4传感器

传感器主要内容一、传感器的结构与类型二、传感器的性能三、摄影传感器四、光电成像传感器五、成像光谱仪第一节传感器一、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、传感器的组成收集器：收集来自地物目标辐射的电磁波能量。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：数据输出的装置。第一节传感器传感器的组成传感器的分类按记录方式：成像传感器（摄影成像、扫描成像）、非成像传感器（记录地物的一些物理参数）按传感器工作的波段：可见光传感器、红外传感器—光学传感器微波传感器按工作方式(接收目标自身的热辐射或反射太阳辐射)：主动传感器、被动传感器传感器的分类第二节传感器的性能四大分辨率(传感器的性能)􀂾空间分辨率􀂾波谱分辨率􀂾时间分辨率􀂾辐射分辨率空间分辨率􀂾遥感影像上地面物体能分辨的最小单元的尺寸或大小，表征影像分辨地面目标细节能力的指标。它决定了地面物体所能分辨的最小单元。􀂾像元：对于数字影像，指将地面信息离散化而形成的格网单元，单位为米。即每个记录数字对应的地面面积。􀂾解像率：对于光学影像像片，单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行细线的条数来表示，单位为线/毫米或对/毫米。如ETM的空间分辨率为15m，即用它们可以分辨大于这一尺度的目标物。1:10000航空摄影图像的空间分辨率为2-6m左右。线对数概念：镜头中心的光学分辨率，指的是摄影机镜头在单位长度内能分辨的线状物体的最大数目。象元线对数和像素的关系？波谱分辨率（光谱分辨率）􀂾传感器在所能记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，波长范围越宽，光谱分辨率越低。即传感器在接收目标辐射时能分辨出的最小波长间隔，间隔越小，分辨率越高。􀂾Mss:100~2000nm；成像光谱仪：5~10nm。􀂾当需要区分两个具有细微波谱差异的目标物时，波谱分辨率指标比较重要时间分辨率时间分辨率：对同一地点进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔，即重访周期，能够提供地物动态变化的信息。􀂾包括：􀂾传感器本身设计的时间分辨率􀂾受卫星运动规律影响􀂾根据需要，人为设计的时间分辨率例如，陆地资源卫星landsat16天一次，静止气象卫星（地球同步气象卫星）：1次/0.5小时；太阳同步气象卫星：2次/天辐射分辨率􀂾辐射分辨率（温度分辨率）：􀂾传感器在接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。即传感器将接收到电磁辐射强度划分等级时，其间隔大小。􀂾例如：landsat能探测的最大辐射量是Rmax=1.410mV/(cm2.sr.μm)，最小为Rmin=0.0083mV/(cm2.sr.μm)，探测器将这一区间划分为256份，每两份的差为(Rmax-Rmin)/256=0.005mV/(cm2.sr.μm).探测器对比接收到的辐射属于哪一个级别，然后赋予数值来表示。􀂾光学摄影图像的辐射分辨率与感光材料银盐的粒径和曝光量、洗印条件等许多因素有关。􀂾通常银盐粒径较小、曝光量适当或略偏小、显影正常或略不足的图像，反差较小、层次较丰富，具有较高的辐射分辨率。第三节摄影类型的传感器摄影是通过成像设备获取物体影像的技术。传统摄影是依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影是通过放置在焦平面的光敏元件，经光/电转换，以数字信号来记录物体的影像。三.光学摄影类型传感器摄影机种类很多，常见的为：框幅式摄影机(分幅式摄影机)缝隙式摄影机全景式摄影机多光谱摄影机（多镜头型、多摄影机型、光束分离型）1、框幅式摄影机成像原理是在某一个摄影瞬间获得一张完整的像片（18厘米×18厘米或23厘米×23厘米幅面），一张像片上的所有像点共用一个摄影中心和同一个像片面，即所谓中心投影，就是平面上各点的投影光线均通过一个固定点（投影中心或透视中心），投射到一平面（投影平面）上形成的透视关系。KodakDCS420DigitalCamerawithaNikoncameralensandbodyAnalogandDigitalCamerasHasselblad70-mmcamera真彩色合成彩红外合成框幅式摄影航空遥感影像焦距视场角焦距短焦距：小于100mm。中焦距：100-200mm。航空摄影机。长焦距：大于200mm。航天摄影机。视场角常角：50度-70度。宽角：70度-105度。特宽角：105度-135度。相同高度时，视场角越大，地面覆盖范围越大。焦距视场角又称推扫式摄影机或航带摄影机。在飞机或卫星上，摄影瞬间所获取的影象，是与航线方向垂直且与缝隙等宽的一条线影象。当飞机或卫星向前飞行时，摄影机焦平面上与飞行方向成垂直的狭缝中的影象也连续变化。当摄影机内的胶片不断卷动，且其速度与地面在缝隙中的影象移动速度相同，则能得到连续的航带摄影像片。2、缝隙式摄影机缝隙式摄影机胶片卷动速度V与飞行速度v和相对航高H有关，V=v*f/H，f为焦距。多中心投影25缝隙式摄影机多中心投影，不同缝隙对应的投影中心不同26又称扫描摄影成像或摇头摄影成像。在物镜的焦面上平行于飞行方向设置一条狭缝，并随物镜作垂直于航线方向的摆动扫描，得到一幅扫描成像的图像。物镜摆动的幅面很大，能将航线两边的地平线内的影像都摄入底片。---（全景摄影机）3全景式摄影成像27全景式摄影机28焦距长，可达600mm幅面大，23cm(长)*128cm（宽）扫描视场大，可达180度全景畸变(panoramicdistortion)：像距不变，物距随扫描角的增大而增大，出现两边比例尺逐渐缩小的现象，整个影像产生全景畸变；扫描时，飞机向前运动，扫描摆动的非线性因素，使畸变复杂化。4、多光谱摄影机对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影象的摄影机。可充分利用地物在不同光谱区有不同的反射特征，来增多获取目标的信息量，以提高识别地物能力。有三种基本类型：•多摄影机型多光谱摄影机•多镜头型多光谱摄影机•光束分离型多光谱摄影机用几架普通的航空摄影机组装而成，对各摄影机分别配以不同的滤光片和胶片的组合，采用同时曝光控制，以进行同时摄影。CenturyCity,LosAngelesNear-infrared(0.7?1.0m)Red(0.6?0.7m)Green(0.5?0.6m)Blue(0.4?0.5m)Four70-mmHasselbladCamerasArrangedtoObtainMultibandVerticalAerialPhotography多镜头型多光谱摄影机由多个物镜组成的摄影机，是用普通航空摄影机改制而成，在一架摄影机上配置多个镜头，同时选配相应的滤光片与不同感光特性的胶片组合，使各镜头在底片上成像的光谱，限制在规定的波段区内。要求：•快门的同步性要好，以便在同一时刻获取地物的多光谱像片；•各物镜光轴严格平行，保证多光谱像片的套合精度；•事先确定曝光时间；•由于不同波长的光聚焦后的实际焦面位置不同，应使地物成像在最清楚的位置上光束分离型多光谱摄影机利用单镜头进行多光谱摄影。摄影时，光束通过一个镜头后，经分光装置分成几个光束，然后分别透过不同滤光片，分成不同波段，在相应的感光胶片上成像，实现多光谱摄影。SirIsaacNewtondiscoveredthatwhitelightcouldbedispersedintoitsspectralcomponentsbypassingitthroughaprism一束白光通过棱镜传播后将被散射，表现形式是其光谱组成WhiteLightSeparatedintoitsSpectralComponentsUsingaPrism5、数码摄影机成像原理与一般摄影机同，结构也类似。所不同的是其记录介质不是感光胶片，而是光敏电子器件，如CCD（电荷耦合器件ChargeCoupledDevice的缩写）第四节光电成像传感器电视摄像机离散传感器与扫描镜多光谱成像。LandsatMSS、TM、ETM+、NOAA\AVHRR、SeaWiFS、ATLAS线阵列多光谱成像SPOT-1/2/3HRV,SPOT-4/5HRVIR红外扫描仪通道号光谱段颜色波长范围/μmMSS4绿0.5～0.6MSS5红0.6～0.7MSS6红～近红外0.7～0.8MSS7近红外0.8～1.1MSS8远红外10.4～12.6②LandsatMSS/TM/ETM+多光谱扫描仪组成：扫描系统（旋转扫描镜）、聚焦系统（反射镜组）、分光系统（棱镜、光栅）、检测系统（探测元件—光电转换系统、放大器）、记录系统等组成。MSS数据是一种多光谱段光学—机械扫描仪所获得的遥感数据。MSS数据获取原理图TM10.45~0.52μm蓝绿波段TM20.52~0.60μm绿红波段TM30.63~0.69μm红波段TM40.76~0.90μm近红外波段TM51.55~1.75μm近红外波段TM610.4~12.5μm热红外波段TM72.08~2.35μm近红外波段TM数据是第二代多光谱段光学——机械扫描仪，是在MSS基础上改进和发展而成的一种遥感器。TM采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。ETM10.45~0.52μm蓝绿波段ETM20.52~0.60μm绿红波段ETM30.63~0.69μm红波段ETM40.76~0.90μm近红外波段ETM51.55~1.75μm近红外波段ETM610.4~12.5μm热红外波段ETM72.08~2.35μm近红外波段ETM8（PAN）0.52~0.90μm可见光—近红外ETM数据是在TM基础上改进和发展而成的一种遥感器。③NOAA/AVHRR与“风云”气象卫星数据来源：美国气象卫星。近圆形太阳同步轨道。卫星携带的环境监测遥感器主要有改进型甚高分辨率辐射计(AVHRR)和泰罗斯业务垂直观测系统(TOVS)。NOAA图像。参考网站:://时间：2003年1月18日地点：堪培拉影像：NOAAAVHRR用途：反映火灾的发生和痕迹。BACK③NOAA/AVHRR与“风云”气象卫星NOAA/AVHRR有5个通道，各通道的波长范围分别是：AVHRR1：0.58～0.68μm，绿～红AVHRR2：0.725～l.lμm，近红外AVHRR3：0.48～0.53μm，蓝～绿AVHRR4：0.53～0.68μm，绿～红AVHRR5：10.5～12.5μm，热红外③NOAA/AVHRR与“风云”气象卫星FY-l-A的AVHRR数据与美国NOAA卫星的AVHRR很相似，可互相切换工作，互为备份。FY-1两卫星的实时传输采用与NOAA卫星兼容的体制，有高分辨率图像传输(HRPT)和4km分辨率的自动图像传输(APT)两种。FY图像参考网站：(气象卫星接收中心)(中国国家气象局)NextBACKPush-broomscanner把探测器按扫描方向（垂直于飞行方向）阵列式排列来感应地面响应，以代替机械的真扫描。若探测器按线性阵列排列，则可以同时得到整行数据；若面阵式排列，则同时得到的是整幅图像。线阵列传感器多使用电荷耦合器件CCD（chargecoupleddevice），每个探测器元件感应响应“扫描”行上一个唯一的地面分辨单元的能量，探测器的大小决定了每个地面分辨单元的大小。卫星运行方向中巴资源卫星、SPOT/HRG、IKONOS、QuickBird、北京1号小卫星空间和辐射分辨率高：线性阵列系统可以为每个探测器提供较长的停留时间，以便更充分的测量每个地面分辨单元的能量。几何精度更高：记录每行数据的探测元件间有固定的关系，具有更大的稳定性。体