遥感原理与应用第3章

波段1：0.5 ～ 0.59μm 波段2：0.61 ～ 0.68μm 波段3：0.79 ～ 0.89μm
• 全色的HRV
由6000个CCD元件组成一行。地面上总的视场宽度仍为 60km，因此每个像元地面的大小为10m×10m。
波段范围：0.51～0.73μm
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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(x)轴旋转，从 而在不同的轨道间实现立体观 测
Wt < a：将出现扫描重叠
Wt = a = βH
W =β
Ht
瞬时视场和扫描周期都为常数， 所以只要速度w与航高H之比为一 常数，就能使扫描线正确衔接， 不出现条纹图像。
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热红外像片的色调特征
热红外像片上的色调变化与相应的地物的辐射强度变化成函数关系。地
物发射电磁波的功率和地物的发射率ε 成正比，与地物温度的四次方成
模拟信号进入模数变换器进行数字化，再由发射机内调制 器调制后向地面发送或记录在宽带磁带记录仪上。
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MSS成像过程
• 扫描仪每个探测器的瞬时视场为86μrad，卫星高
为915km，因此扫猫瞬间每个像元的地面分辨率为
79m x 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，这样在瞬间看到的地面大小为
• 对像面扫描的成像仪
– 瞬间在像面上先形成一条线图像或一幅二维影 像，然后对影像进行扫描成像（线阵列CCD推 扫式成像仪 ）
• 成像光谱仪
– 以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获取图 像信息的仪器
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3.1.1 对物面扫描的成像仪
• 红外扫描仪 • MSS多光谱扫描仪 • TM专题制图仪 • ETM+增强型专题制图仪
• 探测器的作用是将辐射能转变成电信号输出。它的数量与 成像板上的光学纤维单元的个数相同，所使用的类型与响 应波长有关，
• MSS-4～6采用18个光电倍增管， • MSS-7使用6个硅光电二极管， • Landsat-2,3的MSS8采用2个汞镉碲热敏感探测器。 • 其致冷方式采用辐射致冷器致冷。经探测器检波后输出的
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全景畸变
• 由于地面分辨率随扫描角发生变化，使红外扫描影像产生 畸变，这种畸变通常称之为全景畸变，形成原因是像距保 持不变，总在焦面上，而物距随扫描角发生变化所致。
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温度分辨率
• 温度分辨率与探测器的响应率R和传感器系统内的噪声 N有直接关系
• 红外系统的噪声等效温度限制在0.1 ～ 0.5K之间，系 统的温度分辨率一般为等效噪声的2～6倍。
分辨率：80m（79m、83m）；热红外：120×120m。
TM中增加了一个扫描改正器，使扫描行垂直于飞行轨道， 往返双向都对地扫描，存在全景变形， 探测器共100个 （16×6+4），分7个波段：蓝、绿、红、三个红外波段、 一个热红外波段。
分辨率：30×30m；热红外：120×120m。
ETM+：辐射定标精度提高，辐射校正有了很大改进。8个波
正比，因此图像上的色调也与这两个因素成相应关系。
W = εσT 4
图3-5 红外像片
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 较高的色调差别。
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MSS多光谱扫描仪
• 陆地卫星上的 MSS（Multispectral Scanner） • 由扫描反射镜、校正器、聚光系统、旋转快门、
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红外扫描仪
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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，由刈幅的一边到另一 边依次进入传感器，
• 经探测器输出视频信号， • 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
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扫描线的衔接
当扫描镜的某一个反射镜面扫完一次后，第二个反射镜面接着
重复扫描，飞机的飞行使得两次扫描衔接。如何让每相邻两条
带很好地衔接，可由以下的关系式来确定。假定旋转棱镜扫描
一次的时间为t，一个探测器地面分辨率为a，若要使两条扫描
带的重叠度为零，但又不能有空隙，则必须
W=a t
W为飞机的地速
Wt > a：将出现扫描漏洞
• 特点
– 主动式遥感
– 雷达信号（距离、方位、相对速度、反射特性）
– 穿透特性
• 分类
– 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
段，增加了PAN（全色）波段，分辨率15m，远红外波段为
60m。
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3.1.2 对像面扫描的成像仪
• HRV——线阵列推扫式扫描仪
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SPOT上的HRV
• 多光谱型的HRV
三个波谱段，每个波谱段的线阵列探测器组由3000个CCD元 件组成。每个元件形成的像元地面分辨率为20×20m。因此 一行CCD探测器形成的图像线，相对地面上为20×60km。
9.958µs / 33ms ×185km = 56m
采样后对每个像元（每个信道的一次采样）采用6bit进行编
码,24路输出共需144bit，都在9.958μS内生成，反算成每个 字节（6bit）所需的时间为0.3983μS（其中包括同步信号约 占0.3983μS) ，每个bit为队0.0664μS，因此，bit速率约为
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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。
915km ×86µrad = 79m
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探测器
• 基本上属于多光谱扫描仪，其构造与CCD线阵列 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。
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光谱分辨率对水铝矿反射光谱的影响
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3.2雷达成像仪
发射机 显示器
转换 开关
接收机
天线
图3-19 脉冲式雷达的一般结构
距离信息： R = 1 vt 2
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3.2雷达成像仪
474m x 79m。又由于扫描总视场为 11.560，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 x 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。
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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 x 79m （Landsat-4为68m x 83m）。
• HRG
–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
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3.1.3 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 信息的仪器。
通过将传统的空间成像技术和地物光谱技术有机地结合在一起，可以 实现对同一地区同时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像。
第三章 遥感传感器及其成像原理
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内容提纲
扫描成像类传感器 雷达成像仪
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传感器分类
• 摄影类型的传感器 • 扫描成像类型的传感器 • 雷达成像类型的传感器 • 非图像类型的传感器
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3.1扫描成像类传感器
• 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、成像光谱仪 ）
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。
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• 雷达接收到的回波强度是系统参数和地面目标参数的复杂 函数。
• 系统参数： – 雷达波的波长 – 发射功率 – 照射面积和方向 – 极化等
• 地面目标参数与地物的复介电常数、地面粗糙度等
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Polarization
15Mbit/s（15MHz）。采样后的数据用脉码调制方式以 2229.5MHz或 2265.5MHz的频率馈入天线向地面发送。
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MSS产品
• 粗加工产品，它是经过了辐射校准（系统噪声改 正）、几何校正（系统误差改正）、分幅注记 （28.6s扫描390次分一幅）。
• 精加工产品，它是在粗加工的基础上，用地面控 制点进行了纠正（去除了系统误差和偶然误差)
器，其地面分辨率的变化只与航高有关。航高大，a0值自 然就大，则地面分辨率差。
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θ ：扫描角
H 0：航高
Hθ = H0 cosθ = H0 secθ
θ = 0 ：地面分辨率a0 θ ≠ 0 ：平行于航行方向地面分辨率 aθ = βHθ = a0 secθ
：垂直于航行方向地面分辨率 aθ′ = aθ secθ = a0 sec2 θ
波谱范围 /um
0.450-0.515
0.525-0.605 0.630-0.69 0.775-0.90 1.550-1.75 10.40-12.5 2.090-2.35 0.520-0.90
地面分辨率
30m
30m 30m 30m 30m 60m 30m 15m
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TM、MSS、ETM+的比较