第二章 遥感的物理基础

遥感概论

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第二章电磁波及遥感物理基础

遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。应用遥感技术探测和研究远距离的物体，依赖于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特性。

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。

第二章电磁波及遥感物理基础

1.电磁波与电磁波谱

2.电磁辐射源

3.地物波谱

1电磁波与电磁波谱

电磁波

交互变化的电磁场在空间的传播。

描述电磁波特性的指标

波长、频率、振幅、相位

电磁波的特性

电磁波是横波，传播速度为3×108m/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，并遵循同一规律。

1.1电磁波与电磁波谱

电磁波谱

按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。

依次为：

γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。

电磁波谱示图

1.1电磁波与电磁波谱

1.1电磁波与电磁波谱——遥感应用谱段

❖紫外线：波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱中，只有

0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测

高度在2000m以下。

❖可见光：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。

❖红外线：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。

❖微波：波长范围为1mm～1m，穿透性好，不受云雾的影响。

1.1电磁波与电磁波谱——红外划分

◼近红外：0.76～3.0 µm，与可见光相似。

◼中红外：3.0～6.0 µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。

◼远红外：6.0～15.0 µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。

◼超远红外：15.0～1 000 µm，多被大气吸收，遥感探测器一般无法探测。

1.2 电磁辐射的度量单位

在遥感探测过程中，需要测量从目标地物反射或辐射的电磁波能量，为了定量描述电磁辐射，需要了解下面一些辐射度量的术语及其定义。

◼辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位是J。

◼辐射通量（φ）：在单位时间内传送的辐射能量（W），是辐射能流的单位。◼辐射通量密度（E）：单位面积所截取的辐射能量。

◼辐照度（I）：被辐照的物体单位面积上的入射辐射通量。

◼辐射出射度（M）：被辐照的物体单位面积上出射的辐射通量。辐照度与辐射出射度都是描述辐射能量的密度，前者描述物体接受的辐射，后者为物体发出的辐射。

◼辐射亮度（L）：在单位立体角、单位时间内，从外表面的单位面积上辐射出的辐射能量。

1.3电磁波特性的遥感应用--衍射衍射：

光通过有限大小

的障碍物时偏离

直线路径的现象。

电磁波特性的遥感应用--衍射

电磁波特性的遥感应用--衍射

电磁波特性的遥感应用--衍射

（1）研究电磁波的

衍射现象对设计遥感

仪器和提高遥感图像

几何分辨率具有重要

意义。

（2）在数字影像的

处理中也要考虑光的

衍射现象。

2、电磁辐射源

◼自然界中一切物体都是辐射源，也是遥感探测中被动遥感的主要辐射源。◼太阳辐射是可见光及近红外遥感的主要辐射源。

◼地球是远红外遥感的主要辐射源。

◼主动式遥感采用人工辐射源，是微波遥感的主要辐射源。

2.1太阳辐射太阳辐射：太阳是被动

遥感主要的辐射源，又

叫太阳光，在大气上界

和海平面测得的太阳辐

射曲线如图所示。

太阳常数：不受大气影

响，在距太阳一个天文

单位内，垂直于太阳辐

射方向，单位面积单位

时间黑体所接受的太阳

辐射能量。

（1.360×103W/m2）

2.1太阳辐射——太阳辐射特点

◼太阳表面温度为6000K，光谱相当于5800K的黑体辐射；◼太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38～0.76µm 的可见光能量占太阳辐射总能量的43.5%，最大辐射强度位于波长0.48 µm左右；

◼到达地面的太阳辐射主要集中在0.3～3.0µm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；

◼经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；

◼各波段的衰减是不均衡的。

太阳辐射与地表的相互作用

◼太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：

到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量

◼地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。

◼一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物

体如水，对一定波长的电磁波则透射能力较强，特别是0. 45~0.

56μm的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达10～20 m，清澈水体可达100 m的深度。

◼地表吸收太阳辐射后具有约300 K的温度，从而形成自身的热辐射，其峰值波长为9.66 μm，主要集中在长波，即6μm以上的热红外区段。

太阳辐射与地物的作用——反射类型

地物的反射类型：根据地表目标物体表面性质的不同，物体反射大体上可以分为三种类型，即镜面反射、漫反射、实际物体的反射

1）镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射。物体的反射满足反射定律，反射波和入射波在同一平面内，入射角等于反射角。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。