第四章 傳感器及成像特點(diǎn)-2

1、1、傳感器的組成2、傳感器類型及成像原理3 3、典型傳感器成像原理、典型傳感器成像原理4、遙感地面接收站5、遙感圖像的特征第四章遙感傳感器及其成像原理第四章遙感傳感器及其成像原理1 以CCD為探測(cè)元件的固體自掃描成像遙感器2（4）固體自掃描遙感器）固體自掃描遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理CCD-Charge Coupling Device 電荷耦合器件電荷耦合器件是一塊有許多小的光電二極管構(gòu)成的固態(tài)電子元件 -其中的每個(gè)CCD單元都能感受光線的強(qiáng)弱-并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c其相應(yīng)強(qiáng)弱的微小電流-連續(xù)量的電模擬信號(hào) 3（4）固體自掃描遙感器）固體自掃描遙感器4.3 典型遙感器的

2、成像原理典型遙感器的成像原理 電子掃描裝置電子掃描裝置 接收由CCD傳輸來的電信號(hào)取樣、量化 將這種強(qiáng)弱不斷變化的連續(xù)電流轉(zhuǎn)變?yōu)橐贿B串的以電脈沖表示的二進(jìn)制數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換 數(shù)字存儲(chǔ)器4（4）固體自掃描遙感器）固體自掃描遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理CCD 的工作原理的工作原理: CCD是一種用電荷量表示信號(hào)強(qiáng)弱,用耦合方式傳遞信號(hào)的全固體化半導(dǎo)體表面器件 固體器件-其受激電荷靠電子或空穴運(yùn)載在固體內(nèi)移動(dòng) 由于硅(Si)具有探測(cè)0.41.1m可見光及近紅外波的能力-CCD一般由硅制成MOS (Matal-Oxide-Silicon金屬-氧化物-硅)結(jié)構(gòu)電容作為光敏感元5（

3、4）固體自掃描遙感器）固體自掃描遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理CCD三種主要功能三種主要功能:光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換-入射輻射在MOS電容(CCD元) 上產(chǎn)生與光亮度成正比的電荷電荷積累電荷積累-當(dāng)電壓加到CCD電極上時(shí)在硅層形成電位勢(shì)阱-電荷在勢(shì)阱內(nèi)積累電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移-加高壓形成深勢(shì)阱, 加低壓形成的勢(shì)阱淺-電荷可進(jìn)行轉(zhuǎn)移-實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸6（4）固體自掃描遙感器）固體自掃描遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理線列(陣)CCD:CCD光敏元的排列方向與平臺(tái)的飛行方向垂直, 由線列CCD自身完成一維掃描,靠平臺(tái)運(yùn)動(dòng)完成另一維掃描,形成條帶狀二維影像。地面分辨率

4、地面分辨率取決于取決于CCD元的元的大小大小 7（4）固體自掃描遙感器）固體自掃描遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理線列線列CCD光敏元的數(shù)目等于行掃方向上的像元數(shù)光敏元的數(shù)目等于行掃方向上的像元數(shù) 如HRV 多波段3000個(gè) 全色波段6000個(gè)各光敏元同時(shí)露光，每個(gè)光敏元積累的與目標(biāo)物輻射各光敏元同時(shí)露光，每個(gè)光敏元積累的與目標(biāo)物輻射強(qiáng)度成正比的電荷量通過耦合方式轉(zhuǎn)移輸出，而不同于其強(qiáng)度成正比的電荷量通過耦合方式轉(zhuǎn)移輸出，而不同于其它探測(cè)器輸出的是電壓信號(hào)。它探測(cè)器輸出的是電壓信號(hào)。8（4）固體自掃描遙感器）固體自掃描遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理

5、推掃式掃描儀推掃式掃描儀（Push-Broom) SPOT衛(wèi)星HRV：High Resolution Visible Sensor -高分辨率可見光遙感器9（4）固體自掃描遙感器）固體自掃描遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理面陣面陣CCD 矩陣式排列的CCD元可象膠片一樣同時(shí)曝光 -記錄整幅畫面10（4）固體自掃描遙感器）固體自掃描遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理固體自掃描成像遙感器特點(diǎn)：固體自掃描成像遙感器特點(diǎn)： .一改光機(jī)掃描的逐點(diǎn)掃描為逐行掃描、逐面一改光機(jī)掃描的逐點(diǎn)掃描為逐行掃描、逐面掃描掃描-革除了機(jī)械部件革除了機(jī)械部件,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)

6、,避免了因振動(dòng)避免了因振動(dòng)引起的噪聲；引起的噪聲； .光敏元同時(shí)曝光光敏元同時(shí)曝光-延長(zhǎng)了信號(hào)駐留時(shí)間延長(zhǎng)了信號(hào)駐留時(shí)間,提高提高了遙感器的靈敏度；了遙感器的靈敏度； .波譜響應(yīng)范圍寬波譜響應(yīng)范圍寬-硅光敏元可探測(cè)硅光敏元可探測(cè)0.41.1m; .無畸變、體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)可靠性強(qiáng)。無畸變、體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)可靠性強(qiáng)。 使成像遙感器的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性變革使成像遙感器的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性變革11（4）固體自掃描遙感器）固體自掃描遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理地面帶寬地面帶寬60km SPOT衛(wèi)星平臺(tái)上安裝了兩臺(tái)HRV儀器，每臺(tái)視場(chǎng)都為60KM，兩者之間有3KM的重疊

7、，總視場(chǎng)為117KM。 相鄰軌道間在赤道處約為108KM，垂直地面觀測(cè)時(shí)，相鄰軌道的影像約有9KM的重疊。 共觀測(cè)369圈（26天）實(shí)現(xiàn)對(duì)全球北緯81.3度和南緯81.3度之間的地表全覆蓋。12（5）SPOT成像成像4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 以“推掃”方式獲取沿軌道的連續(xù)圖像條帶 多光譜型的HRV 地面上總的視場(chǎng)寬度為60km 三個(gè)譜段,每個(gè)波段探測(cè)器組由3000個(gè)CCD元件組成 每個(gè)元件形成的像元，相對(duì)地面上為20m20m 波段1（0.50-0.59） 波段2（0.61-0.68） 波段3（0.79-0.89） 全色的HRV 波段范圍0.510.73m, 6000個(gè)C

8、CD元件組成一行 每個(gè)像元地面的大小為10m10m 13（5）SPOT成像成像4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理反射鏡左右傾斜最大為反射鏡左右傾斜最大為27度，有立體觀測(cè)能力度，有立體觀測(cè)能力鄰軌立體鄰軌立體14（5）SPOT成像成像4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 SPOT4 1）全色波段）全色波段0.51-0.73m改為波段改為波段(0.61-0.68m) 2）增加了一個(gè)）增加了一個(gè)SWIR（Short Wave Infrared，短波紅外）波，短波紅外）波段。段。15（5）SPOT成像成像4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理成像光譜儀成像光譜儀

9、是一種兼具高空間分辨率和高波譜分辨率、譜像合一的新型超多波段掃描成像遙感器16（6）高光譜遙感器）高光譜遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理成像形式：1、 線陣掃描 2、面陣推掃17（6）高光譜遙感器）高光譜遙感器4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理成像雷達(dá)成像雷達(dá)-主要指工作在微波波段（0.8100cm） 有源主動(dòng)、天線側(cè)向掃描、能產(chǎn)生高分辨率影像的成像雷達(dá)成像雷達(dá) 。18（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理RRg成像雷達(dá)成像雷達(dá) 是指用雷達(dá)一點(diǎn)一點(diǎn)地測(cè)量來自地球的回波信號(hào)，并以模擬形式記錄成圖像或以數(shù)字形式記錄在磁帶上的雷達(dá)

10、系統(tǒng)它必須相對(duì)于地面（探測(cè)目標(biāo)）運(yùn)動(dòng)，即必須搭載在飛機(jī)、衛(wèi)星或航天飛機(jī)上 19（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理RA-SLR-Real Aperture Side-looking Radar真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)（非相干雷達(dá)） SA-SLR-Synthetic Aperture Side-looking Radar 合成孔徑側(cè)視雷達(dá)合成孔徑側(cè)視雷達(dá)20（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理后向散射回波后向散射回波裝在平臺(tái)一側(cè)或兩側(cè)的水平孔徑天線，將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的高功率微波短脈沖，側(cè)向發(fā)射出去，以窄的扇形波束掃過地面一條窄帶。微波遇

11、目標(biāo)后發(fā)生微波遇目標(biāo)后發(fā)生反射和散射，其中沿發(fā)反射和散射，其中沿發(fā)射方向返回的部分射方向返回的部分稱稱后后向散射回波向散射回波 21（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理RRgX Y Z斜距斜距(R):天線至目標(biāo)的徑向距離地面距離地面距離(Rg):從航跡(地面軌跡)到目標(biāo)的水平距離 被雷達(dá)微波掃過的窄帶地面上，至天線距離不同的目標(biāo)(X、Y、Z)，其回波按返回雷達(dá)接收機(jī)的時(shí)間先后,在與目標(biāo)的斜距或地面距離成比例的位置, 強(qiáng)度由陰極射線管按比例轉(zhuǎn)化成光信號(hào),再通過透鏡在膠片上記錄成一條影像線 22（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像

12、原理每發(fā)射一個(gè)脈沖形成一條影像線,而與平臺(tái)運(yùn)行速度同步移動(dòng)的膠片完成航向地面覆蓋,形成連續(xù)條帶狀雷達(dá)影像對(duì)回波信號(hào)逐個(gè)處理對(duì)回波信號(hào)逐個(gè)處理影像灰度影像灰度-后向散射回波強(qiáng)度后向散射回波強(qiáng)度回波信號(hào)也可記錄在磁帶上23（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理地面分辨率地面分辨率:指在距離向或方位向分辨有相同反射特性兩個(gè)鄰近目標(biāo)間距的能力 -同時(shí)出現(xiàn)在影像上兩個(gè)能夠區(qū)分的目標(biāo)間的最小距離方位向分辨率方位向分辨率(Ra)-航向方向距離向分辨率距離向分辨率(Rr)-垂直航向方向24（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 真實(shí)孔徑側(cè)視雷

13、達(dá)的分辨力 在脈沖發(fā)射的方向上，在脈沖發(fā)射的方向上，能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離 斜斜距分辨率距分辨率 Rd=(c )/2 地距分辨率地距分辨率 Rr=(c sec)/2 R Rr Rd距離分辨力距離分辨力25（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 地距分辨率地距分辨率 Rr=(c sec)/2越遠(yuǎn)的地物越能分清越遠(yuǎn)的地物越能分清垂直航線方向垂直航線方向26（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 地距分辨率地距分辨率 Rr=(c sec)/2 傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，要提高傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，要提高距離分辨率，應(yīng)如何做距離

14、分辨率，應(yīng)如何做?27（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 相鄰的兩束脈沖之間，能分辨兩個(gè)相鄰的兩束脈沖之間，能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離目標(biāo)的最小距離 R=R =R/D 天線天線D R1 R2 R1 R2方位分辨力方位分辨力28（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理波瓣角與方位分辨率波瓣角與方位分辨率 S1 最小分辨角 S2 D圓孔的直徑 =1.22/D*波瓣角在意義上波瓣角在意義上與光學(xué)上的最小與光學(xué)上的最小分辨角相近。分辨角相近。29（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理越近的地物越能分清

15、越近的地物越能分清平行航線方向平行航線方向30（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，要提高傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，要提高方位分辨率，應(yīng)如何做方位分辨率，應(yīng)如何做? R=R =R/D31（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理真實(shí)孔徑雷達(dá)分辨率：距離向：Rd=(c )/2方位向：R=R =R/D合成孔徑雷達(dá)：32（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理合成波束寬度合成孔徑側(cè)視雷達(dá)合成孔徑側(cè)視雷達(dá)（SAR）模擬線性天線陣，應(yīng)用多普勒效應(yīng)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，用一個(gè)小天線合成一個(gè)大孔徑用一個(gè)小天線合成一

16、個(gè)大孔徑 (天線天線)使方位分辨率提高幾十至幾百倍實(shí)現(xiàn)在軌道高度獲取距離向和方位向分辨率都很高的雷達(dá)圖像33（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理SAR原理原理 用一個(gè)小天線作為單個(gè)輻射單元用一個(gè)小天線作為單個(gè)輻射單元 將此單元沿一直線不斷將此單元沿一直線不斷移動(dòng)移動(dòng) 當(dāng)移動(dòng)一段距離當(dāng)移動(dòng)一段距離LS后，存貯的信號(hào)后，存貯的信號(hào)和實(shí)際天線陣列諸單元所接收的信和實(shí)際天線陣列諸單元所接收的信號(hào)非常號(hào)非常相似相似 34（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理線性調(diào)頻脈沖與脈沖壓縮：35（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原

17、理典型遙感器的成像原理36（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理37（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理38（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理方位向 Rs=R/ Ls Ls= R =R/D Rs=D 雙程相移 Rs=D/2方位分辨力只與實(shí)際使用的天線孔徑有關(guān)方位分辨力只與實(shí)際使用的天線孔徑有關(guān)39（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理合成孔徑雷達(dá)的分辨力40（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理41（7）成像雷達(dá)）成像雷

18、達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 側(cè)視雷達(dá)圖像的側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征幾何特征 方位向的比例尺由小變大 1/mc1/mb1/ma越遠(yuǎn)影像比例尺越大越遠(yuǎn)影像比例尺越大42（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 近距離壓縮43（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征不帶 DEM 的幾何糾正帶 DEM 的 幾 何 糾 正 透視收縮和疊掩44（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征 雷達(dá)影像陰影4

19、5（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征飛行方向飛行方向46（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征 造成山體前傾 朝向傳感器的山坡影像被壓縮，而背向傳朝向傳感器的山坡影像被壓縮，而背向傳感器的山坡被拉長(zhǎng)，還會(huì)出現(xiàn)不同地物點(diǎn)重影感器的山坡被拉長(zhǎng)，還會(huì)出現(xiàn)不同地物點(diǎn)重影現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 47（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征前傾前傾48斜距投影斜距投影雷達(dá)陰影雷

20、達(dá)陰影49（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征肇慶地區(qū)機(jī)載SAR影像50 高差產(chǎn)生的投影差亦與中心投影影像投影差位移的方向相反高差產(chǎn)生的投影差亦與中心投影影像投影差位移的方向相反 51（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征斜距投影斜距投影反立體圖像反立體圖像 52（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征 與入射角有關(guān) 朝向飛機(jī)方向的坡面朝向飛機(jī)方向的坡面-反

21、射強(qiáng)烈反射強(qiáng)烈-很亮很亮 朝天頂方向朝天頂方向-弱些弱些-較亮較亮 背向飛機(jī)方向背向飛機(jī)方向-反射很弱反射很弱( (沒回波沒回波)-)-很暗很暗 側(cè)視雷達(dá)圖像的色調(diào)特征側(cè)視雷達(dá)圖像的色調(diào)特征53（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理與地面粗糙程度有關(guān) 地面地物微小起伏小于雷達(dá)波波長(zhǎng)地面地物微小起伏小于雷達(dá)波波長(zhǎng) -鏡面漫反射鏡面漫反射-很暗很暗 地面微小起伏大于或等于發(fā)射波長(zhǎng)地面微小起伏大于或等于發(fā)射波長(zhǎng) -漫反射漫反射-較亮較亮 “ “角隅反射角隅反射”-反射波強(qiáng)度更大反射波強(qiáng)度更大-很亮很亮54側(cè)視雷達(dá)圖像的色調(diào)特征側(cè)視雷達(dá)圖像的色調(diào)特征（7）成像雷達(dá)）成

22、像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理與地物的電特性有關(guān) 物體復(fù)介電常數(shù)高物體復(fù)介電常數(shù)高 - -反射雷達(dá)波強(qiáng)反射雷達(dá)波強(qiáng)-亮亮有較強(qiáng)的穿透能力 它能穿透云層、樹木和水它能穿透云層、樹木和水,得到下面的地得到下面的地表信息表信息 另一方面微波在物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生體散射，另一方面微波在物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生體散射，因此能將地下的一些狀況反映出來因此能將地下的一些狀況反映出來側(cè)視雷達(dá)圖像的其他特征側(cè)視雷達(dá)圖像的其他特征55（7）成像雷達(dá)）成像雷達(dá)4.3 典型遙感器的成像原理典型遙感器的成像原理Cosmo-SkyMed高分辨率雷達(dá)圖像高分辨率雷達(dá)圖像 56 INSAR就是利用就是利用SAR在平行軌道上對(duì)同一在平行軌道上對(duì)同一地區(qū)獲取