《遥感技术基础》第2章 电磁波与地物电磁波特性.ppt

《遥感技术基础》课程 本节主要内容 地物的光谱特性一般随时间季节变化，为时间效应； 处在不同区域的同种地物具有不同的光谱，为空间效应。 不同生育期的棉花冠层光谱响应特性（2002年，浙江大学华家池） 棉花 玉米 油菜 水稻 不同植被的光谱曲线 玉米随生长发育进程的反射光谱响应特性 植被光谱特征 在可见光波段0.55μm（绿光）附近有反射率为10%—20%的一个波峰，两侧0.45μm（蓝）和0.67μm（红）则有两个吸收带。这一特征是由于叶绿素的影响造成的，叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，而对绿色反射作用强。在近红外波段0.8μm— 1.0μm间有一个反射的陡坡，至1.1μm附近有一峰值，形成植被的独有特征。这是由于植被叶的细胞结构的影响，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。在中红外波段（1.3—2.5μm）受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率大大下降，特别是以1.45μm、1.95μm和2.7μm为中心是水吸收带，形成低谷。 影响植被光谱特征的因素 植物类型 植被生长季节 植被生长状态（病虫害影响） 土壤光谱特征 含水量对土壤光谱特征的影响 扬州大学农业信息化技术实验室 * 第二章 电磁波与地物电磁波谱特性 主讲教师：谭昌伟 扬州大学农业信息化技术实验室 电磁波与电磁辐射 太阳辐射及大气对辐射的影响 地球的辐射及地物波谱 电磁波 电磁波：当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播。 电磁波在传播中遵循波的反射、折射、衍射、干涉、吸收、散射等传播规律。 γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等都是电磁波。电磁波是一种横波。 电磁波 横波，在真空以光速传播 满足方程 h为普朗克常数， f为频率，λ为波长 c为光速， 测量术语 电磁波具有波粒二象性。即：波动性与粒子性； 光的波动性形成了光的干涉、衍射、偏振等现象。 由两个（或两个以上）频率、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的电磁波在空间叠加时，合成波振幅为各个波的振幅的矢量和。因此会出现交叠区某些地方振动加强，某些地方振动减弱或完全抵消的现象。这种现象称为干涉。 按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构成了电磁波谱。 黑体辐射 绝对黑体：吸收率α λ,T 1，反射率ρ λ,T 0。 黑色的烟煤，因其吸收系数接近99%，被认为是黑体。 1900年普朗克推导出黑体辐射定律： 温度下的黑体波谱辐射曲线 斯忒藩－玻耳兹曼定律： ：为斯忒藩一玻耳兹曼常数 ：为绝对黑体的绝对温度（K） T 维恩位移定律: 分谱辐射能量密度的峰值波长 随温度增加向短波方向移动 黑体的绝对温度增高时，它的最大辐射本领向短波方向位移 基尔霍夫定律: M为实际物体辐射出射度 M0为黑体辐射出射度 ε为比辐射率或发射率 例题一： 解：根据玻尔兹曼定律： 根据维恩位移定律： 例题二： 解：根据玻尔兹曼定律，1000K的黑体总辐射： 根据基尔霍夫定律，该物体总辐射出射度为： 地球上的能源主要来源于太阳，太阳是被动遥感最主要的辐射源。传感器从空中或空间接收地物反射的电磁波，主要是来自太阳辐射的一种转换形式。 太阳辐射 大气成分及地球大气 大气成分主要有： 气体分子（N2和O2约占90%，其余1%是O3、CO2、H2O及其他） 其他微粒：尘烟、雾、水滴及气溶胶。 地球大气：从垂直方向按温度可分为对流层、平流层、中间层、热（暖）层和逃（散）逸层。 大气窗口 0.30 — 1.15μm：可见光、部分紫外和近红外，是遥感应用最主要的窗口之一。 1.3—2.5μm：1.55-1.75μm透过率高，白天夜间都可用，主要用于地质遥感。 3.5—5.0μm：中红外波段。透射率约为60—70％。 8—14μm：热红外窗口，透射率为80%左右。 1.0mm—1m：微波窗口，分为毫米波、厘米波、分米波。 地物反射 3种形式：镜面反射、漫反射、方向反射 定义：物质在电磁波相互作用下，由于电子跃迁，原子，分子振动与转动等复杂作用，会在某些特定的波长位置形成反映物质成份和结构信息的光谱吸收和反射特征。 光谱特征或波谱特征 作用：遥感方法探测各种物质性质和形状的重要依据；植物光谱诊断的基础。 原理：植物中生化成份的分子结构中的化学键在一定辐射水平的照射下发生振动，引起某些波长的光谱发射和吸收，从而形成不同的光谱反射率。 光谱观测时间为9:30~15:30 光谱获取 地物波谱测量作用 1.传感器波段选择、验证、评价的依据； 2.建立地面、航空和航天遥感数据的关系； 3.将地物光谱数据与地物特征进行相关分析并建立应用模型。 地物波谱测量方法 （1）样品的实验室测量 （2）