遥感成像原理与遥感图像特征

第三章遥感成像原理与遥感图像特征

目的与要求：掌握可见光、近红外、热红外和SAR成像机理，遥感器的类型及其特性对遥感影像的影响，评价遥感影像的主要指标等。

重点及难点：遥感器与遥感成像特性，评价遥感影像的主要指标；遥感成像机理。教学法：讲授法、演示法

教学过程：

第一节传感器

一、传感器的定义和功能

传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。

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。

二、传感器的分类

按工作方式分为：

主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、微波辐射计。

被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫描仪（MSS）、TM、ETM、HRV、红外扫描仪等。

三、传感器的组成

收集器：收集地物的辐射能量。

探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。

处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。

输出器：将获取的数据输出。

四、传感器的工作原理

收集、量测和记录来自地面目标地物的电磁波信息的仪器，是遥感技术的核心部分。

➢根据传感器的工作方式分为：主动式和被动式两种。

主动式：人工辐射源向目标物发射辐射能量，然后接收目标物反射回来的能量，如雷达。

被动式：接收地物反射的太阳辐射或地物本身的热辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪（MSS、TM、ETM、HRV）。

➢传感器按照记录方式

1）非成像方式：探测到地物辐射强度，以数字或者曲线图形表示。

如：辐射计、雷达高度计、散射计、激光高度计等。

2）成像方式：地物辐射（反射、发射或两个兼有）能量的强度用图象方式表示。如：摄影机、扫描仪、成像雷达。

五、摄影型传感器

1、航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪

器，它通过光学系统采用感光材料记录地物

的反射光谱能量。记录的波长范围以可见光~

近红外为主。

2、成像原理：由于地物各部分反射的光线强

度不同，使感光材料上感光程度不同，形成

各部分的色调不同所致。

涉及的概念

◆主光轴：通过物镜中心并与主平面（或焦平面）垂直的直线称为主光轴。

◆像主点：主光轴与感光片的交点称为像主点。

◆航摄倾角：主光轴与铅垂线的夹角a

3. 航空摄影的分类

1）按照航摄倾角分类

垂直航空摄影

倾斜航空摄影:立体感强

2）按摄影实施方式分类

单片摄影

航线摄影

航向重叠：60-53%

面积摄影 (多航线摄影)

航向重叠：60-53% 旁向重叠：30-15%

3）按感光片和所用波段分类

普通黑白摄影：0.38-0.76μm

彩色红外摄影：0.38-1.3μm

黑白红外摄影：0.38-1.3μm

天然彩色摄影：0.38-0.76μm

多光谱摄影：通常蓝、绿、红及近红四

个波段

4）按比例尺分类

大比例尺航空摄影：比例尺大于1／l0000

中比例尺航空摄影：比例尺为1／10000～1／30000

小比例尺航空摄影：比例尺为1／30000～1／l00000

超小比例尺航空摄影：比例尺为1／100000～1／250000

4.摄影像片的几何特征

4.1 像片的投影

(1)中心投影和垂直投影

航片是中心投影：摄影光线交于同一点

地图是正射投影：即摄影光线平行且垂直投影面。

(２)中心投影和垂直投影的区别

◆投影距离的影响

➢正射投影:比例尺和投影距离无关

➢中心投影:焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变

◆投影面倾斜的影响

➢正射投影:总是水平的，不存在倾斜问题

➢中心投影，若投影面倾斜，航片各部分的比例尺不同

◆地形起伏的影响

➢地形起伏对正射投影无影响

➢对中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同

(3)中心投影的透视规律

◆点的像仍然是点。

◆与像面平行的直线的像还是直线；若直线垂直于地面，有两种情况：第一，

直线与像片垂直并通过投影中心时，该直线在像片上的像为一个点；第二；

直线的延长线不通过投影中心，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则取决于目标在像片中的位置。

◆平面上的曲线，其中心投影一般仍为曲线。特殊情况下为直线

4.2 航空像片比例尺

航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比，称为像片比例尺。

（1）平均比例尺：以各点的平均高程为起始面，并根据这个起始面计算出来的比例尺。

（2）主比例尺：由像主点航高计算出来的比例尺，它可以概略地代表该张航片的比例尺。

平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（f）与航高（H）之比。

4.3 像点位移-地形起伏

位移量与地形高差成正比。当高差为正时，像点位移为正，是背离像主点方移动；高差为负时，像点位移为负，是朝向像主点方向移动。

位移量与像点距离像主点的距离成正比，即距像主点越远的像点位移量越大，像片中心部分位移量较小。像主点无位移。

位移量与摄影高度（航高）成反比。即摄影高度越大，因地表起伏的位移量越小。

六、扫描方式的传感器

1.光/机扫描成像

1.1 概念：依靠机械传动装置使光学镜头摆动，形成对目标地物逐点逐行扫

描。探测元件把接受到的电磁波能量能转换成电信号，在磁介质上记录或再经电/光转换成为光能量，在设置于焦平面的胶片上形成影像

●瞬时视场角：扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的

目标物的电磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度称为瞬时

视场角。即扫描仪的空间分辨率。

●总视场角：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。

1.2工作原理：扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的

前进运动而摆动，依次对地面进行扫描，地面物体的

辐射波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将

不同波长的波段分开，再聚焦到感受不同波长的探