遥感导论第二章张明华

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。
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。
σ：斯蒂芬-玻尔兹曼常数，5.6697土0.0029 7 T ：黑体绝对温度
3 维恩定律
黑体热辐射的峰值波长与绝对温度成反比：
λmax：为某一温度下辐射能量的峰值波长； B = 2879.8 （um.k)。
二、地物的热辐射特征
1 地物发射率 自然界中黑体辐射是不存在的，一般地物的辐
射要比黑体辐射小。地物的发射率是指地物单位
一、 地物的反射光谱特征
二、 地物的发射光谱特征
一、地物反射光谱特征
辐射能量入射到任何地物表面上，一部分被反射 ；一部分被吸收，还有一部分透射穿过地物。根 据能量守恒定律可得：
Pλ=Pρ+Pα+Pτ
Pλ总能量；Pρ反射能量；Pα吸收能量；Pτ透射能量。
除以Pλ，则有：
ρ+α+τ=1
ρ、α、τ分别为反射率、吸收率、透射率
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
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
一、电磁波
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。
臭氧（O3）：
对太阳辐射能量吸收很强。 在0.2-0.36μm 和0 .6μm附近有两个吸收带，臭氧主要分布在30km 高度附近，因而对高度小于10km的航空遥感影响 不大，而对航天遥感能量最强的介质。从可见光、红 外直至微波波段，都有水汽的吸收带。主要吸收带 是处于红外线和可见光中的红光波段内，其中红外 部分吸收最强。在0.5-0.9μm有四个窄吸收带，在0 .95-2.85μm有5个宽吸收此外，在6.25μm附近有一 个强吸收带。
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。
2.2 大气层对电磁辐射的影响
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。
红外线
波长范围为0.76—1000μm 。 分为： 近红外（ 0.76-3.0 μm ） 中红外（ 3.0-6.0μm ） 远红外（ 6.0-15.0μm ） 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。
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60 0-800ºC。
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。
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。
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。
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。
面积上辐射能量W与同一温度下同面积黑体辐射
能量之比值。
地物发射率地物种类、表面状态、温度等有关 ，而且与波长有关。
2 基尔霍夫定律
在任一给定的温度下，地物单位面积上的辐射能量W和吸收 率a之比，对任何地物都是一个常数，等于该温度下同面积 黑体辐射能量。
一、 太阳辐射 二、 大气层对电磁辐射的影响 三、 大气窗口
一、太阳辐射
太阳辐射是地球及大气电磁辐射的能源，也是被 动式遥感系统中主要的辐射源。 太阳表面温度约有6000 K。与5800K的理想黑体 所产生的光谱曲线很相似。 太阳辐射能主要集中在0.3--3.0μm。 最大辐射强度位于波长0.47μm左右。 太阳辐射总能量的46％集中在0.4一0.76μm间的 可见光波段。
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14.5μ m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 。
λ为波长
T为绝对温度
不同温度下的黑体光谱曲线：
不同温度下，有不同的发射光谱；
辐射能量随波长连续变化，曲线只有一个最大值 ；
温度愈高，辐射通量密度也愈大；
不同温度的曲线是不相交的；
随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长移向 短波方向。
2 斯蒂芬－尔兹曼定律
单位面积单位时间全部波长范围内的辐射总 能量：
灰体：其ελ＝ε=常数＜1(因而吸收率α＜1，ε不 随波长变化。
选择性辐射体：其ελ随波长而变化，而且ελ＜1 （因而吸收率a也随波长变化，并且a＜1。
1 普朗克定律：
黑体辐射能量是温度的函数：
Wλ：为单位面积单位时间单位波长区间辐射能量，
h：为普朗克常数=（6．62560.0005）； K：为玻尔兹曼常数=（1.38054土0.00018）； e：为自然对数的底= 2.718； C为光速；λ为波长；T为绝对温度；
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。
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。
植被的光谱特征
土壤光谱特征
水体光谱特征
岩石光谱特征
不同地物，反射率不同。 同一物质，不同存在形态，反射率不同。 同一类地物，反射光谱曲线相似，但又存在差异。 反射率与影像色调：反射率高，色调浅。
3 影响反射率的因素
表面的粗糙程度； 表面的风化程度； 含水性； 光照度；阴坡、阳坡； 植被发育程度。
2 大气成分
由气体、水蒸气和悬浮的微粒混合组成。 气体：N2、O2、H2O、CO、CO2、N2O、CH 4、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。
二、 地物的发射光谱特征
任何地物当温度高于绝对温度0度时，就存在 着分子热运动，都向周围空间辐射能量。地物发 射电磁波的能力是以发射率作为测量标准，而地 物的发射率又是以黑体辐射作为基准。
一、热辐射基本定律
物体根据吸收率的大小分为：黑体、灰体、选择 性辐射体。
黑体：其ελ＝ε=1，不随波长变化。
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。
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。
1 地物反射率
不同地物对入射光的反射能力是不一样的，通常采用反 射率（或反射系数）来表示。反射率等于地物的反射能量 与入射的总能量的比值，通常用百分数表示。
ρ= Pρ/Pλ* 100%
2 地物反射光谱特征
地物反射率与入射光波波长密切相关，地物反射率是入 射电磁波波长的函数，这种函数关系称之为地物反射光谱 特征。可以用曲线表示，称之为地物反射光谱曲线。
主要的大气窗口：
0.3-1.3μm：
包括部分紫外（0.3-0.38μm）、可见光（0.4-0. 76μm）和部分近红外波段（0.76-1.3μm），属 于地物的反射光谱。对电磁波的透射率达90%以 上。可以采用摄影方式、扫描方式成像，胶卷感 光的波谱区间在0.32-1.32μm范围，超出这个波 谱范围则不能采用摄影方式成像。
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。
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。
二、大气层对电磁辐射的影响
1 大气层结构
在垂直方向上分： 对流层 平流层 电离层 大气外层