成像机理2.ppt

第三章 遥感传感器及其成像原理,遥感传感器（Sensor）,遥感传感器是获取遥感数据的设备，是遥感技术最核心的部分，直接用于测量地物的电磁波特性2,传感器类型,（1）按有无发射电磁波的能力分 主动 被动,（2）按是否成像分 成像 非成像,（3）按利用的电磁波段分 光学 (0.01微米~1毫米) 微波 (1毫米~1米),（4）按基本结构原理分： 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 非成像类型的传感器,遥感传感器的一般结构,收集器 探测器 处理器 输出器,,,,,,,,,,4,扫描成像类型传感器,逐点、逐行地以时序方式获 取二维图像 一般利用光学波段，也可称为光学传感器 光学传感器特性,,,光谱特性：传感器能够测量的电磁波波长范围、各波段中心波长、波段宽度 （光谱分辨率） 辐射度量特性：指传感器辐射度量的灵敏度，能够度量的辐射动态范围辐射分辨率） 几何特性： FOV (Field of View)：视场，是传感器能够受光的范围，决定成像的宽度； IFOV (Instantaneous Field of View)：瞬时视场，是形成每个像元的视场，决定地面分辨率。

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,一、 红外扫描仪 1 、 结构 (1)扫描镜:对地扫描, 轻质材料 (2)反射镜组:聚焦成像 (3)探测器:光能变为电能 (4)致冷器:阻挡周围红外光 (5)处理器:信号放大、调制、电光转换、模数转换 (6)输出器:胶片、磁带、光盘等,扫描成像类传感器,2 、 扫描成像过程,扫描过程 • 从左至右,垂直飞行方向逐点扫描,得到一条相应于地面的图像线 •飞机向前运动，第二次扫描得到第二条扫描线,,,,,,,,,,d,α,H,θ,7,垂直向下观测时,一般情况下， 在设计仪器时已确定，所以 的变化仅与 H有关8,3、红外扫描仪特性,空间分辨率 温度分辨率 温度分辨率与 有关； 传感器系统内噪声等效温度限制在0.1~0.5K之间; 系统的温度分辨率一般为等效噪声温度的2~6倍探测器的响应率 传感器系统内的噪声,9,倾斜观测时,10,因为 ， 且它们随扫描角变化而变化，所以红外图像上必然产生畸变。

全景畸变,,,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11,其中： 为飞机的地速； 为探测器地面分辨率； 为旋转棱镜扫描一次的时间4、扫描线的衔接,要让每两次扫描衔接，必须满足：,将出现扫描漏洞；,将出现扫描重叠进一步地，,,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12,5、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航空像片 红外扫描像片,红外像片,,图1 午后13:00成像,图2 凌晨4:00成像,二、 MSS多光谱扫描仪（Multi-spectral Scanner）,1、扫描仪的结构 (1) 扫描反射镜 摆动频率-----13.62HZ 总观测视场角-----11.56° (2) 反射镜组 由主反射镜和次反射镜组成 作用：将扫描镜接反射进入的地面景物聚集在 成像面上,(3) 成像板 24+2个玻璃纤维元 MSS 4-7 空间分辨力为 79m×79m MSS 8 分辨力为 240m×240m,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3,2,4,5,6,飞 行 方 向,1,,扫描方向,,,,,,,,0.5-0.6μm,0.7-0.8μm,0.6-0.7μm,0.8-1.1μm,10.4-12.6μm,波段 4 5 6 7 8,(4) 探测器,作用：将辐射能转变成电信号输出 MSS 4，5，6 采用18个光电倍增管 MSS 7 使用六个硅光电二极管 MSS 8 采用2个汞镉碲热敏感探测器 Landsat1-3有五个波段 MSS4(绿)、MSS5(红)、MSS6 (红外)、 MSS7 (红外)、MSS8(热红外) (5) 输出 数字影像 (2340行×2340列) 采样后影像分辨率为 57M×79M,2 、成像过程,(1) 扫描瞬间 像元的地面分辨力=瞬时视场×卫星高 79m=86μrad×915km， 六个相同大小的探测元在瞬间看到的地面大小为 474m×79m (2)扫描一次 扫描总视场：11.56° 地面宽度：185km 六条扫描线图像的地面范围：474mX185km (3)扫描线衔接 因扫描周期为73.42ms 卫星速度（地速）为6.5km/s 474m= 73.42ms× 6.5km/s 在扫描一次的时间里卫星往前正好移动474m，扫描线恰好衔接,185.3KM宽,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,飞行方向,1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6,主 动 扫 描,回 扫,,,,,,474M,MSS 扫描成像过程,3 、MSS影像特征,(1)几何特征 MSS影像与红外扫描仪影像一样,存在全景变形 (2)波谱特征 Landsat1-3有五个波段 MSS4(绿)、MSS5(红)、MSS6 (红外)、 MSS7 (红外)、MSS8(热红外) 同样的地物在不同波段的影像上有不同的灰度值 多波段影像可彩色(假彩色)合成识别地物 也可画出波谱响应曲线识别.,MSS－4、5、7合成的假彩色片,三、TM专题制图仪（Thematic Mapper）,1.概述 􀂄Landsat-4/5上的TM（Thematic Mapper）是一个高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器，与多波段扫描仪MSS性能相比，它具有更高的空间分辨力，更好的频谱选择性，更好的几何保真度，更高的辐射准确度和分辨力。

三、TM专题制图仪（Thematic Mapper）,2、、探测器 探测器共有100个,分七个 波段呈错开排列 TM1～5及TM7的探测器 有16个,每个的瞬时视 场在地面上为30×30㎡ TM6的探测器有4个,每个的 瞬时视场在地面上为 120×120㎡,3 、扫描,TM中增加一个扫描改正器,使扫描行垂直于飞行轨道 （MSS扫描不垂直于飞行轨道） 往返双向都对地面扫描 （MSS仅单向扫描） 半个扫描周期，即单向扫描所用的时间为71.46ms，卫星正好飞过地面480m，下半个扫描周期获取的16条图像线正好与上半个扫描周期的图像线衔接,4 、TM影像特征,(1)几何特征 存在全景变形,空间分辨力为30m×30m (2)波谱特征,TM5波段（1.55-1.75微米）：可用于作物 生长期内叶绿素浓度、水分含量 的推定和作物分类，监测作物需 水状况和土壤墒情 TM6波段（10.4-12.5微米）：可用于作物 热异常和地表热分布探测 TM7波段（2.08-2.35微米）：可用于土壤 类型、作物水分状况等研究沈阳TM影像,TM1波段（0.45-0.52微米）：用于区别土壤 植被，区别各种农作物。

TM2波段（0.52-0.60微米）：正常农作物绿 光反射区 TM3波段（0.63-0.69微米）：是农作物覆盖 度、作物叶绿素吸收光 谱分析的 最佳范围 TM4波段（0.76-0.90微米）：可用于测定 各种植物的生物量东京TM影像,四、 ETM+增强型专题制图仪,ETM+与TM相比在以下三方面作了改进 1: 增加全色波段,分辨率15M 2: 采用双增益技术使远红外波段（6） 分辨率提高到60M 3 : 辐射定标精度较Landsat5提高1倍,Landsat7 ETM+ 影像,Landsat-7数据的应用,农业、林业和草场资源；环境；土地利用制图；地质；水资源；海岸资源等 􀂄1)农业、林业和草场资源 􀂄作物、用材林和草类植被识别 􀂄作物和用材林面积测算 􀂄作物估产 􀂄林木蓄积量调查 􀂄草场生物量与载蓄量估算 􀂄森林草原火灾评估 􀂄野生生物栖息地调查,,2)土地利用制图􀂄 土地利用分类􀂄 地理制图与图件更新 土地承载力分级􀂄 城市扩展监测 区域规划 交通制图􀂄 水陆边界制图􀂄 交通线路选址􀂄 泛滥平原管理,,3)地质􀂄主要地质单元制图􀂄地质图更新􀂄岩性识别􀂄土壤土质调查制图􀂄近代火山喷发物制图􀂄地貌制图􀂄地表矿化指示物分析􀂄区域构造分析,,4)水资源􀂄水体面积和水陆边界测定􀂄洪涝制图􀂄冰雪覆盖范围测定􀂄冰川特征研究􀂄沉积物与扩散模式研究􀂄灌溉区调查􀂄湖泊调查􀂄融雪量估算,,5)海岸资源 􀂄潮汐和洋流形态分析 􀂄海岸线动态制图 􀂄潮间带制图 􀂄海冰制图与监测 􀂄海岸侵蚀监测 􀂄石油泄漏与污染监测,,6)环境􀂄人类活动对环境影响监测（如湖泊富营养化）􀂄水污染制图与监测􀂄自然灾害监测􀂄地表采矿与恢复监测􀂄干旱评估􀂄固体废弃物堆放选址􀂄发电厂及其它工业选址,五、 HRV线阵列推扫式扫描仪:对像面扫描 1、HRV的结构和成像原理 (1)结构 法国SPOT卫星上装载的HRV（High Resolution Visible range instrument）是一种线阵列推扫式扫描仪。

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线阵列元件上，CCD的输出端以一路时序视频信号输出2)成像 瞬间：垂直航线的一条图像线单中心） 连续图像条带：以“推扫”方式获取沿轨道的图像多中心）,,SPOT- 4上的HRV分成两种形式 多光谱型的HRV 地面上总的视场宽度为60km 三个谱段,每个波段探测器组由3000个CCD元件组成 每个元件形成的像元，相对地面上为20m×20m 全色的HRV 波段范围0.51—0.73μm, 6000个CCD元件组成一行 每个像元地面的大小为10m×10m SPOT-4可形成邻轨立体, SPOT-5可形成同轨立体,SPOT5号卫星能在每5天内重访同一地点 增强后的星上处理能力使得SPOT5号卫星能同时获取120公里宽的全色和多光谱影像 SPOT5号卫星上的每个传感器只有一个线性阵列，而SPOT1-4号则有4个， 这个革新大大简化了焦平面的设计，使得将来更容易地添加波段B1、B2、B3波段使用包含12000个微型感应器件的传感器，全色图像则是用两个12000的传感器来获取的2、HRV的影像特征,(1)几何特征 SPOT影像不存在全景变形,SPOT5的PAN波段经处理,分辨 率可达到2.5M 另外IKONOS 、QuickBird 、OrbView也是CCD成像的,它 们具有更高的分辨率 (2) 波谱特征 SPOT5影像有PAN0.49-0.69波段、多光谱共分四个谱段 波段1 0.5-0.59μm 绿 波段2 0.61-0.68μm 红 波段3 0.79-0.89μm 近红外 波段4 1.58-1.75μm 短波红外 特征与TM2-4相同,彩色(假彩色)合成方法、波谱响应 曲线方法可用于地物识别.,SPOT-4 合成的假彩色片,中巴（江西）5 4 3波段合成的假彩色片,,天津SPOT-5 10米,北京SPOT-5 (2.5M),SPOT-5 影像,毛主席纪念堂IKONOS影像,酒泉,上海,IKONOS影像,香港,QuickBird-2 影像,QuickBird-2 影像,QuickBird-2 影像,2003. 2. 11麦加QuickBird-。