1.4.2　光学传感器成像

对于可见光-近红外遥感，它们记录的是地物目标对太阳辐射能量的反射能量，其传感器按照数据采集方式可进一步划分为摄影成像和扫描成像，如图 1-22所示[10,12]，这也是本节重点介绍的内容；对于微波雷达成像，由于其本质上完全不同于光学遥感，所以将在1.4.3节单独介绍。

图1-22　典型光学传感器的数据采集方式

目前，扫描成像方式获得了更为广泛的应用，主要原因在于：① 探测范围可由传统的可见光波段，扩展到较宽的红外波段；② 通过光敏或热敏探测器把收集的电磁辐射能量转换成电信号，更有利于遥感图像数据的实时传输和存储。为此，下面主要介绍3种典型的扫描成像系统。

1. 光机扫描成像系统

光机扫描成像系统利用遥感平台的行进和传感器旋转扫描镜，对与平台行进垂直方向的地面目标，沿着扫描线逐点扫描，并通过传感器的瞬时视场来记录地球表面图像数据，如图 1-23 所示[1]。该扫描成像系统通常又称为物面或交轨扫描系统。

图1-23　光机扫描成像系统

光机扫描成像的几何特征主要依赖于传感器视场和瞬时视场的大小。由于假设传感器在瞬时视场的扫描持续瞬间是静态的，此时接收到的地物目标的电磁辐射能量即为传感器探测的能量，决定了图像中每个像素的灰度值大小。传感器视场FOV和载荷平台高度一起，决定了图像扫幅方向图像列的宽度，即地面扫描幅宽，三者关系为

　　（1-23）

随着遥感平台的前向运动，可以通过光栅扫描逐渐获得一个数据条带，而选择一定数量的条带即可构成图像的行长度，进而形成一幅大小为的遥感图像。值得注意的是，图像行（平台飞行方向）和列（传感器扫描方向）的比例尺通常是不一致的。光机扫描成像系统的特点是扫描宽幅大，但空间分辨率较低。

2. 推扫扫描成像系统

随着基于CCD技术的可靠探测器阵列的实用化，另一种图像获取扫描成像系统是推扫扫描成像系统。推扫扫描成像系统不用扫描镜，而用垂直于遥感平台飞行方向的线性探测器阵列来感应场景目标，如图 1-24 所示[1]，该扫描成像系统又称为像面或顺轨扫描系统。不同于光机扫描成像系统对图像一行需要扫描列（图像一行像素数），推扫扫描成像系统一般由CCD阵列组成。如果推扫扫描成像系统的CCD阵列为，则扫描一次就能对图像一行进行探测。显然，其扫描时间可以大大缩减。此外，传感器瞬时视场取决于CCD器件的性能，而图像的视场取决于CCD阵列的个数。随着传感器载荷平台的向前移动，CCD阵列就以条带的形式记录图像数据。

图1-24　推扫扫描成像系统

值得注意的是，CCD阵列能同时感应目标响应、同时采光、同时能量转换（光电转换）、同时成像。若CCD按线阵排列，则可以同时获得图像一行个像素数据，再根据需要扫描行，就可以形成一幅大小为图像；如果CCD按二维面阵排列，则可以同时获得一整幅图像。

3. 成像光谱仪

通常，二维CCD阵列也可被用于卫星成像传感器。如果该阵列以推扫方式应用，但不是记录地表目标的二维空间图像，而是通过利用一种将输入辐射能量根据波长进行分离的机制，将第三维用于同时记录每个像素的若干个不同波段，如图1-25所示，那么这样的仪器就称为成像光谱仪，它所描述的数据被称为“立方体”数据。通常用这种方式可以记录上百个通道，因此，地球表面的反射特性也可以很好地体现在数据中。

图1-25　成像光谱仪

成像光谱仪把成像技术和分光技术有机地结合起来，在获得图像二维空间信息的同时，也使图像的光谱分辨率非常高，波段数非常多（能达到上百个波段）。这种典型的成像光谱仪就是美国机载可见光/红外成像光谱仪，获得的图像通常称为高光谱图像。