第2章電磁輻射與地物光譜2ppt課件

1、遙遙 感感 教教 研研 室室主講人：孟治國主講人：孟治國本章，我們主要解決兩個問題：本章，我們主要解決兩個問題： 1. 什么是電磁波？什么是電磁波？ 2. 在遙感技術(shù)中，如何利用電在遙感技術(shù)中，如何利用電磁波來提磁波來提取地物信息？取地物信息？ 2.1 電磁波與電磁波譜電磁波與電磁波譜2.2 大氣與電磁輻射的相互作用及大氣窗口大氣與電磁輻射的相互作用及大氣窗口2.3 典型地物波譜特性典型地物波譜特性2.4 彩色合成原理彩色合成原理學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容 電磁波是遙感信息的載體；電電磁波是遙感信息的載體；電磁波理論是遙感的物理理論基礎(chǔ)。磁波理論是遙感的物理理論基礎(chǔ)。 目前遙感技術(shù)中通常采用的電磁波位于

2、可見光、紅外和微波波譜區(qū)間。由于它們的波長或頻率不同，不同電磁波又表現(xiàn)出各自的特性和特點。可見光、紅外和微波遙感，就是利用不同電磁波的特性。電磁波與地物相互作用特點與過程，是遙感成像機理探討的主要內(nèi)容。遙感是利用傳感器主動或被動地接受地面目標遙感是利用傳感器主動或被動地接受地面目標反射或發(fā)射的電磁波，通過電磁波所傳遞的信反射或發(fā)射的電磁波，通過電磁波所傳遞的信息來識別目標，從而達到探測目標物的目的。息來識別目標，從而達到探測目標物的目的。應(yīng)掌握有關(guān)電磁波的知識應(yīng)掌握有關(guān)電磁波的知識1電磁波是電磁振動的傳播。當電磁振蕩進入空間電磁波是電磁振動的傳播。當電磁振蕩進入空間時，變化的磁場激發(fā)了變化的電

3、場，使電磁振蕩在時，變化的磁場激發(fā)了變化的電場，使電磁振蕩在空間傳播，形成電磁波，也稱電磁輻射。空間傳播，形成電磁波，也稱電磁輻射。2電磁波是橫波，質(zhì)點的震動方向與波的傳播方向電磁波是橫波，質(zhì)點的震動方向與波的傳播方向垂直。在傳播過程中，遵循波的反射、折射、衍射、垂直。在傳播過程中，遵循波的反射、折射、衍射、散射、干涉、吸收等傳播規(guī)律。散射、干涉、吸收等傳播規(guī)律。E 電場，M 磁場，C 傳播方向3電磁波在真空中以光速傳播。電磁波在真空中以光速傳播。4滿足方程：滿足方程： f.=c (波動性波動性)E=h.f （粒子性）（粒子性）具有波粒二象性具有波粒二象性 麥克斯韋（1831-1879） 普朗

4、克（1858-1947） 愛因斯坦（1879-1955） 波動性粒子性Amplitude (A)Wavelength (lambda, l)Period (T) Frequency (f=1/T), 單位：赫茲單位：赫茲(HZ),表示表示1秒內(nèi)波傳播的次數(shù)秒內(nèi)波傳播的次數(shù)Velocity (v) 真空中，c=2.998*108m/sec傳播kxtAsin其中： w = 2p/T k = 2p/l f為相位電場強度Maxwells wave theory c = lfMaxwells Equations 把電磁波作為粒子對待時，能量: E = hfh, Planks constant (6.62

5、6 * 10-34 Js)能量越大，波長越短，粒子性越強，直線性越強。 反射、吸收和透射的能量和等于入射的總能量反射率=（反射能量/入射總能量）*100%吸收率=（吸收能量/入射總能量）*100%透射率= （透射反射能量/入射總能量）*100%散射：輻射傳播中，若遇到小粒子，會向四面八方散去，電磁波強度和方向發(fā)生各種變化，即散射。強度隨波長改變。電磁波譜定義：按照電磁波在真空中傳播的波長或頻率，遞電磁波譜定義：按照電磁波在真空中傳播的波長或頻率，遞增或遞減排列，形成的一個連續(xù)譜帶。增或遞減排列，形成的一個連續(xù)譜帶。可見光：可見光：紫色光紫色光 （ 0.380.43 m ）藍色光藍色光 （ 0.

6、430.47 m ）青色光青色光 （ 0.470.50 m ）綠色光綠色光 （ 0.500.56 m ）黃色光黃色光 （ 0.560.59 m ）橙色光橙色光 （ 0.590.62 m ）紅色光紅色光 （ 0.620.76 m ）紅外(Infrared, IR)反射紅外reflective IR）：0.7-3.0m熱紅外(Thermal IR)：3.0-100m以往用法： 近紅外：0.7-1.1 m 中紅外：1.1-3.0 m 遠紅外：8.0-100 m目前遙感界習(xí)慣用法： 近紅外NIR, near-infrared）：0.7-1.1 m 短波紅外(SWIR, shortwave IR）：1.

7、1-3.0 m 中紅外(MWIR, Mid wave IR)：3.0-6.0 m 熱紅外(TIR, Thermal IR)： 8.0-15 m微波波段(1mm-1m, 最常用1cm-1m)遙感常用波段符號：P：30-100cmL: 15-30cmS: 7.5-15cmC: 3.75-7.5cmX: 2.4-3.75cmKu: 1.57(1.7)-2.4cmK: 1.1-1.57(1.7)cmKa: 0.75-1.1cm)cos(AL 固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)

8、射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征僅與溫度有關(guān)。所輻射電磁波的特征僅與溫度有關(guān)。固體在溫度升高時顏色的變化固體在溫度升高時顏色的變化1400K800K1000K1200K1. 1. 熱輻射現(xiàn)象熱輻射現(xiàn)象物體可輻射能量也可吸收能量，當輻射和吸收的能物體可輻射能量也可吸收能量，當輻射和吸收的能量恰相等時稱為熱平衡。此時物體溫度恒定不變。量恰相等時稱為熱平衡。此時物體溫度恒定不變。單色輻出度單色輻出度dTdMTM),(),(單位時間、單位表面積、單位時間、單位表面積、上所輻射出的，單位波長上所輻射出的，單位波長間隔中的能量。間隔中的能量。輻射出射度輻射

9、出射度單位時間、單位表面積、單位時間、單位表面積、上所輻射出的各種波長上所輻射出的各種波長電磁波的能量。電磁波的能量。0),()(dTMTM能全部吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反射，能全部吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反射，折射和透射的物體稱為絕對黑體。簡稱黑體折射和透射的物體稱為絕對黑體。簡稱黑體 不透明的材料制成帶小孔的的空腔不透明的材料制成帶小孔的的空腔, ,可近似看可近似看作黑體。作黑體。黑體模型黑體模型 研究黑體輻射的研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。普朗克定律112,52kThcehcTM其中：h, Planck 常數(shù)，h=6.631

10、0-34Jsc, 光速k = 1.380610-23JK-1, Boltzmann常數(shù)T, 絕對溫度M, 輻射出射度；Wm-2mm-1 M= T4為斯忒藩一玻爾茲曼常數(shù)， =5.67 10-8W/m2K4。斯忒藩一玻爾茲曼定律KmT3max10879. 2溫度T/K3005001000200030004000500060007000波長max/m9.665.802.901.450.970.720.580.480.41瑞利-金斯定律 hclkT， M(l, T) = 2pckT/l4kThcekThc1 實際物體的輻射不同于絕對黑體的輻射，在相同溫度下，實實際物體的輻射不同于絕對黑體的輻射，在相

11、同溫度下，實際物體的輻射出射度輻射通量密度比絕對黑體的要低。際物體的輻射出射度輻射通量密度比絕對黑體的要低。 地物發(fā)射某一波長的輻射出射度輻射通量密度與同溫下地物發(fā)射某一波長的輻射出射度輻射通量密度與同溫下黑體在同一波長上的輻射出射度之比，稱地物光譜發(fā)射率黑體在同一波長上的輻射出射度之比，稱地物光譜發(fā)射率emissivity）(也稱比輻射率也稱比輻射率)，即：，即： = M /M 發(fā)射率是一個數(shù)字，其值介于發(fā)射率是一個數(shù)字，其值介于0和和1之間，作為比較一輻射源之間，作為比較一輻射源接近黑體的程度。接近黑體的程度。不同地物有不同的不同地物有不同的，同一地物在不同波段的波譜發(fā)射率，同一地物在不同

12、波段的波譜發(fā)射率也不同。也不同。實際地物的發(fā)射分兩種情況1選擇性輻射體，在各波長處的發(fā)射率不同；（2灰體，在一定溫度下，其各處的發(fā)射率相等。按發(fā)射率變化情況，將地物分為以下幾個類型：（1黑體或絕對黑體 發(fā)射率 1，即對所有波長黑體發(fā)射率都是一個常數(shù)1反射率 0，透射率 0）。（2灰體 發(fā)射率 常數(shù)1，即灰體的發(fā)射率始終小于1且不隨波長變化反過來說，物體對各種波長的吸收率小于1，又近似地為一常數(shù)）。（3選擇性輻射體 其發(fā)射率隨波長而變化具有選擇性吸收），而且 1。 自然界中，絕大多數(shù)物體為灰體。 在任一給定的溫度下，輻射出射度(輻射通量密度)與吸收率之比對任何材料都是常數(shù)，并等于該溫度下黑體的輻射通量密度。即： M /= M 為吸收率發(fā)射率定義： =