遥感技术与应用-2-遥感物理基础
合集下载
遥感原理与应用完整版
第一章电磁波及遥感物理基础名词解释：1、电磁波（变化的电场能够在其周围引起变化的磁场，这一变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化电场，并在更远的区域内引起新的变化磁场。
）变化电场和磁场的交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。
2、电磁波谱电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。
3、绝对黑体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体称为绝对黑体。
4、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。
5、大气窗口电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的电磁辐射波段。
6、发射率实际物体与同温下的在相同条件下的辐射能量之比。
7、热惯量由于系统本身有一定的热容量，系统传热介质具有一定的导热能力，所以当系统被加热或冷却时，系统温度上升或下降往往需要经过一定的时间，这种性质称为系统的热惯量。
（地表温度振幅与热惯量P成反比，P越大的物体，其温度振幅越小；反之，其温度振幅越大。
）8、光谱反射率ρλ=Eρλ/ Eλ(物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
)9、光谱反射特性曲线按照某物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。
填空题：1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由、、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等组成。
2、绝对黑体辐射通量密度是温度Ｔ和波长λ的函数。
3、一般物体的总辐射通量密度与绝对温度和发射率成正比关系。
4、维恩位移定律表明绝对黑体的最强辐射波长λ乘绝对温度T 是常数2897.8。
当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向短波方向移动。
5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为 0.47 μm选择题：(单项或多项选择)1、绝对黑体的（②③）①反射率等于1 ②反射率等于0 ③发射率等于1 ④发射率等于0。
2、物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系（②⑥）①反射率②发射率③物体温度一次方④物体温度二次方⑤物体温度三次方⑥物体温度四次方。
2遥感的物理基础PPT优秀课件
三、物体的反射辐射
2.光谱反射率及地物反射光谱特性 （1）光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐
射通量之比 。
2021/6/3
22
（1）光谱反射率
物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红 外，尤其是后两个波段。
一个物体的反射波谱的特征主要取决于该 物体与入射辐射相互作用的波长选择。
2021/6/3
23
2021/6/3
31
第二章 电磁波及遥感物理基础
三、物体的反射辐射
3.影响地物光谱反射率变化的因素
太阳位置、传感器位置、地理位置、地 形、季节、气候变化、地面湿度变化、地物 本身的变异、大气状况等
2021/6/3
32
第二章 电磁波及遥感物理基础
四、地物波谱特性的测定
1. 地物波谱特性是指各种地物各自所具有的电 磁波特性（发射辐射或反射辐射）。
2021/6/3
25
春小麦在不同生长期的反射波谱特性曲线
2021/6/3
26
不同地物
各种建筑物屋顶的波谱特性
2021/6/3
27
各种道路的波谱特性
2021/6/3
28
几种岩石的反射波谱曲线
2021/6/3
29
不同含水量的玉米叶子反射特性曲线
2021/6/3
30
三种低含水量土壤的反射特性曲线
第二章 电磁波及遥感物理基础
一、电磁波 二、物体的发射辐射 三、物体的反射辐射 四、地物波谱特性的测定 五、大气对辐射的影响
2021/6/3
1
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。本章主要学习电磁波的 发射和反射特性、地物波谱特性曲线及 应用。
2.光谱反射率及地物反射光谱特性 （1）光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐
射通量之比 。
2021/6/3
22
（1）光谱反射率
物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红 外，尤其是后两个波段。
一个物体的反射波谱的特征主要取决于该 物体与入射辐射相互作用的波长选择。
2021/6/3
23
2021/6/3
31
第二章 电磁波及遥感物理基础
三、物体的反射辐射
3.影响地物光谱反射率变化的因素
太阳位置、传感器位置、地理位置、地 形、季节、气候变化、地面湿度变化、地物 本身的变异、大气状况等
2021/6/3
32
第二章 电磁波及遥感物理基础
四、地物波谱特性的测定
1. 地物波谱特性是指各种地物各自所具有的电 磁波特性（发射辐射或反射辐射）。
2021/6/3
25
春小麦在不同生长期的反射波谱特性曲线
2021/6/3
26
不同地物
各种建筑物屋顶的波谱特性
2021/6/3
27
各种道路的波谱特性
2021/6/3
28
几种岩石的反射波谱曲线
2021/6/3
29
不同含水量的玉米叶子反射特性曲线
2021/6/3
30
三种低含水量土壤的反射特性曲线
第二章 电磁波及遥感物理基础
一、电磁波 二、物体的发射辐射 三、物体的反射辐射 四、地物波谱特性的测定 五、大气对辐射的影响
2021/6/3
1
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。本章主要学习电磁波的 发射和反射特性、地物波谱特性曲线及 应用。
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。
第二章遥感的物理基础
☆ 辐射亮度（L）：面辐射源在单位时间内通过垂直面元法线方向上单位面、 单位立体角的辐射能。
四、黑体辐射
绝对黑体(简称黑体）：对于任何波长
的电磁辐射都全部吸收的物体。
绝对黑体的特性：
α（λ，T）≡1 ; ρ（λ，T）≡ 0
任何物体： α（λ，T）+ ρ（λ，T） ≡ 1 绝对白体： α（λ，T）≡0 ρ（λ，T）≡ 1
得到：
= 1- ρ
根据能量守恒定律，入射到地表的辐射功率E等于 吸收功率E吸、透射功率E透、反射功率E反三个分量 之和。即：
E=E吸+ E透+ E反 由上式得到：
1=α+τ+ρ
式中α—吸收率，τ—透射率，ρ—反射率 对于不透射电磁波的物体：
1=α+ρ
即有：α= 1- ρ
由第一节的基尔霍夫定律推导得到：
由于有：1=α+ρ
尘埃
吸收量很小
Absorption of EM energy by the atmosphere
大气的散射作用
散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播 方向改变，并向各个方向散开的物理现象，称 为散射。 散射作用：大气中的粒子与细小微粒如烟、尘 埃、雾霭、小水滴及气溶胶等对大气具有散射 作用。散射的作用使在原传播方向上的辐射强 度减弱，增加了向其他各个方向的辐射。 散射作用的结果是降低了遥感数据的质量、使 影像模糊，从而影响判读。
电磁波是横波 在真空中以光速传播 满足方程：f λ=c , E=h f 电磁波具有波粒二象性 波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的， 因此具有波动性。 粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐 射的实质是光子微粒的有规律的运动。电磁波的 粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性。
第二章-遥感的物理基础简
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
遥感应用的电磁波波谱段
❖ 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2000 m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。
❖ 热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐 射特性。
BACK
地物波谱的特性
地物波谱
❖ 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。
❖ 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。
臭氧的总含量具有明显的地域分布特征及季节 变化，在赤道上空臭氧含量最少，在高纬度地 区60 °～70°区域内达到极大值。
70年代，近极地上空臭氧层厚度是很大的，但 随着时间发展，臭氧层厚度逐渐在减小，目前 在南极上空已形成臭氧空洞。
大气成分
大气是由多种气体及气溶胶所组成的混合 物。 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4， O3 气溶胶 大气的成分可分为常定成分（ N2，O2 ， CO2等）与可变成分两个部分（水汽，气溶 胶）。
（1）电 磁波与电磁波谱
红电外磁目和波前微遥波谱感波技谱术区中间通。常由采于用它的们电的磁波波长位或于频可率见不光同、，
不按同电电磁磁波波又波表长现的出长各短自，的依特性次和排特列点制。成可的见图光表、红叫 电外磁和微波波谱遥。感，就是利用不同电磁波的特性。电磁波 与主依要地次内物为容相。：互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的
电磁波谱
遥感应用的电磁波波谱段
❖ 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2000 m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。
❖ 热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐 射特性。
BACK
地物波谱的特性
地物波谱
❖ 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。
❖ 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。
臭氧的总含量具有明显的地域分布特征及季节 变化，在赤道上空臭氧含量最少，在高纬度地 区60 °～70°区域内达到极大值。
70年代，近极地上空臭氧层厚度是很大的，但 随着时间发展，臭氧层厚度逐渐在减小，目前 在南极上空已形成臭氧空洞。
大气成分
大气是由多种气体及气溶胶所组成的混合 物。 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4， O3 气溶胶 大气的成分可分为常定成分（ N2，O2 ， CO2等）与可变成分两个部分（水汽，气溶 胶）。
（1）电 磁波与电磁波谱
红电外磁目和波前微遥波谱感波技谱术区中间通。常由采于用它的们电的磁波波长位或于频可率见不光同、，
不按同电电磁磁波波又波表长现的出长各短自，的依特性次和排特列点制。成可的见图光表、红叫 电外磁和微波波谱遥。感，就是利用不同电磁波的特性。电磁波 与主依要地次内物为容相。：互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的
第二章.遥感物理基础
第二章 遥感物理基础
地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反
射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的 形式——电磁波。不同的物体具有不同的物质 组成和结构；由此导致其电磁波谱特征（特征 光谱）不同。 遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁 波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物 体的信息，完成远距离识别物体。
2 非选择性散射
质点直径和电磁波波长差不多时（d ≈ λ ）
( )
1
2
主要是大其中的气溶胶引起的散射。 云、雾等的悬 浮粒子的直径和0.76－15 um之间的红外线波长差不多， 需要注意。
（二）大气吸收
大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。
1）水：分为气态水和液态水
水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外直至微波， 都有水汽的吸收带。
∴ ρ＝ 1 － ε
则 ε＝1－ρ 即各种地物发射电磁波的特性可以通过间接地测试各种地物反射电 磁波的特性得到。
正因为各种地物反射、发射电磁波能力各不相同，才构 成遥感据以探测和识别各种目标物的依据。
二、地物反射波谱特征
（一）地物反射波谱特性
对于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即为弱辐射体；反之，吸 收率高的地物，其反射率就低。 当电磁波从较稀疏的空气介质入射到较密介质时，将产生反射。依 照界面的平滑程度不同，有镜面反射、漫反射和混合反射三种情况。 一般用反射率来表示地物反射能力。 通常反射率定义为物体的反射能量与入射能量之比。 即：ρ＝Eρ／E 显然，反射率高，在遥感图像上就越亮，反之则越暗。 因为波长不同，同一地物其反射率也不同。 反射率。 遥感中更常用的是光谱
光谱反射率：地物在某波段的反射能量与该波段的入射能量之比 即 ρλ＝Eρλ／Eλ
地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反
射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的 形式——电磁波。不同的物体具有不同的物质 组成和结构；由此导致其电磁波谱特征（特征 光谱）不同。 遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁 波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物 体的信息，完成远距离识别物体。
2 非选择性散射
质点直径和电磁波波长差不多时（d ≈ λ ）
( )
1
2
主要是大其中的气溶胶引起的散射。 云、雾等的悬 浮粒子的直径和0.76－15 um之间的红外线波长差不多， 需要注意。
（二）大气吸收
大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。
1）水：分为气态水和液态水
水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外直至微波， 都有水汽的吸收带。
∴ ρ＝ 1 － ε
则 ε＝1－ρ 即各种地物发射电磁波的特性可以通过间接地测试各种地物反射电 磁波的特性得到。
正因为各种地物反射、发射电磁波能力各不相同，才构 成遥感据以探测和识别各种目标物的依据。
二、地物反射波谱特征
（一）地物反射波谱特性
对于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即为弱辐射体；反之，吸 收率高的地物，其反射率就低。 当电磁波从较稀疏的空气介质入射到较密介质时，将产生反射。依 照界面的平滑程度不同，有镜面反射、漫反射和混合反射三种情况。 一般用反射率来表示地物反射能力。 通常反射率定义为物体的反射能量与入射能量之比。 即：ρ＝Eρ／E 显然，反射率高，在遥感图像上就越亮，反之则越暗。 因为波长不同，同一地物其反射率也不同。 反射率。 遥感中更常用的是光谱
光谱反射率：地物在某波段的反射能量与该波段的入射能量之比 即 ρλ＝Eρλ／Eλ
遥感第2章-遥感物理基础
02
(设计遥感器空间分辨率具有重要意义。)
电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝地振动分量，称为电磁破的偏振。 偏振光，非偏振光，部分偏振
最小分辨角:
物镜的有效孔径
电磁波的衍电磁波谱与电磁辐射
电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长（或频率）按其长短，依次排列制成的图表称为电磁波谱。（P17，F2.3）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
§2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
大气对太阳辐射的衰减 2、大气的散射作用 大气对太阳辐射吸收的明显特点是吸收带主要位于太阳辐射的紫外和红外区，而对可见光区基本上是透明的。但当大气中含有大量云、雾、小水滴时，由于大气散射使得可见光区也变成不透明了（P25 T2.11中两条连续曲线的差值，表示大气对太阳辐射散射时所造成的损失）。散射使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其它各方向的辐射。 （1）大气散射改变了部分辐射方向，干扰了传感器的接收，降低了遥感数据的质量，造成影像的模糊，影响遥感资料的判读。 （2）大气散射集中于太阳辐射能量较强的可见光区。 （3）大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。
光谱辐射通量
以上各辐射量都是波长的函数。 右图表示单位波长间隔内的辐射通量，称为光谱辐射通量。 Φ(λ)=dΦ/dλ 单位： 瓦/微米（W• μm-1）
2.1 电磁波谱与电磁辐射
2.1.3 黑体辐射 绝对黑体（简称黑体）：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。 光谱吸收系数（吸收率）： α（λ，T） 光谱反射系数（反射率）： ρ（λ，T） 绝对黑体特性： α（λ，T）= 1 ， ρ（λ，T）= 0， 与温度和波长无关
2.1 电磁波谱与电磁辐射
定量遥感-第二章遥感物理基础精讲
• 上式中太阳常数是对太阳光谱的积分。太阳对地球 的张角很小(<9)，因此太阳光可以认为是平行光束。 • 太阳总辐射量和表面辐出度分别是多少？
25
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？
32
• 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）
33
• 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
26
• 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？
37
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
25
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？
32
• 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）
33
• 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
26
• 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？
37
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
2遥感的物理基础市公开课获奖课件省名师示范课获奖课件
位立体角内旳辐射通量，L=Φ/Ω(Acosθ)，单位为 W/(sr·m2)
朗伯源：辐射亮度L与观察角θ无关旳辐射源，如粗糙旳表 面，涂有氧化镁旳表面等。太阳常近似地被看成朗伯源。
第二节 地物旳光谱特征
任何地物都有本身旳电磁辐射规律， 如反射、发射、吸收电磁波旳特征。少 数还有透射电磁波旳特征。地物旳这种 特征称为：地物旳光谱特征。
1
ech / kT
1
黑体辐射旳三个特征
A. 辐射出射度随波长连续变化，每条曲线 只有一种最大值。
B. 温度越高，辐射出射度越大，不同温度 旳曲线不同。
C. 伴随温度旳升高，辐射出射度最大值所 相应旳波长向短波方向移动。
(2)玻耳兹曼定律
即黑体总辐射出射度随温度旳增长 而迅速增长，它与温度旳四次方成正 比。所以，温度旳微小变化，就会引 起辐射通量密度很大旳变化。是红外 装置测定温度旳理论基础。
• 大气旳透射率：透射率与旅程、大气旳吸收、散射
有关。
（一）大气旳吸收作用
大气中旳多种成份对太阳辐射有选择性吸 收，形成太阳辐射旳大气吸收带
φ=dw/dt，单位是W； • 辐射通量密度（E）：单位时间内经过单位面积旳辐射能
量，E=dφ/ds，单位为W/m2； • 辐照度（I）：被辐射旳物体表面单位面积上旳辐射通量
，I=dφ/ds,单位是W/m2； • 辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上旳辐射
通量，M=dφ/ds,单位是W/m2; • 辐射亮度（L）：辐射源在某一方向上单位投影表面上单
电磁振动旳传播。电磁波是在真空或物质中经 过传播电磁场旳振动而传播电磁能量旳波。
电磁波经过电场和磁场之间相互联络进行传播
电磁辐射:电磁能量旳传递过程（涉及辐射、吸收、
朗伯源：辐射亮度L与观察角θ无关旳辐射源，如粗糙旳表 面，涂有氧化镁旳表面等。太阳常近似地被看成朗伯源。
第二节 地物旳光谱特征
任何地物都有本身旳电磁辐射规律， 如反射、发射、吸收电磁波旳特征。少 数还有透射电磁波旳特征。地物旳这种 特征称为：地物旳光谱特征。
1
ech / kT
1
黑体辐射旳三个特征
A. 辐射出射度随波长连续变化，每条曲线 只有一种最大值。
B. 温度越高，辐射出射度越大，不同温度 旳曲线不同。
C. 伴随温度旳升高，辐射出射度最大值所 相应旳波长向短波方向移动。
(2)玻耳兹曼定律
即黑体总辐射出射度随温度旳增长 而迅速增长，它与温度旳四次方成正 比。所以，温度旳微小变化，就会引 起辐射通量密度很大旳变化。是红外 装置测定温度旳理论基础。
• 大气旳透射率：透射率与旅程、大气旳吸收、散射
有关。
（一）大气旳吸收作用
大气中旳多种成份对太阳辐射有选择性吸 收，形成太阳辐射旳大气吸收带
φ=dw/dt，单位是W； • 辐射通量密度（E）：单位时间内经过单位面积旳辐射能
量，E=dφ/ds，单位为W/m2； • 辐照度（I）：被辐射旳物体表面单位面积上旳辐射通量
，I=dφ/ds,单位是W/m2； • 辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上旳辐射
通量，M=dφ/ds,单位是W/m2; • 辐射亮度（L）：辐射源在某一方向上单位投影表面上单
电磁振动旳传播。电磁波是在真空或物质中经 过传播电磁场旳振动而传播电磁能量旳波。
电磁波经过电场和磁场之间相互联络进行传播
电磁辐射:电磁能量旳传递过程（涉及辐射、吸收、
第2章-遥感的物理基础
黑体的热辐射称为黑体辐射。
黑体模型
14
2024年7月18日
二、普朗克(Planck)辐射定律
普朗克定义了一个常数(h)，给出了黑体辐射的能量 （Q）与频率（υ）之间的关系：
Q=h·υ＝ h·c/λ
c=υ·λ=频率×波长
h ——普朗克常数，6.626×10-34 焦·秒（J·S） c ——电磁波速率，3×108 m/s
17
2024年7月18日
五、维恩(Wien)位移定律
黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与绝对温度T的 乘积是常量：
max T b
分 0.8 光 谱 0.6 辐 射 0.4 通 量 0.2 密 度
02
2024年7月18日
b : 常数，2.8978×10-3 m·K
900k
随着温度的升高，辐射
红外线的划分：
近红外：0.76～3.0µm，与可见光相似。 中红外：3.0～6.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 远红外：6.0～15.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 超远红外：15.0～1000µm，多被大气吸收，遥感探测器一
般无法探测。
11
2024年7月18日
散射降低了传感器接收遥感数据的质量，造成遥感图 像模糊不清，影响遥感判读。
散射主要发生在可见光区,是太阳辐射衰减主要原因。
大气散射的主要形式(三种)：
1、选择性散射——散射强度与波长有关
（1）瑞利散射：d <<λ(d 是粒子直径,λ是被散射光波长)
•瑞利散射是造成遥感图像辐射畸变、图像模糊的主要原因。它降低了图 像的“清晰度/对比度”，使彩色图像带有蓝灰色。 •高空摄影机多采用滤光片阻止蓝紫光透过，来提高影像的清晰度。
黑体模型
14
2024年7月18日
二、普朗克(Planck)辐射定律
普朗克定义了一个常数(h)，给出了黑体辐射的能量 （Q）与频率（υ）之间的关系：
Q=h·υ＝ h·c/λ
c=υ·λ=频率×波长
h ——普朗克常数，6.626×10-34 焦·秒（J·S） c ——电磁波速率，3×108 m/s
17
2024年7月18日
五、维恩(Wien)位移定律
黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与绝对温度T的 乘积是常量：
max T b
分 0.8 光 谱 0.6 辐 射 0.4 通 量 0.2 密 度
02
2024年7月18日
b : 常数，2.8978×10-3 m·K
900k
随着温度的升高，辐射
红外线的划分：
近红外：0.76～3.0µm，与可见光相似。 中红外：3.0～6.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 远红外：6.0～15.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 超远红外：15.0～1000µm，多被大气吸收，遥感探测器一
般无法探测。
11
2024年7月18日
散射降低了传感器接收遥感数据的质量，造成遥感图 像模糊不清，影响遥感判读。
散射主要发生在可见光区,是太阳辐射衰减主要原因。
大气散射的主要形式(三种)：
1、选择性散射——散射强度与波长有关
（1）瑞利散射：d <<λ(d 是粒子直径,λ是被散射光波长)
•瑞利散射是造成遥感图像辐射畸变、图像模糊的主要原因。它降低了图 像的“清晰度/对比度”，使彩色图像带有蓝灰色。 •高空摄影机多采用滤光片阻止蓝紫光透过，来提高影像的清晰度。
遥感技术基础遥感物理基础ppt课件
◇地物的反射类别 方向反射 (directional reflection)
• 由于地形起伏和地面结构的复杂性，往往在某
些方向上反射最强烈，这种现象称为方向反射。
对于地形起伏和地面 结构复杂地区，为方向反 射。
.
29
遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
§ 2-3 物体的反射辐射
◇地物的光谱反射特性
反射率（reflectivity）ρ：
• 物体反射的辐射能量Pρ占总射能量P0的百
分比，称为反射率ρ ：
P 100%
P0
• 不同物体的反射率不同，这主要取决于物体本
身的性质（表面状况），以及入射电磁波的波 长和入射角。利用反射率可以判断物体的性质。
.
30
遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
.
20
遥感物理基础>物体的发射辐射（ Emission ）
§ 2-2 物体的发射辐射
◇一般物体的发射辐射
发射率（emissivity）ε： – 物体的光谱发射能量与同一条件下黑体发射能
量之比，称为发射率ε。 – 发射率随物质的介电常数、表面的粗糙度、温
度、波长、观测方向等条件变化，取0到1之 间的值。
§ 2-3 物体的反射辐射
◇地物的光谱反射特性
• 不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙
漠、湿地、小麦的光谱曲线
• 任何同类地物的反射光谱具有相似性，但也有
差异性。并且地物的光谱特性具有时间特性和 空间特性。。
.
32
遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
§ 2-3 物体的反射辐射
◇遥感应用的电磁波波谱段
• 由于地形起伏和地面结构的复杂性，往往在某
些方向上反射最强烈，这种现象称为方向反射。
对于地形起伏和地面 结构复杂地区，为方向反 射。
.
29
遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
§ 2-3 物体的反射辐射
◇地物的光谱反射特性
反射率（reflectivity）ρ：
• 物体反射的辐射能量Pρ占总射能量P0的百
分比，称为反射率ρ ：
P 100%
P0
• 不同物体的反射率不同，这主要取决于物体本
身的性质（表面状况），以及入射电磁波的波 长和入射角。利用反射率可以判断物体的性质。
.
30
遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
.
20
遥感物理基础>物体的发射辐射（ Emission ）
§ 2-2 物体的发射辐射
◇一般物体的发射辐射
发射率（emissivity）ε： – 物体的光谱发射能量与同一条件下黑体发射能
量之比，称为发射率ε。 – 发射率随物质的介电常数、表面的粗糙度、温
度、波长、观测方向等条件变化，取0到1之 间的值。
§ 2-3 物体的反射辐射
◇地物的光谱反射特性
• 不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙
漠、湿地、小麦的光谱曲线
• 任何同类地物的反射光谱具有相似性，但也有
差异性。并且地物的光谱特性具有时间特性和 空间特性。。
.
32
遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
§ 2-3 物体的反射辐射
◇遥感应用的电磁波波谱段
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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： D D D tg lg H lg H lg H
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。
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。
—角频率（Frequency, corresponding to periodicity, its reciprocal）
— 初相位（initial Phase)
V—速度（Velocity)
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
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。
第二章 遥感物理基础
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”
第二章 遥感物理基础
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
Selective Absorption-选择性吸收
氧（O2）吸收带：主要吸收波长小于0.2um的太阳辐射，其中 臭氧（O3）吸收带：一个是波长0.2—0.36um的强吸收带，
另一个是0.6um处对太阳的最强吸收。臭氧主要分布在30km高度附近， 因此对高度小于10km的航空遥感影响较小，主要对航天遥感有影响。 其中红外部分是强烈吸收，所以大气中水汽对红外遥感影响最大。
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）
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
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）
第二章 遥感物理基础
一、电磁波（Electromagnetic Wave） 交变的电场和交变的磁场交替激发，相互套环向远方传播的运动形式，就称为电磁波
A sin t kx
描述参数：A—振幅（Amplitude, reflecting the energy of this wave）
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
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
第二章 遥感物理基础
四、大气对太阳辐射的效应 1 太阳辐射 是地球上能量的主要来源 约5.1×1024 J是遥感的主要辐射源 光源和热源。太阳辐射主要集中在0.3—3um. 2 大气组成 大气对电磁波传输过程的影响包括5个方面：散射（Scattering）、吸收 （Absorption）、扰动（Turbulence）、折射（Refraction）和偏振 （Polarization），而对于遥感数据而言，最主要的因素是散射和吸收 。由于大气 分子和气溶胶粒子的影响，太阳辐射的电磁波在大气层传输时一部分被吸收， 一部分被散射，剩下的部分穿过大气层到达地面；地物反射或本身辐射的电磁波 部分被吸收，部分被散射，部分到达传感器的接收系统；大气本身的反射或辐射 同时也进入传感器。所以，传感器接收的电磁波辐射既有地物的辐射又有大气的 辐射——“综合辐射”，其中地物辐射是所需要的“信号-Signal”，大气辐射是遥感过程 应当尽量减弱其效应的“噪声-Noise”，由于综合辐射，就会降低遥感图像的“信噪比” （Signal to Noise Ratio， S/N比），表现为图像模糊。 气态成分：N2、O2、H2O、CO、CO2、CH4、O3等 固态成分：尘埃、冰晶、盐晶、气溶胶等 3 大气厚度对太阳辐射的影响 4大气对太阳辐射的吸收作用（选择性吸收，Selective Absorption）
3 红外（Infrared） 0.76um—100um
第二章 遥感物理基础
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
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。
Paper print enlargement
Contact printing
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
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
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。
第二章 遥感物理基础
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？