遥感原理与应用传感器及成像原理
遥感摄影成像原理及应用
遥感摄影成像原理及应用遥感摄影成像原理是指利用摄影机通过光学系统将感光介质上物体辐射反射回来的能量转化为影像信号的过程。
遥感摄影成像原理主要包括光学成像原理和电子成像原理两种。
光学成像原理是指利用光线通过透镜和镜头来定向传播和汇聚，进一步形成清晰的影像。
它是利用透镜和光学仪器将地球上的物体光线反射进入摄影机，在感光介质上产生图像。
光学系统是遥感摄影成像的核心部分，它包括目标、光源、透镜等。
光线从目标发射出来后，通过投影透镜后到达感光介质上，形成一个倒立的、虚像的胶片或CCD\CMOS上。
电子成像原理是指利用电子传感器接收光信号，并将光信号转化为电信号，进而形成数字图像。
相对于传统的胶片摄影，电子成像有许多优点，如动态范围大、信噪比高、快速响应等。
目前最常用的电子成像技术是CCD和CMOS技术。
当光线照射到CCD芯片上时，CCD芯片会将光信号转化为电子信号，并通过模数转换器转化为数字信号。
遥感摄影的应用非常广泛。
首先，遥感摄影可以用于土地利用与覆盖监测。
通过监测地表的覆盖状况，可以对土地资源进行定量评价和管理。
其次，遥感摄影可以用于环境与生态监测。
通过监测大气和水体的污染状况，可以及时发现环境问题并采取相应措施。
再次，遥感摄影可以用于城市规划与建设。
通过监测城市的建设情况，可以合理规划城市发展，提高城市建设效率。
此外，遥感摄影还可以用于农业生产和林业资源管理。
总之，遥感摄影成像原理是通过光学成像和电子成像两种原理将物体反射回来的光线转化为影像信号的过程。
遥感摄影的应用范围广泛，包括土地利用与覆盖监测、环境与生态监测、城市规划与建设、农业生产和林业资源管理等领域。
随着技术的不断发展，遥感摄影在各个领域中的应用将会越来越广泛，为人们的生活带来更多的便利。
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；
光学遥感的工作原理和应用
光学遥感的工作原理和应用1. 光学遥感的工作原理光学遥感是利用光的电磁波进行地球观测和信息获取的一种技术。
它基于光的传播和反射原理，通过测量和分析地球表面反射、散射、吸收等光学特性，从而获取地球表面的信息。
光学遥感的工作原理主要包括以下几个步骤：1.1. 发射与接收光学遥感系统通常由卫星、飞机或无人机搭载，并通过发射器发射光束，照射到地球表面。
地球表面的物体会对光进行吸收、反射或散射。
部分光束经过物体后反射回遥感系统。
1.2. 传感器遥感系统中的传感器起到了关键的作用，用于接收反射回来的光，并将其转化为电信号。
传感器通常包括光谱传感器和光学成像传感器。
光谱传感器可以测量光的不同波段的能量分布，光学成像传感器则可以获取地球表面的光学图像。
1.3. 数据处理和分析接收到的电信号经过放大和模数转换后，会进入数据处理和分析的阶段。
在这一阶段，通过算法和模型对接收到的数据进行处理和分析，来获得地球表面的各种信息。
比如，通过对不同波段的光谱反射率进行分析，可以提取出地表特征、植被覆盖、土地利用等信息。
2. 光学遥感的应用光学遥感在地球科学、环境监测、农业、城市规划等领域有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：2.1. 地质勘探光学遥感可以用于地质勘探，通过分析地表的光谱反射率和光学形态，可以确定地下矿产资源的类型和位置。
光学遥感在矿物勘探、矿产资源评价等方面发挥着重要的作用。
2.2. 环境监测光学遥感常用于环境监测，可以监测大气污染、水质污染、植被退化等环境问题。
通过分析光谱数据，可以获知污染物的浓度和分布范围，从而帮助制定环境保护政策和控制措施。
2.3. 农业光学遥感在农业领域有着广泛的应用。
通过对植被的光谱数据进行分析，可以实现农作物生长状态的监测、土壤养分的评估和农业灾害的预测。
这些信息可以帮助农民进行精确施肥、减少农药的使用，提高农作物产量和质量，实现农业可持续发展。
2.4. 城市规划光学遥感可以提供城市规划和土地利用的关键信息。
遥感原理与方法
定量分析
基于提取的信息，进行定量描述 和推断，如植被指数计算、土地 利用变化监测等。
时空分析
结合时间序列数据，分析地物变 化的趋势和规律，为环境监测、 城市规划等领域提供决策支持。
05 遥感应用案例
土地利用/土地覆盖变化监测
总结词
利用遥感技术监测土地利用和土地覆盖变化，有助于及时发现非法占地、土地退化等问题，为土地资源管理和规 划提供依据。
遥感技术应用领域不断拓展，从传统的环境监测、资源调查、城市规划等领域，拓展到农业、林业、气 象、海洋、交通等更多领域，为各行业的发展提供了重要的数据支持。
遥感在可持续发展中的作用
资源调查与监测
环境监测与保护
遥感技术可以对土地、森林、 水体等资源进行调查和监测， 为资源管理和保护提供数据 支持。
遥感技术可以监测大气、水 质、土壤等环境要素，及时 发现和解决环境问题，为环 境保护提供科学依据。
详细描述
遥感技术能够获取大范围的农作物生长情况 、种植面积等信息，通过分析这些数据可以 对农作物产量进行预测。这种预测方法具有 客观、准确、时效性强的特点，对于农业生 产和农村经济发展具有重要意义。同时，遥 感技术还可以监测农村基础设施建设、贫困
状况等情况，为农村发展提供科学依据。
06 遥感发展前景与挑战
遥感图像增强
对比度拉伸
通过调整像素值的范围， 增强图像的对比度，使地 物特征更加突出。
直方图均衡化
通过对图像的直方图进行 均衡化处理，改善图像的 整体对比度。
多光谱增强
利用不同波段之间的信息 差异，通过合成、融合等 技术提高图像的空间分辨 率和光谱分辨率。
遥感图像解译与分类
目视解译
通过专业人员的目视观察和经 验，对遥感图像进行地物识别
遥感技术原理
遥感技术原理
遥感技术是指通过使用卫星、飞机或其他平台上的传感器，来从地球表面采集数据和图像的一种技术。
它主要基于电磁波辐射与物体的相互作用原理，从而获取目标区域的信息。
遥感技术的原理主要包括以下几个方面：
1. 电磁波辐射：地球上的物体会通过吸收、反射和发射电磁波与环境进行相互作用。
根据不同的物体特性和表面材质，对入射的电磁波会有不同的响应和反射特征。
2. 能谱特征：通过对不同波段的电磁辐射进行测量和分析，可以获取到待观测物体的能谱特征。
不同物质在不同波段上的反射和吸收特性不同，可以通过这些特性来对物体进行分类和识别。
3. 光学成像：遥感技术常用的平台包括卫星和飞机，它们上面搭载了不同类型的光学传感器。
这些传感器可以在不同的波段范围内获取地物的光谱信息，并通过逐点扫描的方式来获取高分辨率的图像。
4. 空间分辨率：遥感图像的空间分辨率决定了图像可以分辨的最小物体大小。
较高的空间分辨率意味着可以获取到更小尺寸的物体信息。
5. 光谱分辨率：遥感图像的光谱分辨率决定了可以观测到的波段范围和波段数量。
不同的波段上的反射率可以用来区分不同
材质和地物类型。
通过利用遥感技术，可以获取到地球表面的各种信息，例如地形地貌、海洋气象、植被覆盖、土地利用等。
这些数据和图像可以广泛应用于环境监测、农业、城市规划、天气预测等各个领域。
遥感原理与应用总结
第一章：1. 遥感的定义遥感是指对地观测，即从不同高度的工作平台上通过传感器，对地球表面目标的电磁波反射或辐射信息进行探测，并经信息的记录、传输、处理和解译分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。
2. 遥感的分类（1）按遥感平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感（2）按工作方式：主动式遥感、被动式遥感（3）按工作波段：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多光谱和高光谱遥感（4）按记录方式：成像遥感、非成像遥感（5）按遥感应用领域分类：从大的研究领域：外层空间遥感、大气遥感、陆地遥感、海洋遥感），从具体应用领域（城市遥感、环境遥感、农业遥感和林业遥感、地质遥感、气象遥感、军事遥感）3. 遥感技术系统的组成部分：信息获取、信息记录与传输、信息处理、信息应用第二章：1.电磁波谱：将电磁波按波长或频率递增或递减顺序排列红外波段：0.76-1000um(近红外(识别植物类型，分析植物长势，监测植被的病虫害) （热红外遥感主要使用3-15um的红外线，探测地下热源、火山、森林火灾、热岛效应）2.辐射通量：电磁辐射单位时间内通过某一表面的能量辐射通量密度：通过单位面积的辐射通量辐射出射度：单位面积发射出的辐射通量辐射照度（辐照度）：投射到单位面积上的辐射通量3.绝对黑体：如果一个物体对任何波长的电磁辐射都全部吸收而毫无反射和透射，则称这个物体为绝对黑体（黑体辐射与温度成正相关）4.（1）太阳辐射的特性：1地球上的能源来源于太阳，太阳是被动遥感最主要的辐射源2在距离地球一个天文单位内，太阳辐射在大气上界处的垂直入射的辐射通量密度称为太阳常数3地球大气层以外的太阳光谱辐照度曲线为平滑的连续曲线（2）地球辐射特性：1地球上的能源来源于太阳的直射能量与天空漫入射的能量2被地表吸收的太阳辐射能，又重新被地表辐射（3）比辐射率：单位面积上地物发射的某一波长的辐射通量密度与同温度下黑体在同一波长上的辐射通量密度之比，又称发射率6.电磁辐射能与地表的相互作用有三种基本物理过程：反射、吸收和透射（1）物体对电磁波的反射可表现的三种形式：镜面反射：当入射能量全部或几乎全部按相反方向反射，且反射角等于入射角漫反射：当入射能量在所有方向均匀反射，即入射能量以入射点为中心在整个半球空间内向四周各向同性反射能量的现象（即伯朗反射）一个完全的漫反射体称为伯朗体方向反射：介于伯朗表面和镜面之间的，其反射方向各不相同，而具有明显的方向性，即在某些方向上反射最强烈的现象7.光谱反射率：地物在某波段的反射通量与该波段的入射通量之比地物的反射波谱特性：地物波谱反射率随波长变化而改变的特性8.水体的反射主要在蓝绿光波段，在近红外、中红外有很强的吸收带植物在绿光附近有一个反射波峰，两侧的蓝光和红光有两个吸收带9.影像地物反射光谱特性的因素：1太阳位置即太阳高度和方位角2传感器位置即观测角和方位角3不同的地理位置、太阳位置、地理景观、海拔高度大气透明度4地物本身性质的变异5时间的变化、季节的变化10.大气对电磁辐射传输作用大气对电磁辐射传输的作用过程的影响包括：散射、吸收、反射、扰动、折射和偏振，对遥感数据，主要是散射和吸收（1）大气吸收：将电磁波辐射能量转换成分子的热运动，使能量减少，主要吸收水蒸气、二氧化碳和臭氧电磁波辐射在大气传输中透过率较高的波段称为大气窗口（2）大气散射：电磁波在传播过程中遇到微粒而使传播方向发生改变，并向各个方向散开瑞利散射：引起散射的大气粒子直径远小于入射电磁波波长（蓝天）米氏散射：。
遥感原理与应用
第一章遥感物理基础1 遥感：即遥远感知，在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一门技术。
具体讲，是在高空和外层各种平台上，运用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输，变换，和处理，提取有用的信息，实现研究第五空间形状.位置.性质.变化及其与环境互相关系的一门现代运用技术科学。
2电磁波谱：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列，就形成了电磁波谱。
3绝对黑体：能够完全吸收任何波长入射能量的物体4灰体：在各种波长处的发射率相等。
5色温：用嘴接近回头辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照，这是的黑体辐射温度。
6大气窗口：电磁波有些波段通过大气层时减弱较少，透过率较高，这些电磁波段被称为大气窗口。
7发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。
8光谱反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
9波粒二象性：电磁波具有波动性和粒子性。
10光谱反射特性曲线：发射波普是某物体的反射率随波长的变化规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。
11.地物波普特性：是指各种地物各自所具有的电磁波特性，包括发射辐射和反射辐射。
二．简答1黑体辐射遵循哪些规律？（1）凡是吸收热辐射能力强的物体，它的热发射能力也强。
凡是吸收热辐射能力弱的物体他们的热发射能力也弱（1）普朗克定律：（2）斯忒藩-波耳兹曼定律：（3）基尔霍夫定律：（4）瑞利-琴斯定律：5）维恩位移定律：2电磁波谱由哪些不同特性的电磁波段组成？遥感中所用的电磁波段主要有哪些？电磁波包含了从波长最短的r射线到最长的无线电波段，包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等。
遥感中所用的为从紫外线到微波波段，包括紫外线、可见光、红外波段、微波波段。
3、物体的辐射通量密度与哪些因素有关？常温下黑体的辐射峰值波长是多少？a.温度和波长利用波长乘温度=2897.84叙述沙土、植物、和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。
自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土壤的光谱特性曲线与一下因素有关，即土壤类别、含水量、有几只含量、砂等含量有关。
遥感原理与应用
一．绪论1.遥感的定义：遥感即遥远感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。
2.遥感的过程:地物发射或反射电磁波通过介质（大气）被传感器接受，通过传感器获取数据，再经计算机对数据处理后，我们提取有用的信息，最后应用于实践。
（地物发射或反射电磁波→介质（大气）→传感器数据获取→计算机数据处理→信息提取→应用）二．电磁波及物理遥感基础1.电磁波的定义：变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。
2.电磁波的特性：波动性（干涉、衍射、偏振）粒子性（光电转换）3.电磁波谱的定义:按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。
4.（1）地物发射电磁波:①绝对黑体的定义：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。
黑体辐射1.绝对黑体：吸收率α(λ,T)≡1 反射率ρ（λ,T）≡02.绝对白体：吸收率α(λ,T)≡0 反射率ρ（λ,T）≡1 绝对黑体与绝对白体与温度和波长无关。
②遥感的两种形式：被动遥感，主动遥感。
其中太阳是被动遥感最主要的辐射源。
⒈太阳辐射的特点：与黑体特性一致；能量集中在可见光和红外波段。
⒉一般物体的发射辐射：自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体的低。
发射率ε：实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比。
ε= W′/ W（ε是一个介于0和1的数）►绝对黑体ελ＝ε＝1►灰体ελ＝ε但0＜ε＜1►选择性辐射体ε＝ｆ(λ)►理想反射体（绝对白体）ελ＝ε＝0大多数物体可以视为灰体：W'=εW=εσT4（2）地物反射电磁波：①光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
②反射波谱特征曲线：反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线即为该物体的反射波谱特性曲线。
同一地物时间效应：地物的光谱特性一般随时间季节变化。
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遥感原理与应用
§3.2 扫描成像类传感器 －TM专题制图仪
Landsat-4/5上的TM（Thematic Mapper）是一 个高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器，与多 波段扫描仪MSS性能相比，它具有更高的空间分辨 力，更好的频谱选择性，更好的几何保真度，更高 的辐射准确度和分辨力。
较高的色调差别。
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§3.2 扫描成像类传感器 －MSS多光谱扫描仪
MSS（Multispectral Scanner）多光谱扫描仪。 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。
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3、改进后的太阳定标器使卫星的辐射定标误 差小于5%，及其精度比Landsat-5约提高1 倍。辐射校正有了很大改进。
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§3.2 扫描成像类传感器－红外扫描仪
具体结构： 旋转扫描镜 反射镜 探测器 制冷设备 电子处理装置 输出装置。
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遥感原理与应用
§3.2 扫描成像类传感器 －红外扫描仪
扫描成像过程：当旋转棱镜旋转时，第一个镜面对 地面横越航线方向扫视一次，在扫描视场内的地面 辐射能，由幅的一边到另一边依次进入传感器，经 探测器输出视频信号，再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。
可具体按下面分类
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遥感原§理与3应.1用 传感器结构及分类－传感器的构成
传感器的四个组成部分： 1.收集器：收集地物辐射来的能量。具体的元件如透
镜组、反射镜组、天线等。 2.探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。具
体的无器件如感光胶片、光电管、光敏和热敏探测 元件、共振腔谐振器等。 3.处理器：对收集的信号进行处理。如显影、定影、 信号放大、变换、校正和编码等。具体的处理器类 型有摄影处理装置和电子处理装置。 4.输出器：输出获取的数据。输出器类型有扫描晒像 仪、阴极射线管、电视显像管、磁带记录仪、彩色 喷墨仪等等。
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遥感原理与应用
§3.2 扫描成像类传感器 －ETM+增强型专题制图仪
ETM+是一台8谱段的多光谱扫描辐射计。 ETM+与TM相比在以下三方面作了改进：
1、增加PAN（全色）波段，分辨率15m， 因而使数据速率增加；
2、采用双增益技术使远红外波段（6）分辨 率提高到60m，也增加了数据率；
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§3.2 扫描成像类传感器－概述
扫描成像类型的传感器是逐点逐行以时序方式获 取二维图像，有两种主要的形式: 一是对物面扫描的成像仪，特点是对地面直接 扫描成像，这类仪器有红外扫描仪、多光谱扫 描仪、成像光谱仪、自旋和步进式成像仪及多 频段频谱仪。 二是瞬间在像面上先形成一条线图像，甚至是 一幅二维影像，然后对影像进行扫描成像，这 类仪器有线阵列CCD推扫式成像仪，电视摄像 机。
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分解为三个过程：瞬间/1个扫描周期/一景
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§3.2 扫描成像类传感器 －MSS多光谱扫描仪
MSS产品有以下几种类别： 粗加工产品：经过了辐射校准（系统噪声改 正）、几何校正（系统误差改正）、分幅注 记（28.6秒390次扫描分一幅）。 加工产品:在粗加工的基础上，用地面控制点 进行了纠正（去除了系统误差和偶然误差）。 特殊处理产品。
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遥感原理与应用
§3.2 扫描成像类传感器 －MSS多光谱扫描仪
成像过程 扫描仪每个探测器的瞬时视场为86μrad，卫星高为 915km ，因此扫描瞬间每个像元的地面分辨力为 79m×79m，每个波段由六个相同大小的探测元与 飞行方向平行排列， 这样在瞬间看到的地面大小 为474m×79m。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六条扫 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
遥感原理与应用
§3.2 扫描成像类传感器 －MSS多光谱扫描仪
扫描仪的结构 扫描反射镜作用：获取垂直飞行方向两边共 185km范围内的来自景物的辐射能量，配合 飞行器的往前运行获得地表的二维图像。 反射镜组作用：将扫描镜反射进入的地面景 物聚集在成像面上。 成像板作用：将成像面上接收的能量传递到 探测器上去。 探测器作用：将辐射能量转变成电信号输出。
特点： 1、TM中增加一个扫描改正器。2个作用 2、TM的探测器共有100个，分七个波段。 3、探测器每组16个，呈错开排列。
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§3.2 扫描成像类传感器 －TM专题制图仪
成像过程
瞬间（30m*480m） 一个周期（480m*185km） 一景（185km*185km）
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第三章 传感器及成像原理
本章主要内容 扫描成像类传感器
红外/MSS/TM/ETM+/HRV
雷达成像类传感器 真实孔径/合成孔径/侧视/相干 雷达
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遥感原§理与3应.1用 传感器结构及分类—传感器的分类
传感器是获取遥感数据的关键设备 （1）摄影类型的传感器； （2）扫描成像类型的传感器； （3）雷达成像类型的传感器； （4）非图像类型的传感器。
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§3.2 扫描成像类传感器 －红外扫描仪
红外扫描仪的而使红外扫描 影像产生畸变，这种畸变通常称之为全景畸变，其 形成的原因是像距保持不变，总在焦面上，而物距 随θ角发生变化而致。
热红外像片的色调特征
热红外扫描仪对温度比对发射本领的敏感性更高， 因为它与温度的四次方成正比，温度的变化能产生