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1、遥 感 技 术 应 用,=遥感的物理基础=,第二讲,2018/9/19,邱永红,2,本讲的主要内容,目的和要求 理解电磁辐射的特点及其度量概念 知道电磁波谱及遥感中常用的电磁波谱段 了解黑体辐射辐射的规律 了解太阳辐射和地球辐射的特点 重点 电磁波谱，遥感中常用的电磁波谱段 太阳辐射和地球辐射的特点 难点 黑体辐射的规律,电磁辐射和黑体辐射,2018/9/19,邱永红,4,电磁波,电磁波（电磁辐射）：电磁振荡在空间中的传播,2018/9/19,邱永红,5,电磁波,电磁辐射的描述 波模型：波长 、频率与光速c的关系 c 或 c/ 质点（量子，光子）模型：量子的能量 E=hf=hc/ （h为普朗克
2、常数）,2018/9/19,邱永红,6,电磁波,电磁波的性质 电磁波入射到物体表面时会发生反射、吸收、透射等现象，并遵循同一规律。反射、吸收、透射的能量之和等于入射总能量,入射总能量 = 反射能量 + 吸收能量 + 透射能量,2018/9/19,邱永红,7,电磁波,几个概念,2018/9/19,邱永红,8,电磁辐射的度量,辐射能量（W ） 电磁辐射的能量，单位：J；辐射通量（） 单位时间内通过某一面积的辐射能量， =dw/dt，单位是W； 辐射通量密度（E） 单位时间内通过单位面积的辐射能量，E=d/ds，单位为W/m2； 辐照度（I） 被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，I=d/ds,单位
3、是W/m2； 辐射出射度（M） 辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，M=d/ds,单位是W/m2;,2018/9/19,邱永红,9,电磁波谱,将电磁波按波长或频率大小顺序排列而成的图表,2018/9/19,邱永红,10,各种电磁波的特点,2018/9/19,邱永红,11,遥感与电磁波谱,Gamma ray 0.03nm。波长短，频率高，穿透能力强 来自太阳的Gamma射线完全被高层大气吸收，不能用于遥感 X-ray 0.03 3nm,穿透能力较强 全部被大气吸收，不能用于遥感 紫外线（Uitraviolet,UV） 3nm 0.38um 波长0.3到0.38um的紫外线可用胶片或光电探测器探测
4、，称为摄影紫外，多用于监测大气污染 可见光 0.38um 0.76um 遥感常用波段,2018/9/19,邱永红,12,红外线（Infrared,IR） 0.76um 1000um，遥感常用波段 按波长分为 近红外（0.76-3.0）,反射红外，摄影红外（07-1.3） 中红外（3.0-6.0） 远红外（6.0-15） 超远红外（15-1000） 微波 0.1cm 100cm，遥感常用波段 能穿透云雾 能全天候、全天时进行 分辨力低 无线电波 用于通信和广播,热红外,主要探测波段,遥感中常用的电磁波谱段包括可见光，红外和微波波段,2018/9/19,邱永红,13,黑体辐射,绝对黑体（Black
5、body） 如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则该物体是绝对黑体。 黑体对任何波长的辐射，反射率和透射率都等于0,绝对黑体的吸收率为1，反射率0，透射率0，与温度和波长无关，达到最大的吸收，最大的发射。,2018/9/19,邱永红,14,自然界不存在绝对黑体，黑色的烟煤、恒星、太阳接近绝对黑体，试验中的黑体是人工方法制成的。实际物体的温度不同或入射电磁波的波长不同，都会导致不同的吸收和反射。,人工制造的接近黑体的吸收体,2018/9/19,邱永红,15,人工黑体,2018/9/19,邱永红,16,黑体辐射规律,斯忒藩-玻尔兹曼定律 维恩位移定律,2018/9/19,邱永红,17,斯
6、忒藩-玻尔兹曼定律,斯忒藩定律 黑体的全部发射辐射（W,即辐射度）与其绝对温度（T ）的四次方成正比 W=T4辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方成正比,:斯忒藩玻尔兹曼常数，5.67108 W/m2K4,红外装置测温的理论根据,2018/9/19,邱永红,18,维恩位移定律,维恩位移定律：黑体的最大辐射率的波长（ max）与它的绝对温度（T）成反比，即 max=b/T（b为常数,2.898x10-3mk） 可见，当物体的温度升高时，发射辐射中占优势的波长移向光谱的短波一端 太阳 6000K 0.5um 地球 300K 9.6um,针对探测目标，选择最佳的遥感波段和传感器。,201
7、8/9/19,邱永红,19,基尔霍夫定律,表现了实际物体的辐射出射度M与同一温度、同一波长绝对黑体辐射出射度M0的关系,给定温度下，任何地物发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不发射该波长的电磁波。,为比辐射率或发射率,太阳辐射和地球辐射,2018/9/19,邱永红,21,太阳辐射,太阳是被动遥感最主要的辐射源 太阳常数（solar constant） 是指不受大气影响，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，I0=1.360103W/m2,2018/9/19,邱永红,22,太阳光谱 太阳的光谱通常光球产生
8、的光谱，光球发射的能量大部分集中于可见光波段 太阳辐射的光谱是连续光谱，且辐射特性与绝对黑体辐射特性基本一致,2018/9/19,邱永红,23,地球的辐射,除了太阳以外，遥感探测中被动遥感的辐射源还有地球 太阳辐射和地球辐射的分段性 太阳辐射主要集中于波长较短的部分，从紫外、可见光到近红外区域，即0.3-2.5m，在这一波段地球的辐射主要是反射太阳的辐射。 地球自身发出的辐射主要集中在波长较长的部分，即6m以上的热红外区段。 在2.5-6m的中红外波段，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。,2018/9/19,邱永红,24,地表自身热辐射 由地表物体发射的电磁波一般为热辐射
9、由比辐射率、温度、波长决定 M(，T)=(，T)*M0(，T) (M=*M0, 基尔霍夫定律),公式中的温度指地表面的温度，而这一温度与地面以上和地下深部的温度不同，同时还随着一天内时间的变化和季节的变化而变化。所以在测量中常用红外辐射计来探测地表物体的温度。 在温度一定的情况下，物体的比辐射率随波长变化。比辐射率（发射率）波谱特性曲线的形态特征可以反映地面物体本身的特性，包括物体本身的组成和温度、表面粗糙度等物理特性有关。特别是曲线形态特殊时可以用发射率曲线来识别地面物体。尤其是在夜间，太阳辐射消失后，地面发出的能量以发射光谱为主，探测其红外辐射及微波辐射并与同样温度条件下的比辐射率（发射率）曲线比较，是识别地物的重要方法之一。,2018/9/19,邱永红,25,本讲小结,目的和要求 理解电磁辐射的特点及其度量概念 知道电磁波谱及遥感中常用的电磁波谱段 了解黑体辐射辐射的规律 了解太阳辐射和地球辐射的特点 重点 电磁波谱，遥感中常用的电磁波谱段 太阳辐射和地球辐射的特点 难点 黑体辐射的规律,2018/9/19,邱永红,26,思考题,何谓电磁波谱，遥感中常用的电磁波段有哪些？何谓太阳辐射和地球辐射的分段性 ？被动遥感主要的辐射源有哪些？,
