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[数学]第二章 遥感的物理基础简
第二章 遥感的物理基础
遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特性,才可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性,电磁波的传输特性,大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。
本章主要介绍遥感的物理基础,包括地物的电磁波特性、太阳辐射、大气对太阳辐射的影响、大气窗口的概念、地物反射太阳光谱的特性、地物的热辐射、地物与微波的作用机理。
本章重点是掌握电磁波谱,大气窗口,可见光、近红外、热红外和微波遥感机理,以及地物波谱特征。
第一节 电磁波谱与电磁辐射
(1) 电磁波与电磁波谱
(2) 电磁辐射的度量
(3) 黑体辐射
(1)电 磁波与电磁波谱
电磁波
交互变化的电磁场在空间的传播。
描述电磁波特性的指标
波长、频率、振幅、位相等。
电磁波的特性
电磁波是横波,传播速度为3×108 m/s,不需要媒质也能传播,与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等,并遵循同一规律。
电磁波谱
按电磁波波长的长短,依次排列制成的图表叫电磁波谱。
依次为:
γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。
(1)电 磁波与电磁波谱
目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。由于它们的波长或频率不同,不同电磁波又表现出各自的特性和特点。可见光、红外和微波遥感,就是利用不同电磁波的特性。电磁波与地物相互作用特点与过程,是遥感成像机理探讨的主要内容。
电磁波谱
紫外线:波长范围为0.01~0.38μm,太阳光谱中,只有0.3~0.38μm波长的光到达地面,对油污染敏感,但探测高度在2000 m以下。
可见光:波长范围:0.38~0.76μm,人眼对可见光有敏锐的感觉,是遥感技术应用中的重要波段。
红外线:波长范围为0.76~1000μm,根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。
微波:波长范围为1 mm~1 m,穿透性好,不受云雾的影响。
遥感应用的电磁波波谱段
BACK
近红外:0.76~3.0 µm,与可见光相似。
中红外:3.0~6.0 µm,地面常温下的辐射波长,有热感,又叫热红外。
远红外:6.0~15.0 µm,地面常温下的辐射波长,有热感,又叫热红外。
超远红外:15.0~1 000 µm,多被大气吸收,遥感探测器一般无法探测。
红外线的划分
(2)电 磁辐射的度量
1、辐射测量(radiometry),以伽玛射线到电磁波的整个波段范围为对象的物理辐射量的测定,其度量单位见下表。
2、光度测量(photometry),由人眼的视觉特性(标准光度观察)评价的物理辐射量的测定,其度量单位见下表。
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(3)黑体辐射
绝对黑体
如果一个物体在任何温度下对任何波长的电磁辐射全部吸收(即吸收系数恒等于1),则这个物体称为绝对黑体。
黑体辐射特性
(1)黑体辐射出射度随波长连续变化,每条曲线只有一个最大值。
(2)温度愈高,黑体的辐射出射度也愈大,不同温度的曲线是不相交的。绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的4次方成正比。(斯忒藩—玻尔兹曼定律)
(3)黑体辐射光谱中最强辐射的波长与黑体绝对温度成反比。(维恩位移定律)。随着温度的升高,辐射最大值所对应的波长移向短波方向。
实际物体的辐射
对于实际物体,都可以看作辐射源。如果物体的吸收本领大,它的发射本领也大,即越接近黑体辐射。实际物体的辐射比黑体辐射弱,而且随波长不同而不同。
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第二节 太阳辐射及大气对辐射的影响
(1) 太阳辐射
(2) 大气作用
大气的层次与成分
大气吸收
大气散射
大气窗口
大气透射的定量分析
太阳辐射:太阳是被动遥感主要的辐射源,又叫太阳光,在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。
从太阳光谱曲线可以看出(…):
太阳常数:不受大气影响,在距太阳一个天文单位内,垂直于太阳辐射方向,单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。(1.360×103W/m2)
太阳辐射
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,其中0.38 ~ 0.76 µm的可见光能量
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