第一章-遥感原理-2016分解.ppt

1、第一章遥感原理和基础，内容，1遥感物理基础2遥感技术系统3遥感数据源，1遥感物理基础，内容1.1电磁辐射原理1.2表征电磁辐射物理量1.3电磁辐射源1.4大气对电磁辐射的影响1.5物体的光谱特性，1.1电磁辐射原理，电磁波生成机制粒子(电子、原子、分子等)相反，1.1电磁辐射原理，电磁波生成机制原子频谱分子频谱决策频谱，1.1电磁辐射原理，电磁波生成机制原子频谱核能准尉之间的转换生成：射线内层电子能量准尉之间的转换生成：X射线外层电子的转换生成：紫外线，可见光，近红外，1.1电磁辐射原理，电磁波生成机制分子光谱分子内部的电子运动生成原子内部的电子运动除了电子转移外，分子中原子的振动就像整个分子

2、的旋转分子和原子一样，还有具有其特征的分子能级图，所以可以产生分子频谱，其他振动方式，h，o。1.1电磁辐射原理、电磁波生成、1.1电磁辐射原理、电磁波谱：各种电磁波波长(频率)大小、图表、牙齿图称为电磁波谱。1.1电磁辐射原理、电磁波谱分隔、0.36nm、0.36nm、0.36nm、0.36nm、0.38um、0.38nm、0.76um、1.1电磁辐射原理、遥感公用电磁波、1.1电磁辐射原理、遥感公用电磁波波长为0只能部分大气层波长为0.280.38的紫外线，但由于散射严重，只能部分投影到地面上，并能检测感光物质，因此被称为遥感工作带的照片紫外线。现在开始用于监测煤气污染及水体的油污染。1.

3、1电磁辐射原理，遥感中常用电磁波段的特性可见光波长为0.380.76um，可以用棱镜分解成红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色7茄子色光。大气层，地面物体对七色光有很多特征的反射和吸收特性，信息量最大。可以用遥感、扫描等多种方式拍摄视频，是照片中使用最多的乐队。可见光乐队的遥感技术最成熟，但仍有很大的潜力。目前辨别力最好的遥感资料仍在可见光波段内。1.1电磁辐射原理，遥感过程中常用电磁波段的特性红外波段(0.763um)由地面表面反射太阳红外线发射，因此也称为反射红外线。其中，接近可见光红光的0.761.3波段可以感光胶片，因此牙齿波段也称为摄影红外线。(阿尔伯特爱因斯坦，美国电视电视剧，

4、照片)中远红外(315um)表面物体发出的红外线称为热红外线。热红外线只能通过扫描来转换光电信号，才能成像。1.1电磁辐射原理，遥感中常用电磁波段的特性微波，可以穿透云层和固定厚度的植物、冰、土壤，获得其他波段无法使用的信息。全天候，具备全天工作的能力。可以用主动和被动的方式成像。因此，遥感技术上是有潜力的替身。1.2表征电磁辐射物理量，辐射能Q电磁波能量，电磁辐射源以电磁波形式传递能量，经常Q以焦点(J)为单位表示。辐射光速单位时间内通过的辐射能量辐射光速=dQ/dt单位等于瓦特=焦耳/秒(W=J/S)，1.2表示电磁辐射物理量，辐射光速密度e，m单位面积的辐射通量称为辐射光速密度(w/面积

5、)。根据辐射面，从发射面发射的辐射速度密度达到发射度M牙齿接收面的辐射速度密度称为辐射度E，1.2表示电磁辐射物理量，辐射度L表示表面辐射源在单位立体角单位，单位投影面积中的辐射速度公用L。单位为瓦特/构图(W/Srm2)，立体角为1圆锥。定义为：截断点圆球面积与半径r的平方的比率，以圆球(Sr)单位表示。可写：=/r2一个球面空间的立体角为4，1.2，表示电磁辐射物理量，辐射强度I描述点发射源的发射特性。在任何方向，单位立体角内的辐射通量通常表示I。单位为瓦特/构图(W/Sr)，1.2为电磁辐射物理量，1.2为1。电磁辐射基本物体的热辐射自然界的所有物体在温度高于绝对零度(-273)时电磁波

6、辐射到周围空间的现象称为热辐射。热辐射能量的大小和波长分布取决于物体本身的温度。吸收系数物体吸收入射总电磁辐射能量的电磁辐射能量。1.3电磁辐射源，黑体的所有温度、频率和波长条件下吸收系数始终为1的物体称为“绝对黑体”，这称为黑体。胴体的各波长吸收率小于1的常数的物体，1.3电磁辐射源，黑体的辐射定律斯特凡-波兹曼定律韦恩变位定律基尔霍夫定律普通物体的辐射定律与黑体辐射定律相似，因此通过黑体的辐射定律可以推导出普通物体的辐射定律，1.3电磁辐射源，斯特凡-波常数。t是发射体的热力学温度，即黑体温度。牙齿表达式表明，绝对黑体表面每单位面积发射的总辐射能与绝对温度的第四阶正方形成正比。对一般物体也

7、可以粗略估计总辐射能和绝对温度的关系。1.3电磁辐射源、stran-bolz man定律曲线以下的面积等于总辐射度M辐射温度。发射的总辐射量越大，徐璐不同温度下黑体辐射曲线相似曲线的能量峰值分布随温度的升高而向短波方向移动。图1.1徐璐不同温度的黑体辐射频谱曲线，1.3电磁辐射源，韦恩变位定律max=A/T(A是常数)max是辐射强度最大的波长(um)。a是常数。t是热力学温度。牙齿定律表明，黑体的绝对温度升高时，辐射能最大的波向短波方向移动。(一般物体也有类似的特性)因此，可以为特定目标选择红外遥感最佳波段。1.3电磁辐射源，在给定温度和波长条件下，所有物体的发射发射发射度和吸收系数的比率是

8、常数，在相同温度波长下，绝对黑体的发射发射度是黑体在指定温度和波长条件下发射的程度。在给定的温度和波长条件下，对任意物体发射发射发射度。为了物体的吸收系数，1.3电磁辐射源，定义物体的辐射能力与黑体辐射能力的比率的比率辐射率或发射率，即物体的吸收率为发射率，1.3电磁辐射源，基尔霍夫定律牙齿定律表明，好的吸收体也是好的发射体。对于温度相同的两个物体，特定波长的辐射，如果甲被吸收得更多，那么甲比更多的物体就不会吸收特定波长的辐射。也就是说，它不发射波长的辐射。一般物体的热辐射是相同温度的绝对黑体的发射度，1.3电磁辐射源，电磁辐射源太阳地球人工发射源，1.3电磁辐射源，太阳地球环境；目前航天、航

9、空可见光及近红外遥感的主要辐射源太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射太阳辐射的能量主要集中在可见光上。其中，0.38 0.76米的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度在波长0.47米左右，1.3电磁辐射源，太阳辐射线频谱：太阳发射的电子辐射沿波长分布在地球大气的顶层，称为太阳光谱，最大值为0.47米，图1.2地球表面的太阳辐射度曲线，1.3电磁辐射源，1.3电磁辐射源也就是说，在整个波段，大气层外部太阳辐射的总能量为1352w/m2，1.3电磁辐射源。太阳辐射太阳辐射也是针对平均每日距离测量太阳辐射能量(太阳常数)。因此，在任何时间点，太阳辐射都可以考虑每日距离的变化。在任何时间点

10、，大气外接收的太阳辐射能都考虑到每日距离的变化，与太阳天顶角有关。太阳复制太阳复制也随时在大气层外太阳复制：E=E0 (r0/r)2 cos E0:太阳常数：太阳天顶角r0:每日平均距离r:每日距离每日距离系数d=r/r0:可以在天文日历中找到，1.3电磁辐射源这是地球曲面的平均温度约为，1.3电磁辐射源、地球辐射和太阳辐射的关系波长在0.3-3um之间，主要是反射太阳辐射能量，地球热辐射可以忽略。波长3-6um的中红外波段太阳和地球辐射是不可忽视的。牙齿波段的红外遥感时，经常选择黎明时太阳辐射影响波长6um，主要是地球表面的热辐射，1.3电磁辐射源，人工辐射源微波主动遥感过程中，辐射源直接安

11、装在传感器上，产生所需波长和功率的电磁辐射。侧雷达系统中心微波脉冲发生器、激光雷达中使用的脉冲输出激光器等全天候工作对特定图片具有特殊的频谱特征。例如，3.2厘米的微波梁可以通过4000米厚的云层，只能衰减1dB，大气影响可以忽略，可以穿透数十米干沙，可以穿透冰层100米。例如，撒哈拉沙漠数十米以下的古大陆，微波遥感时的发现。，1.3电磁辐射源，人工放射源激光短波0.24um以下，长波最大1000um，微波光方向：精细，发散面极小，高分辨率图像生成高亮度：比太阳亮度高几十亿倍以上，1.4大气对电磁辐射的影响，大气成分，1.4大气成分是粒子大小：气体(分子1.4大气对电磁辐射大气的吸收：17%，

12、大气散射：22%，地面3360，31%，地球，太阳，大气层，电磁辐射太阳到达地球表面，1.4大气的作用，1.4大气对电磁辐射影响大气散射大气散射的散射主要是大气电磁波长x称为散射光尺度参数，其值大小确定散射的特性。X 3可选散射，1.4大气电磁辐射影响，大气散射瑞利散射发生：X 0.1，“粒子直径r入射电磁波波长”散射粒子：氧、氮等可见光散射等气体分子的散射强度散射很强的散射方向：正向散射(散射方向和入射方向之间的角度小于90)=反向散射强度，正向散射=在“散射的粒子直径R入射电磁波波长”中发生非选择性散射的粒子：云、雾、水滴、灰尘等散射强度：不管波长如何，所有可见光、近红外波段散射方向：前向

13、散射、前向散射后散射、1.4大气对电磁辐射的影响、大气散射大气散射的影响通过降低太阳光直射光线的强度来改变太阳辐射的方向1.4大气对电磁辐射的影响，大气吸收大气主要气体及其吸收带水汽吸收带：对太阳辐射的吸收作用最明显，范围最广，但集中在红外波段。 其中0.7-3.0um波段为强吸收带氧气和吴尊吸收带：氧气的吸收带主要为0.176-0.242-0.260um和0.242-，臭氧将吸收0.28um以下的所有短波光能量。二氧化碳吸收台：主要发生在大于2um的红外区域。水滴和灰尘：吸收范围大，但主要吸收0.7-3um的红外线。1.4大气对电磁辐射的影响，大气吸收大气主要气体及其吸收带，1.4大气对电磁辐射的影响，大气反射主要云反射云厚度大于50米时反射杨怡为50%以上，厚度大于500米时反射杨怡大于80%时大气层中直径大于10-6m的其他颗粒物也将发生反射作用，1.4大气对电磁辐射的影响如果太阳辐射度为E，大气路径为X，那么通过大气路径的大气衰减后的辐射度E=Ee-kx大气透射率T: T=E-kx K是衰退系数(消光系数)kx是光学厚度，1.4大气对电磁辐射的影响，大气窗口大气窗口：电磁辐射大气传输过程应用范围很大，因此通过照片、扫描等方法实现了图像1.5-2.5um