2遥感物理基础
第03讲 遥感物理基础之二_太阳辐射
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地球大气对太阳辐射传输特性的遥感应用：
1.选择大气窗口。 2.认识大气传输对遥感图像判读的影响： ①大气散射使短波波段（如0.5-0.6μm）的地物 影像增加亮度，使景物反差减小； ②大气的吸收使长波波段（如0.8-1.1μ m）减低 亮度。 3.为图像恢复或辐射校正提供依据。
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思考题
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 感器这一整个过程中所发生的物理现象。
3、什么是大气窗口？大气窗口有哪些波段区间？
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河北工程大学 资源学院
遥感地质学
Remote Sensing Geology 遥感物理基础（2） －地球大气对太阳辐射传输的影响
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遥感地质学章节内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 绪论 遥感物理基础（电磁波谱与电磁辐射） 遥感成像原理与图像特征 遥感图像处理 遥感图像地质解译标志 遥感图像地貌解译 遥感图像的岩性解译 遥感图像构造解译 遥感应用
3）中红外波段3.0－5.0μm，3.5－4.2μm和4.6－5.0μm； •（ 地球大气对太阳辐射的传输影响有吸收作用、散 1、选择大气窗口。 电磁波通过地球大气层时较少被反射、吸收或散射，透 2 、认识大气传输对遥感图像判读的影响：①大气散射使短 射作用、反射作用和折射作用。 （ 4 ）远红外波段8.0－14.0μm； 过率较高的波段，称为大气窗口。
折射角度大。
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大气窗口
• 大气窗口 • 主要大气窗口和遥感波谱通道(波段)：P13表2-4 电磁波通过地球大气层时较少被反射、吸收或散射，透过率 （ 1） 0.3-1.3μm：紫外波段、可见光波段、近红外波段 较高的波段，称为大气窗口。 微波波段：其常用的波段为0.8cm，3cm，5cm，10cm等等, （2） 1.5-2.5μm：近红外波段 包括部分紫外（ 电磁波信息来自地面目标物的反射光谱；可以用摄影方式来获 0.3－0.38μm ）、全部可见光（ 0.38－0.76μm） 有时也可将该窗口扩展为 0.05cm 至300cm波段。 （3） 3.0-5.0μm：中红外波段 及近红外波段（ 得和记录地物的电磁波信息 0.76－1.3μm ；电磁波的透射率在 ），是摄影成像的最佳波段，也 90％以上。 近红外窗口，在白天日照条件好的时候扫描成像常用这些波段， 电磁波信息仍来自地面目标物的反射光谱，但不能用胶片摄影， 其特点是：微波穿云透雾的能力强，这一区间可以全天候工作； 是许多卫星传感器扫描成像的常用波段，比如， Landsat 卫星 比如 TM 的 5 、 7 波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于 只能用扫描仪和光谱仪以及射线测试仪来测量和记录；由于水 （ 4 ） 814μm：远红外波段 中红外波段电磁波信息由地面物体反射太阳辐射和地面物体自 主要用于主动遥感，如侧视雷达。 中红外波段，物体的热辐射较强。如NOAA卫星的AVHRR传 的 TM 的1-4 波段，SPOT 卫星的 HRV 波段等。 地质制图等。 汽、二氧化碳等的作用， 1.8μm 附近有一个吸收带，因此使此 身的发射辐射混合而成，用扫描仪和光谱仪探测和记录；也分 （ 5 ） 0.8-100cm ：微波波段 感器用 3.553.93μm 探测海面温度，获得昼夜云图。 远红外波段：主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测 远红外波段：探测或记录目标物的发射光谱，利用扫描仪和热 窗口又分为两个小窗口 1.5－透过率为 1.75μm和 2.1 －2.4μm 。 透过率 为两个小窗口： 3.5 － 4.2μm 95 ％， 4.6 － 5μm 量探测目标的地物温度。 辐射计、光谱计；是地表物体在常温下辐射能量最强的波段； 约为 60－ 70％。 在9.6μm 附近处，分为两个小窗口，透射率约在 60－80％。
《遥感原理与应用》习题答案解析
《遥感原理与应用》习题答案解析遥感原理与应用习题第一章遥感物理基础一、名词解释1遥感：在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离感知的一门探测技术。
2遥感技术：遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。
3电磁波：电磁波（又称电磁辐射）就是由同相震荡且互相横向的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向旋转轴电场与磁场形成的平面，有效率的传达能量和动量。
电磁辐射可以按照频率分类，从高频率至高频率，包含存有无线电波、微波、红外线、红外线、紫外光、4电磁波五音：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排序，就构成了电磁波五音5绝对黑体：能够完全吸收任何波长入射能量的物体6灰体：在各种波长处的发射率相等的实际物体。
7绝对温度：热力学温度，又叫做热力学温标，符号t，单位k（开尔文，缩写上开）8色温：在实际测量物体的光谱电磁辐射通量密度曲线时，常常用一个最吻合灰体电磁辐射曲线的黑体电磁辐射曲线做为参考这时的黑体电磁辐射温度就叫做色温。
9大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段称。
10发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。
11光谱反射率：物体的散射电磁辐射通量与入射光电磁辐射通量之比。
12波粒二象性：电磁波具备波动性和粒子性。
13光谱反射特性曲线：反射波谱曲线是物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。
问答题1黑体电磁辐射遵从哪些规律？（1由普朗克定理知与黑体辐射曲线下的面积成正比的总辐射通量密度w随温度t的增加而迅速增加。
(2绝对黑体表面上，单位面积升空的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。
(3黑体的绝对温度增高时，它的电磁辐射峰值向短波方向移动。
(4不好的辐射体一定就是不好的吸收体。
(5在微波段黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。
2电磁波五音由哪些相同特性的电磁波段共同组成？遥感技术中所用的电磁波段主要存有哪些？a.包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等b.微波、红外波、可见光3物体的电磁辐射通量密度与短萼有关？常温下黑体的电磁辐射峰值波长就是多少？（1与光谱反射率，太阳入射在地面上的光谱照度，大气光谱透射率，光度计视场角，光度计有效接受面积。
遥感原理与应用_第2章_2遥感物理基础-辐射传输基础
• 米氏散射：如果介质中不均匀
颗粒的直径a与入射波长同数 量级；(气溶胶)
• 非选择性散射（均匀散射）：
当不均匀颗粒的直径a>>λ时
发生。(大粒子尘埃)
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遥感影像判读
遥感平台特点
遥感
影像识别分类
遥感物理基础
遥感技术应用
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SWJTU
遥 1 2感 3物 4 5理 6基 7 础
遥感电磁辐射基础 辐射传输基础
地物波谱特性与遥感光学基础
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大 大气成分 气 不变成分：氮、氧、氩、二氧化碳、甲烷、氧化氮、氢； 对 这些气体在80km以上的相对比例保持不变，称为不变气体。 1 2 电 可变成分：臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、 3磁 4 冰等）、盐粒、尘烟；这些气体的含量随高度、温度、位置 5辐 6 射 而变，称为可变成分。 7 的 气溶胶：固体或液体分散在气体中的分散体系叫做气溶胶。 影 比如，烟、尘、雾、云等都是气溶胶 。气溶胶是气体和在重 响 力场中具有一定稳定性和较小沉降速度的物质颗粒组成的混
散射影响：使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其他各方向
的辐射。尽管强度不大，但太阳辐射在照到地面又反射到传感器的 过程中，二次通过大气，在照射地面时，由于增加了漫入射的成分， 使地物反射的成分有所改变。 对遥感图像来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传感器接收 数据的质量，造成图像模糊不清。 不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。
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。
RS 第2章 思考题及答案 9page 08年用
第二章遥感物理基础复习题：1 由于太阳辐射能量的分布情况、各电磁波谱段的稳定性以及大气传输过程中发生的作用（导致大气窗口的存在）等几方面的原因，目前遥感技术使用的电磁波集中在紫外线、可见光、红外线和微波等光谱段，这几个谱段主要特性如何？紫外线的主要特性紫外线：波长范围0.01-0.38（或0.4）µm。
太阳辐射含有紫外线，通过大气层时，波长小于0.3µm的紫外线几乎都被吸收，只有0.3-0.4µm波长的紫外线部分能穿透大气层到达地面，且能量很少，并能使溴化银底片感光；但因散射严重，故大多数地物在该波段反差小。
紫外线在遥感中的主要用途:(1) 探测碳酸盐分布(因碳酸盐在0.4µm以下短波区域对紫外线的反射比其它类型的岩石强)(2) 水面油污染监测(因水面漂浮的油膜比周围水面反射的紫外线要强烈)(3) 石油普查与勘探（除石油外，荧石与周围其它地物的反差也较大）紫外遥感的使用条件：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2000米高度以下范围进行，高空遥感不宜采用。
可见光波长范围大约为0.38～0.76 µm ，可见光谱中的各种颜色成分大致属于如下的波长区间：红：0.62～0.76µm橙：0.59～0.62µm黄：0.56～0.59µm绿：0.50～0.56µm青：0.47～0.50µm蓝：0.43～0.47µm紫：0.38～0.43µm（或0.40～0.43µm ）可见光的主要特性可见光波长范围：0.38（0.4）～ 0.76主要来源：太阳辐射可见光是遥感中最常用波段之一,原因：（1）人眼不但可直接感受可见光的全色光，且对不同波段的单色光也具有这种能力；（2）此波段大部分地物具有良好的亮度反差特性；尽管大气对它有一定的吸收和散射作用，但此波段大部分地物具有良好的亮度反差特性,不同图像易于区分,故此，可见光是鉴别物质特征的主要波段。
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。
2014-6-26
• 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
定量遥感-第二章遥感物理基础精讲
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通量密度很多时候简称通量
•太阳常数与太阳辐射亮度
基本物理量
太阳光是平行光入射，即只在Ω0方向存在 亮度，注意到公式：
Lλ =³ Φ / A λ Ω
波长与穿透性的关系？
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• 地物反射光谱特性
物体反射率随波长而改变的特性称为地物 反射光谱特性。
光谱曲线：
植物？ 水体？ 土壤？ 云？雪？
水体+叶绿素？ 水体+泥沙？ 新雪、旧雪？
地物波谱（特性）
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• 电磁波与介质的相互作用总结：
作用类型
散射
反射 透射
吸收（发射）
率：以比例形式表征的反射、透射和吸收强度 与入射辐射强度无关 ρ + τ + α = 1（无自身发射）
Ω0
Fλ =² Φ / A λ
因此，太阳的辐射亮度与Ω0方向上的辐射通量 （即太阳常数）之间的关系为：
L0=δ(Ω,Ω0)F0
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• 各向同性辐射时亮度与通量的关系 基本物理量
假设地表为各向同性辐射，即辐射亮度L 在各方向分布均一，则其垂直地表向上的辐射
通量为：
F L cosd 2 θ
由于dΩ = dσ/r2 = sinθdθdφ 因此：
这三种反射形式分别在什么情 况下发生？
根据表面光滑或粗糙？
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二、瑞利判据分析
L.Rayleigh提出表面为光滑或粗糙的标准为：
θi θr
镜面反射
当 h cos 为光滑表面
8
当 h cos 为粗糙表面
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。
第二章遥感的物理基础
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传感器探测波段的设计，是通过分析
比较地物光谱数据而确定的。
多光谱扫描仪（MSS）的波段设计：
MSS1(0.5-0.6 μm) MSS2(0.6-0.7 μm) MSS3(0.7-0.8 μm) MSS4(0.8-1.1 μm)
TM的波段： TM１ 0.45~0.52μm TM２ 0.52~0.60μm TM３ 0.63~0.69μm TM４ 0.76~0.90μm TM５ 1.55~1.75μm TM６ 10.4~12.5μm TM７ 2.08~2.35μm
2 k 4 4 4 W0 T T 2 2 15c h
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(3)维恩位移定律：Wien's displacement law
随着温度的升高，辐射最大值对应 的峰值波长向短波方向移动。
max T b
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
W
W黑
W W黑
4
在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波 段）；吸收率越大，发射率也越大。
第二章：遥感的物理基础
第一节：电磁波与电磁波谱 第二节：地物的光谱特性 第三节：大气对电磁辐射的影响 第四节：彩色合成原理
1
第一节：电磁波与电磁波谱
一、电磁波：电磁场在空间以一定的 速度由近及远的传播过程。从能量的 角度又称为电磁辐射。
二、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：
37
1.
2.
3、黑体辐射定律
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遥感的基本出发点
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
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2、地物的发射光谱特性 黑体 普朗克公式 斯蒂芬－玻尔兹曼定律（Stephen Boltzmann Law） 维恩位移定律（Wien’s Displacement Law） 基尔霍夫定律 地物的发射光谱
100-106cm ＞106cm
用于无线电通讯，分超短波、短波、中波、长波
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常用的遥感波段有：紫外线、可见光、红外线、微波
紫外线：波长范围0.1---0.38μm，太阳辐射只有0.3--0.4μm到达地面，能量较少；可探测的高度在2000m以 下，目前多用于探测碳酸岩分布，油污染的监测，能提 供土壤水份和作物病类信息。 可见光：波长范围0.38---0.76μm，人眼对该波段具有 敏锐的分辨能力，是鉴别物质的主要波段。遥感技术中 主要用摄影和扫描方式接收和纪录地物对可见光的反射 特征，是现在遥感中最常用的波段。
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太阳
太阳是太阳系唯一的恒星，它集中了太阳系99.865%的质量。 太阳是一个炽热的气体星球，没有固体的星体或核心。太阳从 中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和大气层。其能 量的99%是由中心的核反应区的热核反应产生的。太阳中心的 密度和温度极高。太阳大气的主要成分是氢（质量约占71%） 与氦（质量约占27%）。
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二、地物的光谱特性
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1、地物的反射光谱特性
地物的反射率随入射波长变化的规律， 叫地物的反射光谱。 按地物反射率与波长之间的关系绘成的 曲线（横坐标为波长值，纵坐标为反射率） 称为地物反射光谱曲线。
波 长 ＜0.03ｎｍ 0.03-0.3μｍ 0.3-0.38μｍ 0.3－0.38μｍ 0.38-0.43μｍ 0.43-0.47μｍ 0.47-0.50μｍ 0.50-0.56μｍ 0.56-0.59μｍ 0.59-0.62μｍ 0.62-0.76μｍ 0.76-1000μｍ
遥感应用特征 来自太阳的辐射完全被上层大气所吸收，不能为遥感利用，来自放 射性矿物的γ辐射作为一种探矿手段可被低空飞机探测到 进入的辐射全被大气所吸收，遥感中未用 波长小于0.3μｍ的由太阳进入的紫外辐射完全为上层大气中的臭 氧所吸收 穿过大气层，用胶片和光电探测器可检出，但是大气散射严重
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5、电磁辐射源
（1）自然辐射源
太阳辐射：太阳辐射被看作是接近6000K黑体的辐射源。99％的辐射能 辐射能量主要集中在0.3--3μm，大部分集中在可见光波段，一般称为 短波辐射。46％的辐射能集中在0.4－0.76μm的可见光段。 地球辐射：短波辐射和长波辐射
感） 干涉有利于能量增大，使图像清晰； 也可以使同一物质表现不同
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（3）衍射（绕射）
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。
1）菲涅耳衍射：入射光与衍 射光不都是平行光的衍射。 2）夫琅禾费衍射：入射光 与衍射光都是平行光的衍射。
造成遥感影像不准确；缩小阴影区域等
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（4）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，称为电磁破的偏振。
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立体镜 使用
（5）多普勒效应
电磁波因辐射源（或者观 察者）相对于传播介质的 运动，而使观察者接受到 的频率发生变化，这种现 象称为多普勒效应。 1842年，奥地利物理学 家多普勒研究声波时发 现。 合成孔径雷达的工作原理
分子振动， 晶格振动
红 外 线
近红外 (反射红外) 中红外(热红外) 远红外(热红外)
0.76-3μm 3-5μｍ 8-14μｍ 0.1-100cm
分子旋转和反转， 电子自转与磁场的 相互作用 核自转与磁场 的相互作用
微 波
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无线电波 工业用电
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（6）光电效应
（1）当电磁粒子的能量hv小于电子逸出功A时，电子不能 脱出金属，只有当hv>A时，即v>A/h时，才能生产光电效 应;光电效应具有一定的截止频率，其数值为v0=Ａ/ｈ。 （2）电子的初动能和电磁辐射的频率成线性关系。 （3）光电流的强度和入射的电磁辐射强度成正比。 （4）光电流呈瞬时性。 光电效应在遥感中很重要，扫描成像、电视摄像等就 是利用的光电效应，把光像变成电子像，把对人们眼晴无 作用的电磁辐射用一定的探测元件接收下来，使其通过光 电效应变成电子像，最后变成人们可以看见的影像 。
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变化特点： 普 朗 克 公 式 图 示 (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。
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（1）叠加原理
当两列波在同一空间传播 时，空间尚各点的振动为 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 ）
波：是振动在空间的传播。 机械波：振动的是弹性媒质中质点的位移矢量。 电磁波：在真空或物质中传播的交变电磁场。
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2、电磁波的特性
（1）波动性
表征波动的主要物理量是波长λ，周期Ｔ，频率ν、振 幅Ａ，波数Ｎ，园波数Ｋ和角频率ω，以及波速υ，初 相位ψ，这些参数之间的关系为：
前章重点：
1、遥感及遥感技术的含义 2、遥感平台、传感器和地面控制系统 3、遥感发展的主要趋势
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第二章 电磁辐射及地物波谱特性
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遥感技术是建立在物体电磁辐射理论基础 之上的。不同物体和现象具有各自的电磁 辐射特性，才能应用于遥感技术。 遥感的本质是通过探测器接收物体或现象 反射、发射的电磁辐射信息，进而转变成 数据或影响，供各专业解译、应用。
指波长在6μm以上的地 球辐射，属于热红外波 段，主要是地物自身的 热辐射能量。 冯新伟
（2）人工辐射源
人工发射一定波长的波束，接受地物散射该光束返回的后向反射信号 的强弱，从而探知地物或测距。主要是主动遥感。 微波辐射源 常用波段0.8—30cm的微波。具有全天候、全天时，具有一定的穿透 力，容易区分某些物质。 激光辐射源
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电磁波传播过程中主要表现为波动性； 与物体相互作用时主要表现为粒子性。 波长愈长，波动性越明显； 波长愈短，粒子性越明显。
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3、电磁辐射的基本性质
（1）叠加原理 （2）干涉 （3）衍射 （4）偏振 （5）多普勒效应 （6）光电效应
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本章主要内容
一、电磁辐射 二、地物的光谱特性 三、大气和环境对遥感的影响 四、地物光谱特征测定
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一、电磁辐射
1、电磁波（Electromagnetic Waves）
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4、电子波谱
按照电磁波的波长的长短（或频率的大小）， 依次排列成的图表。
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产生方式 原子核内部的相互 作用 层内电子的离子化 外层电子的离子化
谱 段 γ射线 X-射线 紫外线 摄影紫外 紫 蓝
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43.5%
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而3--6μm的地球辐 射，是地物反射和自身 热辐射兼有。 指波长在0.3—2.5μm的 地球辐射，属于可见光和 近、中红外波段，主要是 地球反射太阳辐射的能 量。 河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
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斯蒂芬－玻尔兹曼定律（Stephen Boltzmann Law）
对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂芬－玻尔 兹曼定律。 辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次 方成正比。温度只要有微小变化，就会引起辐射通亮密 度很大的变化。