现代光学导论第八次.ppt

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1、理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强内容回顾内容回顾-高光谱的原理高光谱的原理 物理机理基尔霍夫定律普朗克辐射定律斯特藩-玻尔兹曼定律维恩定律基本原理太阳辐射与大气和地表物质相互作用理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强太阳辐射与大气和地表物质作用太阳辐射与大气和地表物质作用太阳辐射穿过大气时，会受到大气对其产生的散射、折射、吸收。散射：对遥感来说为杂散光，应滤除。吸收：产生大气窗口。电磁辐射到达地表时，电磁辐射到达地表时，会发生反射、透射和吸会发生反射、透射和吸收三种基本作用。收三种基本作用。反射反射：得到光谱反射率：得到光谱反射率曲线。曲线。吸收吸收：改变地表温度，：改变地表温度，进

2、而形成地表自身的热进而形成地表自身的热辐射（辐射（地球辐射的长波部分）探测地物的红外及微波辐射，并与相同温度条件下的辐射率曲线比较是遥感识别地物的重要方法。最终接收最终接收=地表反射地表反射+大大气气散射散射+地表发射地表发射理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强内容回顾内容回顾成像光谱仪成像光谱仪理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强成像光谱仪参数成像光谱仪参数光谱分辨率，是指探测器在波长方向上的记录宽度，被定义为仪器在达到50%光谱响应时的波长宽度。空间分辨率，由仪器的角分辨力，即仪器的瞬时视场角决定。遥感器的瞬时视场角是指遥感系统在某一瞬间，探测单元对应的瞬时视场。决定了地面像元大小

3、。仪器的视场角，与系统平台高度决定了地面扫描幅宽。调制传递函数，决定清晰度。信噪比，信号与噪声的比。探测器的凝视时间，探测器的瞬时视场角扫过地面分辨单元的时间称为凝视时间，其大小为行扫描时间与每行像元数的比值，凝视时间越长，进入探测器的能量越多。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强空间空间分辨率分辨率理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强光谱分辨率光谱分辨率理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强一、遥感的技术系统一、遥感的技术系统1 1、遥感平台遥感平台2 2、传感器传感器3 3、遥感数据接收、记录、遥感数据接收、记录与与处理系统处理系统理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强8理学院

4、 物理系 陈强理学院 物理系 陈强1.1.地面平台地面平台（050m）概念：概念：放在地面或水上装载传感器的固定或可移动的装置。放在地面或水上装载传感器的固定或可移动的装置。举例：举例：汽车、轮船、高塔等。汽车、轮船、高塔等。装载的传感器：装载的传感器：地物波谱测量仪器、摄影机、雷达等。地物波谱测量仪器、摄影机、雷达等。功能和特点：功能和特点：地面遥感，为航空和航天遥感作校准和辅助工作。地面遥感，为航空和航天遥感作校准和辅助工作。2.2.航空平台：航空平台：（100m至十余公里）概念：概念：悬浮在海拔悬浮在海拔8080kmkm以下的大气层（对流层、平流层）中的遥感平台。以下的大气层（对流层、平

5、流层）中的遥感平台。功能和特点：功能和特点：飞行高度低，地面分辨力较好，机动灵活，不受地面条件限飞行高度低，地面分辨力较好，机动灵活，不受地面条件限 制，周期短，资料回收方便。制，周期短，资料回收方便。举例：举例：飞机：专门设计或普通飞机改装。飞机：专门设计或普通飞机改装。低空飞机：高度在地面上空低空飞机：高度在地面上空2 2kmkm以下，直升飞机最低可在以下，直升飞机最低可在1010m m左右。左右。中空飞机：高度在中空飞机：高度在2 2kmkm 6 6k km m。高空飞机：高度在高空飞机：高度在1212kmkm 3030k km m 气球：低空气球（对流层）、高空气球（平流层，气球：低空

6、气球（对流层）、高空气球（平流层，1212kmkm 4040k km m）装载的传感器：装载的传感器：摄影机、摄象机等多种传感器。摄影机、摄象机等多种传感器。装载传感器进行遥感的装置装载传感器进行遥感的装置理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强3.3.航天平台：航天平台：（150km以上）如静止卫星（位于赤道上空36000km）、地球观测卫星（约700900km）、航天飞机（高300km左右）；4.4.宇航平台：宇航平台：主要是利用星际飞船，对地月之外的目标进行探测主要是利用星际飞船，对地月之外的目标进行探测.理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强*在遥感平台中，航天遥感平台目前发展最快，

7、应用最广。根据航天遥感平台的服务内容，可以将其分为：气象卫星系列陆地卫星系列海洋卫星系列航天平台航天平台理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强 气象卫星气象卫星主要用于天气分析、气象预报、气候研究、气候变迁主要用于天气分析、气象预报、气候研究、气候变迁以及其他资源环境研究。以及其他资源环境研究。气象卫星分极地太阳同步轨道和地球同步轨道两种。前者每天由南气象卫星分极地太阳同步轨道和地球同步轨道两种。前者每天由南向北绕地球运转，对整个地球进行观测；后者则对某一固定地区观测。向北绕地球运转，对整个地球进行观测；后者则对某一固定地区观测。气象卫星具有短周期重复观测、成像面积大、连续、实时性强和成气象

8、卫星具有短周期重复观测、成像面积大、连续、实时性强和成本低等特点。本低等特点。全球气象卫星主要有：全球气象卫星主要有：q 静止卫星：日本（静止卫星：日本（GMS）、美国（）、美国（SMS/GOES）、欧洲空间局）、欧洲空间局（Meteosat）、俄罗斯（）、俄罗斯（COMS）、中国（风云）、中国（风云1号，号，1988、1990年）年）q 极地卫星：美国（极地卫星：美国（NOAA系列）、俄罗斯（系列）、俄罗斯（Meteop系列）、中系列）、中国（风云国（风云2号，号，1997年）年）航天平台航天平台理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强FY-1D 图像理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强

9、FY-1D 图像理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强FY-1D 图像理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强FY-1D 图像理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强 航天遥感中应用最广、最深入的就是航天遥感中应用最广、最深入的就是陆地卫陆地卫星星，其应用几乎涉及地学和国民经济的各个领，其应用几乎涉及地学和国民经济的各个领域。域。主要的陆地卫星包括：主要的陆地卫星包括：q 美国的陆地卫星系列（美国的陆地卫星系列（Landsat）q 法国的法国的SPOT卫星卫星q 中国的资源一号卫星中国的资源一号卫星q 其他陆地卫星其他陆地卫星航天平台航天平台理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强q 197

10、2年年7月月23日美国发射第一颗地球资源卫星日美国发射第一颗地球资源卫星ERTS-1；q 1975年发射年发射ERTS-2，改名，改名Landsat-2；q 1978年发射年发射Landsat-3；q 1982年在年在Landsat1-3的基础上改进设计并发射的基础上改进设计并发射Landsat-4；q 1984年发射年发射Landsat-5；q 1993年发射年发射Landsat-6卫星，上天后由于故障陨落；卫星，上天后由于故障陨落；q 1999年发射年发射Landsat-7。Landsat系列卫星的运行特点是近圆形、近极地、与太阳系列卫星的运行特点是近圆形、近极地、与太阳同步、可重复轨道等

11、。目前，只有同步、可重复轨道等。目前，只有Landsat-5和和Landsat-7仍仍在运转工作。在运转工作。Landsat系列卫星系列卫星理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强Landsat卫星外观卫星外观理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强由瑞典、比利时等国参加，由法国国家空间研究由瑞典、比利时等国参加，由法国国家空间研究中心设计制造。中心设计制造。q1986年发射第一颗年发射第一颗SPOT-1；q1989年发射年发射SPOT-2；q1993年发射年发射SPOT-3；q1996年发射年发射SPOT-4；SPOT系列卫星的轨道是太阳同步圆形近极地系列卫星的轨道是太阳同步圆形近极地轨道，

12、轨道高度轨道，轨道高度832km、运行周期、运行周期101.4min、轨道倾角轨道倾角98.7、重复周期、重复周期26天天(369圈圈)。SPOT系列卫星系列卫星理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强SPOT卫星外观卫星外观理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强 主要用于观察海况，研究海面形态、海面温度、风场、主要用于观察海况，研究海面形态、海面温度、风场、海冰、大气含水量等。海冰、大气含水量等。1978年年6月月26日美国发射了世界上日美国发射了世界上第一颗海洋卫星第一颗海洋卫星Seasat 1。虽然这颗卫星因为电源故障只。虽然这颗卫星因为电源故障只工作了工作了105天，但却开创了海洋遥

13、感和微波遥感的新阶段。天，但却开创了海洋遥感和微波遥感的新阶段。由于海洋具有面积大、反射强、海水透明差异明显、海由于海洋具有面积大、反射强、海水透明差异明显、海面特殊等特点，使得海洋遥感需要高空和空间平台、以微面特殊等特点，使得海洋遥感需要高空和空间平台、以微波为主，同时结合激光、声波等。主要的海洋卫星包括：波为主，同时结合激光、声波等。主要的海洋卫星包括：q 美国的美国的Seasat 1、“雨云雨云”7号（号（Nimbus-7）q 日本的海洋观测卫星日本的海洋观测卫星MOS1q 欧洲空间局的欧洲空间局的ERS系列系列q 加拿大的雷达卫星加拿大的雷达卫星RADARSAT海洋卫星海洋卫星理学院

14、物理系 陈强理学院 物理系 陈强传感器 收集系统：收集来自目标的辐射，送往检测系统。在紫外线、可见光、收集系统：收集来自目标的辐射，送往检测系统。在紫外线、可见光、红外波段中，收集系统的主要元件是透镜或反射镜，在微波红外波段中，收集系统的主要元件是透镜或反射镜，在微波 中是微波天线。中是微波天线。检测系统（探测系统）：将波谱转化为其它形成的能检测系统（探测系统）：将波谱转化为其它形成的能电流、电压、化电流、电压、化 学能等。其核心是感光胶片或光电敏感元件、固体敏感元件、学能等。其核心是感光胶片或光电敏感元件、固体敏感元件、微波检波器等。微波检波器等。感光胶片：电磁辐射感光胶片：电磁辐射化学能化

15、学能 其其 它：电磁辐射它：电磁辐射电流、电压等电流、电压等 信号转化系统：将电流、电压信号放大，再转化为：信号转化系统：将电流、电压信号放大，再转化为：可见光，信号显示在屏幕上，即电光转化；可见光，信号显示在屏幕上，即电光转化；磁信号，信号记录在磁带上，即电磁转化。磁信号，信号记录在磁带上，即电磁转化。记录系统：记录前级送来的信号。记录系统：记录前级送来的信号。直接记录：将前一级的输出信号直接记录在胶片或荧光屏上。直接记录：将前一级的输出信号直接记录在胶片或荧光屏上。间接记录：将信号记录在磁带上，以后用时将磁带回放，产生电信号，间接记录：将信号记录在磁带上，以后用时将磁带回放，产生电信号，再

16、通过电光转化，显示图象。再通过电光转化，显示图象。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强传感器分类传感器分类 摄影成像：摄影成像：得到的象片信息量大，分辨率高；但由于受感光乳剂的限制，得到的象片信息量大，分辨率高；但由于受感光乳剂的限制，工作波段为工作波段为0.290.290.290.29 m m m m1.401.401.401.40 m m m m，即近紫外、可见光、近红外短波段，而且即近紫外、可见光、近红外短波段，而且只只 能在晴朗的白天工作。能在晴朗的白天工作。分分幅式摄影机幅式摄影机：一次曝光得到目标物一幅象片；：一次曝光得到目标物一幅象片；航空摄影焦距一般在航空摄影焦距一般在15

17、0150mmmmmmmm左右，航天摄影机一般大于左右，航天摄影机一般大于300300mmmm。全景摄影机（扫描摄影机）：依结构和工作方式分为：全景摄影机（扫描摄影机）：依结构和工作方式分为：缝隙式摄影机缝隙式摄影机（航带摄影机）：通过焦平面前方设置的与飞行方向垂直（航带摄影机）：通过焦平面前方设置的与飞行方向垂直 的狭缝快门获取横向的狭带影像；的狭缝快门获取横向的狭带影像；镜头转动式镜头转动式：镜头的物镜转动，或棱镜镜头转动。：镜头的物镜转动，或棱镜镜头转动。全景摄影机焦距可超过全景摄影机焦距可超过600600mmmmmmmm，主要用于军事侦察。主要用于军事侦察。多光谱摄影多光谱摄影：同时获得

18、可见光和近红外范围内多个波段的影像。分为：同时获得可见光和近红外范围内多个波段的影像。分为：多相机组合型：每架相机配置不同的胶片和滤光片；多相机组合型：每架相机配置不同的胶片和滤光片；多镜头组合型：同一架相机上配置多个镜头，配以不同波长的滤光片；多镜头组合型：同一架相机上配置多个镜头，配以不同波长的滤光片；光束分离型：用一个镜头，通过二向反射镜或光栅分光，将不同波段在光束分离型：用一个镜头，通过二向反射镜或光栅分光，将不同波段在 各焦平面上记录影像；各焦平面上记录影像；数码摄影机：记录介质是光敏电子器件，数码摄影机：记录介质是光敏电子器件，如如CCDCCD（charge coupled cha

19、rge coupled devicedevice）理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强 单镜头分幅式摄影机构造示意图单镜头分幅式摄影机构造示意图单镜头分幅式摄影机构造示意图单镜头分幅式摄影机构造示意图分幅式摄影成像示意图分幅式摄影成像示意图分幅式摄影成像示意图分幅式摄影成像示意图理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强缝隙式摄影机构造示意图缝隙式摄影机构造示意图缝隙式摄影机构造示意图缝隙式摄影机构造示意图 镜头转动式摄影机示意图镜头转动式摄影机示意图镜头转动式摄影机示意图镜头转动式摄影机示意图理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强多光谱摄影成像示意图多光谱摄影成像示意图多光谱摄影成像示意

20、图多光谱摄影成像示意图理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强成像方式 对目标面扫描：对目标面扫描：收集系统直接对目标面扫描，如光学收集系统直接对目标面扫描，如光学/机械扫描成像、成像雷达等。机械扫描成像、成像雷达等。光学光学/机械扫描成像：机械扫描成像：在扫描仪的前方安装光学镜头，依靠机械传动装置使在扫描仪的前方安装光学镜头，依靠机械传动装置使 镜头摆动，形成对目标物的逐点逐行扫描。分为单波段和多波段两种。镜头摆动，形成对目标物的逐点逐行扫描。分为单波段和多波段两种。基本原理基本原理：反射镜在机械驱动下，随平台的前进运动（航向扫描）而摆动：反射镜在机械驱动下，随平台的前进运动（航向扫描）而摆

21、动 或旋转（舷向扫描），依次对地面进行扫描，地面物体的辐射或旋转（舷向扫描），依次对地面进行扫描，地面物体的辐射 波束经反射镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的电波束经反射镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的电 磁波分开，再聚焦到感受不同波长的探测元件上。磁波分开，再聚焦到感受不同波长的探测元件上。对影像面扫描：对影像面扫描：收集系统不直接对地面扫描，而是先用光学系统将目标的辐射信息聚收集系统不直接对地面扫描，而是先用光学系统将目标的辐射信息聚 集在机内检测系统的一个靶面或光敏面上，形成一幅影像，然后利用摄像集在机内检测系统的一个靶面或光敏面上，形成一幅影像，然后利用摄像 管中的电

22、子束对靶面扫描来收集其信息，或依靠管中的电子束对靶面扫描来收集其信息，或依靠CCDCCD组成的阵列进行电子自组成的阵列进行电子自 扫描来获取信息。如：扫描来获取信息。如：固体扫描仪固体扫描仪。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强 多光谱扫描仪扫描图解示意图多光谱扫描仪扫描图解示意图多光谱扫描仪扫描图解示意图多光谱扫描仪扫描图解示意图理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强传感器性能 地面分辨率：是用来表征传感器获得的影像反映地表景物细节能力的指标，地面分辨率：是用来表征传感器获得的影像反映地表景物细节能力的指标，地面分辨率：是用来表征传感器获得的影像

23、反映地表景物细节能力的指标，地面分辨率：是用来表征传感器获得的影像反映地表景物细节能力的指标，也称空间分辨率，定义为影像上能够详细区分的最小单元所代表的地面距也称空间分辨率，定义为影像上能够详细区分的最小单元所代表的地面距也称空间分辨率，定义为影像上能够详细区分的最小单元所代表的地面距也称空间分辨率，定义为影像上能够详细区分的最小单元所代表的地面距离的大小。离的大小。离的大小。离的大小。灰度分辨率：是表征传感器所能探测到的最小辐射功率的指标，指影像记灰度分辨率：是表征传感器所能探测到的最小辐射功率的指标，指影像记灰度分辨率：是表征传感器所能探测到的最小辐射功率的指标，指影像记灰度分辨率：是表征

24、传感器所能探测到的最小辐射功率的指标，指影像记录的灰度值得最小差值。录的灰度值得最小差值。录的灰度值得最小差值。录的灰度值得最小差值。在不同波段，用不同传感器获得的影像灰度分辨率很不相同；在不同波段，用不同传感器获得的影像灰度分辨率很不相同；在不同波段，用不同传感器获得的影像灰度分辨率很不相同；在不同波段，用不同传感器获得的影像灰度分辨率很不相同；摄影胶片的灵敏度很高，原则上认为摄影成像的灰度是连续的。摄影胶片的灵敏度很高，原则上认为摄影成像的灰度是连续的。摄影胶片的灵敏度很高，原则上认为摄影成像的灰度是连续的。摄影胶片的灵敏度很高，原则上认为摄影成像的灰度是连续的。波谱分辨率：指传感器所用波

25、段数、波长及波段宽度，也就是选择的通道波谱分辨率：指传感器所用波段数、波长及波段宽度，也就是选择的通道波谱分辨率：指传感器所用波段数、波长及波段宽度，也就是选择的通道波谱分辨率：指传感器所用波段数、波长及波段宽度，也就是选择的通道数、每个通道的波长和带宽。数、每个通道的波长和带宽。数、每个通道的波长和带宽。数、每个通道的波长和带宽。波段越多，濒带宽度越窄，所包含的信息量越大，针对性越强。波段越多，濒带宽度越窄，所包含的信息量越大，针对性越强。波段越多，濒带宽度越窄，所包含的信息量越大，针对性越强。波段越多，濒带宽度越窄，所包含的信息量越大，针对性越强。目前传感器少则目前传感器少则目前传感器少则

26、目前传感器少则3 3 3 3个，多的上百个通道；个，多的上百个通道；个，多的上百个通道；个，多的上百个通道；传感器种类很多，但最基本的有三种典型类型：可见光遥感的摄传感器种类很多，但最基本的有三种典型类型：可见光遥感的摄传感器种类很多，但最基本的有三种典型类型：可见光遥感的摄传感器种类很多，但最基本的有三种典型类型：可见光遥感的摄影机、热红外遥感的扫描器、微波遥感的合成孔径雷达。影机、热红外遥感的扫描器、微波遥感的合成孔径雷达。影机、热红外遥感的扫描器、微波遥感的合成孔径雷达。影机、热红外遥感的扫描器、微波遥感的合成孔径雷达。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强32高光谱技术所获取的图像包

27、含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息，因而在地质、农业、植被、环境、城市、军事、水文、大气等方面都有巨大的应用前景。我国在中科院遥感所和上海技物所等单位的协作下，发展的OMIS，MAIS，PHI等航空高光谱成像仪也达到了很高的水平航空高光谱仪PHI高光谱传感器高光谱传感器理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强33OMIS系统模型OMIS系统实物高光谱传感器高光谱传感器理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强 地面技术系统地面技术系统严格地讲，地面系统有两大任务：严格地讲，地面系统有两大任务：卫星在轨运行任务管理（也通俗地称为卫星在轨运行任务管理（也通俗地称为“测控测控”）；）；卫星数据接收与处

28、理卫星数据接收与处理两类不同的地面系统以前通常是在物理上分开的，但现在有合并的趋势（如商业化两类不同的地面系统以前通常是在物理上分开的，但现在有合并的趋势（如商业化卫星的运行管理）卫星的运行管理）大多数国际上的地面站，都只承担卫星数据接收与处理任务，具体分为：大多数国际上的地面站，都只承担卫星数据接收与处理任务，具体分为：数据接收：卫星实时下行数据数据接收：卫星实时下行数据 数据处理：辐射和几何标定数据处理：辐射和几何标定 数据存档：存档管理与检索数据存档：存档管理与检索 数据分发：用户应用数据分发：用户应用地面技术系统是连接卫星、传感器技术与地面应用的地面技术系统是连接卫星、传感器技术与地面

29、应用的 技术切换环节技术切换环节 数据接口（卫星数据的数据接口（卫星数据的“用户用户”，应用用户的，应用用户的“数据源数据源”）是保证对地观测技术体系有效运行不可或缺的一部分是保证对地观测技术体系有效运行不可或缺的一部分数据的接收记录与处理系统数据的接收记录与处理系统理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强 直接回收直接回收：传感器将地物的反射或发射电磁波信号记录在胶传感器将地物的反射或发射电磁波信号记录在胶卷或磁带上，待运载工具返回地面时回收。非实时，航空常用。卷或磁带上，待运载工具返回地面时回收。非实时，航空常用。优点：回收方便，不经过转换，信号损失少，保密性较强。优点：回收方便，不经过转

30、换，信号损失少，保密性较强。缺点：非实时，数据容量小，成本高。缺点：非实时，数据容量小，成本高。视视频频传传输输（无无线线电电传传输输）：传传感感器器将将接接收收到到的的地地物物反反射射或或发发射射的的电电磁磁波波信信号号，经经过过光光电电转转换换，通通过过无无线线电电将将数数据据传传送送到地面接收站，包括实时和非实时传输。到地面接收站，包括实时和非实时传输。优点：可以实时回收。优点：可以实时回收。缺点：保密性差，有信息损失。缺点：保密性差，有信息损失。视频传输是卫星遥感常用的信号传输方式。视频传输是卫星遥感常用的信号传输方式。遥感信号的传输方式遥感信号的传输方式理学院 物理系 陈强理学院 物

31、理系 陈强接收范围：接收范围：目前接收范围目前接收范围可覆盖国土面可覆盖国土面积积80%80%至至95%95%；南沙群岛接收南沙群岛接收不到；不到；通常卫星覆盖通常卫星覆盖范围范围 80%80%，RADARSATRADARSAT和和SPOTSPOT可达可达95%95%。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强37二、高光谱遥感分类二、高光谱遥感分类 按成像原理：棱镜按成像原理：棱镜/光栅色散型、干涉型、光栅色散型、干涉型、滤光片型、计算机层析、二元光学元件、滤光片型、计算机层析、二元光学元件、三维成像三维成像按成像手段：线列探测器加光机扫描型、按成像手段：线列探测器加光机扫描型、面阵探测器加空

32、间扫描型、光谱扫描型、面阵探测器加空间扫描型、光谱扫描型、光谱与空间交叉扫描型光谱与空间交叉扫描型 按空间成像方式按空间成像方式：挥挥扫型扫型、推扫型、推扫型 按工作平台：航空、航天按工作平台：航空、航天理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强38（1）按分辨率分类A、多光谱（、多光谱（Multispectral）：）：覆盖光谱范围较宽，谱段选覆盖光谱范围较宽，谱段选择在最能够反映目标辐射特性处，通常光谱分辨率为择在最能够反映目标辐射特性处，通常光谱分辨率为10 20谱段，可用于地带分类和土地使用评估。谱段，可用于地带分类和土地使用评估。B、高光谱（、高光谱（Hyperspectral）：）：

33、光谱范围较窄，光谱分辨率光谱范围较窄，光谱分辨率适中，一般在几百谱段数（目前在适中，一般在几百谱段数（目前在100400范围），主要用范围），主要用于环境、农业、森林、矿产、土地等领域。于环境、农业、森林、矿产、土地等领域。C、超光谱（、超光谱（Ultraspectral）：）：光谱范围最窄，但光谱分辨光谱范围最窄，但光谱分辨率极高，一般在几千谱段数，主要用于研究气体等化学物率极高，一般在几千谱段数，主要用于研究气体等化学物质成份。质成份。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强39（2）按分光类型分类）按分光类型分类A、棱镜色散型（、棱镜色散型（Prism）：）：依靠不同波长的光线在棱镜中依

34、靠不同波长的光线在棱镜中有不同的折射率进行分光。有不同的折射率进行分光。B、光栅衍射型（、光栅衍射型（Grating）：）：依靠不同波长的光线在光栅上依靠不同波长的光线在光栅上有不同的衍射角进行分光。有不同的衍射角进行分光。C、滤光片型（、滤光片型（Filter）：）：在面阵探测器的不同行上，覆盖或在面阵探测器的不同行上，覆盖或耦合不同波长的带通滤光片，然后沿探测器列方向推扫。耦合不同波长的带通滤光片，然后沿探测器列方向推扫。D、干涉型（、干涉型（Interferometer）：）：不同波长的单色光经过干涉不同波长的单色光经过干涉仪后形成不同频率的余弦干涉图，二者互为傅里叶变换。复仪后形成不同

35、频率的余弦干涉图，二者互为傅里叶变换。复色光的干涉图是所有单色光成分对应的余弦干涉图的线性叠色光的干涉图是所有单色光成分对应的余弦干涉图的线性叠加，经过傅里叶变换可复原光谱。加，经过傅里叶变换可复原光谱。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强40（3）按扫描方式分类）按扫描方式分类A、挥扫方式（、挥扫方式（Whiskbroom）：）：采用单元或线阵探测器采用单元或线阵探测器作为敏感元件，在飞行器运动的同时，一个扫描镜快速作为敏感元件，在飞行器运动的同时，一个扫描镜快速在垂直于飞行方向扫描，两种运动共同扫出一条带状轨在垂直于飞行方向扫描，两种运动共同扫出一条带状轨迹。迹。B、推扫方式（、推扫方

36、式（Pushbroom）：）：采用线阵或面阵探测器作采用线阵或面阵探测器作为敏感元件，线列探测器在光学焦面上垂直于飞行方向为敏感元件，线列探测器在光学焦面上垂直于飞行方向作横向排列，当飞行器运动时，横排的探测器好像刷子作横向排列，当飞行器运动时，横排的探测器好像刷子扫地一样扫出一条带状轨迹。扫地一样扫出一条带状轨迹。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强41理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强42 线性扫描方式：线性扫描方式：使用单个探测元件扫描得到整景影象。使用单个探测元件扫描得到整景影象。掸扫式扫描（线性探测器掸扫式扫描（线性探测器+光机扫描型）：光机扫描型）：使用几个使用几个沿航向

37、排列的探测元件获取平行扫描线组，目前波段沿航向排列的探测元件获取平行扫描线组，目前波段全，使用性强仪器多属此类，如全，使用性强仪器多属此类，如AVIRIS、Deadalus系系列，列，MAIS、OMIS以及以及 MSS、TM、AVHRR、“风风云云”气象卫星等。气象卫星等。优点：优点：空间扫描通过扫描镜摆动在物方面完成，总空间扫描通过扫描镜摆动在物方面完成，总视场角大视场角大(可高达可高达90度度)，像元配准好，不同波段在，像元配准好，不同波段在任何时候都凝视同一像元，光谱覆盖范围宽任何时候都凝视同一像元，光谱覆盖范围宽(从可见从可见光一直到热红外波段光一直到热红外波段)，在，在10-20nm

38、光谱分辨率的情光谱分辨率的情况下，其辐射分辨率基本能够满足。况下，其辐射分辨率基本能够满足。缺点缺点：由于光机扫描，每个像元凝视时间短，进一由于光机扫描，每个像元凝视时间短，进一步提高光谱分辨率和辐射灵敏度比较困难。步提高光谱分辨率和辐射灵敏度比较困难。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强43推扫式扫描（面阵探测器推扫式扫描（面阵探测器+空间扫描型）：空间扫描型）：二维面阵列探测器，二维面阵列探测器，一维可用作光谱仪，另一维则为一线性阵列，以推扫的形式，一维可用作光谱仪，另一维则为一线性阵列，以推扫的形式，图象一次建立一行而不需要移动元件。目前可见光、近红外波图象一次建立一行而不需要移动元

39、件。目前可见光、近红外波段此类仪器较多。如：段此类仪器较多。如：AIS-1，AIS-2，CASI，HYDICE（210个波段）、个波段）、PHI以及以及SPOT/HRV。优点：优点：空间扫描由器件的自扫描完成，像元凝视时间长，空间扫描由器件的自扫描完成，像元凝视时间长，可提高系统的灵敏度或者空间分辨率，可见光波段器件成可提高系统的灵敏度或者空间分辨率，可见光波段器件成熟，光谱分辨率可达到熟，光谱分辨率可达到1-2nm；由于记录每行数据的探测元；由于记录每行数据的探测元件间有固定关系，且它消除了因扫描过程中扫描镜速度变件间有固定关系，且它消除了因扫描过程中扫描镜速度变化所引起的几何误差；由于化所

40、引起的几何误差；由于CCD是固态微电子装置，体积是固态微电子装置，体积小、重量轻、能耗低。由于没有光机扫描仪的机械运动部小、重量轻、能耗低。由于没有光机扫描仪的机械运动部件，线性系统稳定性好，结构的可靠性高，使用寿命长。件，线性系统稳定性好，结构的可靠性高，使用寿命长。缺点：缺点：大量探测器之间灵敏度的差异，会产生带状噪声；大量探测器之间灵敏度的差异，会产生带状噪声；CCD短波红外灵敏度低，热红外暂时不可能感应；总视场短波红外灵敏度低，热红外暂时不可能感应；总视场一般不如光机扫描仪；由于光学设计上的困难，总视场只一般不如光机扫描仪；由于光学设计上的困难，总视场只能达到能达到30度左右。度左右。

41、理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强44（3）按分光类型分类）按分光类型分类A、棱镜色散型（、棱镜色散型（Prism）：）：依靠不同波长的光线在棱镜中依靠不同波长的光线在棱镜中有不同的折射率进行分光。有不同的折射率进行分光。B、光栅衍射型（、光栅衍射型（Grating）：）：依靠不同波长的光线在光栅上依靠不同波长的光线在光栅上有不同的衍射角进行分光。有不同的衍射角进行分光。C、滤光片型（、滤光片型（Filter）：）：在面阵探测器的不同行上，覆盖或在面阵探测器的不同行上，覆盖或耦合不同波长的带通滤光片，然后沿探测器列方向推扫。耦合不同波长的带通滤光片，然后沿探测器列方向推扫。D、干涉型（、

42、干涉型（Interferometer）：）：不同波长的单色光经过干涉不同波长的单色光经过干涉仪后形成不同频率的余弦干涉图，二者互为傅里叶变换。复仪后形成不同频率的余弦干涉图，二者互为傅里叶变换。复色光的干涉图是所有单色光成分对应的余弦干涉图的线性叠色光的干涉图是所有单色光成分对应的余弦干涉图的线性叠加，经过傅里叶变换可复原光谱。加，经过傅里叶变换可复原光谱。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强45（4）按重构方式分类A、直接型：、直接型：色散型、衍射型或滤光片分光的光谱图像，可色散型、衍射型或滤光片分光的光谱图像，可以通过加减法获得。以通过加减法获得。B、傅里叶变换型（、傅里叶变换型（Fo

43、urier Transform）：）：干涉型分光获得干涉型分光获得的是干涉图，需要经过傅里叶变换才能间接得到光谱图像。的是干涉图，需要经过傅里叶变换才能间接得到光谱图像。C、计算层析型（、计算层析型（Holography）：）：将三维图像投影到两维探将三维图像投影到两维探测器上，通过拉顿变换重构三维图像。在光谱成像仪中，三测器上，通过拉顿变换重构三维图像。在光谱成像仪中，三维图像就是数据立方体，通过分光元件将光谱维投影到探测维图像就是数据立方体，通过分光元件将光谱维投影到探测器上，然后重构。器上，然后重构。理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强46中国科学院遥感飞机一Cessna Citat

44、ion S/II遥感平台遥感平台理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强47 航空平台航空平台 1:运5，常州2:GYRO 稳定平台3:空中国王，日本名古屋遥感平台遥感平台理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强48 航航天天平台平台(The EO-1 orbit is slightly to the east of Landsat-7,with an equatorial crossing time one minute later than that of Landsat-7.This results in EO-1 passing over the same ground-track a

45、s Landsat-7,one minute later.)遥感平台遥感平台EO-1 launched on November 21,2000理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强三、高光谱遥感器的发展三、高光谱遥感器的发展70年代末，美国加州理工学院喷气推进实验室（年代末，美国加州理工学院喷气推进实验室（JPL）学者学者提出（提出（Goetz）。）。1983年，世界上第一台成像光谱仪问世，年，世界上第一台成像光谱仪问世，AIS-1（Airborne Imaging Spectrometer）问世，）问世，64波段。波段。1987年，航空可见光年，航空可见光/红外成像光谱仪红外成像光谱仪AV

46、IRIS，224波段波段1999,12,8，第一台星载中分辨率成像光谱仪，第一台星载中分辨率成像光谱仪MODIS升空；升空；2000年第一台星载高分辨率成像光谱仪年第一台星载高分辨率成像光谱仪 HYPERION升空。升空。1991年，中国第一台航空成像光谱仪（年，中国第一台航空成像光谱仪（MAIS）运行）运行;2002年年3月中国星载中分辨率成像光谱仪月中国星载中分辨率成像光谱仪CMODIS升空；升空；理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强第一代成像光谱仪称航空成像光谱仪AIS(Airborne Imaging Spectrometer)，64个通道，光谱覆盖范围从990-2400nm,光谱

47、分辨率9.3nm。第二代成像光谱仪称航空可见光、近红外成像光谱仪 AVIRIS(Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer)，224个通道，光谱范围410nm-2450nm，光谱分辨率10nm。220波段的星载HYPERION（2000年E0-1卫星携带升空）第三代成像光谱仪为傅立叶变换高光谱成像仪（美国2000年7月MiSat-II卫星携带升空）FTHSI(Fourier Transform Hyperspectral Imager)，256个波段，光谱范围400nm-1050nm，光谱分辨率2-10nm。理学院 物理系 陈强理学院 物理系

48、陈强美国：美国：AIS，AVIRIS、WIS（812波段）、波段）、PROBE、TEEMS、MODIS、Hyperion、FTHSI AHI（256个热波段）、个热波段）、SEBASS（242个热波段）个热波段）澳大利亚：澳大利亚：Hymap、ARIES、TIPS（100个热波段）个热波段）加拿大：加拿大：CASI 德国：德国：ROSIS法国：法国：IMS芬兰：芬兰：AISA欧空局：欧空局：CHRIS（2000年年10月月22日日PROBA小卫星）小卫星）日本：日本：GLI中国：中国：MAIS、PHI、OMIS-1（10个热波段）、个热波段）、CMODIS（神舟（神舟III号）号）、HIS/H

49、J（环境减灾小卫星）（环境减灾小卫星）典型的高光谱遥感器典型的高光谱遥感器 HYMAP主要性能指标主要性能指标 PHI主要性能指标主要性能指标理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强52PHI推扫式成像仪介绍2000.6日本长野实验，具有80个波段的PHI高光谱图像立方体高光谱遥感器高光谱遥感器理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强53中国中国128波段航空成像光谱仪（波段航空成像光谱仪（OMIS-1）OMIS-I OMIS-II总波段数总波段数12868 光光谱谱仪仪光谱范围光谱范围m光谱分光谱分辨率辨率nm波段数波段数 光光谱谱仪仪光谱范光谱范围围m光谱分光谱分辨率辨率nm波段波段数数0

50、.4-1.110640.4-1.110641.06-1.7040161.55-1.7512.0-2.515322.08-2.3513.0-5.025083.0-5.018.0-12.550088.0-12.51瞬时视场瞬时视场 3mrad 1.5/3mrad可选可选总视场总视场（）70扫描率扫描率（S/s）5、10、15、20可选可选行像元数行像元数5121024/512数据编码数据编码bit12探测器探测器SI、InGaAs、InSb、MCT线列线列Si线列、线列、InGaAs单元、单元、InSb/MCT双色双色理学院 物理系 陈强理学院 物理系 陈强54 VNIR:32 波段(0.441.