遙感傳感器綜述

遙感傳感器綜述一、遙感傳感器的概念遙感傳感器是測(cè)量和記錄被探測(cè)物體的電磁波特性的工具，是遙感技術(shù)系統(tǒng)的重要組成部分。遙感傳感器根據(jù)不同工作的波段，適用的傳感器是不一樣的。目前遙感中常用的傳感器大致上可分為如下幾類(lèi):1）攝影類(lèi)型的傳感器2）掃描類(lèi)型的傳感器3）雷達(dá)成像類(lèi)型的傳感器4）非圖像類(lèi)型的傳感器攝影機(jī)主要用于可見(jiàn)光波段范圍。紅外掃描器、多譜段掃描器除了可見(jiàn)光波段外，還可記錄近紫外、紅外波段的信息。雷達(dá)則用于微波波段。、遙感傳感器的基本組成遙感傳感器主要由以下系統(tǒng)組成:遙感器的基本組成地物電磁波收集系統(tǒng)分光系統(tǒng)探測(cè)系統(tǒng)記錄系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換地物電磁波收集系統(tǒng)分光系統(tǒng)探測(cè)系統(tǒng)記錄系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換無(wú)論哪一種傳感器，它們基本是由收集系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)四部分組成。收集系統(tǒng)：遙感應(yīng)用技術(shù)是建立在地物的電微波譜特性基礎(chǔ)之上的，要收集地物的電磁波必須要有一種收集系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能在于把接收到的電磁波進(jìn)行聚集，然后關(guān)往探測(cè)系統(tǒng)。不同的遙感器使用的收集元件不同，最基本的收集元件是透鏡、反射鏡或天線(xiàn)。對(duì)于多波段遙感，收信系統(tǒng)還包括按波段分波束的元件，一般采用各種散元個(gè)成分光之件，例如：濾光片、棱鏡、光柵等。探測(cè)系統(tǒng)：遙感器中最重要的部分就是探測(cè)元件，它是真正接收地物電磁輻射的器件，常用的探測(cè)元件有感光膠片，光電敏感元件，固體敏感元件和波導(dǎo)等。信號(hào)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)：除了攝影照相機(jī)中的感膠片，電廣從光輻射輸入到光信號(hào)記錄，無(wú)須信號(hào)轉(zhuǎn)化之外，其它遙感器都有信號(hào)轉(zhuǎn)化問(wèn)題，光電敏感元件，固體敏感元件和波導(dǎo)等輸出的都是電信號(hào)，從電信號(hào)轉(zhuǎn)換到光信號(hào)必須有一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，這個(gè)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以直接進(jìn)行電光轉(zhuǎn)化，也可進(jìn)行間接轉(zhuǎn)換，先記錄在磁帶上，再經(jīng)磁帶加放，仍需經(jīng)電光轉(zhuǎn)換，輸出光信號(hào)記錄系統(tǒng)：遙感器的最終目的是要把接收到的各種電磁波信息，用適當(dāng)?shù)姆绞捷敵?，輸出必須有一定的記錄系統(tǒng)，遙感影像可以直接記錄在攝影膠片等上，也可記錄在磁帶上等。三、遙感影像的分辨率1空間分辨率2波譜分辨率3輻射分辨率(輻射靈敏度)1空間分辨率：能把兩個(gè)相鄰目標(biāo)作為兩個(gè)清晰實(shí)體記錄下來(lái)的兩目標(biāo)間的最小距離。取決于：象元大小(pixelsize)：每個(gè)象元對(duì)應(yīng)地面的范圍象解率(photographicresolution)：膠片上1毫米間隔內(nèi)包含的線(xiàn)對(duì)數(shù)，用線(xiàn)對(duì)7毫米來(lái)表示。一條白線(xiàn)加一條黑線(xiàn)構(gòu)成一個(gè)線(xiàn)對(duì)。象解率可以轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的象元大小瞬時(shí)視場(chǎng)角(IFOValnstantaneousFieldOfView)：電子傳感器的瞬時(shí)視域，用毫弧度表示。瞬時(shí)視場(chǎng)角小，空間分辨率高；反之，空間分辨率低(4)視場(chǎng)角(FOVfieldofview)：整個(gè)傳感器能夠受光的角度。相當(dāng)于視場(chǎng)角的地面距離叫觀(guān)測(cè)寬度或叫掃描寬度2波譜分辨率：指?jìng)鞲衅髟诮邮漳繕?biāo)輻射的波譜時(shí)，能分辨的最小波長(zhǎng)間隔取決于：傳感器的工作波段數(shù)目工作波段波長(zhǎng)波長(zhǎng)間隔(譜帶寬度)3輻射分辨率：指?jìng)鞲衅魈綔y(cè)原件在接收波譜輻射信號(hào)時(shí)，能分辨的最小輻射差。取決于傳感器輻射靈敏度數(shù)據(jù)的位數(shù)四、光學(xué)遙感器的特性光學(xué)遙感器所獲取的信息中最重要的特性有三個(gè)，即光譜特性，輻射度量特性和幾何特性，這些特性確定了光學(xué)遙感器的性能。光譜特性主要包括遙感器能夠觀(guān)測(cè)的電磁波的波長(zhǎng)范圍，各通道的中心波長(zhǎng)等。在照相膠片型的遙感器中，其光譜特性主要由所用的膠片的感光特性和能用濾光片的透射特性率決定；而在掃描型的遙感器中，則主要由所用的探測(cè)元件及分光元件的特性來(lái)決定。光學(xué)遙感器的輻射度量特性主要包括遙感器的探測(cè)精度(包括所測(cè)亮度的絕對(duì)精度和相對(duì)精度)、動(dòng)態(tài)范圍(可測(cè)量的最大信號(hào)與遙感器的可檢測(cè)的最小信號(hào)之比)，信噪比(有意義的信號(hào)功率與噪聲功率之比)等等，除些之外，還有把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量時(shí)所產(chǎn)生的量化等級(jí)，量化噪聲等。幾何特性是用光學(xué)遙感器的獲取的圖像的一些幾何學(xué)特征的物理量的描述的，主要指標(biāo)有視場(chǎng)角，瞬時(shí)視場(chǎng)，波段間的配準(zhǔn)等，視場(chǎng)角(FieldOfView-FOV)指遙感器能夠感光的空間范圍，也叫立體角，它與攝影機(jī)的視角掃描儀的掃描寬度意義相同；瞬時(shí)視場(chǎng)(IntantaneousFieldOfViewTFOV)是指探測(cè)系統(tǒng)在某一瞬時(shí)視場(chǎng)輻射列成像儀的總的輻射通量，而不管這個(gè)瞬時(shí)視場(chǎng)內(nèi)有多少性質(zhì)不同的目標(biāo)。也就是

說(shuō)，遙感器不能分辯出小于瞬時(shí)視場(chǎng)的目標(biāo)。因此，通常也把遙感器的瞬時(shí)視場(chǎng)稱(chēng)為它的“空間分辯率”，即遙感器所能分辨的最小目標(biāo)的尺寸；波段面的配準(zhǔn)用來(lái)衡量基準(zhǔn)波段與其它波段的位置偏差。五、掃描成像類(lèi)傳感器依靠探測(cè)元件和掃描鏡對(duì)目標(biāo)地物以瞬時(shí)視場(chǎng)為單位進(jìn)行的逐點(diǎn)、逐行取樣，以得到目標(biāo)地物電磁輻射特性信息，形成一定譜段的圖像，這類(lèi)傳感器就叫做掃描成像類(lèi)傳感器。掃描成像系統(tǒng)主要有以下三種：1用分離探測(cè)器和掃描鏡的光/機(jī)掃描系統(tǒng)2線(xiàn)性陣列的固體自?huà)呙柘到y(tǒng)3線(xiàn)陣或面陣高光譜成像光譜掃描系統(tǒng)1光/機(jī)掃描成像1）概念：依靠機(jī)械傳動(dòng)裝置使光學(xué)鏡頭擺動(dòng)，形成對(duì)目標(biāo)地物逐點(diǎn)逐行掃描。探測(cè)元件把接受到的電磁波能量能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在磁介質(zhì)上記錄或再經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換成為光能量，在設(shè)置于焦平面的膠片上形成影像。MSSSCANNINGARRANGEMENTFILTERSOSCILLATINGSCAK汕用心6detlctorsperband(24TOTAL.FO￡4BANDS}jfjitFUSFIELDUl'VJEW】2°WEST2）FIELDUl'VJEW】2°WEST2）光/機(jī)掃描儀工作原理:NORTHXfrEWATHWIDTH-..Il^iMILESEASTEASTSOUIM4LJNJ：5SCAN-BANDS4-7掃描鏡在機(jī)械驅(qū)動(dòng)下，隨遙感平臺(tái)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)而擺動(dòng)，依次對(duì)地面進(jìn)行掃描，地面物體的輻射波束經(jīng)掃描鏡反射，并經(jīng)透鏡聚焦和分光分別將不同波長(zhǎng)的波段分開(kāi)，再聚焦到感受不同波長(zhǎng)的探測(cè)元件上。3）幾種常見(jiàn)的光/機(jī)掃描儀紅外掃描儀：接受地物的紅外輻射能量，并把它傳給探測(cè)元件。多光譜掃描儀（MSS）:與紅外掃描儀基本類(lèi)似，其不同之處是，外加一個(gè)分光系統(tǒng)，把來(lái)自地物的電磁波信號(hào)，分成若干個(gè)不同的波段，同時(shí)用多個(gè)探測(cè)器同步記錄相應(yīng)波段的信息。而紅外掃描儀只在紅外波段工作。專(zhuān)題制圖儀TM：專(zhuān)題制圖儀TM的成像原理與MSS一致，與MSS相比，空間分辨率由80米提高到30米；探測(cè)波段由4個(gè)增加到7個(gè)4）幾種常見(jiàn)光/機(jī)掃描儀的特點(diǎn)利用光電探測(cè)器解決了各種波長(zhǎng)輻射的成像方法。輸出的電學(xué)圖像數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)、傳輸和處理方面十分方便。裝置龐雜，高速運(yùn)動(dòng)使其可靠性差；在成像機(jī)理上，存在著目標(biāo)輻射能量利用率低的致命弱點(diǎn)。2固體自?huà)呙璩上?）固體自?huà)呙枋怯霉潭ǖ奶綔y(cè)元件，通過(guò)遙感平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)對(duì)目標(biāo)地物進(jìn)行掃描的一種成像方式。2）電子藕合器件CCD：是一種用電荷量表示信號(hào)大小，用耦合方式傳輸信號(hào)的探測(cè)元件。具有感受波譜范圍寬、畸變小、體積小、重量輕、系統(tǒng)噪聲低、靈敏度高、動(dòng)耗小、壽命長(zhǎng)、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。3）掃描方式上具有刷式掃描成像特點(diǎn)。探測(cè)元件數(shù)目越多，體積越小，分辨率就越高。電子藕合器件CCD逐步替代光學(xué)機(jī)械掃描系統(tǒng)。3高光譜成像光譜掃描雖然多光譜遙感（MSS、TM、SPOT）較攝影遙感（單波段或少量波段）有許多優(yōu)勢(shì)。但是他們十分有限的波段、較寬的波段間隔均難以真實(shí)地反映地物的光譜反射特性的細(xì)微差異。成像光譜儀：既能成像又能獲取目標(biāo)光譜曲線(xiàn)的“譜像合一”的技術(shù)，稱(chēng)為成像光譜技術(shù)。按該原理制成的掃描儀稱(chēng)為成像光譜儀。高光譜成像掃描儀的特點(diǎn)：高光譜成像儀是遙感進(jìn)展的新技術(shù)，其圖像是多達(dá)數(shù)百個(gè)波段的非常窄的連續(xù)的光譜波段組成，光譜波段覆蓋了可見(jiàn)光、近紅外、中紅外和熱紅外區(qū)域全部光譜帶。光譜儀成像時(shí)多采用掃描式和推帚式，可以收集200或200以上波段的數(shù)據(jù)。使圖像中的每一像元均得到連續(xù)的反射率曲線(xiàn)，而不像其他一般傳統(tǒng)的成像光譜儀在波段之間存在間隔。六、雷達(dá)成像儀1雷達(dá)的定義發(fā)射電磁波信號(hào)并接收在其作用范圍內(nèi)的觀(guān)測(cè)物體（目標(biāo)）的回波的裝置2雷達(dá)成像原理側(cè)視雷達(dá)在飛機(jī)（或衛(wèi)星）飛行時(shí)間向垂直于航線(xiàn)的方向發(fā)射一個(gè)很窄波束，這個(gè)波束在航向上很窄，在距離方向很寬，復(fù)蓋了地面上一個(gè)很窄條帶，飛機(jī)在飛行時(shí)不斷發(fā)射這樣的波束，并不斷接收地面窄帶上的各種地物的反射信號(hào)，于是由這些波束掃視地面一條帶狀區(qū)域，形成圖中的成像帶.每個(gè)波束是由所發(fā)射的一個(gè)短的脈沖形成，這個(gè)脈沖遇到目標(biāo)后，一部分能量由地物反射返回雷達(dá)天線(xiàn)，即回標(biāo).地面上與飛機(jī)距離不同的目標(biāo)反射的回波,由雷達(dá)天線(xiàn)和接收機(jī)