高光谱遥感成像原理ppt课件
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《高光谱遥感》
高光谱遥感成像原理教学
武汉大学 龚龑
第二章 第3节 高光谱遥感成像原理
《高光谱遥感》
一、高光谱成像的基本概念 二、高光谱遥感成像关键技术 三、成像光谱仪的空间成像方式 四、成像光谱仪的光谱成像方式
2
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
1.光谱仪、成像仪、辐射计之间的关系 光谱仪 成像仪 辐射计 光谱维信息 光谱分辨能力 二维成像能力
成像辐射仪
辐射计
（辐射信息）
发射率
4
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
2.光谱分辨率 •光谱分辨率（Spectral Resolution） 指探测器在波长方向上的记录宽度，又称波 段宽度（Bandwidth）。
5
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
2.光谱分辨率 下图所示，纵坐标（Y轴）为探测器的光谱 响应，它是横坐标（X轴）所代表的波长的函数。 光谱分辨率被严格定义为仪器在达到 50%光谱响 应时的波长宽度。
1.探测器焦平面技术 2.各种新型的光谱仪技术和精密光学技术 3.高速数据采集、传输、记录和实时无损压缩技术 4.成像光谱仪的光谱与辐射定标技术
19
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
二、高光谱遥感成像关键技术
1. 探测器焦平面技术
• 成像光谱仪的发展首先依赖于焦平面技术的发展。
焦平面是指经过焦点与主光轴垂直的平面
• 目前世界上硅焦平面探测技术十分成熟。
大面阵和长线阵的硅电感耦合器件(charge coupled device) 已经商品化。从CCD 的角度来讲， 在可见光、近红外光谱的间隔可以细分为1-2nm.
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
4.仪器的视场角
地面扫描幅宽__仪器的视场角（Field of View，FOV） 仪器的视场角是仪器扫描镜在空中扫过的 角度，它与系统平台高度决定了地面扫描幅宽 （Ground Swath，GS）
9
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
高光谱成像仪光学成像中既有普通意义上 的光学系统，如望远镜系统、光谱仪系统。也 有如线列光纤狭缝和面阵探测器一类的离散采 样系统。还存在系统之间的耦合等因素。
如何评价遥感成像环节对遥感图像的影响?
13
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
5.调制传递函数 调制传递函数(MTF)是从谐波分析的角度研究 光学系统的成像性质，能够定量描述系统对正弦 信号输入的振幅响应，被广泛用于遥感器的成像 过程研究。
实际的遥感成像链路系统一般比较复杂，但 是，可以认为是由若干个独立成像的分系统组成 的复合成像链路系统。 （满足相乘律条件）
14
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
5.调制传递函数
若干个独立成像 的分系统组成的复 合成像链路系统满 足相乘律条件。
（李宏升，2005）
15
武汉大学 龚龑
空间维信息
辐射能信息
辐射分辨能力
3
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
成像仪
（空间信息）
成像光谱仪 光谱辐射仪 光谱仪
（光谱信息）
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 8 9 10 波长(um) 11 12 75 60 45 30 15 0 大理石在不同观测天顶角发射率的变化情况
4.仪器的视场角
line
GS = 2 . tg(FOV/2) . H
H
10
武汉大学 龚龑
Ground Swath
wk.baidu.com
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念 • 仪器的视场角(FOV)与瞬时视场角(IFOV)的关系？
line
pixel
H IFOV
GRC
武汉大学 龚龑
11
Ground Swath
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
4.仪器的视场角 因此，在仪器设计时，FOV和IFOV是必须 考虑的重要参数。 • 仪器的视场角(FOV)较大，可以获得较宽的 地面扫描幅宽。 • 瞬时视场角(IFOV)较小，可以获得较高的空 间分辨率。
12
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
5.调制传递函数
7
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
瞬时视场角IFOV 以毫弧度（m rad）为计 量单位。IFOV所对应的地面大小被称为地面分辨 单元（Ground Resolution Cell）。
pixel
GRC = 2 . tg(IFOV/2) . H
H
IFOV
8
武汉大学 龚龑
GRC
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
6.信噪比
•
信噪比（Signal Noise Ratio,SNR）是传感 器所采集到的信号和噪声之比，是传感器的一个 极其重要的性能参数。 信噪比的高低直接影响图像的分类和图像目 标的识别等处理效果。 信噪比与空间分辨率、光谱分辨率是相互制 约的，提高空间分辨率或者光谱分辨率都会降低 信噪比，须综合取舍。
17
武汉大学 龚龑
第二章 第3节 高光谱遥感成像原理
《高光谱遥感》
一、高光谱成像的基本概念 二、高光谱遥感成像关键技术 三、成像光谱仪的空间成像方式 四、成像光谱仪的光谱成像方式
18
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
二、高光谱遥感成像关键技术
•
高光谱成像的关键技术包括图像的获取传输和 处理等技术。成像光谱仪是集探测器技术、精密 光学机械、微弱信号探测、计算机技术、信息处 理等技术为一体的综合性技术。
6
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
3.空间分辨率 • 空间分辨率(Spatial Resolution) 成像光谱仪的空间分辨率是由仪器的角分辨 力（Angular Resolving Power）,即仪器的瞬时 视场角（Instantaneous Field of View, IFOV） 决定的。
16
• •
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
7.探测器凝视时间
•
探测器的瞬时视场角扫过地面分辨单元的时 间称为凝视时间（dwell time）。
探测器的凝视时间在数值上等于行扫描时间除 以每行的像元个数。 探测器的凝视时间长短对成像质量有哪些影响？ 凝视时间越长，进入探测器的能量越多， 光谱响应越强，图像信噪比越高。
高光谱遥感成像原理教学
武汉大学 龚龑
第二章 第3节 高光谱遥感成像原理
《高光谱遥感》
一、高光谱成像的基本概念 二、高光谱遥感成像关键技术 三、成像光谱仪的空间成像方式 四、成像光谱仪的光谱成像方式
2
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
1.光谱仪、成像仪、辐射计之间的关系 光谱仪 成像仪 辐射计 光谱维信息 光谱分辨能力 二维成像能力
成像辐射仪
辐射计
（辐射信息）
发射率
4
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
2.光谱分辨率 •光谱分辨率（Spectral Resolution） 指探测器在波长方向上的记录宽度，又称波 段宽度（Bandwidth）。
5
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
2.光谱分辨率 下图所示，纵坐标（Y轴）为探测器的光谱 响应，它是横坐标（X轴）所代表的波长的函数。 光谱分辨率被严格定义为仪器在达到 50%光谱响 应时的波长宽度。
1.探测器焦平面技术 2.各种新型的光谱仪技术和精密光学技术 3.高速数据采集、传输、记录和实时无损压缩技术 4.成像光谱仪的光谱与辐射定标技术
19
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
二、高光谱遥感成像关键技术
1. 探测器焦平面技术
• 成像光谱仪的发展首先依赖于焦平面技术的发展。
焦平面是指经过焦点与主光轴垂直的平面
• 目前世界上硅焦平面探测技术十分成熟。
大面阵和长线阵的硅电感耦合器件(charge coupled device) 已经商品化。从CCD 的角度来讲， 在可见光、近红外光谱的间隔可以细分为1-2nm.
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
4.仪器的视场角
地面扫描幅宽__仪器的视场角（Field of View，FOV） 仪器的视场角是仪器扫描镜在空中扫过的 角度，它与系统平台高度决定了地面扫描幅宽 （Ground Swath，GS）
9
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
高光谱成像仪光学成像中既有普通意义上 的光学系统，如望远镜系统、光谱仪系统。也 有如线列光纤狭缝和面阵探测器一类的离散采 样系统。还存在系统之间的耦合等因素。
如何评价遥感成像环节对遥感图像的影响?
13
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
5.调制传递函数 调制传递函数(MTF)是从谐波分析的角度研究 光学系统的成像性质，能够定量描述系统对正弦 信号输入的振幅响应，被广泛用于遥感器的成像 过程研究。
实际的遥感成像链路系统一般比较复杂，但 是，可以认为是由若干个独立成像的分系统组成 的复合成像链路系统。 （满足相乘律条件）
14
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
5.调制传递函数
若干个独立成像 的分系统组成的复 合成像链路系统满 足相乘律条件。
（李宏升，2005）
15
武汉大学 龚龑
空间维信息
辐射能信息
辐射分辨能力
3
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
成像仪
（空间信息）
成像光谱仪 光谱辐射仪 光谱仪
（光谱信息）
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 8 9 10 波长(um) 11 12 75 60 45 30 15 0 大理石在不同观测天顶角发射率的变化情况
4.仪器的视场角
line
GS = 2 . tg(FOV/2) . H
H
10
武汉大学 龚龑
Ground Swath
wk.baidu.com
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念 • 仪器的视场角(FOV)与瞬时视场角(IFOV)的关系？
line
pixel
H IFOV
GRC
武汉大学 龚龑
11
Ground Swath
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
4.仪器的视场角 因此，在仪器设计时，FOV和IFOV是必须 考虑的重要参数。 • 仪器的视场角(FOV)较大，可以获得较宽的 地面扫描幅宽。 • 瞬时视场角(IFOV)较小，可以获得较高的空 间分辨率。
12
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
5.调制传递函数
7
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
瞬时视场角IFOV 以毫弧度（m rad）为计 量单位。IFOV所对应的地面大小被称为地面分辨 单元（Ground Resolution Cell）。
pixel
GRC = 2 . tg(IFOV/2) . H
H
IFOV
8
武汉大学 龚龑
GRC
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
6.信噪比
•
信噪比（Signal Noise Ratio,SNR）是传感 器所采集到的信号和噪声之比，是传感器的一个 极其重要的性能参数。 信噪比的高低直接影响图像的分类和图像目 标的识别等处理效果。 信噪比与空间分辨率、光谱分辨率是相互制 约的，提高空间分辨率或者光谱分辨率都会降低 信噪比，须综合取舍。
17
武汉大学 龚龑
第二章 第3节 高光谱遥感成像原理
《高光谱遥感》
一、高光谱成像的基本概念 二、高光谱遥感成像关键技术 三、成像光谱仪的空间成像方式 四、成像光谱仪的光谱成像方式
18
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
二、高光谱遥感成像关键技术
•
高光谱成像的关键技术包括图像的获取传输和 处理等技术。成像光谱仪是集探测器技术、精密 光学机械、微弱信号探测、计算机技术、信息处 理等技术为一体的综合性技术。
6
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
3.空间分辨率 • 空间分辨率(Spatial Resolution) 成像光谱仪的空间分辨率是由仪器的角分辨 力（Angular Resolving Power）,即仪器的瞬时 视场角（Instantaneous Field of View, IFOV） 决定的。
16
• •
武汉大学 龚龑
《高光谱遥感》
一、高光谱遥感成像的基本概念
7.探测器凝视时间
•
探测器的瞬时视场角扫过地面分辨单元的时 间称为凝视时间（dwell time）。
探测器的凝视时间在数值上等于行扫描时间除 以每行的像元个数。 探测器的凝视时间长短对成像质量有哪些影响？ 凝视时间越长，进入探测器的能量越多， 光谱响应越强，图像信噪比越高。