基本介紹
- 中文名：微波影像
- 外文名：microwave Imaging
- 所屬類型：遙感影像
- 主要技術：雷達
- 科目：測繪科學
- 特點：成像速度快等
基本概念,遙感影像,設備,特點,原理,
基本概念
套用成像微波輻射計（掃描型）接收地物發射波長為1mm～30cm的微波輻射能形成的影像。微波影像反映一定溫度的地物，地面解析度較低。判讀時除需要套用判讀普通圖像所具有的基本要素外，同時還應了解有關各種地物的反射率（來自天空和大氣的）、發射率（地面的和水面的）和透射率（從較深的下層透過表層的）的作用。由於水體是微波輻射十分理想的輻射體，因此在微波影像上產生較淺色調，國外廣泛用於探測海上冰層、洋流和陸地上的水體、雪融狀況、土壤含水狀況等信息。還可套用於城市環境研究，繪製城市土地利用圖。也可以探測地下埋藏，進行考古研究。
遙感影像
指通過安裝在遙感平台上的遙感儀器對地球表面攝影或掃描獲得的影像。包括：光學攝影成像的航空像片、紫外和近紅外像片；以及用各種類型掃瞄器成像的單波段影像（如紫外、紅外、被動微波影像和雷達影像）和多波段掃描影像（如“陸地衛星”的MSS和TM影像）。遙感影像有黑白的和彩色的（包括真彩色和假彩色）兩種；可以處理成像片或透明軟片（包括正片和負片）。根據投影性質可分為中心投影（如航空像片）和多中心投影（如“陸地衛星”影像）兩種；根據比例尺又分為大比例尺、中比例尺和小比例尺三種。遙感影像經過處理或再編碼後就產生“遙感圖像”。通過其影像特徵綜合反映地理環境或某些地物的數量、質量和動態信息，甚至還能反映出一些從地下或水下一定深度地物傳遞到地表面的隱伏信息。遙感影像所反映的各種信息是遙感圖像判讀的基礎資料。
設備
微波輻射計
能定量測量目標（如地物和大氣各成分）的低電平微波輻射的高靈敏度接收裝置。實質上就是一個高靈敏度、高解析度的微波接收機。表面輻射率為ε（0≤ε≤1）、絕對溫度為T0 （T0>0 K）的物體在整個電磁波的頻譜上都會輻射出電磁波，其頻譜與噪聲相似，這種輻射稱為熱輻射。不同物體具有不同的熱輻射頻譜。有些物體輻射連續頻譜，有些物體輻射離散頻譜。通過測量和分析其輻射頻譜，就可以區分不同物體。
1946年，狄克首先研製成第一台測量微波輻射的裝置，稱為狄克式輻射計。現在各種微波輻射計都是在狄克型接收機基礎上改進而成的，有零平衡型輻射計、雙參考溫度輻射計、自動反饋型輻射計、相關型輻射計、掃描型輻射計等。
微波輻射計的主要技術指標是頻段和溫度解析度、空間解析度。目前機載微波輻射計實測溫度解析度達0.02K。星載微波輻射計溫度解析度達0.2～1K。
微波輻射計分兩類：頻譜式和連續式.前者頻率窄，工作於微波諧振線上，後者用於遙感具有寬廣頻譜特性的目標。微波輻射計在軍事偵察、氣象學、海洋學和天文學等領域中得到廣泛套用。
微波輻射計還可以分為圖像型和非圖像型。其中採用掃描天線的掃描微波輻射計就是圖像型輻射計，其特點是天線可以對地面目標進行掃描探測，獲取地面目標的微波輻射信息，把所獲取的信息轉換成以灰度等級顯示的物體圖像.掃描方式有兩類：
1.電掃描，如雨雲5號和6號氣象衛星上的電掃描微波輻射計；
2.機械掃描，如雨雲7號和海洋衛星1號上的掃描多通道微波輻射計和泰羅斯N號上的微波探測器。
特點
微波影像具有成像速度快，覆蓋區域面積大，地面目標清晰可辨的特點，特別是微波雷達可採用或組合使用多種工作頻率、多種極化和多角度方式獲取地球表面信息，在許多領域的套用潛力很大。
微波影像的立體感較強。這是因為微波散射及微波波束對地面傾斜照射，產生陰影，即影像暗區。此明暗效應能增強影像的立體感，這種明顯的地形起伏感，對地形、地貌及地質結構等信息有較強的表現力和較好的探測效果。
同時，微波雷達影像信息豐富，這是因為微波譜頻寬，可以提供寬頻頻譜範圍的信息。微波遙感為人工源，在微波接收或發射裝置中，改變極化方向或調整雷達波束視向均是很容易實現的。因而可以多角度、多波段、多極化地進行觀測，以增加信息量，使微波影像信息豐富，具有相當強的監測和分辨目標的能力。而且雷達接收的是微波波束的後向散射信息，反映的是地物的幾何特性和介電特性，這不同於一般的光學、熱紅外遙感。
微波影像具有以下特點：
(1)側視雷達採用非中心投影方式（斜距型）成像，它與攝像機中心投影方式完全不同。
(2)比例尺在在橫向上產生畸變。在雷達波束照射區內，地面各點對應的入射角不等，距離雷達航跡越遠，入射角越大，使得影像比例尺產生畸變，其規律是距離雷達航跡愈遠比例尺愈小。
(3)地形起伏移位。在地學研究領域，經常採用Ka 及X波段成像雷達進行資源與環境調查。
雷達影像可套用於以下領域：海洋環境調查、地質製圖和非金屬礦產資源調查、洪水動態檢測與評估、地貌研究與和地圖測繪等。
進行雷達影像解譯，需要具備微波遙感的基礎理論知識，掌握各種目標地物的微波特性和微波與目標地物相互作用規律，同時也需要掌握微波影像的判讀方法和技術。
原理
被動微波成像
被動微波遙感測量的是目標與分子熱運動有關的熱電磁輻射。被動微波成像，是利用被動微波感測器，即微波輻射計(MR)來實現的。
現有的被動微波感測器可以分為兩大類：
(1)微波成像儀(Imagers)，如SMMR和SSM/I等，這類MR的工作頻道都在大氣視窗，利用它們可以獲得不同用處的地球陸地、河流、海洋影像；
(2)大氣探測儀(Sounders of Atmospheric properties)，如SCAMS MSU和SSM/T等，這類MR的工作頻道選擇在氧氣和水汽吸收線附近，他們可以給出大氣溫濕輪廓線以及其他一些信息。這些資料在天氣研究和數值天氣預報中得到了較廣泛的套用。
MR是一個高靈敏度的微波噪聲功率接收機。由於MR所接收的電磁信號是不相干的隨機噪聲信號，所以MR不能像SAR那樣通過對不同位置上接收信號的相干分析實現孔徑綜合，提高空間解析度。MR的空間解析度決定於在同一時間接收電磁輻射的天線所占據的空間的物理尺寸，即被動微波遙感的空間解析度決定於接收天線的物理口徑。由於大口徑天線帶來的重量、尺寸、掃描轉動、空間解析度與對一個分辯單元的駐留凝視積分時間的矛盾以及由此引起的空間解析度和溫度解析度之間的矛盾，限制了被動微波感測器空間解析度的提高。
提高被動微波感測器的空間解析度，即減少視場過大帶來的缺陷，就必須增大天線口徑的電尺寸。增大天線電尺寸的途徑有兩種：
(1)增大天線口徑的物理尺寸；
(2)提高被動微波感測器的工作頻率，減小波長。
但這兩種方法都有很大的局限性。人們己經注意到使用綜合孔徑技術，這種技術可以大大的提高被動微波感測器的地面空間解析度。
被動微波感測器的掃描方式大多是機械天線掃描和電掃描。其中，微波成像儀採用圓錐形掃描，而大氣探測儀的天線掃描與衛星運動軌跡垂直，掃描的最大天底角決定了觀測寬度。
在60年代，首先是蘇聯用COSMOS衛星攜帶了被動微波感測器，進行了測量大氣水汽含量等參數的試驗。之後，美國設計並發射上天了一系列星載MR。口本、印度也擁有各自的星載MR。歐洲正計畫在下一代地球靜止衛星上攜帶歐洲自己的MR系統MMS。而美國也有發展MR系統的計畫，如美國的AMSU-A/B。
到目前未知，被動微波感測器大多是迪克類的計數器成像方式，最新的被動微波感測器開始使用全功率計數器成像，如SSM/I。全功率計數器具有更高的靈敏度，因此更適合於高速觀測。
被動微波感測器的掃描方式大多是機械天線掃描和電掃描。其中，微波成像儀採用圓錐形掃描，而大氣探測儀的天線掃描與衛星運動軌跡垂直，掃描的最大天底角決定了觀測寬度。
在60年代，首先是蘇聯用COSMOS衛星攜帶了被動微波感測器，進行了測量大氣水汽含量等參數的試驗。之後，美國設計並發射上天了一系列星載MR。口本、印度也擁有各自的星載MR。歐洲正計畫在下一代地球靜止衛星上攜帶歐洲自己的MR系統MMS。而美國也有發展MR系統的計畫，如美國的AMSU-A/B。
到目前未知，被動微波感測器大多是迪克類的計數器成像方式，最新的被動微波感測器開始使用全功率計數器成像，如SSM/I。全功率計數器具有更高的靈敏度，因此更適合於高速觀測。
普通微波雷達成像
普通微波雷達使用大孔徑天線發射信號和接收信號交替進行。隨著飛行器的飛行，天線發射一定頻率和振幅的短脈衝，聚成較窄的波束髮射出來，波束在航向方向上很窄，而在垂直航向方向上比較寬，照到地面為一窄長的區域，天線接收地面後向散射信號，按信號到達天線的時間先後順序送至陰極射線管，定位在陰極射線管的螢幕上，光點亮度正比於對應地面的後向散射強度，將螢幕上光點通過透鏡在膠片上成像，形成一窄條帶地面的影像。接著天線發射下一個微波短脈衝，依次對地面掃描，將後向散射信號記錄在飛機與對地面移動速度同步的膠片上，最後獲得一條條窄條影像，構成一幅微波雷達影像。
