第04章 遙感圖像的成像原理

1、遙感概論遙感概論四、遙感圖像的成像原理四、遙感圖像的成像原理4.1、傳感器的分類(lèi)、傳感器的分類(lèi)4.2、光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理、光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理4.3、光電成像傳感器的成像原理、光電成像傳感器的成像原理4.4、成像光譜儀原理簡(jiǎn)介、成像光譜儀原理簡(jiǎn)介4.5、合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介、合成孔徑側(cè)視雷達(dá)原理簡(jiǎn)介隨著空間技術(shù)、航天技術(shù)、無(wú)線(xiàn)電電子技術(shù)、光學(xué)隨著空間技術(shù)、航天技術(shù)、無(wú)線(xiàn)電電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其它相關(guān)科學(xué)的迅速發(fā)展，遙技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其它相關(guān)科學(xué)的迅速發(fā)展，遙感傳感器從第一代的航空攝影機(jī)，第二代的多光譜感傳感器從第一代的航空攝影機(jī)，第二代的多光譜攝影機(jī)、掃

2、描儀，很快發(fā)展到第三代的固體掃描儀攝影機(jī)、掃描儀，很快發(fā)展到第三代的固體掃描儀（Charge Coupled DeviceCharge Coupled Device，CCD）。）。進(jìn)入進(jìn)入90年代以后，高分辨率年代以后，高分辨率CCD傳感器的出現(xiàn)，使傳感器的出現(xiàn)，使遙感圖像的空間分辨率由遙感圖像的空間分辨率由Landsat-MSS的的80m提高提高到目前的到目前的23m，甚至甚至1m以上；以上；4.1 4.1 傳感器的分類(lèi)傳感器的分類(lèi)高光譜分辨率成像儀的出現(xiàn)，使多光譜遙感圖像高光譜分辨率成像儀的出現(xiàn)，使多光譜遙感圖像的光譜分辨率可達(dá)到的光譜分辨率可達(dá)到5 10nm；加拿大雷達(dá)衛(wèi)星（加拿大雷達(dá)衛(wèi)

3、星（RADARSAT）的成功發(fā)射以及的成功發(fā)射以及美國(guó)的地球觀察雷達(dá)系統(tǒng)美國(guó)的地球觀察雷達(dá)系統(tǒng)EOS-SAR的研制標(biāo)志著的研制標(biāo)志著雷達(dá)圖像的空間分辨率大大提高。雷達(dá)圖像的空間分辨率大大提高。所有這些說(shuō)明，遙感圖像應(yīng)用于地圖的測(cè)繪和所有這些說(shuō)明，遙感圖像應(yīng)用于地圖的測(cè)繪和GIS基礎(chǔ)信息的獲取已成為可能?；A(chǔ)信息的獲取已成為可能。4.1 4.1 傳感器的分類(lèi)傳感器的分類(lèi)遙感技術(shù)常用的傳感器：遙感技術(shù)常用的傳感器： 航空攝影機(jī)航空攝影機(jī)（航攝儀）（航攝儀） 全景攝影機(jī)全景攝影機(jī) 多光譜攝影機(jī)多光譜攝影機(jī) 多光譜掃描儀多光譜掃描儀(Multi-Spectral Scanner，MSS) 專(zhuān)題制圖儀專(zhuān)

4、題制圖儀（Thematic Mapper, TM） 反束光導(dǎo)攝像管反束光導(dǎo)攝像管（RBV） HRV（High Resolution Visible range instruments）掃描儀掃描儀 合成孔徑側(cè)視雷達(dá)合成孔徑側(cè)視雷達(dá)（Side-Looking Airborne Radar，SLAR）4.1 4.1 傳感器的分類(lèi)傳感器的分類(lèi)4.1 4.1 傳感器的分類(lèi)傳感器的分類(lèi)圖圖 遙感器的分類(lèi)情況遙感器的分類(lèi)情況主動(dòng)式主動(dòng)式側(cè)視雷達(dá)側(cè)視雷達(dá)全景雷達(dá)全景雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)被動(dòng)式被動(dòng)式光電成像類(lèi)型光電成像類(lèi)型攝像機(jī)攝像機(jī)電荷耦合器件電荷耦合器件CCD掃描儀掃描儀光

5、學(xué)攝影類(lèi)型光學(xué)攝影類(lèi)型多光譜攝影機(jī)多光譜攝影機(jī)全景攝影機(jī)全景攝影機(jī)縫隙攝影機(jī)縫隙攝影機(jī)框幅攝影機(jī)框幅攝影機(jī)成像遙感器成像遙感器成像光譜儀成像光譜儀面陣成像光譜儀面陣成像光譜儀線(xiàn)陣成像光譜儀線(xiàn)陣成像光譜儀4.2 4.2 光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理光學(xué)攝影類(lèi)型傳感器主要包括：光學(xué)攝影類(lèi)型傳感器主要包括：框幅攝影機(jī)、縫隙攝影機(jī)、全框幅攝影機(jī)、縫隙攝影機(jī)、全景攝影機(jī)景攝影機(jī)和和多光譜攝影機(jī)多光譜攝影機(jī)四種四種類(lèi)型。類(lèi)型。共同特點(diǎn)：共同特點(diǎn)：由物鏡收集電磁波，由物鏡收集電磁波，并聚焦到感光膠片上，通過(guò)感并聚焦到感光膠片上，通過(guò)感光材料的探測(cè)與記錄，在感光光材料的探測(cè)與記

6、錄，在感光膠片上留下目標(biāo)的潛像，然后膠片上留下目標(biāo)的潛像，然后經(jīng)過(guò)攝影處理，得到可見(jiàn)的影經(jīng)過(guò)攝影處理，得到可見(jiàn)的影像。像。分幅式攝影機(jī)成像示意圖光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理框幅式攝影機(jī)傳感器成像原理框幅式攝影機(jī)傳感器成像原理是在某一個(gè)攝影瞬間獲得是在某一個(gè)攝影瞬間獲得一張完整的像片（一張完整的像片（18cm18cm或或23cm23cm幅面）。幅面）。一張像片上的所有像點(diǎn)共用同一個(gè)攝影中心和同一個(gè)像片面，亦一張像片上的所有像點(diǎn)共用同一個(gè)攝影中心和同一個(gè)像片面，亦即共用一組外方位元素。因此，像點(diǎn)和物點(diǎn)之間可以用航測(cè)像片即共用一組外方位元素。因此，像點(diǎn)和物點(diǎn)之間可以用

7、航測(cè)像片解析的共線(xiàn)方程來(lái)描述。解析的共線(xiàn)方程來(lái)描述。一、框幅式攝影機(jī)一、框幅式攝影機(jī)光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理縫隙攝影機(jī)，或稱(chēng)推掃式攝影機(jī)、航帶攝影機(jī)。縫隙攝影機(jī)，或稱(chēng)推掃式攝影機(jī)、航帶攝影機(jī)。在飛在飛機(jī)或衛(wèi)星上，攝影瞬間所獲取的影像是與航線(xiàn)方向垂機(jī)或衛(wèi)星上，攝影瞬間所獲取的影像是與航線(xiàn)方向垂直且縫隙等寬的一條線(xiàn)影像。直且縫隙等寬的一條線(xiàn)影像。當(dāng)飛機(jī)或衛(wèi)星向前飛行時(shí)，攝當(dāng)飛機(jī)或衛(wèi)星向前飛行時(shí)，攝影機(jī)焦平面上與飛行方向成垂影機(jī)焦平面上與飛行方向成垂直的狹縫中的影像也連續(xù)變化。直的狹縫中的影像也連續(xù)變化。如果攝影機(jī)內(nèi)的膠片不斷地卷如果攝影機(jī)內(nèi)的膠片不斷地卷動(dòng)，且其

8、速度與地面在縫隙中動(dòng)，且其速度與地面在縫隙中的影像移動(dòng)相同，則能得到連的影像移動(dòng)相同，則能得到連續(xù)的航帶攝影像片。續(xù)的航帶攝影像片。二、縫隙攝影機(jī)二、縫隙攝影機(jī)vxyVSHHfVv光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理全景攝影機(jī)又稱(chēng)搖頭攝影機(jī)，或叫掃描攝影機(jī)。全景攝影機(jī)又稱(chēng)搖頭攝影機(jī)，或叫掃描攝影機(jī)。它是在它是在物鏡焦面上平行于飛行方向設(shè)置一狹縫，并隨物鏡作垂物鏡焦面上平行于飛行方向設(shè)置一狹縫，并隨物鏡作垂直航線(xiàn)方向掃描，得到一幅掃描成的圖像，因此稱(chēng)掃描直航線(xiàn)方向掃描，得到一幅掃描成的圖像，因此稱(chēng)掃描像機(jī)，又由于物鏡擺動(dòng)的幅面很大，像機(jī)，又由于物鏡擺動(dòng)的幅面很大，能將航線(xiàn)

9、兩邊的地平線(xiàn)內(nèi)的影像都能將航線(xiàn)兩邊的地平線(xiàn)內(nèi)的影像都攝入底片，因此又稱(chēng)為攝入底片，因此又稱(chēng)為全景攝影機(jī)全景攝影機(jī)。全景攝影機(jī)的特點(diǎn)：全景攝影機(jī)的特點(diǎn)：焦距長(zhǎng)，有焦距長(zhǎng)，有的達(dá)的達(dá)600mm以上，可在長(zhǎng)約以上，可在長(zhǎng)約23cm，寬達(dá)寬達(dá)128cm的膠片上成像。它的精的膠片上成像。它的精密透鏡既小又輕，掃描視場(chǎng)很大，密透鏡既小又輕，掃描視場(chǎng)很大，有時(shí)能達(dá)有時(shí)能達(dá)180。三、全景攝影機(jī)、全景攝影機(jī)航向航向航線(xiàn)航線(xiàn)縫隙縫隙光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理但由于全景像機(jī)的像距保持不變，而物距隨掃描角而但由于全景像機(jī)的像距保持不變，而物距隨掃描角而增大，因此出現(xiàn)兩邊比例尺逐漸縮

10、小的現(xiàn)象。再加上增大，因此出現(xiàn)兩邊比例尺逐漸縮小的現(xiàn)象。再加上掃描的同時(shí)，飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，以及掃描擺動(dòng)的非線(xiàn)性?huà)呙璧耐瑫r(shí)，飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，以及掃描擺動(dòng)的非線(xiàn)性等因素，整個(gè)影像產(chǎn)生等因素，整個(gè)影像產(chǎn)生全景畸變?nèi)盎儭Ｈ?、全景攝影機(jī)、全景攝影機(jī)掃描方向掃描方向飛行方向飛行方向全景像片的畸變?nèi)跋衿幕児鈱W(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理對(duì)于同一地區(qū)，在同一瞬間攝取多個(gè)波段影像的攝影機(jī)對(duì)于同一地區(qū)，在同一瞬間攝取多個(gè)波段影像的攝影機(jī)稱(chēng)多稱(chēng)多光譜攝影機(jī)光譜攝影機(jī)。采用多光譜攝影的目的，是充分利用地物在不同光譜區(qū)采用多光譜攝影的目的，是充分利用地物在不同光譜區(qū)有不同的反射特征，來(lái)

11、增多獲取目標(biāo)的信息量，以便提有不同的反射特征，來(lái)增多獲取目標(biāo)的信息量，以便提高影像的判讀和識(shí)別能力。高影像的判讀和識(shí)別能力。四、多光譜攝影機(jī)四、多光譜攝影機(jī)光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理四、多光譜攝影機(jī)四、多光譜攝影機(jī)在一般攝影方法基礎(chǔ)上，對(duì)攝影機(jī)和膠片加以改進(jìn)，再在一般攝影方法基礎(chǔ)上，對(duì)攝影機(jī)和膠片加以改進(jìn)，再選用合適的濾光片，即可實(shí)現(xiàn)選用合適的濾光片，即可實(shí)現(xiàn)多光譜攝影多光譜攝影。根據(jù)其結(jié)構(gòu)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為三種基本類(lèi)型：特點(diǎn)，可以分為三種基本類(lèi)型：多攝影機(jī)型多攝影機(jī)型，多鏡頭型多鏡頭型和和光束分離型光束分離型。（a）多攝影機(jī)型多攝影機(jī)型濾光片濾光片鏡

12、頭鏡頭攝影機(jī)攝影機(jī)膠片膠片（b）多鏡頭型多鏡頭型濾光片濾光片鏡頭鏡頭攝影機(jī)攝影機(jī)膠片膠片（c）光束分離型光束分離型濾光片濾光片鏡頭鏡頭二分色鏡二分色鏡膠片膠片光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理四、多光譜攝影機(jī)四、多光譜攝影機(jī) （一）多攝影機(jī)型多光譜攝影機(jī)（一）多攝影機(jī)型多光譜攝影機(jī) 這種多光譜攝影機(jī)是用幾架普通這種多光譜攝影機(jī)是用幾架普通的航空攝影機(jī)組裝而成的，對(duì)各的航空攝影機(jī)組裝而成的，對(duì)各攝影機(jī)分別配以不同的濾光片和攝影機(jī)分別配以不同的濾光片和膠片的組合，采用同時(shí)曝光控制，膠片的組合，采用同時(shí)曝光控制，以進(jìn)行同時(shí)攝影（如圖以進(jìn)行同時(shí)攝影（如圖a）。）。光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)

13、型傳感器的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理四、多光譜攝影機(jī)四、多光譜攝影機(jī) （二）多鏡頭型多光譜攝影機(jī)（二）多鏡頭型多光譜攝影機(jī) 它是用普通航空攝影機(jī)改制而成它是用普通航空攝影機(jī)改制而成的，在一架攝影機(jī)上配置多個(gè)鏡頭的，在一架攝影機(jī)上配置多個(gè)鏡頭（如三鏡頭、六鏡頭和九鏡頭）（如三鏡頭、六鏡頭和九鏡頭），暗盒部分用幾種膠片記錄從不同鏡暗盒部分用幾種膠片記錄從不同鏡頭拍攝得到的影像。這種攝影機(jī)同頭拍攝得到的影像。這種攝影機(jī)同樣需要選配相應(yīng)的濾光片與不同光樣需要選配相應(yīng)的濾光片與不同光譜感光特性的膠片組合，以實(shí)現(xiàn)多譜感光特性的膠片組合，以實(shí)現(xiàn)多光譜攝影（如圖光譜攝影（如圖b）。）。光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)

14、型傳感器的成像原理光學(xué)攝影機(jī)類(lèi)型傳感器的成像原理四、多光譜攝影機(jī)四、多光譜攝影機(jī) （三）光束分離型多光譜攝影機(jī)（三）光束分離型多光譜攝影機(jī) 在攝影時(shí)，光束通過(guò)一個(gè)在攝影時(shí)，光束通過(guò)一個(gè)鏡頭后，經(jīng)分光裝置分成鏡頭后，經(jīng)分光裝置分成幾個(gè)光束，然后分別透過(guò)幾個(gè)光束，然后分別透過(guò)不同的濾光片，分成不同不同的濾光片，分成不同波段，在相應(yīng)的感光膠片波段，在相應(yīng)的感光膠片上成像，實(shí)現(xiàn)多光譜攝影上成像，實(shí)現(xiàn)多光譜攝影（如圖（如圖c）。）。4.3 4.3 光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器主要包括：光電成像傳感器主要包括：電視攝像機(jī)、掃描儀、電電視攝像機(jī)、掃描儀、電荷耦合器件荷耦合器

15、件CCD。其中后兩種應(yīng)用最廣泛，特別是，其中后兩種應(yīng)用最廣泛，特別是，長(zhǎng)線(xiàn)陣大面陣長(zhǎng)線(xiàn)陣大面陣CCD傳感器已經(jīng)問(wèn)世，其地面分辨率最傳感器已經(jīng)問(wèn)世，其地面分辨率最高可達(dá)高可達(dá)1m以下，為遙感圖像定量研究提供了保證。以下，為遙感圖像定量研究提供了保證。光電成像類(lèi)型傳感器與光學(xué)攝影類(lèi)型的傳感器有很大光電成像類(lèi)型傳感器與光學(xué)攝影類(lèi)型的傳感器有很大區(qū)別。區(qū)別。光電類(lèi)型的傳感器是將收集到的電磁波能量，光電類(lèi)型的傳感器是將收集到的電磁波能量，通過(guò)儀器內(nèi)的光敏或熱敏元件（探測(cè)器）轉(zhuǎn)變成電能通過(guò)儀器內(nèi)的光敏或熱敏元件（探測(cè)器）轉(zhuǎn)變成電能后再記錄下來(lái)。后再記錄下來(lái)。光電傳感器較光學(xué)攝影機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：光電傳感器較光

16、學(xué)攝影機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：一是擴(kuò)大了探測(cè)的波段范圍；一是擴(kuò)大了探測(cè)的波段范圍；二是便于數(shù)據(jù)的存貯與傳輸。二是便于數(shù)據(jù)的存貯與傳輸。電視攝像機(jī)電視攝像機(jī)是從空中觀測(cè)地面或從空間觀測(cè)地球的是從空中觀測(cè)地面或從空間觀測(cè)地球的常用的傳感器。常用的傳感器。這類(lèi)傳感器體積較小，重量較輕，影像是由電子記這類(lèi)傳感器體積較小，重量較輕，影像是由電子記錄的，即使在低照明的條件下也能工作，并具有較錄的，即使在低照明的條件下也能工作，并具有較高的分辨率，因此，它能夠比較容易獲得可靠的地高的分辨率，因此，它能夠比較容易獲得可靠的地面遙感數(shù)據(jù)。面遙感數(shù)據(jù)。一、電視攝像機(jī)、電視攝像機(jī)光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原

17、理應(yīng)用于遙感的電視攝像機(jī)的攝像管有應(yīng)用于遙感的電視攝像機(jī)的攝像管有光導(dǎo)攝像管光導(dǎo)攝像管，反束光導(dǎo)攝像管反束光導(dǎo)攝像管和和超正攝像管超正攝像管等，它們的功能和用等，它們的功能和用途不完全相同，其途不完全相同，其基本工作原理基本工作原理是：是：地面上的景物通過(guò)物鏡在攝像管的光陰極上成像，地面上的景物通過(guò)物鏡在攝像管的光陰極上成像，并形成一定格式的電荷，用電子束掃描光陰極，并形成一定格式的電荷，用電子束掃描光陰極，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，記錄在膠片上，以影像方式輸出，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，記錄在膠片上，以影像方式輸出，其分辨率大致取決于光陰極的尺寸及讀出光陰極其分辨率大致取決于光陰極的尺寸及讀出光陰極上的電荷格式所采

18、用的電子束特性。上的電荷格式所采用的電子束特性。一、電視攝像機(jī)、電視攝像機(jī)光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原理早期的氣象衛(wèi)星采用了光導(dǎo)攝像機(jī)。陸地衛(wèi)星早期的氣象衛(wèi)星采用了光導(dǎo)攝像機(jī)。陸地衛(wèi)星-1、2上裝有三臺(tái)反束光導(dǎo)管攝像機(jī)，分別拍攝不同光譜上裝有三臺(tái)反束光導(dǎo)管攝像機(jī)，分別拍攝不同光譜通道的同一景物，陸地衛(wèi)星通道的同一景物，陸地衛(wèi)星-3改用兩臺(tái)焦距全色反改用兩臺(tái)焦距全色反束光導(dǎo)管攝像機(jī)。束光導(dǎo)管攝像機(jī)。雖然電視攝像機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，但它每張像片的覆蓋雖然電視攝像機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，但它每張像片的覆蓋度和分辨率還是比不上攝影機(jī)。從幾何成像原理上度和分辨率還是比不上攝影機(jī)。從幾何成像原理上看，電

19、視攝像機(jī)是一種面陣列式傳感器，與面陣列看，電視攝像機(jī)是一種面陣列式傳感器，與面陣列CCD傳感器的成像幾何關(guān)系相同。傳感器的成像幾何關(guān)系相同。一、電視攝像機(jī)、電視攝像機(jī)光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原理掃描儀掃描儀與攝影機(jī)一樣是成像傳感器，但是它的輸出信與攝影機(jī)一樣是成像傳感器，但是它的輸出信號(hào)為電信號(hào)形式，便于傳送、記錄、分析和處理，掃號(hào)為電信號(hào)形式，便于傳送、記錄、分析和處理，掃描儀的波譜范圍也比攝影膠片要寬得多，而且感測(cè)的描儀的波譜范圍也比攝影膠片要寬得多，而且感測(cè)的過(guò)程是可逆的，即探測(cè)器在感測(cè)過(guò)程中并不消耗能量，過(guò)程是可逆的，即探測(cè)器在感測(cè)過(guò)程中并不消耗能量，而且，所獲得的

20、數(shù)據(jù)是定量的輻射量數(shù)據(jù)，便于校正；而且，所獲得的數(shù)據(jù)是定量的輻射量數(shù)據(jù)，便于校正；并可同時(shí)收集幾個(gè)不同波段通道的數(shù)據(jù)資料。并可同時(shí)收集幾個(gè)不同波段通道的數(shù)據(jù)資料。掃描儀應(yīng)用于紅外波段的成像，也用于從近紫外到紅掃描儀應(yīng)用于紅外波段的成像，也用于從近紫外到紅外范圍內(nèi)的多波段掃描成像。外范圍內(nèi)的多波段掃描成像。二、掃描儀、掃描儀光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原理在航空遙感中常用的光在航空遙感中常用的光/機(jī)掃描儀是利用光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)掃描儀是利用光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)和和飛行飛行器向前飛行器向前飛行的兩個(gè)方向相互垂直的運(yùn)動(dòng)，形成對(duì)地物目標(biāo)的二維掃的兩個(gè)方向相互垂直的運(yùn)動(dòng)，形成對(duì)地物目標(biāo)的

21、二維掃描，逐點(diǎn)將不同目標(biāo)物的反射或輻射光譜會(huì)聚到能將其能量轉(zhuǎn)變成描，逐點(diǎn)將不同目標(biāo)物的反射或輻射光譜會(huì)聚到能將其能量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換器件電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換器件CCD探測(cè)器上。探測(cè)器上。電信號(hào)通過(guò)放大處理后記錄下來(lái)，電信號(hào)通過(guò)放大處理后記錄下來(lái)，記錄的方式或在顯像管上顯示或記錄的方式或在顯像管上顯示或經(jīng)過(guò)電光能轉(zhuǎn)換器件把電信號(hào)再經(jīng)過(guò)電光能轉(zhuǎn)換器件把電信號(hào)再轉(zhuǎn)換成光信號(hào)在普通全色膠片上轉(zhuǎn)換成光信號(hào)在普通全色膠片上成像，亦可記錄在模擬磁帶上，成像，亦可記錄在模擬磁帶上，航空紅外掃描儀對(duì)地物目標(biāo)掃描航空紅外掃描儀對(duì)地物目標(biāo)掃描過(guò)程如右圖（機(jī)載紅外掃描儀結(jié)過(guò)程如右圖（機(jī)載紅外掃描儀結(jié)構(gòu)原理圖）。構(gòu)原

22、理圖）。二、掃描儀、掃描儀光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原理（一）光（一）光/機(jī)掃描儀機(jī)掃描儀瞬時(shí)視場(chǎng)攝影負(fù)片陰極射線(xiàn)管信號(hào)放大和調(diào)制反射鏡組旋轉(zhuǎn)掃描鏡G探測(cè)器致冷器多光譜掃描儀光學(xué)系統(tǒng)原理圖多光譜掃描儀光學(xué)系統(tǒng)原理圖多光譜掃描儀是在紅外掃描儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它所涉及的波長(zhǎng)范多光譜掃描儀是在紅外掃描儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它所涉及的波長(zhǎng)范圍已超出了紅外波段，包括電磁波譜中的紫外、可見(jiàn)光和紅外三個(gè)部分。圍已超出了紅外波段，包括電磁波譜中的紫外、可見(jiàn)光和紅外三個(gè)部分。多光譜掃描儀根據(jù)大氣窗口和地物目標(biāo)的波譜特性用分光系統(tǒng)（棱鏡或多光譜掃描儀根據(jù)大氣窗口和地物目標(biāo)的波譜特性用分光系統(tǒng)

23、（棱鏡或光柵等）把掃描儀的光學(xué)系統(tǒng)所接收的電磁輻射（從紫外、可見(jiàn)光，到光柵等）把掃描儀的光學(xué)系統(tǒng)所接收的電磁輻射（從紫外、可見(jiàn)光，到紅外）分成若干波段，目前已有紅外）分成若干波段，目前已有4個(gè)波段到個(gè)波段到24個(gè)波段的掃描儀。個(gè)波段的掃描儀。用多光譜掃描儀可記錄地物在不同波段的信息，因此，不僅可根據(jù)掃描用多光譜掃描儀可記錄地物在不同波段的信息，因此，不僅可根據(jù)掃描影像的形態(tài)和結(jié)構(gòu)識(shí)別地物，而且可用不同波段的差別區(qū)分地物，為遙影像的形態(tài)和結(jié)構(gòu)識(shí)別地物，而且可用不同波段的差別區(qū)分地物，為遙感數(shù)據(jù)的分析與識(shí)別提供了非常有利的條件。感數(shù)據(jù)的分析與識(shí)別提供了非常有利的條件。它常用于收集農(nóng)作物、植它常用于

24、收集農(nóng)作物、植物、土壤、森林、地質(zhì)、水文和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的遙感資料。物、土壤、森林、地質(zhì)、水文和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的遙感資料。二、掃描儀、掃描儀光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原理（二）多光譜掃描儀（二）多光譜掃描儀陸地衛(wèi)星陸地衛(wèi)星-1、2上安裝的多光譜掃描儀有上安裝的多光譜掃描儀有4個(gè)波段（波長(zhǎng)范圍為個(gè)波段（波長(zhǎng)范圍為0.50.6um、 0.60.7um、 0.70.8um、 0.81.1um）；）；在陸地衛(wèi)星在陸地衛(wèi)星-3上的多光譜掃描儀增加了一個(gè)上的多光譜掃描儀增加了一個(gè)10.412.6um的熱紅外波段。陸地衛(wèi)的熱紅外波段。陸地衛(wèi)星星-3上專(zhuān)題制圖儀有上專(zhuān)題制圖儀有7個(gè)波段。個(gè)波

25、段。多光譜掃描儀主要由兩個(gè)部分構(gòu)成：機(jī)械掃描裝置和分光裝置。多光譜掃描儀主要由兩個(gè)部分構(gòu)成：機(jī)械掃描裝置和分光裝置。它是由它是由掃描鏡收集地面目標(biāo)的電磁輻射，通過(guò)聚光系統(tǒng)把收集到的電磁輻射會(huì)掃描鏡收集地面目標(biāo)的電磁輻射，通過(guò)聚光系統(tǒng)把收集到的電磁輻射會(huì)聚成光束，然后，通過(guò)分光裝置分成不同波長(zhǎng)的電磁波，它們分別被一聚成光束，然后，通過(guò)分光裝置分成不同波長(zhǎng)的電磁波，它們分別被一組探測(cè)器中的相對(duì)應(yīng)的不同探測(cè)器所接收，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大，然后記錄在組探測(cè)器中的相對(duì)應(yīng)的不同探測(cè)器所接收，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大，然后記錄在磁帶上，或通過(guò)電光轉(zhuǎn)換后記錄在膠片上。磁帶上，或通過(guò)電光轉(zhuǎn)換后記錄在膠片上。二、掃描儀、掃描儀光電成

26、像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原理（二）多光譜掃描儀（二）多光譜掃描儀記錄器記錄器地面輻地面輻射射掃描鏡掃描鏡次反射次反射鏡鏡主反射主反射鏡鏡色散元色散元件件探測(cè)器探測(cè)器同步信同步信號(hào)號(hào)多光譜掃描儀的構(gòu)成略圖多光譜掃描儀的構(gòu)成略圖用一種稱(chēng)為電荷耦合器件用一種稱(chēng)為電荷耦合器件CCD（Charge Coupled Device）的探測(cè)的探測(cè)器制成的傳感器稱(chēng)為器制成的傳感器稱(chēng)為CCD傳感器。這種探測(cè)器是由半導(dǎo)體材料制傳感器。這種探測(cè)器是由半導(dǎo)體材料制成的，在這種器件上，受光或電激作用產(chǎn)生的電荷靠電子或空穴成的，在這種器件上，受光或電激作用產(chǎn)生的電荷靠電子或空穴運(yùn)載，在固體內(nèi)移動(dòng)，以產(chǎn)生輸出信

27、號(hào)。運(yùn)載，在固體內(nèi)移動(dòng)，以產(chǎn)生輸出信號(hào)。將若干個(gè)將若干個(gè)CCD元器件排列成一行，稱(chēng)為元器件排列成一行，稱(chēng)為CCD線(xiàn)陣列傳感器。線(xiàn)陣列傳感器。例例如法國(guó)如法國(guó)SPOT衛(wèi)星使用的傳感器衛(wèi)星使用的傳感器HRV就是一種就是一種CCD線(xiàn)陣傳感器，線(xiàn)陣傳感器，其中全色其中全色HRV用用6000個(gè)個(gè)CCD元器件組成一行。元器件組成一行。三、CCD傳感器（數(shù)碼攝影機(jī)）傳感器（數(shù)碼攝影機(jī)）光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原理將若干個(gè)將若干個(gè)CCD元器件排列在一個(gè)矩形區(qū)域中，即可構(gòu)成面陣列傳元器件排列在一個(gè)矩形區(qū)域中，即可構(gòu)成面陣列傳感器。每個(gè)感器。每個(gè)CCD元器件對(duì)應(yīng)于一個(gè)像元素。元器件對(duì)應(yīng)于一個(gè)像

28、元素。目前，長(zhǎng)線(xiàn)陣、大面陣目前，長(zhǎng)線(xiàn)陣、大面陣CCD傳感器已經(jīng)問(wèn)世，長(zhǎng)線(xiàn)陣可達(dá)傳感器已經(jīng)問(wèn)世，長(zhǎng)線(xiàn)陣可達(dá)12000個(gè)像元素，長(zhǎng)為個(gè)像元素，長(zhǎng)為96mm；大面陣可達(dá)到大面陣可達(dá)到51205120個(gè)像素，像幅個(gè)像素，像幅為為61.4mm61.4mm。每個(gè)像元素的地面分辨率可達(dá)到每個(gè)像元素的地面分辨率可達(dá)到23m，甚至甚至1m以上。以上。三、CCD傳感器傳感器光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原理面陣列面陣列CCD傳感器獲取圖像的傳感器獲取圖像的方式如圖：它與框幅式攝影機(jī)相方式如圖：它與框幅式攝影機(jī)相似，某一瞬間獲取得一幅完整的似，某一瞬間獲取得一幅完整的影像，因而是一個(gè)單中心投影，影像，

29、因而是一個(gè)單中心投影，其構(gòu)像關(guān)系可直接使用框幅式中其構(gòu)像關(guān)系可直接使用框幅式中心投影的航空像片的構(gòu)像關(guān)系式。心投影的航空像片的構(gòu)像關(guān)系式。面陣列傳感器面陣列傳感器圖像圖像目標(biāo)物目標(biāo)物投影中心投影中心時(shí)刻時(shí)刻t面陣傳感器成像方式面陣傳感器成像方式線(xiàn)陣列線(xiàn)陣列CCD傳感器獲取圖像傳感器獲取圖像的方式如圖：線(xiàn)陣列方向與的方式如圖：線(xiàn)陣列方向與飛行方向垂直，在某一瞬間飛行方向垂直，在某一瞬間得到的是一條線(xiàn)影像，一幅得到的是一條線(xiàn)影像，一幅影像由若干條線(xiàn)影像拼接而影像由若干條線(xiàn)影像拼接而成，所以又稱(chēng)為推掃式掃描成，所以又稱(chēng)為推掃式掃描成像。成像。這種成像方式在幾何關(guān)系上這種成像方式在幾何關(guān)系上與縫隙攝影

30、機(jī)的情況相同。與縫隙攝影機(jī)的情況相同。三、CCD傳感器傳感器光電成像傳感器的成像原理光電成像傳感器的成像原理線(xiàn)陣列傳感器線(xiàn)陣列傳感器圖像圖像投影中心投影中心時(shí)刻時(shí)刻t目標(biāo)物目標(biāo)物XYZ線(xiàn)陣列傳感器成像方式線(xiàn)陣列傳感器成像方式4.4 4.4 成像光譜儀原理簡(jiǎn)介成像光譜儀原理簡(jiǎn)介目前正在迅速發(fā)展的一種新型傳感器稱(chēng)為目前正在迅速發(fā)展的一種新型傳感器稱(chēng)為高光譜高光譜(Hyperspectral) 成像光譜儀成像光譜儀( (Imaging Spectrometer)Imaging Spectrometer)，它是以多路、連續(xù)并具有高光譜分辨率方式獲取圖像信它是以多路、連續(xù)并具有高光譜分辨率方式獲取圖像信

31、息的儀器。息的儀器。通過(guò)將傳統(tǒng)的空間成像技術(shù)與地物光譜技術(shù)有機(jī)地結(jié)合通過(guò)將傳統(tǒng)的空間成像技術(shù)與地物光譜技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一地區(qū)同時(shí)獲取幾十個(gè)到幾百個(gè)在一起，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一地區(qū)同時(shí)獲取幾十個(gè)到幾百個(gè)波段的地物反射光譜圖像。波段的地物反射光譜圖像。成像光譜儀成像光譜儀為每個(gè)像元提供數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段（通常為每個(gè)像元提供數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段（通常波段寬度波段寬度10 90的關(guān)系時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生的關(guān)系時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生雷達(dá)陰影雷達(dá)陰影。雷達(dá)陰影雷達(dá)陰影hsech雷達(dá)陰影的斜距長(zhǎng)度可雷達(dá)陰影的斜距長(zhǎng)度可以由斜面的高差以由斜面的高差h求出：求出：hsec。附：與微波遙感有關(guān)的向個(gè)電磁波特征附：與微波遙

32、感有關(guān)的向個(gè)電磁波特征一、疊加一、疊加當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的波在空間傳播時(shí)，如果在某點(diǎn)當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的波在空間傳播時(shí)，如果在某點(diǎn)相遇，則該點(diǎn)的振動(dòng)是各個(gè)波獨(dú)立引起該點(diǎn)振動(dòng)時(shí)相遇，則該點(diǎn)的振動(dòng)是各個(gè)波獨(dú)立引起該點(diǎn)振動(dòng)時(shí)的疊加。的疊加。附：與微波遙感有關(guān)的向個(gè)電磁波特征附：與微波遙感有關(guān)的向個(gè)電磁波特征二、相干性二、相干性當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的波在空間傳播，它們的頻率相當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的波在空間傳播，它們的頻率相同，振動(dòng)方向相同，振動(dòng)位相差是一個(gè)常數(shù)時(shí)，這同，振動(dòng)方向相同，振動(dòng)位相差是一個(gè)常數(shù)時(shí)，這時(shí)疊加后合成波的振幅是各個(gè)波振幅的矢量和，這時(shí)疊加后合成波的振幅是各個(gè)波振幅的矢量和，這種現(xiàn)象稱(chēng)為種現(xiàn)象稱(chēng)

33、為干涉干涉。兩波相干時(shí)，在交疊的位置，相位相同的地方，振兩波相干時(shí)，在交疊的位置，相位相同的地方，振動(dòng)加強(qiáng)，相位相反的地方振動(dòng)抵消，其他位置均有動(dòng)加強(qiáng)，相位相反的地方振動(dòng)抵消，其他位置均有不同程度的減弱。不同程度的減弱。當(dāng)兩束微波相干時(shí)，在微波雷達(dá)當(dāng)兩束微波相干時(shí)，在微波雷達(dá)圖像上會(huì)出現(xiàn)顆粒狀或斑點(diǎn)狀特征。圖像上會(huì)出現(xiàn)顆粒狀或斑點(diǎn)狀特征。當(dāng)兩束波不符合相干條件時(shí)，即為非相干波。這時(shí)當(dāng)兩束波不符合相干條件時(shí)，即為非相干波。這時(shí)疊加后的合成波振幅是各個(gè)波振幅的代數(shù)和，因此疊加后的合成波振幅是各個(gè)波振幅的代數(shù)和，因此上述現(xiàn)象在雷達(dá)圖像上便不會(huì)出現(xiàn)。上述現(xiàn)象在雷達(dá)圖像上便不會(huì)出現(xiàn)。附：與微波遙感有關(guān)的

34、向個(gè)電磁波特征附：與微波遙感有關(guān)的向個(gè)電磁波特征三、衍射三、衍射電磁波傳播過(guò)程中，如果遇到不能透過(guò)的有限直徑電磁波傳播過(guò)程中，如果遇到不能透過(guò)的有限直徑的物體，會(huì)出現(xiàn)傳播的繞行現(xiàn)象，即一部分輻射沒(méi)的物體，會(huì)出現(xiàn)傳播的繞行現(xiàn)象，即一部分輻射沒(méi)有遵循直線(xiàn)傳播的規(guī)律而繞到障礙物的后面，這種有遵循直線(xiàn)傳播的規(guī)律而繞到障礙物的后面，這種改變傳播方向的現(xiàn)象稱(chēng)為衍射現(xiàn)象。改變傳播方向的現(xiàn)象稱(chēng)為衍射現(xiàn)象。附：與微波遙感有關(guān)的向個(gè)電磁波特征附：與微波遙感有關(guān)的向個(gè)電磁波特征四、極化四、極化電磁波傳播是電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替變化的過(guò)程，且它們電磁波傳播是電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替變化的過(guò)程，且它們的方向相互垂直。電場(chǎng)常用矢量表示，矢量必定在的方向相互垂直。電場(chǎng)常用矢量表示，矢量必定在與傳播方向垂直的平面內(nèi)。矢量所指的方向可能隨與傳播方向垂直的平面內(nèi)。矢量所指的方向可能隨時(shí)間變化，也可能不隨時(shí)間變化。時(shí)間變化，也可能不隨時(shí)