CH 傳感器及其成像原理PPT課件

1、1遙感傳感器（Sensor） 遙感傳感器是獲取遙感數(shù)據(jù)的設(shè)備，是遙感技術(shù)最核心的部分，直接用于測(cè)量地物的電磁波特性。第1頁(yè)/共58頁(yè)2傳感器類型（1）按有無發(fā)射電磁波的能力分 主動(dòng) 被動(dòng)第2頁(yè)/共58頁(yè)3掃描成像類型傳感器物面掃描：對(duì)地面直接掃描成像，例紅外掃描儀、多光譜掃描儀、自旋和步進(jìn)式成像儀、多頻段頻譜儀等。像面掃描：瞬間在像面上先形成線圖像或二維圖像，然后對(duì)影像進(jìn)行掃描成像，例如線陣列CCD推掃式成像儀、電視攝象機(jī)等。成像光譜儀第3頁(yè)/共58頁(yè)4第4頁(yè)/共58頁(yè)51、掃描成像過程第5頁(yè)/共58頁(yè)62、紅外掃描儀特性 空間分辨率 溫度分辨率 溫度分辨率與 有關(guān)； 傳感器系統(tǒng)內(nèi)噪聲等效溫度

2、限制在0.10.5K之間; 系統(tǒng)的溫度分辨率一般為等效噪聲溫度的26倍。第6頁(yè)/共58頁(yè)7垂直向下觀測(cè)時(shí)fd /HaHfda a第7頁(yè)/共58頁(yè)8傾斜觀測(cè)時(shí)Haseccos/00HHHsecsecsec0aaaHHa第8頁(yè)/共58頁(yè)9全景畸變aa第9頁(yè)/共58頁(yè)103、掃描線的銜接taW WataWt aWt taW tHW第10頁(yè)/共58頁(yè)114、熱紅外像片的色調(diào)特征 熱紅外像片上的色調(diào)變化與相應(yīng)地物的輻射強(qiáng)度變化成函數(shù)關(guān)系； 與地物輻射強(qiáng)度有關(guān)的因素： 地物的發(fā)射率 地物的溫度 地物輻射強(qiáng)度的變化對(duì)溫度更為敏感； 溫度的變化在圖像上能產(chǎn)生較高的色調(diào)差別。第11頁(yè)/共58頁(yè)12多光譜掃描儀M

3、SS（Multispectral Scanner）TM（Thematic Mapper）ETM（Enhanced Thematic Mapper）第12頁(yè)/共58頁(yè)13MSS第13頁(yè)/共58頁(yè)141、MSS結(jié)構(gòu) 掃描反射鏡 橢圓形、表面鍍銀，擺動(dòng)幅度為2.89度，頻率為13.62赫茲，周期為73.42毫秒，總視場(chǎng)角為11.56度。 可獲取垂直飛行方向兩邊共185公里范圍內(nèi)景物的輻射能量，配合飛行器的運(yùn)動(dòng)獲得地表的二維圖像。 反射鏡組 包括主、次反射鏡組，將掃描鏡反射進(jìn)入的地面景物聚焦在成像板上。 成像板 排列24+2個(gè)玻璃纖維單元。分四列，每列對(duì)應(yīng)一個(gè)波段。每個(gè)纖維單元瞬時(shí)視場(chǎng)為86微弧。 探

4、測(cè)器 個(gè)數(shù)與玻璃纖維單元個(gè)數(shù)相同，類型與波段有關(guān)。能將輻射能變成電信號(hào)輸出。第14頁(yè)/共58頁(yè)15第15頁(yè)/共58頁(yè)162、成像過程 掃描一次每個(gè)波段獲取6條掃描線圖像，對(duì)應(yīng)地面范圍為474米x185公里。 在掃描一次的時(shí)間里衛(wèi)星往前正好運(yùn)動(dòng)474米，掃描線正好銜接。但因地球自轉(zhuǎn)，掃描位置有向西移位現(xiàn)象。 成像板上的光學(xué)纖維將接收的輻射能傳遞到探測(cè)器，對(duì)探測(cè)器的輸出進(jìn)行采樣、編碼（A/D轉(zhuǎn)換），饋入天線向地面發(fā)送。第16頁(yè)/共58頁(yè)17第17頁(yè)/共58頁(yè)183、地面接收及產(chǎn)品 遙感數(shù)據(jù)地面接收由遙感地面接收站完成； 接收站主要接收遙感圖像信息衛(wèi)星姿態(tài)、星歷參數(shù)第18頁(yè)/共58頁(yè)19MSS產(chǎn)品

5、粗加工產(chǎn)品 經(jīng)過輻射校準(zhǔn)、幾何校正、分幅注記 精加工產(chǎn)品 在粗加工的基礎(chǔ)上，用地面控制點(diǎn)進(jìn)行了糾正 特殊處理產(chǎn)品 根據(jù)用戶的要求做了一些特殊處理第19頁(yè)/共58頁(yè)20TM第20頁(yè)/共58頁(yè)21TM空間分辨率第21頁(yè)/共58頁(yè)22TM波段選擇第22頁(yè)/共58頁(yè)23 輻射準(zhǔn)確度和較高輻射分辨率是定量遙感的基礎(chǔ)。 掃描儀內(nèi)設(shè)有一個(gè)白熾燈，用來作可見光和近紅外波段的標(biāo)準(zhǔn)源；TM6用黑體源作為校正源。 每個(gè)像元的亮度值用8bit編碼。第23頁(yè)/共58頁(yè)24ETM+第24頁(yè)/共58頁(yè)25HRV （High Resolution Visible Range Instrument） HRV的結(jié)構(gòu) HRV的成像

6、原理 HRV立體觀測(cè)第25頁(yè)/共58頁(yè)26第26頁(yè)/共58頁(yè)27 SPOT衛(wèi)星上的兩種HRV： 第27頁(yè)/共58頁(yè)28 線陣列探測(cè)器在瞬間能同時(shí)得到垂直航線的一條圖像線，不需要用擺動(dòng)的掃描鏡，以“推掃”方式獲取沿軌道的連續(xù)圖像條帶。第28頁(yè)/共58頁(yè)29nSPOT上并排安裝兩臺(tái)HRV，每臺(tái)視場(chǎng)寬都為60KM，兩者間有3KM重疊，總視場(chǎng)寬為117KM；相鄰軌道間約有9KM重疊。第29頁(yè)/共58頁(yè)30HRV立體觀測(cè) 平面反射鏡可向左右兩側(cè)旋轉(zhuǎn)，最大角度達(dá)27度，從而實(shí)現(xiàn)傾斜觀測(cè)； 軌道間立體觀測(cè)； 通過軌道間重復(fù)觀測(cè)，可建立立體模型；可獲取多時(shí)相圖像。第30頁(yè)/共58頁(yè)31成像光譜儀高光譜遙感第3

7、1頁(yè)/共58頁(yè)32兩種類型 面陣探測(cè)器+推掃式掃描用線陣列探測(cè)器進(jìn)行掃描，利用色散元件將收集到的光譜信息分散成若干個(gè)波段后，分別成像于面陣列的不同行。利用色散元件和面陣探測(cè)器完成；利用線陣探測(cè)器及沿軌道方向的運(yùn)動(dòng)完成。空間分辨率高。第32頁(yè)/共58頁(yè)33第33頁(yè)/共58頁(yè)34第34頁(yè)/共58頁(yè)35雷達(dá)成像類型傳感器利用波長(zhǎng)1cm1m的微波波段進(jìn)行遙感主動(dòng)式、成像、微波傳感器不受天氣的制約，可進(jìn)行全天候觀測(cè)距離測(cè)量系統(tǒng)第35頁(yè)/共58頁(yè)36 發(fā)射機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，經(jīng)天線向觀測(cè)地區(qū)發(fā)射；地物反射脈沖信號(hào)，也由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制進(jìn)入接收機(jī)，接收的信號(hào)在顯示器上顯示，或記錄在磁帶上。第36頁(yè)/

8、共58頁(yè)37 其中包含系統(tǒng)參數(shù)如雷達(dá)波的波長(zhǎng)、發(fā)射功率、照射面積和方向、極化等；以及目標(biāo)參數(shù)如地物的復(fù)介電常數(shù)，地面粗糙等等。vtR214322)4(RGPPtr雷達(dá)接收回波第37頁(yè)/共58頁(yè)38主要內(nèi)容 真實(shí)孔徑雷達(dá) 合成孔徑雷達(dá) 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征 相干雷達(dá)第38頁(yè)/共58頁(yè)39真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá) 發(fā)射機(jī)向側(cè)向面內(nèi)發(fā)射一束脈沖，被地物反射后，由天線接收； 由于地面各點(diǎn)到雷達(dá)的距離不同，接收機(jī)收到許多信號(hào)，以它們到雷達(dá)距離的遠(yuǎn)近，先后依序記錄； 信號(hào)的強(qiáng)度除與系統(tǒng)參數(shù)外，還與輻照帶內(nèi)各種地物的特性、形狀、坡向等有關(guān)； 回波信號(hào)經(jīng)電子處理器處理后形成的圖象線被記錄； 隨著飛機(jī)的飛行，對(duì)一條條

9、輔照帶連續(xù)掃描，得到由回波信號(hào)強(qiáng)弱表示的條帶圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的二維掃描。一、成像過程:第39頁(yè)/共58頁(yè)40二、分辨率 距離分辨率 在脈沖發(fā)射的方向上，能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離。 方位分辨率 指相鄰的兩束脈沖之間，能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離。 sec2cRr2cRdRDRR第40頁(yè)/共58頁(yè)41對(duì)分辨率的討論： 距離分辨率 距離分辨率與距離并無關(guān)系 可采用減小脈沖寬度的方法改善距離向分辨率 減小脈沖寬度是有一定限度的 方位分辨率 要提高方位分辨率，理論上可采用波長(zhǎng)較短的電磁波，加大天線孔徑和縮短觀測(cè)距離的方法 但三種方法，使用時(shí)均受到一定限制 可采用合成孔徑技術(shù)來改善方位分辨率sec2cRrRD

10、RR2cRd第41頁(yè)/共58頁(yè)42合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar）一、工作原理：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移動(dòng)；在移動(dòng)中選擇若干個(gè)位置，在每個(gè)位置上發(fā)射一個(gè)信號(hào)，接收相應(yīng)發(fā)射位置的回波信號(hào)貯存記錄下來，存儲(chǔ)時(shí)必須同時(shí)保存接收信號(hào)的幅度和相位；如果把真實(shí)孔徑天線劃分成許多小單元，則每個(gè)小單元接收回波信號(hào)的過程與合成孔徑天線在不同位置上接收回波的過程相似；每個(gè)信號(hào)由于目標(biāo)到飛機(jī)之間球面波的距離不同，相位和幅度也不同，不過其變化有規(guī)律可循；由接收信號(hào)形成的圖像是相干圖像，需經(jīng)處理后，才能恢復(fù)地面的實(shí)際圖像。第42頁(yè)/共58頁(yè)43第43頁(yè)/共58

11、頁(yè)44第44頁(yè)/共58頁(yè)45第45頁(yè)/共58頁(yè)46第46頁(yè)/共58頁(yè)47二、合成孔徑雷達(dá)的方位向分辨率 則用合成孔徑雷達(dá)的實(shí)際天線孔徑來成像 用合成孔徑技術(shù)后NoImage例：若天線孔徑為8m，波長(zhǎng)為4cm，目標(biāo)與飛機(jī)間的距離為400kmNoImagekmRRDR2RLRssRDRLsmRDRss42/mRDRss8第47頁(yè)/共58頁(yè)48側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征u斜距投影22cosHRRG第48頁(yè)/共58頁(yè)49u 幾何特征1、比例尺:垂直飛行方向(y)的比例尺由小變大。山體前傾，朝向傳感器的山坡影像被壓縮，背向傳感器的山坡被拉長(zhǎng)。會(huì)出現(xiàn)不同地物的重影現(xiàn)象陰影區(qū)地物無回波信號(hào)第49頁(yè)/共58頁(yè)50

12、3、高差產(chǎn)生的投影差與中心投影差位移的方向相反，位移量也不同。NoImagePPhRR 0hPPRR0兩種立體成像方式：同側(cè)獲取立體像對(duì)異側(cè)獲取立體像對(duì)第50頁(yè)/共58頁(yè)51相干雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)二維成像SAR 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量InSAR將由雷達(dá)影像復(fù)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出的雷達(dá)信號(hào)的相位信息作為信息源，利用這些相位信息提取地表的三維信息。 通過安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的雷達(dá)天線不斷地發(fā)射脈沖信號(hào)，接收它們?cè)诘孛娴幕夭ㄐ盘?hào)，經(jīng)信號(hào)的成像處理形成二維SAR影像，影像中的每一像素的幅度只與目標(biāo)的后向散射系數(shù)有關(guān)。定性遙感定量遙感第51頁(yè)/共58頁(yè)52相干雷達(dá)成像原理通過 ，獲取地面同一景觀的 。由于目標(biāo)與天線位置的

13、幾何關(guān)系，在復(fù)圖像上產(chǎn)生相位差，形成。干涉條紋圖包含了斜距向上的點(diǎn)與兩天線的精確信息。利用傳感器高度，雷達(dá)波長(zhǎng)，波束視向及天線基線距之間的幾何關(guān)系，可以精確地測(cè)量出圖像中每一點(diǎn)的三維位置。兩副天線同時(shí)觀測(cè)（單軌模式）兩次平行觀測(cè)（重復(fù)軌道模式）第52頁(yè)/共58頁(yè)53兩次平行觀測(cè)（重復(fù)軌道模式） 基本原理S1發(fā)射電磁波，S1和S2同時(shí)接收目標(biāo)反射的回波，則返回信號(hào)的相位為：rtrt)(2)(22121P對(duì)S1和S2有相位差（P為系數(shù) ）單軌道雙天線模式 P=1單天線重復(fù)軌道模式 P=2第53頁(yè)/共58頁(yè)54若復(fù)數(shù)影像1|11je2|22je對(duì)應(yīng)像素值共軛相乘，得干涉圖21int)(2121|je從而，得相位差)Re()Im(arctan(intint)Re()Im(arctan()2 ,mod(intintm需要通過相位解纏（phase unw