遥感原理与应用---第一章 电磁波及遥感物理基础

遥感原理与应用本课主要内容：电磁波及电磁波谱黑体辐射太阳辐射大气对辐射影响一般物体发射辐射本课重点内容：电磁波谱大气窗口黑体辐射波谱曲线第一章 电磁波及遥感物理基础1/14遥感原理与应用1.1 电磁波电磁波：变化的电场相互产生变化的磁场。近代物理的伟大发现（麦克斯韦 1831 1879 ） 2/14遥感图像是电磁辐射与地表相互作用的一种记录。遥感原理与应用3/14电磁波谱射线、 X射线、紫外、可见光、红外、微波、无线电遥感原理与应用1.2 物体的发射辐射4/14不同辐射源可以向外辐射不同强度和不同波长的辐射能量，利用遥感手段探测物体，实际上是对物体辐射能量的测定与分析。常用电磁辐射度量1、辐射能量（ Q）：以电磁波形式向外传送能量，单位为焦。2、辐射通量 ( )：单位时间内，通过某一表面的辐射能量。3、辐射通量密度（ M） :单位时间，单位面积辐射处的能量。4、辐射照度（ E） :单位时间，单位面积接收的辐射能量。遥感原理与应用1.2 物体的发射辐射5/14黑体： 对任何波长的电磁辐射都全部吸收 ，它也是完全的辐射体。白体、 吸收率 ；反射率 。普朗克辐射定律：黑体辐射波谱曲线：遥感原理与应用1.2 物体的发射辐射特性 3：每根曲线彼此不相交6/14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次方成正比特性 2：峰值波长随温度的增加向短波方向移动遥感原理与应用太阳辐射：太阳光，被动遥感最主要辐射源。特点：1、相当于 6000K黑体辐射2、包括整个电磁波波谱范围，集中在近紫外到中红外区间，最大辐射强度位于可见光 0.47 m处。3、大气对太阳辐射有一定的吸收和散射。4、被动遥感主要利用可见光，红外等稳定辐射（ 为什么很少用紫外？ ）1.2 物体的发射辐射7/14遥感原理与应用 1.2 物体的发射辐射8/14遥感原理与应用大气对辐射的影响大气层结构大气的组成大气的吸收作用大气的散射作用大气窗口1.2 物体的发射辐射9/14遥感原理与应用 对流层：高度在 12 km以内 ,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 80 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 80 1 000 km， 大气中的 O2、 N2受紫外线照射而电离，是 陆地卫星 活动空间。700 900km:Landset,SPOT;300 500： quick bird 大气外层： 1000 35 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。 36000km：静止卫星，比如气象卫星。1.2 大气层结构10/14遥感原理与应用大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带，造成成太阳辐射的大气吸收带，造成 影像黯淡。影像黯淡。O2吸收带 0.253cm， 0.5cm 微波 处有吸收O3吸收带 0.3m 以下的 紫外 区域H2O吸收带 0.7 1.95m, 2.5 3m,4.9 8.7 m,15m 1mm，全部在 红外区域。CO2吸收带 2.6 2.8m, 4.1 4.45m ， 9.1 10.9m,12.9 17.1m尘埃 吸收量很小1.2 大气的吸收11/14遥感原理与应用o 大气散射是太阳辐射衰减的主要因素o 大气散射主要发生在可见光区o 传感器接收到的能量除了反射光还有散射光，增加 图像噪声 ，降低图像质量。o 大气发生的散射主要有三种：瑞利散射： d 1.2 大气的散射12/14遥感原理与应用0.3 1.15m 近紫外，可见光以及近红外，最主要窗口1.3 2.5m 近红外波段，主要应用于地质遥感。3.5 5.0m 中红外波段，用来探测高温目标8 14m 热红外窗口，属于地物的发射波谱，常温下地物发射最大值的波长为 9.7m .1mm 1m 微波窗口，能够穿透云层、植被及土壤，全天候工作， InSAR属于主动式微波遥感。13/141.2 大气窗口大气窗口： 电磁辐射受到大气衰减作用较轻，透过率较高的波段。大气窗口 V.S.大气屏障遥感原理与应用o 发射率 1、绝对黑体 2、绝对白体3、灰体4、选择性辐射体o 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，14/141.2 一般物体的发射辐射遥感原理与应用本课安排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1/13遥感原理与应用1.3 地物的反射辐射2/13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。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。遥感原理与应用3/13遥感原理与应用反射波谱特征曲线重要作用不同地物在不同波段有不同的反射率，使其成为判读或分类的影像的物理基础。研究遥感成像机理选择遥感仪器最佳探测波段遥感图像分析、最佳波段组合专题信息提取美国波谱特性数据库的建立（赵 ， P55）中国地物波谱测试工作（赵 ， P55）1.3 地物的反射辐射4/13遥感原理与应用同一地物的反射波谱特性时间效应；空间效应；环境因素不同地物的反射波谱特性1 道路、建筑物；2 水体；3 土壤；4 植物；5 岩石；1.3 地物的反射辐射5/13遥感原理与应用 小麦在不同时期光谱曲线6/13遥感原理与应用城市道路、建筑物反射波谱曲线7/13遥感原理与应用水体反射波谱曲线8/13遥感原理与应用土壤反射波谱曲线9/13遥感原理与应用植物反射波谱曲线10/13遥感原理与应用岩石反射波谱曲线11/13遥感原理与应用o 地物波谱的复杂性1、诸多影响反射率的因素（随机性）太阳位置、传感器位置、地理位置、季节变化、湿度变化、地物本身变化等等2、同质异谱、同谱异质现象3、地物空间分布相互交错复杂性o 为提高定量遥感精度，需要测定大量地面样本，获取足够的先验知识及约束条件。1.3 地物的反射辐射12/13遥感原理与应用o 地物波谱，地物光谱，地物反射波谱地物所具有的电磁波特性（发射辐射或反射辐射）。遥感图像中灰度与色调的变化是遥感图像所对应