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电磁辐射与地物光谱PPT课件

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遥感概论ppt课件第二章--电磁辐射与地物光谱特征

遥感概论ppt课件第二章--电磁辐射与地物光谱特征
自然界的物体与绝对黑体作辐射比较，都有与石英晶体类似的性质，只不过吸收 系数不同而已(表2．3)。由基尔霍夫定律可以知道，绝对黑体不仅具有最大的吸 收率，也具有最大的发射率，却丝毫不存在反射。对于实际物体，都可以看作辐 射源，如果物体的吸收本领大，即吸收率越接近1，它的发射本领也大，即越接 近黑体辐射。这也是为什么吸收率又可叫作发射率的原因。
22
2.2 太阳辐射及大气对辐射的 影响
l太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳 辐射有时习惯称作太阳光，太阳光通过 地球大气照射到地而，经过地面物体反 射又返回，再经过大气到达传感器，这 时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射 到达地球大气上空时的辐射强度相比， 已有了很大的变化，包括入射与反射后 二次经过大气的影响和地物反射的影响。 本节主要讨论大气的影响。
6
2.1.2 电磁辐射的度量
1. 辐射源 任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐
射，也能够向外辐射。 因此对辐射源的认识不仅限于太阳、 炉子等发光发热的物体。能发出紫外辐射、 X射线、微波辐 射等的物体也是辐射源，只是辐射强度和波长不同而已。 电 磁波传递就是电磁能量的传递。因此遥感探测实际上是辐射 能量的测定。
一般辐射体和发射率
21
以石英的辐射为例，对不同波长测出对 应于该波长的光谱辐射出射度Mλ,这时
石英温度假定为250 K。分别作出250 K 时绝对黑体的辐射曲线和石英的辐射曲 线(图2．9)，从图可以看出，石英的辐 射显然比黑体辐射弱，而且随波长不同 而不同，也就是说比辐射率(或吸收系 数)与波长有关。虚线各点的纵坐标是 石英对应于每一波长的光谱辐射出射度 ．曲线下面积是整个电磁波谱的总辐 射出射度。
l 方向:由电 磁振荡向各个 不同方向传播 的.

二章电磁辐射与地物光谱特征ppt课件

二章电磁辐射与地物光谱特征ppt课件
厦门理工学院空间信息科学与工程系
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
二氧化碳（CO2）：
它的吸收作用主要在红外区内。在1.35-2.85μm有3 个宽弱吸收带。另外在2.7μm、4.3μm与14.5μm为 强吸收带。由于太阳辐射在红外区能量很少，这一 吸收带可忽略不计。
尘埃：
它对太阳辐射也有一定的吸收作用，但吸收量很少。 当有沙暴、烟雾和火山爆发等现象发生时，大气中 尘埃急剧增加，这时它的吸收作用才比较显著。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
三、大气窗口
大气层的反射、吸收和散射作用，削弱了太阳辐 射的能量。把太阳辐射通过大气层时，反射、吸 收和散射比较低，即透射率高的波段范围，称为 大气窗口。 主要的大气窗口：
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
瑞利散射
当大气微粒的直径（d）比辐射波长（λ）小得多 时，即：当d＜λ/10时，ϕ＝4，发生的散射称瑞利 散射。
γ∞1/λ4
可见光对瑞利散射的影响较大。 常见雨过天睛后，晴朗天空呈碧蓝色，大气中的粗 粒物质被雨水带走，大气中的气体分子粒径较小， 把波长较短的蓝光散射到天空中的缘故。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
非选择性散射
当微粒的直径比波长大得多时，即d＞λ，ϕ＝0，
γ＝1，所发生的散射称为非选择性散射。
这种散射与波长无关，即任何波长散射强度相同。 如大气中的水滴、雾、烟、尘埃等气溶胶对太阳 辐射，常常会出现这种散射。 云或雾之所以看起来是白色，是因为它对各种波 长的电磁波的散射是一样的。

第二章 电磁波谱与地物波谱特征ppt课件

第二章 电磁波谱与地物波谱特征ppt课件
部分占总能量的份额称为吸收率，其值在0-1之间。黑颜 色的物体吸收能力大于白颜色的物体，吸收系数也比较大。 如黑色的煤烟，其吸收系数接近99%，被认为是最接近绝对 黑体的自然物质。恒星和太阳的辐射也被看做是接近黑体 辐射的辐射源。但实际上自然界并不存在绝对黑体。
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2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在2008春节期间我国南方地区的冰雪灾害过程中，在历 次洪涝灾害过程中，在我国南方地区农作物生长的关键 时刻，经常是阴云密布，或大雨滂沱，只有SAR能够工作 得到遥感图像。
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2.1.4 黑体辐射
绝对黑体（black body） 如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，即吸收
率α=1，则这种物体称为绝对黑体，或简称黑体。 一般物体收到辐射时，对辐射能量总是有吸收、反射。吸收
-
9
2.1.3 遥感应用电磁波段
-
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2.1.3 遥感应用电磁波段
可见光 波长范围从0.38-0.76μm。它由红、橙、黄、绿、青、
蓝、紫色光组成。人眼对可见光有敏锐的感觉，不仅对可 见光的全色光，而且对不同波段的单色光，也都具有敏锐 的分辨能力，其中对0.55 μm最敏感，所以可见光是作为 鉴别物质特征的主要波段。
2.2.1 太阳辐射 2.2.2 大气吸收 2.2.3 大气散射 2.2.4 大气窗口
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2.2.1 太阳辐射 太阳是被动遥感最主要的辐射源。
0 太阳光谱曲线
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2.2.1 太阳辐射
从太阳光谱曲线可看出： 到达地面的太阳辐射包括近紫外、可见光和红外； 太阳辐射的光谱是连续光谱； 太阳辐射的能量主要集中在可见光； 最大辐射强度位于波长0.47µm左右； 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减； 各波段的衰减是不均衡的。

二章电磁辐射与地物光谱特征-资料

二章电磁辐射与地物光谱特征-资料
1.3-2.5μm：
近红外波段的中段。仍属于地物反射光谱，但不 能用胶片摄影，仅能用光谱仪和扫描仪来记录地 物的电磁波信息。透射率都接近80％。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
目前近红外窗口应用不多，但在某些波段对区分 蚀变岩石有较好的效果，因此在遥感地质应用方 面很有潜力。TM设有1.55-1.75μm和2.082.35μm两个波段。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
氧（O2）：
在波长0.155μm处吸收最强。在低层大气内几乎 观测不到小于0.2μm的太阳辐射，在0.69μm 和.76μm附近，各有一个窄吸收带。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
2）大气的散射作用
大气散射集中于可见光区，是太阳辐射能衰减的 主要原因。散射的强弱可用散射系数表示：
ϕ为波长的指数，它由微粒直径（d）的大小决定。
根据波长与散射微粒的大小之间的关系，散射可 分为三种：
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一、电磁波
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
1 概念：
电磁波是交变电场和磁场
在空中的转化和传播 2 特点：
电磁波是横波，传播速度为光速 有反射、吸收、透射、散射等。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
二、电磁波谱
0.8-25cm：
微波窗口，属于发射光谱范围。不受大气干扰， 透射率可达100％，是全天候的遥感波段。

第二章电磁波与地物波谱精品PPT课件

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2.1 遥感的电磁波原理
一.电磁波与电磁波谱 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。 电磁波谱示图
2
技
术
遥
感
电磁波谱图
3
技
术
遥
感
第二章 电磁波与地物波谱
2.1 遥感的电磁波原理
一.电磁波与电磁波谱 遥感应用的电磁波谱 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。
遥
感
第二章 电磁波与地物波谱
2.1 遥感的电磁波原理
一.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。
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技
术
遥
感
第二章 电磁波与地物波谱
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技
术
遥
感
第二章 电磁波与地物波谱 2.2 太阳辐射与大气的作用
一.太阳辐射
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技
术
遥
感
第二章 电磁波与地物波谱 太阳辐射
一.太阳辐射
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技
术
遥
感
第二章 电磁波与地物波谱
2.2 太阳辐射与大气的作用
二. 大气结构与成分
从地面到大气上界，大气的结构分层为：
对流层：高度在7～12 km,温度随高度而降低，天气变化 频繁，航空遥感主要在该层内。 平流层：高度在12～50 km，底部为同温层（航空遥感活 动层），同温层以上，温度由于臭氧层对紫外线的强吸 收而逐渐升高。 电离层：高度在50～1 000 km，大气中的O2、N2受紫外 线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动 空间。 大气外层：800～35 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上 没有影响。

2.1电磁辐射与地物波谱

2.1电磁辐射与地物波谱
段；是遥感最常用的波段。
➢ 红外线(IR) ：0.76-1000 μm。近红外0.76-3.0
μm’中红外3.0-6.0 μm；远红外6.0-15.0 μm；超远 红外15-1000 μm。（近红外又称光红外或反射红外； 中红外和远红外又称热红外。） ➢ 微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具 有穿透能力；发展潜力大。
Using Natural Radiation for Remote Sensing
三、电磁辐射源
1. 自然辐射源
➢ 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。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
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
本章主要内容
➢ 电磁波与电磁波谱 ➢ 地物的光谱特性 ➢ 大气和环境对遥感的影响
第一节 电磁波与电磁波谱
❖电磁波及其特性 ❖电磁波谱 ❖电磁辐射源
一、电磁波及其特性
1. 波的概念：波是振动在空间的传播。
2. 机械波：声波、水波和地震波 3. 电磁波（ElectroMagnetic Spectrum )
周期：波前进一个波长那样距离所需的时间（T） 频率(frequency)：指单位时间内，完成振动或振
荡的次数或周期（T）.用V示。单位为赫兹(Hz)、
千赫(KHz)、兆赫(MHz)、吉赫(GHz)等 。
振幅(Amplitude)：表示电场振动的强度。它被定义 为振动物理量偏离平衡位置的最大位移。即每个波 峰的高度。单位为瓦特／米2·厘米
L()=d2/d(dAcos )
法线
θ Ω
通量 Φ

遥感概论课件第二章 电磁辐射与地物光谱特征

遥感概论课件第二章 电磁辐射与地物光谱特征
方向:由电 磁振荡向各个 不同方向传播 的.
3. 电磁波谱：
按照电磁波的波长 （频率的大小）长短， 依次排列构成的图表，
构谱列成 ，以电可频磁 以率波划从谱分高。为到该Y低射波排线、表2 x射线、紫外线、见光、1 红外线、无线电波。 电 在真空状态下频率f与 磁 波电是磁 渐长波变λ之谱 的积区，等段一于的般光界按速线产c。波谱
辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量， I=dφ/dS单位： W/m2 , S为面积。 辐射出射度(M)：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量， M=dφ/dS，单位w／m2，S为面积。 辐照度(I)与辐射出射度(M)都是辐射通量密度的概念，不过I为 物体接收的辐射，M为物体发出的辐射。它们都与波长λ有关。
遥感的辐射源分为自然辐射源和人工辐射源两类。自 然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射；太阳辐射是可 见光及近红外遥感的主要辐射源，地球是远红外遥感的主要 辐射源。人工辐射源是指人为发射的具有一定波长的波束； 主动遥感采用人工辐射源，目前较常用的人工辐射源为微波 辐射源和激光辐射源。
2. 辐射测量
(2) 斯忒藩—玻尔兹曼定律
对普朗克定律在全波段内积分，得到斯忒潘－玻尔兹曼定律。绝 对黑体的总辐射出射度与温度的4次方成正比。
T Wb 4
σ: 斯蒂藩－玻尔兹曼常数，5.6697＋－ 0.00297）×10－8Wm-2K-4
由图2．7可以看出每条曲线 下面所围面积为积分值，即 该温度时绝对黑体的总辐射 出射度M 。右图可以看出， 温度越高，绝对黑体的总辐 射出射度（曲线下面所围面 积）越大。
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

第2章电磁辐射与地物光谱(2)

第2章电磁辐射与地物光谱(2)

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2.1.1 电磁波谱
3）电磁波在真空中以光速传播。 4）满足方程：
f.λ=c (波动性)
E=h.f （粒子性）
具有波粒二象性
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2.1.1 电磁波谱 （补充）
麦克斯韦 （1831-1879） 波动性
普朗克 （1858-1947） 粒子性
爱因斯坦 （1879-1955）
3
2.1.1 电磁波谱（补充）
Φ=dW/ dt
辐射通量（Φ）的单位是瓦特=焦耳/秒（W=J/S）
注意：辐射通量是波长的函数，总辐射通量应该 是各谱段辐射通量之和或其积分值。
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2.1.2、电磁辐射的度量
3、辐射通量密度 E： 单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：
•辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，记为: I=d
Φ / dS，单位是W/m2, S为面积。 •辐射出射度(M)：温度为T的辐射源物体表面单位面积上的辐射通量， 记为:M=d Φ / dS，单位也是 W/m2，S为面积。
被辐照物 辐照度 辐 射 出 射 度 辐射体
辐射源
辐射通量密度的单位是瓦/米² （W/m² ）
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2.1.2、电磁辐射的度量
4、辐射强度 (补充) 辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指 在某一方向上单位立体角内的辐射通量： 辐射强度（I）=d Φ / d Ω
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2.1.1 电磁波谱（补充）
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2.1.1 电磁波谱
电磁波谱定义：按照电磁波在真空中传播的波长或频率，递 增或递减排列，形成的一个连续谱带。
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2.1.1 电磁波谱
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2.1.1 电磁波谱
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2.1.1 电磁波谱—遥感常用波段
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2.1.1 电磁波谱（补充）
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2.1.1 电磁波谱
电磁波谱定义：按照电磁波在真空中传播的波长或频率，递 增或递减排列，形成的一个连续谱带。
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2.1.1 电磁波谱
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2.1.1 电磁波谱
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2.1.1 电磁波谱—遥感常用波段
可见光：
紫色光 （ 0.38～0.43 μm ） 蓝色光 （ 0.43～0.47 μm ） 青色光 （ 0.47～0.50 μm ） 绿色光 （ 0.50～0.56 μm ） 黄色光 （ 0.56～0.59 μm ） 橙色光 （ 0.59～0.62 μm ） 红色光 （ 0.62～0.76 μm ）
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2.1Байду номын сангаас1 电磁波谱—遥感常用波段
红外(Infrared, IR) 反射红外（reflective IR）：0.7-
3.0m 热红外(Thermal IR)：3.0-100m
以往用法： 近红外：0.7-1.1 m 中红外：1.1-3.0 m 远红外：8.0-100 m
目前遥感界习惯用法：
近红外（NIR, near-infrared）： 0.7-1.1 m
长，有热感。
• 热红外：6.0～15.0 µm，地面常温下的辐射
波长，有热感。
• 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。
遥感教研室 主讲人：孟治国
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第二章 遥感物理基础
本章，我们主要解决两个问题：
1. 什么是电磁波？ 2. 在遥感技术中，如何利用电磁波来提
取地物信息？
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学习内容
§2.1 电磁波与电磁波谱 §2.2 大气与电磁辐射的相互作用及大气窗口 §2.3 典型地物波谱特性 §2.4 彩色合成原理
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2.1.1 电磁波谱（补充）
• 遇到介质（气体、液体、固体），发生一系列现象：
反射：
– 镜面反射：入射角等于反射角 – 漫反射：反射向四面八方
折射：射入介质，折射角一般不等于入射角 吸收：部分被介质吸收 透射：从入射延伸方向射出介质 发射：自身向外辐射能量
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2.1.1 电磁波谱（补充）
电磁波与物体间的相互作用图
9
§2.1 电磁波与电磁波谱
(1) 电磁波与电磁波谱
电磁波是遥感信息的载体；电
(2) 电磁辐射的度量
磁波理论是遥感的物理理论基础。
(3) 电磁辐射源 (4) 太阳辐射和地气辐射系统
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§2.1.1 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。
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（1）电 磁波与电磁波谱
红电外磁目和前波微遥波谱感波技谱术区中间通。常由采于用它的们电的磁波波长位或于频可率见不光同、，
不按同电电磁磁波波又波表长现的出长各短自，的依特性次和排特列点制。成可的见图光、表红叫 电外和磁微波波谱遥。感，就是利用不同电磁波的特性。电磁波 与主依要地次内物为容相。：互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的
粒子性 16
2.1.1 电磁波谱（补充）
• 电磁波的波动性
•Amplitude (A)
•Wavelength (lambda, l)
•Period (T)
•Frequency (f=1/T), 单位：赫兹(HZ),表示1秒内波传播的次数
•Velocity (v)
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2.1.1 电磁波谱（补充）
A si n t k x
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2.1.1 电磁波谱（补充）
反射、吸收和透射的能量和等于入射的总能量
反射率=（反射能量/入射总能量）*100% 吸收率=（吸收能量/入射总能量）*100% 透射率= （透射反射能量/入射总能量）*100%
散射：辐射传播中，若遇到小粒子，会向四面八方散 去，电磁波强度和方向发生各种变化，即散射。强度 随波长改变。
γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线— 微波—无线电波。
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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。
应掌握有关电磁波的知识
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2.1.1 电磁波谱
1）电磁波是电磁振动的传播。当电磁振荡进入空间 时，变化的磁场激发了变化的电场，使电磁振荡在 空间传播，形成电磁波，也称电磁辐射。 2）电磁波是横波，质点的震动方向与波的传播方向 垂直。在传播过程中，遵循波的反射、折射、衍射、 散射、干涉、吸收等传播规律。
其中：
电场
= 2p/T
强度
k = 2p/l
为相位
Maxwell's wave theory Maxwell's Equations
c = lf
真空中，c=2.998*108m/sec传播 18
2.1.1 电磁波谱（补充）
• 粒子性
把电磁波作为粒子对待时，能量:
E = hf
h, Plank's constant (6.626 * 10-34 J•s) 能量越大，波长越短，粒子性越强，直线性越强。
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学习目的和要求
要求掌握电磁波的基本特征、电磁 波谱、电磁辐射源、大气窗口、地物波 谱特性及其影响因素、彩色合成原理等 内容。
通过本章的学习，掌握遥感的物理 基础知识，为掌握遥感影像特征、进行 遥感影像解译打下牢固的基础。
8
学习重点与难点
△ 电磁波谱 △ 大气对电磁波传播的影响 △ 常用的大气窗口及其特点 △ 典型地物的波谱特性 △ 地物波谱的时间效应、空间效应 △ 彩色合成原理
短波红外(SWIR, shortwave IR）：
1.1-3.0 m
中红外(MWIR, Mid wave IR)： 3.0-6.0 m
热红外(TIR, Thermal IR)：
8.0-15 m
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红外线的应用
• 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
E 电场，M 磁场，C 传播方向
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2.1.1 电磁波谱
3）电磁波在真空中以光速传播。 4）满足方程： f.λ=c (波动性) E=h.f （粒子性） 具有波粒二象性
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2.1.1 电磁波谱 （补充）
麦克斯韦 （1831-1879）
波动性
普朗克 （1858-1947）
爱因斯坦 （1879-1955）