[数学]第二章 遥感的物理基础简.ppt

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。 BACK （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。 BACK 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