电磁波与遥感物理基础
电磁波在遥感探测领域的应用研究
电磁波在遥感探测领域的应用研究引言：遥感技术是通过感知地球表层现象的能力，获取地球表面特点的一种技术。
作为遥感技术的重要组成部分，电磁波的应用对于遥感探测领域的研究具有重要意义。
本文将从物理定律的角度出发，详细解读电磁波在遥感探测领域的应用，并探讨其在实际应用中的意义。
一、电磁波的物理定律和基本性质1. Maxwell方程组Maxwell方程组描述了电磁场的产生和传播规律。
其中包括麦克斯韦第一、第二、第三和第四个方程。
这些方程的解决了电磁波的存在和传播问题，为电磁波的应用奠定了理论基础。
2. 电磁波的频率与波长电磁波的频率和波长是两个基本的物理性质。
频率决定了电磁波的能量，而波长则决定了电磁波的传播特性。
根据频率的不同，电磁波可分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等等。
二、电磁波在遥感探测领域的应用1. 遥感图像的获取借助电磁波的能量和传播特性，遥感技术可以获取地球表面的遥感图像。
通过无线电波和微波，遥感技术可以突破大气层的干扰，获取地下和云层下的图像。
而可见光和红外线则可以用于实时监测大气、海洋、陆地等表面特征。
2. 地质和资源勘探电磁波的不同频段对地质和资源勘探具有重要意义。
例如，微波和雷达可以用于矿产资源的探测，通过反射和干涉原理，可以获取地下矿体的信息。
红外遥感则可以用于发现热区，进而识别地下地热资源。
3. 环境监测与灾害预警电磁波对于环境监测和灾害预警也起到了重要作用。
红外线遥感技术可以实时监测森林火灾，测量火焰的温度和面积。
微波和可见光则可以用于监测海洋表面的水质和河流的水位。
这些数据可以提供及时的环境信息，为灾害预警和紧急救援提供依据。
三、电磁波在遥感探测中的实验准备和过程1. 实验准备在进行电磁波遥感探测实验之前，需要准备合适的遥感仪器和设备。
这些设备主要包括传感器、天线、辐射源、数据采集器等。
传感器用于接收地球表面反射或辐射出的电磁波，而辐射源则用于发射电磁波。
遥感物理基础
X
10-6m 1nm 0.38m 0.76m 3m 6m 15m 1mm 1m
紫可近中远超微无
射射 外 见 红 红 红 远 波线
线线 线 光 外 外 外 红
电
外
波
1mm=1000 m；1m=1000nm
电磁波谱的划分
紫外波段 可见光波段
紫色光 蓝色光 青色光 绿色光 黄色光 橙 色光 红色光 近红外（摄影红外）波段 近红外（反射红外）波段 中红外波段（热红外）
❖ 灰体：0< α <1，α不随波长而变 化。
❖ 选择性辐射体： 0< α <1，α随 波长而变化。
概念——辐射度量
❖ 辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位J。 ❖ 辐射通量（Φ）：单位时间内通过某一面积的
辐射能量,Φ=dW/dt，单位W。辐射通量是波长 的函数，总辐射通量是各谱段辐射通量之和或 辐射通量的积分值。 ❖ 辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面 积的辐射能量，E=dΦ/dS，单位W/M2，S为面 积。
普朗克公式表示出了黑体辐射通量密度与温 度的关系及按波长分布的情况。反映黑体 辐射的三个特性：
E0
6000K 3000K
❖ 辐射通量密度随波长连续变化，温度一定 时，辐射通量密度随波长变化的曲线只有 一个最大值
1000K 200K
❖ 温度越高，辐射通量密度也越大，不同温
度下的曲线不相交。
❖ 随着温度的升高，辐射最大值所对应的波 长向短波方向移动。
由上式可见（在遥感技术上的意义）： ❖ 绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能
与绝对温度的四次方成正比，对于一般物体, 可用上式概略推算出总辐射能与绝对温度的 关系。 ❖ 黑体总辐射通量密度与温度的四次方成正比， 因而随温度的增加迅速增大——红外测温的 理论依据。
遥感物理电磁波的产生原理
遥感物理电磁波的产生原理遥感物理电磁波的产生原理涉及到电磁场的概念和电磁波的特性。
电磁波是一种由电场和磁场相互作用而产生的波动现象，它的产生和传播在遥感领域具有重要的应用。
首先，我们来了解电磁场的概念。
电磁场是由电荷和电流产生的一种物理场。
任何电荷和电流都会产生电场和磁场，它们是相互作用的，互相影响。
电场是由电荷在空间中形成的，根据库仑定律，电荷之间的相互作用力是通过电场进行传递的。
磁场则是由电流产生的，根据安培定律，电流在周围形成的闭合环路上产生磁场。
在遥感物理中，电磁波是一种通过空间传播的电磁辐射。
电磁波具有特定的频率和波长，可以分为不同的频段，如无线电波、可见光、红外线、紫外线、X射线和γ射线等。
电磁波可以在真空和介质中传播，速度为光速。
那么，电磁波是如何产生的呢？它的产生涉及到一个物体的振荡和加速运动。
当一个物体振动或加速运动时，它会在周围产生变化的电场和磁场。
如果振动或加速运动的频率和电场波长相匹配，物体周围的电荷就会被激发，导致电荷的运动和电流的产生。
以无线电波为例，当一个带电物体振动或加速运动时，会产生电场和磁场的变化。
根据麦克斯韦方程组，变化的电场会产生变化的磁场，而变化的磁场又会产生变化的电场，这样形成的电场和磁场的变化就是电磁波。
电磁波会沿着传播方向传播，并且速度为光速。
当这些电磁波到达接收器时，可以被接收，并转化为我们可以理解和利用的信号。
在遥感领域，电磁波的产生和传播是非常重要的。
我们可以通过遥感传感器向地球表面发射电磁波，然后接收并记录反射回来的电磁波。
通过分析接收到的电磁波信号，我们可以获取到地表的信息，如地表的反射率、温度、湿度、地形等。
这样的遥感技术在农业、测绘、城市规划、环境保护等方面有重要的应用。
总之，遥感物理电磁波的产生原理是基于电磁场相互作用而产生的。
当物体振动或加速运动时，会产生变化的电场和磁场，形成电磁波进行传播。
通过遥感技术，我们可以利用电磁波向地球发送和接收信号，获取地表的信息。
遥感物理基础电磁波与电磁波谱
第二章遥感物理基础遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。
由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特性，才可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。
理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。
本章重点是掌握可见光近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱特征。
图2-1第一节电磁波与电磁波谱2.1.1 电磁波与电磁波谱1. 电磁波一个简单的偶极振子的电路，电流在导线中往复震荡，两端出现正负交替的等量异种电荷，类似电视台的天线，不断向外辐射能量，同时在电路中不断的补充能量，以维持偶极振子的稳定振荡。
当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波。
2. 电磁辐射电磁场在空间的直接传播称为电磁辐射。
1887 年德国物理学家赫兹由两个带电小球的火花放电实验，证实了电磁场在空间的直接传播，验证了电磁辐射的存在。
装载在遥感平台上的遥感器系统，接收来自地表、地球大气物质的电磁辐射，经过成像仪器，形成遥感影像。
3. 电磁波谱γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波（微波、短波、中波、长波和超长波等）在真空中按照波长或频率递增或递减顺序排列，构成了电磁波谱。
目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。
可见光区间辐射源于原子、分子中的外层电子跃迁。
红外辐射则产生于分子的振动和转动能级跃迁。
无线电波是由电容、电感组成的振荡回路产生电磁辐射，通过偶极子天线向空间发射。
微波由于振荡频率较高，用谐振腔及波导管激励与传输，通过微波天线向空间发射。
由于它们的波长或频率不同，不同电磁波又表现出各自的特性和特点。
可见光、红外和微波遥感，就是利用不同电磁波的特性。
电磁波与地物相互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的主要内容。
图2-2电磁辐射的性质4. 电磁辐射的性质电磁辐射在传播过程中具有波动性和量子性两重特性。
4-2遥感——遥感的物理基础+光的三原色
颜色库。
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• 2、三种光的颜色可以设置成： 1）R=200，G=30，B=15——偏红色（显示器） 2）R=40，G=220，B=15——偏绿色 3）R=0，G=0，B=0——得到“黑色”（没有光） 4）R=255，G=255，B=255——得到“白色”（最强光，均 等） 5）0<R=G=B<255——得到“灰色”
•
黎明和黄昏时（此时地球与太阳之间距离很远），可见光要通过 较厚的大气层，波长小的紫光、蓝光在传播这么长的路程后几乎全被 大气吸收了，只剩下波长大的红光、橙光，直射光中红光成分大于蓝 光成分，∴太阳呈现红色。
•
大气中的瑞利散射对可见光影响较大，而对红外的影响很小，对
微波基本没有多大影响。
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决定。
•
如果气溶胶粒径与入射波长同数量级，发生米
氏散射；例如冬季燃煤产生的固体气溶胶浓度大，
发生米氏散射，常常一整天天空都是淡黄色、灰
蒙蒙的。
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• 3）粗粒散射（又叫非选择性散射或均匀散射）（r>>λ）：大气
中的液、固态水滴和固态杂质（比如粒度较大的沙尘暴）——
“颗粒物”的半径>1μm，都远大于可见光的波长，当天空有云层 或雨层时，满足均匀反射的条件，各个波长的可见光散射强度相 同，因而云呈现白色，此时散射较大，可见光难以通过云层，这 就是阴天时候不利于用可见光进行遥感探测地物的原因。夏季暴 雨来之前，天空呈现暗黑色，就是大气中的小水滴这些颗粒物将 所有波长的光全部进行散射。 • 而太阳的电磁波辐射几乎包括电磁辐射的各个波段，因此，
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• 【反射≠散射≠漫反射≠镜面反射】 • 镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射，入射角=反射角。 • 漫反射：发生在粗糙物体表面的一种反射，入射角=反射角。而且漫反 射向四面八方的反射是相等的。 • 散射：是指电磁辐射与结构不均匀的物体作用后，产生的次级辐射无干 涉抵消，而是向各个方向传播的现象，它实质是反射、折射和衍射的综 合反映。散射主要发生在可见光波段。 • 电磁波在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生改变，并向各个 方向散开，称散射。尽管强度不大，但是从遥感数据角度分析，太阳辐 照到地面又反射到传感器的过程中，二次通过大气，传感器所接收到的
遥感的物理基础
反射现象：电磁波在传播过程中，通过两种介 质的交界面时会出现反射现象，反射现象出要 出现在云顶（云造成噪声）。
遥感基础与应用
大气窗口
不同波段的电磁波受到大气的衰减作用轻重不 同。
电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和 散射的，透射率较高的波段称为大气窗口。
遥感传感器选择的探测波段应包含在大气窗口 之内。
(2) 地物的发射光谱特性
同一地物，其表面粗糙或颜色较深的，发射率 往往较高，反之，发射率则较小。
比热大，热惯量大，以及具有保温作用的地物， 一般发射率大，反之发射率就小。
例如水体，在白天水面光滑明亮，表面反射强 而温度较低，发射率亦较低；而夜间，水的比 热大，热惯量也高，故而发射率较高。
遥感基础与应用
结果输出（图、表）
接收 预处理
用户处 理应用
遥感基础与应用
太阳辐射曲线
太阳辐射的能量主要集中 在可见光，其中0.38 ～ 0.76 µ m的可见光能量占太阳辐射 总能量的46%，最大辐射强 度位于波长0.47 µ m左右； 到达地面的太阳辐射主要 集中在0.3 ～ 3.0 µ m波段，
包括近紫外、可见光、近
土壤含水量增加，土壤的反射率就会下降，在 水的各个吸收带（1.4um、1.9um、2.7um处附近 区间），反射率的下降尤为明显。
遥感基础与应用
三种不同类型土壤在干燥环境下的光谱曲线
水的吸收带（1.4um、1.9um、2.7um） 干燥土壤的波谱特征主要 与土壤物质组成（成土矿 物和土壤有机质）有关。 土壤含水量增加，土壤的 反射率就会下降，
遥感基础与应用
不同地物的反射波谱特征
遥感基础与应用
遥感习题
第一章电磁波及遥感物理基础名词解释：1、遥感2、遥感技术3、电磁波4、电磁波谱5、大气窗口6、光谱反射率7、光谱反射特性曲线问答题：1、叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。
2、地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？3、何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围。
第二章遥感平台及运行特点名词解释：1、遥感平台2、遥感传感器3、卫星轨道参数4、升交点赤经5、轨道倾角5、近地点角距6、卫星姿态角7、重复周期8、近圆形轨道9、与太阳同步轨道10、近极地轨道11、小卫星问答题：2、以Landsat-1为例，说明遥感卫星轨道的四大特点及其在遥感中的作用。
3、叙述地心直角坐标系与地心大地直角坐标系的差别和联系。
4、获得传感器姿态的方法有哪些？简述其原理。
5、简述遥感平台的发展趋势。
6、LANDSAT系列卫星、SPOT系列卫星、RADARSAT系列卫星传感器各有何特点？第三章遥感传感器及其成像原理名词解释：1、遥感传感器2、红外扫描仪3、多光谱扫描仪4、推扫式成像仪5、成像光谱仪6、MSS7、TM8、HRV9、SAR 10、INSAR 11、CCD 12、真实孔径侧视雷达13、合成孔径侧视雷达14、全景畸变15、动态全景畸变16、静态全景畸变17、距离分辨率18、方位分辨率19、雷达盲区20、粗加工产品21、精加工产品22、多中心投影填空题：1、目前遥感中使用的传感器大体上可分为等几种。
2、遥感传感器大体上包括几部份。
3、MSS成像板上有个探测单元;TM有个探测单元。
4、LANDSAT系列卫星具有全色波段的是,其空间分辨率为。
5、利用合成孔径技术能堤高侧视雷达的分辨率。
6、扫描仪产生的全景畸变，使影像分辨率发生变化，x方向以变化，y 方向以变化。
7、实现扫描线衔接应满足。
选择题：(单项或多项选择)1、全景畸变引起的影像比例尺变化在X方向①与COSθ成正比②在X方向与COSθ成反比③在X方向与COS²θ成正比④在X方向与COS²θ成反比。
电磁波及遥感物理基础
射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。
电磁波的特性
1) 电磁波是横波
2) 在真空中以光速传播
3) 电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过
程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主 要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。
光的波动性充分表现在光的干涉、衍射、 偏振等现象中；而光在光电效应、黑体 辐射中则显示出粒子性。
• 在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓， 在此波段的黑白正片上，水体的色调很黑，与周 围的植被和土壤有明显反差，很容易识别和判读。
• 在水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变 化，含泥沙时，由于泥沙的散射，可见光波段发 射率会增加，峰值出现在黄红区。
不同浊度下水体的波谱特性曲线
• 水中含有叶绿素时，近红外波段明显抬升，这些 都是影像分析的重要依据。
植物
• 由于植物均进行光合作用，所以各类绿色植物具有很相似 的反射波谱特征：在可见光波段0.55um(绿光)附近有个波 峰，两侧0.45um(蓝光)和0.67um(红)则有两个吸收带。在 近红外波段0.8-10.um间有一个反射的陡坡，至1.1um附近 有一个峰值，形成植被的独有特征。在近红外波段1.32.5um受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率 大大下降，特别是以1.45、1.95、2.7um为中心是水的吸收 带，形成低谷。
度、速度、测量地形等。
自然辐射源（被动式遥感的辐射源）
➢ 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；
常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围 极大；辐射能量集中-短波辐射，即0.3-2.5um。 大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。
➢ 地球的电磁辐射：小于3 μm的波长主要是太
遥感原理与应用-第1章
图1-5 几种温度下的黑体波谱辐 射曲线
从上式可以看出：绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能 与绝对温度的四次方成正比，称为斯忒藩－玻耳兹曼公式。
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黑体辐射特性
• 分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动。 可微分普朗克公式，并求极值。
维恩位移定律：
温度 波长 300 9.66 500 5.80 1000 2.90 2000 1.45 3000 0.97 4000 0.72 5000 0.58 6000 0.48 7000 0.41
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瑞利散射中，散射强度与波长的关系
I ∝ E s' ∝
2
sin 2 θ
λ4
蓝光散射较强 红光散射较弱
为什么微波具有穿透云雾的能力？
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(2)大气对太阳辐射的反射
• 由于大气中有云层，当电磁 波到达云层时，就象到达其 他物体界面一样，不可避免 的要产生反射现象，这种反 射同样满足反射定律。而且 各波段受到不同程度的影 响，削弱了电磁波到达地面 的程度。因此应尽量选择无 云的天气接收遥感信号。
7
可见光的范围 紫 0.38～0.43μm 蓝 0.43～0.47μm 青 0.47～0.50μm 绿 0.50～0.56μm 黄 0.56～0.59μm 橙 0.59～0.62μm 红 0.62～0.76μm
• • •
电磁波谱的范围非常宽，从波长最短的γ 射线到最长的无线电波，波长之比高达 1022倍以上 遥感采用的电磁波段可以从紫外线一直到 微波波段 遥感就是根据感兴趣的地物的波谱特性， 选择相应的电磁波段，通过传感器探测不 同的电磁波谱的发射或反射辐射能量而成 像的。
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•
气溶胶的来源
• 自然：
遥感原理与应用复习要点(详细版)
遥感原理与应用复习要点(详细版)遥感技术是通过使用传感器从远距离获取信息的技术。
遥感的主要用途是获取地球表面的各种信息以及地球上的自然和人造资源。
其中，遥感原理是遥感技术的基础，而应用则是遥感技术的具体实践。
本文将介绍遥感原理和应用的复习要点。
一、遥感原理1. 电磁波与遥感电磁波是遥感技术中最重要的物理概念之一。
电磁波是指在真空或物质中传播的物质波，包括无线电波、红外线、可见光线和紫外线等。
不同波长的电磁波与地物的反射或辐射有关，因此可以用来获取地物的信息。
遥感技术通常使用的是可见光和红外线。
2. 光谱与遥感光谱是指一个连续的波长范围内的电磁波，通常包括可见光、红外线和紫外线等。
地物与光谱的相互作用决定了其在遥感图像中的表现形式。
因此，光谱分析是遥感技术的核心。
3. 传感器与遥感传感器是遥感技术中的重要组成部分。
传感器是指能够将地物反射或辐射的电磁波转换成数字数据的装置。
传感器的特性决定了遥感图像的质量和特点。
常用的传感器包括光学传感器、微波雷达和激光雷达等。
4. 遥感图像的处理和解译遥感图像的处理和解译是遥感技术中的关键步骤。
处理包括图像的增强、去噪、校正和地理空间校准等。
解译是指从图像中提取有价值的信息，包括分类、目标检测和变化检测等。
二、遥感应用1. 地质勘查遥感技术在地质勘查中有广泛应用。
遥感图像可以快速获取大范围的地表地貌、地形和地质构造等信息，有助于识别地质资源，确定潜在的矿产藏区和研究地球的地质演化过程。
2. 大气与海洋遥感遥感技术可以用来监测大气和海洋的的动态变化。
例如，遥感技术可以用来观测气象、海洋温度、叶绿素含量和海洋流速等。
这些信息对于天气预报、海洋生态环境的研究和资源开发有很大的帮助。
3. 城市规划遥感技术可以用来获取城市地表的信息，包括建筑物、道路、水系和绿地等。
这些信息有助于城市规划和管理，特别是在城市拓展、交通建设和环境保护方面。
4. 农业生产管理遥感技术在农业生产管理中也有很大的应用。
遥感概论期末复习知识点(完整)
遥感概论期末复习知识点一遥感的定义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科学及综合性探测技术。
二遥感的基本原理自然界的任何物体本身都具有发射、吸收、反射以及折射电磁波的能力，遥感是利用传感器主动或被动地接受地面目标反射或发射的电磁波，通过电磁波所传递的信息来识别目标，从而达到探测目标物的目的。
三遥感的物理基础（一）电磁波电磁波是遥感技术的重要物理理论基础。
1、电磁波的性质：具有波的性质和粒子的性质（波粒二相性）2、波长越短（频率越高），能量越高。
3、电磁波谱电磁波几个主要的分段：宇宙射线、伽玛射线、X射线、紫外、可见光、红外（近、中、远）、微波、无线电波。
遥感常用的电磁波段主要是近紫外、可见光、红外、微波紫外：紫外线是电磁波谱中波长从0.01～0.38um辐射的总称，主要源于太阳辐射。
由于太阳辐射通过大气层时被吸收，只有0.3～0.38um波长的光能穿过大气层到达地面，且散射严重。
由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收与散射作用，紫外遥感通常在2000m 高度以下的范围进行。
可见光：是电磁波谱中人眼可以感知的部分，遥感常用的可见光是蓝波段（0.45um附近）、绿波段（0.55um附近）和红波段（0.65um附近）红外，红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在0.7um至1mm之间，遥感常用的在0.7um-100mm微波，波长在0.1毫米~1米之间的电磁波。
微波波段具有一些特殊的特性：①受大气层中云、雾的散射影响小，穿透性好，不受光照等条件限制，白天、晚上均可进行地物微波成像，因此能全天候的遥感。
②微波遥感可以对云层、地表植被、松散沙层和干燥冰雪具有一定的穿透能力。
微波越长，穿透能力越强。
4、黑体辐射定律辐射出射度：在单位时间内从物体表面单位面积上发出的各种波长的电磁波能量的总和。
黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，又能全部发射，则该物体是绝对黑体。
遥感原理与应用知识点
第一章电磁波及遥感物理基础一、名词解释：1、遥感：（1）广义的概念：无接触远距离探测(磁场、力场、机械波）；（2）狭义的概念：在遥感平台的支持下，不与目标地物相接触，利用传感器从远处将目标地物的地磁波信息记录下来，通过处理和分析，揭示出地物性质及其变化的综合性探测技术。
2、电磁波：变化的电场和磁场的交替产生，以有限的速度由近及远在空间传播的过程称为电磁波。
3、电磁波谱：将电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减依次排列为一个序谱，将此序谱称为电磁波谱。
4、绝对黑体：对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体称为绝对黑体。
5、绝对白体：反射所有波长的电磁辐射。
6、光谱辐射通量密度：单位时间通过单位面积的辐射能量。
8、大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的电磁辐射波段。
11、光谱反射率：ρ=Pρ/P0 X 100%，即物体反射的辐射能量Pρ占总入射能量P0 的百分比，称为反射率ρ。
12、光谱反射特性曲线：按照某物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。
二、填空题：1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等组成。
2、绝对黑体辐射通量密度是温度Ｔ和波长λ的函数。
（19页公式）3、一般物体的总辐射通量密度与绝对温度和发射率成正比关系。
4、维恩位移定律表明绝对黑体的最强辐射波长λ乘绝对温度T 是常数2897.8。
当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向短波方向移动。
5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为0.47 μm。
三、选择题：(单项或多项选择)1、绝对黑体的（②③）①反射率等于1 ②反射率等于0 ③发射率等于1 ④发射率等于0。
2、物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系（⑥）①反射率②发射率③物体温度一次方④物体温度二次方⑤物体温度三次方⑥物体温度四次方。
3、大气窗口是指（③）①没有云的天空区域②电磁波能穿过大气层的局部天空区域③电磁波能穿过大气的电磁波谱段④没有障碍物阻挡的天空区域。
遥感原理与应用---第一章 电磁波及遥感物理基础
0.253cm，0.5cm 微波处有吸收 0.3μm以下的紫外区域 0.7～1.95μm, 2.5～3μm,4.9～8.7 μm,15μm～1mm，全部在红外区域。 2.6～2.8μm, 4.1～4.45μm，9.1～ 10.9μm,12.9 ～ 17.1μm 吸收量很小
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遥感原理与应用
§1.2 大气的散射
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遥感原理与应用
本课安排 1.3 地物的反射辐射 1.4 地物波谱特性测定
重点内容 地物波谱特性曲线 绿色植物波谱特性曲线 地物波谱特性曲线作用
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遥感原理与应用
§1.3 地物的反射辐射
反射率：反射辐射通量/入射辐射通量反射率是 在理想漫反射情况下，整个电磁波长的反射率。
绿叶反射特点：红、蓝光被光合作用所吸收； 绿色被吸收一部分，反射一部分，所以叶子呈 绿色；在近红外波段上形成强反射。 反射波谱：物体的反射率随波长变化的规 律。又称为反射波谱特性曲线。
普朗克辐射定律：
M (T )
2hc2
5
1 exp(hc / kt) 1
黑体辐射波谱曲线： 5/14
遥感原理与应用
§1.2 物体的发射辐射
黑体的波谱辐射曲线特性
特性1：总辐射通量密度与温度T4次方成正比
斯特藩－波耳兹曼定律 ：M (T ) T
4
特性2：峰值波长随温度的增加向短波方向移动
遥感原理与应用
§1.2 一般物体的发射辐射
发射率 W /W 1 1、绝对黑体 2、绝对白体 0 0 1 3、灰体 f ( ) 4、选择性辐射体 一般物体发射辐射特点 1、大多数物体可近似为灰体 2、任何材料发射率＝其吸收率（ ） 3、对于不透射物体， 1; 1
武汉大学遥感原理与应用要点(最终重点版)(可打印修改)
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当天空有云层或雨层时，满足均匀反射的条件，各个波长的可见光散射强度相同，因而云 呈现白色。微波穿透能力强：微波波长比粒子直径大属于瑞利散射，散射强度与波长的四 次方成反比，波长越大散射越小，所以微波有最小散射最大透射，因而具有穿透云雾的能 力。 10、大气窗口：不同电磁波段通过大气层后衰减的程度是不一样的，有些波段电磁波通过 大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段。 11、地物反射波谱：反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律，以 波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线即称为该物体的反射波谱特性曲线。 12、水体和植被的反射波谱特性：（1） 水体的反射主要在蓝绿光波段；（2） 近红外、 中红外波段有很强的吸收带，反射率几乎为零；（3）但是当水中含有其他物质时，反射光 谱曲线会发生变化，泥沙散射峰值在黄红区，水中有叶绿素时近红外波段明显抬升。植物 对绿色发射作用强，在近红外有一个反射的陡坡，形成植被独有特征。
影中心S 位于同一条直线上时，正算公式和反算公式成立。
4、全景摄影机影像是由一条曝光缝隙沿旁向扫描而成，对于每条缝隙图像的形成，其几何
关系等效于中心投影沿旁向倾斜一个扫描角θ后，以中心线成像的情况，此时像点坐标为
（x，0，－f）即y=0.
yp
/
f
（x）=x/cosθ,(y)=ftanθ
5、推扫式传感器的构像方程: 行扫描动态传感器。在垂直成像的情况下，每一条线的成像
第5章 遥感图像的几何处理
1、遥感图像的构像方程：是指地物点在图像上的图像坐标(x ，y) 和其在地面对应点的大 地坐标(X，Y ，Z) 之间的数学关系。根据摄影测量原理，这两个对应点和传感器成像中心 成共线关系，可以用共线方程来表示。作用：这个数学关系是对任何类型传感器成像进行 几何纠正和对某些参量进行误差分析的基础。
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地物光谱发射特 性曲线
地物在不同波段上 光谱发射率不同， 波长与发射率的对 应关系绘制而成的 曲线即为地物光谱 发射特性曲线。
The emission of ground object
Type
1. 原子光谱——核外电子能级跃迁； 2. 分子光谱——跃迁、振动及转动； 3. 晶体光谱——包括晶体振动。
晶体振动 3 ~ 30m
中红外、远红外
Definition
电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长或频率， 递增或递减排列，则构成电磁波谱。
电磁波的分类及其在遥感中的应用
电磁波分类 Υ射线 [小于10-6μm]
面积的辐射能 • 辐射通量密度（E=dΦ/ds）：单位时间通过单
位面积的辐射能
Measurement of electromagnetic radiation
辐照度(irradiation) （I=dΦ/ds）：被辐射物 体表面单位面积上的辐 射通量
辐射出射度(radiant exitance) （M=dΦ/ds）： 辐射源物体表面单位面 积上的辐射通量
按照发射率与波长的关系， 把地物分为： 1）黑体：发射率=1 2）灰体(grey body)：发射 率<1，常数 3）选择性辐射体(Selective radiator)：发射率<1，且随 波长而变化。
不同类型地物的发射率
影响地物发射率的因素：
地物的性质、表面状况、温度：比热大、 热惯量大，以及具有保温作用的地物， 一般发射率大，反之发射率就小。一般 常用平均发射率来表示地物的发射能力。
对普朗克公式微分求极值：
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h : 普朗克常数，6.6260755×10－34 J s c : 光速； v : 频率
能量越大，波长越短，粒子性越强，直线性越强。
❖ 波粒二象性的程度与电磁波的波长有关： 波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈 长，辐射的波动特性愈明显。
电磁波谱
定义：按照电磁波的波长（频 率的大小）长短，依次排列成的 图表，称为电磁波谱。
M, 辐射出射度
变化特点：
(1) 辐射通量密度随波 长连续变化，只有一个 最大值；
(2) 温度越高，辐射通 量密度越大，不同温度 的曲线不相交；
(3) 随温度升高，辐射 最大值向短波方向移动。
②斯蒂芬－玻尔兹曼定律
整个电磁波谱的总辐射出射度 M, 可以用某一单位波长 间隔的辐射出射度Mλ对波长 λ 由 O 到无穷大的整个电磁 波段积分，
依次为： γ射线—X射线—紫外线—
可见光—红外线—微波—无线电 波。
各种电磁波的特点
γ射 线
X射 线 紫外 线 可见 光 红外 线 微 波
波长范围
小于 10－6 μm
10－6 μm ~10－ 3 μm
10－3 ~0.38 μm
0.38 ~0 .76 μm
0.76μm ~ 1 mm
1mm ~ 1m
黑体辐射光谱中最强辐射的波长max与黑体绝对温度T成反 比：
max T b
b为常数， b =2.898 10-3mK
波长越长，最强辐射波长越短 例如太阳光 =490nm ，可估计出太阳表面温度近似为 5900K；地表温度为300K，地表辐射的约为10mm。
电磁波与遥感物理基础
§2.1 电磁波与电磁波谱
电磁波
波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。 电磁波：在空间传播的交变电磁场。当电磁振荡进入空间时，变化 的磁场激发了变化的电场，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波， 也称电磁辐射。
பைடு நூலகம்
§2.1 电磁波与电磁波谱
电磁波
波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。
M 0 M ()d
用普朗克公式对波长积分，得到斯忒藩一玻尔兹曼定律，即 绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比，
M= σT4
式中，σ为斯忒藩一玻尔兹曼常数，σ =5.67 × 10-8 W/m2K4。
③维恩位移定律： 实验发现：当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最
大值对应的波长向短波方向移动
（5）辐射强度（I） 点辐射源在某一方向单位立体角内
的辐射通量。
I = d F / dW，单位：W . sr-1
2.物体的热辐射
热辐射——由于物体内部微观粒子的热运动所引起的 电磁辐射。
物体热辐射的强弱取决于地物自身性质和温度，辐射能 量分布随波长的不同而变化。
太阳（表面温度6000K） 热辐射体
电磁波的基本特征： 1.电磁波的传播
电磁波是横波，质点的震动方向与波的传播方向垂直， 传播速度为3×108 m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生 作用时会有反射、吸收、透射、散射等。电磁波是遥感信息 的载体，电磁波理论是遥感的物理理论基础。
E 电场，M 磁场，
C 传播方向
描述电磁波的物理量：波长、频率、振幅、位相等。 c=f*, f 频率，波长
（2）黑体辐射规律：
①普朗克公式
1900年，普朗克由量子论推导出热辐射定理，即普朗克公式：
Mb(,T )
2 5 (ehc
hc2 kT 1)
h: 普朗克常数, 6.6260755*10-34 W·s2 k: 玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23 W·s·K-1
c: 光速; λ: 波长（μm）; T: 绝对温度（K）
麦克斯韦 （1831-1879）
波动性
普朗克 （1858-1947）
爱因斯坦 （1879-1955）
粒子性
电磁波的叠加原理
当两列波在同一空间传播 时，空间上各点的振动为各 列波单独振动的合成。
任何复杂的电磁波都可以 分解成许多比较简单的电磁 波；
比较简单的电磁波也可以 合成为复杂的电磁波。（白
地球（平均温度300K）
3.绝对黑体 （1）绝对黑体：对任何波长的辐射，吸收率等于1，
反射率和透射率都等于0。与温度和波长无关。
黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。
用不透明材料制成的开有小孔的空腔(如上图)就是一个 黑体模型。空腔外面的辐射能够通过小孔进入空腔，进入空 腔的射线，在空腔内进行多次反射，每反射一次内壁吸收一 部分能量，最后全部被吸收掉，从小孔穿出的辐射能可以略 去不计。小孔即相当于黑体的表面。
➢ 地球的电磁辐射：小于3 μm的波长主要是太阳辐射 的能量；大于6 μm的波长 ，主要是地物本身的热辐射 ；3-6 μm之间，太阳和地
球的热辐射都要考虑。
1.电磁辐射的度量术语
（3）辐照度（E） 单位面积上接收的辐射通量。 E= d F / dA ，单位：W . m-2
（4）辐射出射度（M） 单位面积上辐射出的辐射通量。 M= d F / dA ，单位：W . m-2
光的色散和合成，计算机显示器的工
作原理， 混合像元的分解 ）
电磁波的衍射
电磁波遇到有限大小的障碍物时，能够绕过障碍物而 弯曲地向障碍物地后面传播。把这种通过障碍物边缘改变传 播方向地现象，称为电磁波的衍射。
电磁波的偏振
电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝的振动 分量，称为电磁波的偏振。
3.粒子性
产生机理 原子核受激后产生 原子中内层电子受激后产生
原子、分子中外层电子受激发 后跃迁到低能态
分子振动或转动的能级跃迁 电磁电感组成的振荡回路
特点 非常强的穿透力，很难观
察到波动性 较强的穿透力，粒子性突
出
明显的波粒二象性
波动性明显
用途 医学
医学
可见光 遥感 红外遥 感 微波遥 感
常用的遥感波段：
§2.2 物体的发射辐射
电磁辐射源：能辐射任何波长电磁波 的物质。
自然辐射源 人工辐射源 (主动式遥感的辐射源
，雷达探测。分为微 波雷达和激光雷达)
不同辐射源的电磁辐射信息存在一定的差异，可由相 应探测波段的遥感器以成像或非成像的方式进行记录。
自然辐射源
➢ 太阳辐射：是可见光和近红 外的主要辐射源；常用5900 的黑体辐射来模拟；其辐射 波长范围极大；辐射能量集 中-短波辐射。大气层对太 阳辐射的吸收、反射和散射 。