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，直接用于測量地物的電磁波特性。第1頁/共58頁2傳感器類型（1）按有無發(fā)射電磁波的能力分 主動 被動第2頁/共58頁3掃描成像類型傳感器物面掃描：對地面直接掃描成像，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，然后對影像進行掃描成像，例如線陣列CCD推掃式成像儀、電視攝象機等。成像光譜儀第3頁/共58頁4第4頁/共58頁51、掃描成像過程第5頁/共58頁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/共58頁7垂直向下觀測時fd /HaHfda a第7頁/共58頁8傾斜觀測時Haseccos/00HHHsecsecsec0aaaHHa第8頁/共58頁9全景畸變aa第9頁/共58頁103、掃描線的銜接taW WataWt aWt taW tHW第10頁/共58頁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)地物的輻射強度變化成函數(shù)關(guān)系； 與地物輻射強度有關(guān)的因素： 地物的發(fā)射率 地物的溫度 地物輻射強度的變化對溫度更為敏感； 溫度的變化在圖像上能產(chǎn)生較高的色調(diào)差別。第11頁/共58頁12多光譜掃描儀M

3、SS（Multispectral Scanner）TM（Thematic Mapper）ETM（Enhanced Thematic Mapper）第12頁/共58頁13MSS第13頁/共58頁141、MSS結(jié)構(gòu) 掃描反射鏡 橢圓形、表面鍍銀，擺動幅度為2.89度，頻率為13.62赫茲，周期為73.42毫秒，總視場角為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，配合飛行器的運動獲得地表的二維圖像。 反射鏡組 包括主、次反射鏡組，將掃描鏡反射進入的地面景物聚焦在成像板上。 成像板 排列24+2個玻璃纖維單元。分四列，每列對應(yīng)一個波段。每個纖維單元瞬時視場為86微弧。 探

4、測器 個數(shù)與玻璃纖維單元個數(shù)相同，類型與波段有關(guān)。能將輻射能變成電信號輸出。第14頁/共58頁15第15頁/共58頁162、成像過程 掃描一次每個波段獲取6條掃描線圖像，對應(yīng)地面范圍為474米x185公里。 在掃描一次的時間里衛(wèi)星往前正好運動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。 成像板上的光學纖維將接收的輻射能傳遞到探測器，對探測器的輸出進行采樣、編碼（A/D轉(zhuǎn)換），饋入天線向地面發(fā)送。第16頁/共58頁17第17頁/共58頁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/共58頁19MSS產(chǎn)品

5、粗加工產(chǎn)品 經(jīng)過輻射校準、幾何校正、分幅注記 精加工產(chǎn)品 在粗加工的基礎(chǔ)上，用地面控制點進行了糾正 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/共58頁20TM第20頁/共58頁21TM空間分辨率第21頁/共58頁22TM波段選擇第22頁/共58頁23 輻射準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)有一個白熾燈，用來作可見光和近紅外波段的標準源；TM6用黑體源作為校正源。 每個像元的亮度值用8bit編碼。第23頁/共58頁24ETM+第24頁/共58頁25HRV （High Resolution Visible Range Instrument） HRV的結(jié)構(gòu) HRV的成像

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

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

8、共58頁37 其中包含系統(tǒng)參數(shù)如雷達波的波長、發(fā)射功率、照射面積和方向、極化等；以及目標參數(shù)如地物的復(fù)介電常數(shù)，地面粗糙等等。vtR214322)4(RGPPtr雷達接收回波第37頁/共58頁38主要內(nèi)容 真實孔徑雷達 合成孔徑雷達 側(cè)視雷達圖像的幾何特征 相干雷達第38頁/共58頁39真實孔徑側(cè)視雷達 發(fā)射機向側(cè)向面內(nèi)發(fā)射一束脈沖，被地物反射后，由天線接收； 由于地面各點到雷達的距離不同，接收機收到許多信號，以它們到雷達距離的遠近，先后依序記錄； 信號的強度除與系統(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)； 回波信號經(jīng)電子處理器處理后形成的圖象線被記錄； 隨著飛機的飛行，對一條條

9、輔照帶連續(xù)掃描，得到由回波信號強弱表示的條帶圖像，實現(xiàn)對地面的二維掃描。一、成像過程:第39頁/共58頁40二、分辨率 距離分辨率 在脈沖發(fā)射的方向上，能分辨兩個目標的最小距離。 方位分辨率 指相鄰的兩束脈沖之間，能分辨兩個目標的最小距離。 sec2cRr2cRdRDRR第40頁/共58頁41對分辨率的討論： 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，理論上可采用波長較短的電磁波，加大天線孔徑和縮短觀測距離的方法 但三種方法，使用時均受到一定限制 可采用合成孔徑技術(shù)來改善方位分辨率sec2cRrRD

10、RR2cRd第41頁/共58頁42合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar）一、工作原理：用一個小天線作為單個輻射單元，將此單元沿一直線不斷移動；在移動中選擇若干個位置，在每個位置上發(fā)射一個信號，接收相應(yīng)發(fā)射位置的回波信號貯存記錄下來，存儲時必須同時保存接收信號的幅度和相位；如果把真實孔徑天線劃分成許多小單元，則每個小單元接收回波信號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；每個信號由于目標到飛機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)地面的實際圖像。第42頁/共58頁43第43頁/共58

11、頁44第44頁/共58頁45第45頁/共58頁46第46頁/共58頁47二、合成孔徑雷達的方位向分辨率 則用合成孔徑雷達的實際天線孔徑來成像 用合成孔徑技術(shù)后NoImage例：若天線孔徑為8m，波長為4cm，目標與飛機間的距離為400kmNoImagekmRRDR2RLRssRDRLsmRDRss42/mRDRss8第47頁/共58頁48側(cè)視雷達圖像的幾何特征u斜距投影22cosHRRG第48頁/共58頁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。會出現(xiàn)不同地物的重影現(xiàn)象陰影區(qū)地物無回波信號第49頁/共58頁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)獲取立體像對異側(cè)獲取立體像對第50頁/共58頁51相干雷達合成孔徑雷達二維成像SAR 合成孔徑雷達干涉測量InSAR將由雷達影像復(fù)數(shù)據(jù)推導出的雷達信號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。 通過安裝在運動平臺上的雷達天線不斷地發(fā)射脈沖信號，接收它們在地面的回波信號，經(jīng)信號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的后向散射系數(shù)有關(guān)。定性遙感定量遙感第51頁/共58頁52相干雷達成像原理通過 ，獲取地面同一景觀的 。由于目標與天線位置的

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與兩天線的精確信息。利用傳感器高度，雷達波長，波束視向及天線基線距之間的幾何關(guān)系，可以精確地測量出圖像中每一點的三維位置。兩副天線同時觀測（單軌模式）兩次平行觀測（重復(fù)軌道模式）第52頁/共58頁53兩次平行觀測（重復(fù)軌道模式） 基本原理S1發(fā)射電磁波，S1和S2同時接收目標反射的回波，則返回信號的相位為：rtrt)(2)(22121P對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/共58頁54若復(fù)數(shù)影像1|11je2|22je對應(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