第二章电磁辐射和地物光谱特性讲义
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遥感概论ppt课件第二章--电磁辐射与地物光谱特征
自然界的物体与绝对黑体作辐射比较，都有与石英晶体类似的性质，只不过吸收 系数不同而已(表2．3)。由基尔霍夫定律可以知道，绝对黑体不仅具有最大的吸 收率，也具有最大的发射率，却丝毫不存在反射。对于实际物体，都可以看作辐 射源，如果物体的吸收本领大，即吸收率越接近1，它的发射本领也大，即越接 近黑体辐射。这也是为什么吸收率又可叫作发射率的原因。
22
2.2 太阳辐射及大气对辐射的 影响
l太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳 辐射有时习惯称作太阳光，太阳光通过 地球大气照射到地而，经过地面物体反 射又返回，再经过大气到达传感器，这 时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射 到达地球大气上空时的辐射强度相比， 已有了很大的变化，包括入射与反射后 二次经过大气的影响和地物反射的影响。 本节主要讨论大气的影响。
6
2.1.2 电磁辐射的度量
1. 辐射源 任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐
射，也能够向外辐射。 因此对辐射源的认识不仅限于太阳、 炉子等发光发热的物体。能发出紫外辐射、 X射线、微波辐 射等的物体也是辐射源，只是辐射强度和波长不同而已。 电 磁波传递就是电磁能量的传递。因此遥感探测实际上是辐射 能量的测定。
一般辐射体和发射率
21
以石英的辐射为例，对不同波长测出对 应于该波长的光谱辐射出射度Mλ,这时
石英温度假定为250 K。分别作出250 K 时绝对黑体的辐射曲线和石英的辐射曲 线(图2．9)，从图可以看出，石英的辐 射显然比黑体辐射弱，而且随波长不同 而不同，也就是说比辐射率(或吸收系 数)与波长有关。虚线各点的纵坐标是 石英对应于每一波长的光谱辐射出射度 ．曲线下面积是整个电磁波谱的总辐 射出射度。
l 方向:由电 磁振荡向各个 不同方向传播 的.
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2.2 太阳辐射及大气对辐射的 影响
l太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳 辐射有时习惯称作太阳光，太阳光通过 地球大气照射到地而，经过地面物体反 射又返回，再经过大气到达传感器，这 时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射 到达地球大气上空时的辐射强度相比， 已有了很大的变化，包括入射与反射后 二次经过大气的影响和地物反射的影响。 本节主要讨论大气的影响。
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2.1.2 电磁辐射的度量
1. 辐射源 任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐
射，也能够向外辐射。 因此对辐射源的认识不仅限于太阳、 炉子等发光发热的物体。能发出紫外辐射、 X射线、微波辐 射等的物体也是辐射源，只是辐射强度和波长不同而已。 电 磁波传递就是电磁能量的传递。因此遥感探测实际上是辐射 能量的测定。
一般辐射体和发射率
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以石英的辐射为例，对不同波长测出对 应于该波长的光谱辐射出射度Mλ,这时
石英温度假定为250 K。分别作出250 K 时绝对黑体的辐射曲线和石英的辐射曲 线(图2．9)，从图可以看出，石英的辐 射显然比黑体辐射弱，而且随波长不同 而不同，也就是说比辐射率(或吸收系 数)与波长有关。虚线各点的纵坐标是 石英对应于每一波长的光谱辐射出射度 ．曲线下面积是整个电磁波谱的总辐 射出射度。
l 方向:由电 磁振荡向各个 不同方向传播 的.
第二章 电磁辐射与地物波谱特征
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→
§2.太阳辐射和地球辐射
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%）。
偏振面
E 电场，M 磁场，C 传播方向
4
电磁波特性
波动性
1860年麦克斯韦（C.Maxwell)提出光是电磁波的 理论。 光在传播时表现出波动性，如光的干涉、衍射、 偏振、反射、折射。
粒子性
1900年,普朗克（Max.Planck)提出了辐射的量子论， 1905年，爱因斯坦（Albert.Einstein)将量子论用于 光电效应之中，提出光子理论。光与物质作用时 表现出粒子性，如光的反射、吸收、散射。
太阳辐射接近于温度为6000K的黑体辐射，最大辐射的对应波长为 0.47µm，地球辐射接近于温度为300K的黑体辐射，最大辐射的对应波 长为9.66 µm，二者相差较远； 太阳辐射主要集中于波长较短的部分，从紫外、可见光到近红外区域， 即0.3-2.5 µm，在这一波段地球的辐射主要是反射太阳的辐射。 地球自身发出的辐射 主要集中在波长较长的 部分，即6 µm以上的热 红外区段。 在2.5-6 µm的中红外 波段，地球对太阳辐照 的反射和地表物体自身 的热辐射均不能忽略。 （重叠区）
12
二、电磁辐射的测量
Concept of Radiant Flux Density
Radiant flux, Φ
辐射通量密度 （radiant flux density）
Irradiance
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§2.太阳辐射和地球辐射
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%）。
偏振面
E 电场，M 磁场，C 传播方向
4
电磁波特性
波动性
1860年麦克斯韦（C.Maxwell)提出光是电磁波的 理论。 光在传播时表现出波动性，如光的干涉、衍射、 偏振、反射、折射。
粒子性
1900年,普朗克（Max.Planck)提出了辐射的量子论， 1905年，爱因斯坦（Albert.Einstein)将量子论用于 光电效应之中，提出光子理论。光与物质作用时 表现出粒子性，如光的反射、吸收、散射。
太阳辐射接近于温度为6000K的黑体辐射，最大辐射的对应波长为 0.47µm，地球辐射接近于温度为300K的黑体辐射，最大辐射的对应波 长为9.66 µm，二者相差较远； 太阳辐射主要集中于波长较短的部分，从紫外、可见光到近红外区域， 即0.3-2.5 µm，在这一波段地球的辐射主要是反射太阳的辐射。 地球自身发出的辐射 主要集中在波长较长的 部分，即6 µm以上的热 红外区段。 在2.5-6 µm的中红外 波段，地球对太阳辐照 的反射和地表物体自身 的热辐射均不能忽略。 （重叠区）
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二、电磁辐射的测量
Concept of Radiant Flux Density
Radiant flux, Φ
辐射通量密度 （radiant flux density）
Irradiance
二章电磁辐射与地物光谱特征ppt课件
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
二氧化碳（CO2）：
它的吸收作用主要在红外区内。在1.35-2.85μm有3 个宽弱吸收带。另外在2.7μm、4.3μm与14.5μm为 强吸收带。由于太阳辐射在红外区能量很少，这一 吸收带可忽略不计。
尘埃：
它对太阳辐射也有一定的吸收作用，但吸收量很少。 当有沙暴、烟雾和火山爆发等现象发生时，大气中 尘埃急剧增加，这时它的吸收作用才比较显著。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
三、大气窗口
大气层的反射、吸收和散射作用，削弱了太阳辐 射的能量。把太阳辐射通过大气层时，反射、吸 收和散射比较低，即透射率高的波段范围，称为 大气窗口。 主要的大气窗口：
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
瑞利散射
当大气微粒的直径（d）比辐射波长（λ）小得多 时，即：当d＜λ/10时，ϕ＝4，发生的散射称瑞利 散射。
γ∞1/λ4
可见光对瑞利散射的影响较大。 常见雨过天睛后，晴朗天空呈碧蓝色，大气中的粗 粒物质被雨水带走，大气中的气体分子粒径较小， 把波长较短的蓝光散射到天空中的缘故。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
非选择性散射
当微粒的直径比波长大得多时，即d＞λ，ϕ＝0，
γ＝1，所发生的散射称为非选择性散射。
这种散射与波长无关，即任何波长散射强度相同。 如大气中的水滴、雾、烟、尘埃等气溶胶对太阳 辐射，常常会出现这种散射。 云或雾之所以看起来是白色，是因为它对各种波 长的电磁波的散射是一样的。
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
二氧化碳（CO2）：
它的吸收作用主要在红外区内。在1.35-2.85μm有3 个宽弱吸收带。另外在2.7μm、4.3μm与14.5μm为 强吸收带。由于太阳辐射在红外区能量很少，这一 吸收带可忽略不计。
尘埃：
它对太阳辐射也有一定的吸收作用，但吸收量很少。 当有沙暴、烟雾和火山爆发等现象发生时，大气中 尘埃急剧增加，这时它的吸收作用才比较显著。
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三、大气窗口
大气层的反射、吸收和散射作用，削弱了太阳辐 射的能量。把太阳辐射通过大气层时，反射、吸 收和散射比较低，即透射率高的波段范围，称为 大气窗口。 主要的大气窗口：
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
瑞利散射
当大气微粒的直径（d）比辐射波长（λ）小得多 时，即：当d＜λ/10时，ϕ＝4，发生的散射称瑞利 散射。
γ∞1/λ4
可见光对瑞利散射的影响较大。 常见雨过天睛后，晴朗天空呈碧蓝色，大气中的粗 粒物质被雨水带走，大气中的气体分子粒径较小， 把波长较短的蓝光散射到天空中的缘故。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
非选择性散射
当微粒的直径比波长大得多时，即d＞λ，ϕ＝0，
γ＝1，所发生的散射称为非选择性散射。
这种散射与波长无关，即任何波长散射强度相同。 如大气中的水滴、雾、烟、尘埃等气溶胶对太阳 辐射，常常会出现这种散射。 云或雾之所以看起来是白色，是因为它对各种波 长的电磁波的散射是一样的。
遥感原理与应用-第二章
M= d /ds。 辐照度与辐射出射度都是辐射通量密度的概念，但I为物体接收的辐射， M是物体发出的辐射，都与波长有关。
第二章 遥感的理论基础—电磁辐射与地物光谱特性
（10）黑体：绝对黑体，指能够将外来辐射能量全部吸收的物体。 （11）发射率：地物单位面积上发射（辐射）能量M与同一温度下同面积黑体
Wavelength
Energy
Speed of light = wavelength () x frequency = 3 x 108 m/s in vacuum
In resources and environment remote sensing application, the main spectrum is visible, infrared, and microwave, Ultraviolet radiation is only used in special fields under limited conditions.
超远红外（SFIR）：15m～1000m，
红外线也是RS中常用的波段之一，使用率仅次于可见光。
红外RS采用热感应方式探测地物本身的热辐射。红外线在云、雾、雨中
传播时，受到严重的衰减，因此红外RS不是全天候RS，不能在云、雾、雨
中进行，但不受日照条件的限制。
Infrared Spectrum Ranges from 0.7 to 1000μm. Reflected IR covers wavelengths approximately 0.7 μm to 3.0 μm; Thermal IR covers wavelengths from approximately 3.0 μm to 1000μm.
按照波长的长短顺序将各种电磁波排列制成的一张图表叫做电磁波谱。 在电磁波谱中，从左到右，波长逐渐增大。从左到右依次是宇宙射线、 射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、以及其它无线电波等。
第二章 遥感的理论基础—电磁辐射与地物光谱特性
（10）黑体：绝对黑体，指能够将外来辐射能量全部吸收的物体。 （11）发射率：地物单位面积上发射（辐射）能量M与同一温度下同面积黑体
Wavelength
Energy
Speed of light = wavelength () x frequency = 3 x 108 m/s in vacuum
In resources and environment remote sensing application, the main spectrum is visible, infrared, and microwave, Ultraviolet radiation is only used in special fields under limited conditions.
超远红外（SFIR）：15m～1000m，
红外线也是RS中常用的波段之一，使用率仅次于可见光。
红外RS采用热感应方式探测地物本身的热辐射。红外线在云、雾、雨中
传播时，受到严重的衰减，因此红外RS不是全天候RS，不能在云、雾、雨
中进行，但不受日照条件的限制。
Infrared Spectrum Ranges from 0.7 to 1000μm. Reflected IR covers wavelengths approximately 0.7 μm to 3.0 μm; Thermal IR covers wavelengths from approximately 3.0 μm to 1000μm.
按照波长的长短顺序将各种电磁波排列制成的一张图表叫做电磁波谱。 在电磁波谱中，从左到右，波长逐渐增大。从左到右依次是宇宙射线、 射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、以及其它无线电波等。
第二章 电磁波谱与地物波谱特征ppt课件
部分占总能量的份额称为吸收率，其值在0-1之间。黑颜 色的物体吸收能力大于白颜色的物体，吸收系数也比较大。 如黑色的煤烟，其吸收系数接近99%，被认为是最接近绝对 黑体的自然物质。恒星和太阳的辐射也被看做是接近黑体 辐射的辐射源。但实际上自然界并不存在绝对黑体。
-
16
2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在2008春节期间我国南方地区的冰雪灾害过程中，在历 次洪涝灾害过程中，在我国南方地区农作物生长的关键 时刻，经常是阴云密布，或大雨滂沱，只有SAR能够工作 得到遥感图像。
-
15
2.1.4 黑体辐射
绝对黑体（black body） 如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，即吸收
率α=1，则这种物体称为绝对黑体，或简称黑体。 一般物体收到辐射时，对辐射能量总是有吸收、反射。吸收
-
9
2.1.3 遥感应用电磁波段
-
10
2.1.3 遥感应用电磁波段
可见光 波长范围从0.38-0.76μm。它由红、橙、黄、绿、青、
蓝、紫色光组成。人眼对可见光有敏锐的感觉，不仅对可 见光的全色光，而且对不同波段的单色光，也都具有敏锐 的分辨能力，其中对0.55 μm最敏感，所以可见光是作为 鉴别物质特征的主要波段。
2.2.1 太阳辐射 2.2.2 大气吸收 2.2.3 大气散射 2.2.4 大气窗口
-
17
2.2.1 太阳辐射 太阳是被动遥感最主要的辐射源。
0 太阳光谱曲线
-
18
2.2.1 太阳辐射
从太阳光谱曲线可看出： 到达地面的太阳辐射包括近紫外、可见光和红外； 太阳辐射的光谱是连续光谱； 太阳辐射的能量主要集中在可见光； 最大辐射强度位于波长0.47µm左右； 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。
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2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在2008春节期间我国南方地区的冰雪灾害过程中，在历 次洪涝灾害过程中，在我国南方地区农作物生长的关键 时刻，经常是阴云密布，或大雨滂沱，只有SAR能够工作 得到遥感图像。
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2.1.4 黑体辐射
绝对黑体（black body） 如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，即吸收
率α=1，则这种物体称为绝对黑体，或简称黑体。 一般物体收到辐射时，对辐射能量总是有吸收、反射。吸收
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2.1.3 遥感应用电磁波段
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2.1.3 遥感应用电磁波段
可见光 波长范围从0.38-0.76μm。它由红、橙、黄、绿、青、
蓝、紫色光组成。人眼对可见光有敏锐的感觉，不仅对可 见光的全色光，而且对不同波段的单色光，也都具有敏锐 的分辨能力，其中对0.55 μm最敏感，所以可见光是作为 鉴别物质特征的主要波段。
2.2.1 太阳辐射 2.2.2 大气吸收 2.2.3 大气散射 2.2.4 大气窗口
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2.2.1 太阳辐射 太阳是被动遥感最主要的辐射源。
0 太阳光谱曲线
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2.2.1 太阳辐射
从太阳光谱曲线可看出： 到达地面的太阳辐射包括近紫外、可见光和红外； 太阳辐射的光谱是连续光谱； 太阳辐射的能量主要集中在可见光； 最大辐射强度位于波长0.47µm左右； 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。
第二章_电磁辐射与地物光谱特性
第二章遥感物理基础—电磁辐射和地物光谱特征本章主要内容电磁波与电磁波谱地物的光谱特性大气和环境对遥感的影响一、电磁辐射电磁辐射1.电磁波波 :振动在空间的传播电磁波（ElectroMagnetic Spectrum） :电磁振荡电磁波（在空间的传播。
电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：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。
电磁波是横波真空中以光速传播：C = fλ电磁波具有波粒二象性：电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播波粒二象性过程中，主要表现为波动性；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，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。
这就是电磁波的波粒二象性。
波动性：波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的，播的，因此具有波动性粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运电磁波的粒子性，动。
电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性a.波动性干涉衍射偏振现象时空周期性波函数波动性 ?产生感光作用与生理作用的是电场强度矢量光矢量产生感光作用与生理作用的是电场强度矢量E(光矢量产生感光作用与生理作用的是电场强度矢量光矢量) ?如果光矢量在某个固定平面内只沿一个固定方向作振如果光矢量在某个固定平面内只沿一个固定方向作振则这种光被称为偏振光. 动,则这种光被称为偏振光则这种光被称为偏振光 ?微波技术中称偏振为”极化”微波技术中称偏振为极化”(波长越长，偏振现象越显著波长越偏振现象越显著)电磁波遇到有限大小的障碍物时,能够绕过障碍物而弯电磁波遇到有限大小的障碍物时, 电磁波遇到有限大小的障碍物时曲地向障碍物的后面传播. 曲地向障碍物的后面传播. 把这种通过障碍物边缘改变传播方向的现象, 传播方向的现象,称为电磁波的衍射.最小分辨角: 最小分辨角θ = 1.22λd(对设计遥感器的空间分辨率具有重要意义) 率具有重要意义)b. 粒子性光子微粒流的有规律运动能量: E= h f 能量h 普朗克常数 6.6260755×10-34J/s f 频率λ波长粒子导致散射作用，引起强度、方向变化粒子导致散射作用，引起强度、c.叠加原理叠加原理(干涉) 干涉当两列波在同一空间传播时，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。
2 第二章 电磁辐射与地物光谱特征
遥感导论
第二章 电磁辐射与地物
光谱特征
文 管理学院 力 地理科学系
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
本章主要内容
电磁波与电磁波谱 地物的光谱特性 大气和环境对遥感的影响
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
电磁波
– 波：振动的传播称为波。
纵波：如果质点的振动方向与波的传播方向相同，称纵波。 横波：若质点的振动方向与波的传播方向垂直，称横波。
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
辐射源：能够向外辐射电磁波的物体。任何物体都能够吸收
其他物体对它的辐射，也能向外辐射电磁波。
太阳辐射——可见光及红外遥感的重要辐射源 自然辐射源 地球电磁辐射——远红外遥感的辐射源
人工辐射源——人为发射，如雷达（微波雷达辐射源，激光雷达辐射源）
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
§2.1.3 黑体辐射 2.黑体辐射规律
(2)玻耳兹曼定律
Stefan-Boltzmann‘s law ：即黑体总 辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成 正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很 大的变化。是红外装臵测定温度的理论基础。
M=σT4
σ为玻尔兹曼常数，σ=5.67×10-8W·-2· -4 m K
电磁波谱
–将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制 成的图表。
–按照波长递增频率递减的顺序可以划分为：γ射线、 χ射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。
–遥感中多使用可见光、红外和微波波段。
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
紫外线 波长：0.01~0.38μm 特征：1.对紫外线吸收较强。 2.能使溴化银底片感光。 应用：1.用于测定碳酸岩的分布。 2.用于油污检测。
第二章 电磁辐射与地物
光谱特征
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征
本章主要内容
电磁波与电磁波谱 地物的光谱特性 大气和环境对遥感的影响
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
电磁波
– 波：振动的传播称为波。
纵波：如果质点的振动方向与波的传播方向相同，称纵波。 横波：若质点的振动方向与波的传播方向垂直，称横波。
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
辐射源：能够向外辐射电磁波的物体。任何物体都能够吸收
其他物体对它的辐射，也能向外辐射电磁波。
太阳辐射——可见光及红外遥感的重要辐射源 自然辐射源 地球电磁辐射——远红外遥感的辐射源
人工辐射源——人为发射，如雷达（微波雷达辐射源，激光雷达辐射源）
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
§2.1.3 黑体辐射 2.黑体辐射规律
(2)玻耳兹曼定律
Stefan-Boltzmann‘s law ：即黑体总 辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成 正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很 大的变化。是红外装臵测定温度的理论基础。
M=σT4
σ为玻尔兹曼常数，σ=5.67×10-8W·-2· -4 m K
电磁波谱
–将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制 成的图表。
–按照波长递增频率递减的顺序可以划分为：γ射线、 χ射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。
–遥感中多使用可见光、红外和微波波段。
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
紫外线 波长：0.01~0.38μm 特征：1.对紫外线吸收较强。 2.能使溴化银底片感光。 应用：1.用于测定碳酸岩的分布。 2.用于油污检测。
二章电磁辐射与地物光谱特征-资料
1.3-2.5μm：
近红外波段的中段。仍属于地物反射光谱，但不 能用胶片摄影，仅能用光谱仪和扫描仪来记录地 物的电磁波信息。透射率都接近80％。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
目前近红外窗口应用不多，但在某些波段对区分 蚀变岩石有较好的效果，因此在遥感地质应用方 面很有潜力。TM设有1.55-1.75μm和2.082.35μm两个波段。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
氧（O2）：
在波长0.155μm处吸收最强。在低层大气内几乎 观测不到小于0.2μm的太阳辐射，在0.69μm 和.76μm附近，各有一个窄吸收带。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
2）大气的散射作用
大气散射集中于可见光区，是太阳辐射能衰减的 主要原因。散射的强弱可用散射系数表示：
ϕ为波长的指数，它由微粒直径（d）的大小决定。
根据波长与散射微粒的大小之间的关系，散射可 分为三种：
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一、电磁波
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
1 概念：
电磁波是交变电场和磁场
在空中的转化和传播 2 特点：
电磁波是横波，传播速度为光速 有反射、吸收、透射、散射等。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
二、电磁波谱
0.8-25cm：
微波窗口，属于发射光谱范围。不受大气干扰， 透射率可达100％，是全天候的遥感波段。
近红外波段的中段。仍属于地物反射光谱，但不 能用胶片摄影，仅能用光谱仪和扫描仪来记录地 物的电磁波信息。透射率都接近80％。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
目前近红外窗口应用不多，但在某些波段对区分 蚀变岩石有较好的效果，因此在遥感地质应用方 面很有潜力。TM设有1.55-1.75μm和2.082.35μm两个波段。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
氧（O2）：
在波长0.155μm处吸收最强。在低层大气内几乎 观测不到小于0.2μm的太阳辐射，在0.69μm 和.76μm附近，各有一个窄吸收带。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
2）大气的散射作用
大气散射集中于可见光区，是太阳辐射能衰减的 主要原因。散射的强弱可用散射系数表示：
ϕ为波长的指数，它由微粒直径（d）的大小决定。
根据波长与散射微粒的大小之间的关系，散射可 分为三种：
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厦门理工学院空间信息科学与工程系
一、电磁波
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
1 概念：
电磁波是交变电场和磁场
在空中的转化和传播 2 特点：
电磁波是横波，传播速度为光速 有反射、吸收、透射、散射等。
厦门理工学院空间信息科学与工程系
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
二、电磁波谱
0.8-25cm：
微波窗口，属于发射光谱范围。不受大气干扰， 透射率可达100％，是全天候的遥感波段。
第2章电磁辐射地物光谱特征
大连市建成区及周边地表温度分布图
六、地物的反射波谱特征
1）地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变 而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。 地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表 现。
2）地物波谱的作用：不同类型的地物，其电磁波响应 的特性不同，因此地物波谱特征是遥感识别地物的基 础。 3）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：
电磁波谱
4、遥感技术使用的电磁波分类
名称和波长（λ）范围： 名称 紫外线 可见光 波长范围 0.01 ---- 0.38 0.38 ---- 0.76 μｍ μｍ
近红外
中红外 远红外
0.76 ---- 3.0
3.0 6.0 ---- 6.0 ---- 15.0
μｍ
μｍ μｍ
超远红外
微 波 无线电波
大气上层臭氧的存在，而臭氧对小于0.3
µ m的电磁波 具有极强的吸收能力，所以到达地面的太阳短波辐射 中，已不存在小于0.3 µ m 的短波辐射。 的气体，其中作用最为显著的有臭氧，二氧化碳，甲 烷和水汽
真正对电磁波传播起重要吸收作用的是一些非常少量
O 吸收波长<0.2μm
O3 吸收紫外光 CO2、H2O 吸收红外及长波
2）大气散射
辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生
改变，向各个方向散开，称散射。
太阳辐射通过大气二次影响增加了信号中的噪声
成分，造成遥感图像质量的下降。
大气散射的三种情况：
瑞利散射：当大气中粒子的直径比波长小得多时
发生的散射；主要由大气中的原子和分子引起。
散射强度与波长的四次方成反比。
----天为什么是蓝的？朝霞和夕阳偏橘 红色？
第二章电磁辐射与地物光谱特征
第二章电磁辐射与地物光谱特征第二章电磁辐射与地物光谱特征02107021 张波一、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、后向散射：在两个均匀介质的分界面上，当电磁波从一个介质中入射时，会在分界面上产生散射，这种散射叫做表面散射。
在表面散射中，散射面的粗糙度是非常重要的，所以在不是镜面的情况下必须使用能够计算的量来衡量。
通常散射截面积是入射方向与散射方向的函数，而在合成孔径雷达及散射计等遥感器中，所观测的散射波的方向是入射方向，这个方向上的散射就称作后向散射3、电磁波：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。
4电磁波谱：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列，就形成了电磁波谱。
5绝对黑体：能够完全吸收任何波长入射能量的物体6、瑞利散射：当大气中的粒子的直径比波长小得多时发生的散射。
这种散射主要由大气中的原子和分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起的。
7灰体：在各种波长处的发射率相等的实际物体。
8、绝对温度：按热力学温标度量的温度。
单位为开[尔文]，符号“K”。
9、辐射温度：如果实际物体的总辐射出射度（包括全部波长）与某一温度绝对黑体的总辐射出射度相等，则黑体的温度称为该物体的辐射温度。
10、光辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射通量，E=，单位：。
S为面积。
11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为大气窗口。
12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。
13、米氏散射：当大气中的粒子的直径与辐射的波长相当时发生散射。
这种散射主要由大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴以及气溶胶等引起的。
14、地球辐射：地球及地球大气系统所发射的辐射。
15反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
16光谱反射特性曲线：反射波普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。
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
遥感技术主要是建立在物体反射或发射电磁波的原
理之上，有必要了解地物具有哪些电磁辐射特性。
空
间
信
息
科
学
与
工
程
系
本章主要内容
电磁波与电磁波谱 太阳辐射及大气对辐射的影响 地球的辐射与地物波谱
空
间
信
息
科
学
与
工
程
系
第一节 电磁波与电磁波谱
电磁波谱 电磁辐射的度量 黑体辐射
空
间
信
息
科
学
与
工
程
系
一、电磁波谱
波 电磁波及其性质 电磁波谱
空
间
信
息
科
学
与
工
程
系
波
概念：波是振动在空间的传播。
特点：质点在平 衡位置附近振动， 而能量向前传播。
种类： 纵波和横波； 机械波和电磁波。
空
间
信
息
科
学
与
工
程
系
电磁波
概念：电磁振荡在空间的传播。
空
间
信
息
科
学
与
工
程
系
电磁波的基本属性
空
间
信
息
科
学
与
工
程
系
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
空
间
信
息
科
学
与
工
程
系
复习
遥感的概念？ 遥感系统的组成部分？ 传感器的概念？ 什么是遥感平台？
空
间
信
息
科
学
第二章 电磁辐射与地物波谱特征
1.22 / d.
遥感中部分光谱仪的分光 器件----衍射光栅等，正是运 用多缝衍射原理。
小孔的衍射
3．偏振 （Polarization）
偏振是横波中呈现出的一种特殊现象。电磁波作为一种横波， 其相互垂直的电场和磁场的振动方向是与传播方向垂直的。传播方 向确定后其振动方向并不是唯一的。它可以是垂直于传播方向的任 何方向。它可以是不变的，也可以随时间按一定方式变化或按一定 规律旋转，即 出现偏振现象（微波中称为“极化” ）。
辐
射
出
射
度
辐射体
辐射通量密度的单位是瓦/米²（W/m²） 法向
三、电磁辐射的度量
辐指射点强辐度射源I 在（单r位ad立ian体t i角nt、en单sit位y）时间内，向某一方向
发出的辐射能量，即点辐射源(O)在某一方向上(、)单位 立体角(d)内发出的辐射通量，单位为 瓦/球面度 (w sr-1 )， 表达为：
一列波在空间传播时，将引起空间各点的振动；两列（或多列） 波在同一空间传播时，空间各点的振动是各列波在该点产生的振动 的叠加合成。这种波的叠加合成不是简单的代数和，而是矢量和。
同振幅、频率和初位相（具固定位 相关系）的两列（或多列）波（相干波） 的叠加合成而引起振动强度重新分 布的现象称为“干涉现象”。
量密度越大，不同 度
温度的曲线不同。
C. 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。
太阳温度 白炽灯温度
5. 电磁辐射:电磁能量随电磁波的传递过程（包括辐
射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。其传播表现为 光子（或称为量子）组成的粒子流的运动。
6. 电磁波的特性
1) 电磁波是横波
2) 在真空中以光速传播
遥感中部分光谱仪的分光 器件----衍射光栅等，正是运 用多缝衍射原理。
小孔的衍射
3．偏振 （Polarization）
偏振是横波中呈现出的一种特殊现象。电磁波作为一种横波， 其相互垂直的电场和磁场的振动方向是与传播方向垂直的。传播方 向确定后其振动方向并不是唯一的。它可以是垂直于传播方向的任 何方向。它可以是不变的，也可以随时间按一定方式变化或按一定 规律旋转，即 出现偏振现象（微波中称为“极化” ）。
辐
射
出
射
度
辐射体
辐射通量密度的单位是瓦/米²（W/m²） 法向
三、电磁辐射的度量
辐指射点强辐度射源I 在（单r位ad立ian体t i角nt、en单sit位y）时间内，向某一方向
发出的辐射能量，即点辐射源(O)在某一方向上(、)单位 立体角(d)内发出的辐射通量，单位为 瓦/球面度 (w sr-1 )， 表达为：
一列波在空间传播时，将引起空间各点的振动；两列（或多列） 波在同一空间传播时，空间各点的振动是各列波在该点产生的振动 的叠加合成。这种波的叠加合成不是简单的代数和，而是矢量和。
同振幅、频率和初位相（具固定位 相关系）的两列（或多列）波（相干波） 的叠加合成而引起振动强度重新分 布的现象称为“干涉现象”。
量密度越大，不同 度
温度的曲线不同。
C. 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。
太阳温度 白炽灯温度
5. 电磁辐射:电磁能量随电磁波的传递过程（包括辐
射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。其传播表现为 光子（或称为量子）组成的粒子流的运动。
6. 电磁波的特性
1) 电磁波是横波
2) 在真空中以光速传播
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
第二章 电磁辐射与地物的光谱特征
贺巧宁
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
本章小结
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
• 一. 电磁波谱 • 二. 电磁辐射的度量 • 三. 黑体辐射
一. 电磁波谱
• 1.电磁波的产生 • 2.电磁波的特性 • 3.电磁波谱
入射电磁波 镜面反射
物
体
吸收
表
面
漫反射 透射/折射
反射率（p)=反射能量/入射能量*100% 吸收率（a)=吸收能量/入射能量*100% 透射率（T)=透射能量/入射能量*100%
3.电磁波谱
• 电磁波谱：按照电磁波在真空中传播的 波长或频率，递增或者递减排列构成的 谱带则称电磁波谱。
• 以频率从高到低或者波长从短到长排列 可以划分为r射线、X射线、紫外线、可 见光、红外线、微波、无线电波
大气透射分析
• 反射30%，散射22%，吸收17%，透过31%。
• 臭氧吸收3%，云层反射散射25%，尘埃气 体吸收散射19%，地面反射8%，地表吸收 45%。
2.3 地球的辐射与地物波谱
• 1、地球的辐射:太阳辐射与地表相互
作用,地表自身的热辐射
• 2、地物反射波谱:地物的反射率,地物
反射波谱特征
土壤、岩石
作业
• 教材P44-45思考题 • 第2、6、8、9题
几种典型地物反射光谱曲线
• (1) 植被 • (2) 土壤 • (3) 水体 • (4) 岩石 • (5) 其他
• 植被：0.55μm，绿色，叶绿素的影响
•
0.70-0.80μm有反射陡坡
•
贺巧宁
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
本章小结
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
• 一. 电磁波谱 • 二. 电磁辐射的度量 • 三. 黑体辐射
一. 电磁波谱
• 1.电磁波的产生 • 2.电磁波的特性 • 3.电磁波谱
入射电磁波 镜面反射
物
体
吸收
表
面
漫反射 透射/折射
反射率（p)=反射能量/入射能量*100% 吸收率（a)=吸收能量/入射能量*100% 透射率（T)=透射能量/入射能量*100%
3.电磁波谱
• 电磁波谱：按照电磁波在真空中传播的 波长或频率，递增或者递减排列构成的 谱带则称电磁波谱。
• 以频率从高到低或者波长从短到长排列 可以划分为r射线、X射线、紫外线、可 见光、红外线、微波、无线电波
大气透射分析
• 反射30%，散射22%，吸收17%，透过31%。
• 臭氧吸收3%，云层反射散射25%，尘埃气 体吸收散射19%，地面反射8%，地表吸收 45%。
2.3 地球的辐射与地物波谱
• 1、地球的辐射:太阳辐射与地表相互
作用,地表自身的热辐射
• 2、地物反射波谱:地物的反射率,地物
反射波谱特征
土壤、岩石
作业
• 教材P44-45思考题 • 第2、6、8、9题
几种典型地物反射光谱曲线
• (1) 植被 • (2) 土壤 • (3) 水体 • (4) 岩石 • (5) 其他
• 植被：0.55μm，绿色，叶绿素的影响
•
0.70-0.80μm有反射陡坡
•
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
➢ 主要成分：N2、 O2
均匀层，对 太阳辐射的 相互作用是 太阳能衰减 的主要原因
1、大气组成：
➢ 两类：分子和其他微粒； ➢ 分子: 氮和氧占99%，臭氧、二氧化碳、水分子
及其它（N2O, CH4, NH3等）约占1%；
➢ 颗粒：烟、尘埃、雾、小水滴和气溶胶。气溶胶
是一种固体、液体的悬浮物，直径0.01-30m。
一个天文单位=日地距离d=1.496×108 m. 是在地球大气顶端接受的太阳能量，没有大气影响。 已知日地距离d（天文单位），计算太阳辐射通
量… 已知太阳线半径r，计算太阳辐射出射度…
➢太阳光谱：光球所产生的光谱。 太阳辐射能量集中于可见光波段（近紫外到中红
外）该波段区间不但能量集中，而且辐射强度最稳 定
这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星 传感器扫描成像的常用波段。比如，Landsat 卫 星的TM的1-4波段，SPOT卫星的HRV波段等。
➢ 1.5-1.8μm, 2.0-3.5μm，即近、短波、中
n3 O pt ic a lly less dense at m osphe re
2
Path of energy in ho mogeneo us at mosphere
3
Path of radiant energy af fected
四、大气对辐射的吸收作用
➢ 大气分子对电磁波的某些波段吸收缺失带
第二章 电磁辐射与地物 光谱特征
➢电磁波谱与电磁辐射 ➢太阳辐射及大气对辐射的影响 ➢地球的辐射与地物波谱
电磁波谱原理 第一节 电磁辐射度量参数
特殊电磁波——黑体辐射
➢ 任何地物都能辐射电磁波。 ➢ 地球表面最重要的电磁波能量来源是太阳。 ➢ 遥感： 对电磁波能量的测定。
均匀层，对 太阳辐射的 相互作用是 太阳能衰减 的主要原因
1、大气组成：
➢ 两类：分子和其他微粒； ➢ 分子: 氮和氧占99%，臭氧、二氧化碳、水分子
及其它（N2O, CH4, NH3等）约占1%；
➢ 颗粒：烟、尘埃、雾、小水滴和气溶胶。气溶胶
是一种固体、液体的悬浮物，直径0.01-30m。
一个天文单位=日地距离d=1.496×108 m. 是在地球大气顶端接受的太阳能量，没有大气影响。 已知日地距离d（天文单位），计算太阳辐射通
量… 已知太阳线半径r，计算太阳辐射出射度…
➢太阳光谱：光球所产生的光谱。 太阳辐射能量集中于可见光波段（近紫外到中红
外）该波段区间不但能量集中，而且辐射强度最稳 定
这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星 传感器扫描成像的常用波段。比如，Landsat 卫 星的TM的1-4波段，SPOT卫星的HRV波段等。
➢ 1.5-1.8μm, 2.0-3.5μm，即近、短波、中
n3 O pt ic a lly less dense at m osphe re
2
Path of energy in ho mogeneo us at mosphere
3
Path of radiant energy af fected
四、大气对辐射的吸收作用
➢ 大气分子对电磁波的某些波段吸收缺失带
第二章 电磁辐射与地物 光谱特征
➢电磁波谱与电磁辐射 ➢太阳辐射及大气对辐射的影响 ➢地球的辐射与地物波谱
电磁波谱原理 第一节 电磁辐射度量参数
特殊电磁波——黑体辐射
➢ 任何地物都能辐射电磁波。 ➢ 地球表面最重要的电磁波能量来源是太阳。 ➢ 遥感： 对电磁波能量的测定。
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
2、黑体辐射规律 普朗克公式：
M ( , T ) 2hc
2
5
1 e ch / KT 1
此式有两个自变量： λ、 T ，其它都是常数，因而 可写为： W = ƒ (λ, T ) 其函数曲线可表示为：
c为真空中的光速； k为波尔兹曼常数， k=1.38×10－23 J/K； h为普朗克常数， h=6.63×10-34Js； M为辐射出射度。
于遥感研究不需要对太阳分层考虑，因而通常 认为光球发射的几乎是全部的太阳辐射。
图2.11 太阳辐照度分布曲线
二、大气分层
大气厚度约1000km，并且在垂直方向有层次的区别，自下而上大致 分层为：（各层之间逐渐过渡，没有截然的界线）。
对流层：高度在7～12 km,温度随高度而降低，包含大气 总量的3/4和几乎全部水汽，天气变化频繁，航空遥感主要 在该层内，对遥感数据产生很大影响。 平流层：高度在12～80 km，几乎没有天气现象，底部为 同温层（航空遥感活动层），同温层以上，温度由于臭氧 层对紫外线的强吸收而逐渐升高（在地面观测不到0.29µ m 波长的太阳辐射）。 电离层：高度在80～1 000 km，大气中的O2、N2受紫外线 照射而电离，主要反射地面发射的无线电波，对遥感波段 是透明的，是陆地卫星活动空间。 大气外层：800～35 000 km ,空气极稀薄，对遥感基本 上没有影响。
3.实际物体的辐射 （1）地物的发射率 • 发射率是指地物的辐射出射度(即地物 单位面积发出的辐射通量)M与同温度的黑 体的辐射出射度(即黑体单位面积发出的辐 射总通量M黑的比值。
M M黑
• 地物的发射率与地物的性质、表面状况(如 粗糙度、颜色等)有关，且是温度和波长的 函数。
遥感概论课件第二章 电磁辐射与地物光谱特征
方向:由电 磁振荡向各个 不同方向传播 的.
3. 电磁波谱：
按照电磁波的波长 （频率的大小）长短， 依次排列构成的图表，
构谱列成 ，以电可频磁 以率波划从谱分高。为到该Y低射波排线、表2 x射线、紫外线、见光、1 红外线、无线电波。 电 在真空状态下频率f与 磁 波电是磁 渐长波变λ之谱 的积区，等段一于的般光界按速线产c。波谱
辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量， I=dφ/dS单位： W/m2 , S为面积。 辐射出射度(M)：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量， M=dφ/dS，单位w／m2，S为面积。 辐照度(I)与辐射出射度(M)都是辐射通量密度的概念，不过I为 物体接收的辐射，M为物体发出的辐射。它们都与波长λ有关。
遥感的辐射源分为自然辐射源和人工辐射源两类。自 然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射；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。人工辐射源是指人为发射的具有一定波长的波束； 主动遥感采用人工辐射源，目前较常用的人工辐射源为微波 辐射源和激光辐射源。
2. 辐射测量
(2) 斯忒藩—玻尔兹曼定律
对普朗克定律在全波段内积分，得到斯忒潘－玻尔兹曼定律。绝 对黑体的总辐射出射度与温度的4次方成正比。
T Wb 4
σ: 斯蒂藩－玻尔兹曼常数，5.6697＋－ 0.00297）×10－8Wm-2K-4
由图2．7可以看出每条曲线 下面所围面积为积分值，即 该温度时绝对黑体的总辐射 出射度M 。右图可以看出， 温度越高，绝对黑体的总辐 射出射度（曲线下面所围面 积）越大。
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
3. 电磁波谱：
按照电磁波的波长 （频率的大小）长短， 依次排列构成的图表，
构谱列成 ，以电可频磁 以率波划从谱分高。为到该Y低射波排线、表2 x射线、紫外线、见光、1 红外线、无线电波。 电 在真空状态下频率f与 磁 波电是磁 渐长波变λ之谱 的积区，等段一于的般光界按速线产c。波谱
辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量， I=dφ/dS单位： W/m2 , S为面积。 辐射出射度(M)：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量， M=dφ/dS，单位w／m2，S为面积。 辐照度(I)与辐射出射度(M)都是辐射通量密度的概念，不过I为 物体接收的辐射，M为物体发出的辐射。它们都与波长λ有关。
遥感的辐射源分为自然辐射源和人工辐射源两类。自 然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射；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。人工辐射源是指人为发射的具有一定波长的波束； 主动遥感采用人工辐射源，目前较常用的人工辐射源为微波 辐射源和激光辐射源。
2. 辐射测量
(2) 斯忒藩—玻尔兹曼定律
对普朗克定律在全波段内积分，得到斯忒潘－玻尔兹曼定律。绝 对黑体的总辐射出射度与温度的4次方成正比。
T Wb 4
σ: 斯蒂藩－玻尔兹曼常数，5.6697＋－ 0.00297）×10－8Wm-2K-4
由图2．7可以看出每条曲线 下面所围面积为积分值，即 该温度时绝对黑体的总辐射 出射度M 。右图可以看出， 温度越高，绝对黑体的总辐 射出射度（曲线下面所围面 积）越大。
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
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τ =e-(α+γ)χ
α ：为大气中气体分子对太阳辐射的吸收系数 γ：为大气对太阳辐射的散射系数 χ：为路程长度（即通过大气的厚度）
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
1） 大气的吸收作用 太阳辐射通过大气层时，大气层中H2O、O2、 CO2、O3对太阳辐射产生选择性吸收，由于 各种气体对太阳辐射波长吸收的特性不同， 使有些波段范围通过大气层到达地面，而另 一些波段则全部被吸收不能到达地面。因此， 造成了许多不同波段的大气吸收带。
由气体、水蒸气和悬浮的微粒混合组成。 气体：N2、O2、H2O、CO、CO2、N2O、 CH4、O3。 悬浮微粒：尘埃、冰晶、盐晶、水滴等，统称为
气溶胶，形成霾、雾和云。 在80km以下的大气中，除H2、O2、O3等少数 可变气体外，各种气体均匀混合，所占比例几乎 不变，又为均匀层。在该层中大气物质与太阳辐 射相互作用，是使太阳辐射能衰减的主要原因。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
可见光
波长范围从0.38-0.76μm。它由红、橙、黄、绿、 青、蓝、紫色光组成。人眼对可见光有敏锐的感 觉，不仅对可见光的全色光，而且对不同波段的 单色光，也都具有敏锐的分辨能力，所以可见光 是作为鉴别物质特征的主要波段。 在遥感技术中是以光学摄影方式和扫描方式接收 和记录地物对可见光的反射特征。
0.8-25cm：
微波窗口，属于发射光谱范围。不受大气干扰， 透射率可达100％，是全天候的遥感波段。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
2.3 地物光谱特征
地物的光谱特性是遥感技术的重要理论依据，它 既为传感器工作波段的选择提供依据，又是遥感 数据正确分析和判读的理论基础，同时也可作为 利用计算机进行数字图像处理和分类时的参考标 准。 一、 地物的反射光谱特征 二、 地物的发射光谱特征
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
红外线
波长范围为0.76—1000μm 。 分为：近红外（ 0.76-3.0 μm ）、中红外（3.06.0μm ）、远红外（6.0-15.0μm ）和超远红外 （15 -1000 μm ）。 近红外在性质上与可见光相似，所以又称为光红外。 在遥感技术中采用摄影方式和扫描方式，接收和记 录地物对太阳辐射的光红外反射。中红外、远红外 和超远红外是产生热感的原因，所以又称为热红外。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
电离层
顶部高度1000km，大气十分稀薄，处于电离状 态。氧原子和氨原子在分解和游离时吸收了多余 的能量，使气温升高，300km的高度气温可达 600-800ºC。 对可见光、红外直至微波的影响较小，基本上是 透明的。它是人造地球卫星绕地球运行的主要空 间层。
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
瑞利散射
当大气微粒的直径（d）比辐射波长（λ）小得多时， 即：当d＜λ/10时，ϕ＝4，发生的散射称瑞利散 射。
γ∞1/λ4
可见光对瑞利散射的影响较大。 常见雨过天睛后，晴朗天空呈碧蓝色，大气中的粗 粒物质被雨水带走，大气中的气体分子粒径较小， 把波长较短的蓝光散射到天空中的缘故。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
氧（O2）：
在波长0.155μm处吸收最强。在低层大气内几乎 观测不到小于0.2μm的太阳辐射，在0.69μm 和.76μm附近，各有一个窄吸收带。
按电磁波波长的长短（或频率的大小）， 依次排列制成的图表称电磁波谱。
三、遥感应用电磁波段
紫外线、可见光、红外线、微波
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
遥感应用各电磁波波长
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米氏散射
当大气中微粒的直径与辐射波长相近时，即d≈λ， ϕ=2 ，发生的散射称为米氏散射。
γ=1/λ2 它是由大气中气溶胶所引起的散射。云雾等悬浮 粒子的大小与0.76-15μm的红外线的波长差不多， 因此，云、雾对红外线的米氏散射是不可忽视的。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
大气外层
该位于离地面1000km高度以上直至几万公里， 该层空气极为稀薄。并不断向星际空间散逸。 该层对卫星运行基本上没有影响。
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2 大气成分
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3 大气层对太阳辐射的影响
太阳辐射在通过大气层时，约有30％被云层和其 它大气成分反射回宇宙空间，约有17 ％被大气吸 收，约有22％被大气散射，仅有31％的太阳辐射 直射到地面。 太阳辐射通过大气的透射率（τ ）为：
对流层
为大气的底层，顶部平均位于12km 。高度 每增加1km ，温度下降6.5 K ，气象变化强， 是现代航空遥感主要活动的区域。 在对流层内，由于大气层的吸收作用，使电 磁波传播受到衰减。
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平流层
平流层顶部平均高度80km，层内气流比较稳定， 没有垂直对流。在25km以下气温一般保持恒温 约为-55ºC。在25-315km以上气温随高度递增 （臭氧吸收了太阳紫外光），在该层内电磁波的 传播特性与对流层内的传播特性相似。
3.5-4.2μm：
中红外波段。包括地物反射光谱、发射光谱，属 于混合光谱范围。中红外窗口应用很少，目前多 用于航空多光谱扫描方式成象。
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8-14μm：
远红外波段，热辐射光谱。透射率约为60—70％。 是地物在常温下热辐射能量最集中的波段，在遥 感地质、环境遥感中应用较多。利用扫描仪和热 辐射计来获得地物发射的电磁波信息。
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紫外线
波长范围为0.01-0.4μm。太阳辐射含有紫外线， 通过大气层时，波长短于 0.3μm的能量几乎都被 吸收，只有0.3- 0.4μm波长到达地面。 主要用于测定碳酸盐岩分布，碳酸盐岩对紫外线 的反射比其它类型的岩石要强。另外，紫外线对 水面飘浮的油膜比周围的水面反射强烈，因此可 以用于油污染的监测。
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非选择性散射
当微粒的直径比波长大得多时，即d＞λ，ϕ＝0，
γ＝1，所发生的散射称为非选择性散射。
这种散射与波长无关，即任何波长散射强度相同。 如大气中的水滴、雾、烟、尘埃等气溶胶对太阳 辐射，常常会出现这种散射。 云或雾之所以看起来是白色，是因为它对各种波 长的电磁波的散射是一样的。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征
2.1 电磁波与电磁波谱 2.2 大气层对电磁辐射的影响 2.3 地物光谱特征
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2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波 二、电磁波谱 三、遥感应用电磁波段
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三、大气窗口
大气层的反射、吸收和散射作用，削弱了太阳辐 射的能量。把太阳辐射通过大气层时，反射、吸 收和散射比较低，即透射率高的波段范围，称为 大气窗口。 主要的大气窗口：
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微波
微波的波长范围1mm-lm。微波遥感是借助微波 散射现象来探测地物的性质。 它的优点主要有： （1 ）微波易于聚成较窄的发射波束 （2 ）微波近似直线传播，不受电离层影响。 （3 ）地面目标对微波散射性能好。 （4 ）受自然界中的电磁波干扰小。 （5 ）具有一定的穿透性。
1.3-2.5μm：
近红外波段的中段。仍属于地物反射光谱，但不 能用胶片摄影，仅能用光谱仪和扫描仪来记录地 物的电磁波信息。透射率都接近80％。
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目前近红外窗口应用不多，但在某些波段对区分 蚀变岩石有较好的效果，因此在遥感地质应用方 面很有潜力。TM设有1.55-1.75μm和2.082.35μm两个波段。
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2）大气的散射作用
大气散射集中于可见光区，是太阳辐射能衰减的 主要原因。散射的强弱可用散射系数表示：
ϕ为波长的指数，它由微粒直径（d）的大小决定。
根据波长与散射微粒的大小之间的关系，散射可 分为三种：
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二氧化碳（CO2）：
它的吸收作用主要在红外区内。在1.35-2.85μm有3 个宽弱吸收带。另外在2.7μm、4.3μm与14.5μm为 强吸收带。由于太阳辐射在红外区能量很少，这一 吸收带可忽略不计。
α ：为大气中气体分子对太阳辐射的吸收系数 γ：为大气对太阳辐射的散射系数 χ：为路程长度（即通过大气的厚度）
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1） 大气的吸收作用 太阳辐射通过大气层时，大气层中H2O、O2、 CO2、O3对太阳辐射产生选择性吸收，由于 各种气体对太阳辐射波长吸收的特性不同， 使有些波段范围通过大气层到达地面，而另 一些波段则全部被吸收不能到达地面。因此， 造成了许多不同波段的大气吸收带。
由气体、水蒸气和悬浮的微粒混合组成。 气体：N2、O2、H2O、CO、CO2、N2O、 CH4、O3。 悬浮微粒：尘埃、冰晶、盐晶、水滴等，统称为
气溶胶，形成霾、雾和云。 在80km以下的大气中，除H2、O2、O3等少数 可变气体外，各种气体均匀混合，所占比例几乎 不变，又为均匀层。在该层中大气物质与太阳辐 射相互作用，是使太阳辐射能衰减的主要原因。
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可见光
波长范围从0.38-0.76μm。它由红、橙、黄、绿、 青、蓝、紫色光组成。人眼对可见光有敏锐的感 觉，不仅对可见光的全色光，而且对不同波段的 单色光，也都具有敏锐的分辨能力，所以可见光 是作为鉴别物质特征的主要波段。 在遥感技术中是以光学摄影方式和扫描方式接收 和记录地物对可见光的反射特征。
0.8-25cm：
微波窗口，属于发射光谱范围。不受大气干扰， 透射率可达100％，是全天候的遥感波段。
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2.3 地物光谱特征
地物的光谱特性是遥感技术的重要理论依据，它 既为传感器工作波段的选择提供依据，又是遥感 数据正确分析和判读的理论基础，同时也可作为 利用计算机进行数字图像处理和分类时的参考标 准。 一、 地物的反射光谱特征 二、 地物的发射光谱特征
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红外线
波长范围为0.76—1000μm 。 分为：近红外（ 0.76-3.0 μm ）、中红外（3.06.0μm ）、远红外（6.0-15.0μm ）和超远红外 （15 -1000 μm ）。 近红外在性质上与可见光相似，所以又称为光红外。 在遥感技术中采用摄影方式和扫描方式，接收和记 录地物对太阳辐射的光红外反射。中红外、远红外 和超远红外是产生热感的原因，所以又称为热红外。
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电离层
顶部高度1000km，大气十分稀薄，处于电离状 态。氧原子和氨原子在分解和游离时吸收了多余 的能量，使气温升高，300km的高度气温可达 600-800ºC。 对可见光、红外直至微波的影响较小，基本上是 透明的。它是人造地球卫星绕地球运行的主要空 间层。
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瑞利散射
当大气微粒的直径（d）比辐射波长（λ）小得多时， 即：当d＜λ/10时，ϕ＝4，发生的散射称瑞利散 射。
γ∞1/λ4
可见光对瑞利散射的影响较大。 常见雨过天睛后，晴朗天空呈碧蓝色，大气中的粗 粒物质被雨水带走，大气中的气体分子粒径较小， 把波长较短的蓝光散射到天空中的缘故。
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氧（O2）：
在波长0.155μm处吸收最强。在低层大气内几乎 观测不到小于0.2μm的太阳辐射，在0.69μm 和.76μm附近，各有一个窄吸收带。
按电磁波波长的长短（或频率的大小）， 依次排列制成的图表称电磁波谱。
三、遥感应用电磁波段
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遥感应用各电磁波波长
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米氏散射
当大气中微粒的直径与辐射波长相近时，即d≈λ， ϕ=2 ，发生的散射称为米氏散射。
γ=1/λ2 它是由大气中气溶胶所引起的散射。云雾等悬浮 粒子的大小与0.76-15μm的红外线的波长差不多， 因此，云、雾对红外线的米氏散射是不可忽视的。
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大气外层
该位于离地面1000km高度以上直至几万公里， 该层空气极为稀薄。并不断向星际空间散逸。 该层对卫星运行基本上没有影响。
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2 大气成分
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3 大气层对太阳辐射的影响
太阳辐射在通过大气层时，约有30％被云层和其 它大气成分反射回宇宙空间，约有17 ％被大气吸 收，约有22％被大气散射，仅有31％的太阳辐射 直射到地面。 太阳辐射通过大气的透射率（τ ）为：
对流层
为大气的底层，顶部平均位于12km 。高度 每增加1km ，温度下降6.5 K ，气象变化强， 是现代航空遥感主要活动的区域。 在对流层内，由于大气层的吸收作用，使电 磁波传播受到衰减。
厦门理工辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
平流层
平流层顶部平均高度80km，层内气流比较稳定， 没有垂直对流。在25km以下气温一般保持恒温 约为-55ºC。在25-315km以上气温随高度递增 （臭氧吸收了太阳紫外光），在该层内电磁波的 传播特性与对流层内的传播特性相似。
3.5-4.2μm：
中红外波段。包括地物反射光谱、发射光谱，属 于混合光谱范围。中红外窗口应用很少，目前多 用于航空多光谱扫描方式成象。
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8-14μm：
远红外波段，热辐射光谱。透射率约为60—70％。 是地物在常温下热辐射能量最集中的波段，在遥 感地质、环境遥感中应用较多。利用扫描仪和热 辐射计来获得地物发射的电磁波信息。
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紫外线
波长范围为0.01-0.4μm。太阳辐射含有紫外线， 通过大气层时，波长短于 0.3μm的能量几乎都被 吸收，只有0.3- 0.4μm波长到达地面。 主要用于测定碳酸盐岩分布，碳酸盐岩对紫外线 的反射比其它类型的岩石要强。另外，紫外线对 水面飘浮的油膜比周围的水面反射强烈，因此可 以用于油污染的监测。
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非选择性散射
当微粒的直径比波长大得多时，即d＞λ，ϕ＝0，
γ＝1，所发生的散射称为非选择性散射。
这种散射与波长无关，即任何波长散射强度相同。 如大气中的水滴、雾、烟、尘埃等气溶胶对太阳 辐射，常常会出现这种散射。 云或雾之所以看起来是白色，是因为它对各种波 长的电磁波的散射是一样的。
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2.1 电磁波与电磁波谱 2.2 大气层对电磁辐射的影响 2.3 地物光谱特征
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2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波 二、电磁波谱 三、遥感应用电磁波段
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三、大气窗口
大气层的反射、吸收和散射作用，削弱了太阳辐 射的能量。把太阳辐射通过大气层时，反射、吸 收和散射比较低，即透射率高的波段范围，称为 大气窗口。 主要的大气窗口：
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微波
微波的波长范围1mm-lm。微波遥感是借助微波 散射现象来探测地物的性质。 它的优点主要有： （1 ）微波易于聚成较窄的发射波束 （2 ）微波近似直线传播，不受电离层影响。 （3 ）地面目标对微波散射性能好。 （4 ）受自然界中的电磁波干扰小。 （5 ）具有一定的穿透性。
1.3-2.5μm：
近红外波段的中段。仍属于地物反射光谱，但不 能用胶片摄影，仅能用光谱仪和扫描仪来记录地 物的电磁波信息。透射率都接近80％。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
目前近红外窗口应用不多，但在某些波段对区分 蚀变岩石有较好的效果，因此在遥感地质应用方 面很有潜力。TM设有1.55-1.75μm和2.082.35μm两个波段。
厦门理工学院空间信息科学与工程系
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
2）大气的散射作用
大气散射集中于可见光区，是太阳辐射能衰减的 主要原因。散射的强弱可用散射系数表示：
ϕ为波长的指数，它由微粒直径（d）的大小决定。
根据波长与散射微粒的大小之间的关系，散射可 分为三种：
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二氧化碳（CO2）：
它的吸收作用主要在红外区内。在1.35-2.85μm有3 个宽弱吸收带。另外在2.7μm、4.3μm与14.5μm为 强吸收带。由于太阳辐射在红外区能量很少，这一 吸收带可忽略不计。