第3章 传感器及其成像方式综述
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第3章遥感传感器及其成像原理.
❖ 经探测器输出视频信号。 ❖ 经电子放大器放大和调制。 ❖ 在阴极射线管上显示出一条相应于地面扫描视场内的
景物的图像线，这条图像线经曝光后在底片上记录下 来。 ❖ 接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动， 胶片也作同步旋转，记录的第二条图像正好与第一条 衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相应的二维 条带图像。
缝隙式摄影机
镜头转动式摄影机
3.1.1 摄影类传感器分类
➢ 全景摄影畸变：相片两端的地表景物被压缩。
3.1.1 摄影类传感器分类
3. 多光谱摄影机
多光谱摄影机指对同一地区，在同一瞬间摄取多 个波段影像的摄影机。采用多光谱摄影的目的 ，是充分利用地物在不同光谱区，有不同的反 射特征，来增加获取目标的信息量，以便提高 影像的判读和识别能力。
❖ 又由于扫描总视场为 11.56°，地面宽度为185km，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。
❖ 又因扫描周期为73.42ms，卫星速度（地速）为 6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星往前正好移动 474m，因此扫描线恰好衔接。
❖ 自西往东对地面的有效扫描时间为33ms，即在33ms内扫描 地面的宽度为185km，按以上宽度计算，每9.958 μs内扫描 镜视轴仅在地面上移动了56m，因此采样后的MSS像元空间 分辨率为56m * 79m （Landsat为68m * 83m）。
四、 ETM+增强型专题制图仪
表3-4
波段号 类型
1
Blue-Green
波谱范围 /um 0.450-0.515
地面分辨率 30m
2
Green
0.525-0.605
30m
3
Red
景物的图像线，这条图像线经曝光后在底片上记录下 来。 ❖ 接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动， 胶片也作同步旋转，记录的第二条图像正好与第一条 衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相应的二维 条带图像。
缝隙式摄影机
镜头转动式摄影机
3.1.1 摄影类传感器分类
➢ 全景摄影畸变：相片两端的地表景物被压缩。
3.1.1 摄影类传感器分类
3. 多光谱摄影机
多光谱摄影机指对同一地区，在同一瞬间摄取多 个波段影像的摄影机。采用多光谱摄影的目的 ，是充分利用地物在不同光谱区，有不同的反 射特征，来增加获取目标的信息量，以便提高 影像的判读和识别能力。
❖ 又由于扫描总视场为 11.56°，地面宽度为185km，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。
❖ 又因扫描周期为73.42ms，卫星速度（地速）为 6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星往前正好移动 474m，因此扫描线恰好衔接。
❖ 自西往东对地面的有效扫描时间为33ms，即在33ms内扫描 地面的宽度为185km，按以上宽度计算，每9.958 μs内扫描 镜视轴仅在地面上移动了56m，因此采样后的MSS像元空间 分辨率为56m * 79m （Landsat为68m * 83m）。
四、 ETM+增强型专题制图仪
表3-4
波段号 类型
1
Blue-Green
波谱范围 /um 0.450-0.515
地面分辨率 30m
2
Green
0.525-0.605
30m
3
Red
3传感器及成像原理
扫描完成对地面覆盖的。有代表性的航天光机扫描仪是
搭载在美国陆地卫星的多光谱扫描仪（MSS）、专题制
图仪（TM）和增强型专题制图仪（ETM）。我国研制的
红外扫描仪，属于典型的机载型光机扫描仪。
1 光机扫描仪的组成
光机扫描仪主要由收集器、分光器、探测器、处理
器和记录与输出装置等组成。
遥感
2 光/机扫描仪的成像原理
面状态，像片四周印有井字形细线称为 压平线。如果底片没有压平，则压平线 的影像为曲线或虚影。
此外，有些像片上还注明了航摄机的型号、焦距、机号 及底片号等。
近年来的像片已不在标注气泡、时表、压平线等，框标 则标记在像片的四个角上 ，两条对角线的交点即为像片的 中心点。
遥感
与摄影测量交叉部分
A 摄影像片的特征
S D
几何特性、物理特性、信息量大小和可靠程度。
A
U Q
3.1.1 传感器分类
I
⎧
⎧ 画幅式 ( 分幅式，框幅式 )
⎪
⎪ ⎪
摄影成像
⎪
⎪
⎪⎪ 缝隙式，全景式
⎨ ⎪
多光谱
⎪⎩ 数码式
成像传感器
⎪⎪ ⎨
扫描成像
⎪
⎧ 掸扫式 ( 光机扫描
⎨ ⎩
推扫式
( 固体扫描
, 物面扫描 , 像面扫描
) )
⎪ ⎪ 微波成像 ⎪
遥感
4 、时间分辨率
●指同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采
样的时间频率，也称重访周期。
S D
●如：静止气象卫星0.5小时，CBERS 26天
A U
●时间分辨率对动态监测意义重大，如天气和
Q
I
气候变化、自然灾害监测、土地利用监测等；
第三章之二： 传感器及其成像原理
垂直摄影：
航摄倾角≤3° 获得近水平的航空像片 是航空遥感图象的主要获取方法
倾斜摄影：
航摄倾角>3° 获得倾斜航空像片 一般用于科学研究
垂直摄影像片的几何特征
1、像片投影——中心投影 用一组假想的直线将物体向几何面投射称为投影。 其投射的直线称为投射线。 正射投影：投射线都垂自于投射平面的投影。 中心投影：投射线会聚于一点的投影方式。
（1）多光谱扫描仪 ）多光谱扫描仪MSS
(Multispectral Scanner)
构成：它由扫描反射镜、校正器、聚光系统、旋转快门、成像板、光学纤 维、滤光器和探测器等组成。
MSS工作原理 工作原理
MSS的成像板上排列由24+2个玻 MSS的成像板上排列由24+2个玻 的成像板上排列由24+2 璃纤维元，按波段排列成四列， 璃纤维元，按波段排列成四列，每列 由六个纤维单元， 由六个纤维单元，每个纤维单元的地 面观察面积为79m 79m。陆地卫星2 79m× 面观察面积为79m×79m。陆地卫星2、 上增加一个热红外通道， 3上增加一个热红外通道，分辨力为 m× 240 m×240 m ，仅用两个纤维单元 构成。扫描仪成像时， 构成。扫描仪成像时，每个波段由六 个相同大小的探测元与飞行方向平行 排列， 排列，这样在瞬间看到的地面大小为 474m×79m， 474m×79m，又由于扫描总视场为 11.56度 地面宽度为185km 185km， 11.56度，地面宽度为185km，因此扫 描一次每个波段获取六条扫描图像， 描一次每个波段获取六条扫描图像， 其地面范围为474m 185km。 474m× 其地面范围为474m×185km。又因卫 星速度为6.5km/s 6.5km/s， 星速度为6.5km/s，在扫描一次的时 间里卫星正好往前移动474m 474m， 间里卫星正好往前移动474m，因此扫 描现恰好衔接。 描现恰好衔接。
传感器技术文献综述重点
传感器技术文献综述学校邕江大学专业09信息学号40号姓名赵丽霞一、摘要传感器技术是综合多种学科的复合型技术，是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术。
本文通过将所看的传感器相关文献总分为传感器、智能传感器以及无线传感器网络三个类别，对每一类别进行综述，分析每类别传感器研究中所存在的不足，探讨了相应的解决方案。
二、关键词：传感器三、引言传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术，是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术，而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域。
在伴随着“信息时代”的到来，作为获取信息的重要手段——传感器技术得到飞速发展，其应用领域越来越广，人们对其要求越要越高，需求也越来越迫切。
但传感器技术的广泛应用以及飞速发展并不代表着该技术已经成熟，相反在很多方面它还只是一项新兴的技术，依然存在很多的问题等待我们去解决。
如何能够让我们的传感器装置很快的适应周围的环境，迅速准确的处理传输客户所需求的信号，并可以根据客户的要求作出相应的反应以及如何可以尽量的延长传感器装置的生存时间等等。
这些问题都是我们在研究传感器技术的过程中所应该解决的问题。
四、传感器传感器是一种物理装置，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、温度、湿度等）或化学组成，并将探知到的信息传递给其他装置。
该装置相当我们的人类的眼睛、鼻子、舌头、耳朵以及皮肤等一些感知器官。
这样，精确快速地感受外界的信号就是迅速正确作出反应实施行动的前提条件。
现在的物理传感器、生物传感器都是力图解决感知、精确以及快速这三个难题。
例如气体流量监测就有很多种的感知方法，但每种方法都存在着精确以及反应速率方面的问题，所以还需要不断的改进。
然而，有很多的问题大自然已经很好的为我们解决了，我们应该取其精华。
因此，我认为仿生传感器一定会解决很多传感器方面的问题。
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。
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。
传感器及其成像原理
成像光谱仪 •以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获取图像 以多路、 以多路 信息的仪器 •基本上属于多光谱扫描仪，其构造与 基本上属于多光谱扫描仪， 基本上属于多光谱扫描仪 其构造与CCD线阵列 线阵列 推扫式扫描仪和多光谱扫描仪相同， 推扫式扫描仪和多光谱扫描仪相同，区别仅在于 通道数多，各通道的波段宽度很窄。 通道数多，各通道的波段宽度很窄。
摄影型传感器的特点
◇ 摄影相机胶片记录的灵敏度和分辨率都很高 ◇ 响应波段窄，0.4－1.1μm ◇ 图像几何关系稳定、严密（中心投影）。 ◇ 不利于地物信息的实时传输和数字处理，难 以进行较长时间的连续工作
扫描成像类传感器
•对物面扫描的成像仪 对物面扫描的成像仪 –对地面直接扫描成像（红外扫描仪、多光谱扫描仪、 对地面直接扫描成像（ 对地面直接扫描成像 红外扫描仪、多光谱扫描仪、 成像光谱仪 ） •对像面扫描的成像仪 对像面扫描的成像仪 –瞬间在像面上先形成一幅影像，然后对影像进行扫描 瞬间在像面上先形成一幅影像， 瞬间在像面上先形成一幅影像 成像（线阵列CCD推扫式成像仪 ） 成像（线阵列 推扫式成像仪 •成像光谱仪 成像光谱仪 –以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息 以多路、 以多路 的仪器
立体观测方式 •HRV –平面反射镜可绕指向卫星前进方向的滚动轴 平面反射镜可绕指向卫星前进方向的滚动轴(x) 平面反射镜可绕指向卫星前进方向的滚动轴 轴旋转， 轴旋转，从而在不同的轨道间实现立体观测 •HRG –通过侧摆可在不同轨道上形成异轨立体 通过侧摆可在不同轨道上形成异轨立体 •HRS –由前视后视相机组成，形成同轨立体 由前视后视相机组成， 由前视后视相机组成
TM各波段特征 各波段特征
对像面扫描的成像仪 •HRV——线阵列推扫式扫描仪 线阵列推扫式扫描仪 •立体观测 立体观测
传感器及其应用综述
传感器及其应用综述1.传感器技术的发展趋势人体为从外界获取信息，必须借助于感觉器官，但是单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
当今世界已进入信息时代，在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。
显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。
一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。
世界各国都十分重视这一领域的发展。
相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。
2.传感器的定义与组成、分类及基本特征。
第三章遥感传感器及其成像原理1剖析
光机扫描仪是借助遥感平台沿飞行方向运动与 遥感器自身的光机对目标地物逐点、逐行横向 扫描，达到地面覆盖，得到地面条带图像的成 像装置。 红外扫描仪 多光谱扫描仪
红外扫描仪工作原理
利用光学系统的机械 转动和飞行器向前飞 行的两个相互垂直的 运动方向，形成对地 物目标的二维扫描， 逐点逐行将不同目标物的红外辐射能汇聚到红外探测 器上，红外探测器将光能转变成电信号，电信号通过 放大处理后记录下来，经过电光能转换器件把电信号 在普通胶片上成像。
像元小影像分辨率高，信息量大； 反之，影像分辨率低，信息量小。
（3）瞬时视场（IFOV）
S
指遥感器内单个探测元件的观测视野。
f
S
f
➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，
空间分辨率越高
➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小
H
➢一个瞬时视场内的信息，表示一个像元
S: 探测元件的尺寸；H: 遥感平台的航高；IFfOV: 望
远镜系统的焦距
（4）地面分辨率的计算（扫描影响）①
IFOV也可理解成：扫描成像过程中一个光敏探
测元件通过望远镜系统投射到地面上的直径或
S
者边长。 IFOV H H S
f
f
S: 探测元件的边长
H: 遥感平台的航高
H
f : 望远镜系统的焦距
IFOV
（4）地面分辨率的计算（摄影影像）②
摄影比例尺： 1/ m l / L f / H
成像传感器是目前最常见的传感器类型
成像传感器
被动式
光学摄影类型
（摄影成像类型）
光电成像类型
（扫描成像类型）
成像光谱仪
主动式
（雷达成像类型）
全景雷达 侧 视 雷达
红外扫描仪工作原理
利用光学系统的机械 转动和飞行器向前飞 行的两个相互垂直的 运动方向，形成对地 物目标的二维扫描， 逐点逐行将不同目标物的红外辐射能汇聚到红外探测 器上，红外探测器将光能转变成电信号，电信号通过 放大处理后记录下来，经过电光能转换器件把电信号 在普通胶片上成像。
像元小影像分辨率高，信息量大； 反之，影像分辨率低，信息量小。
（3）瞬时视场（IFOV）
S
指遥感器内单个探测元件的观测视野。
f
S
f
➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，
空间分辨率越高
➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小
H
➢一个瞬时视场内的信息，表示一个像元
S: 探测元件的尺寸；H: 遥感平台的航高；IFfOV: 望
远镜系统的焦距
（4）地面分辨率的计算（扫描影响）①
IFOV也可理解成：扫描成像过程中一个光敏探
测元件通过望远镜系统投射到地面上的直径或
S
者边长。 IFOV H H S
f
f
S: 探测元件的边长
H: 遥感平台的航高
H
f : 望远镜系统的焦距
IFOV
（4）地面分辨率的计算（摄影影像）②
摄影比例尺： 1/ m l / L f / H
成像传感器是目前最常见的传感器类型
成像传感器
被动式
光学摄影类型
（摄影成像类型）
光电成像类型
（扫描成像类型）
成像光谱仪
主动式
（雷达成像类型）
全景雷达 侧 视 雷达
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心投影与垂直投影的区别 3.地形起伏的影响：垂 直投影起伏变化大， 投影点之间的距离与 地面实际水平距离成 比例缩小，相对位置 不变。中心投影时， 地面起伏越大，像上 投影点水平位置的位 移量就越大。这种误 差为有一定的规律。
地形起伏对构像的影响
中心投影的构像规律
地面物体是一点，在中心投影上仍然是一个点。如果有几个点同 在一投影线上，它的影像便重叠成一个点。
传 感 器 的 组 成
• 感光胶片、光电敏感元件、固体敏感元件和波导
探测器
处理器
• 进行信号的放大、增强与调制 • 光电转化器
输出器
• 直接方式：摄影分幅胶片、扫描航带胶片、合成孔径雷达的波带片、显像 管荧光屏 • 间接方式：模拟磁带和数字磁带 • 输出器的类型：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。
返回
3.1.3 传感器的性能
空间分辨率
光谱分辨率 辐射分辨率 时间分辨率
传感器的性能
1.空间分辨率 ：指的传感器所能识别的最小地面目标的大小。
（1）瞬时视场：指传感器的瞬时张角所对应的地面范围。取决
于瞬时视场角和传感器距离地面的高度。
1.空间分辨率 ：指的传感器所能识别的最小地面目标的大小。
光谱分辨率。传感器的波段数量越多、带宽越窄，其光谱分辨率就 越高。 根据成像过程中所使用的波段数；光学遥感系统分为： （1）全色成像系统 （2）多光谱成像系统 （3）超光谱成像系统：
（4）高光谱成像系统
3. 辐射分辨率：指传感器区分地物辐射能量细微变化
的能力，即传感器的灵敏度。传感器的辐射分辨率越
高，其对地物反射或发射能量的微小变化的探测能力 越强，所获取图像的层次就越丰富。
辐射分辨率一般用灰度的分级数来表示，即最暗—
最亮灰度值（亮度值）间分级的数目（量化级数）也 称为灰度分辨率。灰度一般按2n来分级。
4.时间分辨率：指卫星对同一地点重复成像的时间间隔，
即采样的时间频率。显然，时间分辨率主要是针对遥感卫星
返回
3.1.1 传感器的分类
按电磁波的 辐射来源 按成像原理
• 主动式传感器 • 被动式传感器
• 摄影机 • 扫描仪 • 雷达
与图像性质
按记录电磁 波信息方式
• 成像方式的传感器
• 非成像方式传感器 返回
3.1.2 传感器的组成
收集器
• • • •
摄影机：凸透镜 扫描仪：反射镜 雷达： 天线 多波段遥感：还包含滤色镜、棱镜、光栅、分光镜等。
垂直投影
中心投影
中心投影与垂直投影的区别
1.投影距离的影响：垂直投影的缩小和放大与投影距离无关，并有 统一的比例尺。中心投影则受投影距离（遥感平台的高度）的影响， 像片比例尺与平台的高度H和焦距f有关。
中心投影受平台高度和焦距的影响
2.投影面倾斜的影响：当投影面倾斜时，垂直投影的影像仅比例尺 有所放大。在中心投影的像片上（见下图）像点ao，bo的相对位置 保持不变。在中心投影像片上（见下图），ao，bo的比例关系有显 著的变化，各点的相对位置和形状不再保持原来的样子，地面上 AO=BO而像片上的ao>bo。
单 镜 头 框 幅 式 摄 影 机 构 造 示 意 图
。
镜头分为常角、宽角和特宽角；航空摄影机的焦距一般在150mm左右，航天摄影 机的焦距需要大于300mm甚至1000mm。像幅通常为230mm×230mm和180mm×180mm 。
摄影机类型
2. 缝隙式摄影机
缝隙式摄影机： 又称为是航带 摄影机，通过 焦平面前方设 置的与飞行垂 直的狭缝快门 获取横向的狭 带影像。多中 心投影。某一 瞬间获取的影 像仍为中心投 影。
返回
3.2 摄影成像系统
摄影成像：是利用 光学镜头和放置在 焦平面上的感光胶 片等组成的成像系
概述
摄影机的类型
航空摄影像片的几何特性 航空摄影像片的类型和特点
统记录地物影像的
一种技术，是遥感 最基础的成像方式 之一，是航空遥感
最重要的成像方式。 返回
3.2.1 摄影机类型
1.单镜头框幅式摄影机：一次曝光得到目标物一幅像片
（2）像元：像元是遥感成像的基本采样点，是构成遥感图像的 最小单元。正常情况下，像元对应于传感器的最小分辨单元， 呈正方形，并在图像上占据一定的面积。像元的大小是遥感图 像分辨率能力的最重要的指标，
2.光谱分辨率：指传感器所使用的波段数、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，这三个要素共同决定了
第3章 传感器及其成像方式
3.1 传感器概述 3.2 摄影成像系统
3.3 扫描成像系统
3.1 传感器概述
1 传感器的分类 2 传感器的组成 3 传感器的性能
传感器是收集、探
测、记录地物电磁波
辐射信息的装置。 它的性能决定遥感 的能力，即传感器对 电磁波段的响应能力、
传感器的空间分辨率
及图像的几何特征、 传感器获取地物信息 量的大小和可靠程度。
系统来说的，是衡量卫星系统成像能力和成像特点的一个重
要指标。 时间分辨率和卫星的回归周期（重访周期），是既有联 系又有区别的两个概念。 遥感卫星以一定的时间分辨率，在不同时间获取的同一 地区的一组遥感图像称之为多时相图像（ Multi-Temporal Image）。多时相遥感图像对地表事物的动态监测具有重要 意义。
航空摄影像片的像点位移 航空摄影像片的立体观察
航摄像片上地物的像点位置相对于其在地形图上的位置产生的变化。 返回
1.根据实施的方式分类： （1）单片摄影
（2）单航线摄影
航 空 摄 影 的 类 型
（3）多航线摄影（面积摄影）
2.根据摄影机主光轴与地面的关系，可分为垂直摄影和倾斜摄影。
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航 空 摄 影 像 片 的 投 影 及 其 构 像 特 点
与像面平行的直线在中心投影上仍为直线，与地面目标形状基本 一致。例如：地面上有两条道路以某种角度相交，反映在中心投影 像片上也仍然以相应的角度相交。如果直线垂直于地面（如电线杆） 其中心投影有两种情况：其 一 , 当直线与像片垂直并通过投影中心 （主光轴）时，该直线在像片上是个点。其二，直线的延长线不通 过投影中心（主光轴）时，这时直线的投影仍为直线，但该垂直线 状目标的长度和变形情况取决于目标在像片中的位置。近像片中心， 直线的长度被缩短，在像片的边缘，直线的长度被夸大。
缝 隙 式 摄 影 机
摄影机类型
3.全景摄影机：全景摄影机的焦距较长，主要用于军事侦察。
镜 头 转 动 式 全 景 摄 影 机
摄影机类型
4.多光谱摄影机：对同一地区在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机。
单镜头光束分离型
多镜头组合型
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3.2.2 航空摄影像片的几何特性
航空摄影的类型
航空摄影像片的投影及其构像特点
地形起伏对构像的影响
中心投影的构像规律
地面物体是一点，在中心投影上仍然是一个点。如果有几个点同 在一投影线上，它的影像便重叠成一个点。
传 感 器 的 组 成
• 感光胶片、光电敏感元件、固体敏感元件和波导
探测器
处理器
• 进行信号的放大、增强与调制 • 光电转化器
输出器
• 直接方式：摄影分幅胶片、扫描航带胶片、合成孔径雷达的波带片、显像 管荧光屏 • 间接方式：模拟磁带和数字磁带 • 输出器的类型：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。
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3.1.3 传感器的性能
空间分辨率
光谱分辨率 辐射分辨率 时间分辨率
传感器的性能
1.空间分辨率 ：指的传感器所能识别的最小地面目标的大小。
（1）瞬时视场：指传感器的瞬时张角所对应的地面范围。取决
于瞬时视场角和传感器距离地面的高度。
1.空间分辨率 ：指的传感器所能识别的最小地面目标的大小。
光谱分辨率。传感器的波段数量越多、带宽越窄，其光谱分辨率就 越高。 根据成像过程中所使用的波段数；光学遥感系统分为： （1）全色成像系统 （2）多光谱成像系统 （3）超光谱成像系统：
（4）高光谱成像系统
3. 辐射分辨率：指传感器区分地物辐射能量细微变化
的能力，即传感器的灵敏度。传感器的辐射分辨率越
高，其对地物反射或发射能量的微小变化的探测能力 越强，所获取图像的层次就越丰富。
辐射分辨率一般用灰度的分级数来表示，即最暗—
最亮灰度值（亮度值）间分级的数目（量化级数）也 称为灰度分辨率。灰度一般按2n来分级。
4.时间分辨率：指卫星对同一地点重复成像的时间间隔，
即采样的时间频率。显然，时间分辨率主要是针对遥感卫星
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3.1.1 传感器的分类
按电磁波的 辐射来源 按成像原理
• 主动式传感器 • 被动式传感器
• 摄影机 • 扫描仪 • 雷达
与图像性质
按记录电磁 波信息方式
• 成像方式的传感器
• 非成像方式传感器 返回
3.1.2 传感器的组成
收集器
• • • •
摄影机：凸透镜 扫描仪：反射镜 雷达： 天线 多波段遥感：还包含滤色镜、棱镜、光栅、分光镜等。
垂直投影
中心投影
中心投影与垂直投影的区别
1.投影距离的影响：垂直投影的缩小和放大与投影距离无关，并有 统一的比例尺。中心投影则受投影距离（遥感平台的高度）的影响， 像片比例尺与平台的高度H和焦距f有关。
中心投影受平台高度和焦距的影响
2.投影面倾斜的影响：当投影面倾斜时，垂直投影的影像仅比例尺 有所放大。在中心投影的像片上（见下图）像点ao，bo的相对位置 保持不变。在中心投影像片上（见下图），ao，bo的比例关系有显 著的变化，各点的相对位置和形状不再保持原来的样子，地面上 AO=BO而像片上的ao>bo。
单 镜 头 框 幅 式 摄 影 机 构 造 示 意 图
。
镜头分为常角、宽角和特宽角；航空摄影机的焦距一般在150mm左右，航天摄影 机的焦距需要大于300mm甚至1000mm。像幅通常为230mm×230mm和180mm×180mm 。
摄影机类型
2. 缝隙式摄影机
缝隙式摄影机： 又称为是航带 摄影机，通过 焦平面前方设 置的与飞行垂 直的狭缝快门 获取横向的狭 带影像。多中 心投影。某一 瞬间获取的影 像仍为中心投 影。
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3.2 摄影成像系统
摄影成像：是利用 光学镜头和放置在 焦平面上的感光胶 片等组成的成像系
概述
摄影机的类型
航空摄影像片的几何特性 航空摄影像片的类型和特点
统记录地物影像的
一种技术，是遥感 最基础的成像方式 之一，是航空遥感
最重要的成像方式。 返回
3.2.1 摄影机类型
1.单镜头框幅式摄影机：一次曝光得到目标物一幅像片
（2）像元：像元是遥感成像的基本采样点，是构成遥感图像的 最小单元。正常情况下，像元对应于传感器的最小分辨单元， 呈正方形，并在图像上占据一定的面积。像元的大小是遥感图 像分辨率能力的最重要的指标，
2.光谱分辨率：指传感器所使用的波段数、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，这三个要素共同决定了
第3章 传感器及其成像方式
3.1 传感器概述 3.2 摄影成像系统
3.3 扫描成像系统
3.1 传感器概述
1 传感器的分类 2 传感器的组成 3 传感器的性能
传感器是收集、探
测、记录地物电磁波
辐射信息的装置。 它的性能决定遥感 的能力，即传感器对 电磁波段的响应能力、
传感器的空间分辨率
及图像的几何特征、 传感器获取地物信息 量的大小和可靠程度。
系统来说的，是衡量卫星系统成像能力和成像特点的一个重
要指标。 时间分辨率和卫星的回归周期（重访周期），是既有联 系又有区别的两个概念。 遥感卫星以一定的时间分辨率，在不同时间获取的同一 地区的一组遥感图像称之为多时相图像（ Multi-Temporal Image）。多时相遥感图像对地表事物的动态监测具有重要 意义。
航空摄影像片的像点位移 航空摄影像片的立体观察
航摄像片上地物的像点位置相对于其在地形图上的位置产生的变化。 返回
1.根据实施的方式分类： （1）单片摄影
（2）单航线摄影
航 空 摄 影 的 类 型
（3）多航线摄影（面积摄影）
2.根据摄影机主光轴与地面的关系，可分为垂直摄影和倾斜摄影。
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航 空 摄 影 像 片 的 投 影 及 其 构 像 特 点
与像面平行的直线在中心投影上仍为直线，与地面目标形状基本 一致。例如：地面上有两条道路以某种角度相交，反映在中心投影 像片上也仍然以相应的角度相交。如果直线垂直于地面（如电线杆） 其中心投影有两种情况：其 一 , 当直线与像片垂直并通过投影中心 （主光轴）时，该直线在像片上是个点。其二，直线的延长线不通 过投影中心（主光轴）时，这时直线的投影仍为直线，但该垂直线 状目标的长度和变形情况取决于目标在像片中的位置。近像片中心， 直线的长度被缩短，在像片的边缘，直线的长度被夸大。
缝 隙 式 摄 影 机
摄影机类型
3.全景摄影机：全景摄影机的焦距较长，主要用于军事侦察。
镜 头 转 动 式 全 景 摄 影 机
摄影机类型
4.多光谱摄影机：对同一地区在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机。
单镜头光束分离型
多镜头组合型
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3.2.2 航空摄影像片的几何特性
航空摄影的类型
航空摄影像片的投影及其构像特点