《遥感原理与应用》总结—遥感传感器及成像原理
目录
遥感传感器及成像原理
1.常用的遥感传感器类型
2.各类传感器成像原理—异同点—各类图像特点
遥感传感器及成像原理
重点：成像原理和图像特点
1.常用的遥感传感器类型
遥感中使用的传感器类型：（1）摄影成像类型传感器（2）扫描成像类型传感器（3）雷达成像类型传感器（4）非图像类型传感器。
传感器的组成部分：
收集器:收集地物辐射来的能量。具体的元件如透镜组、反射镜组、天线等。
探测器:将收集的辐射能转变成化学能或电能。具体的元器件如感光胶片、光电管、光敏和热敏探测元件、共振腔谐振器等。
处理器:对收集的信号进行处理。如显影、定影、信号放大、变换、校正和编码等。具体的处理器类型有摄影处理装置和电子处理装置。
输出器:输岀获取的数据。输出器类型有扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管磁带记录仪、彩色喷墨仪,等等。
2.各类传感器成像原理—异同点—各类图像特点
扫描成像类：传感器逐点逐行地以时序方式获取的二维图像（依靠探测元件和扫瞄镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像）。
（1）对物面扫描的成像仪（如：红外扫描仪、 MSS 多光谱扫描仪、成像光谱仪等） 。
红外扫描仪（对物面）
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，再经电子放大器放大和调制，在阴极射线管上显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。
全景畸变：全景摄影机的像距不变，物距随扫描角增大而增大，由此所产生影像由中心到两边比例尺逐渐缩小的畸变。
动态畸变：在扫描的同时卫星在往前飞行而引起的畸变。
扫描线的衔接：速度与航高之比为一常数。
色调特征：色调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。
MSS多光谱扫描仪（对物面）
成像过程： 扫描仪每个探测器的瞬时视场为86μrad，卫星高为915km，因此扫描瞬间每个像元的地面分辨率为79km*79km，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474km79km。又由于扫描总视场为11.56°，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474km*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474km，因此扫描线恰好衔接。
TM专题制图仪（Landsat-4/5）（对物面）
TM 是一个高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器，与多波段扫描仪 MSS 性能相比，它具有更高的空间分辨率，更好的频谱选择性，更好的几何保真度，更高的辐射准确度和分辨率。
特点：TM 增加了一个扫描改正器，使扫描行垂直于飞行轨道（MSS不垂直）；往返双向扫描（MSS从西向东）；影像辐射分辨率为8bit；TM的探测器共有100个，分七个波段；探测器每组16个，呈错开排列。
ETM+增强型专题制图仪（对物面）
ETM+ 是一台 8 谱段的多光谱扫描辐射计。
相比TM在以下三方面作了改进:
（1）增加PAN（全色)波段,分辨率15m，因而使数据速率增加;
（2）采用双增益技术使远红外波段分辨率提高到60m,也增加了数据率;
（3）改进后的太阳定标器使卫星的辐射定标误差小于5%，及其精度比Landsat-5约提高1倍。辐射校正有了很大改进。
（2）对像面扫描的成像仪（如：线阵列 CCD 推扫式成像仪、电视摄像机等）：是瞬间在像面上先形成一条线图像，甚至是一幅二维影像，然后对影像进行扫描成像。
线阵列推扫式扫描仪—HRV（对像面）
成像方式：（1）瞬间：垂直航线的一条图像线（单中心）。（2）连续图像条带：以“推扫”方式获取沿轨道的图像（多中心）。
成像光谱仪（对像面）
成像光谱仪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。
特点：（1）高光谱分辨力:可以获得可见光，近红外，短波红外，热红外波段多而窄的连续光皮,波段多，间隔在nm级，10-20 nm，个别到2.5 nm;
（2）图谱合一:在获得高光谱波段图像的同时,可以显示图像中每个像元的连续光谱。
（3）空间分辨力:航空的较高;航天的分为中分辨力和高分辨力。
（4）辐射分辨力和信噪比。
（5）数据量大。
微波成像类（侧视雷达）
侧视雷达成像与航空摄影区别：
（1）航空摄影利用太阳光作为照明源,侧视雷达利用发射的电磁波作为照射源。
（2）雷达在于它是根据回波时间记录数据,而摄影机或光学—机械扫描系统是根据系统视角记录数据的。
真实孔径雷达：（侧视雷达：将雷达天线置于飞行器的一侧或两侧；真实孔径：以天线的实际孔径工作。）真实孔径雷达图像获取过程：天线装在飞机的侧面,发射机向侧向面内发射一束窄脉冲,地物反射的微波脉冲,由天线收集后,被接收机接收。由于地面各点到飞机的距离不同,接收机接收到许多信号,以它们到飞机距离的远近,先后依序记录。信号的强度与辐照带内各种地物的特性、形状和坡向等有关。
真实孔径雷达的分辨率：
距离分辨率：指在脉冲发射方向上，能分辨两个目标的最小距离，与脉冲宽度有关，与距离无关。 （采用脉冲压缩技术来提高） 。
方位分辨率：指在雷达飞行方向上， 能分辨两个目标的最小距离。（采用波长较短的电磁波，加大天线孔径，缩短观测距离来提高） 。
合成孔径雷达：合成孔径技术的基本思想，是用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动。在移动中选择若干个位置,在每个位置上发射一个信号,接收相应发射位置的回波信号贮存记录下来。存贮时必须同时保存接收信号的幅度和相位。当辐射单元移动一段距离后,存贮的信号和实际天线阵列诸单元所接收的信号非常相似。
合成孔径天线对同一目标的信号不是在同一时刻得到，在每一个位置上都要记录一个回波信号。
理解:当雷达运动时,地面目标会被运动中的天线在不同位置上探测到，即在这些位置上天线发射的脉冲返回信号都会带有目标的信息。这些带有目标信息的回波经相干处理,最后可得到关于地物点的高分辨率的信息。
特点:在距离向上与真实孔径雷达相同，在方位向上则通过合成孔径原理,对位置不断变化时所接收的包含相位的信号进行记录处理,从而获得使用比所用实际天线更长的假设天线进行观测的效果,实现了在不需要长天线的情况下就能改善方位向分辨率的愿望。
侧视雷达图像的几何特征
斜距投影：垂直飞行方向上的像点位置是以飞行器到目标的斜距来确定，飞行方向上为正射投影。
由于斜距投影的特性，产生图像的几何特点：
（1）垂直飞行方向的比例尺由小变大。
（2）造成山体前倾朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长与中心投影相反，还会出现不同地位点重影现象。
（3）高差产生的投影差与中心投影影像差位移的方向相反，位移量不同。
（4）按摄影位置放置像片进行立体观测，看到的是反立体图像。
相干雷达（Interferometric SAR）:(1)雷达干涉测量是利用复雷达图像的相位差信息来提取地面目标地形三维信息的技术。(2)差分干涉测量是利用复雷达图像的相位差信息来提取地面目标微小地形变化信息的技术。(3)雷达相干测量是利用复雷达图像刚相于性信息来提取地物目标的属性信息。
INSAR 数据处理的步骤：影像配准，干涉图生成，噪声滤除，基线估算，平地效应消除，相位解缠，高程计算和纠正等。
遥感图像特征：获取的信息包括目标地物的大小、形状及空间分布特点,目标的属性特点,目标的运动变化特点。这些特点分为三个方面:几何,物理和时间特征。这三个方面特征的表现为:
（1）空间分辨率：像素所代表的地面范围大小，即扫描仪的瞬时视场，地面物体所能分辨的最小像元。
（2）光谱分辨率：传感器记录的电磁波的波长范围和数量(波长范围越窄，波段数越多，谱分辨率越高)。
（3）辐射分辨率：传感器区分所接收到的电磁波辐射强度差异的能力。
（4）时间分辨率：传感器对同一地区进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。
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