2遥感的物理基础
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遥感原理与应用_第2章_2遥感物理基础-辐射传输基础
a小于入射电磁波波长的十分 之一；(气体分子)
• 米氏散射：如果介质中不均匀
颗粒的直径a与入射波长同数 量级；(气溶胶)
• 非选择性散射（均匀散射）：
当不均匀颗粒的直径a>>λ时
发生。(大粒子尘埃)
C o p y r i g h t © 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n
遥感影像判读
遥感平台特点
遥感
影像识别分类
遥感物理基础
遥感技术应用
C o p y r i g h t © 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n
SWJTU
遥 1 2感 3物 4 5理 6基 7 础
遥感电磁辐射基础 辐射传输基础
地物波谱特性与遥感光学基础
C o p y r i g h t © 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n
SWJTU
大 大气成分 气 不变成分：氮、氧、氩、二氧化碳、甲烷、氧化氮、氢； 对 这些气体在80km以上的相对比例保持不变，称为不变气体。 1 2 电 可变成分：臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、 3磁 4 冰等）、盐粒、尘烟；这些气体的含量随高度、温度、位置 5辐 6 射 而变，称为可变成分。 7 的 气溶胶：固体或液体分散在气体中的分散体系叫做气溶胶。 影 比如，烟、尘、雾、云等都是气溶胶 。气溶胶是气体和在重 响 力场中具有一定稳定性和较小沉降速度的物质颗粒组成的混
散射影响：使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其他各方向
的辐射。尽管强度不大，但太阳辐射在照到地面又反射到传感器的 过程中，二次通过大气，在照射地面时，由于增加了漫入射的成分， 使地物反射的成分有所改变。 对遥感图像来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传感器接收 数据的质量，造成图像模糊不清。 不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。
• 米氏散射：如果介质中不均匀
颗粒的直径a与入射波长同数 量级；(气溶胶)
• 非选择性散射（均匀散射）：
当不均匀颗粒的直径a>>λ时
发生。(大粒子尘埃)
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遥感物理基础
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遥感电磁辐射基础 辐射传输基础
地物波谱特性与遥感光学基础
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大 大气成分 气 不变成分：氮、氧、氩、二氧化碳、甲烷、氧化氮、氢； 对 这些气体在80km以上的相对比例保持不变，称为不变气体。 1 2 电 可变成分：臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、 3磁 4 冰等）、盐粒、尘烟；这些气体的含量随高度、温度、位置 5辐 6 射 而变，称为可变成分。 7 的 气溶胶：固体或液体分散在气体中的分散体系叫做气溶胶。 影 比如，烟、尘、雾、云等都是气溶胶 。气溶胶是气体和在重 响 力场中具有一定稳定性和较小沉降速度的物质颗粒组成的混
散射影响：使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其他各方向
的辐射。尽管强度不大，但太阳辐射在照到地面又反射到传感器的 过程中，二次通过大气，在照射地面时，由于增加了漫入射的成分， 使地物反射的成分有所改变。 对遥感图像来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传感器接收 数据的质量，造成图像模糊不清。 不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。
遥感原理与应用
第一章遥感物理基础1 遥感：即遥远感知，在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一门技术。
具体讲，是在高空和外层各种平台上，运用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输，变换，和处理，提取有用的信息，实现研究第五空间形状.位置.性质.变化及其与环境互相关系的一门现代运用技术科学。
2电磁波谱：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列，就形成了电磁波谱。
3绝对黑体：能够完全吸收任何波长入射能量的物体4灰体：在各种波长处的发射率相等。
5色温：用嘴接近回头辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照，这是的黑体辐射温度。
6大气窗口：电磁波有些波段通过大气层时减弱较少，透过率较高，这些电磁波段被称为大气窗口。
7发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。
8光谱反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
9波粒二象性：电磁波具有波动性和粒子性。
10光谱反射特性曲线：发射波普是某物体的反射率随波长的变化规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。
11.地物波普特性：是指各种地物各自所具有的电磁波特性，包括发射辐射和反射辐射。
二．简答1黑体辐射遵循哪些规律？（1）凡是吸收热辐射能力强的物体，它的热发射能力也强。
凡是吸收热辐射能力弱的物体他们的热发射能力也弱（1）普朗克定律：（2）斯忒藩-波耳兹曼定律：（3）基尔霍夫定律：（4）瑞利-琴斯定律：5）维恩位移定律：2电磁波谱由哪些不同特性的电磁波段组成？遥感中所用的电磁波段主要有哪些？电磁波包含了从波长最短的r射线到最长的无线电波段，包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等。
遥感中所用的为从紫外线到微波波段，包括紫外线、可见光、红外波段、微波波段。
3、物体的辐射通量密度与哪些因素有关？常温下黑体的辐射峰值波长是多少？a.温度和波长利用波长乘温度=2897.84叙述沙土、植物、和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。
自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土壤的光谱特性曲线与一下因素有关，即土壤类别、含水量、有几只含量、砂等含量有关。
遥感物理基础
X
10-6m 1nm 0.38m 0.76m 3m 6m 15m 1mm 1m
紫可近中远超微无
射射 外 见 红 红 红 远 波线
线线 线 光 外 外 外 红
电
外
波
1mm=1000 m；1m=1000nm
电磁波谱的划分
紫外波段 可见光波段
紫色光 蓝色光 青色光 绿色光 黄色光 橙 色光 红色光 近红外（摄影红外）波段 近红外（反射红外）波段 中红外波段（热红外）
❖ 灰体：0< α <1，α不随波长而变 化。
❖ 选择性辐射体： 0< α <1，α随 波长而变化。
概念——辐射度量
❖ 辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位J。 ❖ 辐射通量（Φ）：单位时间内通过某一面积的
辐射能量,Φ=dW/dt，单位W。辐射通量是波长 的函数，总辐射通量是各谱段辐射通量之和或 辐射通量的积分值。 ❖ 辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面 积的辐射能量，E=dΦ/dS，单位W/M2，S为面 积。
普朗克公式表示出了黑体辐射通量密度与温 度的关系及按波长分布的情况。反映黑体 辐射的三个特性：
E0
6000K 3000K
❖ 辐射通量密度随波长连续变化，温度一定 时，辐射通量密度随波长变化的曲线只有 一个最大值
1000K 200K
❖ 温度越高，辐射通量密度也越大，不同温
度下的曲线不相交。
❖ 随着温度的升高，辐射最大值所对应的波 长向短波方向移动。
由上式可见（在遥感技术上的意义）： ❖ 绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能
与绝对温度的四次方成正比，对于一般物体, 可用上式概略推算出总辐射能与绝对温度的 关系。 ❖ 黑体总辐射通量密度与温度的四次方成正比， 因而随温度的增加迅速增大——红外测温的 理论依据。
2遥感物理基础
遥感的基本出发点
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
2、地物的发射光谱特性 黑体 普朗克公式 斯蒂芬－玻尔兹曼定律（Stephen Boltzmann Law） 维恩位移定律（Wien’s Displacement Law） 基尔霍夫定律 地物的发射光谱
100-106cm ＞106cm
用于无线电通讯，分超短波、短波、中波、长波
冯新伟
常用的遥感波段有：紫外线、可见光、红外线、微波
紫外线：波长范围0.1---0.38μm，太阳辐射只有0.3--0.4μm到达地面，能量较少；可探测的高度在2000m以 下，目前多用于探测碳酸岩分布，油污染的监测，能提 供土壤水份和作物病类信息。 可见光：波长范围0.38---0.76μm，人眼对该波段具有 敏锐的分辨能力，是鉴别物质的主要波段。遥感技术中 主要用摄影和扫描方式接收和纪录地物对可见光的反射 特征，是现在遥感中最常用的波段。
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
太阳
太阳是太阳系唯一的恒星，它集中了太阳系99.865%的质量。 太阳是一个炽热的气体星球，没有固体的星体或核心。太阳从 中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和大气层。其能 量的99%是由中心的核反应区的热核反应产生的。太阳中心的 密度和温度极高。太阳大气的主要成分是氢（质量约占71%） 与氦（质量约占27%）。
遥感的物理基础
• Named for Swedish Astronomer who first named these wavelengths
• 1 nanometer = 10 Ao
Language of the Energy Cycle: The Electromagnetic Spectrum
Wavelength l
遥感原理
影响地物发射率的因素：
地物的性质、表面状况、温度（比热、 热惯量）：比热大、热惯量大，以及具
有之保发温射作 率用 就的 小地 。物，一般WWW发W黑黑射率大，反
表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。 地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、 热惯性大的地物，发射率大。如水体夜晚发射率大， 白天就小。
2. 平流层：较为微弱。 3. 电离层：（中间层、热层散
辐射亮度
L 2(3) Φ / A Ω ( λ)
瓦/米²•球面度 (W/m² • Sr)
遥感原理
四、黑体辐射
地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量 标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参 照标准。 1. 黑体：在任何温度下，对任何波长的电磁 辐射都全部吸收,则 这个物体是绝对黑体 。 2. 黑体辐射(Black Body Radiation )：黑体的 热辐射称为黑体辐射。黑色烟煤 恒星太阳
由振源发出的电磁振荡在空气中传播。
遥感原理
4. 电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：原
理
5. 电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、
吸收、反射和透射）称为电磁辐射。
遥感原理
6.
电磁波的特性
电磁波是横波
在真空中以光速传播
满足：频率与波长的乘积是光速
能量等于普朗克常数h与频率f的 乘积
• 1 nanometer = 10 Ao
Language of the Energy Cycle: The Electromagnetic Spectrum
Wavelength l
遥感原理
影响地物发射率的因素：
地物的性质、表面状况、温度（比热、 热惯量）：比热大、热惯量大，以及具
有之保发温射作 率用 就的 小地 。物，一般WWW发W黑黑射率大，反
表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。 地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、 热惯性大的地物，发射率大。如水体夜晚发射率大， 白天就小。
2. 平流层：较为微弱。 3. 电离层：（中间层、热层散
辐射亮度
L 2(3) Φ / A Ω ( λ)
瓦/米²•球面度 (W/m² • Sr)
遥感原理
四、黑体辐射
地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量 标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参 照标准。 1. 黑体：在任何温度下，对任何波长的电磁 辐射都全部吸收,则 这个物体是绝对黑体 。 2. 黑体辐射(Black Body Radiation )：黑体的 热辐射称为黑体辐射。黑色烟煤 恒星太阳
由振源发出的电磁振荡在空气中传播。
遥感原理
4. 电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：原
理
5. 电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、
吸收、反射和透射）称为电磁辐射。
遥感原理
6.
电磁波的特性
电磁波是横波
在真空中以光速传播
满足：频率与波长的乘积是光速
能量等于普朗克常数h与频率f的 乘积
遥感原理与方法习题库
遥感原理与方法习题集第一章遥感概述1、阐述遥感的基本概念。
2、遥感探测系统包括哪几个部分？3、与传统对地观测手段比较，遥感有什么特点？举例说明。
4、遥感有哪几种分类？分类依据是什么？5、试述当前遥感发展的现状及趋势。
第二章遥感的物理基础1、大气对通过其中传播的电磁波的散射有哪几类？他们各有什么特点。
2、什么是大气窗口？常用于遥感的大气窗口有哪些？3、综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回到遥感传感器这一整个过程中所发生的物理现象。
4、请绘出小麦、湿地、沙漠、雪的典型光谱曲线图，并分别对这些光谱反射率曲线的特征及其成因作出说明。
5、遥感某火电厂冷却水的热污染（温度梯度为90-50度），试问在哪个波段、选用何种传感器，在每天什么时刻及天气状况下，遥感最为有利，为什么（b=2.898×10-3m.K，计算精确到0.1um）。
6、熟悉颜色的三个属性。
明度、色调、饱和度，选取自然界的某些颜色例如：树叶、鲜花、土地等，比较它们三种属性区别。
7、光的合成怎样推算新颜色？用色度图说明。
8、加色法和减色法在原理上有什么不同？举例说明什么时候用加色法，什么时候用减色法？9、利用标准假彩色影像并结合地物光谱特征，说明为什么在影像中植被呈现红色，湖泊、水库呈蓝偏黑色，重盐碱地呈偏白色。
第三章遥感图象获取原理1、主要遥感平台有哪些，各有何特点？2、摄影成像的基本原理是什么？其图像有何特征？3、扫描成像的基本原理是什么？扫描图像与摄影图像有何区别？4、如何评价遥感图像的质量？第四章航空遥感与航空像片1、按摄影机主光轴与铅垂线的关系，航空摄影可公为哪几类？2、影响航空像片比例尺的因素有哪些？怎样测定像片的比例尺？3、比较航空摄影像片与地形图的投影性质有什么差别？4、什么是像点位移？引起像点位移的主要原因是什么？第五章航天遥感与卫星图像1、试从技术特性和应用两方面，对航天（卫星）遥感与航空遥感作一比较。
2、航天遥感平台主要有哪些？各有什么特点？3、地球资源卫星主要有哪些？常用的产品有哪几类？4、简述卫星图像的主要特征。
4-2遥感——遥感的物理基础+光的三原色
∴显示器有2563个色值（或颜色级别），但小于自然界的
颜色库。
2014-6-26
• 2、三种光的颜色可以设置成： 1）R=200，G=30，B=15——偏红色（显示器） 2）R=40，G=220，B=15——偏绿色 3）R=0，G=0，B=0——得到“黑色”（没有光） 4）R=255，G=255，B=255——得到“白色”（最强光，均 等） 5）0<R=G=B<255——得到“灰色”
•
黎明和黄昏时（此时地球与太阳之间距离很远），可见光要通过 较厚的大气层，波长小的紫光、蓝光在传播这么长的路程后几乎全被 大气吸收了，只剩下波长大的红光、橙光，直射光中红光成分大于蓝 光成分，∴太阳呈现红色。
•
大气中的瑞利散射对可见光影响较大，而对红外的影响很小，对
微波基本没有多大影响。
2014-6-26
决定。
•
如果气溶胶粒径与入射波长同数量级，发生米
氏散射；例如冬季燃煤产生的固体气溶胶浓度大，
发生米氏散射，常常一整天天空都是淡黄色、灰
蒙蒙的。
2014-6-26
• 3）粗粒散射（又叫非选择性散射或均匀散射）（r>>λ）：大气
中的液、固态水滴和固态杂质（比如粒度较大的沙尘暴）——
“颗粒物”的半径>1μm，都远大于可见光的波长，当天空有云层 或雨层时，满足均匀反射的条件，各个波长的可见光散射强度相 同，因而云呈现白色，此时散射较大，可见光难以通过云层，这 就是阴天时候不利于用可见光进行遥感探测地物的原因。夏季暴 雨来之前，天空呈现暗黑色，就是大气中的小水滴这些颗粒物将 所有波长的光全部进行散射。 • 而太阳的电磁波辐射几乎包括电磁辐射的各个波段，因此，
2014-6-26
• 【反射≠散射≠漫反射≠镜面反射】 • 镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射，入射角=反射角。 • 漫反射：发生在粗糙物体表面的一种反射，入射角=反射角。而且漫反 射向四面八方的反射是相等的。 • 散射：是指电磁辐射与结构不均匀的物体作用后，产生的次级辐射无干 涉抵消，而是向各个方向传播的现象，它实质是反射、折射和衍射的综 合反映。散射主要发生在可见光波段。 • 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。尽管强度不大，但是从遥感数据角度分析，太阳辐 照到地面又反射到传感器的过程中，二次通过大气，传感器所接收到的
颜色库。
2014-6-26
• 2、三种光的颜色可以设置成： 1）R=200，G=30，B=15——偏红色（显示器） 2）R=40，G=220，B=15——偏绿色 3）R=0，G=0，B=0——得到“黑色”（没有光） 4）R=255，G=255，B=255——得到“白色”（最强光，均 等） 5）0<R=G=B<255——得到“灰色”
•
黎明和黄昏时（此时地球与太阳之间距离很远），可见光要通过 较厚的大气层，波长小的紫光、蓝光在传播这么长的路程后几乎全被 大气吸收了，只剩下波长大的红光、橙光，直射光中红光成分大于蓝 光成分，∴太阳呈现红色。
•
大气中的瑞利散射对可见光影响较大，而对红外的影响很小，对
微波基本没有多大影响。
2014-6-26
决定。
•
如果气溶胶粒径与入射波长同数量级，发生米
氏散射；例如冬季燃煤产生的固体气溶胶浓度大，
发生米氏散射，常常一整天天空都是淡黄色、灰
蒙蒙的。
2014-6-26
• 3）粗粒散射（又叫非选择性散射或均匀散射）（r>>λ）：大气
中的液、固态水滴和固态杂质（比如粒度较大的沙尘暴）——
“颗粒物”的半径>1μm，都远大于可见光的波长，当天空有云层 或雨层时，满足均匀反射的条件，各个波长的可见光散射强度相 同，因而云呈现白色，此时散射较大，可见光难以通过云层，这 就是阴天时候不利于用可见光进行遥感探测地物的原因。夏季暴 雨来之前，天空呈现暗黑色，就是大气中的小水滴这些颗粒物将 所有波长的光全部进行散射。 • 而太阳的电磁波辐射几乎包括电磁辐射的各个波段，因此，
2014-6-26
• 【反射≠散射≠漫反射≠镜面反射】 • 镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射，入射角=反射角。 • 漫反射：发生在粗糙物体表面的一种反射，入射角=反射角。而且漫反 射向四面八方的反射是相等的。 • 散射：是指电磁辐射与结构不均匀的物体作用后，产生的次级辐射无干 涉抵消，而是向各个方向传播的现象，它实质是反射、折射和衍射的综 合反映。散射主要发生在可见光波段。 • 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。尽管强度不大，但是从遥感数据角度分析，太阳辐 照到地面又反射到传感器的过程中，二次通过大气，传感器所接收到的
遥感的物理基础
反射现象：电磁波在传播过程中，通过两种介 质的交界面时会出现反射现象，反射现象出要 出现在云顶（云造成噪声）。
遥感基础与应用
大气窗口
不同波段的电磁波受到大气的衰减作用轻重不 同。
电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和 散射的，透射率较高的波段称为大气窗口。
遥感传感器选择的探测波段应包含在大气窗口 之内。
(2) 地物的发射光谱特性
同一地物，其表面粗糙或颜色较深的，发射率 往往较高，反之，发射率则较小。
比热大，热惯量大，以及具有保温作用的地物， 一般发射率大，反之发射率就小。
例如水体，在白天水面光滑明亮，表面反射强 而温度较低，发射率亦较低；而夜间，水的比 热大，热惯量也高，故而发射率较高。
遥感基础与应用
结果输出（图、表）
接收 预处理
用户处 理应用
遥感基础与应用
太阳辐射曲线
太阳辐射的能量主要集中 在可见光，其中0.38 ～ 0.76 µ m的可见光能量占太阳辐射 总能量的46%，最大辐射强 度位于波长0.47 µ m左右； 到达地面的太阳辐射主要 集中在0.3 ～ 3.0 µ m波段，
包括近紫外、可见光、近
土壤含水量增加，土壤的反射率就会下降，在 水的各个吸收带（1.4um、1.9um、2.7um处附近 区间），反射率的下降尤为明显。
遥感基础与应用
三种不同类型土壤在干燥环境下的光谱曲线
水的吸收带（1.4um、1.9um、2.7um） 干燥土壤的波谱特征主要 与土壤物质组成（成土矿 物和土壤有机质）有关。 土壤含水量增加，土壤的 反射率就会下降，
遥感基础与应用
不同地物的反射波谱特征
遥感基础与应用
遥感物理基础
Energy recorded by remote sensing systems undergoes fundamental interactions that should be understood to properly interpret the remotely sensed data. For example, if the energy being remotely sensed comes from the Sun, the energy:
1.22
0
d
d 物镜的有效孔径
(设计遥感器空间分辨率
具有重要意义。)
电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝地振动 分量，称为电磁破的偏振。
偏振光，非偏振光，部分偏振
电磁波的波长
电磁波的粒子性
能量：E 动量：P
E hv hc /
Байду номын сангаас
P h/
h : 普朗克常数，6.6260755×10－34 J s c : 光速； v : 频率
1 电磁波和电磁波谱
电磁波
波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。
电磁波：电场矢量和磁场矢量在空间的传播。
Electromagnetic Radiation
1.1.2 电磁波的特点和遥感意义
1） 不需要传播介质
2） 横 波
3） 波动性 4） 粒子性
电磁波的叠加原理(干涉)
当两列波在同一空间传播时，空间 尚各点的振动为各列波单独振动的 合成。
任何复杂的电磁波都可以分解成许 多比较简单的电磁波；
比较简单的电磁波也可以合成为复 杂的电磁波。
（白光的色散和合成，计算机显示器的工 作原理， 混合像元的分解 ）
1.22
0
d
d 物镜的有效孔径
(设计遥感器空间分辨率
具有重要意义。)
电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝地振动 分量，称为电磁破的偏振。
偏振光，非偏振光，部分偏振
电磁波的波长
电磁波的粒子性
能量：E 动量：P
E hv hc /
Байду номын сангаас
P h/
h : 普朗克常数，6.6260755×10－34 J s c : 光速； v : 频率
1 电磁波和电磁波谱
电磁波
波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。
电磁波：电场矢量和磁场矢量在空间的传播。
Electromagnetic Radiation
1.1.2 电磁波的特点和遥感意义
1） 不需要传播介质
2） 横 波
3） 波动性 4） 粒子性
电磁波的叠加原理(干涉)
当两列波在同一空间传播时，空间 尚各点的振动为各列波单独振动的 合成。
任何复杂的电磁波都可以分解成许 多比较简单的电磁波；
比较简单的电磁波也可以合成为复 杂的电磁波。
（白光的色散和合成，计算机显示器的工 作原理， 混合像元的分解 ）
定量遥感-第二章遥感物理基础精讲
• 上式中太阳常数是对太阳光谱的积分。太阳对地球 的张角很小(<9)，因此太阳光可以认为是平行光束。 • 太阳总辐射量和表面辐出度分别是多少？
25
通量密度很多时候简称通量
•太阳常数与太阳辐射亮度
基本物理量
太阳光是平行光入射，即只在Ω0方向存在 亮度，注意到公式：
Lλ =³ Φ / A λ Ω
波长与穿透性的关系？
32
• 地物反射光谱特性
物体反射率随波长而改变的特性称为地物 反射光谱特性。
光谱曲线：
植物？ 水体？ 土壤？ 云？雪？
水体+叶绿素？ 水体+泥沙？ 新雪、旧雪？
地物波谱（特性）
33
• 电磁波与介质的相互作用总结：
作用类型
散射
反射 透射
吸收（发射）
率：以比例形式表征的反射、透射和吸收强度 与入射辐射强度无关 ρ + τ + α = 1（无自身发射）
Ω0
Fλ =² Φ / A λ
因此，太阳的辐射亮度与Ω0方向上的辐射通量 （即太阳常数）之间的关系为：
L0=δ(Ω,Ω0)F0
26
• 各向同性辐射时亮度与通量的关系 基本物理量
假设地表为各向同性辐射，即辐射亮度L 在各方向分布均一，则其垂直地表向上的辐射
通量为：
F L cosd 2 θ
由于dΩ = dσ/r2 = sinθdθdφ 因此：
这三种反射形式分别在什么情 况下发生？
根据表面光滑或粗糙？
37
二、瑞利判据分析
L.Rayleigh提出表面为光滑或粗糙的标准为：
θi θr
镜面反射
当 h cos 为光滑表面
8
当 h cos 为粗糙表面
25
通量密度很多时候简称通量
•太阳常数与太阳辐射亮度
基本物理量
太阳光是平行光入射，即只在Ω0方向存在 亮度，注意到公式：
Lλ =³ Φ / A λ Ω
波长与穿透性的关系？
32
• 地物反射光谱特性
物体反射率随波长而改变的特性称为地物 反射光谱特性。
光谱曲线：
植物？ 水体？ 土壤？ 云？雪？
水体+叶绿素？ 水体+泥沙？ 新雪、旧雪？
地物波谱（特性）
33
• 电磁波与介质的相互作用总结：
作用类型
散射
反射 透射
吸收（发射）
率：以比例形式表征的反射、透射和吸收强度 与入射辐射强度无关 ρ + τ + α = 1（无自身发射）
Ω0
Fλ =² Φ / A λ
因此，太阳的辐射亮度与Ω0方向上的辐射通量 （即太阳常数）之间的关系为：
L0=δ(Ω,Ω0)F0
26
• 各向同性辐射时亮度与通量的关系 基本物理量
假设地表为各向同性辐射，即辐射亮度L 在各方向分布均一，则其垂直地表向上的辐射
通量为：
F L cosd 2 θ
由于dΩ = dσ/r2 = sinθdθdφ 因此：
这三种反射形式分别在什么情 况下发生？
根据表面光滑或粗糙？
37
二、瑞利判据分析
L.Rayleigh提出表面为光滑或粗糙的标准为：
θi θr
镜面反射
当 h cos 为光滑表面
8
当 h cos 为粗糙表面
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23
（1）光谱反射率
反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射 能）随波长变化的规律，以波长为横坐标，反 射率为纵坐标所得的曲线即为该物体的反射波 谱特性曲线。
24
（2）地物的反射波谱特性
同一地物 ☺ 时间效应：地物的光谱特性一般随时 间季节变化。 ☺ 空间效应：处在不同地理区域的同种 地物具有不同的光谱响应。
25
春小麦在不同生长期的反射波谱特性曲线
26
不同地物
各种建筑物屋顶的波谱特性
27
各种道路的波谱特性
28
几种岩石的反射波谱曲线
29
不同含水量的玉米叶子反射特性曲线
30
三种低含水量土壤的反射特性曲线
31
第二章 电磁波及遥感物理基础
三、物体的反射辐射
3.影响地物光谱反射率变化的因素 太阳位置、传感器位置、地理位置、地 形、季节、气候变化、地面湿度变化、地物 本身的变异、大气状况等
●微波
1 mm~ 1m
10
第二章 电磁波及遥感物理基础
二、物体的发射辐射
（一）、黑体辐射
1. 绝对黑体： 吸收率α(λ,T)≡1 绝对白体： 吸收率α(λ,T)≡0 反射率ρ（λ,T）≡0 反射率ρ（λ,T）≡1
与温度和波长无关
11
2.黑体辐射定律
Wλ—— 分谱辐射通量密度 h —— 普朗克常数 C —— 光速 K —— 玻耳兹曼常数 T —— 绝对温度
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A: 先测量地物的反射辐射通量密度
——物体的光谱反射辐射通量密度 ——物体的光谱反射率 ——太阳入射在地物上的光谱照度 ——大气光谱透射率 ——光度计视场角 ——光度计有效接收面积 ——单色光波长宽度
(
37
经光电管转变为电流强度在电表上指示读数Iλ
B: 测量标准板的反射辐射通量密度 标准板为一种理想的漫反射体，它一般由硫 酸钡或石膏之类做成。
43
散射的方式
(1) 米氏(Mie)散射 如果介质中不均匀颗粒的直径a与入射波长同数 量级，发生米氏散射； (2) 均匀散射 当不均匀颗粒的直径a>>λ时，发生均匀散射； (3) 瑞利（Rayleigh）散射 瑞利散射的条件是介质中的不均匀颗粒的直径a 远小于入射电磁波波长λ。 散射强度I与波长的四次方成反比。
38
C :地物的电流强度与标准板的电流强度相比
39
(4) 绘制出地物的反射特性曲线
根据所测结果，以ρλ为纵坐标轴，λ为横坐标轴 画出地物反射波谱特性曲线。
注：因为波谱特性受多种因素的影响，所测的 反射率定量但不唯一。
40
第二章 电磁波及遥感物理基础
五、大气对辐射的影响
1. 大气层组成 ☻ 对流层 ☻ 平流层 ☻ 电离层 ☻ 外大气层
34
3. 测定地物反射波谱特性的仪器 分光光度计、光谱仪、摄谱仪等
302型野外分光光度计结构原理图
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4. 地物波谱特性的测定步骤
(1) 架设好光谱仪，接通电源并进行预热 (2) 安置波长位置，调好光线进入仪器的狭缝宽度 (3) 将照准器分别照准地物和标准板，并测量和记录 地物、标准板在波长 λ1,λ2,……λn处的观测值
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第二章 电磁波及遥感物理基础
三、物体的反射辐射
2.光谱反射率及地物反射光谱特性 （1）光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐 射通量之比 。
22
（1）光谱反射率
物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红 外，尤其是后两个波段。 一个物体的反射波谱的特征主要取决于该 物体与入射辐射相互作用的波长选择。
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瑞利散射（大气分子、原子引起）→可见光和近红外
米氏散射（大气微粒引起）→近紫外到红外
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2. 大气对太阳辐射的作用 （3）反射
☼ 云层
大气反射的影响主要是造成遥感影像地物间反 差变小。
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五、大气对辐射的影响
3. 大气窗口
通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥 感十分有利的电磁辐射波段称为“大气窗口”。
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思考题： 1.电磁波的波动性形成了光的干涉、衍 射、偏振,请说明它们与遥感有何联系? 2.大气对遥感有何影响?何为大气窗口?
49
自然界中实际物体的发射和吸收 的辐射量都比相同条件下绝对黑体的 低。
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（三）、一般物体的发射辐射
发射率ε：实际物体与同温度的黑体在相同条件 下辐射功率之比。
ε= W′/ W ε是一个介于0和1的数
►绝对黑体 ελ＝ε＝1 ►灰体 ελ＝ε但0＜ε＜1 ►选择性辐射体 ε＝ｆ(λ) ►理想反射体（绝对白体） ελ＝ε＝0
第二章 电磁波及遥感物理基础
一、电磁波 二、物体的发射辐射 三、物体的反射辐射 四、地物波谱特性的测定 五、大气对辐射的影响
1
第二章 电磁波及遥感物理基础
遥感技术是建立在物体电磁波辐射 理论基础上的。本章主要学习电磁波的 发射和反射特性、地物波谱特性曲线及 应用。
2
第二章 电磁波及遥感物理基础
为什么ห้องสมุดไป่ตู้们的眼睛能够看见东西？
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5个主要的大气窗口 （1）0.30 ~ 1.15μm大气窗口，包括可见光、部分 紫外和部分红外波段，是遥感技术应用最主要的窗 口之一。 （2）1.3 ~ 2.5μm大气窗口，属于近红外波段。 （3）3.5 ~ 5.0μm大气窗口，属于中红外波段。
（4）8 ~ 14μm热红外窗口。 （5）1.0mm ~ 1m微波窗口。
(3)每根曲线彼此不相交 温度T越高所有波长上的波谱辐射通量密度也越 大。
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第二章 电磁波及遥感物理基础
二、物体的发射辐射
（二）、太阳辐射
遥感的两种形式？
被动遥感
主动遥感
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（二）、太阳辐射
A 与黑体特性一致
B 能量集中在可见光和红外波段
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第二章 电磁波及遥感物理基础
二、物体的发射辐射
（三）、一般物体的发射辐射
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第二章 电磁波及遥感物理基础
四、地物波谱特性的测定
1. 地物波谱特性是指各种地物各自所具有的电 磁波特性（发射辐射或反射辐射）。
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2. 测定原理 :用光谱测定仪器（置于不同波长或 波谱段）分别探测地物和标准板，测量、记 录 和计算地物对每个波谱段的反射率，其反射 率 的变化规律即为该地物的波谱特性。
3
第二章 电磁波及遥感物理基础
一、电磁波
1.什么是电磁波？ 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。 电磁波是一种横波。
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一、电磁波
2.电磁波的特性
波动性 粒子性
干涉、衍射、偏振
光电转换
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（1）干涉：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。 微波遥感中的雷达是应用了干涉原理成像的
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（2）衍射：光通过有限大小的障碍物 时偏离直线路径的现象。
研究电磁波的衍射现象对设计遥感仪器和提高 遥感图像几何分辨率具有重要意义。另外在数字影 像的处理中也要考虑光的衍射现象。
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（3）偏振：横波的振动矢量偏于某些 方向的现象。
偏振在微波技术中称为“极化”。遥感 技术中的偏振摄影和雷达成像就利用了电磁 波的偏振这一特性。
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五、大气对辐射的影响
2. 大气对太阳辐射的作用 （1）吸收
☼ 紫外线 ☼ 红外线 ☼ 微波
大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡。
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2. 大气对太阳辐射的作用 （2）散射：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。
☼ 可见光
大气散射的影响主要是造成遥感影像质量下降。
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大多数物体可以视为灰体
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为了便于分析，常常用一个最接近灰体辐射曲 线的黑体辐射曲线作为参照，这时的黑体辐射温度 称为等效黑体温度（或等效辐射温度），写为T等效
式中T'为实际物体的辐射温度
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第二章 电磁波及遥感物理基础
三、物体的反射辐射
1.地物的反射类别（三种形式） ● 镜面反射 ● 漫反射 ● 方向反射
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一、电磁波
3.电磁波谱 按电磁波在真空中传播的波长或频率 递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。
遥感采用的电磁波波段可以从紫外一 直到微波波段。
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红 ●可见光 绿 蓝
0.62 ~ 0.76μm 0.50 ~ 0.56μm 0.43 ~ 0.47μm
远红外处 6 ~ 15μm ●红外波段 中红外 3 ~6μm 近红外 0.76 ~ 3μm
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3.黑体辐射波谱曲线
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4.黑体辐射的三个特性 (1)总辐射通量密度W是随温度T的增加而迅速增加。 斯忒藩－玻耳兹曼公式:单位面积发出的总辐射 能与绝对温度的四次方成正比 。 (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。 维恩位移定律 :若知道了某物体温度，就可以推 算出它的辐射峰值波长。