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第一章 遥感物理基础,电磁波及电磁波谱,太阳辐射与大气窗口,物体的电磁波辐射特性,彩色原理,电磁波及其特性,电磁波谱,1 电磁波与电磁波谱,1.电磁波：,具波粒二相性。,波长越短，其粒子特性越明显，波长越长，其波动性越明显。,1 电磁波与电磁波谱,2.电磁波谱：将各种电磁波按照波的长短(或频率的高低)依次排列起来画成的图表。,1 电磁波与电磁波谱,紫外线：波长0.01-0.38m，0.3-0.38m波段为摄影紫外。,可见光：波长m,蓝色m),青色m),绿色m),黄色m),橙色m),红色m),1 电磁波与电磁波谱,红外线：波长0.76-1000m,微波：波长1mm-1m,中红外:3-6m,远红外:6-15m,超远红外:15-1000m,。可全天候全天时工作，可主动或被动方式成象。,1 电磁波与电磁波谱,电磁辐射源,大气对电磁辐射的影响,大气窗口,2 太阳辐射与大气窗口,1、电磁辐射源,：绝大部分太阳辐射能量集中在波长0.174.0m之间，占总辐射能量的99%。其中，可见光波段占50%；红外波段占43%；紫外波段以上占7%。,2 太阳辐射与大气窗口,自然辐射源,人工辐射源,太阳辐射,地球辐射,：短波（0.3-2.5），主要是反射太阳辐射的能量；长波（6m），主要是地物本身的热辐射能量。,太阳与地表辐射的电磁波谱,大气层,太阳高度角,E()太阳幅照度,太阳光程 斜程透过率,()地面反射率,2()天顶透过率,LA 传感器探测到的散射辐射,LS 地面反射辐射,传感器的R()滤光片的作用,2 太阳辐射与大气窗口,2、大气对电磁辐射的影响,2 太阳辐射与大气窗口,（1）大气的成分和结构：,气溶胶(悬浮于大气中的固体或液体颗粒如尘埃、冰晶、烟灰、水滴等),平流层,中气层,热层（电离层）,大气外层,(2)大气的吸收作用,2 太阳辐射与大气窗口,a.水气H2O：大部分集中在太阳辐射的m波段内。,b.二氧化碳CO2：主要集中在波长1.35m的红外区内。,c.臭氧O3：0.2-0.36m的强吸收带；0.6m的宽吸收带。,d.氧O2：主要吸收0.2m的电磁波，最强处在0.155m处。0.6m和0.76m出各有一弱而窄的吸收带。,(3)大气对电磁辐射的散射,2 太阳辐射与大气窗口,散射系数：散射辐射能与入射辐射能之比。,a.瑞利散射,b.米氏散射,-,:d微粒光/10,，-4。,由大气分子引起。分子散射。,：d微粒光,，散射与波长无关。,由气溶胶引起。是无选择性散射。,（4）大气窗口,2 太阳辐射与大气窗口,电磁波通过大气时，大气对电磁波衰减较小透射率较高的波段称为大气窗口。,a.可摄影窗口(0.31.3m),2 太阳辐射与大气窗口,b.近红外窗口(1.32.5m),c.中红外窗口(3.54.2m),d.远红外窗口(814m),e.微波窗口(8 mm-1m)：常用工作波段为0.86cm、3和3.2cm、25 cm。,：包括全部可见光及部分紫外、近红外波段，为地物的反射光谱区。,透射率达90%以上。,可摄影、扫描方式成像。,：属近红外反射光谱波段。,扫描成像。,透过率约为80%。,：属中红外波段，混合光谱范围，透过率约为60-70%。,：属远红外波段，地物热辐射光谱，透射率为60-80%。,扫描成像。,扫描成像。,透过率达100%。,全天候遥感波段。,地物反射电磁波的特性,地物发射电磁波的特性,地物透射电磁波的特性,3 地物的电磁波辐射特性,辐射,3 地物的电磁波辐射特性,波谱特性 对同一物体，在其它条件相同的情况下,反射和吸收电磁波强度的大小与入射电磁波的波长有关。这种随波长变化而改变的特性称物体的波谱特性。,+=1,包括发射、反射、吸收和透射。,式中：反射率，为反射能量占入射能量的百分数；,：吸收率，为吸射能量占入射能量的百分数；,：透射率，为透射能量占入射能量的百分数。,各种物体的波谱特性不相同。,1、地物反射电磁波特性,(1)地物对电磁波的反射形式：,镜面反射,3 地物的电磁波辐射特性,漫反射,混合反射,入射能量,入射能量,入射能量,（2）地物反射电磁波的特性,不同地物由于物质组成和结构不同具有不同的反射光谱特性。,3 地物的电磁波辐射特性,反射率(亮度系数),反射波谱:物体的反射率随波长而变化的规律。,反射波谱曲线:物体的反射率与波长之间关系绘成的曲线（横坐标为波长，纵坐标为反射率）。,遥感技术的基本出发点,3 地物的电磁波辐射特性,（3）地物反射光谱的影响因素,风化程度,含水量,3 地物的电磁波辐射特性,表面光滑程度,3 地物的电磁波辐射特性,气候条件,光源的辐射强度,探测时间,生长状况、健康情况,3 地物的电磁波辐射特性,（4）地物反射光谱的测量,3 地物的电磁波辐射特性,试验室测量：用分光光度计进行。,野外测量：包括地面测量和航空测量，使用光谱辐射计。,101W野外光谱辐射仪,2、地物发射电磁波的特性,（1）黑体辐射,3 地物的电磁波辐射特性,=1,绝对黑体：,指在任何温度下，完全吸收所有,电磁波辐射能量并具有最大发射率的物体。,3 地物的电磁波辐射特性,（2）黑体辐射定律,a.普郎克定律,：在给定温度下，黑体的,光谱辐射通量密度随波长而变化。,不同温度的黑体辐射,温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交。,每个温度条件下，黑体辐射通量密度都有一最大值（峰值），其对应的波长为峰值波长（max）。,max随温度的升高向短波方向移动。,b.斯忒藩玻而滋曼定律：,3 地物的电磁波辐射特性,物体总辐射通量密度只与温度有关，随温度升高而迅速增大，与黑体绝对温度的四次方成正比。,W=T4,max=C/T,c.维恩位移定律：,黑体辐射的峰值波长与其绝对温度成反比,随温度的升高辐射峰值向短波方向移动。,3 地物的电磁波辐射特性,在任一给定温度下，单位面积上的辐射通量密度和吸收率（）之比，对任何地物都是一个常数，并等于该温度下相同面积黑体的辐射通量密度。,d.基尔霍夫定律：,W/=W,3 地物的电磁波辐射特性,(3)地物的发射本领,发射率,W物W黑,a.黑体或普郎克辐射体 1,b.灰体 常数1,c.选择性辐射体 1，是变量，即随波长而变化,3 地物的电磁波辐射特性,W/=W,W物W黑,W=T4,W/=W,WT4,=,地物温度越低，微波辐射越明显。,3 地物的电磁波辐射特性,（3）黑体微波辐射,任何物体在一定温度下，既发射红外辐射，还发射微波辐射。,3 地物的电磁波辐射特性,(4)地物发射光谱,地物的发射光谱：地物的发射率随波长变化的规律。,地物发射光谱曲线：按地物发射率与波长间的关系绘成的曲线。,(5)地物的发射光谱的测量：红外辐射计法,3 地物的电磁波辐射特性,亮度温度TB：,指当物体辐射的功率等于某一黑体辐射功率时，该黑体的绝对温度即地物的亮度温度。,TB=T,3、地物透射电磁波的特性,3 地物的电磁波辐射特性,透射率,可见光对绝大多数物体都不具有透射能力。,红外线只能穿透具有半导体性质的物体。,微波对地物具有明显的透射能力，其透射能力主要由入射波的波长而定。,1.遥感技术常用的电磁波波段由哪些？各有何特性？2.太阳辐射穿过大气层能量衰减的原因是什么？3.什么是大气窗口？常用于遥感的大气窗口有哪些？4.植被、沙、雪和水的反射波普各有哪些特点？5.影响物体反射波普、发射波普的主要因素是什么？6.热辐射定律有哪些？主要内容是什么？7。红外辐射和微波辐射属于什么性质的光谱？两者有何异同？,作业,
