遙感衛(wèi)星傳感器及其成像方式

1、第三章 傳感器及其成像方式,第一節(jié) 傳感器的分類,傳感器 ( sensor) , 也稱敏感器或探測(cè)器, 是收集、 探測(cè)并記錄地物電磁波輻射信息的儀器。 傳感器探測(cè)電磁波波段的響應(yīng)能力 傳感器的空間分辨率和圖像的幾何特性 傳感器獲取地物電磁波信息量的大小和可靠程度等,第一節(jié) 傳感器概述,一、傳感器的分類 二、傳感器的組成 三、傳感器的性能,第一節(jié) 傳感器的分類,第二節(jié) 傳感器的組成,第二節(jié) 傳感器的組成,收集器 功能：接收目標(biāo)物發(fā)射或反射的電磁輻射能, 并將其聚焦至探測(cè)系統(tǒng)。 透鏡 反射鏡 棱鏡 分光鏡,第二節(jié) 傳感器的組成,探測(cè)器 功能：實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換, 測(cè)量和記錄接收到的電磁輻射能。 特點(diǎn)：每

2、種器件具有確定的波譜響應(yīng)范圍；響應(yīng)速度快；靈敏度高。 感光膠片0.31.3m CCD 0.41.1m 碲鎘汞(Hg0.8Cd0.2Te) 鍺摻汞(Ge:Hg,814m,第二節(jié) 傳感器的組成,處理器 功能：對(duì)探測(cè)器探測(cè)到的化學(xué)能或電能信息進(jìn)行加工處理, 即進(jìn)行信號(hào)的放大、 增強(qiáng)或調(diào)制。 除感光膠片直接吸收光能，發(fā)生光化學(xué)作用形成潛影，經(jīng)顯影、定影等化學(xué)處理獲得影像外，其它探測(cè)元件輸出的都是電信號(hào)。 轉(zhuǎn)換裝置:氖燈管或顯像管-它們的亮度隨電信號(hào)的強(qiáng)弱而變化，產(chǎn)生變化的光點(diǎn)通過(guò)光機(jī)掃描儀成像在膠片上，或經(jīng)電子掃描在顯示器上輸出（顯示）光學(xué)影像,第二節(jié) 傳感器的組成,輸出器 功能：用適當(dāng)?shù)姆绞捷敵鏊?/p>

3、收到的各種電磁波信息。 遙感信息載體：指記錄、存儲(chǔ)成像遙感器輸出信號(hào)的介質(zhì)。 模擬形式-感光膠片、模擬磁帶 數(shù)字形式數(shù)字磁帶、磁盤、光盤,攝影方式-感光膠片被景物電磁能激活而產(chǎn)生景物的潛影(指肉眼看不到但客觀又存在的潛伏影像) 掃描方式-探測(cè)器對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行掃描，逐點(diǎn)（行、面）以數(shù)字形式在磁帶上記錄景物模擬信號(hào)，這種記錄是一種經(jīng)電光轉(zhuǎn)換而能形成直觀影像的潛影,輸出器（擴(kuò)展1,感光材料: 凡經(jīng)曝光后發(fā)生光化學(xué)作用,經(jīng)過(guò)一定的化學(xué)或物理方法處理后,能夠形成固定影像的 各種材料的總稱。 攝影過(guò)程中記錄光學(xué)影像的媒介和攝影影像的載體感光片膠片、膠卷 (透明)、像紙 (不透明,輸出器（擴(kuò)展2,基本結(jié)構(gòu) 乳劑

4、層 感光劑 粘和劑 增感劑 補(bǔ)加劑 支持體 片基 紙基 輔助層 結(jié)合層 保護(hù)層 背面層,輸出器（擴(kuò)展3,感光乳劑:鹵化銀微晶體(及加入的光譜增感劑、成色劑)和明膠溶液的懸濁液 感光劑-鹵化銀AgX: AgBr AgCl AgI 遇光后發(fā)生化學(xué)變化形成潛影,經(jīng)顯影處理后,已感光的銀鹽粒子還原成黑色銀粒。 注:本身只感波長(zhǎng)小于0.5m 的藍(lán)、紫、紫外光,輸出器（擴(kuò)展4,感色性-感光片對(duì)光譜中不同波長(zhǎng)光線敏 感的程度和范圍 由乳劑中加入的光譜增感劑的性質(zhì)決定 .盲片色 只含AgBr和少量AgI 未加光譜增感劑 0.340.5m .正色片 在色盲乳劑中加入正（綠）色增感劑 0.340.58m(在0.5

5、0.52m處略有下降) .全色片 在色盲乳劑中加入多種光譜增感劑 0.340.72m(對(duì)0.50.52m的綠光感光度稍低,輸出器（擴(kuò)展5,黑白紅外片 乳劑中加入紅外增感劑,感光范圍擴(kuò)大到0.91.3m,輸出器（擴(kuò)展6,黑白全色片,黑白紅外片,輸出器（擴(kuò)展7,彩色片 乳劑由鹵化銀、光譜增感劑和成色劑組成 天然彩色片 紅外彩色片,輸出器（擴(kuò)展8,輸出器（擴(kuò)展9,磁帶-遙感信息的暫時(shí)性記錄介質(zhì)是具有磁表面的柔軟帶狀記錄介質(zhì) .模擬磁帶,數(shù)字磁帶 探測(cè)系統(tǒng)輸出的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模/數(shù)（A/D） 轉(zhuǎn)換，對(duì)電壓曲線分段讀數(shù)（取樣、量化）并以二 進(jìn)制數(shù)碼表示，記錄這種 數(shù)據(jù)的磁帶稱數(shù)字磁帶。 HDDT (Hi

6、gh Density Digital Tape) CCT (Computer Compatible Tape,輸出器（擴(kuò)展10,第三節(jié) 傳感器的性能,空間分辨率 ( Spatial Resolution) 光譜分辨率 (Spectral Resolution) 輻射分辨率 (Radiometric Resolution) 時(shí)間分辨率 (Temporal Resolution,一、空間分辨率,傳感器的空間分辨率 ( spatial resolution) , 是指?jìng)鞲衅魉茏R(shí)別的最小地面目標(biāo)的大小,是反映遙感圖像分辨地面目標(biāo)細(xì)節(jié)能力的重要指標(biāo)。表示按地物幾何特征(尺寸和形狀)和空間分布,即在形態(tài)

7、學(xué)基礎(chǔ)上識(shí)別目標(biāo)的能力。兩種含義： . 遙感器的技術(shù)鑒別能力即能把兩相鄰目標(biāo)作為兩個(gè)清晰實(shí)體記錄下來(lái)的兩目標(biāo)間的最小距離 . 遙感器觀察地面特征所需要的有效探測(cè)和分析的分辨率,低分辨率,高分辨率,中分辨率,二、光譜分辨率,光譜分辨率 ( spectral resolution) , 指?jìng)鞲衅魉褂玫牟ǘ螖?shù)、 波長(zhǎng)及波段寬度, 也就是選擇的通道數(shù)、 每個(gè)通道的波長(zhǎng)和帶寬, 這三個(gè)要素共同決定了光譜分辨率。 傳感器的波段數(shù)量越多、 帶寬越窄, 其光譜分辨率就越高,光譜分辨率高-意味著,區(qū)分具有微小波譜特征差異地物的能力強(qiáng)； 數(shù)據(jù)量大，傳輸、處理難度大； 各波段間數(shù)據(jù)的相關(guān)性大； 應(yīng)服從應(yīng)用目的-結(jié)

8、合地物特征波譜，選擇能提供最大信息量的最佳波段和多波段組合,三、輻射分辨率,輻射分辨率 ( radiometric resolution) 是指?jìng)鞲衅鲄^(qū)分地物輻射能量細(xì)微變化的能力, 即傳感器的靈敏度。 傳感器的輻射分辨率越高, 其對(duì)地物反射或發(fā)射輻射能量的微小變化的探測(cè)能力越強(qiáng), 所獲取圖像的層次就越豐富,遙感器測(cè)量的是地物的波譜輻射度。 輻射分辨率指遙感器探測(cè)元件在接收波譜輻射信號(hào)時(shí)，能分辨的最小輻射度差。即把遙感器輸出信號(hào)的總范圍，從黑到白，分解成大量剛好能辨別的灰度等級(jí)，反映地物在波譜輻射度或反射率上的微細(xì)差異。 輻射分辨率高-識(shí)別兩同等空間分辨率目標(biāo)的能力強(qiáng),四、時(shí)間分辨率,時(shí)間分辨

9、率 ( temporal resolution) 指衛(wèi)星對(duì)同一地點(diǎn)重復(fù)成像的時(shí)間間隔, 即采樣的時(shí)間頻率。 遙感器成像間隔的性能指標(biāo)。 注意：對(duì)同一目標(biāo)遙感器重復(fù)成像的周期、 覆蓋周期 、重訪周期,Banda Aceh, Indonesia Before the Tsunami (June 23, 2004,During Tsunami (December 28, 2004,第二節(jié) 攝影成像系統(tǒng),數(shù)據(jù)獲取是遙感技術(shù)的核心，無(wú)論是主動(dòng)遙感還是被動(dòng)遙感, 也無(wú)論是航空遙感還是航天遙感, 從成像方式上, 主要有三種成像系統(tǒng), 即攝影成像系統(tǒng)、 掃描成像系統(tǒng)和微波成像系統(tǒng)。 攝影成像是利用光學(xué)鏡頭和放

10、置在焦平面上的感光膠片等組成的成像系統(tǒng)記錄地物影像的一種技術(shù), 是遙感最基礎(chǔ)的成像方式之一, 也是航空遙感最重要的成像方式,攝影成像的特點(diǎn),攝影成像采用的感光膠片的光譜響應(yīng)范圍在紫外至近紅外 (0.3-0.9 m) 空間分辨率高 幾何完整性好 視場(chǎng)角大 因此，便于進(jìn)行較精確的測(cè)量與分析, 具有高度的靈活性和實(shí)用性, 因而仍被廣泛應(yīng)用,一、攝影類型的傳感器,一）單鏡頭框幅式攝影機(jī) （二）縫隙攝影機(jī) （三）全景攝影機(jī) （四）多光譜攝影機(jī),二、航空攝影像片的幾何特性,垂直攝影：攝影機(jī)垂直地面的攝影成像方式, 即攝影機(jī)的主光軸與地面垂直, 感光膠片與地面平行。 傾斜攝影:攝影機(jī)主光軸與主垂線之間的夾角

11、大于3,這種帶有傾斜角度的攝影方式稱為傾斜攝影,區(qū)分垂直投影和中心投影,投影距離的影響：垂直投影圖形的縮小和放大與投影距離無(wú)關(guān)，并有統(tǒng)一的比例尺；中心投影則受投影距離（遙感平臺(tái)高度）影響，像片比例尺與平臺(tái)高度和焦距有關(guān)。 傾斜角度的影響：當(dāng)投影面傾斜時(shí)，垂直投影的影像僅表現(xiàn)為比例尺有所放大；而中心投影的像片上，各點(diǎn)的相對(duì)位置和形狀不在保持原樣。 地形起伏的影響：垂直投影時(shí)，隨地面起伏的變化，投影點(diǎn)之間的距離與地面實(shí)際水平距離成比例縮小，相對(duì)位置不變；中心投影時(shí)，地面起伏越大，像上投影點(diǎn)水平位置的位移量就越大，產(chǎn)生投影誤差,中心投影的構(gòu)像規(guī)律,點(diǎn)目標(biāo)-點(diǎn)； 線目標(biāo)-直線、曲線或者點(diǎn)； 面目標(biāo)-平

12、面,像點(diǎn)位移,思考： 請(qǐng)嘗試推導(dǎo)公式,立體觀測(cè),航向重疊 旁向重疊 原理 條件 方法,航空攝影像片的類型和特點(diǎn),根據(jù)膠片結(jié)構(gòu)，可分為三類： 黑白全色片和黑白紅外片 天然彩色片與彩色紅外片 多光譜攝影像片,你知道它們分別感應(yīng)哪些波段的電磁波嗎,黑白全色片,黑白紅外片,黑白全色片與黑白紅外片,天然彩色片和彩色紅外片,多光譜攝影像片,第三節(jié) 掃描成像系統(tǒng),優(yōu)點(diǎn)： 空間分辨率高 成本低 易操作 信息量大,缺點(diǎn)： 局限性大 0.3-1.3m 影像畸變較嚴(yán)重 成像受氣侯、光照 和大氣效應(yīng)的限制 須回收膠片，影像形成周期長(zhǎng)無(wú)法實(shí)時(shí)觀測(cè),回顧：攝影成像系統(tǒng)的特點(diǎn),主要內(nèi)容,一、多光譜掃描成像 二、熱掃描成像

13、三、成像光譜技術(shù),一、多光譜掃描成像,多光譜掃描 ( multispectral scanning) 成像是以逐點(diǎn)逐行的掃描方式, 分波段獲取地表電磁輻射能量, 形成二維地面圖像的一種成像方式。 這種成像方式可獲取地物在不同波段的信息, 為分析與識(shí)別地物類別提供了十分重要的數(shù)據(jù)源, 是衛(wèi)星遙感技術(shù)中使用最多的傳感器類型,一、多光譜掃描成像,一、多光譜掃描成像,根據(jù)成像方式的不同, 多光譜掃描成像系統(tǒng)可分為光學(xué)機(jī)械掃描和推掃式掃描兩種主要類型,光學(xué)機(jī)械掃描 optical- mechanical scanning,推掃式掃描 push- broom scanning,線性陣列式,推掃式掃描 pu

14、sh- broom scanning,面狀陣列式,光機(jī)掃描和推掃式掃描對(duì)比,光-機(jī)掃描相比, 推掃式掃描的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。 (1) 更高的空間分辨率和輻射分辨率 (2) 更好的幾何完整性、更高的幾何精度 (3) 更穩(wěn)定的探測(cè)器（CCD） (4) 更長(zhǎng)的使用壽命,二、 熱掃描成像,二、 熱掃描成像,二、 熱掃描成像,美國(guó)亞特蘭大市中心航空熱影像（左-晝，右-夜,二、 熱掃描成像,二、 熱掃描成像,二、 熱掃描成像,聊城大學(xué)的熱紅外影像,如何下載衛(wèi)星遙感影像,如何下載衛(wèi)星遙感影像,如何下載衛(wèi)星遙感影像,如何下載衛(wèi)星遙感影像,如何下載衛(wèi)星遙感影像,如何下載衛(wèi)星遙感影像,如何下載衛(wèi)星遙感影

15、像,如何下載衛(wèi)星遙感影像,Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星影像,2013 年2月11日，美國(guó)航空航天局(NASA) 成功發(fā)射Landsat-8衛(wèi)星。Landsat-8衛(wèi)星上攜帶兩個(gè)傳感器，分別是OLI陸地成像儀（Operational Land Imager）和TIRS熱紅外傳感器（Thermal Infrared Sensor）。 Landsat-8 在空間分辨率和光譜特性等方面與Landsat 1-7保持了基本一致，衛(wèi)星一共有11個(gè)波段，波段1-7，9-11的空間分辨率為30米，波段8為15米分辨率的全色波段，衛(wèi)星每16 天可以實(shí)現(xiàn)一次全球覆蓋。 OLI陸地成像儀有9個(gè)波段，成像

16、寬幅為185x185km。與Landsat-7 上的ETM傳感器相比，OLI陸地成像儀做了以下調(diào)整：1. Band 5的波段范圍調(diào)整為0.8450.885 m，排除了0.825m處水汽吸收的影響；2. Band 8全色波段范圍較窄，從而可以更好區(qū)分植被和非植被區(qū)域；3. 新增兩個(gè)波段。Band 1藍(lán)色波段 (0.4330.453 m) 主要應(yīng)用于海岸帶觀測(cè)，Band 9短波紅外波段(1.3601.390 m) 應(yīng)用于云檢測(cè)。 LandSat-8上攜帶的TIRS熱紅外傳感器主要用于收集地球兩個(gè)熱區(qū)地帶的熱量流失，目標(biāo)是了解所觀測(cè)地帶水分消耗,Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星影像,Lan

17、dsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星影像,如何下載衛(wèi)星遙感影像,Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星影像,Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星影像,Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星影像,三、成像光譜技術(shù),雖然多光譜遙感（MSS、TM、SPOT）比攝影遙感（單波段或少量波段）更具有優(yōu)勢(shì)，但它們十分有限的波段( TM 波段最多, 也僅有 7 個(gè)) 、 較寬的波段間隔 ( 60-200 nm) 均難以真實(shí)地反映地表物質(zhì)的光譜反射輻射特性的細(xì)微差異, 更無(wú)法用光譜維的空間信息來(lái)直接識(shí)別地物的類別,特別是地物的組成與成分。 隨著微電子探測(cè)技術(shù)、 精密光學(xué)儀器、 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,

18、成像光譜技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生了,三、成像光譜技術(shù),在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi), 傳感器的探測(cè)波段分割越多, 即光譜采樣點(diǎn)越多, 所獲取數(shù)據(jù)的連續(xù)性就越強(qiáng), 從而使傳感器在獲取目標(biāo)地物圖像的同時(shí), 也能獲取反映地物特點(diǎn)的連續(xù)、光滑的光譜曲線。 這種既能成像又能獲取目標(biāo)光譜曲線的“圖譜合一”技術(shù), 稱為成像光譜技術(shù)。按照這種技術(shù)原理制成的掃描儀稱為成像光譜儀,三、成像光譜技術(shù),三、成像光譜技術(shù),1983年，美國(guó)噴氣推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室（JPL）研制出第一臺(tái)試驗(yàn)型航空成像光譜儀AIS-1，在找礦、 水體、 生態(tài)、 大氣等定量研究中顯示了巨大潛力,三、成像光譜技術(shù),與此同時(shí)，許多國(guó)家也相繼研制了航空成像光譜儀。 加拿大的FLI/PM1(228波段)，CASI(288波段)； 德國(guó)的ROSIS(128波段)； 澳大利亞的AMSS,三、成像光譜技術(shù),航天成像光譜儀也發(fā)張迅速： LEWIS的HIS,384波段，美國(guó)； EOS-A的MODIS，36波段，美國(guó)； ENVSAT的MERIS，15波段，歐洲空間局； HIRIS,192波段，美國(guó)；,三、成像光譜技術(shù),我國(guó)成像光譜儀的發(fā)展幾乎與國(guó)際同