遥感的物理基础

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Negative-to-positive sequence of photography
（五）彩色原理
色彩分为消色和彩色两种，消色指黑、白以及界于两者间
灰色；彩色根据人眼视觉特征区分为红、橙、黄、绿、青、 蓝、紫，时粗分为红、绿、蓝三色
分辨率（Resolution）与清晰度（Definition） 分辨率反映感光材料对景物细微结构清晰记录的能力 影响航空像片分辨率的因素有： A 相机镜头分辨率 B 感光材料中银盐颗粒D的大小 C 冲洗水平 三者综合作用后的分辨率即为航片分辨率。 6 感色性 感光材料对色光的敏感范围和敏感程度 7 保存性（Quality of Preservation） 是指感光材料的主要性能不发生明显变化所经历的一定时 间和所需要的一定条件。时间越短，条件越苛刻，则这种 感光材料的保存性越差。
第二章 遥感物理基础
五、地物波谱 (一) 地物的反射波谱
1 同一地物在不同波段上反射率存在差异 因此在不同波段遥感图像上呈现不同的色调 2 不同地物在同一波段的反射率存在差异， 这为选择诊断波段提供了依据
第二章 遥感物理基础
五、地物波谱
(一) 地物的反射波谱 “植被的陡坡效应-红边效应”
植被在绿光有一反射小峰 在近红外有一反射高峰，是其 3到5倍。
色彩合成
A 加色法 用于物理学、计算机中颜色合成 是指用两种或两种以上的原色按一定比例混合而得到新颜 色的方法，就成为加色法。几个基本概念： （1）相加三原色：红、绿、蓝，它们不能由其它颜色合成， 它们按一定比例组合可以合成任何色彩。 某种色彩=a×R+b×G+ c ×B,只需改变3者的比例，即可 合成任何色彩。 （2）互补色：若两种色光等量混合而得到白色，则这两种 色光互为补色。 （3）加色法合成原理
5
（四）成像过程

感光
AgBr见光分解，在胶片上形成潜影


显影 将潜影成比例的放大，要控制显影液的温度、浓度 显影时间 定影 将剩余的未感光的AgBr洗去 清水冲洗 避免药水（Na2S2O3）分解将胶片氧化而发黄 印相 将胶片上的影像重复上述过程转移到相纸上


Negative film exposure
定义：是表征感光材料感光后变黑的程度与暴光量关系的曲线 1 光学密度（Optical Density) 阻光率Q 透光率ψ 2 暴光量（Exposure Amount）光照度（illumination) 与 暴光时间（Exposure Period）的乘积，常取对数。 光照度由相机（Camera、Lens、Focus）的光圈（Aperture）控制 暴光时间由快门（Shutter）调节 3 特性曲线 （Feature Curve）
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五、地物波谱
定义 ：是指地物发射、反射和吸收电磁波的能力随波长的变化规律 内涵：a 发射、反射和吸收之间的比例不同地物之间差异很大，
主要取决于地物的类型和性质。 b 地物发射、反射和吸收电磁波的能力是波长的函数， 即同类地物其发射、反射和吸收在不同波长处差异很大。 重要性： a 是选择传感器工作波段的基础 b 是分析、判读遥感图像的基础 c 是遥感图像计算机自动分类的基础 d 可以反映地物的时空差异性
第二章 遥感物理基础
二、电磁波谱（Electromagnetic Spectrum）
按照波长的长短顺序将各种电磁波依次排列而制成的一张图表 从左到右按波长增加排列为： 宇宙射线—r 射线—X射线—紫外线—可见光—红外—微波—无线电波和工业用波
不同性质的电磁波波长不同的原因在于：波源性质不同 遥感中常用的是： 1 紫外线 （Ultraviolet）0.02um—0.38um 不常用—原因 衰减厉害；大多数地物反映差异不明显；成本高（特殊镜头） 特殊应用—监测石油污染（面积、厚度）
色彩的生理基础
视网膜上的视细胞、神经末梢、中枢神经共同构成色彩的生 理基础。基于未通过生理学、解剖学证明的假设，将视细胞 分为锥状细胞、杆状细胞。 锥状细胞分布于黄斑区，能检测亮度和颜色信息，每个细胞 连一神经末梢因此其分辨率高，能检测目标细节，在强光条 件下起作用
杆状细胞只能检测亮度信息，多个细胞连一神经末梢因此其
城市热岛效应监测等 但它在云、雾、雨中传播时衰减严重，因而不是全天候遥感

4 微波（Microwave） 主动遥感，全天候。1mm—1m
第二章 遥感物理基础
三、大气窗口（Atmospheric Window）
是指在大气中传播受到衰减作用较轻因而透射率较高的电磁波段 遥感中常用的大气窗口如下：
Transmissivity
2 可见光（Visible） 0.38um—0.76um人眼可以检测到的电磁波，视野需要拓展
3 红外（Infrared） 0.76um—100um
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二、电磁波谱（Electromagnetic Spectrum）
（1）近红外（NIR） 其中0.76—1.4um为摄影红外 （2）中红外（MIR） （3）远红外（FIR） （4）超远红外（UFIR） 后3者合称为“热红外”，对地表热量（温度）差异敏感，红外夜视仪原理
D D D lg H lg H lg H
C B C D
3
4
表达的是特性曲线的直线部分的斜率，称为反差系数（Contrast Coefficient）： 若 tg >1,此感光材料成像后会扩大原始景物间的亮度差异（硬性） 若 tg =1,此感光材料成像后会保持原始景物间的亮度差异 若 tg <1,此感光材料成像后会抑制原始景物间的亮度差异（软性） 宽容度（Exposure Latitude）：是指感光材料按比例记录被摄景物明暗 范围的大小。范围越大，能正确记录景物明暗层次越丰富。 就是特性曲线中ΔlgH的宽度。 颗粒度（Grain Size ）：是指感光乳剂层中AgBr微粒直径的大小，越小 生成影像越细腻。
黑白感光材料的特性曲线 Sensitometric Characteristic Curve
对特性曲线的理解
1
A0至A “灰雾密度“ 生产或存贮过程有轻微暴光所致
2
A至B 异
“趾部” 暴光不足部分，再现目标物中较暗的部分之间的差
要求其（长 or 短?）
3
B至C
“直线部分” 感光材料唯一能正确记录景物明暗差异部分 越长，表明该感光材料对景物明暗差异的记录能力越强
0.155um吸收最强，0.6um和0.76um附近有一窄吸收带，吸收能力较弱。
水汽（H2O)吸收带：主要吸收处于红外和可见光中的红光波段， 二氧化碳（CO2）吸收带：吸收作用主要在红外区。如
1.35-2.85um有3个宽弱吸收带，另外在2.7、4.3和14.5um为强吸收带。 “监测城市大气中二氧化碳的分布与浓度”非常有效。
4
C至D
“肩部” 暴光过度部分，表达地物较亮部分间的差异能力强
5
超过D “反转部分”,暴光量继续增加而光学密度反而降低
（三）黑白感光材料的主要性能
1 2
感光度（片速）：感光材料对光的灵敏程度的定量表达， 呈反相关关系。 反差性 ：感光片上记录的景物影像的明暗差异与被摄景物实际明暗差异之比， 即：
tg
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六、摄影材料及技术 （一）黑白感光材料的结构及功能
2 感光层 卤素银盐、明胶、光学增感染料 感光 使银盐颗粒均匀分散 开来 调节感光能力
防光晕、防静电、防卷曲 感光材料指胶片(Films)和相纸(Printing
Paper)，两者只在片基上有差异
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六、摄影材料及技术 （二）黑白感光材料的特性曲线
分辨率低，能检测目标总体轮廓，在弱光条件下起作用 利用上述假设能解释生活中的现象。（交通灯问题）
色彩三要素
1 色调（Hue,色相或色别）决定于彩色光的光谱成分，反映 色光在“质”方面的差异 2 饱和度（Saturation） 决定于色光中混入白光的数量， “类似与溶液的稀释效应”，混入白光越多则饱和 度 越低，它是色光“纯度”的表达 3 亮度（Intensity）决定于色光的能量，反映色光在“量”方 面 的特征 注意：光谱成分决定了光的颜色，但某种颜色的光与光谱成 分不是一对一的关系。
尘埃
它对太阳辐射有一定的吸收作用，但吸收量很少，当有沙暴、 烟雾和火山爆发时，大气中尘挨急剧增加，这时其吸收作用才比较明显。
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四、大气对太阳辐射的效应 5 大气散射（Scattering） 前面的吸收作用是将电磁波能量转换为分子热运动的热能，而散射只是改变 电磁波的传播方向，并没有能量转换。 （1）瑞利（Rayleigh）散射——分子散射 发生条件：当微粒直径D<<电磁波波长λ 散射效应（规律）：散射系数 γ ∝（1/ λ4 ）短波强于长波 应用：解释 为何晴朗的天空呈蓝色？ 日出或日落时天空呈现红色？ （2）米氏（Mie）散射 主要大气中固态微粒引起 发生条件：当微粒直径D≈电磁波波长λ 散射效应（规律）：散射系数 γ ∝（1/ λ2 ） （3）无选择性散射（Non-selective Scattering） 发生条件：当微粒直径D>>电磁波波长λ 散射效应（规律）：散射系数 γ 与波长无关 应用：解释 为何雨天的天空灰蒙蒙的？
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五、地物波谱
(一) 地物的反射波谱 “要注意地物光谱特征的时空变化”
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五、地物波谱
(二) 地物的发射波谱 1 地物温度高于绝对0度，就存在分子热运动，就会向外辐射电磁波。 地物温度的高低决定了发射电磁波能量大小及光谱成分。 2 地物发射率与地物的性质、表面状况（如粗糙度、颜色等）有关，且 是温度与波长的函数。同一地物，粗糙或颜色深的其发射率较表面光 滑或颜色浅要高；不同温度的同一地物，有不同的发射率。 3 物体表面温度主要受地物本身物理性质的影响，如地物的比热、热导 率、热扩散率及热惯量等，其中比热和热惯量的影响较大。 4 比热是指物质存储热的能力（即1g物质，温度升高1º C所需的热量大 小）；热惯量是度量物质热惰性大小的物理量，也是两种物质界面上 热传导速率的一种度量。 5 比热大，热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率 （Emissivity）大，反之，发射率较小。水体，白天和夜间热特性