电磁辐射与地物光谱特征
遥感的基本概念汇总
红外
波长范围 0.7~14μ m，这一区间可以进一步划分为如下波段： 近红外(NIR)：0.7~1.5μ m 中红外(MWIR)：1.5~8 μ m 热红外(LWIR)：8~14 μ m
微波
(1GHz=109Hz) P 波段： 30~100 cm L 波段： 15~30 cm S 波段： 7.5~15 cm C 波段： 3.8~7.5 cm X 波段： 2.4~3.8 cm Ku 波段： 1.7~2.4 cm K 波段： 1.1~1.7 cm Ka 波段： 0.75~1.1 cm
电磁辐射与地物光谱特征
• 1 电磁波谱与电磁辐射
1.1 电磁波谱
把电磁波在真空中的波长按或频率按递增或递减顺 序排列,就构成了电磁波谱 可划分为: г射线、X射线、紫外线、可见光、红外 线、微波及无线电波都是电磁波
0.3 μm
1.0 μm
3.0 μm
10.0 μm
1 mm
1 cm
1m
紫外
近红外 中红外
热红外
Ka K Ku X C S
可见 微 波
L P
波长单位之间的换算关系为：1mm = 1000μm; 1μm = 1000nm
可见光
波长范围大约为 400nm(紫色)~700nm(红色)，可见光谱中的各种颜色成分大致 属于如下的波长区间： 红：610~700nm 橙：590~610nm 黄：570~590nm 绿：500~570nm 蓝：450~500nm 靛：430~450nm 紫：400~430nm
辐 射 通 量
波长
λ1- λ2间隔内的 Φ(λ1- λ2)? 总辐射通量Φ ？
分谱辐射通量的单位是瓦/微米（W/μm）
分谱？？？
分谱辐射通量 分谱辐照度、分谱辐射出射度 分谱辐射强度
遥感导论重要知识点
第一章绪论1遥感侠义：运用探测仪器;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综合性探测技术2遥感系统包括：被测目标的信息特征;信息的获取;信息的传输与记录;信息的处理;信息的应用3遥感的特点①大面积的同步观测②时效性③数据的综合性和可比性④经济性⑤局限性第二章电磁辐射与地物光谱特征1电磁波共性：①在真空中都以光速传播;传播速度都是相同的②遵守同一反射;折射;干涉;衍射及偏振定律③电磁波铺区段的界限是渐变的5电磁波性质：①是横波②在真空以光速传播③满足频率×波长=光速;能量=普朗克常数×频率④电磁波具有波粒二相性162电磁波：由振源发出的电磁振荡在空中的传播;是电磁振荡在空间传播; 3电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长或频率;递增或递减排列就构成了~..P154可见光波段对遥感有重要意义5辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能量..辐射通量是波长的函数..总辐射通量是各普段辐射通量之和或辐射辐射通量的积分值6辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能量7辐照度：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量8辐射出射度：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量9绝对黑体朗伯源：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..10绝对黑体不仅有最大的吸收率;也具有最大的发射率;却丝毫不存在反射11黑体辐射规律：①辐射通量密度随波长变化连续;每条曲线只有一个最大值②温度越高;辐射通量密度也越大;不同温度曲线不相交③随着温度增加;辐射最大值所对应的波长移向短波方向第二节太阳辐射及大气对太阳辐射的影响1太阳常数：指不受大气影响;在距太阳一个天文单位内;垂直于太阳光辐射方向上;单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量.. 太阳常数的变化不会超过1%2太阳光谱的特征①太阳辐射的光谱是连续光谱;但是有许多费吸收线②辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本相同③太阳辐射从近紫外到中红外这一波段区间能量最集中而且相对来说最稳定;太阳强度变化最小3太阳光谱特征对遥感的启示：1被动遥感主要利用可见光;红外等稳定辐射;使太阳活动对遥感的影响降到最小2由于大气的影响;需要对遥感影像进行矫正4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;并向各个方向散开;5散射使原来传播方向上的辐射强度减弱;而增加其他方向上的辐射;但通过二次影响增加了信号中的噪声成分;造成遥感图像的质量下降6散射现象的实质：电磁波在传输过程中遇到大气微粒而产生的一种衍射现象7常见的大气散射及其特点1瑞丽散射：大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射..主要由大气中的分子和原子引起特点：辐射强度与波长的四次方成反比;波长越长;散射越弱..解释：蓝天;朝霞;夕阳主要发生在：可见光和近红外波段2米氏散射：大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射.. 主要由大气中的微粒引起特点：辐射强度与波长的二次方程反比..云雾对红外线的散射主要是米氏散射..潮湿天气米氏散射影响大主要发生在：近紫外到红外都有影响3无选择性散射：大气中的粒子直径比波长大的多是发生的散射特点：散射强度与波长无关;即在符合无条件性散射的条件的波段中;任何波长的散射强度都相同解释：云雾白色主要发生在：可见光对微博来说;微波属于瑞丽散射的类型;辐射强度与波长四次方成反比;波长越长散射强度越小..所以;只有微波可能有最小辐射;最大辐射;被称为具有穿云透雾的能力8折射：电磁波穿过大气层时出现传播方向的改变..大气的折射率与大气密度相关;密度越大;折射率越大..离地面越高;空气越稀薄;折射越小9大气窗口：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10地球辐射的分段特性波段名称可见光与近红外中红外远红外波长0.3~2.5um 2.6~6um >6um辐射特性地表反射太阳辐射为主地表辐射太阳辐地表物体自身辐射为射和自身的热辐射11发射波谱曲线：温度一定时;物体的比辐射率随波长变化..表示这种变化的曲线称物体的发射波谱曲线12地物的反射波谱：地物反射率随波长的变化规律;地物反射波普曲线：地物反射波普曲线除随不同地物反射率不同外;同种地物在不同内部结构和外部条件下形态表现反射率不同..13影响太阳光谱变化的主要因素1太阳位置2传感器位置3地理位置4地物本身变异5时间和季节的变化第三章遥感成像原理与遥感图像特征1遥感平台：是搭载传感器的工具;根据运载工具的类型可分为航天平台高度在150KM之上;航空平台百米至十余千米不等;地面平台0~50米的范围内2气象卫星特点1轨道;气象卫星的轨道分为两种低轨和高轨;低轨就是近极低太阳同步轨道;简称极地轨道..南北向绕极地运转..与太阳同步.. 高轨是指地球同步轨道;卫星公转角速度和地球自转角速度相等..称作地球同步卫星或静止气象卫星2短周期重复观测3成像面积大;有利于获得宏观同步信息;减少数据处理容量4资料来源连续;时效性强;成本低3气象卫星的应用1天气分析和气象预报2气候研究和气候变迁的研究3资源环境其他领域3.2摄影成像1数字摄影根据探测波长的不同可以分为近紫外摄影;可我见光摄影;红外摄影;多光谱摄影2摄影机分为:分幅式和全景式3扫描成像：是依靠探测原件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位;进行的逐点逐行取样;以得到目标地物电磁辐射特性信息;形成一定谱段的图像.. 探测波段包括：紫外;红外;可见光;微波..成像方式1光/机扫描成像2固体扫描成像3高光谱成像光谱扫描4微波遥感：通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射;经过判读处理来识别地物的技术5微波遥感的特点1能全天候;全天时工作2对某些地物具有特殊的波段特征3对冰雪森林土壤有一定穿透力4对海洋遥感有特殊意义：海绵动态变化的观测5分辨率较低;但特征明显6中心投影的透视规律1地面物体是一个点;在中心投影上仍是一个点..如果有几个点同在同一投影线上;他的影像便重叠成一个点2与相面平行的直线;在中心投影上仍是一条直线;与地面目标的形状基本一样..平面上的曲线在地图投影上仍是一个曲线3水平面上的一个投影仍是一平面;垂直面的投影位于投影中心时呈一直线;在其他位置时;其侧面投影呈不规则的梯形7中心投影的像点位移：在中心投影的胶片上;地形的起伏;除引起胶片比例尺变化外;还会引起平面上的点位在相片位置上的移动;这种现象称为像点位移中心投影的像点位移规律：①位移量与地形高差h成正比;即高差越大引起的像点位移量也越大②位移量与像主点的距离r成正比..即距主点越远的像点位移量越大..像片中心部分位移量较小;③位移量与摄影高度成反比;即摄影高度越大;因地表起伏引起的位移量越小8遥感图像的特征：几何特征..物理特征;时间特征9遥感图像的分辨率分为：1空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小;即扫描仪的瞬时视场;或地面物体能分辨的最小单位..2光谱分辨率：指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔..时隔越小;分辨率越高3辐射分辨率：指传感器接收波谱信号时;能分辨的最小辐射度差..4时间分辨率：指对同一地点进行遥感采样的时间间隔;即采样的时间频率;也称重访周期第四章遥感图像处理10.38~0;76um波段能够引起人的视觉2严格来讲;只有能够被眼睛感觉到的;并产生视觉现象的辐射才是可见光辐射或可见光;简称光3亮度对比：视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比4颜色对比：在视场中;相邻区域的不用颜色的相互影响5白色光源亮度很高时看到的是白色;亮度很低看到的是发暗发灰;无亮度则看到黑色6颜色的性质由明度;色调;饱和度来描述..明度是人眼对光源或物体明亮程度的感觉；色调;是色彩彼此相互区分的特征；饱和度;是色彩纯洁的程度7黑白色只用明度来描述;不用色调;饱和度描述8互补色：两种颜色混合产生白色或灰色;这两种颜色就称为互补色..如黄和蓝;红和青;绿和品红9三原色：若三种颜色其中的任一种都不能由其余两种颜色混合相加产生;这三种颜色按一定比例混合;可以形成各种色调的颜色;则称之为三原色.. 加法三原色.;红绿蓝10颜色的减法原则：白色光线先后通过两块滤光片的过程就是~~11减法三原色;即加法三原色的补色;即黄;品红;青色..颜色相加相减原理第二节数字图像的校正1数字图像：能够被计算器存储;处理和使用的图像..数字图像常用数组和矩阵来表示2光学图像又称作模拟量;模拟图像又称作数字量;他们之间的转换称模/数转换;记作A/D转换;反之称为数模转换;记作转换.. 数字量与模拟量的本质区别在于模拟量是连续变量而数字量是离散变量3矩阵中的每一元素代表图像中的一个像元4数字图像中的像元值可以是整型;实型和字节型..字节最常用5辐射强度在图像上就是亮度值灰度值;该值主要受两个物理量影响1太阳辐射照射到地面的辐射强度2地物的光谱反射率..6辐射畸变：当太阳辐射相同时;图像上像元亮度值的差异直接反应地物目标光谱反射率的差异..实际测量时;辐射强度值受到影响发生改变;这一改变的部分就是需要矫正的地方;即为~~6引起辐射畸变有两个原因1传感器仪器本身产生的误差2大气对辐射的影响7直方图最小值去除法：首先确定图像上确实有辐射量度或反射亮度应为零的地区;校正时将每一波段;每个像元的亮度都减去本波段的最小值..使图像亮度动态范围得到改善;对比度增强;从而提高了图像质量7直方图的特点：1一副图像只能对应一个直方图;一副直方图可对应多幅图像2可强有力的变现图像反差与反射率8直方图的作用：每一幅影像都可以求出其像元亮度值的直方图..观察直方图的形态可以粗略的分析影像的质量9当遥感图像在几何位置上发生了变化;产生诸如行列不均匀;像元大小与地面大小对应不准确;地物形状不规则变化等畸变时;说明遥感影像发生了几何畸变10遥感影像畸变的原因1遥感平台位置和运动状态变化的影响2地势起伏的影响3地球表面曲率的影响4大气折射的影响5地球自转的影响11为了确定矫正后图像上每点的亮度值;有三种方法：最近邻法;双向线性内插法;三次卷积内插法最近邻法优点：简单易用计算量小;在几何位置上精度为﹢—0.5像元：缺点：处理后图像的亮度具有不连续性;从而影响精度双向线性内插法优点：与最近邻法相比精度明显提高;缺点：计算量增加;会对图像起平滑作用;从而使对比度明显的分界线变得模糊三次卷积内插法优点：计算较简单;有一定的亮度采样精度：缺点：图像略变模糊第三节数字图像增强1图像增强处理的主要方法：对比度扩展;空间滤波;图像运算;多光谱变换1对比度变化的方法：①线性变换为了改善图像的对比度;在运算过程中有一个变换函数..如果变换函数是线性的或分段线性的;这种变换就是~~分段线性变换：为了更好的调节图像的对比度;需要在一些亮度的段拉伸;而在另一些亮度段压缩;这种变换称为~~②非线性变换当变换函数是非线性时..常用的有指数变换和对数变换指数变换的意义：在亮度值较高的部分扩大亮度间隔;属于拉伸;在亮度值较低的部分缩小亮度间隔;属于压缩.. 对数变换的意义：在亮度值较低的部分拉伸;在亮度值较高的部分压缩.. 2空间滤波：是以实现重点突出图像上的某些特征为目的;如边缘;纹理等通过像元与其周围相邻像元的关系;采用空间域中的邻域处理方法..属于一种几何增强处理;包括平滑和锐化3图像卷积运算：是在空间域上对图像做局部检测的运算;以实现平滑和锐化的目的.. 二维的卷积运算是在图像中使用模版来实现运算的4平滑：图像中出现某些亮度变化过大的区域;或出现不该有的亮点时采用平滑的方法可以减小变化;使亮度平缓或去掉不必要的“噪声”点..有均值平滑和中值平滑两种5锐化作用：①突出图像的边缘;线状目标或某些亮度变化率大的部分②通过锐化直接提取出需要的信息6数字图像彩色变换的方法：单波段色彩变换;多波段色彩变换;HLS变换7假彩色合成：根据加发彩色合成原理;选择遥感影像的某三个波段;分别赋予红绿蓝三种颜色;就可以合成彩色影像..由于原色的选择与原来遥感波段代表的真实颜色不同;因此生成的合成色不是地物真实的颜色;这种合成即为~~8标准假彩色合成：绿波段赋蓝;红波段赋绿;红外波段赋红的合成方案9图像运算差值运算作用：1有利于目标与背景反差较小的信息提取2常用于研究同一地区不同时相的动态变化3突出边缘或线状地物10比值运算作用：1可以检测波段的斜率信息并加以扩展;以突出不同波段间地物光谱的差异;提高对比度2去除地形影响3还有其他多方面的作用;比如研究浅海区的水下地形;土地富水性差异;等第五章遥感图像目视解译与制图1遥感图象目视解译的概念：专业人员;通过直接观察或借助辅助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程2遥感图像计算机解译的概念：以计算机系统为支撑环境;利用模式识别技术或与人工智能技术相结合;根据遥感图像中目标地物的各种影像特征;结合专家知识库中目标地物的解译经验和成像规律等知识进行分析和推理;实现对遥感图像的理解;完成对遥感图像的解译3TK遥感图像目标地物识别特征：色调;颜色;阴影;形状;纹理;大小;位置;图型;相关布局4TK遥感图像摄影像片的种类：可见光黑白全色像片;黑白红外像片;彩色像片;彩红外像片;多波段摄影像片;热红外摄影像片5直接判读标志：能够直接反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征简介解译标志：能够间接反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征;借助它可以推断与某地属性相关的其他现象6水体和植被在彩虹外和黑白红外即近红外波段像片上的色调特征：7遥感扫描影像特征：1宏观综合概括性强2信息量丰富..遥感影像采用多波段记录地表各种地物的电磁波信息;含有多波段;且每个波段都提供了丰富的信息3动态观测;时效性强8遥感影像的主要解译方法：遥感影像的判读要遵守“先图外;后图内;先整体;后局部;勤对比;多分析”的原则1“先图外;后图内”是指遥感扫描影像判读时;首先要了解影像图框外提供的信息;然后再对影像判读2判读时遵循“先集体;后局部”的原则;做整体的观察;了解各种地理要素在空间上的练习;综合分析目标地物与周围环境的关系3由于多光谱扫描影像可以同时获取多个波段的扫描图像;因此;要“勤对比;多分析”..多个波段对比;不同时相对比;不同地物对比9微波影像的应用：1海洋环境调查2地质制图和非金属矿产资源调查3洪水动态监测与评估4地貌研究和地图测绘5军事侦查10微波影像的判读方法：1由已知到未知的方法2对微波影像进行投影纠正3对微波影像进行立体观察;获取不同地形或高差11目标解译方法1直接判读法..根据遥感影像目视判读直接标志直接确定目标地物属性与范围2对比分析法..此方法包括同类地物对比分析法;空间对比分析法;时相动态对比法3信息复合法..利用透明专题图或者透明地形图与遥感图像重合;根据专题图或地形图提供的多种辅助信息;识别图像上目标地物4综合推理法..综合考虑遥感图像多种解译特征;结核生活常识;分析推断目标地物5地理相关分析法..借助专业知识分析推断12遥感图象目视解译步骤1目视解译准备工作阶段..明确任务;搜集资料2初步解译与判读区的野外考察3室内详细判读4野外验证与补判5目视解译成果的转绘与制图13遥感影像地图的概念：是一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况的地图与普通地图相比的特点一丰富的地面信息二内容层次分明三图面清晰易读14遥感影像制图的特点：一丰富的信息量二直观形象性三具有一定数学基础四现势性强15计算机辅助遥感制图：在计算机系统支持下;根据地图制图原理;应用数字图像处理技术和数字地图编辑加工技术;实现遥感图像地图制作和成果表现的技术方法一般过程：1遥感影像信息选取与数字化2地理基础底图的选取与数字化3遥感影像几何纠正与图像处理4遥感影像镶嵌与地理基础底图拼接5地理基础地图与遥感影像复合6符号注记图层生成7影像地图图面配置8遥感影像地图制作与印刷第六章遥感数字图像计算机解译1遥感图像计算机解译：以遥感数字图像为研究对象;在密计算机系统支持下;综合运用地学分析;遥感图像处理;地理信息系统;模式识别与人工智能技术;实现地学专题信息的智能化获取2遥感图像计算机解译的难度：一遥感图像从遥远的高空成像;成像过程受干扰较大二遥感影像信息量丰富;与一般图像相比;内容非常拥挤;三遥感图像的地域性;季节性和不同成像方式更增加了计算机对遥感图像进行解译的难度3在遥感图像分类过程中;常使用距离系数和相关系数来衡量相似度.. 度量空间中的距离常用以下方法1绝对值距离2欧氏距离3马克距离4均值向量的混合距离TK4监督分类与非监督分类的区别：1根本区别：是否利用训练场地来获取先验的类别知识;训练场地的选择是监督分类的关键2非监督分类不需要跟多的先验知识;它根据地物的光谱统计特性进行分类非监督分类方法简单;且分类具有一定的精度..当光谱特征分类能够和唯一的地物类型相一致时;可取得较好的分类效果..当两个地物类型对应的光谱特征类差异很小时;非监督分类效果不如监督分类好5监督分类的基本思想：根据训练场地提供的样本选择特征参数;建立判别函数;对待分类点进行分类6监督分类的常用方法：一最小距离分类法二多级切割分类法三特征曲线窗口法四最大似然比分类发TK7分级集群法的分类过程：一确定评价各样本相似程度所采用的指标;二初定分类总数n 三计算样本间的距离：根据距离最近的原则判定样本归并到不同类别..四归并后的类别作为新类;与剩余的类别重新组合;然后再计算并更正其距离8遥感图像解译专家系统：是模式识别与人工智能技术相结合的产物..它用于模式识别方法获取地物多种特征;为专家系统解译遥感图像提供证据;同时应用人工智能技术;运用遥感图像解译专家的经验和方法;模拟遥感图像目视解译的思维过程;进行遥感图像解译系统组成：第一部分：图像处理与特征提取子系统..功能：遥感图像滤波;增强大气矫正;几何精校正;正射纠正..每个目标地物的位置数据和属性特征数据通过系统接口存储在遥感数据库内第二部分：遥感图像解译知识获取系统功能：知识获取、将专家知识通过系统接口送入遥感图像解译专家系统中;存储在知识库中第三部分：侠义的遥感图像解译系统功能：提出假设..利用地物多种特征作为证据;进行推理验证;实现遥感图像解译1探测水体界限近红外波段悬浮物近红外;可见光水温热红外水污染①水体污染物浓度大;与背景水色有较大差异时;在可见光波段识别②水体高度富营养化;受到严重的有机污染;色调较亮;近红外波段③水体受热污染;热红外波段④其他情况;如油溢污染..紫外波段;近红外波段2植被遥感可以使用近红外;红光波段;计算植被指数3大面积农作物遥感估产包括三方面的内容步骤①农作物的识别与种植面积估算..可以根据作物的色调;图形结构等差异最大的时相的遥感影像和特定的地理位置等的特征;将其与其他植物分开②长势监测..利用高时相分辨率的卫星影像对作物生长的全过程进行动态观测③建立农作物的估产模式4主要的植被指数：比值植被指数;归一化~;差值~;正交~5遥感植被解译的主要应用①植被制图..应用遥感图像进行植被的分类制图;尤其是大范围的植被制图;是非常有效而且节约人力物力的工作②城市绿化调查与生态环境评价③草场资源调查④林业资源调查6土壤的光谱特征：①浅颜色的土壤具有较高的反射率②在干燥条件下同样物质组成的细胞颗粒的土壤;表面比较平滑;有较高的反射率、较粗的颗粒有较低的反射率③有机质含量高;反射率低④土壤水分含量增加;使反射率下降..⑤土壤表面有植被覆盖时..若覆盖率小于15%;光谱反射特征与裸土相似..植被覆盖度在15%~70%时表现为土壤和植被的混合光谱;植被覆盖度大于70%时;基本表现为植被的光谱特征7高光谱遥感：在电磁波谱的可见光;近红外;中红外和热红外波段范围内;获得许多非常窄的光谱连续的影像数据与一般遥感主要区别：①高光谱遥感的成像光谱仪可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接受信息②每个波段宽度仅小于10nm③所有波段排列在一起能组成一条连续的完整的光谱曲线④光谱的辐射范围从可见光到热红外的全部电磁辐射波谱范围。
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。
第二章 电磁波谱与地物波谱特征
太阳辐射及大气对辐射的影响
大气窗口ห้องสมุดไป่ตู้
不是所有波长的电磁波都可以顺利通过大气。传感器 只能接受利用那些可以比较顺利通过大气的电磁波。 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 对于传感器而言，只能选择透过率较高的波段，才具有 观测意义。否则，地物反射、发射的电磁波在穿越大气 时就被衰弱了，传感器根本捕捉不到。因此，传感器 选择的探测波段应包含在大气窗口之内。
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射
遥感应用的电磁波波谱段
遥感器是通过探测或感测不同波段电磁辐 射的发射、反射的辐射能级而成像的。 紫外线： 可见光： 红外线： 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性 好，不受云雾的影响。
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。
2. Wein’s Displacement Law 维恩位移定律
In addition to computing the total amount of energy exiting a theoretical blackbody such as the Sun, we can determine its dominant wavelength (辐射峰值波长 lmax) based on Wein's displacement law:
实际物体反射
遥感导论第二章
M
(,
T
)
(,
T
)
•
M
(,
T
)
0
精品PPT
比辐射率（发射率）
波谱特性曲线的形态
特征反映(fǎnyìng)：
地面物体本身的特性，
包括物体本身的组成、
温度、表面粗糙度等
物理特性。
精品PPT
曲线的形态特殊时可以用发射率曲线来识别地面物体，
尤其在夜间，太阳辐射消失(xiāoshī)后，地面发出的
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波谱 ；二、电磁辐射的度量（自学为主)
1、电磁波谱按频率由高到低排列主要
由 、 、 、 、 、 、
等组成。
2、遥感(yáogǎn)应用的电磁波波谱段有哪些？有什么特点？
3、名次解释：辐射能量（W）、辐射通量(Φ)、辐射通量密度。
三、黑体(hēitǐ)辐射（问题讨论）
的相互作用
太阳辐射主要
(zhǔyào)集中在0.32.5μm，在紫外、可见
光、到近红外区段
地球(dìqiú)自身辐射
主要集中在6μm以上的
热红外区段
2.5-6μm，即中红外
波段两种辐射共同起
作用（避免太阳辐射）
精品PPT
太阳辐射近似温度为6000K的黑体辐射，而地球
辐射接近于温度为300K的黑体辐射。最大辐射的对
2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
(yǐngxiǎng)
2.3 地球的辐射与地物波谱
精品PPT
2.1 电磁波谱与电磁辐射
(diàn cí fú shè)
(1) 电磁波谱
◆电磁波：
◆电磁波性质
电磁波谱和常见地物的波谱特征
1.何谓电磁波谱？试述其划分依据及其谱段的特性。
电磁波谱是指将各种电磁波按其波长的（频率）大小所依次排列成的图表。
电磁波谱的划分依据是不同波长电磁波的特性。
按照这一划分依据可以把电磁波谱划分为：宇宙射线、γ—射线、X—射线、紫外线、可见光、红外线、微波。
宇宙射线的波长<10-8 um，来自宇宙天体，其特性是具有很大的能量和贯穿能力，人工还无法能产生，目前遥感未能用得上这个波段；γ—射线的波长范围为10-8~10-6 um，是原子衰变裂解时放出的射线之一，也具有很高的能量和穿透性；X—射线的波长范围为10-6~10-2 um，高能但是穿透能力较γ—射线弱，被大气层全部吸收，不能用于遥感工作；紫外线的波长范围为0.01~0.38 um，穿透力很弱而且散射严重，易于被臭氧吸收，只有波长0.28~0.38 um的紫外线，能部分穿地大气层，但散射严重，只有部分投射到地面，并使感光材料所感应，可作为遥感工作波段，称为摄影紫外。
现已开始用于监测气体污染及水体的油污染；可见光的波段范围为0.38~0.76um，可分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光,在太阳辐射能中所占的的比例较高，信息量大，可用摄影、扫描等各种方式成像，是遥感最常用的波段；红外线的波长范围为0.76 — 1000um，红外线按其特性又可以分为近红外（0.76~3um）、中红外（3~6um）、远红外（6~15um）、超远红外（15~1000um），近红外是地表层反射太阳的红外辐射，其中的0.76~1.3um波段可以使胶片感光，常被成为摄影红外，中远红外是地表物体发射的红外线，一般用于热红外遥感；微波的波长为1mm~1m，其特性是具有很强的穿透云雾和一定厚度的植被、冰层和土壤的能力，可以用人工制造的仪器发射微波，因为在遥感使用上具有全天候的能力。
2.试述水体、植被和土壤的波谱特征。
水体的波谱特征：清洁水体的反射率在各波段都很低（一般在3%左右），在可见光部分为4-5%，在0.6处降至2-3%，到0.75以后的近红外波段，水成了全吸收体。
电磁辐射与地物光谱特征
► 辐射亮度（L）：假定有一辐射源呈面状，向外辐射的强度随辐射方 向而不同，则L定义为辐射源在某一方向，单位投影表面，单位立体 角内的辐射通量，即
► 朗伯源：辐射亮度L与观察角无关的辐射源，称为朗伯源。太阳通常 近似地被看作朗伯源。严格地说，只有绝对黑体才是朗伯源。
2 电磁波辐射源
2.1 黑体辐射 2.2 黑体辐射定律 2.3 一般辐射体和发射率 2.4 基尔霍夫定律
1.2 电磁波谱
定义：按照电磁波的波长长短（或频率的大小），依次 排列，就构成了电磁波谱。
遥感较多应用的电磁波波谱段
可见光：波长范围为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。
红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为近
红外、中红外、远红外和超远红外。 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性好，不受云雾 的影响。
电磁辐射与地物光谱特征
提纲 1 电磁波和电磁波谱
遥感之所以能够根据收集到的电磁波来 判断地物目标和自然现象，是因为一切物体， 由于其种类、特征和环境条件的不同．而具 有完全不同的电磁波的反射或发射辐射特征。 因此遥感技术主要是建立在物体反射或发射 电磁波的原理之上的。要深入学习遥感技术， 首先要学习和掌握电磁波以及电磁波谱的性 质。
H 磁场矢量
E 电场矢量
电磁波的性质
►横波（质点振动方向和传播方向一致） ►在真空以光速传播 ►满足：f·λ =C；E=h ·f（E为能量，h为普
朗克常熟） ►具有波粒二象性（波长越长波性越强，波
长越短粒子性越强） ►传播到气体、液体、固体介质，会发生反
射、折射、吸收、投射等现象。若碰到粒 子还会发生散射现象。
辐射量测
古力米热。色曼提 地科10-1
第二章电磁辐射与地物光谱特征作业：1.名词解释；大气窗口：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。
2.简述三种散射：答：瑞利散射：当大气中粒子的直径比辐射的波长小的多时发生的散射。
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。
这种散射的特点是散射强度与波长的四次方（）成反比，波长越长，散射越弱。
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。
这种散射主要由大气中的微粒，如烟，尘埃，小水滴及气溶胶等引起。
米氏散射的散射强度与波长的二次方成反比，方向性比较明显。
无选择性散射：当大气中粒子的直径比辐射的波长大得多时发生的散射。
这种散射的特点是散射强度与波长无关，也就是说，在符合无选择性散射的条件的波段中，任何波长的散射强度相同。
3.画出三种典型地物的反射光谱曲线。
1.植被：2.土壤3．水体4.简述黑体的三大定律：（1）斯忒藩 -玻尔兹曼定律整个电磁波普的总辐射出射度M,为某一单位波长的辐射出射度Mλ对波长λ做0到无穷大的积分，即M=∫∞Mλ (λ)dλ用普朗克公式对波长积分，变导出斯忒藩-玻尔斯曼定律，即绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比。
M=σT4σ为斯忒藩-玻尔斯曼常数，σ=5.67×10-8W.m-2.k-4；(2)维恩位移定律利用普朗克公式还可导出另一定律，黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与黑体绝对温度T成反比：λmax .T=bb为常数，b=2.898×10-3 m.K,这就是维恩位移定律。
（3）基尔霍夫定律把实际物体看做辐射源，研究其辐射特性，将其与绝对黑体进行比较。
每个物体向外辐射和吸收的能量必然相等，即对于物体B1: M1=α1I1,M1α1=I1对于B2 M2=α2I2,M2α2=I2 ;M i为辐射出射度，αi为吸收系数，I i为辐射度。
基尔霍夫证明，I0=I1=I2=I 仅与波长和温度有关，与物体的本身性质无关，且对腔内多个物体i=0，1，2。
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？
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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。
《遥感导论》课后练习题
《遥感导论》课后练习题第一章遥感概述1. 遥感的基本概念，并区分遥感的广义和狭义。
2. 简述遥感探测系统组成。
3. 根据不同目的或手段，简述遥感的类型。
4. 简述遥感的特点，并举例。
5. 试述全球及我国遥感技术的进展和发展趋势，并结合地学发展阐述个人的看法或观点。
第二章电磁辐射与地物光谱特征1. 电磁波含义及电磁波的性质。
2. 电磁波谱的含义，电磁波区段的划分是怎样的？3. 辐射通量，辐射通量密度的物理意义。
4. 简述辐照度，辐射出射度和辐射亮度的物理意义，其共同点和区别是什么？5.朗伯源和黑体的概念？6.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和微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云透雾的能力而可见光不能？7. 什么是大气窗口？对照书内卫星传感器表中所列波段区间和大气窗口的波段区间，理解大气窗口对于遥感探测的重要意义。
8. 综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回到遥感传感器这一整体过程中所发生的物理现象。
9. 从地球辐射的分段特性说明为什么对于卫星影像解译必须了解地物反射波谱特性。
10. 列举几种可见光与近红外波段植被、土壤、水体、岩石的地物反射波谱曲线实例。
11. 在真空中电磁波速为3×108 s m（1）可见光谱的波长范围从约3.8×10-7 m 的紫色光到约7.6×10-7m 的红色光，其对应的频率范围为多少?（2）X 射线的波长范围约5×10-9—1.0×10-11m,其对应的频率范围是多少？（3）短波无线电的频率范围约为1.5MH Z ---300MH Z 其对应的波长范围是多少？12.在地球上测得太阳的平均辐照度I=1.4×1032m w设太阳到地球的平均距离约为1.5×1011m 试求太阳的总辐射能量。
13.假定恒星表面的辐射与太阳表面辐射一样都遵循黑体辐射规律。
如果测得到太阳辐射波谱λ=0.51μm,的北极星的λ=0.35μm ，试计算太阳和北极星的表面温度及每单位表面积上所发射出的功率是多少？ 14.已知日地平均距离为天文单位，1天文单位≈1.496×103m ，太阳的线半径约为6.96×105KM（1）通过太阳常数I 0,计算太阳的总辐射通量E 。
地物光谱实验报告实验内容
地物光谱实验报告实验内容如下：
1.实验目的：学习地物光谱的测定方法，认识地物光谱反射率的
规律，掌握绘制地物反射光谱曲线的方法。
2.实验原理：利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定。
3.实验步骤：
•选择测量目标和环境，记录基本信息。
•安装仪器，开始测试。
•记录测量数据，计算平均值。
4.注意事项：
•选择无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云，风力小级的环境。
•避开阴影和强反射体的影响。
•取样时选择物体自然状态的表面作为观测面，被测目标面要充满视场。
•标准板表面与被测地物的宏观表面相平行，与观测仪器等距，并充满仪器视场，保证板面清洁。
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第二章电磁辐射与地物光谱特征
一、名词解释：
1、遥感
2、后向散射
3、电磁波
4、电磁波谱
5、绝对黑体
6、瑞利散射
7、灰体 8、绝对温度
9、辐射温度 10、光谱辐射通量密度
11、大气窗口 12、发射率
13、米氏散射 14、地球辐射
15、反射率 16、光谱反射特性曲线
17、普朗克热辐射定律 18、太阳辐射
19、地物波谱特征
二、填空题：
1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由、、、、、
、等组成。
2、绝对黑体辐射通量密度是和的函数。
3、一般物体的总辐射通量密度与和成正比关系。
4、维恩位移定律表明绝对黑体的乘是常数2897.8。
当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向方向移动。
5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为μm
三、选择题：(单项或多项选择)
1.绝对黑体的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。
3.大气窗口是指①没有云的天空区域②电磁波能穿过大气层的局部天空区域
③电磁波能穿过大气的电磁波谱段④没有障碍物阻挡的天空区域。
4.大气瑞利散射①与波长的一次方成正比关系②与波长的一次方成反比关系③与波长的二次方成正比关系④与波长的二次方成反比关系⑤与波长的四次方成正比关系⑥与波长的四次方成反比关系⑦与波长无关。
5.大气米氏散射①与波长的一次方成正比关系②与波长的一次方成反比关系
③与波长无关。
四、问答题：
1.电磁波谱由哪些不同特性的电磁波组成？它们有哪些不同点，又有哪些共性？
2.物体辐射通量密度与哪些因素有关？常温下黑体的辐射峰值波长是多少？
3.叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。
4.地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？
5.何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围。
6.传感器从大气层外探测地面物体时，接收到哪些电磁波能量？
7.地球辐射的分段特性是什么？
8.简介地物波谱的特征。