遥感成像传感器的比较

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。

国际上主要遥感传感器参数1、法国SPOT卫星法国SPOT-4卫星轨道参数：轨道高度：832公里轨道倾角：98.721o轨道周期：101.469分/圈重复周期：369圈/26天降交点时间：上午10：30分扫描带宽度：60 公里两侧侧视：+/-27o 扫描带宽：950公里波谱范围：多光谱XI B1 0.50 – 0.59um20米分辨率B2 0.61 – 0.68umB3 0.78 – 0.89umSWIR 1.58 – 1.75um全色P10米B2 0.61 – 0.68umSPOT是世界上首先具有立体成像能力的遥感卫星，其侧视功能具有很强的实用性和很大的应用潜力，但SPOT系统前几颗卫星设计的不同轨迹立体观察存在着未曾想到的问题，由垂直观察转向侧视时，反光镜旋转引起卫星姿态的变化和不稳定，造成立体对的精度很不稳定。

2、ERS卫星ERS-1、ERS-2 欧空局分别于1991年和1995年发射。

携带有多种有效载荷，包括侧视合成孔径雷达（SAR）和风向散射计等装置），由于ERS-1（2）采用了先进的微波遥感技术来获取全天候与全天时的图象，比起传统的光学遥感图象有着独特的优点。

卫星参数：椭圆形太阳同步轨道轨道高度：780公里半长轴：7153.135公里轨道倾角：98.52o飞行周期：100.465分钟每天运行轨道数：14 -1/3降交点的当地太阳时：10：30空间分辨率：方位方向<30米距离方向<26.3米幅宽：100公里3、日本JERS-1卫星JERS-1日本宇宙开发事业团于1992年发射。

用于国土调查、农林渔业、环境保护、灾害监测。

负载全天候、高分辨率的主动微波成像传感器——合成孔径雷达(SAR)和高分辨率的多光谱辐射仪——光学传感器(OPS)。

卫星参数：太阳同步轨道赤道上空高度：568.023公里半长轴：6946.165公里轨道倾角：97.662o周期：96.146分钟轨道重复周期：44天经过降交点的当地时间：10：30-11：00空间分辨率：方位方向18米距离方向18米幅宽：75公里4、RADARSAT-2RADARSAT-2具有3米高分辨率成像能力，多种极化方式使用户选择更为灵活，根据指令进行左右视切换获取图像缩短了卫星的重访周期，增加了立体数据的获取能力。

MODIS遥感反演SST的对比测试和分析技术报告概述：利用浮标资料对MODIS的SST（海表面温度）反演的结果进行对比测试，是SeaDAS卫星遥感项目的一个重要目标。

目的是利用浮标实测海温资料对SST 反演结果进行校正，以减少反演结果的误差，扩大海温遥感反演产品的使用范围，为更好的利用卫星遥感资料服务于海洋监测工作建立一个良好的基础。

技术背景MODIS （中等分辨率成像光谱仪）是一个拥有36个通道的可见光和红外波段光谱辐射计，波段范围从0.345卩m （可见光）到14.235 ^m （热红外）。

各通道的量化等级为12Bits。

MODIS第1和第2通道的空间分辨率为250米，第3到第7通道的空间分辨率为500米，其余通道的空间分辨率为1000米，扫描观测宽度达2330公里可以同时提供反映海洋水色，叶绿素、悬浮物浓度等海洋特征信息。

MODIS被两颗对地观测卫星（AQUA和TERRA）作为有效负载，其中TERRA是上午星、AQUA是下午星。

我单位目前使用SeaDAS5.0软件进行MODIS数据处理。

SeaDAS 5.0反演海表面温度的算法是美国航空航天局NASA开发的“迈阿密探路人”算法，有两套，分别利用了3.7卩m 和11卩m附近的两个红外大气窗口。

其中昼间使用11卩m算法，即利用11.03卩m,12.03卩m通道，夜间使用3.7卩m和11卩m通道。

由于昼间观测数据不仅可提供海表面温度，而且可提供叶绿素等海洋水色数据，我单位目前仅接收和处理MODIS的昼间数据。

我们的比测试验也是针对昼间的11卩m 算法。

“迈阿密探路人”在11卩m的海温反演算法如下：SST = C t+ — 7^2 ）4 召一 1）（心一斥丄）其中，SST是反演的海表面温度，T31是第31通道（11.03卩m）的辐射亮温, T32是第32通道（12.03卩m）的辐射亮温。

B是卫星天顶角。

C1~C4是四个系数＜SeaDAS软件中内置的各个系数估计值如下:表1:MPSST算法的系数图1 :MPSST算法反演获得的东海区域海表面温度图(2007.10.24 2:38UTC)为了对遥感反演获得的海表面温度进行对比测试，需要选择合适的其它测量手段，要求这些测量手段有足够的时间分辨率，同时又有较高的精度。

1从评价遥感数据常用的4个分辨率指标比较MSS,TM,ETM+MSS,TM,ETM+这三个传感器的各自的作用不一样，我们在使用的时候也有选择性。

如果要求空间分辨率高的级得使用ETM+，如果要求时间分辨率高的，三个传感器都差不了多少，除了MSS有18天，其他的都是16天。

如果要选择辐射分辨率高的传感器，可以选择适合的。

此外，三个的波段分辨率也不是全部相同，每个传感器有相应的波段范围，在巫妖的弊端范围内选择合适的传感器进行工作。

波段范围长，说明各波段的反射都能接受，面积小也能看清楚，而其他波段范围小，只能靠增大面积来增加分辨率，所以ETM+中的PAN在这方面比较好，在选择是可以利用这点优势。

从上面的表格中也很清楚的比较了三个传感器在四个分辨率的差别，但是也可以看出ETM+相对来说最好，但是也不一定，知识从整体上来说，还是得根据需要来选择适合的传感器。

2、有关BSQ通用栅格数据格式都会存储为二进制的字节流，通常它将以BSQ （按波段顺序：BSQ是最简单的存储格式，它将影像同一波段的数据逐行存储下来，再以相同的方式存储下一波段。

如果要获取影像单个波谱波段的空间点（X，Y）的信息，那么采用BSQ方式存储是最佳的选择）BSQ易于获取单波谱波段的单点信息。

遥感数据的通用格式用户从遥感卫星地面站获得的数据一般为通用二进制数据,外加一个说明性头文件.其中,generic binary数据主要包含三种数据类型:BSQ格式,BIP格式,BIL 格式. 1.BSQ (band sequential)数据格式BSQ是按波段顺序依次排列的数据格式. 数据排列遵循以下规律: 第一波段位居第一,第二波段位居第二, 第n波段位居第n位.在每个波段中,数据依据行号顺序依次排列,每一列内,数据按像素顺序排列。

现代成像系统原理与应用随着科学技术的不断进步，成像系统在各个领域都发挥着重要的作用。

成像系统是指通过采集、处理和展示图像信息的系统，它可以用于照相、摄影、医学、军事、遥感等领域。

现代成像系统已经经历了多次革新和发展，应用范围也越来越广泛。

本文将针对现代成像系统的原理和应用进行分析和探讨。

一、现代成像系统的基本原理1. 光学原理现代成像系统的核心是光学原理。

光学系统通常由镜头、透镜、滤光片等组成，通过这些光学元件能够将光线聚焦在感光元件上，从而产生清晰的图像。

镜头的选择会直接影响图像的清晰度和色彩还原度。

现代成像系统一般采用复合镜头设计，以尽量减小光的散射和色散，从而提高图像质量。

2. 感光元件感光元件是现代成像系统的另一个重要组成部分。

常见的感光元件包括CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器。

这些感光元件能够将光信号转换为电信号，进而进行数字化处理。

CMOS传感器通常在手机、数码相机等小型设备中使用，而CCD传感器在专业摄像机、医学成像设备等领域应用更为广泛。

3. 数字信号处理现代成像系统通常会将感光元件采集到的模拟信号转换为数字信号，以便进行进一步的处理和存储。

数字信号处理可以对图像进行去噪、增强、压缩等处理，从而提高图像质量和节省存储空间。

数字信号处理技术的发展已经使得成像系统在图像清晰度、对比度、色彩还原度等方面取得了显著的进步。

4. 图像显示成像系统的最终目的是将采集到的图像信息显示给用户。

现代成像系统采用液晶显示器、OLED显示器、投影仪等设备进行图像显示。

这些显示设备可以将数字信号转换为可视的图像，使用户能够直观地观察和分析图像信息。

二、现代成像系统的应用1. 数码相机数码相机是应用最广泛的成像系统之一。

它利用镜头、感光元件、数字信号处理器等组件，可以快速、方便地采集图像，并通过LCD屏幕进行实时预览和拍摄。

数码相机具有成像速度快、携带方便、操作简单等优点，因此在日常生活、旅游摄影、商业拍摄等领域得到了广泛应用。

第3章遥感传感器及其成像原理§3.1 扫描成像类传感器遥感传感器是获取遥感数据的关键设备，由于设计和获取数据的特点不同，传感器的种类也就繁多，就其基本结构原理来看，目前遥感中使用的传感器大体上可分为如下一些类型：（1）摄影类型的传感器；（2）扫描成像类型的传感器；（3）雷达成像类型的传感器；（4）非图像类型的传感器。

无论哪种类型遥感传感器，它们都由如图3-1所示的基本部分组成：图3-1遥感传感器的一般结构1、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。

2、探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。

具体的无器件如感光胶片、光电管、光敏和热敏探测元件、共振腔谐振器等。

3、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。

4、输出器：输出获取的数据。

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、XY彩色喷笔记录仪等等。

§3.1扫描成像类传感器扫描成像类型的传感器是逐点逐行地以时序方式获取二维图像，有两种主要的形式，一是对物面扫描的成像仪，它的特点是对地面直接扫描成像，这类仪器如红外扫描仪、多光谱扫描仪、成像光谱仪、自旋和步进式成像仪及多频段频谱仪等；二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，这类仪器有线阵列CCD推扫式成像仪，电视摄像机等。

3.1.1 对物面扫描的成像仪一、红外扫描仪（一）红外扫描仪一种典型的机载红外扫描仪的结构如图3-2所示。

它由本节前言中所叙述的几个部件组成。

具体结构元件有一个旋转扫描镜，一个反射镜系统，一个探测器，一个制冷设备，一个电子处理装置和一个输出装置。

旋转扫描镜的作用是实现对地面横越航线方向的扫描，并将地面辐射来的电磁波反射到反射镜组。

反射镜组的作用是将地面辐射来的电磁波聚焦在探测器上。

探测器则是将辐射能转变成电能。

遥感导论1、遥感的概念⼴义的遥感泛指⼀切⽆接触的远距离探测，包括对电磁场、⼒场、机械波（声波、地震波）等的探测。

实际⼯作中，只有电磁波探测属于遥感范畴，其余属于物探（物理探测）范畴。

狭义的遥感遥感是应⽤探测仪器，不与探测⽬标相接触，从远处把⽬标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭⽰出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。

2、遥感系统被测⽬标物的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应⽤五⼤类。

●⽬标物的电磁波特性●信息的获取●信息的接收●信息的处理●信息的应⽤3、遥感的类型按遥感平台分●地⾯遥感●航空遥感●航天遥感●航宇遥感按传感器的探测波段分●紫外遥感0.05~0.38um ●可见光遥感0.38~0.76 um●红外遥感0.76~1000 um ●微波遥感1㎜-10m●多波段遥感(探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若⼲窄波段来探测⽬标)按⼯作⽅式分●主动遥感和被动遥感：主动遥感由探测器主动发射⼀定电磁波能量并接受⽬标的后向散射信号；被动遥感的传感器不向⽬标发射电磁波，仅被动接收⽬标物的⾃⾝发射和对⾃然辐射源的反射能量。

●成像遥感和成像遥感：前者传感器接收的⽬标电磁波辐射信号可转换成（数字或模拟）图像；后者传感器接收的⽬标电磁辐射信号不能形成图像。

按遥感的应⽤领域分●从⼤的研究领域可分为：外层空间遥感、⼤⽓层遥感、陆地遥感、海洋遥感等；●从具体应⽤领域可分为：资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥感、⽓象遥感、⽔⽂遥感、城市遥感、⼯程遥感及灾害遥感、军事遥感等，还可以划分为更细的研究对象进⾏各种专题应⽤。

1、遥感的概念当电磁震荡进⼊空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场⼜激发了涡旋磁场，使电磁震荡在空间传播，这就是电磁波。

其⽅向是由电磁振荡向各个不同⽅向传播的。

2、电磁波的性质1)是横波；2)在真空以光速传播（3×108 m/s）；3)满⾜：4)电磁波具有波粒⼆象性不需要媒质也能传播，与物质发⽣作⽤时会有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同⼀规律。

遥感传感器的分类及应用遥感传感器是遥感技术实现的关键设备，通过感知地球表面物体的辐射信息，将其转化为电信号，再经过信号处理和解译，获取地球表面物体的信息。

根据传感器获取的波段不同，遥感传感器可分为光学传感器、热红外传感器、微波传感器和辐射计传感器等。

下面将对这些传感器的分类和应用进行详细介绍。

1. 光学传感器：光学传感器是利用可见光、红外线和紫外线等电磁波进行观测的遥感传感器。

根据波长的不同，光学传感器可分为几何光学传感器和光谱光学传感器两类。

- 几何光学传感器：主要用于获取地表物体的几何信息，如高程、表面形态、形状等，常见的传感器有激光扫描仪、全球定位系统（GPS）等。

- 光谱光学传感器：通过感知不同波段的辐射能量，获取地表物体的光谱特征和反射率，常见的传感器有光电成像仪、多光谱仪、高光谱仪等。

光学传感器在土地利用、环境监测、农业生产、城市规划等领域具有广泛应用。

例如，农业生产中，利用多光谱仪对作物进行光谱测量，可以实现作物的生长监测、病虫害预警和施肥调控。

2. 热红外传感器：热红外传感器是使用地物自身辐射的热红外波段信息进行探测的遥感传感器，主要用于获取物体的温度信息和热特性。

常见的传感器有热像仪和红外测温仪等。

热红外传感器广泛应用于军事侦察、夜视系统、火灾监测、温室气体排放检测等领域。

例如，在环境监测中，利用热像仪可以检测热污染源，指导环境管理和污染治理。

3. 微波传感器：微波传感器利用地物对微波辐射的响应进行探测，主要用于获取地物的微波反射、散射和辐射特性。

根据工作波段的不同，微波传感器可分为多频雷达、合成孔径雷达（SAR）和微波亮温计等。

微波传感器广泛应用于地貌地貌、冰雪覆盖、测风雷达、大气科学等领域。

例如，在气象预测中，利用微波辐射计可以获取大气温度、湿度和降水等气象要素。

4. 辐射计传感器：辐射计传感器主要用于测量地球表面辐射通量，例如太阳辐射、热辐射、长波辐射等。

常见的传感器有太阳辐射计、红外辐射计和长波辐射计等。