1.4.1　遥感平台及载荷成像的几何关系

对任何遥感系统而言，探测目标与载荷平台之间的距离决定了传感器获得信息的详细程度。就目前广泛应用的航空平台和航天平台而言，航空平台飞行高度较低，主要包括飞机、氢气球等飞行在大气层中的飞行器。航空平台的特点是机动灵活，而且不受地面条件的限制，但航空平台的稳定性和成像的大倾角等会造成图像几何失真等问题。相对于航空平台，航天平台飞行高度较高，主要包括卫星、宇宙飞船、空间站等，其突出的特点是覆盖范围宽、探测能力强，但大气层的干扰因素强，直接影响成像质量。就航空平台和航天平台相同传感器所提供的图像数据而言，其主要差别一般是有效的空间分辨率。相比较而言，航天遥感距离地面目标较远，空间分辨率相对较低，观测细节信息能力弱；航空遥感空间分辨率较高，观测目标细节信息能力强。

无论何种遥感平台，其传感器都由收集器、探测器、处理器和输出器4个部分组成，如图1-20所示。

图1-20　传感器结构

1. 收集器

收集器收集来自于地物目标的电磁辐射能量，并将其聚焦至探测器。不同传感器使用的收集器不同，例如，光学器件可以是透镜、反射镜等；微波成像可以是天线等。多波段遥感成像系统的收集器还包括分光器件，如棱镜、分光镜、滤光片等。

2. 探测器

探测器的主要功能是实现能量转换，测量和记录接收到的电磁辐射能量。光学系统实现的是光电变换，例如，光电敏感元件通过光电效应把探测的电磁辐射能量转换为电信号。

3. 处理器

处理器主要是对探测器探测到的化学能或电能信息进行信号加工和处理，如电信号的放大、增强、模数转换等。

4. 输出器

输出器以适当的方式输出所获得的数据或者数字图像。

在遥感领域，传感器工作在可见光波段、近红外波段、中红外和热红外波段的遥感技术统称为光学遥感。光学遥感是目前遥感图像的主要成像方式，从传统相机成像到扫描仪成像，有多种形式。对于扫描仪成像方式，构成一幅遥感图像的二维像素网格通常包括：沿着平台轨道（顺轨）的运动方向和与轨道运动的垂直（交轨）方向。图像网格顺轨方向的间隔由控制平台运动速度决定，交轨方向的间隔由传感器采样率决定。典型传感器与地面成像区域的几何关系如图 1-21 所示，传感器视场（field of view，FOV）定义为垂直于轨道所能覆盖地球表面的可视角度范围。当传感器以这个角度投影到地表时，其相应的地面覆盖范围称为地面投影视场，通常定义为扫幅宽度，它决定了图像每行覆盖地面的宽度，即图像一行大小。传感器瞬时视场（instantaneous field of view，IFOV）定义为一个探测器件在光学系统轴向的角度，它决定了在给定平台高度下观测的地面尺寸，体现的是传感器最精细的角分辨率。

图1-21　典型传感器与地面成像区域的几何关系

当从遥感平台高度H向地球表面投影时，瞬时视场根据等效地面尺寸定义了图像最小的可分辨单元，通常称为图像像素或像元，其对应的地面几何投影称为地面投影瞬时视场，它定义了一个像素对应地面的实际面积大小。通常，瞬时视场越小，传感器能分辨的地面单元就越小，图像的空间分辨率就越高。