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遥感物理基础

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遥感原理与应用

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

遥感

遥感技术及应用主要内容遥感基础：概念、系统组成、分类、特点、发展、应用等；物理基础：电磁波谱、地物电磁波谱特征；技术系统：传感器、遥感平台、信息传输、处理及应用；遥感数据特点与评价：几何、辐射、时间分辨率；数据处理：校正、增强、分类；信息提取：人工、自动、人—机协同；遥感应用：资源环境调查、动态监测、数据更新等。

第一章绪论1.1 遥感的概念:遥远的感知1.广义的遥感:泛指一切无接触的远距离探测。

包括力场、电磁场、机械波（声波和地震波）的探测；狭义的遥感:遥感是应用探测仪器,不与探测目标相接触,从远处把目标的电磁波特性记录下来,通过分析,揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。

2.遥感、遥控、遥测：区别和联系遥控：指远距离控制目标物运动状态和过程的技术。

（遥是相对的，电视遥控器、遥控玩具，空际飞行器的遥控等。

）遥测(Remote Measure)：指对被测物体某些运动参数和性质进行远距离测量的技术。

接触测量：如测量宇宙飞船里的温度；非接触测量：如激光测距，雷达测距和定位等1.2 遥感系统1.被测目标的信息特征——遥感探测的依据信息的获取——依靠传感器（遥感器）、遥感平台信息的记录与传输——胶片或数字磁介质；人或回收舱、卫星上的微波天线信息的处理——地面站对数字信息进行信息恢复、辐射校正、卫星姿态校正、投影变换等，再转换成通用数据格式或模拟信号信息的应用——信息处理、分析、融合及遥感与非遥感信息的复合2.遥感的过程：1.3 遥感的类型按遥感平台分:地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感地面遥感——传感器设置在地面平台上，如车载，船载，手提，固定或活动高架平台等航空遥感——传感器设置在航空器上，主要为飞机，气球等。

与航天遥感相比，航空遥感的主要优点是机动性强。

可以根据研究主题选用适当的遥感器、选择适当的飞行高度和飞行区域。

航天遥感——传感器设置在环地球的航天器上，如人造地球卫星、航天飞机，空间站，火箭等。

2遥感物理基础

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%）。

遥感物理基础电磁波与电磁波谱

遥感物理基础电磁波与电磁波谱

第二章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。

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。

本章重点是掌握可见光近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱特征。

图2-1第一节电磁波与电磁波谱2.1.1 电磁波与电磁波谱1. 电磁波一个简单的偶极振子的电路，电流在导线中往复震荡，两端出现正负交替的等量异种电荷，类似电视台的天线，不断向外辐射能量，同时在电路中不断的补充能量，以维持偶极振子的稳定振荡。

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，这就是电磁波。

2. 电磁辐射电磁场在空间的直接传播称为电磁辐射。

1887 年德国物理学家赫兹由两个带电小球的火花放电实验，证实了电磁场在空间的直接传播，验证了电磁辐射的存在。

装载在遥感平台上的遥感器系统，接收来自地表、地球大气物质的电磁辐射，经过成像仪器，形成遥感影像。

3. 电磁波谱γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波（微波、短波、中波、长波和超长波等）在真空中按照波长或频率递增或递减顺序排列，构成了电磁波谱。

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。

可见光区间辐射源于原子、分子中的外层电子跃迁。

红外辐射则产生于分子的振动和转动能级跃迁。

无线电波是由电容、电感组成的振荡回路产生电磁辐射，通过偶极子天线向空间发射。

微波由于振荡频率较高，用谐振腔及波导管激励与传输，通过微波天线向空间发射。

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。

图2-2电磁辐射的性质4. 电磁辐射的性质电磁辐射在传播过程中具有波动性和量子性两重特性。

4-2遥感——遥感的物理基础+光的三原色

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。
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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。
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• 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，
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• 【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

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

电磁波及遥感物理基础

电磁波及遥感物理基础
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。
电磁波的特性
1) 电磁波是横波
2) 在真空中以光速传播
3) 电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过
程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主 要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。
光的波动性充分表现在光的干涉、衍射、 偏振等现象中；而光在光电效应、黑体 辐射中则显示出粒子性。
• 在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓， 在此波段的黑白正片上，水体的色调很黑，与周 围的植被和土壤有明显反差，很容易识别和判读。
• 在水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变 化，含泥沙时，由于泥沙的散射，可见光波段发 射率会增加，峰值出现在黄红区。
不同浊度下水体的波谱特性曲线
• 水中含有叶绿素时，近红外波段明显抬升，这些 都是影像分析的重要依据。
植物
• 由于植物均进行光合作用，所以各类绿色植物具有很相似 的反射波谱特征：在可见光波段0.55um(绿光)附近有个波 峰，两侧0.45um(蓝光)和0.67um(红)则有两个吸收带。在 近红外波段0.8-10.um间有一个反射的陡坡，至1.1um附近 有一个峰值，形成植被的独有特征。在近红外波段1.32.5um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1.45、1.95、2.7um为中心是水的吸收 带，形成低谷。
度、速度、测量地形等。
自然辐射源（被动式遥感的辐射源）
➢ 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；
常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围 极大；辐射能量集中-短波辐射，即0.3-2.5um。 大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。
➢ 地球的电磁辐射：小于3 μm的波长主要是太

遥感原理及应用总结

遥感原理及应用总结

绪论第一章遥感物理基础Chapter 1 Physical basis of remote sensing电磁波：在真空或物质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。

（在真空或介质中传播的交变电磁场）电磁波是通过电场和磁场之间相互联系和转化传播的，是物质运动能量的一种特殊传递形式。

原子光谱、分子光谱和晶体光谱波粒二象性：1 波动性：表现出干涉、衍射、偏振等现象。

一般成像只记录了电磁波的振幅，只有全息成像时才同时记录振幅和相位，在遥感成像时，只有雷达成像是如此。

干涉的影响：利—利用能量增大的趋势使图像清晰，方向性强；弊—造成同一物质所表现的性质不同SAR成像时，斑点的产生就是由于电磁波的干涉引起的。

衍射的影响：(1)使电磁辐射通量的数量、质量和方向都发生变化，结果测量不准确，对目标物的解译也带来困难。

(2)缩小阴影区域。

(3)影响遥感仪器的分辨能力。

光的偏振现象说明光波是横波，在微波技术中称为“极化”。

多普勒效应：电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播介质的移动，而使观察者接受到的频率发生变化的现象。

2 粒子性的基本特点是能量分布的量子化光电效应应用：扫描成像、电视摄像等，把光像变成电子像，把对人眼无作用的电磁辐射变成人们可以看见的影像。

3、波粒二象性的关系电磁波的波动性与粒子性是对立统一的，E（能量）、P（动量）是粒子的属性，υ（频率），λ（波长）是波动的属性，二者通过h联系起来。

光的波动性和粒子性是光在不同条件下的不同表现：从数量上看：少量光子的运动表现出粒子性；大量光子的运动表现出波动性。

从频率上看：频率高的光子粒子性强，频率低的光子波动性强。

当光和其它物质发生相互作用时表现为粒子性，当在传播时表现为波动性。

为什么说遥感的物理基础是电磁波理论？➢不同地物电磁波特性不同（表现为不同颜色，不同温度）➢传感器接收的是电磁波➢数据传输是电磁波➢数据处理的是地物电磁波信息➢应用的是地物电磁波特性电磁波谱：将电磁波在真空中按照波长或频率的依大小顺序划分成波段，排列成谱。

遥感原理与应用-第1章

遥感原理与应用-第1章

图1-5 几种温度下的黑体波谱辐 射曲线
从上式可以看出：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，称为斯忒藩－玻耳兹曼公式。
12
黑体辐射特性
• 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。 可微分普朗克公式，并求极值。
维恩位移定律：
温度 波长 300 9.66 500 5.80 1000 2.90 2000 1.45 3000 0.97 4000 0.72 5000 0.58 6000 0.48 7000 0.41
27
瑞利散射中，散射强度与波长的关系
I ∝ E s' ∝
2
sin 2 θ
λ4
蓝光散射较强 红光散射较弱
为什么微波具有穿透云雾的能力？
28
(2)大气对太阳辐射的反射
• 由于大气中有云层，当电磁 波到达云层时，就象到达其 他物体界面一样，不可避免 的要产生反射现象，这种反 射同样满足反射定律。而且 各波段受到不同程度的影 响，削弱了电磁波到达地面 的程度。因此应尽量选择无 云的天气接收遥感信号。
7
可见光的范围 紫 0.38～0.43μm 蓝 0.43～0.47μm 青 0.47～0.50μm 绿 0.50～0.56μm 黄 0.56～0.59μm 橙 0.59～0.62μm 红 0.62～0.76μm
• • •
电磁波谱的范围非常宽，从波长最短的γ 射线到最长的无线电波，波长之比高达 1022倍以上 遥感采用的电磁波段可以从紫外线一直到 微波波段 遥感就是根据感兴趣的地物的波谱特性， 选择相应的电磁波段，通过传感器探测不 同的电磁波谱的发射或反射辐射能量而成 像的。
24
•
气溶胶的来源
• 自然：

遥感教案 1第一章 电磁波及遥感物理基础

遥感教案 1第一章 电磁波及遥感物理基础

遥感概念的理解

遥感:遥远的感知,是在不直接接触的情况下,对 目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术. 一般指的是电磁波遥感.
全球昼夜温差
98年长江洪水的遥感监测 （雷达与TM影象的复合）
北京地区4米遥感影图 （美国SPACE IMAGE 公司的IKONOS卫星）
北京地区1米遥感影象图 （同时也发布了北朝鲜导弹基地的 1米影象图）




.平流层(stratosphere) 厚度 从对流层顶向上，一直到55km左右为平 流层。这一层集中了大气中的大部分臭氧， 空气密度很小。 气温随高度而升高；平流层顶气温可达3 —-17℃ 空气以水平运动为主，气流运行平稳，没 有强烈的对流 水汽和尘埃很少，很少有云，透明度好



4.热层(thermosphere) 从中 间层顶向上，到大约800km左右为热层 （又称热成层、暖层）。其主要特点有： 气温随高度而升高；300km处气温可达 1000℃，顶部可高达2000℃ 空气在强烈的太阳紫外线与宇宙射线作用 下处于高度电离状态，故又称为电离层 （ionosphere）
M B (T) = 0 M Bl (T) dl
由实验及理论都可以得到斯忒藩—玻尔兹曼定律

M B (T ) = s T
s=
8
4
2 4
5.67 10 w.m .K
推导2 维恩（Wien)位移定律
M B（T） 最大值所对应的波长为 λ λ
维恩位移定律:
M Bλ（T）
m
Tλ
m
=
b
-3
b = 2.897 10 m . K
C 同类地物的反射光谱具有相似性，但也 有差异性。（不同植物）并且地物的光 谱特性具有时间特性和空间特性。

遥感物理基础

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 ）

定量遥感-第二章遥感物理基础精讲

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？
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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？
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• 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）
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• 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
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• 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？
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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

遥感概论期末复习知识点(完整)

遥感概论期末复习知识点(完整)

遥感概论期末复习知识点一遥感的定义遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的科学及综合性探测技术。

二遥感的基本原理自然界的任何物体本身都具有发射、吸收、反射以及折射电磁波的能力，遥感是利用传感器主动或被动地接受地面目标反射或发射的电磁波，通过电磁波所传递的信息来识别目标，从而达到探测目标物的目的。

三遥感的物理基础（一）电磁波电磁波是遥感技术的重要物理理论基础。

1、电磁波的性质：具有波的性质和粒子的性质（波粒二相性）2、波长越短（频率越高），能量越高。

3、电磁波谱电磁波几个主要的分段：宇宙射线、伽玛射线、X射线、紫外、可见光、红外（近、中、远）、微波、无线电波。

遥感常用的电磁波段主要是近紫外、可见光、红外、微波紫外：紫外线是电磁波谱中波长从0.01～0.38um辐射的总称，主要源于太阳辐射。

由于太阳辐射通过大气层时被吸收，只有0.3～0.38um波长的光能穿过大气层到达地面，且散射严重。

由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收与散射作用，紫外遥感通常在2000m 高度以下的范围进行。

可见光：是电磁波谱中人眼可以感知的部分，遥感常用的可见光是蓝波段（0.45um附近）、绿波段（0.55um附近）和红波段（0.65um附近）红外，红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在0.7um至1mm之间，遥感常用的在0.7um-100mm微波，波长在0.1毫米~1米之间的电磁波。

微波波段具有一些特殊的特性：①受大气层中云、雾的散射影响小，穿透性好，不受光照等条件限制，白天、晚上均可进行地物微波成像，因此能全天候的遥感。

②微波遥感可以对云层、地表植被、松散沙层和干燥冰雪具有一定的穿透能力。

微波越长，穿透能力越强。

4、黑体辐射定律辐射出射度：在单位时间内从物体表面单位面积上发出的各种波长的电磁波能量的总和。

黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，又能全部发射，则该物体是绝对黑体。

遥感原理与应用---第一章 电磁波及遥感物理基础

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0.253cm，0.5cm 微波处有吸收 0.3μm以下的紫外区域 0.7～1.95μm, 2.5～3μm,4.9～8.7 μm,15μm～1mm，全部在红外区域。 2.6～2.8μm, 4.1～4.45μm，9.1～ 10.9μm,12.9 ～ 17.1μm 吸收量很小
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§1.2 大气的散射
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本课安排 1.3 地物的反射辐射 1.4 地物波谱特性测定
重点内容 地物波谱特性曲线 绿色植物波谱特性曲线 地物波谱特性曲线作用
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§1.3 地物的反射辐射
反射率：反射辐射通量/入射辐射通量反射率是 在理想漫反射情况下，整个电磁波长的反射率。
绿叶反射特点：红、蓝光被光合作用所吸收； 绿色被吸收一部分，反射一部分，所以叶子呈 绿色；在近红外波段上形成强反射。 反射波谱：物体的反射率随波长变化的规 律。又称为反射波谱特性曲线。
普朗克辐射定律：
M (T )
2hc2
5
1 exp(hc / kt) 1
黑体辐射波谱曲线： 5/14
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§1.2 物体的发射辐射
黑体的波谱辐射曲线特性
特性1：总辐射通量密度与温度T4次方成正比
斯特藩－波耳兹曼定律 ：M (T ) T
4
特性2：峰值波长随温度的增加向短波方向移动
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§1.2 一般物体的发射辐射
发射率 W /W 1 1、绝对黑体 2、绝对白体 0 0 1 3、灰体 f ( ) 4、选择性辐射体 一般物体发射辐射特点 1、大多数物体可近似为灰体 2、任何材料发射率＝其吸收率（ ） 3、对于不透射物体， 1; 1
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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b.2897.8um 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。

土壤的反射波普特性曲线比较平滑，因此在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显。

植物均进行光合作用，因此各类绿色植物具有相似的反射波普特性，特征是：可见光附近有反射率为10%-20%（绿光）的一个波峰，两侧蓝红各有两个吸收带。

这一特征是由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挂光反射作用强。

近红外波段0.8到1.0微米间有一个反射的陡坡，至1.1微米附近有一个峰值，形成植被的独有特性。

水的反射主要为蓝绿光波段，其他吸收率很强，特别在近红外、中红外波段有很强的吸收带，反射率几乎为0，以此在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓，再次波段的黑白正偏上，水体为黑色，与周围植物和土壤形成明显反差，很容易识别判读。

但当水中很有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。

5地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？答：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。

6何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因。

答：大气窗口：有些波段的电磁波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。

原因：太阳辐射到达地面要穿过大气层，大气辐射.反射共同影响衰减强度，剩余部分才为透射部分，不同电磁波衰减程度不一样，透过率高的对遥感有利。

7传感器从大气层外探测地面物体时，接收到哪些电磁波能量？答：（1）太阳穿过大气照到目标并被反射到传感器的辐射照度（2）太阳辐射未穿过大气被大气散射折射到传感器（3）视场外物体的辐射能量通过大气到达传感器（4）市场外物体发射的能量照到目标物体并被目标物体反射到传感器。

第二章遥感平台及运行特点名词解释：1遥感平台：遥感中搭载传感器的工具统称遥感平台。

2遥感传感器：遥感中获取遥感数据的关键设备。

3卫星轨道参数：确定卫星轨道在空间的具体位置和形状的参数。

有升交点赤经，近地点角距，赤道倾角，卫星轨道长半轴，卫星轨道偏心率，卫星过近地点时刻组成。

4升交点赤经：卫星轨道升交点与春分点间的角距。

升交点即卫星由南向北运动时与地球赤道面的交点。

5 卫星姿态角：当地垂线与飞行器轴线的夹角。

以卫星质心为坐标原点，沿轨道前进的切线方向为x轴，垂直轨道面的方向为Y轴，垂直xy平面的方向为z 轴，卫星姿态角有三种：绕x轴旋转的姿态角为滚动：绕y轴旋转的姿态角为俯仰；绕z轴旋转的为偏航。

6与太阳同步轨道：卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的夹角，不随地球绕太阳公转而改变。

7LandSat：美国发射的地球资源技术卫星，共发射七颗这系列卫星。

8 SPOT：法国空间研究中心研制的主要用于地球资源遥感，五颗。

9卫星运行周期：卫星绕地球一圈所需的时间，即从升交点开始运行到下次过升交点时的时间间隔。

10.进极地轨道：轨道倾角接近90°，即轨道面接近地轴。

问答题：1、遥感卫星轨道的四大特点是什么？这些特点有什么好处？答：（1）近圆形轨道：使在不同地区获得的图像比例尺一致。

便于扫描仪用固定扫描频率对地面扫描成像，避免造成扫描行之间不衔接现象。

（2）近极地轨道：有利于增大卫星对地面总的观测范围。

（3）与太阳同步轨道：有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测；有利于卫星在固定的时间飞临地面接收站上空，是卫星上的太阳得到稳定的太阳照度。

（4）可重复轨道：有利于对地面地物或自然现象的文化动态监测。

第三章遥感传感器遥感传感器：获取遥感数据的关键设备。

（收集器，探测器，处理器，输出器）探测器：将收集的辐射能变为化学能或电磁能红外扫描仪：利用红外进行扫描成像的成像仪，对物面扫描成像的一种。

多光谱扫描仪：利用光线机械扫描方式测量景物辐射的遥感仪器。

推扫式成像仪：一种瞬间在像面上先形成一条图像甚至一副二维影像，然后对影像景象进行扫描成像的成像仪成像光谱仪：在特定的光谱域以高分辨率同时获得连续的地位光谱图像瞬时视场：形成单个像元的视场，决定地面分辨率。

MSS：成像板上排列有24+2各玻璃纤维单元，每列有6个纤维单元，每个探测器的视场为86urad，每个像元的地面分辨率为79x79m，扫描一次每个弊端获得6条扫描线图像，其地面范围为474x185KMTM：是相对MSS的改进，一个高级的所波段扫描仪共有探测器100个，分7个波段，一次扫描成像为地面的480x185kmHRV：是一种线阵列推扫描仪，由于使用CCD元件做探测器，在瞬间能同时得到垂直航向的一天图像线，不需要用摆动的扫描镜，以推扫方式获得沿轨迹的连续图像条带SAR ：INSAR：利用SAR在平行轨道上对同于地物额获取两幅（两幅以上）的但视复数影像来形成干涉，进而得到该地区的三维地表信息CCD：称电荷耦合器件，是一种由硅等半导体材料制成的固体器件，受光火电激产生的电荷靠电子或空穴运载，在固体内移动，达到一路是序输出信号真实孔径侧视雷达：天象装在飞机侧面。

发射机向侧面内发射一束脉冲，地物发射的微波脉冲，有天线收集后，被接收机接收，回拨信号经电子处理器吃了，在阴极射线管上形成一条相应于辐照内各种地物反射特性的图像线全景畸变：由于地面分辨率随扫描角发生变化，而使红外扫描影像产生畸变，这种畸变称之为全景畸变。

合成孔径侧视雷达：是一个小天线作为的那个复数单元，将此单元沿一直线不断移动，在移动中选择若干个位置，在每个位置上发生一个信号，接收相应发生位置的回波信号储存记录下来距离分辨率：在脉冲发射方向上，能分辨两个目标的最小距离方位分辨率：在雷达飞行方向上，能分辨两个目标的最小距离斜距投影：测试雷达图像在垂直方向的像点位置是靠飞机的目标的斜距来确定多中心投影：合成孔径雷达原理。

1、目前遥感中使用的传感器可分为哪几种？答：1有无主动发射电磁波：主动，被动。

2成像与否：成像，非成像3利用的电磁波段：光学和微波4按基本结构原理：摄影类型传感器扫描成像类型传感器雷达成像类型传感器非图像类型传感器2、遥感传感器包括哪几部分？答：1 收集器：收集地物辐射来的能量2探测器：将收集的辐射能转化为化学能或电能3处理器：对收集的信号进行处理4输出器：输出获取的数据3、LANDSAT系列卫星上具有全色波段的是哪一颗？其空间分辨率怎样？答：Landsat-4 83x83m4、利用合成孔径技术能提高侧视雷达的何种分辨率？答：方位分辨率5、实现扫描线衔接应满足的条件是什么？答：速度与航高之比为一常数4、叙述侧视雷达图像的影像特征答：1垂直飞行方向的比例尺由小变大。

2造成山体前倾朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长与中心投影相反，还会出现不同地位点重影现象3高差产生的投影差与中心投影影像差位移的方向相反，位移量不同4不同设站对同一地区获取的雷达图像也能构成立体影像。

5、物面扫描的成像仪为何会产生全景畸变？答：地面分辨率随扫描角发生变化，而使扫描影像产生畸变，称为全景畸变。

全景摄影机的像距不变，总在焦面上，物距随扫描角变化而变化。

6、TM专题制图仪与MSS多光谱扫描仪有何不同？答：TM是MSS的改进，增加了一个扫描改正器，具有更高的空间分辨率，更高的频谱选择性，更好的几何真度，更高的辐射准确度和分辨率，同时扫描行垂直于飞行轨道，往返双向的对地面扫描7、SPOT卫星上的HRV推扫式扫描仪与TM专题制图仪有何不同？答：HRV推扫式扫描仪是对像面扫描成像，TM是多光谱扫描仪对物面扫描成像第四章遥感图像处理（一）名词解释：1光学影像：一种以胶片或者其他的光学成像载体的形式记录的影像。

二维的连续的光密度函数2数字影像：以数字形式记录的影像，二维的离散的光密度函数3空间域图像：以光学图像和数字图像表现的影像，空间坐标XY的函数4频率域图像：以频率域的形式表示的影像，频率坐标Vx，Vy的函数。

5图像采样：图像空间坐标（x，y）的数字化6灰度量化：图像灰度数字化7 ERDAS：一个开发专业遥感图像处理与地理信息系统软件的公司。

8 BSQ：按波段记载数据文件。

9 BIL：一种按照波段顺序交叉排列的遥感数据格式，与BSQ相反。

10 图像数字化：图像函数f（x，y）在空间坐标和幅度上都要离散化，其离散后的每个象元的值都用数字表示，整个过程就叫图像数字化。

简答题：1、叙述光学影像与数字影像的关系和不同点。

答：光学影像:可以看成是一个二维的连续光密度通过率函数，相片上的密度随xy变化而变化，是一条连续的曲线，密度函数非负且有限。

数字影像：是一个二维的离散光密度函数，数字影像处理要比光学影像简捷快速，而且可以完成一些光学处理方法所无法完成的各种特殊处理，成本低，具有普遍性。

2、怎样才能将光学影像变成数字影像?答：把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数，进行图像数字化，包括图像采样，（空间坐标数字化）灰度级量化过程处理（灰度数字化）。