遥感基础原理知识.pdfVIP

第一章：电磁波及遥感物理基础

1.1概述：

1.遥感：是指在不直接接触的情况下，对目标或者自然现象远距离探测和感知的一种技术。

2.一切物体，由于其种类、特征和环境条件的不同，具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征。因此遥

感技术是建立在物体反射或发射电磁波的原理上的。

3.电磁波：根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场能够在它周围引起变化的磁场，这一变化的磁场又在较

远的区域内引起新的变化电场，并在更远的区域内引起新的变化磁场。这种变化的电场和磁场交替产生，

以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。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。

4.电磁波谱：

1.2物体的发射辐射

1.黑体辐射的三个特性：（1）与曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W是随温度T的增加而迅速增加。

（2）分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动。（3）每根曲线彼此不相交，故温度T

越高所有波长上的波谱辐射通量密度也越大。

2.太阳常数：指不受大气影响，在距离太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射的方向上，单位面积单位

时间黑体所接收的太阳辐射能量。

3.大气对太阳辐射的吸收、散射及反射作用：大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡，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，称散射。另外，电磁波与大气的相互作用还

包括大气反射。

瑞利散射：由半径d小于波长λ十分之一以下的微粒引起的散射。（选择性）波长越短散射能力越强。

米氏散射：由半径d与波长λ相当（大于）的微粒引起的散射。（非选择性）与波长无关。

4.有些波段的电磁辐射通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利，这些波段通常称为“大气窗

口”。可以用作遥感的大气窗口大体有如下几个：

0.30—1.15μm大气窗口：这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段，是遥感技术

应用最主要的窗口之一。其中，0.3—0.4μm近紫外窗口，透射率为70％；0.4—0.7μm可见光窗口，透射率

约为95％；0.7—1.10μm近红外窗口，透射率约为80％。该窗口的光谱主要是反映地物对太阳光的反射，

通常采用摄影或扫描的方式在白天感测、收集目标信息成像。通常叫短波区。

1.3—2.5μm大气窗口：属于近红外波段。该窗口习惯分为1.40—1.90μm以及2.00—2.50μm两个窗口，

透射率在60％—95％之间。其中1.55—1.75μm透过率较高，白天夜间都可应用，是以扫描的成像方式感测、

收集目标信息，主要应用于地质遥感。

3.5—5.0μm大气窗口：属于中红外波段。透射率约为60—70％。包含地物反射及发射光谱，用来探测高

温目标，例如森林火灾、火山、核爆炸等。

8—14μm热红外窗口，透射率为80%左右，属于地物的发射波谱。常温下地物谱辐出度最大值对应的波长

是9.7μm。所以此窗口是常温下地物热辐射能量最集中的波段，所探测的信息主要反映地物的发射率及温

度。

1.0mm—1m微波窗口，分为毫米波、厘米波、分米波。其中1.0—1.8mm窗口透射率约为35％—40%

左右。2—5mm窗口，透射率约为50％—70%。8—1000mm，微波窗口，透射率为100%。微波的特点是

能穿透云层、植被及一定厚度的冰和土壤，具有全天候的工作能力，因而越来越受到重视。遥感中常采用

被动式遥感（微波辐射测量）和主动式遥感，前者主要测量地物热辐射，后者是用雷达发射一系列脉冲，

然后记录分析地物的回波信号。

5.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等。

6.辐射传输方程：

7.选择性辐射体：在各波长处的光谱发射率ελ不同，即ε=f(λ)；灰体：在各波长处的光谱发射率ελ相等。

8.基尔霍夫定律：在任一给定温度下，辐射通量密度与吸收率之比对任何材料都是一个常数，并等于该温

度下黑体的辐射通量密度。

1.3地物的反射辐射

1.物体对电磁波的反射有三种形式：

（1）镜面反射是指物体的反射满足反射定律。当发生镜面反射时，对于不透明物体，其反射能量

等于入射能量减去物体吸收的能量。自然界中真正的镜面很少，非常平静的水面可以近似认为是镜面。（2）

漫反射：如果入射电磁波波长λ不