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遥感原理与方法——第三章遥感传感器及成像原理
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
第三章 遥感传感器及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
收集器 探测器 处理器 输出器
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
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
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.
探测器:将辐射能转化成电信号输出。
成像过程
扫描仪每个探测器的瞬时视场角为86微弧度,卫 星高度为915公里,因此,扫描瞬间每个像元的 地面分辨率为79m×79m,每个波段由6个相同大小 的探测单元与飞行方向平行排列,这样瞬间看见 的地面大小为474m×79m.又由于扫描总视场为 11.56度,地面宽度为185公里,因此,扫描一次 每个波段获取6条扫描线图像,其地面范围为 474m×185km,扫描周期为73.4ms(1000毫秒=1 秒),在扫描一次的时间里卫星向前正好移动 474m,因此扫描线正好衔接。
地面接收及产品
地面接收站主要接收卫星发下来的遥感图像信息和卫星姿 态,星历参数等,将这些信息记录在高密度数字磁带上, 然后送往数据中心处理成可供用户使用的胶片和数字磁带 等.
地面接收站包括以下几个部分:
天线及伺服系统,接收分系统,计算机,模拟检测系统, 定时系统,信标塔等.
MSS的产品分为几个类别 粗加工产品(辐射校正,几何校正,), 精加工产品(在粗加工的基础上用控制点进行了校正) 特殊产品
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,
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。
成像板上的光学纤维单元接收的辐射能,经光学纤维 传递到探测器,探测器对信号减波后有24路输出,采 用脉码多路调制方式,对每个信道做一次抽样,经过 计算,每9.958微秒扫描镜视轴仅在地面上移动了56 米,因此采样后的mss的空间分辨率为56m×79m (Landsat-4为68m×83m)。
采样后对每个像元采用6bit进行编码,采样后的数据 用脉码调制方式馈入天线向地面发送。
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为单位进
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。
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
扫描反射镜:用于获取垂直飞行方向两边共18 5Km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,
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.但是没有空 隙.