第3章传感器及其成像方式

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1、第第3 3章章 传感器及其成像方式传感器及其成像方式3.1 3.1 传感器概述传感器概述 3.2 3.2 摄影成像系统摄影成像系统 3.3 3.3 扫描成像系统扫描成像系统 3.1 3.1 传感器概述传感器概述1 1 传感器的分类传感器的分类2 2 传感器的组成传感器的组成3 3 传感器的性能传感器的性能v传感器传感器是收集、探是收集、探测、记录地物电磁波测、记录地物电磁波辐射信息的装置。辐射信息的装置。v它的性能决定遥感它的性能决定遥感的能力，的能力，即传感器即传感器对对电磁波段的响应能力电磁波段的响应能力、传感器传感器的空间分辨率的空间分辨率及图像的几何特征及图像的几何特征、传感器传感器获

2、取地物信息获取地物信息量的大小和可靠程度。量的大小和可靠程度。返回返回3.1.1 3.1.1 传感器的分类传感器的分类返返 回回 主动式传感器主动式传感器 被动式传感器被动式传感器按电磁波的按电磁波的辐射来源辐射来源 摄影机摄影机 扫描仪扫描仪 雷达雷达按成像原理按成像原理与图像性质与图像性质 成像方式的传感器成像方式的传感器 非成像方式传感器非成像方式传感器按记录电磁按记录电磁波信息方式波信息方式3.1.2 3.1.2 传感器的组成传感器的组成传传感感器器的的组组成成收集器收集器 摄影机：摄影机：凸透镜凸透镜 扫描仪扫描仪：反射镜：反射镜 雷达：雷达： 天线天线 多波段遥感：还包含滤色镜、棱

3、镜、光栅、分光镜等。多波段遥感：还包含滤色镜、棱镜、光栅、分光镜等。探测器探测器 感光胶片、光电敏感元件、固体敏感元件和波导感光胶片、光电敏感元件、固体敏感元件和波导处理器处理器 进行信号的放大、增强与调制进行信号的放大、增强与调制 光电转化器光电转化器输出器输出器 直接方式：摄影分幅胶片、扫描航带胶片、合成孔径雷达的波带片、显像直接方式：摄影分幅胶片、扫描航带胶片、合成孔径雷达的波带片、显像管荧光屏管荧光屏 间接方式：模拟磁带和数字磁带间接方式：模拟磁带和数字磁带 输出器的类型：扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁带记录仪、彩输出器的类型：扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁带记录仪、彩

4、色喷墨记录仪等。色喷墨记录仪等。返返 回回3.1.3 3.1.3 传感器的性能传感器的性能空间分辨率空间分辨率光谱分辨率光谱分辨率辐射分辨率辐射分辨率时间分辨率时间分辨率 传感器的性能传感器的性能 1.1.空间分辨率空间分辨率 ：指的传感器所能识别的最小地面目标的大小。：指的传感器所能识别的最小地面目标的大小。（1 1）瞬时视场：）瞬时视场：指传感器的瞬时张角所对应的地面范围。取决指传感器的瞬时张角所对应的地面范围。取决于瞬时视场角和传感器距离地面的高度。于瞬时视场角和传感器距离地面的高度。1.1.空间分辨率空间分辨率 ：指的传感器所能识别的最小地面目标的大小。：指的传感器所能识别的最小地面目

5、标的大小。（2 2）像元）像元：像元是遥感成像的基本采样点，是构成遥感图像的：像元是遥感成像的基本采样点，是构成遥感图像的最小单元。正常情况下，像元对应于传感器的最小分辨单元，最小单元。正常情况下，像元对应于传感器的最小分辨单元，呈正方形，并在图像上占据一定的面积。像元的大小是遥感图呈正方形，并在图像上占据一定的面积。像元的大小是遥感图像分辨率能力的最重要的指标，像分辨率能力的最重要的指标，2.2.光谱分辨率光谱分辨率：指传感器所使用的波段数、波长及波段宽度，也就：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是选择的通道数、每个通道的波

6、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。越高。 根据成像过程中所使用的波段数；光学遥感系统分为：根据成像过程中所使用的波段数；光学遥感系统分为： （1）全色成像系统）全色成像系统 （2）多光谱成像系统）多光谱成像系统 （3）超光谱成像系统：）超光谱成像系统： （4）高光谱成像系统）高光谱成像系统3.3.辐射分辨率：辐射分辨率：指传感器区分地物辐射能量细微变化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的能力，即传感器的灵敏度。传感器的辐射分辨率越高，

7、其对地物反射或发射能量的微小变化的探测能力高，其对地物反射或发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。越强，所获取图像的层次就越丰富。 辐射分辨率一般用辐射分辨率一般用灰度的分级数灰度的分级数来表示，即最暗来表示，即最暗最亮灰度值（亮度值）间分级的数目（最亮灰度值（亮度值）间分级的数目（量化级数量化级数）也）也称为灰度分辨率。灰度一般按称为灰度分辨率。灰度一般按2 2n n来分级。来分级。4.4.时间分辨率时间分辨率：指卫星对同一地点重复成像的时间间隔，指卫星对同一地点重复成像的时间间隔，即采样的时间频率。显然，时间分辨率主要是针对遥感卫星即采样的时间频率。显然，时间分辨率主

8、要是针对遥感卫星系统来说的，是衡量卫星系统成像能力和成像特点的一个重系统来说的，是衡量卫星系统成像能力和成像特点的一个重要指标。要指标。 时间分辨率和卫星的回归周期（重访周期），是既有联时间分辨率和卫星的回归周期（重访周期），是既有联系又有区别的两个概念。系又有区别的两个概念。 遥感卫星以一定的时间分辨率，在不同时间获取的同一遥感卫星以一定的时间分辨率，在不同时间获取的同一地区的一组遥感图像称之为多时相图像地区的一组遥感图像称之为多时相图像（Multi-Temporal Image）。多时相遥感图像对地表事物的动态监测具有重要。多时相遥感图像对地表事物的动态监测具有重要意义。意义。返返 回回3

9、.2 3.2 摄影成像系统摄影成像系统n概述概述n摄影机的类型摄影机的类型n航空航空摄影像片的几何特摄影像片的几何特性性n航空航空摄影摄影像片的类型和特点像片的类型和特点摄影成像：是利用摄影成像：是利用光学镜头和放置在光学镜头和放置在焦平面上的感光胶焦平面上的感光胶片等组成的成像系片等组成的成像系统记录地物影像的统记录地物影像的一种技术，是遥感一种技术，是遥感最基础的成像方式最基础的成像方式之一，是航空遥感之一，是航空遥感最重要的成像方式。最重要的成像方式。返返 回回3.2.1 摄影机类型摄影机类型1.1.单镜头框幅式摄影机单镜头框幅式摄影机：一次曝光得到目标物一幅像片一次曝光得到目标物一幅像

10、片 。 单镜头框幅式摄影机构造示意图单镜头框幅式摄影机构造示意图镜头分为常角、宽角和特宽角；航空摄影机的焦距一般在150mm左右，航天摄影机的焦距需要大于300mm甚至1000mm。像幅通常为230mm230mm和180mm180mm 。摄影机类型摄影机类型2.2. 缝隙式摄影机缝隙式摄影机缝隙式摄影机：缝隙式摄影机：又称为是航带又称为是航带摄影机，通过摄影机，通过焦平面前方设焦平面前方设置的与飞行垂置的与飞行垂直的狭缝快门直的狭缝快门获取横向的狭获取横向的狭带影像。多中带影像。多中心投影。某一心投影。某一瞬间获取的影瞬间获取的影像仍为中心投像仍为中心投影。影。缝隙式摄影机缝隙式摄影机摄影机类

11、型摄影机类型3.3.全景摄影机：全景摄影机：全景摄影机的焦距较长，主要用于军事侦察。全景摄影机的焦距较长，主要用于军事侦察。镜头转动式全景摄影机镜头转动式全景摄影机摄影机类型摄影机类型4.4.多光谱摄影机：多光谱摄影机：对同一地区在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机。对同一地区在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机。多镜头组合型多镜头组合型 单镜头光束分离型单镜头光束分离型 返返回回3.2.2 3.2.2 航空摄影像片的几何特性航空摄影像片的几何特性航空摄影的类型航空摄影的类型航空摄影像片的投影及其构像特点航空摄影像片的投影及其构像特点航空摄影像片的像点位移航空摄影像片的像点位移航空摄影像片的立体观