遙感技術(shù)基礎(chǔ)-第05講(傳感器及成像特點(diǎn))課件

FundamentalsofRemoteSensing遙感信息工程系遙感技術(shù)基礎(chǔ)第五講傳感器及成像特點(diǎn)主要內(nèi)容：一、傳感器的組成二、傳感器的分類三、畫幅式傳感器及成像特點(diǎn)四、掃描型傳感器及成像特點(diǎn)五、多光譜傳感器及成像特點(diǎn)六、幾種星上傳感器介紹一、傳感器的組成傳感器的定義：

傳感器是：收集、探測(cè)、處理和記錄物體電磁波輻射信息的設(shè)備（通俗地說(shuō)，遙感中的傳感器就是成像設(shè)備）。傳感器各組成部分的功能收集器：收集來(lái)自地物(目標(biāo))的輻射能量。

如透鏡組、反射鏡組、天線等

探測(cè)器：將收集到的輻射能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（如普通相機(jī)中的膠片）或電能（如數(shù)碼相機(jī)中的CCD等）。處理器：對(duì)化學(xué)能或電能等信號(hào)進(jìn)行處理。

如攝影膠片的顯影、定影等；如電信號(hào)的放大、帶寬限制、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等。輸出器：將獲取的數(shù)據(jù)輸出出來(lái)。

如膠片、磁帶等。對(duì)傳輸型星上傳感器，處理器的輸出是以電信號(hào)的形式直接傳輸?shù)降孛娼邮照镜?。傳感器的輸出成果?duì)成像類的傳感器，其輸出成果主要有：

模擬圖像：膠片形式的圖像。也稱“硬拷貝圖像”。

數(shù)字圖像：數(shù)字形式的圖像。也稱“軟拷貝圖像”。傳感器的性能對(duì)遙感成像的影響傳感器的性能決定了：1、傳感器對(duì)電磁波的響應(yīng)能力（波段范圍、波段劃分等）。2、傳感器輸出圖像的特性是模擬圖像還是數(shù)字圖像？圖像的色調(diào)（或色彩）層次？圖像的空間分辨率及其幾何特性？

┅┅二、傳感器的分類分類方法：

按遙感光源的提供方式按成像原理按探測(cè)波段按是否獲取圖像按成像原理的分類

攝影型相機(jī)：框幅式、縫隙式、全景式

掃描式傳感器：光機(jī)掃描儀、推帚式掃描儀

雷達(dá)：真實(shí)孔徑、合成孔徑等按是否獲取圖像的分類

圖像方式（遙感基本采用圖像方式）非圖像方式

微波高度計(jì)（記錄目標(biāo)距平臺(tái)的高度數(shù)據(jù)）

三、畫幅式傳感器及成像特點(diǎn)畫幅式相機(jī)的成像原理在空間攝站上攝影的瞬間，地面上視場(chǎng)范圍內(nèi)的目標(biāo)（A）的輻射信息一次性地通過鏡頭中心（B）后在焦平面（C）上成像。畫幅式相機(jī)是航空攝影測(cè)量最常用的傳感器，在航天攝影測(cè)量中也經(jīng)常采用。畫幅式傳感器的成像原理畫幅式相機(jī)的結(jié)構(gòu)和成像原理地面視場(chǎng)范圍（A）鏡頭中心（B）焦平面（C）成像特點(diǎn)：面陣成像面陣圖像的特點(diǎn)圖像特點(diǎn)：面中心投影，同一幅圖像內(nèi)幾何關(guān)系穩(wěn)定。投影中心時(shí)刻t地面目標(biāo)面中心投影圖象的幾何原理圖像大面積航空攝影航空攝影示意圖大面積航空攝影的航跡規(guī)劃第三條航線第二條航線第一條航線航空攝影時(shí)飛機(jī)的飛行軌跡（圓圈表示攝站）畫幅式傳感器的圖像從成像介質(zhì)來(lái)看：

膠片型圖像；數(shù)字型圖像．從光譜特征來(lái)看：

黑白圖像；彩色圖像；多光譜圖像（后面介紹）。黑白圖像彩色圖像四、掃描型傳感器及成像特點(diǎn)掃描型傳感器的分類

1、推掃式傳感器或順跡掃描儀along-trackscanner

2、側(cè)掃（橫跡掃描）式傳感器或橫跡掃描儀

across-trackscanner或光學(xué)機(jī)械掃描儀SPOT衛(wèi)星就是采用推掃式傳感器SPOT衛(wèi)星圖像的特點(diǎn)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向?qū)?yīng)掃描線的攝站位置圖像上的掃描線地面線陣推掃式圖像示意圖圖像特點(diǎn)：線中心投影，同一幅圖像有多條掃描線構(gòu)成，同一條掃描線內(nèi)幾何關(guān)系穩(wěn)定。陸地衛(wèi)星等就是采用側(cè)掃式傳感器側(cè)掃式傳感器的圖像特點(diǎn)圖像特點(diǎn)：點(diǎn)中心投影，同一幅圖像有許多掃描點(diǎn)成，每一掃描點(diǎn)的幾何關(guān)系都不一樣。投影中心時(shí)刻t1圖象時(shí)刻t2圖象地面目標(biāo)1地面目標(biāo)2點(diǎn)中心投影圖象的幾何原理五、多光譜傳感器及成像特點(diǎn)多光譜傳感器的分類：

1、單鏡頭分光原理的多光譜傳感器

2、多鏡頭原理的多光譜傳感器濾光片濾光片濾光片濾光片蘭焦平面近紅外焦平面蘭、綠紅、近紅外分離紅、近紅外分離蘭、綠分離綠焦平面紅焦平面光圈快門多光譜攝影機(jī)分光原理(濾光片分光)單鏡頭分光多光譜攝影機(jī)的例子多鏡頭原理的多光譜傳感器多光譜圖像

定義：所謂多光譜圖像是指對(duì)同一景物進(jìn)行攝影時(shí)，分波段記錄景物輻射來(lái)的電磁波信息，形成的一組多波段黑白圖像，不同波段圖像在幾何上是完全配準(zhǔn)的，但記錄的是景物在不同波段范圍內(nèi)的電磁波信息。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)增加探測(cè)對(duì)象的信息量，以便提高影像的判讀和識(shí)別能力。多光譜圖像的例子RGB合成圖像G波段R波段IR波段SPOT全色影像：0.51～0.73（blue-green-red）SPOT多光譜影像：Band10.50～0.59（green）Band20.61～0.68（red）Band30.79～0.89（nearinfrared）與多光譜圖像相對(duì)應(yīng)的是全色圖像全色圖像：所謂全色圖像是指記錄了所能探測(cè)到的景物所有電磁波信息的黑白圖像。早期的全色膠片只能記錄可見光信息，此時(shí)的全色圖像主要是可見光范圍內(nèi)的黑白圖像。而數(shù)字相機(jī)的感光范圍已大大擴(kuò)展，現(xiàn)在的全色圖像不僅可以包含可見光信息，還可以包含部分近紅外電磁波信息。六、典型星上傳感器介紹Landsat系列遙感器

Landsat-1～3攜帶了傳感器MSS(MultispectralScanner)和RBV(ReturnBeamVidicon)。Landsat-4～5搭載了MSS(MultispectralScanner)和TM(ThematicMapper)傳感器。Landsat-7搭載了ETM+（EnhancedThematicMapperPlus）等傳感器。MSS、TM和ETM+都屬于橫跡掃描方式的傳感器，除MSS圖像為6比特外,其余均為8比特圖像。六、幾種星上傳感器介紹SPOT系列遙感器

SPOT前三顆衛(wèi)星搭載的是兩臺(tái)高分辨率傳感器HRV（HighResolutionVisibleimagingsystem）。SPOT-4搭載的傳感器是兩臺(tái)HRVIR（HighResolutionVisibleandMiddleInfraredimagingsystem）,SPOT-5搭載的傳感器主要有兩臺(tái)HRG（HighResolutionGeometricinstrument）和一臺(tái)HRS（HighResolutionStereoscopicinstrument）。六、幾種星上傳感器介紹SPOT系列遙感器

SPOT-5的HRG與SPOT-1～3上的HRV、SPOT-4上的HRVIR工作原理相同。傳感器的鏡頭可垂直于前進(jìn)方向左右擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍最大為±27°，因此，通過地面控制可調(diào)節(jié)兩臺(tái)儀器的視角，獲取異軌立體圖像，如圖所示。傾斜觀測(cè)可使衛(wèi)星的重訪周期縮短到1～3天。由于每顆星上有兩臺(tái)這種傳感器，傳感器的視角在垂直于前進(jìn)方向上可以調(diào)整，因此也可以在同一軌道上獲得具有旁向重疊的立體圖像。SPOT衛(wèi)星在垂直觀測(cè)（正視）情況下，相鄰軌道上獲取的圖像地面重疊度僅有3公里，對(duì)于測(cè)繪應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。六、幾種星上傳感器介紹SPOT系列遙感器

SPOT-5的HRS與HRG工作原理不同，它是雙鏡頭測(cè)繪相機(jī)，兩個(gè)鏡頭可沿軌道方向前后傾擺，擺動(dòng)范圍最大為±20°，因此，通過地面控制可調(diào)節(jié)兩個(gè)鏡頭的視角，獲取同軌立體圖像。例如，當(dāng)一個(gè)鏡頭前傾20°掃描后，隨著衛(wèi)星沿軌飛行90秒，另一個(gè)鏡頭后傾20°掃描，即可獲得具有航向重疊的立體圖像。SPOT衛(wèi)星上的HRV、HRVIR、HRG都屬于推掃式傳感器。六、幾種星上傳感器介紹SPOT傳感器的立體成像方法之一（異軌立體）SPOT異軌立體觀測(cè)方式SPOT立體成像原理軌道1軌道2地面重疊區(qū)六、幾種星上傳感器介紹SPOT傳感器的立體成像方法之一（異軌立體）六、幾種星上傳感器介紹SPOT傳感器的立體成像方法之二（同軌立體）后視ABC前視直視飛行方向在焦面上的線陣六、幾種星上傳感器介紹同軌立體觀測(cè)：

在同一條軌道的方向上獲取立體影像。同軌立體圖像？

異軌立體觀測(cè)：

在不同軌道上獲取立體影像。異軌立體圖像？主要內(nèi)容：一、傳感器的組成及分類二、畫幅式傳感器及成像特點(diǎn)三、掃描型傳感器及成像特點(diǎn)四、多光譜傳感器及成像特點(diǎn)