第3章 传感器及其成像方式
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第3章 传感器及其成像方式综述
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—
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—
遥感原理与应用-第3章
– – – – 真实孔径雷达(Radar) 合成孔径雷达(SAR) 相干雷达(INSAR) 激光雷达(LIDAR:Light detection and ranging ) 激光雷达技术复杂、研制周期长，设备昂贵，因此要发展它 不仅需要有关的高级专门人才，还要有雄厚的经济基础。它 就使它普及起来很困难，目前它主要应用于科学研究方面。
28
MSS、TM、ETM+的比较
MSS TM ETM+ 扫描方向不垂直于飞行方 增加了一个扫描改正器， 辐射定标精度提高，辐射 校正有了很大改进 向，去扫回不扫，存在全 使扫描行垂直于飞行轨道， 景变形 往返双向都对地扫描，存 在全景变形 24+2个玻璃纤维单元，5 探测器共100个 8个波段，增加了PAN（全 色）波段 个波段：绿色、红色、两 （16×6+4），分7个波段： 个红外波段、一个热红外 蓝、绿、红、三个红外波 波段 段、一个热红外波段 分辨率：80m（79m、 83m）； 热红外：240×240m 分辨率：30×30m； 热红外：120×120m 分辨率15m； 远红外波段：60m
3.2.1 真实孔径雷达
44
3.2.1 真实孔径雷达
• 距离分辨率： 是在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标 的最小距离，它与脉冲的宽度有关。 • 方位分辨率： 是在雷达飞行方向上，能分辨两个目标的 最小距离，它与波瓣角有关。
15
反射镜组
• 反射镜组由主反射镜和次反射镜组成，焦距为 82.3cm，第一反射镜的孔径为22.9cm，第二反射 镜的孔径为8.9cm，相对孔径为3.6。 • 反射镜组的作用是将扫描镜反射进入的地面景物 聚集在成像面上。
16
成像板
• 成像板上排列有 24＋2个 玻璃纤维单元，按波段排 列成四列，每列有 6个纤 维单元，每个纤维单元为 扫描仪的瞬时视场的构像 范围，由于瞬时视场为 86μrad，而卫星高度为 915km，因此它观察到地面 上的面积为 79m x 79m。
28
MSS、TM、ETM+的比较
MSS TM ETM+ 扫描方向不垂直于飞行方 增加了一个扫描改正器， 辐射定标精度提高，辐射 校正有了很大改进 向，去扫回不扫，存在全 使扫描行垂直于飞行轨道， 景变形 往返双向都对地扫描，存 在全景变形 24+2个玻璃纤维单元，5 探测器共100个 8个波段，增加了PAN（全 色）波段 个波段：绿色、红色、两 （16×6+4），分7个波段： 个红外波段、一个热红外 蓝、绿、红、三个红外波 波段 段、一个热红外波段 分辨率：80m（79m、 83m）； 热红外：240×240m 分辨率：30×30m； 热红外：120×120m 分辨率15m； 远红外波段：60m
3.2.1 真实孔径雷达
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3.2.1 真实孔径雷达
• 距离分辨率： 是在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标 的最小距离，它与脉冲的宽度有关。 • 方位分辨率： 是在雷达飞行方向上，能分辨两个目标的 最小距离，它与波瓣角有关。
15
反射镜组
• 反射镜组由主反射镜和次反射镜组成，焦距为 82.3cm，第一反射镜的孔径为22.9cm，第二反射 镜的孔径为8.9cm，相对孔径为3.6。 • 反射镜组的作用是将扫描镜反射进入的地面景物 聚集在成像面上。
16
成像板
• 成像板上排列有 24＋2个 玻璃纤维单元，按波段排 列成四列，每列有 6个纤 维单元，每个纤维单元为 扫描仪的瞬时视场的构像 范围，由于瞬时视场为 86μrad，而卫星高度为 915km，因此它观察到地面 上的面积为 79m x 79m。
第三章遥感成像原理与遥感图像特征
覆盖类f型: 望，远它镜所系记统录的的焦是距一种复合信号响应。因此，一般 图像包含的是“纯像元”和“混合”像元的集合体，这依 赖于IFOV的大小和地面物体的空间复杂性。I F O V
一、遥感图像特征
（4）地面分辨率的计算
摄影方式：
Rg Rs f H
Rs：胶片的分辨率和摄影镜头的分辨率所构成的系统 分辨率，单位线对/mm
6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星正好向前移动474m，因此扫描线正
好衔接。
0.5~0.6μm 0.6~0.7μm
扫描方向
.m 1
m
2
...k m 3
...m 4
5
0.7~0.8μm
0.8~1.1μm
卫
星
10.4~12.6μm 前 进
方
向
6
成像板
一、遥感图像特征
一般来说：遥感系统的空间分辨率越高，其识别 物体的能力越强。但实际上每一目标在图像上的可 分辨程度，不完全决定于空间分辨率的具体值，而 是和它的形状、大小，以及它与周围物体亮度、结 构的相对差有关（反差）。例如MSS的空间分辨率 为79m，但是宽仅10-20m的铁路，公路，当它们通 过沙漠、水域、草原等背景光谱较单调或与道路光 谱差异大的地区，往往清晰可辨。
一、遥感图像特征
（3）瞬时视场（IFOV）
指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野。单位为
毫弧度（mrad）。
S
S ➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，空间分辨率越高。 f
f ➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小。
➢一个瞬S:时探视测场元内件的的信边息长，表示一个像元。
➢在任何H:一遥个感给平定台的的瞬航时高视场内，往往包含着不止一种地面H
一、遥感图像特征
（4）地面分辨率的计算
摄影方式：
Rg Rs f H
Rs：胶片的分辨率和摄影镜头的分辨率所构成的系统 分辨率，单位线对/mm
6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星正好向前移动474m，因此扫描线正
好衔接。
0.5~0.6μm 0.6~0.7μm
扫描方向
.m 1
m
2
...k m 3
...m 4
5
0.7~0.8μm
0.8~1.1μm
卫
星
10.4~12.6μm 前 进
方
向
6
成像板
一、遥感图像特征
一般来说：遥感系统的空间分辨率越高，其识别 物体的能力越强。但实际上每一目标在图像上的可 分辨程度，不完全决定于空间分辨率的具体值，而 是和它的形状、大小，以及它与周围物体亮度、结 构的相对差有关（反差）。例如MSS的空间分辨率 为79m，但是宽仅10-20m的铁路，公路，当它们通 过沙漠、水域、草原等背景光谱较单调或与道路光 谱差异大的地区，往往清晰可辨。
一、遥感图像特征
（3）瞬时视场（IFOV）
指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野。单位为
毫弧度（mrad）。
S
S ➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，空间分辨率越高。 f
f ➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小。
➢一个瞬S:时探视测场元内件的的信边息长，表示一个像元。
➢在任何H:一遥个感给平定台的的瞬航时高视场内，往往包含着不止一种地面H
第03章电感式传感器
• 图为典型的角位移型电容式传感器 当动板有一转角时，与定板之间相互覆盖的面积
就发生变化，因而导致电容量变化。
4.2.2 变面积型电容式传感器
+ + +
4.2.2 变面积型电容式传感器
• 线位移型电容式传 感器
• 平面线位移型和圆 柱线位移型两种。
4.2.3 变介电常数型电容传感器
• 变介电常数型电容传感器的结构原理如图 所示
零残电压过大带来的影响：
灵敏度下降、非线性误差增大 测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放大电路后级饱和，仪器不能正常 工作。
产生的原因：两电感线圈的等效参数不对称
减小零点残余电压方法：
1. 尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数玫磁路的对称。磁性材料要经过处理， 消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。
3.6 压磁式传感器
铁磁材料的压磁效应的具体内容为： ①材料受到压力时，在作用力方向磁导率μ减小，而在作用力相垂直方向，μ略有增 大；作用力是拉力时，其效果相反； ②作用力取消后，磁导率复原； ③铁磁材料的压磁效应还与外磁场强度有关。
右图所示为压磁式压力传感器(又称为 磁弹性传感器)结构简图示例。
测头
测杆
电感 磁芯 线圈
下图是气体压力传感器和加速度计用传感器的结构原理图
气体压力传感器
加速度计用传感器
轴向式差动电感式传感器
总行程： 1.5mm 测量力：0.4～0.7N 示值变动性：0.2µm
总行程： 3mm 测量力：0.45～0.65N 示值变动性：0.03µm
旁向式差动电感式传感器
总行程：1.5mm 测量力：0.12～0.18N 示值变动性：0.05µm
大和检波，这种方法电路简单，主要用 在差动式电涡流传感器中。
就发生变化，因而导致电容量变化。
4.2.2 变面积型电容式传感器
+ + +
4.2.2 变面积型电容式传感器
• 线位移型电容式传 感器
• 平面线位移型和圆 柱线位移型两种。
4.2.3 变介电常数型电容传感器
• 变介电常数型电容传感器的结构原理如图 所示
零残电压过大带来的影响：
灵敏度下降、非线性误差增大 测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放大电路后级饱和，仪器不能正常 工作。
产生的原因：两电感线圈的等效参数不对称
减小零点残余电压方法：
1. 尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数玫磁路的对称。磁性材料要经过处理， 消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。
3.6 压磁式传感器
铁磁材料的压磁效应的具体内容为： ①材料受到压力时，在作用力方向磁导率μ减小，而在作用力相垂直方向，μ略有增 大；作用力是拉力时，其效果相反； ②作用力取消后，磁导率复原； ③铁磁材料的压磁效应还与外磁场强度有关。
右图所示为压磁式压力传感器(又称为 磁弹性传感器)结构简图示例。
测头
测杆
电感 磁芯 线圈
下图是气体压力传感器和加速度计用传感器的结构原理图
气体压力传感器
加速度计用传感器
轴向式差动电感式传感器
总行程： 1.5mm 测量力：0.4～0.7N 示值变动性：0.2µm
总行程： 3mm 测量力：0.45～0.65N 示值变动性：0.03µm
旁向式差动电感式传感器
总行程：1.5mm 测量力：0.12～0.18N 示值变动性：0.05µm
大和检波，这种方法电路简单，主要用 在差动式电涡流传感器中。
传感器的类型ppt课件
原理：电机->转角 ->电位器 ->电阻
ppt课件.
39
3.2 电阻式传感器 案例：振动式地音入侵探测器
适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打 洞、爆破等破坏行为均可及时发现。
ppt课件.
40
3.2 电阻式传感器
ppt课件.
41
§3-2 电阻式传感器
电位计式传感器也称为变阻器式传感器，它通
过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的变
化。根据下式 式中:
R l
A
ρ—电阻率；l—电阻丝长度；A—电阻丝截面积。
如果电阻丝直径和材质一定时，则电阻值随 导线长度而变化。式中电阻值的单位为Ω。
ppt课件.
30
§3-2-2 电位计式传感器
常用电位计式传感器有直线位移型、角 位移型和非线性型等。
➢ 速度、里程、发动机旋转速度、燃料剩余量 ➢ 安全气囊系统、防盗装置、黑匣子 ➢ 发动机气缸压力（日本丰田汽车）
▪ 3.传感器与家用电器
➢ 电子炉灶、洗碗机、遥控电视、录像机、电饭煲
➢ 微波炉（松下电器采用湿度传感器）
➢ 电冰箱（温控器—>控制压缩机的开关）
➢ 家庭自动化（安全监视与报警、空调与照明控制、 家务劳动自动化、人身健康管理）
金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间
存在比例关系。比例系数KS称为金属丝的应变灵敏
系数。
ppt课件.
28
§ 3-2-1 导电材料的电阻效应
物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。
KS由两部分组成：
前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般
金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；
ppt课件.
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3.2 电阻式传感器 案例：振动式地音入侵探测器
适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打 洞、爆破等破坏行为均可及时发现。
ppt课件.
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3.2 电阻式传感器
ppt课件.
41
§3-2 电阻式传感器
电位计式传感器也称为变阻器式传感器，它通
过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的变
化。根据下式 式中:
R l
A
ρ—电阻率；l—电阻丝长度；A—电阻丝截面积。
如果电阻丝直径和材质一定时，则电阻值随 导线长度而变化。式中电阻值的单位为Ω。
ppt课件.
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§3-2-2 电位计式传感器
常用电位计式传感器有直线位移型、角 位移型和非线性型等。
➢ 速度、里程、发动机旋转速度、燃料剩余量 ➢ 安全气囊系统、防盗装置、黑匣子 ➢ 发动机气缸压力（日本丰田汽车）
▪ 3.传感器与家用电器
➢ 电子炉灶、洗碗机、遥控电视、录像机、电饭煲
➢ 微波炉（松下电器采用湿度传感器）
➢ 电冰箱（温控器—>控制压缩机的开关）
➢ 家庭自动化（安全监视与报警、空调与照明控制、 家务劳动自动化、人身健康管理）
金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间
存在比例关系。比例系数KS称为金属丝的应变灵敏
系数。
ppt课件.
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§ 3-2-1 导电材料的电阻效应
物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。
KS由两部分组成：
前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般
金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；
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。
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
传感器及其成像原理
传感器及其成像原理传感器是指能够感知和采集外界信息，并将其转化为电信号或其他形式的信号的设备。
传感器的成像原理是通过使用不同的物理原理来解释和描述传感器如何工作。
光学传感器是最常见的一类传感器。
其成像原理是利用光的散射、反射、折射等特性来获取目标物体的信息。
光学传感器包括摄像头、光电二极管、光电感光器等。
当光线照射到目标物体上时，会发生不同的光学作用，光学传感器会接收到这些光学作用产生的信号，并通过转换和处理这些信号来获得目标物体的图像信息。
声波传感器是另一类常见的传感器。
声波传感器的成像原理是利用声波在物体上的传播和反射来获取目标物体的信息。
声波传感器通常包括麦克风、声纳等设备。
当发射声波时，声波会在物体上产生反射，并返回传感器。
传感器会接收到这些反射声波，并通过转换和处理这些声波信号来获得目标物体的信息。
热传感器是一类能够感知和测量物体温度的传感器。
热传感器的成像原理是利用物体辐射的热能来获取目标物体的温度信息。
热传感器包括红外线传感器、热电偶等。
当物体的温度不同于周围环境时，物体会辐射出热能，热传感器会接收到这些热能，并通过转换和处理热能的信号来获得目标物体的温度信息。
其他常见的传感器包括压力传感器、湿度传感器、加速度传感器等。
这些不同的传感器都有各自特定的成像原理。
传感器的成像原理关键在于收集外界的物理信号并将其转换为可用的电信号或其他形式的信号。
这需要传感器具备合适的感知原理和适当的信号转换和处理装置。
传感器的设计和制造一般需要考虑信号采集的灵敏度、可靠性、精确度等指标，并利用合适的技术和方法来实现。
总结起来，传感器的成像原理是通过利用不同的物理原理来感知和采集外界信息，并将其转换为可用的电信号或其他形式的信号。
不同的传感器有不同的感知原理和特定的成像方式，但其共同之处在于将外界的物理信号转换为可用的数据信号，以实现对目标物体的感知和测量。
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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。
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。
投影面倾斜对构像的影响
中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。
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
（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
固体自扫描成像
与框幅式摄影机相似，某 一瞬间获得一幅完整影像， 一个中心投影。
在某一瞬间得到的是一条线影像，一幅 影像是由若干条线影像拼接而成，因此 又称为推帚式扫描成像。成像方式在几 何关系上同缝隙式摄影机情况相同。
和光学机械扫描相比，推扫式扫描的主要特点：
（1）探测器有了相对较长的信息采集时间，可以更充分地测量每个地面
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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
概述
焦平面上的感光胶 片等组成的成像系
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
hr H
（3.1）
式中：δ为位移量，h为地面高差，
r 为像点到像主点的距离，H为摄影高度。 由式（3.1）可以看出：
位移量与地形高差成正比
；
位移量与像主点的距离r成正比；
位移量与摄影高度（航高）成反比
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航空摄影像片的立体观测
像片的重叠是航空像片立体观察和航空摄影测量的基础。
图3.13
图3.19 机载多光谱扫描仪的成像过程[30]
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推扫式扫描成像
推扫式扫描（Push-Broom Scanning），又称 “像面”扫
描是利用由半导体材料制成的电荷藕合器件（ Charge Coupled Device，CCD），组成线阵列或面阵列传感器，采用广角光学系 统，在整个视场内借助遥感平台自身的移动，象刷子扫地一样扫 出一条带状轨迹，获取沿着飞行方向的地面二维图像。
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。
分辨单元的能量，获取更强的记录信号和更大的感应范围，增加了相对信噪
比，从而能得到具有更高空间分辨率和辐射分辨率的遥感图像。 （2）探测器元件之间有固定的关系，消除了因扫描过程中扫描镜速度变
化所引起的几何误差，具有更大的稳定性。因此，线性阵列系统的几何完整
性更好、几何精度更高。 （3）探测器是CCD固态微电子器件，具有小而轻、能耗低、稳定性好等
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。
优点（相对于光学摄影遥感）：一是扩大了探测的波段范围；二是 便于数据的存储与传输，目前遥感多用这类遥感器。
扫描成像类型
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扫描成像类型
多光谱扫描成像（Multispectral Scanning）
光/机扫描成像
推扫式扫描成像
热扫描成像 成像光谱技术返回光/机扫描成像光/机扫描仪的成像概念
立体观察满足的条件
1.由两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对。 2.两眼分视，即左眼看左片，右眼看右片。
3.两眼各自观察同一景物的左、右影像点的连线应与眼基线平行， 且两像片间的距离要适中。 4.两像片的比例尺尽可能一致，最大差值不宜超过16%。 注意：（1）正立体效应；
（2）反立体效应；
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
航空摄影过程与像片的重叠
立体观察
立体观察的原理 立体观察满足的条件 立体观察的仪器
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眼睛的立体视觉原理
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f1 b1－f2 b2或f1 a1－ f2 a2叫生理视差，是产生立体视觉和判 断景物远近的原因。人们的立体感觉是有限度的，当交汇角小于 30" 时，两眼就会产生同样的感觉，即无法感觉出物体的远近和立 体感觉，例如：远处的山。
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
返回 地形平坦、垂直摄影时：像片的平均比例尺 1/m＝ｆ/H＝ab/AB,通 常ｆ可以在像片的边缘或相应的影像资料（遥感摄影报告、设计书） 中找到， H 由摄影部门提供。在不知道航高时。也可以根据一定条
像点位移：在中心投影的像片上，由于地形的起伏（除引起像片 比例尺变化外，）引起平面上的点位在像片位置上的移动，其位移 量就是中心投影与垂直投影在同一水平面上的“投影误差”。 投影误差用公式可表示为：
每次采集信息都需要把自
身的温度控制在绝对零度 ，即控制自身不辐射热量 。因此，热量传感器本质 上是采集地物的表面温度
是通过传感器的旋转 扫描镜沿着垂直于遥感平 台飞行方向的逐点逐行的
横向扫描，获取地面二维
遥感图像的光-机扫描也 称物面扫描 。
图3.18 光-机扫描方式示意图
瞬时视场角（IFOV）：扫描镜 在一瞬时时间可以视为静止状 态，接收到的目标地物的电磁 波辐射，限制在一个很小的角 度内，这个角度称为瞬时视场 角，即扫描仪的空间分辨率。 总视场（FOV）：扫描带的地 面宽度称总视场，从遥感平台 到地面扫描带外侧所构成的夹 角，叫总视场角，也叫总扫描 角。扫描带对应的地面宽度L, L=2H0tanΦ 式中H为遥感平 台高度，2Φ为总的视场角。 航空遥感中总的视场角取 70°～120°。
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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。
（3）零立体； （4）双影。
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立体观察仪器
常见的有：透镜式立体镜，反光式立体镜，扫描式立 体观察仪，主体显微镜 等 返回
根据胶片结构，可将航空摄影像片分为：
黑白全色片
黑白红外片
航 空 摄 影 像 片
天然彩色片 彩色红外片
多光谱摄影像片
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3.3
扫描成像
扫描成像概念（…)
扫描成像：利用扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行逐点逐行 收集电磁波能量，再通过探测元件（光敏/热敏）把接收到的电磁 波能量转换成电信号，在磁介质上记录或再经过电 /光装置转换为 光能，在设置于焦平面的胶片上形成影像。 探测波段：可包括紫外、红外、可见光和微波波段。