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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遥感之所以能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。
• 0.76—1000μm • 遥感中主要利用3—15μm波段，更多的是利 用3—5μm和8—14μm • 红外遥感是采用热感应方式探测地物本身的 辐射（如热污染、火山、森林火灾等），可 进行全天时遥感
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遥感常用的电磁波波段的特性
微波波段
• 1mm—1m，分为：毫米波、厘米波和分米波
自然光是各个方向偏振光的
混合，因而在各个方向上是 均匀的。
微波的雷达遥感中利用偏振
状态的变化可以获取地表介 电信息，如：水分含量、物 质组成等。
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光的波粒二象性
电磁波是由大量的光子微粒组成的，微粒数目多
时，体现出波动性，微粒数目少时，体现出粒子 性，从量子力学的观点来看，电磁波实际上是一 种概率波，代表了光子微粒的分布概率。
通常探测高度在2000米以下
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二、电磁辐射的度量
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
分类：
• 太阳辐射源：可见光及近红外遥感的主要辐射源 • 地球辐射源：远红外遥感的主要辐射源 • 人工辐射源：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
亮处：振动加强； 暗处：振动减弱；
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相干波在遥感领域的应用
激光测距：利用相干原理进行测距，理论上的测量
精度可以达到光波的半个波长的精度，即微米级。
干涉雷达：利用光的相干原理，差分干涉雷达可以
测量地面微小起伏，理论精度可以达到微米级，可 应用于监测城市地面沉降速度。
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微波辐射和红外辐射都具有热辐射性质。由于微
波的波长比可见光、红外线要长，能穿透云、雾 而不受天气影响，能进行全天时全天候的遥感探 测
• 微波遥感可采用主动或被动方式成像 • 微波对某些物质还具有一定的穿透能力，能直 接透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物
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遥感常用的电磁波波段的特性
可见光波段
0.38-0.76 μm 作为鉴别物质特征的主要波段，是遥感中最常用的波
段
尽管大气对它也有一定的吸收和散射作用，它仍是遥
感成像所使用的主要波段之一
在此波段大部分地物都具有良好的亮度反差特性，不
同地物在此波段的图象易于区分
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遥感常用的电磁波波段的特性
红外波段
波长 频率 振幅
波长和频率之间 的关系：
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电磁波的特性
相干性 衍射现象 偏振性 波粒二象性
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电磁波的相干性
概念：满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，
在叠加区域某些点的光振动始终加强，另一些区 域则始终减弱，即，干涉区域内振动强度有稳定 的空间分布。
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光波的衍射
概念：一束光通过一定大小（与光波的波长接近）的物体或
者缝隙时，偏离直线路径的现象称为光的衍射。
衍射与干涉的联系：衍射实际上是干涉的一种特殊形式。
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光的偏振性
概念：振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振。
偏振是横波的特有性质。
光的粒子性验证：爱因斯坦的光电效应方程、康
普顿效应（光子散射）。
光同时具有粒子和波动的两重特性-波粒二象性（
德布罗意）。
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电磁波谱
概念：把不同波长或频率的电磁波按顺序排列，就
组成了电磁波谱。
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波段
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波长 大于3000m 10~3000m 1 ~10 m 1mm~1m 15~1000μm 6~15 μm 3~6 μm 0.76~3 μm 0.62~0.76 μm 0.59~0.62 μm 0.56~0.59 μm 0.50~0.56 μm 0.47~0.50 μm 0.43~0.47 μm 0.38~0.43 μm 10-3~3.8×10-1 μm 10-6 ~ 10-3 μm 小于10-6μm
长波 中波和短波 超短波
电 磁 波 区 段 划 分
微波 超远红外 远红外 中红外 近红外 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 紫外线 X射线 γ 射线
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More than meets the eye!
电磁波谱 示意图
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遥感常用的电磁波波段的特性
紫外线波段
0.01—0.4μm，太阳辐射含有紫外线，只有0.3-0.4μm波
长的紫外线部分能够穿过大气层，且能量很小
主要用于探测碳酸盐岩的分布和油污染的监测。碳酸
盐岩在0.4μm以下的短波区域对紫外线的反射比其它类 型的岩石强。水面漂浮的油膜比周围水面反射的紫外 线要强烈
由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作用，
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辐射源
自然辐射源：
太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源； 常用5900K的黑体辐射来模拟。 大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。 地球的电磁辐射：近似300K的黑体辐射。小于3μm的波