遥感技术基础遥感物理基础

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1、遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 第二章 遥感物理基础 遥感物理基础 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 第二章 遥感物理基础 本章主要内容: 电磁波基础 物体的发射辐射 物体的反射辐射 大气对电磁波 传输的影响 遥感物理基础 知识点： 掌握：概念：电磁波与电磁 波谱、大气窗口、黑体、基 尔霍夫辐射定律 遥感技术所用的主要电磁波 及其特性、物体发射、反射 光谱特征的特点 了解：电磁波的特性、大气 对太阳辐射的影响 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 第二章 遥感物理基础 遥感的基础 w 能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自 然现象。 w 一切物体由于其种类、特征和环境条件的不

2、同 ，具有完全不同的电磁波反射或发射、辐射特 征。 w 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。 遥感物理基础 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-1 电磁波基础 本节主要内容: 电磁波的定义 电磁波的特性 电磁波谱 遥感应用的电磁波波谱段 遥感物理基础电磁波基础 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-1 电磁波基础 电磁波的定义 电磁波（Electromagnetic Wave)：在真空或 物质中通过电磁场的振动而传输电磁能量的波。 光波、热辐射、微波、无线电波等都是由振源 发出的电磁振荡在空间的传播。 遥感物理基础电磁波基础 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘

3、学院 2-1 电磁波基础 电磁波的定义 电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播 的。根据麦克斯韦电磁场理论，空间任何一处只 要存在着场，也就存在着能量，变化着的电场能 够在它的周围激起磁场，而变化的磁场又会在它 的周围感应出变化的电场。这样，交变的电场和 磁场相互激发并向外传播，闭合的电力线和磁力 线就象链条一样，一个接一个地套连着，在空间 传播开来，形成了电磁波。 遥感物理基础电磁波基础 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-1 电磁波基础 电磁波的定义 遥感物理基础电磁波基础 Electromagnetic radiation 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-1 电磁波基

4、础 电磁波的特性 电磁波具有波粒二象性，即波动性和粒子性。 光的波动性形成了光的干涉、衍射、偏振等现象 电磁波是一种横波，电场和磁场的振动方向是相 互垂直的，且垂直于波的传播方向。 遥感物理基础电磁波基础 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-1 电磁波基础 电磁波的特性 电磁波的波长（wavelength) 和频率f（ frequency) 及波速v（velocity）之间的关系： vf 电磁波在真空中以光速c(=2.998108m/s）传播 ，不需要媒质也能传播，与物质发生作用时会有 反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一规律。 遥感物理基础电磁波基础 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测

5、绘学院 2-1 电磁波基础 电磁波谱 定义 将电磁波在真空中传播的波长或频率按递增 或递减顺序排列制成的图表叫做电磁波谱 。 依次为： 射线X射线紫外线可见光红 外线微波无线电波。 遥感物理基础电磁波基础 2-1 电磁波及电磁波谱 电磁波谱 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-1 电磁波及电磁波谱 遥感应用的电磁波波谱段 v紫外线：波长范围为0.010.38m，太阳光 谱中，只有0.30.38m波长的光到达地面， 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。 由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作 用，通常探测高度在2000米以下。 遥感物理基础电磁波及电磁波谱 遥感技

6、术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-1 电磁波及电磁波谱 遥感应用的电磁波波谱段 v可见光：波长范围：0.380.76m，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。 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。 遥感物理基础电磁波及电磁波谱 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-1 电磁波及电磁波谱 遥感应用的电磁波波谱段 v红外线：波长范围为0.761000m，根 据性质分为近红外、中红外、远红外和 超远红外。 红外遥感是采用热感应方式探测地物本身 的辐射（

7、如热污染、火山、森林火灾等 ），所以不仅白天可以进行，夜间也可 进行，能进行全天时遥感。 遥感物理基础电磁波及电磁波谱 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-1 电磁波及电磁波谱 遥感应用的电磁波波谱段 v微波：波长范围为1 mm1 m，穿透性好 ，不受云雾的影响，所以能进行全天时 全天候的遥感探测。 另外，微波对某些物质具有一定的穿透能 力，能直接透过植被、冰雪、土壤等表 层覆盖物。 遥感物理基础电磁波及电磁波谱 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-2 物体的发射辐射 遥感物理基础物体的发射辐射（ Emission ） 本节主要内容: 黑体辐射 太阳辐射 一般物体的发射辐射 遥

8、感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-2 物体的发射辐射 黑体辐射 概念的引入： n 温度高于绝对零度的物体，均有发射电磁波 的能力。 n 遥感技术中，物体的电磁波发射强度是以“ 发射率”为量度的，而发射率又以“黑体”作为 基准。 遥感物理基础物体的发射辐射（ Emission ） 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-2 物体的发射辐射 黑体辐射 黑体（Blackbody） ： n定义：入射的全部电磁波被完全吸收，既无反 射也没有透射的物体。 n自然界中，黑体是不存在的。黑色的烟煤其吸 收吸收系数为99%，因而被认为是最接近黑体 的自然物质。恒星和太阳的辐射也被看作是接 近黑体辐射

9、的辐射源。 遥感物理基础物体的发射辐射（ Emission ） 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-2 物体的发射辐射 黑体辐射 基尔霍夫辐射定律（Kirchhoff s law of radiation ） ： n 一定温度下的物体，对某一波长的电磁波辐 射的吸收能力和发射能力相对应。吸收能力越 强，发射能力也越强。 遥感物理基础物体的发射辐射（ Emission ） 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-2 物体的发射辐射 太阳辐射（Solar Radiation） n太阳辐射是地球上生物、地球大气运动的能源 ，也是被动式遥感系统中遥感器接收信息的主 要来源。 n太阳送到地球

10、的能量约估计为17.3 1016J/s 。 太阳可以被看作是近似5762K的黑体。由于太 阳辐射总能量的46%集中在0.4-0.76m之间的 可见光波段，所以太阳辐射一般称为短波辐射 。 遥感物理基础物体的发射辐射（ Emission ） 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-2 物体的发射辐射 一般物体的发射辐射 发射率（emissivity）： n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。 n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。 遥感物理基础物体的发射辐射（ Emission ） 遥感技术基础辽宁工程技术大学

11、 测绘学院 2-2 物体的发射辐射 一般物体的发射辐射 地物发射波谱 n地物的发射率随波长变化的规律，称为地物的 发射光谱。 n地物发射率的不同是红外遥感技术的重要依据 。 遥感物理基础物体的发射辐射（ Emission ） 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-2 物体的发射辐射 一般物体的发射辐射 地物发射波谱曲线 ： n同种地物，因发射的电磁波波长不同，发射率 也不同。某物体电磁波的发射率随波长而变化 的曲线，称为该物体的发射波谱曲线。 n不同物体，由于他们的物质结构不同，发射波 谱曲线的特征也不同，可以根据该曲线特征来 识别地物（尤其是地质体）的性质。 遥感物理基础物体的发射辐射

12、（ Emission ） 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-2 物体的发射辐射 一般物体的发射辐射 地物发射光谱特征的特点： n任何温度大于AZ的物体，都能发射红外线和微波 ，高温物体，还能发射可见光； n T恒定时，物体吸收和发射的电磁波波长一致； n 任何物体发射红外线的强度与温度有关，而发射 微波的差别与物体性质有关； n 不同性质的物体具有不同的发射波谱曲线； n 一般而言，粗糙的物体发射系数较大。 遥感物理基础物体的发射辐射（ Emission ） 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-3 物体的反射辐射 遥感物理基础物体的反射辐射( Reflection ) 本节主

13、要内容: 地物的反射类别 地物的光谱反射特性 地物反射光谱特性的测量 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-3 物体的反射辐射 遥感物理基础物体的反射辐射( Reflection ) 地物的反射类别 地物对电磁波的反射有三种形式： n镜面反射 (mirror reflection) n漫 反 射 (diffuse reflection) n方向反射 (directional reflection) 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-3 物体的反射辐射 遥感物理基础物体的反射辐射( Reflection ) 地物的反射类别 镜面反射 (mirror reflection) w 反

14、射能量集中在一个方向，反射角=入射角 ir 镜面反射 如果界面相对入射波长而言非常光滑（ 界面粗糙度），则反射是镜面的。 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-3 物体的反射辐射 遥感物理基础物体的反射辐射( Reflection ) 地物的反射类别 漫 反 射 (diffuse reflection) w 整个表面都均匀地向各向反射 入射光，各方向反射亮度相同。 w 从空间对地面观察时，对于 平面地区，并且地面物体均匀 分布，可以看成漫反射； 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-3 物体的反射辐射 遥感物理基础物体的反射辐射( Reflection ) 地物的反射类别 方向反射

15、 (directional reflection) w 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。 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-3 物体的反射辐射 地物的光谱反射特性 反射率（reflectivity）： w 物体反射的辐射能量P占总入射能量P0的百分 比，称为反射率 ： w 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 。 遥感物理基础物体的反射辐射( Reflection ) 遥感技术基础辽宁工程技术大

16、学 测绘学院 2-3 物体的反射辐射 遥感物理基础物体的反射辐射( Reflection ) 地物的光谱反射特性 地物反射光谱特性 w 地物光谱反射率随波长变化而改变的特性称之 为地物反射光谱特性。 w 将地物光谱反射率与波长的关系在直角坐标系 中描绘出的曲线称为地物反射光谱曲线（以波 长为横坐标，反射率为纵坐标）。 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-3 物体的反射辐射 遥感物理基础物体的反射辐射( Reflection ) 地物的光谱反射特性 w 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 w 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。 遥感技术基础辽宁工程技术大学 测绘学院 2-3 物体的反射辐射 遥感物理