按照电磁波的波长

1、遥感导论 第一章 遥感物理基础,第一章 遥感物理基础,1.1概述 1.2物体的发射辐射 1.3地物的反射辐射 1.4地物波谱特征的测定,1.1概述,遥感能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象。 一切物体都能够反射和发射电磁波，并且具有完全不同的辐射特性。 遥感技术主要建立在物体反射或发射电磁波的原理之上。,1.电磁波,电磁振动的传播。 产生原因（麦克斯韦电磁场理论）：当电磁振荡进入空间时，变化的磁场激发了变化的电场，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波。,电磁波横波,传播不需要介质 满足：,电磁波横波,具有波粒二象性,电磁波辐射方式,习题：,在真空中，电磁波速为3108m/s. (1)可见

2、光谱的波长范围从约3.810-7m的紫色光到约7.610-7m的红色光，其对应的频率范围是多少？ (2)X射线的波长范围约510-9m 1.010-11m，其对应的频率范围是多少？ (3)短波无线电的频率范围约为1.5MHz300MHz，其对应的波长范围是多少？,2.电磁波谱：按照电磁波的波长（频率），递增或递减排列构成。,特点：,射线无线电波的波长之比高达1022倍以上。 传感器通过探测或感测不同波段电磁波的发射、反射辐射能级而成像的，电磁波的存在是获取图像的物理前提。 根据不同的目的选择不同的波谱段。,电磁辐射的度量,电磁辐射的度量,辐射通量,辐射能量W：电磁辐射的能量，单位是J。,单位时

3、间内通过某一平面的辐射能量。单位：w； 辐射通量是波长的函数，总辐射通量应该是各波段辐射通量之和或辐射通量的积分值。,辐射照度,被辐照物体表面单位面积上接收的辐射通量，单位是W/m2，S为面积。,辐射强度（辐照出射度）,温度为T的辐射源物体表面单位面积上发出的辐射通量，单位是W/m2，S为面积。,1.2物体的发射辐射,I 电磁波 R 反射 T 发射 A 吸收,1.黑体辐射,绝对黑体（Blackbody） 能够吸收全部入射辐射能量的物体。,黑色的烟煤，吸收系数接近99%。 最接近黑体的辐射源：恒星和太阳。,黑体辐射定律,2.太阳辐射,太阳常数 指不受大气影响，在距离太阳一个天文单位内，垂直于太阳

4、光辐射的方向上，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量,太阳辐射光谱特征,1.太阳辐射光谱范围大，具有连续性 2.太阳辐射能量集中,地球辐射光谱特征,地球辐射可分为： 短波辐射 中红外辐射 长波辐射,被动遥感 主动遥感,地球辐射光谱特征,3.大气对辐射的影响,大气层和组成成分,散射,3.大气对辐射的影响,电磁波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。,散射形式,米氏散射：大气中不均匀颗粒的直径a与入射波长同数量级； 均匀散射（无选择）：大气中不均匀颗粒的直径a 时发生； 瑞利散射：大气中不均匀颗粒a(/10),瑞利散射,3.大气对辐射的影响,瑞利散射,吸收,3.大气对辐

5、射的影响,氧气、臭氧、水、二氧化碳等对电磁辐射的主要吸收波段。,大气的反射,3.大气对辐射的影响,主要发生在云层顶部，取决于云量和云雾，且波段不同大气影响不同，消弱了电磁波强度。 图像质量的影响。 选择无云的天气接收遥感信号。,大气吸收15%，散射和反射42%，其余43%太阳辐射到达地面。,大气窗口：电磁波在大气传输过程中吸收和散射很小，透过率较高的波段。,传感器从高空探测地面物体时，所接收到的电磁波能量包括： 1）太阳辐射经大气衰减后照射地面，经地物反射后，又经大气第二次衰减进入传感器的能量。 2）地面物体本身辐射的能量经大气后进入传感器。 3）大气散射和辐射的能量。,4.一般物体的发射辐射

6、,自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体的要低。实际物体的辐射不仅依赖于波长和温度，还与构成物体的材料、表面状况等因素有关。,发射率是实际物体与同温度下的黑体在相同条件下辐射通量之比。,1.3 地物的反射辐射,I 电磁波 R 反射 T 发射 A 吸收,1）镜面反射 2）漫反射,1.地物反射的类别,粗糙度,相对概念，由入射波的波长和地表微起伏的高度决定。如，对于波长较长的无线电波，粗糙岩石构成的地表是光滑的（镜面）；对于可见光，细砂构成的地面也显得粗糙（漫反射）。,2. 地物的反射光谱特性,朗伯面的亮度,反射率=（某物体某波段的反射波谱能量/标准板的某波段的反射波谱能量）*1

7、00%,2. 地物的反射光谱特性,光谱反射率,地物的反射波谱：某一物体的反射系数随波长而变化的曲线。 波谱特性：任何物体都有自己的反射波谱曲线形态，其特征称波谱特征。条件相似，同一入射波，性质不同的物体，反射系数不同。,2. 地物的反射光谱特性,同类地物的反射波谱特性,空间和时间效应,同一地物在不同生长阶段的波谱特征曲线,花期,黄叶期,灌浆期,乳熟期,土壤,水体的反射系数比较低，反射波谱曲线的形态近于直线，波长加长，系数变小。 土壤的反射系数取决于：土质、水分含量、腐殖质含量、以及土壤颗粒大小。 植物的反射系数主要由叶绿素决定，其微小变化，能引起反射系数明显变化。,不同地物的反射波谱特性,四种

8、地物的反射波谱特征曲线,植被的反射波谱特征,植物 波谱特征曲线,植被波谱特性,水体的波谱特征曲线,水体 实测的波谱特征,不同水体的波谱特征曲线,1.清洁的水 2.不太清洁的水 3.水中含有藻类植物,不同物体的反射波谱特性,城市及附近区域地物的反射波谱特性（0.40.9m）,3.影响地物光谱反射率的因素,太阳位置、主要指太阳高度角和方位角。 传感器位置，指传感器的观测角和方位角。 地理位置、地形、季节等会引起太阳高度角和方位角不同。 另外，气候变化、大气状况、地面水热变化、地物本身变异都会引起反射率变化。,1.4地物波谱特性的测定,测量地物的反射波谱特性主要有以下三种作用： 1.它是选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据。 2.在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础资料。 3.它是有效地进行遥感图像数字处理的前提之一，是用户判读、识别、分析影像的基础。,测定仪器,测定地物反射波谱特性的仪器分为分光光度计、光谱仪、摄谱仪等。 仪器由收集器、分光器、探测器和显示或记录器组成。,地物波谱特性的测定步骤,具体步骤,先测量地物的反射辐射通量密度，在分光光