第3讲遥感成像原理.ppt

一 Part 3 遥感成像原理 摄影成像 扫描成像 微波遥感 摄影成像 摄影是通过成像设备获取物体影像的技术。传统摄影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。数字摄影则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。 摄影成像 摄影机 摄影机是成像遥感最常用的传感器，可装载在地面平台、航空平台以及航天平台上，有分幅式和全景式摄影机之分。 摄影成像 摄影机—分幅式摄影机 一次曝光得到目标物一幅像片，镜头分常角（视场角50o～70o）、宽角（视场角70o～105o）和特宽角（视场角105o～135o），同平台高度下，视场角愈大，地面覆盖范围愈大。焦距 f小于 100 mm为短焦距， 100～200 mm为中焦距，大于 200 mm为长焦距。航空摄影相机的焦距在 150 mm左右。航天摄影机的焦距需要大于300 mm，甚至大于 1000mm。 摄影成像 摄影机—分幅式摄影机 对可见光遥感，摄影机外壳只需是不透光材料，如金属、人造革、塑料等。对红外摄影，则只能用金属材料。镜头则需根据摄取的波段选择材料，不同材料透过波长的上限不同。 摄影成像 摄影机—全景摄影机 --又称扫描摄影机。依结构和工作方式可分为缝隙式摄影机和镜头转动式摄影机。 摄影成像 镜头转动式全景摄影机有两种工作方式，一种是转动镜头的物镜，狭缝设在物镜筒的后端，随着物镜筒的转动，在后方向弧形胶片上聚焦成像。 摄影成像 镜头转动式全景摄影机的另一种是用棱镜镜头转动、连续卷片成像。 摄影成像 全景摄影机焦距较长（可超过 600 mm），可在长23 cm（航向），宽 l28 cm（横向）的胶片上成像，主要用于军事侦察。通常的遥感探测和制图则大都采用分幅式摄影。 摄影成像 摄影机—多光谱摄影机 可同时直接获取可见光和近红外范围内若干个分波段影像。有三种类型：多相机组合型、 多镜头组合型和光束分离型。 摄影成像 摄影机—多光谱摄影机 多镜头组合型:是在同一架相机上装置多个镜头，配以不同波长的滤光片，在一张大胶片上拍摄同一地物不同波长的影像。 摄影成像 摄影机—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。 摄影像片的几何特征 摄影机从飞行器上对地摄影时，根据摄影机主光轴与地面的关系，可分为垂直摄影和倾斜摄影。 垂直摄影 摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在3o以内。取得的像片称水平像片或垂直像片。航空摄影测量和制图大都是这类像片。 摄影像片的几何特征 倾斜摄影 摄影机主光轴偏离垂线大于3o，取得的像片称倾斜像片。全景摄影成像时，镜头垂直飞行器下方航带中心线时为垂直摄影，其余状态下均为倾斜摄影。倾斜摄影时，主光轴偏离垂线角度愈大，影像畸变也愈大，给图像纠正带来困难，不利于制图。但有时为了获取较好的立体效果且对制图要求不高，也采用倾斜摄影。 摄影像片的几何特征 垂直摄影像片的几何特征 像片的投影：常用的大比例尺地形图属于垂直投影或近垂直投影，而摄影像片却属于中心投影。 中心投影与垂直投影的区别 表现为三个方面： （1）投影距离的影响 （2）投影面倾斜的影响 （3）地形起伏的影响 摄影像片的几何特征 （1）投影距离的影响：垂直投影图像的缩小和放大与投影距离无关，并有统一的比例尺。中心投影则受投影距离（遥感平台高度）影响，像片比例尺与平台高度H和焦距f有关。 （2）投影面倾斜的影响：当投影面倾斜时，垂直投影的影像仅表现为比例尺有所放大，像点相对位置保持不变。在中心投影的像片上比例关系有显著的变化，各点的相对位置和形状不再保持原来的样子。 摄影像片的几何特征 （3）地形起伏的影响 垂直投影时，随地面起伏变化，投影点之间的距离 摄影像片的几何特征 中心投影的透视规律 （3）平面上的曲线，在中心投影的像片上仍为曲线。 （4）面状物体的中心投影相当于各种线的投影的组合。水平面的投影仍为一平面。垂直面的投影依其所处的位置而变化，当位于投影中心时，投影所反映的是其顶部的形状，呈一直线；在其他位置时，除其顶部投影为一直线外，其侧面投影成不规则的梯形。 摄影像片的几何特征 像片的比例尺 即像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。图中像片上的a、b两点是地面上A、B两点的投影。ab:AB即为像片的比例尺。H为摄影平台的高度；f为摄影机的焦距。 通常f可以在像片的边缘或相应的影像资料中找到，H由摄影部门提供。 摄影像片的几何特征 像点位移 在中心投影的像片上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片位置上的移动。其位移量就是中心投影与垂直投影在同一水平面上的“投影误差”。 摄影像片的几何特征 由