遥感的基本概念汇总

红外
波长范围 0.7~14μ m，这一区间可以进一步划分为如下波段： 近红外(NIR)：0.7~1.5μ m 中红外(MWIR)：1.5~8 μ m 热红外(LWIR)：8~14 μ m
微波
(1GHz=109Hz) P 波段： 30~100 cm L 波段： 15~30 cm S 波段： 7.5~15 cm C 波段： 3.8~7.5 cm X 波段： 2.4~3.8 cm Ku 波段： 1.7~2.4 cm K 波段： 1.1~1.7 cm Ka 波段： 0.75~1.1 cm
电磁辐射与地物光谱特征
• 1 电磁波谱与电磁辐射
1.1 电磁波谱
把电磁波在真空中的波长按或频率按递增或递减顺 序排列,就构成了电磁波谱 可划分为: г射线、X射线、紫外线、可见光、红外 线、微波及无线电波都是电磁波
0.3 μm
1.0 μm
3.0 μm
10.0 μm
1 mm
1 cm
1m
紫外
近红外 中红外
热红外
Ka K Ku X C S
可见 微 波
L P
波长单位之间的换算关系为：1mm = 1000μm; 1μm = 1000nm
可见光
波长范围大约为 400nm(紫色)~700nm(红色)，可见光谱中的各种颜色成分大致 属于如下的波长区间： 红：610~700nm 橙：590~610nm 黄：570~590nm 绿：500~570nm 蓝：450~500nm 靛：430~450nm 紫：400~430nm
辐 射 通 量
波长
λ1- λ2间隔内的 Φ(λ1- λ2)? 总辐射通量Φ ？
分谱辐射通量的单位是瓦/微米（W/μm）
分谱？？？
分谱辐射通量 分谱辐照度、分谱辐射出射度 分谱辐射强度
“分谱”两字可以忽略
辐射亮度 (radiance) L 单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射 通量称为辐射亮度：
E
M I L
(2) Φ / A ( λ)
(2) Φ / A ( λ) (2) Φ / Ω ( λ) 2(3) Φ / A Ω ( λ)
瓦 /米 ² (W/m² )
瓦 /米 ² (W/m² ) 瓦/球面度(W/Sr) 瓦/米²•球面度 (W/m² • Sr)
2. 电磁辐射的基本定律
在平均日地距离处 （称为 1 个天文单位） ，太阳在单位时间内投射到大气层顶部，垂 直于射线方向的单位面积上的辐射能量。 太阳常数的取值：1368W.m-2 其中：35% 由地球（大气、云）反射{云 24%，地 4%，大气 7%} 17% 大气吸收 47% 到达地表并被吸收
•3.2 太阳光谱
•太阳能量的光谱分布(百分比)
波长范围 1mm 到 1m， 这一区间可以进一步划分为若干不同频率 (波长)的波段：
1.2 电磁辐射
能够发射电磁波的物体称为电磁辐射源，以电磁波的形 式从物体向外发射电磁能量的过程，称为电磁辐射。 对遥感而言，电磁辐射源有太阳、地球和人工辐射源三 种情况。
1.3 电磁辐射的度量
• • • • • •
辐射通量（Φ）的单位是瓦特=焦耳/秒 （W=J/S）
辐射通量密度 (irradiance) E、(radiant exitance) M 单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度： E辐照度= Φ / A M辐射出射度= Φ / A
被辐照物 辐照度 辐 射 出 射 度 辐射体
辐射源
辐射通量密度的单位是瓦/米² （W/m² ）
1 0 Ú Ì º å Ò Ì » å ¡ Ô Ñ ñ Ô Ð · ø É ä Ì å
发射率
小结
• 电磁辐射的度量：辐射通量密度、辐照度、 辐射亮度 • 黑体辐射：普朗克定律，基尔霍夫定律 • 实际地物的辐射：吸收率和反射率之间的 关系
3. 太阳辐射及对大气辐射的影响
•3.1 太阳常数
2.1 黑体辐射定律
黑体?
能够完全吸收任何波长入射能量的物体。
吸收率a(, T ) 和反射率r(, T )
物体吸收的能量与入射总能量的比值，称为吸收率。 物体反射的能量与入射总能量的比值，称为反射率。 a( , T ) r ( , T ) 1
黑体辐射定律
普朗克定律（黑体辐射定律）
返回
米氏散射
1.条件：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。这种 散射主要由大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起. 2.特点：散射的强度与波长的二次方成反比，方向性比较明显。 3.影响：云雾对红外线的散射主要是米氏散射。
返回
• 无选择性散射
• 1.条件:当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射。 • 2.特点:散射强度与波长无关，即对发生无选择性散射的 波段，任何波长的散射强度都相同。 • 3.由于云雾中水滴的粒子直径比可见光波长大很多，所以 无论从哪个角度看，云都是白色的。
遥 感 的概念 广义:
一切无接触的距离测量。
狭义:
基于空间平台的，通过电磁波观测地 球，获取地表信息。是对地观测系统、对 地观测理论与对地观测方法的总称。
遥感过程示意图
信息获取
传感器
大气层 能量来源
信息接收
地物
电磁波特性
接收系统
可视化分析
信息处理
数字化分析
信息应用 应用
• 遥感信息的获取、传输、处理、判读分析和应用的全过程。
M b ( , T ) 2hc2 1
ch kT
辐 射 能 量
e 1 h-普朗克恒量 6.6310-34J.s
5
k-波耳兹曼常数 1.38610-23W.s.k-1
瑞利-琴斯定律
波长（微米）
当波长大于 1mm 时，普朗克定律可以近似为 kT M b ( , T ) 2c 4
射线、x 射线（<0.01m） 0.02 紫外（0.01-0.4m） 可见光（0.4-0.7m）
辐 射 能 量
6.91 43.5 36.8 12 0.41
近红外（0.7-1.5m） 中红外（1.5-15m） 远红外（>15m）
3.3 大气对辐射的作用 • 吸收：水、臭氧、二氧化碳 • 散射：瑞利散射、米散射和无选择性散射
辐 射 能 量
波长（微米）
2.2实际地物的辐射
（1）基尔霍夫定律
M ( , T ) M b ( , T ) a ( , T )
地物发射率
实际地物的吸收率 a( , T ) 1 由基尔霍夫定律，
M ( , T ) M b ( , T ) a ( , T )
M (, T ) a(, T )M b (, T ) M b (, T )
斯忒藩-波耳兹曼定律
对普朗克公式积分
2 5 k 4 4 4 M b (T ) T T 15c 2 h 3 -斯蒂芬-波耳兹曼 5.6710-8W.m-2.k-4
维恩位移定律
maxT a
max a / T
a 为常数 2898m.k=2.89810-3m.k
太阳温度、海洋温度、地表温 度、火点温度
3.4 大气窗口
100%
大气 透过率
0% 0.3 μm 1.0 μm 3.0 μm 10.0 μm 1 mm 1 cm
1m
紫外
近红外 中红外
热红外 Ka K Ku X C S L P
可见
微
波
传感器波段的设置一般选择大气窗口
TM（专题绘图仪）传感器共7个波段分别是： Tm1波段：0.45m-0.50m Tm2波段：0.52m-0.60m Tm3波段：0.63m-0.69m Tm4波段：0.76m-0.94m Tm5波段：1.55m-1.75m Tm6波段：10.4m-12.5m Tm7波段：2.08m-2.35m SPOT多光谱图像三个波段： SPOT1波段：0.50m-0.59m SPOT2波段：0.61m-0.69m SPOT3波段：0.79m-0.89m
瑞利散射
1.条件：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射。这种散射主要由大 气中的原子和分子，如N2，CO2，O3和O2分子等引起的。 2.特点：散射强度与波长的四次方成反比，即波长越长，散射越弱。 3.影响：瑞利散射对可见光的影响很大。 4.例子：无云的晴空呈现蓝色；朝霞和夕阳都偏橘红色；MSS4的图像远没有 MSS7的图像清晰。
法向
辐射强度 (radiant intensity) I 辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指 在某一方向上单位立体角内的辐射通量： I= Φ / Ω
辐射强度
点辐射源
辐射强度（I）的单位是瓦/球面度（W/Sr）
分谱辐射通量 分谱辐射通量是波长λ的函数，单位波长间隔内 的辐射通量称为分谱辐射通量： Φλ=Φ/λ
小结
• 太阳常数 • 大气对辐射传输的作用：吸收和散射
散射和粒子半径的关系
• 大气窗口
亮度 L
L=³ Φ / A λ Ω
米²•微米•球面度 （W/m² • μm • Sr）
小 结
辐射度量一览表 辐射量 辐射能量 辐射通量 符号 Q Φ (2) Q/ t( λ) 定义 单位 焦耳(J) 瓦(W)
辐照度
辐射出射度 辐射强度 辐射亮度
辐射能量 辐射通量 辐射通量密度 辐射强度 分谱辐射通量 辐射亮度
辐射能量 Q 电磁辐射是具有能量的，它表现在： • 使被辐照的物体温度升高 • 改变物体的内部状态 • 使带电物体受力而运动 …… 辐射能量（Q）的单位可以用焦耳（J）、尔格 (erg)、卡（cal）表示
辐射通量 (radiant flux) Φ 在单位时间内通过的辐射能量称为辐射 通量： Φ=Q/ t
发射率： ( , T )
M ( , T ) M b ( , T )
显然，黑体的比辐射率 ( , T ) 1
地物发射率分类
根据发射率，可将物体分为三类： 黑体： ( , T ) 1 灰体： (, T ) 0 1 ( 0 为常数) 选择性辐射体： ( , T ) 随波长而变化