遥感概论PPT课件

----天为什么是蓝的？日出日落时天空是橙红色？
☆ 米氏散射：当大气中粒子的直径与波长相当时发生的散射；
主要由大气中的烟尘、小水滴和气溶胶引起。散射强度与波长的
二次方成反比， I ∝ λ-2 。米氏散射在光线前进方向比向后方的
散射更强。
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☆ 非选择性散射：当大气中粒子的直径比波长大得多时发生 的散射；散射强度与波长无关 。
☆ 物体的发射率等于该物体的吸收率： αλ=ελ 一般情况下,物体的发射率: 0＜ ελ ＜1
☆ 物体的发射率是温度和波长的函数。物体的发射率与身 的性质、物理状况（如粗糙度、颜色等）有关；物体的表面温 度受自身的比热、热惯量、热导率、热扩散率等影响较大。
☆ 黑体的ελ = ε=1；灰体的ελ =ε=常数<1;选择性辐射体的
1.5 ~ 1.8 μｍ 和 2.0 ~ 3.5 μｍ
3.5 ~ 5.5 μｍ
8 ~ 14 μｍ
0.8 ~ 2.5 cｍ
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7、地球电磁辐射的基本特征
根据课本34页图2.20。自行总结
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8、地球表面的热辐射特征 ☆ 温度为300K的黑体，其电磁辐射的波长范围是：2.5~50μｍ。
洋面及陆表温度
6
1.58 ~ 1.64
作物水分及地表温度
7
0.43 ~ 0.48
海洋水色
8
0.48 ~ 0.53
海洋水色
9
☆ 地球表面的发射辐射能量集中于近红外波段和热红外波段； 在热红外波段，地球的发射辐射能量远远大于太阳的电磁辐射能 量，通常称地球的发射辐射为热辐射。
☆ 地球表面的热辐射（能量）与自身的发射率、波长、温度有 关： M（λ，T）= ε（ λ，T）× M0（ λ，T）
☆ 发射光谱曲线：某种地物的发射率随波长变化曲线。
第一章
遥感绪论
1、遥感（Remote Sensing）
遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把 目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征 性质及其变化的综合性探测技术。
2、遥感系统
遥感系统包括：被测目标的信息特征、信息的获取、信 息的传输与记录、信息的处理和信息的应用五大部分。
（ 见 P2 图 1.1 ）
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3、遥感的分类
☆ 按遥感平台分类：近地面遥感；航空遥感；航天遥感等。 ☆ 按传感器的探测波段分类：
紫外遥感： 0.05 ~ 0.38 μｍ 可见光遥感： 0.38 ~ 0.76 μｍ 红外遥感： 0.76 ~ 1000μｍ 微波遥感： 1 mm ~ 10 m 多波段遥感：传感器由若干个窄波段组成 ☆ 按工作方式分类： 主动遥感；被动遥感
ελ <1,且随波长而变。
（P21，表2.3；P22，F2.10）
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5、太阳辐射
☆ 太阳常数：在不受大气影响的情况下，距太阳一个天文单 位（通常指日地平均距离，约1.496×108公里）内，垂直于太 阳辐射方向上，单位面积单位时间内黑体接受到的太阳辐射能 量。其数量为：1.360 ×103 瓦/平方米。
（3）黑体辐射出射度Mλ 的最大值所对应的波长λmax 与黑体 自身温度 T 的关系： λmax 与 T 成反比。
即：黑体温度越高，其总辐射出射度 M的曲线的峰值就越向短 波方向偏移。（太阳的λmax =0.47 μｍ；地球λmax =9.0 μｍ）
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4、实际物体的辐射
☆ 发射率 ε（比辐射率）的概念：物体（地物）的辐射出射 度与同温度下黑体的辐射出射度之比。
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☆ 大气的折射与反射：大气的折射率与大气密度有关，密度 越大折射率越大。因而，电磁波（太阳辐射）在大气中的传播 轨迹是一条曲线（P31，F2.17）。
大气反射主要发生在云层顶部，并与云量密切相关。
☆ 大气窗口：将电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散 射的、透过率较高的波段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主 要有： 0.3 ~ 1.3 μｍ
☆ 辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通 量，单位：W/m2 。
辐射通量密度、辐射亮度（P18）
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☆ 绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部 吸收，则这个物体是绝对黑体。
光谱吸收系数（吸收率）： α（λ，T） 光谱反射系数（反射率）： ρ（λ，T） 绝对黑体： α（λ，T）= 1 ； ρ（λ，T）= 0 ☆ 黑体辐射规律： （P20，F2.7） （1）黑体的辐射（发射）能量 ---- 辐射出射度（M）是波长 λ 和温度 T 的函数；某一波长下黑体的辐射出射度Mλ 是指在某 一单位波长间隔（ λ~Δλ ）的辐射出射度。在紫外、可见光和红 外波段 Mλ 与λ5 成反比；在微波波段，Mλ 与λ2成反比与T成正比。
海、陆、云顶温度
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相关资料： NOAA ( National Oceanic Atmospheric Administration ) 是美国国家海洋与大气管理局的英文缩写。 1960年4月1日，美国发射了世界上第一颗极轨气象卫星 （TIROS-1），奠定了气象卫星业务系统的技术基础。现在， 极轨气象卫星已经发展到第四代。第三代极轨气象卫星 TIROS-N 于1978年10月13日发射成功并开始运行。这个系列 共有11颗卫星：TIROS-N / NOAA-A 到J。NOAA极轨气象卫 星系列发射前以字母标号，入轨运行后以数字标号代替，如 1984年12月12日发射的NOAA-F 运行后更名为NOAA-9。 NOAA 极轨气象卫星采用双星运行模式，单号星从南向北飞， 经过赤道时间为地方时14：30；双号星从北向南飞，经过赤道 时间为地方时07：30。目前，在轨运行的是NOAA-13、 NOAA-14和 NOAA-15（据悉，未能正常工作）。
(3)在0.3~0.47μｍ范围内，随波长的增加太阳辐射能急 剧增长，在0.47μｍ左右达到极大值；随波长的继续增大， 太阳辐射能逐渐减少，在中红外波段，太阳辐射能已相当 微弱。
(4)在0.6μｍ附近有一个O3的吸收带；在0.7、0.9、1.1μ ｍ附近有三个水汽的吸收带、在1.4和1.9μｍ附近太阳辐射 能完全被吸收；CO2 的强吸收带在2.7和4.3μｍ附近。
同一系列传感器信息的兼容性 ☆ 经济性 ---- 与传统信息获取手段相比 ☆ 局限性 ---- 相对于整个电磁波谱段而言
自行阅读：课本第一章第五节
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征
• 1、电磁波与电磁波谱 • ☆ 波：振动的传播称为波。 • ☆ 电磁波（电磁辐射）：电磁振源产生的电磁
振荡在空间的传播。 • ☆ 电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长
☆ 观察图2.22可以发现：随着二氧化硅含量的减少（酸性---基 性）岩石发射率的最小值向长波方向偏移。
☆ 由于地表温度的日变化，热红外遥感应在一天中的何时进行？
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9、地物的反射光谱特征
☆ 反射率与镜面反射、漫反射（朗伯面）、实际物体反射（方 向反射）
☆ 对于地球表面而言，入射辐射能量（入射辐照度）由太阳 的直接辐射和经大气散射后又漫入射到地面的能量组成。在晴朗、 干燥的天气下，后者可以忽略不计。
☆ 地物反射光谱曲线：地物反射率随波长λ的变化曲线。
☆ 课堂讨论：四种典型地物----雪、小麦、沙漠、湿地在可见~ 近红外波段的反射光谱特征。
☆ 土壤、水体、岩石的反射光谱特征 ☆ 地物反射光谱的实验室测量和野外测量
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七、地物的透射光谱
1、可见光波段：透明地物 2、红外波段：半导体 3、微波 3、人工辐射源
遥感概论目录?第一章绪论?第二章电磁辐射与地物光谱特征?第三章遥感成像原理与图像特征?第四章遥感图像处理?第五章遥感图象目视解译与制图?第六章遥感数字图像计算机解译?第七章遥感应用第一章遥感绪论11遥感remotesensing遥感是应用探测仪器不与探测目标相接触从远处把目标的电磁波特性记录下来通过分析揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术
> 1000 ｍｍ（ 1 ｍ）
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3、电磁辐射与黑体辐射
☆ 辐射源：任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对 它的辐射，也能够向外（发出）辐射。
☆ 辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位：J（焦耳）。
☆ 辐射通量（Φ ）：单位时间内通过某一面积的辐射能量, 单位: W (瓦)。
☆ 辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量。
（或频率）按其长短，依次排列制成的图表称为电 磁波谱。（P17，F2.3） • ☆ 电磁波的性质：波长与频率成反比；两者的
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2、遥感技术使用的电磁波分类名称和
波长（λ）范围：
名称 紫外线 可见光 近红外 中红外 热红外 远红外 微波 无线电波
波长范围 100 Å ----0.38 μｍ 0.38 ---- 0.76 μｍ 0．76 ---- 3.0 μｍ 3．0 ---- 8.0 μｍ 8．0 ----15.0 μｍ 15 ---- 1000 μｍ 1 ---- 1000 ｍｍ
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日
本
静
止
卫
星
5
红 外
空 间 分 辨 率 为
GMS 全 球 圆 盘 图
公：
里可
见
光
1公.25 里
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☆ 低轨气象卫星---- 近极地太阳同步轨道
轨道高度：800 ~ 1600公里
信息采集时间周期：每天固定时间经过固定地点;
美国NOAA卫星系列,双星运行,上下午各获取一次信
(5)到达地面的太阳辐射能43.5%集中在可见光波段 38.6%集中在近红外波段。( P25,表2.4)
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6、大气吸收、大气散射与大气窗口
☆ 大气层次与成分 （自行阅读） ☆ 大气对太阳辐射的吸收作用 （P28,F2.14 )
☆ 瑞利散射：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散 射；主要由大气中的原子和分子引起。散射强度与波长的四次方 成反比， I ∝ λ-4 。
(1)微波辐射源 * 全天时、全天候的探测能力 * 对干燥、松散的物质有一定的穿透能力
(2)激光辐射源
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第三章 遥感成像原理与图像特征
1、气象卫星系列
☆ 高轨气象卫星（静止气象卫星）---- 地球同步轨道 轨道高度：36000公里 信息采集时间周期：约20分钟 分辨率：1.25 ~ 5公里 主要应用领域：全球性大气环流；全球性天气过程
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表 2 FY-1C 的波长范围和光谱效应
序号
探测波段 （µm）
探测对象（光、植被
2
0.84 ~ 0.89
植被、大气校正
3
3.55 ~ 3.93
灾情及夜间温度
4
10.3 ~ 11.3
洋面及陆表温度
5
11.5 ~ 12.5
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（2）黑体的总辐射出射度 M：黑体对所有波长的（发射） 辐射能量的总和。在这种情况下 M ~ M（T）。
即：
M ∝ T4
（P20，F2.7）
F2.7表明总辐射出射度 M与温度T的关系是：随着温度的 升高， M的值急剧增大；不同温度下的M值在波长—能量曲线 图中，展现为一系列互不相交的曲线（族）。
☆ 太阳辐射（太阳光谱）的主要特征 (P25,F2.11)
(1)太阳辐射到达大气层顶时与60000K黑体的辐射能特征基 本相同：辐射能的强度特征、辐射能随波长的分布特征。
(2)太阳辐射穿过大气层到达地面后，被大气反射、散射和 吸收强度有所减少，而且存在多个O3、CO2、H2O的吸收带。
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☆ 按应用领域分类：陆地遥感、海洋遥感；农业遥感、城
市遥感……
（P4）
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4、遥感的特点
☆ 大面积的同步观测 ---- 瞬时信息获取范围 ☆ 时效性 ---- 同一地区信息获取的重复周期 ☆ 信息的综合性和可比性
---- 地球表面自然与人文景观的综合反映 ---- 卫星轨道的确定性、影像分幅的同一性、
----云雾中水滴粒子的直径与可见光相比；云为什么是白色的？
☆ 散射作用与波长的关系：
瑞利散射主要发生在紫外、可见光和近红外波段；米氏散 射发生在近紫外 ~ 红外波段，但在红外波段米氏散射的影响超 过瑞利散射；在微波波段，由于微波波长远大于云层中水滴的 直径，因而属于瑞利散射类型；此时，散射强度与波长的四次 方成反比，散射强度相对很弱，透射能力很强，故微波具有穿 透云雾的能力。
息。
扫描宽度：2800公里
分辨率：星下点1.1公里，边缘部分4公里
NOAA气象卫星的光谱特征：
波段序号 波长范围（μm）
光谱效应
1
0.58 ~ 0.68
白天云、地表
2
0.725 ~ 1.0
云、水泥、植被、水
3
3.55 ~ 3.93
火灾、夜间海温
4
10.3 ~ 11.3
海、陆、云顶温度
5
11.4 ~ 12.4