被动遥感传感器

2．1．1　被动遥感传感器

被动遥感传感器包括航空相机、多光谱扫描仪、影像分光仪和超光谱影像仪、微波辐射计等，下面分别简要介绍。

1．航空相机

(数码)相机系统、透镜和胶片(或CCD)是航空或航天摄影测量的主要组成部分。低轨道卫星和NASA空间航天任务也使用传统相机技术。相机中的胶片类型要确保在400nm和900nm范围内的电磁能量能被记录。航空相片有广泛的应用。航片严格而规则的几何性质和获得立体影像的可能性确保了摄影测量过程的发展，从而获得精确的三维坐标。尽管航片有很多的应用，但主要用于中、大比例尺绘图和地籍制图。现在，模拟图常被扫描，以在数字环境中存储和处理(第4章展示了各种航片的例子)。最近的发展是数码相机的使用，它不需要使用胶片，直接提供数字影像数据。

2．摄影机

摄影机常用于记录数据，大多数摄影传感器仅能记录可见光，有一些能记录近红外。最近的发展是热红外摄影相机的使用。到最近，只有模拟摄影相机。今天，数码摄影的使用急剧增长，一些已在遥感领域使用。一般地，摄影像片为定性量测提供低成本的影像数据。例如，为已被其他传感器(激光扫描仪或雷达)量测的区域提供附加的可见信息。其大多数用于不可见影像的影像处理和信息抽取方法，也可用于可见框架。

3．多光谱扫描仪

一种量测设备用于决定观测的数量值。它通过点—点和线—线方式获得观测值。这是它区别于航空相机的主要方面，航空相机通过一次曝光记录整个影像。

多光谱扫描仪量测反射的太阳光中可见光和近红外部分，它系统地扫描地表，从而量测可见地区的反射能力。它可以同时处理几个波段，因此叫做多光谱扫描仪。一个波段或光谱段是电磁波段的一个间隔，这是为何平均的反射能力可以被量测的原因。典型的、大量明显的波段被记录，因为这些波段反映了地表特征。

例如，2μm到2．5μm段的反射特征(例如，LandsetTM 7波段)会给出土壤矿物化合物的信息，而红色光和近红外段的综合反射特征会给出关于植被的某些信息，例如单位面积或体积内的生物的数量和健康状况。

因此，一种扫描仪的波段的确定，取决于传感器设计的应用领域(在图3-3中给出了多光谱数据的地理应用领域，在第10章中介绍了这些影像的解译方法)。

4．影像分光仪和超光谱影像仪

影像分光仪的原理和多光谱扫描仪类似，只是影像分光仪量测较多(64～256)、较窄(5～10nm)的光谱段，这导致了它以像素为单位的近乎连续的反射曲线，而非多光谱扫描仪的较大光谱波段的有限数量的值。这种光谱曲线取决于被量测物质的化合物成分和宏观结构。因此，影像分光仪的数据可用于确定地表的化合物成分、地表水的叶绿素含量，或所有地表水悬浮物的集中程度。

5．热红外扫描仪

热红外扫描仪测量8μm到14μm之间波段的热数据。这一范围的波长直接和物体的温度相关联。例如，云层、陆地和海洋表面的温度数据和天气预报密切相关，因此，大多数的遥感系统都在设计上包含了热红外传感器。热红外传感器同时可以用于研究农作物受干旱影响的程度(水危机)，并用于监测不考虑释放热能的植物之后凉水的温度。它的另一个应用就是探测地下煤火。

6．微波辐射计

地表或地下的物体会发射一定的长波长的微波能(波长从1cm到100cm)。任何温度高于开尔文绝对零度的物体都会产生电磁辐射，称之为黑体辐射。自然材料可能会比同等同能情况下的理想黑体产生较少的电磁辐射，这一点可以用一个发射率小于1的微波辐射计来记录某物体的发射辐射得到证明。这种能量能够被记录的程度取决于各种不同材料的属性，例如含水量。被记录的信号叫做亮度温度。物理表面温度可以通过亮度温度计算得到，但是必须要知道发射率。水体的发射率为98%到99%之间，几乎接近为黑体，而陆地上地物特征则显示出不同的发射率。并且，物质的辐射发射率会随着条件的改变而改变。例如，潮湿的土壤会比干燥的土壤具有显著的更高的发射率。

因为黑体辐射很微小，所以能量必须在相对较大的区域进行量测，从而使得被动的微波辐射计具有低空间分辨率的特征。被动微波辐射计数据能够用于矿藏勘测、土地制图、土壤湿度估计和冰雪探测。