目录 第4章遥感技术系统………1 §41遥感平台.…1 4.11地面平台 412航空平台 4.1.3航天平台 2 S42遥感传感器…4 4.2.1传感器组成. 4 4.2.2传感器的分类 7 4.2.3传感器的性能 ..8 S4.3遥感数据的接收记录与处理系统..·...·......·10 4.3.1地面接收站 .10 4.3.2遥感数据处理中心 ..11 4.3.3遥感基础研究与应用中心 12
目 录 第 4 章 遥感技术系统.......................... 1 §4.1 遥感平台 ................................... 1 4.1.1 地面平台....................................................................................................... 1 4.1.2 航空平台....................................................................................................... 2 4.1.3 航天平台....................................................................................................... 2 §4.2 遥感传感器.................................. 4 4.2.1 传感器组成................................................................................................... 4 4.2.2 传感器的分类................................................................................................ 7 4.2.3 传感器的性能................................................................................................ 8 §4.3 遥感数据的接收记录与处理系统 ................. 10 4.3.1 地面接收站................................................................................................. 10 4.3.2 遥感数据处理中心........................................................................................11 4.3.3 遥感基础研究与应用中心............................................................................ 12
第4章遥感技术系统 遥感技术系统主要由遥感平台、传感器和遥感数据的接收、记录与处理系统组成。 §4.1遥感平台 遥感平台(Platform)是指装载遥感传感器的运载工具。遥感平台的种类很多，按平台距 地面的高度大体上可分为三类：地面平台、航空平台和航天平台。在不同高度的遥感平台 上，可以获得不同面积、不同分辨率、不同特点、不同用途的遥感图像数据。在遥感应用 中，不同高度的遥感平台可以单独使用，也可相互配合使用组成立体遥感观察网。常见遥 感平台见表41。 表4-1可应用的遥感平台 遥感平台 高度 目的和用途 其他 静止卫星 36000km 定点地球观测 气像卫星(GS等) 地球观测卫星 500~1000km 定期地球观测 Landsat,SPOT等 航天飞机 240-350km 不定期地球观测空间实验 返回式卫星 200~250km 使察与摄影测量 无线探空仪 100m-100km 各种调查（气象等） 高高度喷气机 10000-12000m 侦察与大范围调直 中低高度飞机 500-8000m 航空摄影测量、各种调查 飞班 500-3000m 空中情感、各种调杏 首升机 100-2000m 摄影测量、久种调查 无线遥控飞机 500m以下 摄影测量、各种调查 飞机、直升机 牵引飞机 50-500m 摄影测量、各种调查 牵引滑翔机 系留气球 800m以下 各种调查 责道 10-40m 遗址调查 吊车 550 近距离摄影测量 地面测量车 030m 地面实况调查 车载升降台 4.1.1地面平台 置于地面上和水上的装载传感器的固定的或可移动的装置叫做地面遥感平台，包括三 角架、遥感塔、遥感车等，高度一般在100以下，主要用于近距离测量地物波谱和摄取 供试验研究用的地物细节影像，为航空遥感和航天遥感作校准和辅助工作。通常三角架的 放置高度在0.75m~20m之间，在三角架上放置地物波谱仪、辐射计、分光光度计等地物 光谱测试仪器，用以测定各类地物的野外波谱曲线：遥感车、遥感塔上的悬臂常安置在6 10m甚至更高的高度上，在这样的高度上对各类地物进行波谱测试，可测出地物的综合波 谱特性。为了便于研究波谱特性与遥感影像之间的关系，也可将成像传感器置于同高度的
1 第 4 章 遥感技术系统 遥感技术系统主要由遥感平台、传感器和遥感数据的接收、记录与处理系统组成。 §4.1 遥感平台 遥感平台(Platform)是指装载遥感传感器的运载工具。遥感平台的种类很多，按平台距 地面的高度大体上可分为三类：地面平台、航空平台和航天平台。在不同高度的遥感平台 上，可以获得不同面积、不同分辨率、不同特点、不同用途的遥感图像数据。在遥感应用 中，不同高度的遥感平台可以单独使用，也可相互配合使用组成立体遥感观察网。常见遥 感平台见表 4-1。 表 4-1 可应用的遥感平台 遥感平台 高 度 目的和用途 其 他 静止卫星 36000km 定点地球观测 气像卫星(GMS 等) 地球观测卫星 500～1000km 定期地球观测 Landsat，SPOT 等 航天飞机 240～350km 不定期地球观测空间实验 返回式卫星 200～250km 侦察与摄影测量 无线探空仪 100m～100km 各种调查(气象等) 高高度喷气机 10000～12000m 侦察与大范围调查 中低高度飞机 500～8000m 航空摄影测量、各种调查 飞艇 500～3000m 空中侦察、各种调查 直升机 100～2000m 摄影测量、各种调查 无线遥控飞机 500m 以下 摄影测量、各种调查 飞机、直升机 牵引飞机 50～500m 摄影测量、各种调查 牵引滑翔机 系留气球 800m 以下 各种调查 索道 10～40m 遗址调查 吊车 5～50m 近距离摄影测量 地面测量车 0～30m 地面实况调查 车载升降台 4.1.1 地面平台 置于地面上和水上的装载传感器的固定的或可移动的装置叫做地面遥感平台，包括三 角架、遥感塔、遥感车等，高度一般在 100m 以下，主要用于近距离测量地物波谱和摄取 供试验研究用的地物细节影像，为航空遥感和航天遥感作校准和辅助工作。通常三角架的 放置高度在 0.75m～2.0m 之间，在三角架上放置地物波谱仪、辐射计、分光光度计等地物 光谱测试仪器，用以测定各类地物的野外波谱曲线；遥感车、遥感塔上的悬臂常安置在 6～ 10m 甚至更高的高度上，在这样的高度上对各类地物进行波谱测试，可测出地物的综合波 谱特性。为了便于研究波谱特性与遥感影像之间的关系，也可将成像传感器置于同高度的
平台上，在测定地物波谱特性的同时获取地物的影像。 4.1.2航空平台 悬浮在海拔80km以下的大气（平流层、对流层）中的遥感平台叫做航空平台。它包 括飞机和气球两种。航空平台具有飞行高度较低、地面分辨力较好、机动灵活、不受地面 条件限制、调查周期短、资料回收方便等优点，应用非常广泛。 1气球 早在1858年，法国人就开始用气球讲行航空摄影了。气球是一种廉价的、操作简单的 平台。气球上可携带摄影机、摄像机、红外辐射计等简单传感器。气球按其在空中的高度 分为低空气球和高空气球两类：发送到对流层及其以下高度的气球称为低空气球，大多数 可用人工控制在空中固定位置上进行遥感，其中用绳子拴在地面上的气球叫做系留气球， 最高可升至地面上空5000m处：发送到平流层以上的气球称为高空气球，大多是自由漂移 的，可升至12000~40000m高空。 2飞机 飞机是航空遥感的主要遥感平台，用于遥感的飞机有专门设计的，也有将普通飞机根 据需要改装的。航空遥感对飞机性能和飞行过程有特殊的要求：如航速不宜过快，稳定性 能要好：续航能力强，有较大的实用升限：有足够宽敞的机龄容积：具各在简易机场起飞 的能力及先进的导航设备等。飞机遥感具有分辨率高、不受地面条件限制、调查周期短 测量精度高、携带传感器类型样式多、信息回收方便等特点，特别适用于局部地区的资源 探测和环境监测。按照飞机飞行高度不同，可分为低空飞机、中空飞机和高空飞机 ①低空飞机：飞机的飞行高度在距离地面2000m以下，利用它能够取得大比例尺、中 等比例尺航空遥感图像。直升飞机可以进行离地面10m以下的低空遥感：侦察飞机可以进 行300m-500m的低空遥感；通常遥感试验在1000m~1500m的高度范围内进行。 ②中空飞机：飞机的飞行高度在2000m~6000m之间，通常使用这类平台取得中小比 例尺的航空遥感图像。目前，大部分的航空遥感都在这一高度范围成像。 ③高空飞机：飞机的飞行高度在12000m~30000m之间，部分用于航空遥感的有人驾 驶飞机（如美国的呼唤Ⅱ）的飞行高度在12000m左右，一般用于航空遥感的飞机达不到这个 高度，军用高空侦察飞机一般在此高度上飞行，无人驾驶飞机的飞行高度一般在20000 30000m之间。 4.1.3航天平台 位于海拔8Okm高度以上的遥感平台称为航天平台，航天平台上进行的遥感是航天遥 感。航天遥感可以对地球进行宏观的、综合的、动态和快速的观察。航天平台主要有高空 探测火箭、人造地球卫星、字宙飞船、空间轨道站和航天飞机等。 1高空探测火箭 探测火箭飞行高度一般可达300~400km,介于飞机和人造地球卫星之间。火箭可在 短时间内发射并回收，可以利用好天气快速遥感，不受轨道限制，应用灵活，可对小范围 2
2 平台上，在测定地物波谱特性的同时获取地物的影像。 4.1.2 航空平台 悬浮在海拔 80km 以下的大气（平流层、对流层）中的遥感平台叫做航空平台。它包 括飞机和气球两种。航空平台具有飞行高度较低、地面分辨力较好、机动灵活、不受地面 条件限制、调查周期短、资料回收方便等优点，应用非常广泛。 1 气球 早在 1858 年，法国人就开始用气球进行航空摄影了。气球是一种廉价的、操作简单的 平台。气球上可携带摄影机、摄像机、红外辐射计等简单传感器。气球按其在空中的高度 分为低空气球和高空气球两类：发送到对流层及其以下高度的气球称为低空气球，大多数 可用人工控制在空中固定位置上进行遥感，其中用绳子拴在地面上的气球叫做系留气球， 最高可升至地面上空 5000m 处；发送到平流层以上的气球称为高空气球，大多是自由漂移 的，可升至 12000～40000m 高空。 2 飞机 飞机是航空遥感的主要遥感平台，用于遥感的飞机有专门设计的，也有将普通飞机根 据需要改装的。航空遥感对飞机性能和飞行过程有特殊的要求：如航速不宜过快，稳定性 能要好；续航能力强，有较大的实用升限；有足够宽敞的机舱容积；具备在简易机场起飞 的能力及先进的导航设备等。飞机遥感具有分辨率高、不受地面条件限制、调查周期短、 测量精度高、携带传感器类型样式多、信息回收方便等特点，特别适用于局部地区的资源 探测和环境监测。按照飞机飞行高度不同，可分为低空飞机、中空飞机和高空飞机。 ①低空飞机：飞机的飞行高度在距离地面 2000m 以下，利用它能够取得大比例尺、中 等比例尺航空遥感图像。直升飞机可以进行离地面 10m 以下的低空遥感；侦察飞机可以进 行 300m~500m 的低空遥感；通常遥感试验在 1000m～1500m 的高度范围内进行。 ②中空飞机：飞机的飞行高度在 2000m～6000m 之间，通常使用这类平台取得中小比 例尺的航空遥感图像。目前，大部分的航空遥感都在这一高度范围成像。 ③高空飞机：飞机的飞行高度在 12000m～30000m 之间，部分用于航空遥感的有人驾 驶飞机(如美国的呼唤Ⅱ)的飞行高度在 12000m 左右，一般用于航空遥感的飞机达不到这个 高度，军用高空侦察飞机一般在此高度上飞行，无人驾驶飞机的飞行高度一般在 20000～ 30000m 之间。 4.1.3 航天平台 位于海拔 80km 高度以上的遥感平台称为航天平台，航天平台上进行的遥感是航天遥 感。航天遥感可以对地球进行宏观的、综合的、动态和快速的观察。航天平台主要有高空 探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、空间轨道站和航天飞机等。 1 高空探测火箭 探测火箭飞行高度一般可达 300～400km，介于飞机和人造地球卫星之间。火箭可在 短时间内发射并回收，可以利用好天气快速遥感，不受轨道限制，应用灵活，可对小范围
地区遥感。但由于火箭上升时冲击强烈，易损坏仪器，而且付出的代价大，取得的资料不 多，所以火箭不是理想的遥感平台。 2人造地球卫星 人造地球卫星目前在地球资源调查和环境监测中起者主要作用，是航天遥感中应用最 广泛的遥感平台。按人造地球卫星运行轨道高度和寿命，可分为三种类型： ①低高度、短寿命卫星：轨道高度为150km~350km,寿命只有几天到几十天。可获 得较高地面分辨力的图像，多数用于军事侦察，最近发展的高空间分辨率小卫星遥感多采 用此类卫星。 ②中高度、长寿命卫星：轨道高度为3501800km,寿命在1年以上，一般在3~5 年。属于这类的有陆地卫星、海洋卫星、气象卫星等，是日前遥感卫星的主体。 ③高高度、长寿命卫星也称为地球同步卫星或静止卫星，高度约为36000km,寿命更 长。这类卫星已大量用作通讯卫星、气象卫星，也用于地面动态监测，如监测火山、地震、 林火及预报洪水等。 这三种类型的卫星，各有不同的优缺点。其中高高度长寿命卫星的突出特点是在一定 周期内，对地面的同一地区可以进行重复探测。在这类卫星中，气像卫星是以研究全球大 气要素为目的：海洋卫星是以研究海洋资源和环境为目的：陆地卫星是以研究地球资源和 环境动态监测为目的。这三者构成了地球环境卫星系列，它们在实际应用中互相补充，使 人们对大气、陆地和海洋等能从不同角度以及它们之间的相互联系，来研究地球或某一个 区域各地理要素之间的内在联系和变化规律。 3宇宙飞船（包括航天站） 载人字宙飞船有“双子星座”飞船系列、“阿波罗”飞船系列、天空实验室、“礼炮” 号轨道站及“和平”号空间站等。它们较卫星优越之处是：有较大负载容量，可带多种仪 器，可及时维修，在飞行中可进行多种试验，资料回收方便。缺点是：一般飞船飞行时间 短(7d~30d),飞越同一地区上空的重复率小。但航天站可在太空运行数年甚至更长时间。 4航天飞机(Space Shuttle) 航天飞机是一种新式大型空间运载工具，是由3部分组成的3级火箭。其主体一轨 道飞行器可以回收，两个助推器也可回收，重复使用，这是它的优点之一，如图41。 固体推进剂火箭 仪器装置箱 液体推进剂箱 空间实验室 轨道飞行器 (a) 6 图4-1航天飞机()起飞时的航天飞机：(6)进入轨道后的航天飞机
3 地区遥感。但由于火箭上升时冲击强烈，易损坏仪器，而且付出的代价大，取得的资料不 多，所以火箭不是理想的遥感平台。 2 人造地球卫星 人造地球卫星目前在地球资源调查和环境监测中起着主要作用，是航天遥感中应用最 广泛的遥感平台。按人造地球卫星运行轨道高度和寿命，可分为三种类型： ①低高度、短寿命卫星：轨道高度为 150km～350km，寿命只有几天到几十天。可获 得较高地面分辨力的图像，多数用于军事侦察，最近发展的高空间分辨率小卫星遥感多采 用此类卫星。 ②中高度、长寿命卫星：轨道高度为 350～1800km，寿命在 1 年以上，一般在 3～5 年。属于这类的有陆地卫星、海洋卫星、气象卫星等，是目前遥感卫星的主体。 ③高高度、长寿命卫星也称为地球同步卫星或静止卫星，高度约为 36000km，寿命更 长。这类卫星已大量用作通讯卫星、气象卫星，也用于地面动态监测，如监测火山、地震、 林火及预报洪水等。 这三种类型的卫星，各有不同的优缺点。其中高高度长寿命卫星的突出特点是在一定 周期内，对地面的同一地区可以进行重复探测。在这类卫星中，气像卫星是以研究全球大 气要素为目的；海洋卫星是以研究海洋资源和环境为目的；陆地卫星是以研究地球资源和 环境动态监测为目的。这三者构成了地球环境卫星系列，它们在实际应用中互相补充，使 人们对大气、陆地和海洋等能从不同角度以及它们之间的相互联系，来研究地球或某一个 区域各地理要素之间的内在联系和变化规律。 3 宇宙飞船（包括航天站） 载人宇宙飞船有“双子星座”飞船系列、“阿波罗”飞船系列、天空实验室、“礼炮” 号轨道站及“和平”号空间站等。它们较卫星优越之处是：有较大负载容量，可带多种仪 器，可及时维修，在飞行中可进行多种试验，资料回收方便。缺点是：一般飞船飞行时间 短（7d～30d），飞越同一地区上空的重复率小。但航天站可在太空运行数年甚至更长时间。 4 航天飞机（Space Shuttle） 航天飞机是一种新式大型空间运载工具，是由 3 部分组成的 3 级火箭。其主体 —— 轨 道飞行器可以回收，两个助推器也可回收，重复使用，这是它的优点之一，如图 4-1。 仪器装置箱 液体推进剂箱 轨道飞行器 空间实验室 固体推进剂火箭 (a) (b) 图 4-1 航天飞机（a）起飞时的航天飞机；（b）进入轨道后的航天飞机
航天飞机有两种类型。一种不带遥感器，仅作为宇宙交通工具，将卫星或飞船带到 定高度的轨道上，在轨道上对卫星、飞船检修和补给，在轨道上回收卫星或飞船等。另 种携带遥感仪器进行遥感。航天飞机是火箭、载人飞船和航空技术综合发展的产物。它像 火箭那样垂直向上发射，像卫星和飞船那样在空间轨道上运行，还像飞机那样滑翔降落到 地面，具有三者的优点。它是一种灵活、经济的航天平台。自1981年4月以来，美国已 经发射过“哥伦比亚”号、“发现”号、“挑战者”号、“亚特兰蒂斯”号和“奋进”号等航 天飞机。前苏联也曾成功地进行了无人驾驶航天飞机的飞行试验。 §4.2遥感传感器 传感器(Sensor)也叫敏感器或探测器，它是收集、探测并记录地物电磁波辐射信息的仪 器，是遥感技术系统的核心部分，它的性能制约着整个遥感技术的能力。遥感的能力包括 传感器探测电磁波波段的响应能力，传感器的空间分辨率和物理分辨率，传感器获取地物 电磁波信息量的大小和可靠程度，以及遥感成像方式等。 4.2.1传感器组成 传感器的种类很多，但从其结构上看，基本上都由收集器、探测器、处理器、输出器 等器件组成（见图42），只有摄影方式的传感器探测与记录同时在胶片上完成，无需在传 感器内进行信号处理。 收集器 探测器 处理器 输出器 透镜 胶卷 光电倍 胶片 增管 反射镜 光电器件 天线 热电器 磁带 增 图4-2遇感传感器的一般构成 1收集器 地物辐射的电磁波，无论是反射、发射还是回反射，在空间是向各个方向传播的，传 感器在空间特定的平台位置上，要接收地物的电磁波必须要有一个收集器。该系统的功能 在于负责收集或接收目标物发射或反射的电磁辐射能，并把它们进行聚焦，然后送往探测 系统。传感器的类型不同，收集器的设备元件不一样，最基本的收集元件是透镜（组），反 射镜（组）或天线。摄影机的收集元件是凸透镜：扫描仪用各种形式的反射镜以扫描方式收 集电磁波，雷达的收集元件是天线，二者都采用抛物面聚光，物理学上称抛物面聚光系统 为卡塞格伦系统。如果进行多波段遥感，那么收集系统中还包含按波段分波束的元件
4 航天飞机有两种类型。一种不带遥感器，仅作为宇宙交通工具，将卫星或飞船带到一 定高度的轨道上，在轨道上对卫星、飞船检修和补给，在轨道上回收卫星或飞船等。另一 种携带遥感仪器进行遥感。航天飞机是火箭、载人飞船和航空技术综合发展的产物。它像 火箭那样垂直向上发射，像卫星和飞船那样在空间轨道上运行，还像飞机那样滑翔降落到 地面，具有三者的优点。它是一种灵活、经济的航天平台。自 1981 年 4 月以来，美国已 经发射过“哥伦比亚”号、“发现”号、“挑战者”号、“亚特兰蒂斯”号和“奋进”号等航 天飞机。前苏联也曾成功地进行了无人驾驶航天飞机的飞行试验。 §4.2 遥感传感器 传感器(Sensor)也叫敏感器或探测器，它是收集、探测并记录地物电磁波辐射信息的仪 器，是遥感技术系统的核心部分，它的性能制约着整个遥感技术的能力。遥感的能力包括 传感器探测电磁波波段的响应能力，传感器的空间分辨率和物理分辨率，传感器获取地物 电磁波信息量的大小和可靠程度，以及遥感成像方式等。 4.2.1 传感器组成 传感器的种类很多，但从其结构上看，基本上都由收集器、探测器、处理器、输出器 等器件组成（见图 4-2），只有摄影方式的传感器探测与记录同时在胶片上完成，无需在传 感器内进行信号处理。 1 收集器 地物辐射的电磁波，无论是反射、发射还是回反射，在空间是向各个方向传播的，传 感器在空间特定的平台位置上，要接收地物的电磁波必须要有一个收集器。该系统的功能 在于负责收集或接收目标物发射或反射的电磁辐射能，并把它们进行聚焦，然后送往探测 系统。传感器的类型不同，收集器的设备元件不一样，最基本的收集元件是透镜(组)，反 射镜(组)或天线。摄影机的收集元件是凸透镜；扫描仪用各种形式的反射镜以扫描方式收 集电磁波，雷达的收集元件是天线，二者都采用抛物面聚光，物理学上称抛物面聚光系统 为卡塞格伦系统。如果进行多波段遥感，那么收集系统中还包含按波段分波束的元件，一 图 4-2 遥感传感器的一般构成 透镜 反射镜 天线 胶卷 光电器件 热电器件 光电倍 增管 电子倍 增管 胶片 磁带 收集器 探测器 处理器 输出器
般采用各种色散元件和分光元件，例如：滤色镜、棱镜、光栅、分光镜、滤光片等光学元 器件和工具。 2探测器 传感器中最重要的部分就是探测元件（系统），探测元件是真正接收地物电磁辐射的器 件，它的功能就是负贵能量转换，测量和记录接收到的电磁辐射能。根据光物作用的不同 效应，常用的探测元件有感光胶片、光电敏感元件、固体敏感元件和波导。不同探测元件 有不同的最佳使用波段和不同的响应特性曲线波段。探测元件之所以能探测到电磁波的强 弱，是因为探测器在电磁波作用下发生了某些物理或化学变化，这些变化被记录下来并经 过一系列处理，便成为人眼能看到的像片。 (1)感光胶片 感光胶片通过光化学作用探测近紫外至近红外的电磁辐射，它的响应波段约为0.3一 1.4山m之间，这一波段的电磁辐射能使感光胶片上的卤化银颗粒分解，析出银粒的多少反 映了光照的强弱并构成地面物像的潜影，胶片经过显影、定影处理，就能得到稳定的可见 影像。各种不同的感光胶片有不同的胶片特性曲线（见第五章），即不同的胶片有不同的响 应波段及响应度。 (2)光电敏感元件 光电敏感元件是利用某些特殊材料的光电效应把电磁波信息转换为电信号来探测电磁 辐射的，其工作波段涵盖紫外至红外波段。光电敏感元件按其探测电磁辐射机理的不同， 又分为光电子发射器件、光电导器件和光伏器件等。光电子发射器件在入射光子的作用下 表面电子能逸出成为自由电子；相应地，光电导器 件在光子的作用下白由载流子增加。导由率变大， 140 光伏器件在光子作用下产生的光生载流子聚集在二 极管的两侧形成电位差，这样，自由光子的多少、 导电率的大小、电位差的高低，就反映了入射光能 量的强弱。电信号经过放大、电光转换等过程，便 成为人眼可见的影像。各种不同的光电敏感元件有 不同的响应特性曲线（图43、4）。 1007 Na-K-Cs-Sb-Si0 -Bi-0-Cs 10 Ce:Hg 3K 10/ 0.5 1.0 1.5 2.0(μm 15203.05.0 101520 图4-3光电敏感元件光谱响应曲线 图44固体敏感元件光谱响应曲线
5 般采用各种色散元件和分光元件，例如：滤色镜、棱镜、光栅、分光镜、滤光片等光学元 器件和工具。 2 探测器 传感器中最重要的部分就是探测元件(系统)，探测元件是真正接收地物电磁辐射的器 件，它的功能就是负责能量转换，测量和记录接收到的电磁辐射能。根据光物作用的不同 效应，常用的探测元件有感光胶片、光电敏感元件、固体敏感元件和波导。不同探测元件 有不同的最佳使用波段和不同的响应特性曲线波段。探测元件之所以能探测到电磁波的强 弱，是因为探测器在电磁波作用下发生了某些物理或化学变化，这些变化被记录下来并经 过一系列处理，便成为人眼能看到的像片。 (1)感光胶片 感光胶片通过光化学作用探测近紫外至近红外的电磁辐射，它的响应波段约为 0.3～ 1.4μm 之间，这一波段的电磁辐射能使感光胶片上的卤化银颗粒分解，析出银粒的多少反 映了光照的强弱并构成地面物像的潜影，胶片经过显影、定影处理，就能得到稳定的可见 影像。各种不同的感光胶片有不同的胶片特性曲线(见第五章)，即不同的胶片有不同的响 应波段及响应度。 (2)光电敏感元件 光电敏感元件是利用某些特殊材料的光电效应把电磁波信息转换为电信号来探测电磁 辐射的，其工作波段涵盖紫外至红外波段。光电敏感元件按其探测电磁辐射机理的不同， 又分为光电子发射器件、光电导器件和光伏器件等。光电子发射器件在入射光子的作用下， 表面电子能逸出成为自由电子；相应地，光电导器 件在光子的作用下自由载流子增加，导电率变大； 光伏器件在光子作用下产生的光生载流子聚集在二 极管的两侧形成电位差，这样，自由光子的多少、 导电率的大小、电位差的高低，就反映了入射光能 量的强弱。电信号经过放大、电光转换等过程，便 成为人眼可见的影像。各种不同的光电敏感元件有 不同的响应特性曲线(图 4-3、4)。 图 4-4 固体敏感元件光谱响应曲线 0.5 1.0 1.5 2.0 (μm) 图 4-3 光电敏感元件光谱响应曲线 Na－K－Cs－Sb－SiO2 Ag-Bi－O－Cs Si Ge 光 谱 响 应 率 （R ） 1 100 10
Na一K-Cs-Sb-SiO2和Ag-Bi-O-Cs的响应波段约在0.3~0.7μm,它们的响应 率比较高：硅(Si)光二极管的响应波段约为0.6~1.lμm,储(G)二极管的响应波段约在0.5 1.75um,后二者的响应率较低。硫化铅(PbS)敏感元件的响应波段约为1.0~2.5μm,它的 响应率比较高：化铟(nSb)傲感元件的响应波段约为3~5μm,碲镉汞(HgCdTe)傲感元件 的响应波段为8~14μm,这二者的响应率次之：锗掺汞(Ge:Hg)敏感元件的响应波段也是 8~14μm,但响应率比HgCdTe低，后几种元件都要在低温下工作，如PbS、InSb、HgCdTe 在77°K(一196℃)，而GC:Hg在38°K(一235℃)下工作，因此在使用这些撤感元件 时探则系统内必须有致冷装置。 还有一类热探测器是利用辐射的热效应工作的。探测器吸收辐射能量后，温度升高， 温度改变引起其电阻值或体积发生变化。测定这些物理量的变化便可知辐射的强度。但热 探测器的灵敏度和响应速度较低，仅在热红外波段应用较多。 值得一提的是雷达成像。雷达在技术上属于无线电技术，而可见光和红外传感器属光 学技术范畴。雷达在接收微波的同时，就把电磁辐射转变为电信号，电信号的强弱反映了 微波的强弱，它的探测元件称作波导，是一个制成一定尺寸的金属钢管，靠微波在波导腔 中的反射来传播，反射消耗小，抗干扰。由天线接到的微波波束，聚焦后由波导接收和传 递微波，不同尺寸的波导接收不同波长的微波信息。 3处理器 处理器的主要功能是负责将探测器探测得到的化学能或电能等信息进行加工处理，即 进行信号的放大、增强或调制。在遥感器中，除了摄影使用的感光胶片，由于从光输入到 信号记录，无须进行信号转化之外（但需经过暗室处理、放大），其它的传感器都有信号转 化问题。光电敏感元件，固体敏感元件和波导输出的都是电信号（电压或电流），从电信号 转化到光信号必需要有一个信号转化系统。这个系统可以直接进行电光转化，也可以进行 间接转化，先记录在模拟磁带或数字磁带上，再经磁带回放，仍需经电光转化，输出光信 号。因此最主要的信号转化系统是光电转化器。光电转换一般通过氛灯管，显象管等，输 入的电信号，输出时或经光机扫描时序输出光点：或经电子扫描在荧光屏上输出整幅图像。 目前很少将电信号直接转换记录在胶片上，而是记录在模拟磁带上，磁带回放制成胶片的 过程可以在实验室进行，可使传感器的结构变得更加简单。 4输出器 传感器的最终目的是要把接收到的各种电磁波信息，用适当方式输出，亦即提供原始 的资料、数据。输出必须有一定的仪器设备记录。遥感影像信息的输出一般分直接与间接 两种方式。直接方式有摄影分幅胶片，扫描航带胶片、合成孔径雷达的波带片：还有一种 是在显像管荧光屏上显示，对于荧光屏上的图像仍需用摄影方式把它拍成胶片。间接方式 有模拟磁带和数字磁带。模拟磁带回放出来的信息电信号可通过电光转化显示图像：数字 磁带记录时要经过模数转换，回放时要经过数模转换，最后仍要通过光电转化才能显示图 像。输出器的类型有扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁带记录仪、彩色喷墨记录 仪等。 6
6 Na－K－Cs－Sb－SiO2 和 Ag－Bi－O－Cs 的响应波段约在 0.3～0.7μｍ，它们的响应 率比较高；硅(Si)光二极管的响应波段约为 0.6～1.1μｍ，锗(Ge)二极管的响应波段约在 0.5～ 1.75μｍ，后二者的响应率较低。硫化铅(PbS)敏感元件的响应波段约为 1.0～2.5μｍ，它的 响应率比较高；锑化铟(InSb)敏感元件的响应波段约为 3～5μｍ，碲镉汞(HgCdTe)敏感元件 的响应波段为 8～14μｍ，这二者的响应率次之；锗掺汞(Ge：Hg)敏感元件的响应波段也是 8～14μｍ，但响应率比 HgCdTe 低，后几种元件都要在低温下工作，如 PbS、InSb、HgCdTe 在 77°K（－196℃），而 Ge：Hg 在 38°K（－235℃)下工作，因此在使用这些敏感元件 时探则系统内必须有致冷装置。 还有一类热探测器是利用辐射的热效应工作的。探测器吸收辐射能量后，温度升高， 温度改变引起其电阻值或体积发生变化。测定这些物理量的变化便可知辐射的强度。但热 探测器的灵敏度和响应速度较低，仅在热红外波段应用较多。 值得一提的是雷达成像。雷达在技术上属于无线电技术，而可见光和红外传感器属光 学技术范畴。雷达在接收微波的同时，就把电磁辐射转变为电信号，电信号的强弱反映了 微波的强弱，它的探测元件称作波导，是一个制成一定尺寸的金属钢管，靠微波在波导腔 中的反射来传播，反射消耗小，抗干扰。由天线接到的微波波束，聚焦后由波导接收和传 递微波，不同尺寸的波导接收不同波长的微波信息。 3 处理器 处理器的主要功能是负责将探测器探测得到的化学能或电能等信息进行加工处理，即 进行信号的放大、增强或调制。在遥感器中，除了摄影使用的感光胶片，由于从光输入到 信号记录，无须进行信号转化之外(但需经过暗室处理、放大)，其它的传感器都有信号转 化问题。光电敏感元件，固体敏感元件和波导输出的都是电信号(电压或电流)，从电信号 转化到光信号必需要有一个信号转化系统。这个系统可以直接进行电光转化，也可以进行 间接转化，先记录在模拟磁带或数字磁带上，再经磁带回放，仍需经电光转化，输出光信 号。因此最主要的信号转化系统是光电转化器。光电转换一般通过氛灯管，显象管等，输 入的电信号，输出时或经光机扫描时序输出光点；或经电子扫描在荧光屏上输出整幅图像。 目前很少将电信号直接转换记录在胶片上，而是记录在模拟磁带上，磁带回放制成胶片的 过程可以在实验室进行，可使传感器的结构变得更加简单。 4 输出器 传感器的最终目的是要把接收到的各种电磁波信息，用适当方式输出，亦即提供原始 的资料、数据。输出必须有一定的仪器设备记录。遥感影像信息的输出一般分直接与间接 两种方式。直接方式有摄影分幅胶片，扫描航带胶片、合成孔径雷达的波带片；还有一种 是在显像管荧光屏上显示，对于荧光屏上的图像仍需用摄影方式把它拍成胶片。间接方式 有模拟磁带和数字磁带。模拟磁带回放出来的信息电信号可通过电光转化显示图像；数字 磁带记录时要经过模数转换，回放时要经过数模转换，最后仍要通过光电转化才能显示图 像。输出器的类型有扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁带记录仪、彩色喷墨记录 仪等
4.2.2传感器的分类 遥感传感器是获取遥感数据的关键设备，由于设计和获取数据的特点不同，传感器的 种类也较多。按照不同的分类标准，有如下分类方式（图45），但现代实际的遥感传感器 往往是多波段、多方式的组合传感器。 微波辐射计 地磁测量仪 非成像方式 重力测量仪 傅立叶光谱仪 非扫描方式 其它 一里白 天然影任 成像方式一照相机 红外 被动方式 影色红外 一其它 一相面扫描方式一匚心授像机 一体扫描仪 扫描方式一成像方式 一光机扫描仪 传感器 L物面扫描方式微波辐射计 微波散射计 微波高度计 一非扫描方北一非成俊方式一 激光光语 激光高度计 激光水深 主动方式 L激光测距仪 一微波散射计 厂物面扫描方式 真实孔径雷达 扫描方式一 成像方式 合成孔径雷达 像面扫描方式一 被动型相控阵雷达 图45传感器的分类 ①按电磁波辐射来源分类：可分为主动式传感器和被动式传感器。主动式传感器本身 向目标发射电磁波，然后收集从目标反射回来的电磁波信息，如合成孔径侧视雷达等：被 动式传感器收集的是地面日标反射来自太阳光的能量或日标本身辐射的电磁波能量，如摄 影相机和多光谱扫描仪等。 ②按传感器的成像原理和所获取图像的性质不同分类：可将传感器分为摄影机、扫描 仪和雷达三种。摄影机按所获取图像的特性又可细分为框幅式、缝隙式、全景式三种：扫 描类型的传感器按扫描成像方式又可分为光机扫描仪和推帚式扫描仪：雷达按其天线形式 分为真实孔径雷达和合成孔径雷达
7 4.2.2 传感器的分类 遥感传感器是获取遥感数据的关键设备，由于设计和获取数据的特点不同，传感器的 种类也较多。按照不同的分类标准，有如下分类方式（图 4-5），但现代实际的遥感传感器 往往是多波段、多方式的组合传感器。 ①按电磁波辐射来源分类：可分为主动式传感器和被动式传感器。主动式传感器本身 向目标发射电磁波，然后收集从目标反射回来的电磁波信息，如合成孔径侧视雷达等；被 动式传感器收集的是地面目标反射来自太阳光的能量或目标本身辐射的电磁波能量，如摄 影相机和多光谱扫描仪等。 ②按传感器的成像原理和所获取图像的性质不同分类：可将传感器分为摄影机、扫描 仪和雷达三种。摄影机按所获取图像的特性又可细分为框幅式、缝隙式、全景式三种；扫 描类型的传感器按扫描成像方式又可分为光机扫描仪和推帚式扫描仪；雷达按其天线形式 分为真实孔径雷达和合成孔径雷达。 图 4-5 传感器的分类 微波辐射计 地磁测量仪 重力测量仪 傅立叶光谱仪 其它 非成像方式 微波散射计 微波高度计 激光光谱仪 激光高度计 激光水深计 激光测距仪 TV 摄像机 固体扫描仪 光机扫描仪 微波辐射计 黑白 天然彩色 红外 彩色红外 其它 成像方式 非扫描方式 照相机 被动方式 传感器 扫描方式 成像方式 物面扫描方式 相面扫描方式 非扫描方式 非成像方式 扫描方式 成像方式 物面扫描方式 像面扫描方式 微波散射计 真实孔径雷达 合成孔径雷达 被动型相控阵雷达 主动方式 像面扫描方式 像面扫描方式
③按传感器对电磁波信息的记录方式分类：可分为成像方式的传感器和非成像方式的 传感器。成像方式的传感器的输出结果是目标的图像，而非成像方式的传感器的输出结果 是研究对像的特征数据，如微波高度计记录的是目标距平台的高度数据。 4.2.3传感器的性能 传感器是遥感技术系统的关键设备，其性能直接影响到遥感成果的好坏。反映传感器 性能的指标很多，其中最重要的且直接影响到应用效果的有三个：地面分辨率、灰度分辨 率和波谱分辨率。 1地面分辨率 地面分辨率是用来表征传感器获得的影像反映地表景物细节能力的指标，亦称为空间 分辨率，定义为影像上能够详细区分的最小单元所代表的地面距离的大小。可见地面分辨 率m是由传感器系统的分辨率n及传感器工作时的比例尺S决定的： m= 影像的比例尺可以缩小放大，而地面分辨率是不变的。地面分辨率在不同比例尺的具 体影像上的反映叫做影像分辨率。举例来说，陆地卫星MSS的地面分辨率为79×79m,笼 统地讲其地面分辨率为79m。在1：100万图像上，其影像分辨率为0.079mm,在1：10万 图像上，其影像分辨率为0.79m 传感器系统的分辨率受传感器收集系统的分辨率、探测元件的分辨率和灵敏度等多种 因素的制约。一般传感器的角分辨率（地面分辨率对传感器的张角）B与波长入和收集器 的孔径D有关 2B=A/D 当收集器的孔径一定时，可见光与微波的波长相差4~5个数量级，因此地面分辨率也 相差很大。总的说来，可见光传感器地面分辨率最高，热红外波段次之，微波波段最差。 2灰度分辨率 灰度分辨率是表征传感器所能探测到的最小辐射功率的指标，指影像记录的灰度值的 最小差值。在不同波段，用不同传感器获得的影像灰度分辨率很不相同。摄影胶片的灵敏 度很高。原则上认为摄影成像的灰度是连续的，因此灰度分辨率对相机而言是没有意义的。 使用各种量子探测器和热探测器的传感器因受探测器灵敏度的限制，灰度分辨率较低。灰 度记录是分级的，一股分为2级。灰度分辨率越高，可记录的灰度级别就越多。对可见光 波段的影像而言，灰度分为2=128级，这样的灰度等级足可以满足目视解译的要求，不需 要作更精细的划分，也就是说对灰度分辨率要求不高。对热红外遥感而言，灰度变化反映 了地物亮度温度的变化，地物亮度温度变化是我们最关注的目标，这时的灰度分辨率（也 可称温度分辨率)越高，对地物亮度温度区分得越细，效果就越好。 但是对一定的传感器来讲，地面分辨率和灰度分辨率是一对矛盾体。要提高地面分辨 率，就要缩小瞬时地面机场，探测器接收的辐射能将随之减少，灰度分辨率就要降低。因 此，有时为了提高地面分辨率而牺牲灰度分辨率，有时则为了提高灰度分辨率而牺牲地面 分辨率。只有探测器的灵敏度提高，二者才能同时得到提高。 8
8 ③按传感器对电磁波信息的记录方式分类：可分为成像方式的传感器和非成像方式的 传感器。成像方式的传感器的输出结果是目标的图像，而非成像方式的传感器的输出结果 是研究对像的特征数据，如微波高度计记录的是目标距平台的高度数据。 4.2.3 传感器的性能 传感器是遥感技术系统的关键设备，其性能直接影响到遥感成果的好坏。反映传感器 性能的指标很多，其中最重要的且直接影响到应用效果的有三个：地面分辨率、灰度分辨 率和波谱分辨率。 1 地面分辨率 地面分辨率是用来表征传感器获得的影像反映地表景物细节能力的指标，亦称为空间 分辨率，定义为影像上能够详细区分的最小单元所代表的地面距离的大小。可见地面分辨 率 m 是由传感器系统的分辨率 n 及传感器工作时的比例尺 S 决定的： m=n/s 影像的比例尺可以缩小放大，而地面分辨率是不变的。地面分辨率在不同比例尺的具 体影像上的反映叫做影像分辨率。举例来说，陆地卫星 MSS 的地面分辨率为 79×79 m2，笼 统地讲其地面分辨率为 79m。在 1︰100 万图像上，其影像分辨率为 0.079mm，在 1︰10 万 图像上，其影像分辨率为 0.79mm。 传感器系统的分辨率受传感器收集系统的分辨率、探测元件的分辨率和灵敏度等多种 因素的制约。一般传感器的角分辨率（地面分辨率对传感器的张角）β与波长λ和收集器 的孔径 D 有关 2β=λ/D 当收集器的孔径一定时，可见光与微波的波长相差 4～5 个数量级，因此地面分辨率也 相差很大。总的说来，可见光传感器地面分辨率最高，热红外波段次之，微波波段最差。 2 灰度分辨率 灰度分辨率是表征传感器所能探测到的最小辐射功率的指标，指影像记录的灰度值的 最小差值。在不同波段，用不同传感器获得的影像灰度分辨率很不相同。摄影胶片的灵敏 度很高。原则上认为摄影成像的灰度是连续的，因此灰度分辨率对相机而言是没有意义的。 使用各种量子探测器和热探测器的传感器因受探测器灵敏度的限制，灰度分辨率较低。灰 度记录是分级的，一股分为 2 n 级。灰度分辨率越高，可记录的灰度级别就越多。对可见光 波段的影像而言，灰度分为 2 7=128 级，这样的灰度等级足可以满足目视解译的要求，不需 要作更精细的划分，也就是说对灰度分辨率要求不高。对热红外遥感而言，灰度变化反映 了地物亮度温度的变化，地物亮度温度变化是我们最关注的目标，这时的灰度分辨率（也 可称温度分辨率）越高，对地物亮度温度区分得越细，效果就越好。 但是对一定的传感器来讲，地面分辨率和灰度分辨率是一对矛盾体。要提高地面分辨 率，就要缩小瞬时地面机场，探测器接收的辐射能将随之减少，灰度分辨率就要降低。因 此，有时为了提高地面分辨率而牺牲灰度分辨率，有时则为了提高灰度分辨率而牺牲地面 分辨率。只有探测器的灵敏度提高，二者才能同时得到提高
3波谱分辨率 波谱分辨率指传感器所用波段数、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。 “般来说传感器的波段越多，频带宽度越窄，所包含的信息量越大，针对 性越强。多波段像片可以对照分析或进行彩色合成，为目视解译提供方便。目前使用的传 感器，特别是扫描仪，少则三五个通道，多的达20甚至上百个通道 遥感传感器的种类很多，但最基本的传感器有三种典型类型：可见光遥感的摄影机， 热红外遥感的扫描仪和微波遥感的合成孔径雷达。它们具有不同的技术水平和特性。 无论是那一种传感器，它的敏感元件对地面的分辨率是判断其遥感能力的重要标志。 一般对地面分辨率而言，可见光波段最高，热红外波段次之，微波波段最差。但是，可见 光遥感传感器的敏感元件，无论是胶片，还是光电管，可探测到107瓦的辐射功率：红外 探测元件的噪声等效功率NEP一般在1012~10B瓦/赫微波(3mm -3cm)的NEP一般 1019一1020瓦/赫，因此微波探测器的灵敏度最高，可见光次之，热红外最差。表4一2 为可见光摄影机，热红外扫描仪和微波合成孔径雷达的性能比较，由表可见各有所长，应 该联合使用这些传感器才能取长补短。 表4-2典型传成器性能比较 运感传感器 性能 可见光照相机 热红外扫描仪 微波合成孔径雷达 日夜工作 5 10 10 全天候工作（穿透云、雾、雨） 10 探测水下深度 探测地表以下深度 5(地热) 8(千沙、干冰) 地面分辨率 9 7 9 物质成分分辨率 9 6 温度分潮率 5 10(热惯性) 10 导电率分辨率 10 几何逼真程度 10 10 立体能力 10(像对) 5,8(像对) 10 远距离能力 7 4 10 判别运动目标 7 9 图像解译难易程度 10 6 8 装备的难易程度 9 4 注：表中数字表示效果好坏的程度，】为效果最坏，10为效果最好 不同的专业选用遥感器时，需要根据地物的波谱特性和必须的地面分辨率米考虑最适 当的传感器。 一般地说，传感器的波段多，分辨率高，获取的信息量大，就认为是遥感的 能力强，但也不尽然。对于特定的地物，并不是波段越多、分辨率越高效果就越好，而要 根据目标的波谱特性和必需的地面分辨率和灰度分辨率来考虑。在某些情况下，波段太多， 分辨率太高，接收到的信息量太大，反而会“掩盖”地物电磁辐射特性，不利于快速探测 9
9 3 波谱分辨率 波谱分辨率指传感器所用波段数、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。一般来说传感器的波段越多，频带宽度越窄，所包含的信息量越大，针对 性越强。多波段像片可以对照分析或进行彩色合成，为目视解译提供方便。目前使用的传 感器，特别是扫描仪，少则三五个通道，多的达 20 甚至上百个通道。 遥感传感器的种类很多，但最基本的传感器有三种典型类型：可见光遥感的摄影机， 热红外遥感的扫描仪和微波遥感的合成孔径雷达。它们具有不同的技术水平和特性。 无论是那一种传感器，它的敏感元件对地面的分辨率是判断其遥感能力的重要标志。 一般对地面分辨率而言，可见光波段最高，热红外波段次之，微波波段最差。但是，可见 光遥感传感器的敏感元件，无论是胶片，还是光电管，可探测到 10-17 瓦的辐射功率；红外 探测元件的噪声等效功率 NEP 一般在 10-12～10-13 瓦／赫；微波(3mm－3cm)的 NEP 一般 10-19～10-20 瓦／赫，因此微波探测器的灵敏度最高，可见光次之，热红外最差。表 4－2 为可见光摄影机，热红外扫描仪和微波合成孔径雷达的性能比较，由表可见各有所长，应 该联合使用这些传感器才能取长补短。 表 4-2 典型传感器性能比较 遥感传感器 性能 可见光照相机 热红外扫描仪 微波合成孔径雷达 日夜工作 5 10 10 全天候工作（穿透云、雾、雨） 1 2 10 探测水下深度 5 1 1 探测地表以下深度 1 5（地热） 8（干沙、干冰） 地面分辨率 9 7 9 物质成分分辨率 9 4 6 温度分辨率 5 10（热惯性） 10 导电率分辨率 1 1 10 几何逼真程度 10 7 10 立体能力 10（像对） 5，8（像对） 10 远距离能力 7 4 10 判别运动目标 5 7 9 图像解译难易程度 10 6 8 装备的难易程度 10 9 4 注：表中数字表示效果好坏的程度，1 为效果最坏，10 为效果最好 不同的专业选用遥感器时，需要根据地物的波谱特性和必须的地面分辨率来考虑最适 当的传感器。一般地说，传感器的波段多，分辨率高，获取的信息量大，就认为是遥感的 能力强，但也不尽然。对于特定的地物，并不是波段越多、分辨率越高效果就越好，而要 根据目标的波谱特性和必需的地面分辨率和灰度分辨率来考虑。在某些情况下，波段太多， 分辨率太高，接收到的信息量太大，反而会“掩盖”地物电磁辐射特性，不利于快速探测
