不受电磁干 扰等 缺点：装片量有限，时效性低。 使用：一般用在低轨道空间飞行器平台。在详查和测绘仍 然具有前景。
电磁波在大气中的传播特性也是遥感研究的重点之一，地物电磁波在 大气传输中的衰减和畸变特性是确定目标以及校正数据的重要依据。 其中包含大气吸收，大气散射与天空辐射
大气窗口，大气对电磁波衰减较小、透射率较高的谱段： 1、可见光—近红外：0.4—1.1μm，记录地物反射电磁波信息最广的窗口，透射率很 高。 2、短波红外：1.5—2.4μm，在1.8有个二氧化碳辐射带，仍 属于反射光谱 3、中红外：2.4—5μm，可以是反射光谱也可以是发射光谱 4、热红外：8—14μm，透射率较低，是地面热辐射能量最集中谱段，常用来获取常 温热辐射信息
星相机作用：根据已知星象位置和成像位置退出姿态角，推出地物照相机 拍摄时光轴。
在感光材料涂布感光乳剂，如卤化银的晶体在光的照射作用下,释放出电子,其 电子被乳剂层中的感光中心捕获后,与卤化银中的银离子正负电中和,成为银原 子。分辨率越高，感光度越低
空间相机设计与试验
汇报人：
2019年01月04日
1、概论 2、相机设计基础 胶片型空间相机设计 光机扫描仪 空间CCD相机
3、三类空间相机
4、空间相机测试与试验技术
在空间遥感器中收集信息用的遥感器可分为光学和微波两大类。 而空间相机是指以光学波段（紫外、可将光、红外）对地球或空间目
标进行拍照传回信息的具有光、机、电、热、控制和信息处理等技术
综合性的光机仪器。
可见光—近红外：0.38~0.76μm 热红外：0.76~1000μm 微波：1~1000mm
1、物镜 2、探测接受 和电路系统
3、机械结构
光学系统和结构组成，起收集目标信号光 能量和抑制杂光等作用。
利用胶片或光电器件接受信息，处理放大 等 连接物镜、探测器和电路系统各部件组成 空间相机的连接机构
一般由热控涂层、隔热薄膜、相变材料、 热管等。热控精度±1℃，红外探测器 60k~150k
4、热控装置 5、控制和信 息处理器
微处理器进行控制和监督
空间相机 胶片类 光电传输型
光电效应
光ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化学效应
画 幅 式
单幅
全 景 式
单幅扫描 畸变
航 线 式
连续
扫 描 成 像
单元扫 描处理
凝 视 成 像
直接形成 目标图像
光谱分辨率指能分辨的相邻波长的最小间隔，分辨率越高，光谱 曲线越精细，更能真实的反映目标的光谱特征
光谱选择
解决目标物与接收系统光谱响应特征相匹配
1、根据用途选择工作频段
2、利用多光谱遥感技术，用最少的谱段获得最丰富的信息
各种地球资源的优选频段
1、农业类2-4个波段足够 2、地质学需要15个才能明 显 3、除了地质，其他科目大 多需要3—4个波段
MTF 曲线图 示例
调制度：M即反差 反差 =（ 照度的最大值-照度的最小值） /（ 照度的最大值 + 照度的最小值） 空间频率：单位方向的周期数（此实验中为光栅的疏密程度）单位为单位 长度线对数 MTF值=M’/M（输入为M，输出为M’）
光谱特性
光谱特性包括光谱范围，谱段的宽度和数目以及光谱分辨率。
分类精度与光谱频段数
是指空间相机接受目标反射或辐射信号时能分辨的最小辐 射差 可用噪声等效辐射度、噪声等效反射率或者噪声等效温差 表示
辐射分辨率
时间分辨率
是指空间相机测量目标随时间变化而对同一目标重复观测 的最小时间间隔。 与信息提取有关，是空间相机的设计依据。
遥感应用对检测周期要求
光学系统是成像光学系统，也是望远镜物镜系统。 一般包括光学窗口、成像系统、分光系统、扫描系统。 此处更多讲解三种不同的成像系统。 在空间相机的设计中由于任务不同，光学系统设 计也不同。 1）真空环境导致透镜折射率不同，焦距发生 变化 2）空间辐射环境影响材料的光学特性，例如 导致光学透过率发生变化 3）杂散辐射环境影响空间相机成像品质
1、相机经受发射返回时阶段振动、过载冲击等 恶劣力学环境
2、空间相机一般应具有长焦距（视角小、距离
远、放大倍速大）。 3、适应空间环境的技术措施：真空、低温、方 辐射粒子等 4、可靠性高。不可维修
5、严格的质量、体积和功耗限制。材料选择
任何物质都会反射、吸收、透过和辐射电磁波，空间相机及 应用系统正是通过测量和分析与目标有关的电磁特性，获取目标 的特性和状态的。因此相机原理是充分了解物质的光谱特性从而 区分不同物质及颜色。
摄影分辨率10米
5 米
5米
10米
空间分辨率是指遥感器能区分相邻两个目标的最小间隔。在空间相机 中常称为地面摄影分辨率；而对CCD类传输型是指瞬时视场的最小像元， 或与像元对应的最小地面尺寸，也称为像元分辨率。
空间相机的（MTF）调制传递函数是空间相机光学、探测器（胶 片）、电子线路综合传输特性的体现。描述图片质量的参数。 定义：系统输出信号的调制度与输入信号的调制度之比随空间频率 的关系。
空间相机设计
物 理 基 础
基 础 指 标
光 学 系 统
结 构 热 设 计
电路 与电 磁兼 容
太阳辐射
在地球环境中，最强的辐射源是太阳，它是可见光及近红外遥感 的主要辐射源。太阳辐射通常用太阳常数（1367±7W/m2）、太阳 光谱和太阳辐射到达地面的大气吸收特征来描述。
太阳辐射光谱辐照图
地球大气对太阳辐射的影响
地球辐射分为三部分：波长0.3—3μm部分主要是反射太阳 辐射；3—6μm是太阳反射辐射和地物热辐射；6μm以上主要是 地球表面物体自身辐射
地球辐射
地物的反射光谱 某些岩石的发射光谱
基本技术要求包括：空间相机的空间分辨率、调制传递函数、光谱 分辨率、辐射分辨率、时间分辨率、辐射定标要求、设计基准、体积、 质量等。