第三章遥感传感器及成像原理 3.1传感器的组成及分类 32扫描类型的传感器 3.3雷达成像仪
第三章 遥感传感器及成像原理 3.1传感器的组成及分类 3.2扫描类型的传感器 3.3雷达成像仪
*3.1传感器的组成及分类 *传感器收集探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器 收器)测器)一(处理器)1输出器)/ 透镜 胶卷 反射镜光电器件光电倍增管|胶片 天线热电器件电子倍增管磁带
3.1传感器的组成及分类 传感器:收集,探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器 收集器 探测器 处理器 输出器 胶卷 光电器件 热电器件 透镜 反射镜 天线 光电倍增管 电子倍增管 胶片 磁带
*传感器的分类 *按电磁波辐射来源分: *主动传感器被动传感器 *按对电磁波记录方式分: *成像方式,非成像方式 *按成像原理和所获取图像的性质不同分 摄影机,扫描仪,雷达 制作背景胶片的感光范围有限制,只能探测到0.3-1.4 微米之间的电磁辐射 扫描仪主要依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬 时视场为单位进行逐点逐行采样,以得到目标地物电 磁辐射特性信息、利用光电效应和光热效应将辐射能 转为电能或是其他物理特性的变化从而对物体进行
传感器的分类 按电磁波辐射来源分: 主动传感器,被动传感器 按对电磁波记录方式分: 成像方式,非成像方式 按成像原理和所获取图像的性质不同分: 摄影机,扫描仪,雷达 制作背景:胶片的感光范围有限制,只能探测到0.3-1.4 微米之间的电磁辐射. 扫描仪主要依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬 时视场为单位进行逐点,逐行采样,以得到目标地物电 磁辐射特性信息,利用光电效应和光热效应,将辐射能 转为电能,或是其他物理特性的变化,从而对物体进行 探测
*3.2扫描成像类传感器 *-依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场万 进行的逐点、逐行取样,以得到目标地物电磁辅 息,形成一定谱段的图象 对物面扫描的成像仪 *特点对地面直接扫描 光机扫描仪(红外扫描仪,多光谱扫描仪),成像光 多频段频谱仪 对像面扫描的成像仪: 特点:瞬间在像面上先形成一条线图象,甚至是 象然后对影象进行扫描成像 *线阵列CCD推扫式成像仪,电视摄像机
3.2扫描成像类传感器 ----依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位 进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信 息，形成一定谱段的图象． 对物面扫描的成像仪： 特点:对地面直接扫描 光机扫描仪(红外扫描仪，多光谱扫描仪)，成像光谱仪， 多频段频谱仪 对像面扫描的成像仪： 特点:瞬间在像面上先形成一条线图象,甚至是一幅二维影 象,然后对影象进行扫描成像. 线阵列ＣＣＤ推扫式成像仪，电视摄像机
3.2.1光学机械扫描成像 *结构组成 光学机械扫描仪是借助遥感平台沿飞行方向运动和遥感器本身光学机械横向扫 描达到地面覆盖,得到地面条带图象的成像装置.主要有红外扫描仪和多光谱扫 描仪2种,主要由收集器,分光器探测器,处理器,输出器等几部分组成 *1)收集器 多光谱扫描仪可用透镜系统也可以用反射镜系统作为收集器,但是红外扫描仪采 用反射镜系统 2)分光器 目的是将收集器收集的地面电磁波信息分解成所需要的光谱成分常用的有分光 棱镜衍射光栅,分光滤光片 *3)探测器 探测分光后的电磁波并把它变为电信号的元件叫探测器 分为光电子发射型(探测从紫外到可见光区的地物光谱特性) 光激发载流子型(从可见光到红外区的电磁波辐射), 热效应型的探测器(热红外探测器,能把红外辐射转变为电能,必须低温下工作) 4)处理器 从探测器出来的低电信号,需放大和限制带宽.一般在探测器后面设置低躁声的 前置放大器来进行这项工作 5)输出器 种是胶片,一种是磁带,要把探测器输出的视频信号记录在胶片上,必须经电光 变换线路来调制一些发光器件,这时发光器件上的光信号强度和视频信号强度 *致,当胶片曝光时,数据就被记录下来。输出数据用磁带仪记录在磁带上。有的 磁带记录仪作为遥感数据的暂存器,在一定时期向地面发送
3.2.1光学机械扫描成像 结构组成: 光学机械扫描仪是借助遥感平台沿飞行方向运动和遥感器本身光学机械横向扫 描达到地面覆盖,得到地面条带图象的成像装置.主要有红外扫描仪和多光谱扫 描仪2种,主要由收集器,分光器,探测器,处理器,输出器等几部分组成. 1）收集器 多光谱扫描仪可用透镜系统也可以用反射镜系统作为收集器,但是红外扫描仪采 用反射镜系统. 2）分光器 目的是将收集器收集的地面电磁波信息分解成所需要的光谱成分.常用的有分光 棱镜,衍射光栅,分光滤光片. 3）探测器 探测分光后的电磁波并把它变为电信号的元件叫探测器. 分为光电子发射型(探测从紫外到可见光区的地物光谱特性) ,光激发载流子型(从可见光到红外区的电磁波辐射), 热效应型的探测器(热红外探测器,能把红外辐射转变为电能,必须低温下工作). 4）处理器 从探测器出来的低电信号,需放大和限制带宽.一般在探测器后面设置低躁声的 前置放大器来进行这项工作. 5）输出器 一种是胶片,一种是磁带,要把探测器输出的视频信号记录在胶片上,必须经电光 变换线路来调制一些发光器件,这时发光器件上的光信号强度和视频信号强度一 致,当胶片曝光时，数据就被记录下来。输出数据用磁带仪记录在磁带上。有的 磁带记录仪作为遥感数据的暂存器，在一定时期向地面发送
扫描成像过程 当旋转棱镜旋转时,镜面对地面横越航线方向扫视一次,在 地面瞬时视场内的地面辐射能由旋转棱镜反射到反射镜组,经 其反射,聚焦在分光器上,经光器分光后分别照射到相应的探 激类耘调錾测阴篝线簪芏盏为褐翻场的:影(太器 片曝光后记录下来,或者视频信号经模数转换器转换。变成数 字的电信号,经来样,量化和编码,变成数据流,向地面作实 时发放或由磁带记录仪记录后作延时回放。随着棱镜的旋转, 垂直于行方向上的地面依次对地面进行扫擂,形成 条相 互衔接的地面影像,最后形成连续的地面条帶影像 *1),瞬时视场角:扫描系统在某一时刻对空间所张的角度。探测 原件的线度与 光学系统的总焦距之比 2)像点:瞬时视场角在影像上对应的点,也叫像元,像素
扫描成像过程 当旋转棱镜旋转时，镜面对地面横越航线方向扫视一次，在 地面瞬时视场内的地面辐射能由旋转棱镜反射到反射镜组，经 其反射，聚焦在分光器上，经光器分光后分别照射到相应的探 测器上。探测器则将辐射能转变为视频信号，再经电子放大器 放大和调整，在阴极射线管上显示瞬时视场的地面影像，底 片曝光后记录下来，或者视频信号经模数转换器转换。变成数 字的电信号，经采样，量化和编码，变成数据流，向地面作实 时发放或由磁带记录仪记录后作延时回放。随着棱镜的旋转， 垂直于飞行方向上的地面依次对地面进行扫描，形成一条条相 互衔接的地面影像，最后形成连续的地面条带影像。 1）瞬时视场角：扫描系统在某一时刻对空间所张的角度。探测 原件的线度与 光学系统的总焦距之比。 2）像点：瞬时视场角在影像上对应的点，也叫像元，像素
3空间分辨率:瞬时视场在地 面对应的距离。扫描角越大 分辨率越低,航 *高越高,分辨率也越低 *垂直摄影时,扫描角θ为0 *a=d×H/f d:为探测器尺寸, f:为扫描仪焦距, H:为航高 当观测视线倾斜时, (平行于航线方向的地面分辨率) a0=a×Secθ (垂直于航线方向的地面分辨率) a01=a×sec0×sec 图3-3扫描仪的地面分辨率
3）空间分辨率：瞬时视场在地 面对应的距离。扫描角越大， 分辨率越低，航 高越高，分辨率也越低 垂直摄影时，扫描角θ为０ a=d×H/f d： 为探测器尺寸， f： 为扫描仪焦距， Ｈ： 为航高 当观测视线倾斜时， (平行于航线方向的地面分辨率) aθ=a×secθ (垂直于航线方向的地面分辨率) aθ1=a×secθ× secθ
*4)扫描线的衔接 W=A/ T *A为探测器的地面分辨率 *T为旋转棱镜扫描一次的时间 *W为飞机的地速 *这时,两个扫描带的重叠度为0.但是 有空隙 为使扫描线正确衔接,速度与行高之比 为一个常数
４）扫描线的衔接 Ｗ＝Ａ／Ｔ Ａ为探测器的地面分辨率 Ｔ为旋转棱镜扫描一次的时间 Ｗ为飞机的地速 这时，两个扫描带的重叠度为０．但是没 有空隙． 为使扫描线正确衔接，速度与行高之比应 为一个常数
*常见光机扫描类型的传感器 *1MSS多光谱扫描仪 *结构 套筒 成像板 辐射冷却器 扫描反射镜 长波检波管)探 硅光电二极管}测 光电倍增管器 第二反射镜第一反射镜光学纤维 校正镜 图3-6MSS多光谱扫描仪结构
常见光机扫描类型的传感器 １ＭＳＳ多光谱扫描仪 结构
*扫描反射镜:用于获取垂直飞行方向两 共185Km范围内的来自景物的辐射能 *反射镜组:将扫描镜反射进入的地面景物 聚集在成像面上 *成像板:24+2个玻璃纤维单元,按 段排成4行,每个单元对应空间分辨率 *探测器:将辐射能转化成电信号输出
扫描反射镜：用于获取垂直飞行方向两边 共１８５Ｋm范围内的来自景物的辐射能． 反射镜组：将扫描镜反射进入的地面景物 聚集在成像面上． 成像板：２４＋２个玻璃纤维单元，按波 段排成４行，每个单元对应空间分辨率， 探测器：将辐射能转化成电信号输出