第四章傳感器遙感技術(shù)關(guān)鍵傳感器第1頁(yè)主要內(nèi)容：

一、傳感器定義二、傳感器組成三、傳感器分類(lèi)四、傳感器性能指標(biāo)五、攝影型傳感器六、掃描方式傳感器

傳感器第2頁(yè)傳感器是搜集、探測(cè)、統(tǒng)計(jì)地物電磁波輻射信息工具。它遙感技術(shù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)獲取關(guān)鍵設(shè)備。它性能決定遙感能力，即傳感器對(duì)電磁波段響應(yīng)能力、傳感器空間分辨率及圖像幾何特征、傳感器獲取地物信息量大小和可靠程度。一、傳感器定義傳感器第3頁(yè)遙感傳感器由四個(gè)基本部件組成：搜集器。如透鏡組、反射鏡組、天線(xiàn)、棱鏡。探測(cè)器。如感光膠片、光電管、光敏和熱敏探測(cè)元件。處理器。如攝影處理裝置和電子處理裝置。輸出器。如掃描曬像儀、陰極攝像管、電視顯像管等。膠片和磁帶。二、傳感器組成電磁波能量化學(xué)能或電能傳感器第4頁(yè)傳感器統(tǒng)計(jì)信息形式:數(shù)字影像：統(tǒng)計(jì)在磁性介質(zhì)之上數(shù)字矩陣，能夠被計(jì)算機(jī)存放、處理和使用，又稱(chēng)為數(shù)字量。模擬影像：基于光學(xué)原理，利用感光膠片來(lái)曝光成像，經(jīng)過(guò)光學(xué)攝影取得物質(zhì)膠片、相片；又稱(chēng)為模擬量（對(duì)現(xiàn)實(shí)模擬）。模擬影像和數(shù)字影像之間轉(zhuǎn)換稱(chēng)為數(shù)摸轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換。A-analogsignals;D-digitalsignals.傳感器第5頁(yè)三、（4.1）傳感器類(lèi)型按數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方式劃分：非成像方式、成像方式（光學(xué)類(lèi)（攝影成像類(lèi)）、掃描類(lèi)（掃描成像類(lèi)））按波段劃分：可見(jiàn)光、紅外、微波按工作方式劃分：被動(dòng)（光學(xué)攝影類(lèi)、光電成像類(lèi)、成像光譜儀）、主動(dòng)（側(cè)視雷達(dá)、全景雷達(dá)）傳感器第6頁(yè)四、（4.2）傳感器性能（一）空間分辨率指遙感圖像上能夠詳細(xì)區(qū)分最小單元尺寸或大小，是像素所代表地面范圍大小，或地面物體能分辨最小單元，用來(lái)表征分辨目標(biāo)細(xì)節(jié)能力指標(biāo)。通慣用像元（像素）大小、像解率或視場(chǎng)角表示。像元（pixel），單位：米，越小空間分辨率越高；像解率，對(duì)于光學(xué)影像像片，單位距離內(nèi)能分辨線(xiàn)寬或間隔相等平行細(xì)線(xiàn)條數(shù)來(lái)表示，單位：線(xiàn)/毫米，越大空間分辨率越高；瞬時(shí)視場(chǎng)是指在掃描成像過(guò)程，一個(gè)光敏探測(cè)元件經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)投影到地面上直徑或邊長(zhǎng)。

最具實(shí)用意義指標(biāo)是傳感器分辨率，包含空間、時(shí)間、光譜、溫度分辨率。傳感器第7頁(yè)傳感器第8頁(yè)遙感數(shù)據(jù)類(lèi)型分辨率/m應(yīng)用IKONOS1城市規(guī)劃、土地管理SPOT-HRV1-320宏觀規(guī)劃、國(guó)土資源SPOT-HRVPan10立體量測(cè)ETM1-5，730陸地資源調(diào)查對(duì)于特定傳感器地面分辨率是定值，但印制遙感影像百分比尺可放大或縮小，地面分辨率在不一樣百分比尺詳細(xì)影像上反應(yīng)稱(chēng)為影像分辨率。比如專(zhuān)題制圖儀TM1~5，7波段一個(gè)象素（pix）代表地面28.5米×28.5米，或概略地說(shuō)它空間分辨率為30米，在1：10萬(wàn)圖像上影像分辨率為0.3mm，在1：20萬(wàn)圖像上則為？。傳感器第9頁(yè)傳感器第10頁(yè)（二）光譜分辨率（波譜分辨率）波譜分辨率是指遙感器在接收目標(biāo)輻射波譜時(shí)能分辨最小波長(zhǎng)間隔。間隔愈小，波譜分辨率愈高，反之則低。普通認(rèn)為，當(dāng)最小波長(zhǎng)間隔在不一樣量級(jí)改變時(shí)，其遙感類(lèi)型命名也不一樣（見(jiàn)下表）光譜分辨率改變幅度與遙感類(lèi)型關(guān)系Mss:100~nm；成像光譜儀：5~10nm。普通來(lái)說(shuō)，傳感器波段數(shù)越多，波段寬度越窄，地物信息越輕易區(qū)分和識(shí)別，針對(duì)性越強(qiáng)。但也會(huì)造成信息量太大，反而不利于識(shí)別地物信息。所以，要依據(jù)實(shí)際需要，恰當(dāng)?shù)剡x擇波段。傳感器第11頁(yè)傳感器第12頁(yè)（三）時(shí)間分辨率對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)探測(cè)時(shí)，相鄰兩次探測(cè)時(shí)間間隔，稱(chēng)為遙感圖像時(shí)間分辨率。依據(jù)回歸周期長(zhǎng)短，時(shí)間分辨率可分為三種類(lèi)型：超短（短）周期時(shí)間分辨率，以小時(shí)為單位，如氣象衛(wèi)星；中周期時(shí)間分辨率，以天為單位；長(zhǎng)周期時(shí)間分辨率，以年為單位。比如，陸地資源衛(wèi)星landsat16天一次，靜止氣象衛(wèi)星（地球同時(shí)氣象衛(wèi)星）：1次/0.5小時(shí)；太陽(yáng)同時(shí)氣象衛(wèi)星：2次/天（四）溫度分辨率指熱紅外傳感器分辨地表熱輻射（溫度）最小差異能力。如TM6圖像溫度分辨率可到達(dá)0.5K。傳感器第13頁(yè)五、（4.3）光學(xué)成像（攝影）類(lèi)型傳感器光學(xué)攝影機(jī)是最早一個(gè)遙感器，也是今天常見(jiàn)一個(gè)遙感器。它工作波段在近紫外、可見(jiàn)光到近紅外（0.32～1.3微米）之間，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)采取膠片或磁帶統(tǒng)計(jì)地物反射光譜能量。工作平臺(tái)主要是航空平臺(tái)，偵察衛(wèi)星和早期回收式遙感衛(wèi)星。用于遙感光學(xué)相機(jī)有以下幾個(gè)類(lèi)型：框幅式攝影機(jī)（分幅式攝影機(jī)）；縫隙式攝影機(jī)（又稱(chēng)航帶攝影機(jī)）；全景攝影機(jī)（又稱(chēng)掃描攝影機(jī)）；多光譜攝影機(jī)。傳感器第14頁(yè)分幅式攝影機(jī)縫隙式攝影機(jī)傳感器第15頁(yè)全景攝影機(jī)多光譜攝影機(jī)多光譜攝影機(jī)有三種類(lèi)型：多相機(jī)組合型、多鏡頭組合型和光束分離型。傳感器第16頁(yè)分幅式攝影機(jī)依據(jù)攝影目標(biāo)要求不一樣，相機(jī)鏡頭透鏡可用常角（視場(chǎng)角50°-70°）、寬角（視場(chǎng)角70°-105°）和特寬角鏡頭（視場(chǎng)角105°-135°）。在一樣平臺(tái)高度情況下，視場(chǎng)角愈大，覆蓋地面范圍愈大。鏡頭與焦平面距離為該相機(jī)焦距，焦距f<100mm為短距，100-200mm為中焦距，>200mm為長(zhǎng)焦距。現(xiàn)在慣用航空攝影相機(jī)焦距在150mm左右。用于航天攝影機(jī)焦距需要大于300mm，甚至大于1000mm。普通遙感攝影機(jī)鏡頭中心光學(xué)分辨率通常在70-100線(xiàn)對(duì)/mm。分幅式攝影機(jī)拍攝地面普通呈長(zhǎng)寬一致方形。在膠片上形成縮小了地面影像。RMKA30/23航天攝影機(jī)，焦距、像幅、高度、百分比尺（？）、范圍。傳感器第17頁(yè)六、（4.4）光電成像與掃描光電成像：傳感器將搜集到電磁波能量，經(jīng)過(guò)儀器內(nèi)光敏或熱敏元件（探測(cè)器），轉(zhuǎn)變成電能后再來(lái)統(tǒng)計(jì)下來(lái)成像方式。優(yōu)點(diǎn)為：擴(kuò)大了探測(cè)波段范圍；便于數(shù)據(jù)存放與傳輸該類(lèi)型傳感器：電視攝像機(jī)、掃描儀和電荷耦合器件CCD，其中以多光譜掃描儀和CCD應(yīng)用最為廣泛。掃描成像是指依靠探測(cè)元件和掃描鏡對(duì)目標(biāo)物以瞬間視場(chǎng)為單位進(jìn)行逐點(diǎn)、逐行取樣，以得到目標(biāo)地物電磁輻射特征信息，形成一定譜段圖像。傳感器第18頁(yè)掃描方式線(xiàn)掃：傳感器往返擺動(dòng)，傳感器擺動(dòng)方向和傳感器運(yùn)動(dòng)方向垂直，一次擺動(dòng)取得多行數(shù)據(jù)。普通為線(xiàn)陣排列。推掃：不需要擺動(dòng)掃描鏡，能夠推掃方式獲取沿軌道連續(xù)圖像帶。有線(xiàn)陣和面陣兩種排列方式。比如線(xiàn)陣列推掃式掃描儀SpotHRV(HighResolutionVisiblerangeinstrument)傳感器第19頁(yè)推掃傳感器第20頁(yè)（一）紅外掃描儀旋轉(zhuǎn)掃描鏡作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)地面橫越航線(xiàn)方向掃描，并將地面輻射來(lái)電磁波反射到反射鏡組。反射鏡組作用是將地面輻射來(lái)電磁波聚焦在探測(cè)器上。探測(cè)器則是將輻射能轉(zhuǎn)變成電能。致冷器為了隔離周?chē)t外輻射直接照射探測(cè)器，普通機(jī)載傳感器可使用液氧或液氮致冷。電子處理裝置主要是對(duì)探測(cè)器輸出視頻信號(hào)放大和進(jìn)行光電變換。輸出端是一個(gè)陰級(jí)射線(xiàn)管和膠片傳動(dòng)裝置。電流強(qiáng)度（視頻信號(hào)）經(jīng)電光變換線(xiàn)路調(diào)制陰極射線(xiàn)管陰極，這時(shí)陰級(jí)射線(xiàn)管屏幕上掃描線(xiàn)亮度改變對(duì)應(yīng)于地面掃描現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)輻射量改變。膠片曝光后得到掃描線(xiàn)影像。傳感器第21頁(yè)上海市中心區(qū)熱紅外掃描圖像Fig.7ThermalinfraredimageofShanghai(centralarea)說(shuō)明：三維成像儀于3月在上海市中心區(qū)飛行獲取熱紅外掃描圖像、GPS數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了快速處理.這次飛行高度約為650m,視場(chǎng)角CJFD/science/WebForms/imageResult.aspx?q=%E7%83%AD%E7%BA%A2%E5%A4%96&page=1傳感器第22頁(yè)（二）MSS多光譜掃描儀

（MultispectralScanner）

利用多個(gè)波段敏感元件同時(shí)對(duì)地物掃描成像遙感器。探測(cè)波段：紫外、可見(jiàn)光、紅外波段。傳感器第23頁(yè)傳感器第24頁(yè)掃描儀每個(gè)探測(cè)器瞬時(shí)視場(chǎng)為86urad，衛(wèi)星高為915km，所以?huà)呙杷查g每個(gè)像元地面分辨率為79mx79m，每個(gè)波段由6個(gè)相同大小探測(cè)單元與飛行方向平行排列，這么在瞬間看到地面大小為474mx79m。因?yàn)閽呙杩傄晥?chǎng)為11.56°，地面寬度為185km，所以?huà)呙枰淮蚊總€(gè)波段此取6條掃描線(xiàn)圖像，其地面范圍為474mx185km。又因掃描周期為73.42ms，衛(wèi)星速度(地速)為6.5km/s，在掃描一次時(shí)間里衛(wèi)星往前恰好移動(dòng)474m，所以?huà)呙杈€(xiàn)恰好銜接。地速是指飛機(jī)相對(duì)與地面物體速度。Landsat-1，2攜帶多光譜掃描儀傳感器第25頁(yè)Landsat7TM、ETM+傳感器

波段設(shè)置和光譜效應(yīng)波段波長(zhǎng)（μm）光譜段分辨率（米）光譜效應(yīng)10.45-0.52藍(lán)綠光波段30水體透視、葉綠素、干燥土壤、茂密植被20.52-0.60綠光波段30水體、植被（林型、樹(shù)種）30.63-0.69紅光波段30植被種類(lèi)、覆蓋度；巖性、土壤、水中泥沙40.78-0.90近紅外光波段30植被、生物量、作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)51.55-1.75近紅外光波段30土壤濕度與類(lèi)型、植物含水量、巖性610.4-12.6熱紅外光波段60地表溫差、水溫改變、城市熱島72.09-2.35近紅外光波段30巖石類(lèi)型、地質(zhì)探礦與制圖80.52-0.90全色波段15提升影像分辨率傳感器第26頁(yè)LandSat15米ETM全色衛(wèi)星影像傳感器第27頁(yè).tw/~astrolab/mirrors/apod/ap990514.html舊金山市附近自然景觀，以及周?chē)鹆甑孛?上方是北方)。三個(gè)可見(jiàn)光波段照片所組合出來(lái)自然色彩影像。

傳感器第28頁(yè)QuickBrid傳感器多光譜掃描成像，包含1個(gè)全色波段，4個(gè)多光譜波段。全色地面分辨率0.6米，多光譜地面分辨率2.7米。波段波長(zhǎng)（μm）光譜段分辨率（米）光譜效應(yīng)10.45-0.52藍(lán)綠光波段2.4-2.7同TM120.52-0.60綠光波段2.4-2.7同TM230.63-0.69紅光波段2.4-2.7同TM340.76-0.90近紅外光波段2.4-2.7同TM450.45-0.90全色波段0.6提升影像分辨率傳感器第29頁(yè)北京故宮0.6快鳥(niǎo)北京故宮0.6快鳥(niǎo)傳感器第30頁(yè)（三）CCDCCD傳感器(ChargeCoupledDevice)稱(chēng)電荷耦合器件，是一個(gè)用電荷量表示信號(hào)大小，用耦合方式傳輸信號(hào)探測(cè)元件。線(xiàn)陣列CCD推掃式成像儀用平行排列CCD探測(cè)桿搜集地面輻射信息，每根探測(cè)桿由3000/6000個(gè)CCD元件呈一字排列，負(fù)責(zé)搜集某一波段地面輻射信息使用線(xiàn)陣列CCD元件作探測(cè)器，在瞬間能同時(shí)得到垂直航線(xiàn)一條圖像線(xiàn)，不需要用擺動(dòng)掃描鏡，像縫隙攝影機(jī)那樣，以“推掃”方式獲取沿軌道連續(xù)圖像條帶。一幅影像由若干條線(xiàn)影像拼結(jié)而成。若干個(gè)CCD器件排在一個(gè)矩形中，可組成面陣列傳感器，面陣一次得到一個(gè)2維數(shù)字方陣，某一瞬間取得一幅完整影像。與框幅式攝影相同傳感器第31頁(yè)SPOTHRV(HighResolutionVisible)傳感器波段設(shè)置和光譜效應(yīng)

在Spot5上增加了HRG傳感器傳感器第32頁(yè)Wetlandsofspecialstateconcern(yellow)andsubmergedaquaticvegetation(green)displayedonSPOT10-meterpanchromaticimageofChesapeakeBayarea.ThisimageofAnneArundelCounty,Maryland,illustratesMERLIN'smappinganddatadisplaycapabilitiesandwastakendirectlyfromtheWebsite.

傳感器第33頁(yè)七、4.5成像光譜儀和高光譜分辨率遙感技術(shù)

（ImagingSpectrometer）成像光譜儀是遙感領(lǐng)域中新型遙感器，它把可見(jiàn)光、紅外波譜分割成幾十個(gè)到幾百個(gè)波段，每個(gè)波段都能夠取得目標(biāo)圖像，同時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)圖像進(jìn)行同名地物點(diǎn)取樣，取樣點(diǎn)波譜特征值伴隨波段數(shù)愈多愈靠近于連續(xù)波譜曲線(xiàn)。這種既能成像又能獲取目標(biāo)光譜曲線(xiàn)“譜像合一”技術(shù)稱(chēng)為成像光譜技術(shù)，按該原理制成遙感器稱(chēng)為成像光譜儀。

成像光譜儀基本上屬于多光譜掃描儀，其結(jié)構(gòu)與CCD線(xiàn)陣列推掃式掃描儀和多光譜掃描儀相同，區(qū)分僅在于通道數(shù)多，各通道波段寬度很窄。傳感器第34頁(yè)高光譜分辨率遙感技術(shù)P116利用很多很窄電磁波波段從感興趣物體獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。它以納米級(jí)超高光譜分辨率和幾十或幾百個(gè)波段同時(shí)對(duì)地物成像，能夠取得地物連續(xù)光譜信息。傳感器第35頁(yè)成像光譜儀成像特點(diǎn)傳感器第36頁(yè)美國(guó)宇航局“阿卡”(取自拉丁文，意思是“水”。)衛(wèi)星中分辨率成像光譜儀所拍攝到衛(wèi)