遥感地质学课件光电成像类型的传感器.PPT

§4.4 光电成像类型的传感器 ? 光电成像类型的传感器主要有：电视摄影机、扫描仪和电荷耦合器件CCD。其中，多光谱扫描仪和CCD应用最为广泛，尤其是长线阵大面阵CCD传感器，它的地面分辨率高达1米左右，为遥感图像的定量研究提供了保证。 下面主要介绍这三种类型的传感器。 一、电视摄像机 电视摄像机体积较小，重量较轻，影像是由电子记录的，即使在低照明的条件下也能工作。这类传感器是从空中观测地面或从空间观测地球的常用的传感器，并具有较高的分辨率。利用它能够比较容易地获得可靠的地面遥感数据。 电视摄像机的基本工作原理是：地面上的景物通过物镜在摄影管的光阴极上成像，并形成一定格式的电荷，用电子束扫描光阴极，通过光电转换，记录在胶片上，以影像方式输出，其分辨率大致取决于光阴极的尺寸及读出光阴极上的电荷格式所采用的电子束特征。 从几何成像原理上看，电视摄像机是一种面阵列式传感器，与面阵列CCD传感器的成像几何关系相同。 电视摄像机虽有许多优点，但每张像片的覆盖度和分辨率还是不如摄影机。为此，采用了反束光导管摄像机，它是由光学透镜、快门、反束光导摄像管组成的。陆地卫星1、2上装有三台反束光导管摄像机，分别拍摄不同光谱通道的同一景物，陆地卫星3改用两台长焦距全色反束光导管摄像机。 由于地面分辨率随扫描角发生变化，而使红外扫描影像产生畸变，这种畸变通常称之为全景畸变（图3－2），其形成的原因与全景摄影机类似。同时，红外扫描仪还存在一个温度分辨率的问题，温度分辨率与探测器的响应率和传感器系统内的噪声有直接关系。为了获得较好的温度鉴别力，红外系统的噪声等效温度限制在0.1-0.5K之间. （二）多光谱扫描仪（MSS） 在红外扫描仪基础上发展起来的多光谱扫描仪，其波长范围已超出了红外波段，包括电磁波谱中的紫外、可见光和红外三个部分。多光谱扫描仪根据大气窗口和地物目标的波谱特性用分光系统（棱镜或光栅等）把扫描仪的光学系统所接收的电磁辐射（从紫外、可见光，到红外）分成若干波段，目前已有4 个波段到24个波段的扫描仪。 ? 图4-16 多光谱扫描仪的构成略图? 它常用于收集农作物、植物、土壤、森林、地质、水文和环境监测等方面的遥感资料。陆地卫星1、2上安装的多光谱扫描仪（MSS）有4个波段（波长范围为0.5-0.6微米、0.6-0.7微米、0.7-0.8微米、和0.8-1.1微米），其结构和实体如图4-4-3和4-4-4所示。它是由扫描反射镜、较正器、聚光系统、旋转快门、成像板、光学纤维、滤光器和探测器等组成的。在陆地卫星3上的多光谱扫描仪增加了一个10.4-12.6微米的热红外波段. 三、CCD传感器 用一种称为电荷耦合器件CCD(CHARGE COUPLED DEVICE)的探测器制成的传感器称为CCD传感器。这种探测器是由半导体材料制成的,在这种器件上,受光或电激作用产生的电荷靠电子或空穴运载,在固体内移动,以产生输出信号。将若干个CCD元器件排成一行,称为CCD线阵列传感器。 1 CCD 的优点 1） CCD线阵上的每个点同时露光，保证了了每个点上都有最大限度的曝光时间。 2）机械部件大大简化，运行稳定，几何精度比较高。 3）灵敏度高，可以探测到地面0.5％的反射变化信息。 法国SPOT卫星使用的传感器HRV就是一种CCD线阵传感器,其中全色HRV用6000个CCD元器件组成一行。若将若干个CCD元器件排列在一个矩形区域中，即可构成面阵列传感器，每个CCD元器件对应于一个像元素。目前，长线阵、大面阵CCD传感器已经问世,长线阵可达12000个像元素,长为96毫米；大面阵可达到5120×5120个像素,像幅为61.4毫米×61.4毫米。每个像元素的地面分辨率可达到2-3米,甚至1米以上。 面阵列CCD传感器获取图像的方式如图4-17所示,它与框幅式摄影机相似,某一瞬间获得一幅完整的影像,因而是一个单中心投影,其构像关系可直接使用框幅式中心投影的航空像片的构像关系式。 线阵列传感器获取图像的方式如图4-18所示,线阵列方向与飞行方向垂直,在某一瞬间得到的是一条线影像,一幅影像由若干条线影像拼接而成,所以又称为推扫式扫描成像。这种成 像方式在几何关系与缝隙摄影机的情况相同。 图4-17 面阵列传感器成像方式?