1、第三章遙感傳感器及其成像原理，內(nèi)容概述，掃描成像傳感器雷達(dá)成像儀，傳感器分類，攝影傳感器掃描成像傳感器雷達(dá)成像傳感器非圖像傳感器，3.1掃描成像傳感器，成像儀掃描物體表面直接掃描和成像地面(紅外掃描儀，多光譜掃描儀，成像光譜儀)；掃描像面的成像器首先在像面上即時(shí)成像，然后掃描成像(線陣CCD推掃成像器)；成像光譜儀以多通道、連續(xù)和高光譜分辨率的方式獲取圖像信息；3.1.1成像儀掃描物體表面，紅外掃描儀MSS多光譜掃描儀TM專題成像儀ETM增強(qiáng)型專題成像儀，紅外掃描儀掃描成像過程，當(dāng)旋轉(zhuǎn)棱鏡旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一面鏡子沿路線方向掃描地面一次，掃描視場中的地面輻射能量依次從一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)入傳感器，視頻信號由

2、探測器輸出，經(jīng)電子放大器放大調(diào)制，在陰極射線管上顯示與地面掃描視場中的景物相對應(yīng)的圖像線。然后第二面掃描鏡掃描地面。隨著飛機(jī)向前移動(dòng)，膠片也同步旋轉(zhuǎn)，記錄的第二張圖像與第一張圖像重合。然后，獲得對應(yīng)于地面范圍的二維帶狀圖像。紅外掃描儀的分辨率，紅外掃描儀的瞬時(shí)視場，d:探測器尺寸(直徑或?qū)挾?；儀器設(shè)計(jì)中已經(jīng)確定了f:掃描儀的焦距、紅外掃描儀垂直指向地面的空間分辨率以及H:的高度，因此所用傳感器的地面分辨率的變化只與高度有關(guān)。如果高度很高，a0值自然會很大，地面分辨率會很差。掃描角度、高度、平行于導(dǎo)航方向的地面分辨率、垂直于導(dǎo)航方向的地面分辨率、全景失真。由于地面分辨率隨掃描角度而變化，紅外掃

3、描圖像失真，這通常稱為全景失真。原因是圖像距離保持不變并且總是在焦平面上，而物距隨著掃描角度而變化。掃描線的會聚，當(dāng)掃描鏡的一個(gè)反射鏡被掃描一次時(shí)，第二個(gè)反射鏡被重復(fù)掃描，并且平面的飛行使兩個(gè)掃描會聚。如何使每兩個(gè)相鄰的皮帶連接好可以由以下關(guān)系決定。假設(shè)旋轉(zhuǎn)棱鏡的掃描時(shí)間為T，探測器的地面分辨率為A，如果兩條掃描帶的重疊度為零，但沒有間隙，則需要W為飛機(jī)的地面速度，會出現(xiàn)掃描漏洞，會出現(xiàn)掃描重疊，瞬時(shí)視場和掃描周期都不變，只要速度W與高度H之比不變，掃描線就能正確連接，沒有條紋圖像和熱紅外照片的色調(diào)特征。地面物體發(fā)射電磁波的功率與地面物體的發(fā)射率和地面物體溫度的四次方成正比，所以圖像上的色調(diào)也

4、與這兩個(gè)因素有關(guān)。在熱紅外圖像中，由飛機(jī)啟動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度很高，其色調(diào)非常明亮。尾部噴霧的溫度更高，色調(diào)看起來更亮。飛機(jī)的引擎沒有啟動(dòng)，溫度很低，而且看起來很暗。水泥跑道發(fā)射率高，出現(xiàn)灰色調(diào)。飛機(jī)的金屬外殼非常暗，因?yàn)樗陌l(fā)射率很低。從照片中可以看出，熱紅外掃描儀對溫度比比發(fā)射功率更敏感，因?yàn)樗c溫度的四次方成正比，而且溫度的變化會產(chǎn)生更大的色差。陸地衛(wèi)星多光譜掃描儀由掃描鏡、校正器、聚光系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)快門、成像板、光纖、濾光片和探測器組成。掃描鏡，是一種橢圓形鉸鏈鏡，表面鍍銀，長軸33厘米，短軸23厘米。當(dāng)儀器垂直觀察地面時(shí)，地面發(fā)出的光與進(jìn)入聚光器的光成90度角。掃描鏡的擺動(dòng)幅度為2.89，擺動(dòng)

5、頻率為13.62赫茲，周期為73.42毫秒，總視場角為11.56。掃描鏡的功能是從垂直飛行方向兩側(cè)185公里范圍內(nèi)的景物獲得輻射能量，并配合飛機(jī)的前向操作獲得地球表面的二維圖像。鏡頭組由一個(gè)主鏡和一個(gè)次鏡組成，焦距為82.3厘米，第一鏡的孔徑為22.9厘米，第二鏡的孔徑為8.9厘米，相對孔徑為3.6厘米。鏡組的功能是將掃描鏡反射的地面場景聚焦在成像平面上。成像板，成像板上有242個(gè)玻璃纖維單元，按照波段排列成四排，每排有6個(gè)纖維單元，每個(gè)纖維單元是掃描儀瞬時(shí)視場的成像范圍。由于瞬時(shí)視場為86弧度，衛(wèi)星高度為915千米，地面觀測面積為79米79米。探測器的功能是將輻射能轉(zhuǎn)換成電信號輸出。光纖單元

6、的數(shù)量與成像板上的光纖單元的數(shù)量相同，并且所使用的類型與響應(yīng)波長相關(guān)。MSS 4-6使用18個(gè)光電倍增管，MSS-7使用6個(gè)硅光電二極管，陸地衛(wèi)星2號和3號的MSS8使用2個(gè)水銀鋼網(wǎng)熱敏探測器。冷卻方式是輻射制冷。檢測器檢測后輸出的模擬信號進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化，然后由發(fā)射機(jī)中的調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，發(fā)送到地面或記錄在寬帶錄音機(jī)上。在MSS成像過程中，掃描儀的每個(gè)探測器的瞬時(shí)視場為86rad，衛(wèi)星高度為915km，因此在貓掃描瞬間每個(gè)像素的地面分辨率為79m79m，每個(gè)波段由6個(gè)相同尺寸的探測單元平行于飛行方向排列，因此在瞬間看到的地面尺寸為474m79m。另外， 因?yàn)榭倰呙枰晥鰹?1.56，地面

7、寬度為185公里，所以在每個(gè)波段一次獲得6個(gè)掃描線圖像，地面范圍為474米x 185km公里。 此外，由于掃描周期為73.42毫秒，衛(wèi)星速度(地速)為6.5公里/秒，且衛(wèi)星在一次掃描時(shí)間內(nèi)僅向前移動(dòng)474米，因此掃描線僅連接。地面從西向東的有效掃描時(shí)間為33毫秒，即33毫秒掃描的地面寬度為185公里。根據(jù)上述寬度，掃描鏡的視軸每9.958秒在地面上僅移動(dòng)56米，因此采樣的MSS像素的空間分辨率為56米79米(Landsat為68米83米)。采樣后，每個(gè)像素(每個(gè)通道一個(gè)采樣)由6位編碼。24路總輸出需要144位，產(chǎn)生時(shí)間為9.958秒，每個(gè)字節(jié)(6位)反算所需時(shí)間為0.3983秒(包括約占0.

8、3983秒的同步信號)，每個(gè)位為0.0664秒，因此比特率約為15兆比特。采樣后，數(shù)據(jù)通過脈碼調(diào)制以2229.5兆赫茲或2265.5兆赫茲的頻率饋入天線，并發(fā)送到地面。MSS產(chǎn)品、粗加工產(chǎn)品，這些產(chǎn)品已經(jīng)過輻射校準(zhǔn)(系統(tǒng)噪聲校正)、幾何校正(系統(tǒng)誤差校正)和框架注釋(28.6秒掃描390次，一個(gè)框架)。精加工產(chǎn)品是在粗加工的基礎(chǔ)上由地面控制點(diǎn)校正的特殊加工產(chǎn)品(系統(tǒng)誤差和意外誤差被消除)。專題成像儀、成像過程、波段特征、ETM增強(qiáng)型專題成像儀、3.1.2成像器進(jìn)行像面掃描、HRV線陣推掃掃描儀、像面掃描，精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)電極上的點(diǎn)，用電子槍掃描目標(biāo)表面(因此也稱電子掃描成像為像面掃描成像)。目標(biāo)表

9、面上點(diǎn)從電子束中吸收電子，使得目標(biāo)電極達(dá)到零電勢。從電子槍發(fā)射的電子束中的電子數(shù)是恒定的，但是目標(biāo)表面上每個(gè)點(diǎn)吸收的電子數(shù)隨每個(gè)點(diǎn)的電勢而變化。返回的剩余電子的數(shù)量形成圖像信號，即圖像的亮點(diǎn)。如果目標(biāo)表面上相應(yīng)點(diǎn)的電勢高，從電子束吸收的電子數(shù)量將更多，剩余返回電子的數(shù)量將更少。相反，有許多電子。因此，返回電子的數(shù)量反映了電子的黑暗在立體觀測模式下，HRV平面鏡可以繞指向衛(wèi)星前方的滾動(dòng)軸(X)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)不同軌道之間的立體觀測。HRG可以通過側(cè)擺在不同軌道上形成離軌立體。HRS由前視和后視攝像機(jī)組成，在同一軌道上形成一個(gè)立體。3.1.3成像光譜儀是以多通道、連續(xù)、高光譜分辨率方式獲取圖像信息的

10、儀器，基本上屬于多光譜掃描儀，其結(jié)構(gòu)與CCD線陣推掃掃描儀相同。兩種類型的成像光譜儀，面陣探測器加推掃掃描儀，線陣探測器拋光掃描儀，推掃CCD傳感器，框架相機(jī)(用于傳統(tǒng)攝影測量)，光機(jī)械掃描相機(jī)(TM，MSS)，三種常用的航空航天遙感(無源)傳感器，3.2雷達(dá)成像儀，特征主動(dòng)遙感雷達(dá)信號的穿透特征(距離，方位，相對速度，反射特征)被分類為真實(shí)孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)相干雷達(dá)激光雷達(dá)，雷達(dá)接收的回波強(qiáng)度是系統(tǒng)參數(shù)和地面目標(biāo)參數(shù)的復(fù)雜函數(shù)。系統(tǒng)參數(shù)：地面目標(biāo)參數(shù)，如波長、發(fā)射功率、雷達(dá)波照射面積和方向極化、地面目標(biāo)的復(fù)介電常數(shù)、地面粗糙度等。極化，極化，發(fā)射接收一起甚高甚高甚高甚高甚高VVV HHH，

11、3.2.1真實(shí)孔徑雷達(dá)，真實(shí)孔徑雷達(dá)分辨率，地面距離分辨率，傾斜距離分辨率，脈沖寬度，俯角。r:傾斜距離。波長與D:天線孔徑成正比，3.2.2合成孔徑雷達(dá)，基本思想：用一個(gè)小天線作為單個(gè)輻射單元，并沿直線連續(xù)移動(dòng)該單元。選擇運(yùn)動(dòng)中的幾個(gè)位置，在每個(gè)位置發(fā)射一個(gè)信號，并接收相應(yīng)發(fā)射位置的回波信號，存儲并記錄。接收信號的幅度和相位被同時(shí)存儲。相比之下，實(shí)際孔徑雷達(dá)天線的長度就是實(shí)際長度，雷達(dá)波的發(fā)射和接收都以其自身有效長度的效率直接反映在顯示記錄中；合成孔徑雷達(dá)使用一個(gè)小天線作為單個(gè)輻射元件來記錄每個(gè)反射信號。真實(shí)孔徑天線在一個(gè)位置接收目標(biāo)的回波；合成孔徑天線接收同一地面物體在不同位置的回波信號。

12、在接收到目標(biāo)回波之后，真實(shí)孔徑天線像物鏡一樣聚集和成像；合成孔徑天線對同一個(gè)目標(biāo)的信號不是同時(shí)獲得的，回波信號應(yīng)該記錄在每個(gè)位置。合成孔徑雷達(dá)的方位分辨率與距離無關(guān)，只與實(shí)際使用的天線孔徑有關(guān)。方位分辨率定義為：3.2.3側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征，傾斜投影，側(cè)視雷達(dá)圖像在垂直飛行方向上的像點(diǎn)位置(Y)是飛機(jī)目標(biāo)的傾斜距離，圖像點(diǎn)的傾斜距離到地面的距離為：幾何特征，垂直于飛行方向的標(biāo)尺的變形壓縮和伸長引起的投影差，垂直于飛行方向的標(biāo)尺表示為： 考慮到測量的傾斜距離按比例縮小為圖像，側(cè)視圖方向上的比例為：0，比例大于90，比例小，變形壓縮和伸長導(dǎo)致山向前傾斜。 不同的地面物體會有鬼現(xiàn)象。特征點(diǎn)AC之間的山坡在雷達(dá)圖像上被壓縮，在中心投影照片上被拉伸，而CD之間的山坡出現(xiàn)在相反的系統(tǒng)中。地面目標(biāo)點(diǎn)A和B在雷達(dá)圖像中出現(xiàn)重影，但這種現(xiàn)象在中心投影圖像中沒有出現(xiàn)。雷達(dá)中的幾何距離，由高度差引起的投影差，由高度差引起的投影差與中心