遥感导论第二章

γ射线 X射线 紫外线 可见光 红外线 无线电波
电磁波谱示图p15、 p17
遥感应用的电磁波波谱段
❖紫外线： ❖可见光：
❖红外线：
❖波 长 范 围 为 0.01 ～
0.38μm，对油污染敏感。
波长范围：0.38～0.76μm， 人眼对可见光有敏锐的感觉， 是遥感技术应用中的重要波 段。
波长范围为0.76～1000μm， 根据性质分为近红外、中红 外、远红外和超远红外。
地球自身辐射主要 集中在6μm以上的热 红外区段
2.5-6μm，即中红 外波段两种辐射共同 起作用（避免太阳辐 射）
太阳辐射近似温度为6000K的黑体辐射，而地球 辐射接近于温度为300K的黑体辐射。最大辐射的对 应波长分别为 λmax日=0.47μm 和 λmax地=9.66μm
地球辐射的分段特性
能100%地发射某一波 段的辐射。
黑体吸收模型
黑色的烟煤、恒星、 太阳接近绝对黑体。
理论和实验表明，物体 的吸收本领越大，其辐射 本领也越大。
结论：黑体吸收最强， 辐射也最强。
◆2黑体辐射规律
★1）普朗克公式 ★2）斯忒藩--玻尔兹曼定律： ★3）维恩位移定律：
★ 1)——— 黑体辐射定律，即普朗克定律。
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波谱 ；二、电磁辐射的度量（自学为主) 1、电磁波谱按频率由高到低排列主要 由、、、、、、 成。 2、遥感应用的电磁波波谱段有哪些？有什么特点？
等组
3、名次解释：辐射能量（W）、辐射通量(Φ)、辐射通量密度。
三、黑体辐射（问题讨论）
1、什么是绝对黑体? 2、简述斯忒藩—玻尔兹曼定律和维恩位移定律的内容及其对遥 感的意义。
三、地物反射波谱特征（自学为主）。 1、叙述土壤、植物、和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。 2、地物波谱曲线的作用有哪些？
2.3地球的辐射与地物波谱
一、太阳辐射与地表的相互作用 二、地表自身热辐射 三、地物反射波谱特征
一、太阳辐射与地表
的相互作用
太阳辐射主要集中 在0.3-2.5μm，在紫 外、可见光、到近红 外区段
三、大气散射；四、大气窗口及透射分析（问题讨论） 1.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见 光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而 可见光不能。 2、综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回到遥感传感器这一整 个过程中所发生的物理现象。 3、何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因。简述大气窗口对于 遥感探测的重要意义。
思考： 目标物怎样与 电磁波作用形 成影像图？
SPOT5图像 10米
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
本章主要内容： 2.1 电磁波谱与电磁辐射 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.3 地球的辐射与地物波谱
2.1 电磁波谱与电磁辐射
(1) 电磁波谱
◆电磁波：
◆电磁波性质：
◆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。依次为：
➢ 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的 影响很小，对微波的影响可以不计。
➢无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？
颜色
波长
红 橙黄 黄 绿 青兰 紫 紫外线
0.7 0.62 0.57 0.53 0.47 0.4 0.3
散射率 1 1.6 2.2 3.3 4.9 5.4 30.0
2. 米氏散射（粒子直径d ≈λ）
（三）大气窗口
❖ 1）折射现象： ❖ 2）反射现象： ❖ 3）大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反
射，吸收和散射的，透射率较高的波段称为大 气窗口。（对遥感有用的部分） 大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。
• 常见的大气窗口：
大气窗口
波段
透射率% 应用举例
紫外可见光 近红外
0.3～1.3 μm
2.2太阳辐射及大气对辐射的影响
★ （1）太阳辐射
★（2）大气对辐射的影响
（一）大气吸收 （一）大气散射 （一）大气窗口及透射分析
★（1）太阳辐射
1太阳常数：
2太阳光谱
地面接收
太阳辐射能主要 集中在0.3-3.0µm 近紫外到中红外 波段区间
太阳辐射总能 量的46%集中在 0.3-0.76 µm 之间的可见光波 段
三、地物反射波谱特征
★到达地面的太阳辐射能量=反射能量+吸收能 量
+透射能量 ★反射率与反射波谱
★地物反射波谱曲线
（1）反射率 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。利用反射率可判断物 体的性质。
ρ Pρ 100 % P0
❖不同物体反射率不同
❖地物在不同波段的反射 率是不同的，利用地物 反射率的差别，可以判 断地物的属性。
Lr ( rr ) (i i,rr ) • Ii ( i, D) ( rr ) • ID
长为4.8μm，在热红外波段3～5μm的大气窗口内。
❖ 远红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐 射特性。
所以，通常热红外遥感波段的选择在波长8～14μm和3～5μm两个区间 内。
二、地表自身热辐射
据黑体辐射规律及基尔霍夫定律， M M 0
物体的发射波谱曲线：可根据 λ和 ε 作出曲线
M (,T ) (,T ) • M 0 (,T )
0.4 太阳辐照度分布曲线
★（2）大气对辐射的影响
♫大气分层：对流层、平
流层、中间层、热层和 大气外层（散逸层）。
♫大气的成分：分子和其
他微粒 • 分子：氮和氧占99%，
臭氧、二氧化碳、水分 子及其他约占1%。 • 颗粒：烟、尘埃、雾、 小水滴和气溶胶。
大气对辐射的影响
• 太阳辐射的衰减过程：30%被云层反射回； 17%被大气吸收；22%被大气散射；31%到 达地面。
比辐射率（发射率） 波谱特性曲线的形 态特征反映： 地面物体本身的特 性，包括物体本身 的组成、温度、表 面粗糙度等物理特 性。
曲线的形态特殊时可以用发射率曲线来识别地面物 体，尤其在夜间，太阳辐射消失后，地面发出的能 量以发射光谱为主，探测其红外辐射及微波辐射并 与同样温度条件下的发射率曲线比较，是识别地物 的重要方法之一。
（2）物体的反射
根据物体表面性质反射状况分为三种： a 镜面反射：是指物体的反射满足反射定律。
只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波。
例子：水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很 亮，有时很暗，就是这个原因造成的。
b 漫反射：反射方向是“四面八方”。
朗伯面：当入射辐照度I一定时，从任何角度观察 反射面，其反射辐射亮度是一个常数，与方向无关。
（一）大气的吸收作用 （二）大气的散射作用 （三）大气窗口及透射
（一）大气的吸收作用
大气的吸收作用：
大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形 成太阳辐射的大气吸收带（如下表）（图示P28）
O2吸收带 <0.2μm，0.6μm，0.76μm最强
O3吸收带 0.2～0.32 μm，0.6μm，9.6μm
❖微波：
波长范围为1 mm～1 m， 穿透性好，不受云雾的影响。
（2）电磁辐射的度量
1.辐射源： 2.辐射测量
任何物体都是辐 射源 遥感探测实际
上是辐射能量 的测定。
✓ 辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位：J
辐射通量(Φ)：（它是辐射能量随时间的变化率）
辐射通量密度：单位时间通过单位面积上的辐射能量,单位:W/m2
波段名称 波长
辐射特性
可见光与近红 外
0.3-2.5μm
地表反射太阳 辐射为主
中红外
2.5-6μm 地表反射太阳 辐射和自身热
辐射
远红外
＞6μm
地表物体自身 热辐射为主
了解地球辐射的分段特性的意义?
❖ 可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反 射特性。
❖ 中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的 信息，也有地球自身的热辐射的信息。（避免太阳 辐射）。但对于地表高温目标．如火燃等，其温度达600k，辐射峰值波

c 实际物体反射：多数都处于两种模型之间，即介于 镜面和朗伯面之间。其反射辐射亮度与方向有关。
(i
i,rr )

Lr ( rr ) Ii (ii )
方向反射因子
Ii 入射辐射的照度
Lr 观察方向的反射亮度。
入射辐照度有两部分组成：一部分太阳的直接辐射； 一部分太阳辐射经大气散射后又漫入射到地面的部分
b max T 2898mK 0
维恩位移定律——用它可测定太空星 体表面温度，也可用来选择对特定地 物的监测波段，如火灾检测。
第二节 太阳辐射及大气对太阳辐射的影响 一、太阳辐射；二、大气吸收（自学为主：观看讲课视频； 查看课外学习体系；提问习题予以评分）。 1、太阳光谱的特点有哪些？ 2、大气吸收对遥感技术有什么影响？
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植物生长状况的解译
• 健康的绿色植物 具有典型的光谱 特征。遭受病虫 害的植物其反射 光谱曲线的波状 特征被拉平。
课堂练习：1、简述斯忒藩—玻尔 兹曼定律和维恩位移定律的内容及 其对遥感的意义。
2、计算太阳辐射最强的波长？
Mλ
m 0.47 μ m λ
两定律意义
W T 4
斯忒藩--玻尔兹曼定律——地物微小的温度差异就会 引起红外辐射能量较明显变化。这种特征是构成红外 遥感的理论依据。
＞90
TM1-4、SPOT 的HRV
近红外 1.5～1.8 μm 80
TM5
近-中红外 2.0～3.5 μm 80
TM7
中红外 3.5～5.5 μm
NOAA的 AVHRR
远红外
8～14 μm 60～70