遥感导论：第二章 电磁辐射与地物波谱特征
遥感概论ppt课件第二章--电磁辐射与地物光谱特征
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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 电磁波谱与地物波谱特征ppt课件
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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。
遥感导论-习题及参考答案第二章 电磁辐射与地物光谱特征答案
第二章电磁辐射与地物光谱特征·名词解释辐射亮度：由辐射表面一点处的单位面积在给定方向上的辐射强度称为辐射亮度。
普朗克热辐射定律：在一定温度下，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为B(λ，T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1灰度波谱：用该类型在该波段上的灰度值反应的波谱曲线黑体辐射：任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领，为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。
电磁波谱：将电磁波按大小排列制成图表。
太阳辐射：太阳射出的辐射射线瑞利散射：大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射地球辐射：地面吸收太阳辐射能后，向外辐射的射线。
地物波谱特性：各种地物因种类和环境条件不同,都有不同的电磁波辐射或反射特性反射率：地物反射能量与入射总能量之比。
比辐射率：某一物体在一特定波长和温度下的发射辐射强度与理想黑体在相同波长和温度下所发射的辐射强度之比。
后向散射·问答题地球辐射的分段特性是什么？当太阳辐射到达地表后，就短波而言，地表反射的太阳辐射成为地表的主要辐射来源，而来自地球本身的辐射，几乎可以忽略不计。
地球自身的辐射主要集中在长波，即6um以上的热红外区段，该区段太阳辐射的影响几乎可以忽略不计，因此只考虑地表物体自身的热辐射。
两峰交叉之处是两种辐射共同其作用的部分，在2.5~6um，即中红外波段，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。
什么是大气窗口?试写出对地遥感的主要大气窗口答：大气窗口的定义：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段成为大气窗口。
包括：部分紫外波段，0.30mμ~0.40mμ，70%透过。
全部可见光波段，0.40mμ~0.76mμ，95%透过。
二章电磁辐射与地物光谱特征-资料
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。
第二章电磁辐射与地物波谱特征
第二章电磁辐射与地物波谱特征电磁辐射（Electromagnetic Radiation）是一种包括可见光、红外线、紫外线、无线电波等各种波长的能量传播方式。
它是电磁场在空间中传播形成的波动现象。
地物波谱特征则是指地球表面物体在不同波长的电磁辐射下所表现出的不同特征。
电磁辐射具有波动性和小粒子性的双重本质，速度等物理特性由自由空间的固有性质决定。
它在空间中的传播速度近似为光速，即每秒约30万公里。
电磁辐射的波长与频率呈反比关系，波长越长频率越低，波长越短频率越高。
根据波长的不同，电磁辐射被分为不同的区域，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
地物波谱特征是指地球表面物体在不同波长的电磁辐射下所表现出的不同特征。
不同物体对电磁辐射的散射、吸收和反射特性不同，因此它们在不同波长下的反射率也会有所差异。
通过对这些反射率的观测和分析，可以研究地球表面的物质组成和结构。
在可见光波段下，地物的颜色和明暗程度是反射率的重要特征。
例如，植被通常呈现绿色，因为植被对绿色光的吸收率较低，反射率较高。
而水体则呈现蓝色，因为水对蓝色光的吸收较少，反射率较高。
在红外线波段下，地物的辐射特征主要与物体的温度有关。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，物体的辐射功率与温度的四次方成正比。
因此，相同温度下的物体，辐射功率也会有所差异。
通过红外线遥感技术，可以测量物体的表面温度，以及区分不同物体的各个部分的温度差异。
在微波和雷达波段下，地物的散射特征是研究的重点。
微波和雷达波可以穿透云层和雾霾，因此在大气透明波段具有独特的优势。
微波与地物的相互作用主要是散射和吸收。
地面、植被和建筑物等物体对微波有不同的散射特征，可以通过微波遥感技术获取地物的三维结构信息。
总之，电磁辐射与地物波谱特征密切相关。
通过对不同波长电磁辐射的观测和分析，可以研究地球表面的物质组成、结构和温度等特征。
这对于遥感技术的应用具有重要意义，可以广泛应用于气候变化、环境保护、资源调查和自然灾害监测等领域。
第二章 电磁波谱与地物波谱特征
返回 下一节
§2 太阳辐射
在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。
太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，
从太阳光谱曲线可以看出(…)：
太阳光谱相当于6000
K的黑体辐射； 太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～ 0.76 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 µm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； 本节结束 各波段的衰减是不均衡的。 返回 下一节
五、大气窗口
折射改变了太阳辐射的方向，并不改变太阳辐射的强度。 因此，就辐射强度而言，太阳辐射经过大气传输后，主要是 反射、吸收和散射的共同影响衰减了辐射强度，剩余部分即 为透过的部分。对遥感传感器而言，只能选择透过率高的波 段，才对观测有意义。
通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的， 透过率较高的波段称为大气窗口。 大气窗口的光谱波段主要有： 0.3～1.15um，即紫外、可见光、近红外波段 1.3～2.5um和3.5～5.0um，即近、中红外波段
BACK
概念：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波
段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我们 就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫大气窗口。
紫外可见光 0.3～1.3 μm 近红外 近红外 近-中红外 中红外 远红外 微波 1.5～1.8 μm 2.0～3.5 μm 3.5～5.5 μm 8～14 μm 0.8～2.5cm
§1 遥感的电磁波原理
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
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。
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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
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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
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一、电磁波谱
波 电磁波及其性质 电磁波谱
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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。
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电磁波
概念：电磁振荡在空间的传播。
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电磁波的基本属性
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征
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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
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02_遥感技术导论_第二章 电磁辐射及物体的波谱特性
2πhc 1 M λ ( , T ) hc / kT 5 λ e 1
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式中，c为真空中的光速； k为玻尔兹蔓常数，k=1.3810-23 J/K； h为普朗克常数，h=6.63 10-34 Js； M为辐射出射度。单位为w cm2 m1
第二章 遥感的理论基础—电磁辐射与地物光谱特性
第二章 遥感的理论基础—电磁辐射与地物光谱特性
图2-4 遥感种常用的大气窗口
第二章 遥感的理论基础—电磁辐射与地物光谱特性
4.地物的光谱特性 （1）意义： 地物的光谱特性是RS技术的重要理论基础。因为它既为传感器工作波 段的选择提供依据，又是RS数据正确分析和判读的理论基础，同时也可作 为利用电子计算机进行数字图象处理和分类时的参考标准。 （2）含义： 自然界中的任何地物都具有本身的特有规律，如具有反射、吸收外来 的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性；具有发射红外线、 微波的特性（都能进行热辐射）；少数地物具有透射电磁波的特性。 地物的反射光谱特性： 反射率大小与入射光的波长、入射角大小及地物表面粗糙度等有关。 其中，地物的反射率随入射波长变化的规律是地物反射光谱特性的主要反 映。一般地，反射率大，传感器记录的亮度值大，在象片上呈现的色调浅； 反之，反射率小，传感器记录的亮度值小，在象片上呈现的色调深。
0.01～ 0.38m
0. 38～ 0.76m 0.76～3m 3～6m 6～15m 15～1000m 1～10mm
蓝
青 绿
黄
橙 红
厘米波
分米波
1～10cm
1～10dm
第二章 遥感的理论基础—电磁辐射与地物光谱特性
3.大气窗口： 电磁波在进入地球之前必须通过大气层，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，22%被大气散射。 仅有31%的太阳辐射直射到地面。 大气吸收：太阳辐射穿过大气层时，大气分子对电磁波的某些波段由吸收作 用，引起这些波段太阳辐射强度的衰减，甚至某些波段的电磁波完全不能通 过大气，从而形成了在太阳辐射到达地面时电磁波的某些缺失带。 大气散射：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，称为散射。散射造成太阳辐射的衰减，散射的强度与波长密切相关。 对于大气分子、原子引起的瑞利散射主要发生在可见光和近红外波段； 对于大气微粒引起的米氏散射从近紫外到红外波段都有影响，特别是对 红外波段的影响； 大气云层中，对可见光只有无选择性散射，云层越厚，散射越强，而对 微波来说，则属于瑞利散射，波长越长散射强度越小。
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
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
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
遥感原理与应用 2电磁辐射与地物光谱特征
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ASD光谱仪
– 光谱范围：350~1050nm – 积分时间：用户可选，2n×17 ms， n = 0,1…15 – 扫描平均：最多可选31,800次光谱平均 – 光谱分辨率：3nm – 采样间隔：1.4nm – 数据间隔：1nm – 等效辐射噪声：NE∆L – 波长精度：+/-1nm – 波长重复性：+/-0.02nm – 重复性：优于0.3% – 杂散光：优于0.02%
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影响地物光谱反射率变化的因素
– – – – – – – – – 太阳位置：高度角、方位角 传感器位置：观测角、方位角 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：植物病虫害 大气状况
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地物波谱特性的测量
– 作用
• 传感器波段选择、验证、评价的依据； • 建立地面、航空和航天遥感数据的关系； • 将地物光谱数据与地物特征进行相关分析并建立应用 模型。
（土壤、花期、灌浆期、乳熟期、叶黄期）
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病虫害对植物光谱特征的影响
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土壤
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不同含水量对土壤光谱特征的影响
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水体
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岩石
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到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量
– 地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。 – 物体的反射
• 实际物体的反射方式：介于镜面反射和漫反射之间。
电磁辐射与地物光谱特征
面辐射源，在某一方向，单位投影表面、单位立体 角内旳辐射通量称为辐射亮度：
L ( Acos )
θ
通量 Φ
面辐射源 A 图中出射辐射亮度是多少？
辐射亮度（L）旳单位是瓦 / 米²•球面度 （W/m² • Sr）
、黑体辐射
1. 热辐射现象：固体或液体，在任何温度下都在发射多
种波长旳电磁波，这种因为物体中旳分子、原子受到激发 而发射电磁波旳现象称为热辐射。所辐射电磁波旳特征仅 与温度有关。
瑞里—金斯公式：黑体辐射旳微波功率与温度成正比，
与波长旳平方成反比。
微波波段与红外波W段(l发) 射2l率k2T旳比较：不同地物间微
波发射率差别比红外发射率要明显得多；在可见光和红外 波段中不易辨认旳地物，在微波波段中则轻易辨认。
、黑体辐射
3、实际物体旳辐射
实际物体旳辐射不同于绝对黑体旳辐射，在相同温度下， 实际物体旳辐射出射度（辐射通量密度）比绝对黑体旳要低。
太阳常数：不受大气影响，在距离太阳一种天文单位（日 地平均距离，149,597,870*103m）旳区域内，垂直于太阳辐 射方向上单位面积和单位时间黑体所接受到旳太阳辐射能 量。
是在地球大气顶端接受旳太阳能量，没有大气影响
I=1.95 cal/cm2•min=1.360*103 W/m2 32
2.2 太阳辐射及大气对辐射旳影响
2.1.1 电磁波谱—不同电磁波旳特点
The Electromagnetic Spectrum
• Wavelength Units
Meters，More commonly in nanometers (1 nm = 10-9 meters)
Angstroms still used
Named for Swedish Astronomer who first named these wavelengths 1 nanometer = 10 Ao
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二、电磁波谱
1. 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。
在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其次是 红外线、可见光、紫外线、X射线；波长最短的是γ
射线
电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。
无线电波是振荡电路中自由电子作周期性的运动产生 的．红外线是由于分子的振动和转动能级跃迁时产生的.可 见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的． X射线是原 子内层电子受激发产生的．γ射线是原子核受激发产生的．
• 遥感技术得以实现的基础就是不同地物具有不 同的吸收、反射和发射电磁辐射能力。
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
本章主要内容
➢ 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
第一节 电磁波谱与电磁辐射
❖电磁波及其特性 ❖电磁波谱 ❖电磁辐射的度量 ❖黑体辐射
一、电磁波及其特性
3．偏振 （Polarization）
通常把电场振动方向的平面称为偏振面。若偏振面方向固定， 不随时间而改变，则为线性偏振（线性极化或平面极化）。沿一个固 定方向振动的光为偏振光。
一些人造“光源”（如激光和无线电、雷达发射）常有明确的极 化状态；太阳光是非偏振光（所有方向的振幅相等，无一优势方向）； 介于两者之间的为部分偏振光--许多散射光、反射光、透射光均属 此类。
3）电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主
要表现为波动性 Asint kx ；在与物质相互作用时，
主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。
❖ 波动性：把电磁振动的传播作为光滑连续的波对待， 用波长、频率、振幅等来描述。
❖ 粒子性：把电磁辐射能分解为非常小的微粒子---光 子，其能量大小用频率来描述。
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
电磁波在介质中的传播速度 V 为：
V C
1 1
C 为光速 3×108 米/秒
可见，电磁波在介质中的传播速度V总 是小于在真空中的传播速度C
❖ 光是电磁波的一个特例 • 光的波动性 --- 表现在光的干涉、衍射、偏振和色散
等现象中； • 光的粒子性 --- 表现在光电效应、黑体辐射等现象中。
❖ 波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短， 辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性 愈明显。
电磁辐射 --- 波动性
1．干涉 （interference）
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”。
电磁辐射 --- 粒子性
普朗克用模型来说明光电效应，并指出电磁辐射能量Q 的大小直
接与电磁辐射的频率ν 成正比，可表示为： Q h
（h 为普朗克常数，取值为6.626×10-34 焦耳·秒）
已知 C ，则可得： Q hc /
可见，辐射能量 Q 与它的波长λ成反比。即电磁辐射波长越长,
其辐射能量越低。这对遥感是有重要意义的，如地表的微波发射要 比热红外辐射低（更难感应）。
干涉现象中，在波的交叠区有的 地方振幅增加，有的地方振幅减小， 振动强度（取决于程差与波长的关系） 在空间出现强弱相间的固定分布， 形成干涉条纹。
干涉滤光片、透镜组、干涉雷达 天线等，均应用了波的干涉原理。
光的干涉
2．衍射 （diffraction）
波在传播过程中遇到障碍物时，在障碍物的边缘一些波偏 离直线传播而进入障碍物后面的“阴影区”的现象称为“衍 射现象”。这是由于障碍物引起波的振幅或相位的变化，导 致波在空间上振幅或强度重新分布的现象。如 光通过小孔， 在孔后的屏上出现的不是一个亮点，而是一个亮斑。其亮斑 周围有逐渐减弱的明暗相间的圆环。其亮斑的大小（衍射角 θ）与小孔的直径 d 成反比，与波长λ成正比，即
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
• 遥感的理论基础就是物体的电磁辐射，电磁辐 射是能量传播的一种形式。被动遥感系统中的 主要辐射源是太阳，太阳辐射出的电磁波能量 穿过大气层达到地表，被地物吸收、透射，一 部分被反射后又经大气吸收、散射到达传感器， 被记录成遥感资料和图象。此外，所有温度高 于绝对零度的物体也都向外发射电磁辐射。所 以电磁辐射是传感器与远距离物体之间联系的 环节。
电磁波的“粒子性”是指电磁辐射除了它的连续波动状态 外，还能以离散形式存在，其离散单元称为 光子 或 量子。
大量实验证明，光照射在金属上能激发出电子，称为光电 子。光电子的能量与光的强度、光照的时间的长短无关，而 仅与入射光的频率有关。
光电倍增管、电视摄象管等Q光电h器c件/ ，正是运用光电效
应原理制作的。 光电效应现象用光的波动性是无法解释的。
电磁波在反射、折射、吸收、散射过程中，不仅其强度发生变 化，其偏振状态也往往发生变化。这种偏振状态的改变也是一种可 以利用的遥感信息。
线性极化类型
任一振动方向的电磁波总可以分解为两个特定的偏振（极化）方 向。电矢量E的振动面垂直入射面的线偏振称为水平极化，平行入射 面的线偏振称为垂直极化。
电磁辐射 --- 粒子性
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” ）。
1. 波的概念：波是振动在空间的传播。
演 示
2. 机械波：声波、水波和地震波 3. 电磁波（ElectroMagnetic Spectrum )
由振源发出的电磁振荡在空磁场之间相互联系传播的：原 理
λ h
电磁振源
传播方向
E: 电场、H: 磁场、λ: 波长、h: 振幅