2 遥感的物理基础
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《遥感原理与应用》习题答案解析
《遥感原理与应用》习题答案解析遥感原理与应用习题第一章遥感物理基础一、名词解释1遥感：在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离感知的一门探测技术。
2遥感技术：遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。
3电磁波：电磁波（又称电磁辐射）就是由同相震荡且互相横向的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向旋转轴电场与磁场形成的平面，有效率的传达能量和动量。
电磁辐射可以按照频率分类，从高频率至高频率，包含存有无线电波、微波、红外线、红外线、紫外光、4电磁波五音：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排序，就构成了电磁波五音5绝对黑体：能够完全吸收任何波长入射能量的物体6灰体：在各种波长处的发射率相等的实际物体。
7绝对温度：热力学温度，又叫做热力学温标，符号t，单位k（开尔文，缩写上开）8色温：在实际测量物体的光谱电磁辐射通量密度曲线时，常常用一个最吻合灰体电磁辐射曲线的黑体电磁辐射曲线做为参考这时的黑体电磁辐射温度就叫做色温。
9大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段称。
10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。
11光谱反射率：物体的散射电磁辐射通量与入射光电磁辐射通量之比。
12波粒二象性：电磁波具备波动性和粒子性。
13光谱反射特性曲线：反射波谱曲线是物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。
问答题1黑体电磁辐射遵从哪些规律？（1由普朗克定理知与黑体辐射曲线下的面积成正比的总辐射通量密度w随温度t的增加而迅速增加。
(2绝对黑体表面上，单位面积升空的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。
(3黑体的绝对温度增高时，它的电磁辐射峰值向短波方向移动。
(4不好的辐射体一定就是不好的吸收体。
(5在微波段黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。
2电磁波五音由哪些相同特性的电磁波段共同组成？遥感技术中所用的电磁波段主要存有哪些？a.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b.微波、红外波、可见光3物体的电磁辐射通量密度与短萼有关？常温下黑体的电磁辐射峰值波长就是多少？（1与光谱反射率，太阳入射在地面上的光谱照度，大气光谱透射率，光度计视场角，光度计有效接受面积。
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
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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
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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。
• 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
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冯新伟
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冯新伟
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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
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
∴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。
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• 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
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
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
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。
第二章遥感的物理基础
28
传感器探测波段的设计，是通过分析
比较地物光谱数据而确定的。
多光谱扫描仪（MSS）的波段设计：
MSS1(0.5-0.6 μm) MSS2(0.6-0.7 μm) MSS3(0.7-0.8 μm) MSS4(0.8-1.1 μm)
TM的波段： TM１ 0.45~0.52μm TM２ 0.52~0.60μm TM３ 0.63~0.69μm TM４ 0.76~0.90μm TM５ 1.55~1.75μm TM６ 10.4~12.5μm TM７ 2.08~2.35μm
2 k 4 4 4 W0 T T 2 2 15c h
40
(3)维恩位移定律：Wien's displacement law
随着温度的升高，辐射最大值对应 的峰值波长向短波方向移动。
max T b
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
W
W黑
W W黑
4
在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波 段）；吸收率越大，发射率也越大。
第二章：遥感的物理基础
第一节：电磁波与电磁波谱 第二节：地物的光谱特性 第三节：大气对电磁辐射的影响 第四节：彩色合成原理
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第一节：电磁波与电磁波谱
一、电磁波：电磁场在空间以一定的 速度由近及远的传播过程。从能量的 角度又称为电磁辐射。
二、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：
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1.
2.
3、黑体辐射定律
《遥感导论》电子教案终稿新
《遥感导论》电子教案终稿新第一章：遥感基础1.1 遥感概述遥感的定义遥感的基本原理遥感的应用领域1.2 遥感技术系统遥感平台与传感器遥感数据类型与分辨率遥感数据获取与处理1.3 遥感数据产品与应用遥感数据的产品类型遥感数据的应用案例遥感数据的选择与评价第二章：遥感物理基础2.1 电磁波与光谱特性电磁波的基础知识光谱特性与波段选择光谱吸收与反射特性2.2 遥感传感器与光谱响应传感器的类型与工作原理光谱响应函数与数据模拟传感器参数与性能评价2.3 遥感图像的辐射校正与大气校正辐射校正的目的与方法大气校正的重要性与方法辐射校正与大气校正的实施步骤第三章：遥感图像处理与分析3.1 遥感图像预处理图像预处理的目的与方法图像配准与辐射校正图像增强与去噪声3.2 遥感图像分类与分割图像分类的原理与方法基于像素与基于对象的分类方法图像分割的目的与方法3.3 遥感图像的特征提取与信息提取特征提取的重要性与方法常用特征参数与指标信息提取的方法与技术第四章：遥感应用案例分析4.1 土地覆盖与植被监测土地覆盖分类与数据来源植被指数与监测方法土地覆盖变化分析与应用案例4.2 水资源监测与洪水预测水资源遥感监测方法洪水预测与监测技术水资源遥感应用案例分析4.3 城市规划与建设监测城市遥感监测技术城市规划与建设中的应用案例城市变化分析与评估第五章：遥感技术的发展趋势5.1 卫星遥感技术的发展新型遥感平台与传感器高分辨率遥感数据的应用卫星遥感数据的集成与共享5.2 激光雷达遥感技术激光雷达的原理与应用激光雷达遥感数据处理与分析激光雷达遥感技术的优势与挑战5.3 多源遥感数据融合与应用多源遥感数据的特点与融合方法多源遥感数据在地理信息系统中的应用多源遥感数据融合的未来发展趋势第六章：专题地图制图与遥感应用6.1 专题地图制图原理专题地图的概念与分类专题地图制图方法与流程遥感数据在专题地图制中的应用6.2 遥感影像地图编制遥感影像地图的类型与特点遥感影像地图编制方法与技术遥感影像地图的应用案例6.3 遥感技术与地理信息系统集成遥感与GIS集成的意义与优势遥感与GIS集成的方法与技术遥感与GIS集成应用案例分析第七章：环境监测与变化分析7.1 遥感在环境监测中的应用环境监测的基本概念与方法遥感技术在环境监测中的应用领域环境监测遥感数据的处理与分析7.2 土地利用变化分析土地利用变化的概念与监测方法遥感数据在土地利用变化分析中的应用土地利用变化趋势与驱动因素分析水资源遥感监测技术方法水资源变化分析与评估水资源遥感应用案例分析第八章：气候与气象遥感应用8.1 遥感在气候研究中的应用气候遥感监测的基本原理气候遥感数据类型与获取方法气候遥感数据的应用案例8.2 遥感气象观测与分析气象遥感监测的方法与技术气象遥感数据的处理与分析气象遥感应用案例分析8.3 气候模型与遥感数据集成气候模型的基本原理与类型遥感数据在气候模型中的应用气候模型与遥感数据集成的方法与技术第九章：生物地球化学与遥感应用9.1 生物地球化学与遥感关系生物地球化学的基本概念遥感技术在生物地球化学研究中的应用生物地球化学遥感应用案例分析植被遥感监测的基本原理与方法植被指数与植被参数遥感反演植被遥感应用案例分析9.3 土壤与水分遥感监测土壤遥感监测的基本原理与方法水分遥感监测技术与应用土壤与水分遥感应用案例分析第十章：遥感技术在科学研究中的应用10.1 遥感技术在地球科学中的应用遥感技术在地质调查与勘探中的应用遥感技术在地球物理场研究中的应用遥感技术在地球环境与气候变化研究中的应用10.2 遥感技术在生态学与应用遥感技术在生态系统监测与评估中的应用遥感技术在生物多样性保护中的应用遥感技术在生态灾害监测与预警中的应用10.3 遥感技术在农业领域的应用遥感技术在农业资源调查与监测中的应用遥感技术在农业灾害监测与预警中的应用遥感技术在农业产量估算与种植结构分析中的应用重点和难点解析重点环节：1. 遥感基本原理与技术系统2. 遥感数据产品与应用3. 电磁波与光谱特性4. 遥感图像的辐射校正与大气校正5. 遥感图像预处理6. 遥感图像分类与分割7. 遥感图像的特征提取与信息提取8. 土地覆盖与植被监测9. 水资源监测与洪水预测10. 城市规划与建设监测11. 遥感技术与地理信息系统集成12. 环境监测与变化分析13. 气候与气象遥感应用14. 生物地球化学与遥感应用15. 遥感技术在科学研究中的应用难点解析：1. 遥感基本原理与技术系统：理解遥感技术的工作原理以及不同传感器和平台的特点。
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典型地物的光谱反射特征
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一、地物的反射光谱特性
· 同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不
同植物；植物病虫害
· 地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。
时间特性 空间特性
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式中，c为真空中的光速； k为玻尔兹蔓常数，k=1.3810-23 J/K； h为普朗克常数，h=6.63 10-34 Js； M为辐射出射度。单位为w cm2 m1
2
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二、地物的发射光谱特性
辐射通量密度随波长 连续变化，曲线只有一 个最大值； 温度愈高，辐射通量 密度也愈大，不同温度 的曲线不相交； 随着温度的升高，辐 射最大值所对应的波长 移向短波方向。
不同温度的黑体辐射的光谱能量分布
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一、电磁波及其光谱特性
波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短 ，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特 性愈明显。 电磁波的叠加原理
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一、电磁波及其光谱特性
电磁波的特性
电磁波是横波 在真空中以光速传播 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。 波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的，因 此具有波动性 粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射 的实质是光子微粒的有规律的运动。电磁波的粒子性 ，使得电磁辐射的能量具有统计性
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二、电磁波谱
红外线（IR）：波长是0.76 m～1000m，可分为4个光谱段： 近红外（NIR）：0.76m～1.3m，在性质上与可见光相似， 在RS技术中采用摄影和扫描方式，可接收和记录光红外反射。 中红外（MIR）：3m～6m， 远红外（FIR）： 6m～15m， 热红外（产生热感的原因） 超远红外（MIR）：15m～1000m， 红外线也是RS中常用的波段之一，使用率仅次于可见光。 红外RS采用热感应方式探测地物本身的热辐射。红外线在云、雾、 雨中传播时，受到严重的衰减，因此红外RS不是全天候RS，不能在云 、雾、雨中进行，但不受日照条件的限制。 微波：1mm～1m的无线电波。 微波和红外两者的特征相似，都属于热辐射性质。微波能穿透云雾 、小雨，是全天候遥感，昼夜均可进行。微波对植被、冰雪、干沙、 干土均有较强的穿透力，常被用来探测被冰雪、植被、沙土所遮掩的 地物。
0. 43～0.47um
0. 47～0.50um 0. 50～0.56um 0. 56～0.59um 0. 59～0.62um 0. 62～0.76um
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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 5900K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的波长主要是太阳辐射的 能量；大于6 μm的波长，主要是地物本身的热辐射； 3-6 μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。
不同植物光谱曲线比较
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植物的病虫害
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时间特征
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二、电磁波谱
RS技术使用电磁波段分类名称和波长范围
名称
紫外线 可见光 近红外 红 外 线 中红外 远红外 超远红外 毫米波 微 波 厘米波 分米波
波长范围
0.01～0.38m 0. 38～0.76m 0.76～3m 3～6m 6～15m 15～1000m 1～10mm 1～10cm 1～10dm 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红 0. 38～0.43um
电磁波及其特性 电磁波谱 stitute of Science and Technology)
一、电磁波及其光谱特性
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 )
二、地物的发射光谱特性
任何地物当温度高于绝对温度0K时，就存在着分子运动，不断地向 外发射电磁波。实际上，世界上任何物体的温度都高于0K（ 0K=273.15℃）。所以，任何物体都有热辐射。 黑体热辐射定律： 黑体辐射通量密度，可以用普朗克公式表示：
2πhc 1 M λ ( , T ) hc / kT 5 λ e 1
微波辐射源：0.8-30cm 激光辐射源：激光雷达—测定卫星的位置、高度、 速度、测量地形等。
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§2、地物的光谱特性
任何地物都有自身的电磁辐射规律，如反 射、发射、吸收电磁波的特性。少数还有透射 电磁波的特性。地物的这种特性称为：地物的 光谱特性。
二、电磁波谱
2、遥感中常用的电磁波段：
可见光、红外线、微波是RS中常用的三大波段。 紫外线（UV）：波长范围是0.01 m～0.38m（1 m=10-6m）， 其中波长<0.3 m的能量被大气层吸收，只有0.3～0.38 m。 由于紫外线在大气中传输时受到很大衰减，在RS中很少被应用。 一般只用来探测海面石油污染的范围和油膜厚度，以及测定碳酸盐岩 分布。 紫外线从空中可探测的高度<2000m，对高空遥感不适用。 可见光（VI）：波长范围是0.38 m～0.76 m，由红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫色光组成，是摄影方式常用的遥感波段。 可以粗分为蓝、绿、红三色： 蓝：0.38 m～0.50 m； 绿：0.50 m～0.60 m； 红：0.60 m～0.76 m。 可见光是RS中最早和最常使用的波段。
一、地物的反射光谱特性
2、地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长 变化的规律。
• 地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间 的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差 异是遥感识别地物性质的基本原理。 不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙 漠、湿地、小麦的光谱曲线
•
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二、地物的发射光谱特性
三类发射体：
按发射率（恒等于吸收率）的大小及其与波长的关系，可以把物 体分为： 绝对黑体：任何温度下对任何波长的电磁波的光谱发射率恒等于1的 物体； 灰体：任何温度下对任何波长的电磁波的光谱发射率都小于1，且不 随波长而变化的物体。其光谱发射率是一个与波长无关的常数。 选择性发射体：光谱发射率随波长而变化的物体。 此外，如果一个物体的光谱发射率和光谱透射率恒等于0，而反射率 恒等于1，称为绝对白体（简称白体）。
一、地物的反射光谱特性
水：一般地，水的反射率很低，小于10%。 纯净水反射率在蓝光谱段最高。 雪：在可见光的大部分区域（0.38～ 0.70μm）内，雪的反射率都很高。 云：与雪接近（在可见光到近红外短波 段）。在近红外中波段（1.55～1.75μm） 和长波段（2.10～2.35μm），云的反射 率远远大于雪的反射率。 植物：在蓝光波段（0.38～0.50μm）反 射率低，绿光波段（0.50～0.60μm）的 中点0.55μm左右，形成一个反射率小峰， 这就是植物叶子呈绿光的原因。在红光波 段（0.60～0.76μm），起先反射率甚低， 在0.65μm附近达到一个低谷，随后又上 升，在0.70～0.80 μm反射率陡峭上升， 到0.80μm附近达到最高峰。
二、电磁波谱
1、电磁波谱：
按照波长的长短顺序将各种电磁波排列制成的一张图 表叫做电磁波谱。在电磁波谱中，从左到右，波长逐渐增 大。从左到右依次是宇宙射线、射线、X射线、紫外线、 可见光、红外线、微波、以及其它无线电波等。
电磁波谱
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三、电磁辐射源
2、人工辐射源：主动式遥感的辐射源，指人为 发射的具有一定波长（或一定频率）的波 束。工作时接收地物散射该光束返回的后 向反射信号强弱，从而探知地物或测距， 成为雷达探测。分为微波雷达和激光雷达 。
遥感基础与应用
Remote Sensing
陈腾 河南科技学院园艺园林学院
第二章 遥感的物理基础
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
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§1、电磁波与电磁波谱
二、地物的发射光谱特性