電磁波及遙感的物理基礎(chǔ)

1、 攝影測量學(xué)攝影測量學(xué)是對所研究的對象進行攝影，然后根是對所研究的對象進行攝影，然后根據(jù)所攝像片信息來分析、研究，確定這些物體的據(jù)所攝像片信息來分析、研究，確定這些物體的大小、形狀、性質(zhì)和空間位置，并提供各種所需大小、形狀、性質(zhì)和空間位置，并提供各種所需資料的一門科學(xué)（藝術(shù)、技術(shù)）資料的一門科學(xué)（藝術(shù)、技術(shù)） 遙感遙感是指非接觸的，遠距離的探測技術(shù)。一般指是指非接觸的，遠距離的探測技術(shù)。一般指運用傳感器運用傳感器/ /遙感器對物體的電磁波的輻射、反射遙感器對物體的電磁波的輻射、反射特性的探測，并根據(jù)其特性對物體的性質(zhì)、特征特性的探測，并根據(jù)其特性對物體的性質(zhì)、特征和狀態(tài)進行分析的理論、方法和應(yīng)

2、用的科學(xué)技術(shù)。和狀態(tài)進行分析的理論、方法和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。 遙感是以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，在遙感是以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，在2020世紀世紀6060年代年代初發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。開始為航空遙感，初發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。開始為航空遙感，自自19721972年美國發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，這就標年美國發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，這就標志著航天遙感時代的開始。經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)志著航天遙感時代的開始。經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，地質(zhì)地理等領(lǐng)域，成為一門實用的，先進的展，地質(zhì)地理等領(lǐng)域，成為一門實用的，先進的空間探測技術(shù)空間探測技術(shù)。攝影測量與遙感攝影測量與遙感 隸屬于地球空間信息科學(xué)的范疇，它是利用非接隸屬于

3、地球空間信息科學(xué)的范疇，它是利用非接觸成像和其他傳感器對地球表面及環(huán)境、其他目觸成像和其他傳感器對地球表面及環(huán)境、其他目標或過程獲取可靠的信息，并進行記錄、量測、標或過程獲取可靠的信息，并進行記錄、量測、分析和表達的科學(xué)與技術(shù)。分析和表達的科學(xué)與技術(shù)。國際攝影測量與遙感學(xué)會國際攝影測量與遙感學(xué)會ISPRSISPRS (International Society for Photogrammetry and (International Society for Photogrammetry and Remote Sensing)Remote Sensing)成立于成立于19101910年，是國際

4、一級學(xué)術(shù)組織。年，是國際一級學(xué)術(shù)組織。該組織以推動國際攝影測量、遙感與空間信息技術(shù)的發(fā)展、該組織以推動國際攝影測量、遙感與空間信息技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用與交流合作為宗旨，成員遍及近百個國家和地區(qū)，下應(yīng)用與交流合作為宗旨，成員遍及近百個國家和地區(qū)，下設(shè)設(shè)8 8個技術(shù)委員會，具有學(xué)術(shù)活動歷史悠久、組織嚴密、個技術(shù)委員會，具有學(xué)術(shù)活動歷史悠久、組織嚴密、參與面寬、影響力大、知名度高等特點。其每四年舉辦一參與面寬、影響力大、知名度高等特點。其每四年舉辦一次國際攝影測量與遙感大會，研討最新前沿技術(shù)與發(fā)展方次國際攝影測量與遙感大會，研討最新前沿技術(shù)與發(fā)展方向，展示最新技術(shù)系統(tǒng)與成果，制訂下一個四年的研究指向，展

5、示最新技術(shù)系統(tǒng)與成果，制訂下一個四年的研究指南，選舉新一屆領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)。南，選舉新一屆領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)。遙感的發(fā)展 萌芽時期 初期發(fā)展 現(xiàn)代遙感 第一代 第二代 第三代萌芽時期無記錄地面遙感階段（1608-1838）： 1608年漢斯李波爾賽制造了世界第一架望遠鏡 1609年伽利略制作了放大三倍的科學(xué)望遠鏡并首次觀測月球 1794年氣球首次升空偵察 為觀測遠距離目標開辟了先河，但望遠鏡觀測不能把觀測到的事物用圖像的方式記錄下來。有記錄地面遙感階段（1839-1857）： 1839年達蓋爾（Daguarre）發(fā)表了他和尼普斯（Niepce）拍攝的照片，第一次成功將拍攝事物記錄在膠片上 1849年法國人艾米勞

6、塞達特（Aime Laussedat）制定了攝影測量計劃，成為有目的有記錄的地面遙感發(fā)展階段的標志。初期發(fā)展空中攝影遙感階段（1858-1956） 1858年用系留氣球拍攝了法國巴黎的鳥瞰像片 1903年飛機的發(fā)明 1909年第一張航空像片 一戰(zhàn)期間（1914-1918）：形成獨立的航空攝影測量學(xué)的學(xué)科體系 二戰(zhàn)期間（1931-1945）：彩色攝影、紅外攝影、雷達技術(shù)、多光譜攝影、掃描技術(shù)以及運載工具和判讀成圖設(shè)備?，F(xiàn)代遙感 1957年：前蘇聯(lián)發(fā)射了人類第一顆人造地球衛(wèi)星 20世紀60年代：美國發(fā)射了TIROS、ATS、ESSA等氣象衛(wèi)星和載人宇宙飛船 1972年：發(fā)射了地球資源技術(shù)衛(wèi)星ERT

7、S-1（后改名為Landsat Landsat-1），裝有MSS感器，分辨率79米 1982年Landsat-4發(fā)射，裝有TM傳感器，分辨率提高到30米 1986年法國發(fā)射SPOT-1，裝有PAN和XS遙感器，分辨率提10米 1999年美國發(fā)射 IKNOS，空間分辨率提高到1米9遙感是一種遙感是一種遠離目標遠離目標，以，以電磁波電磁波（包括（包括從紫外從紫外可見光可見光紅外紅外微波）為媒介，微波）為媒介，通過通過非直接接觸非直接接觸而判定、測量并分析目標而判定、測量并分析目標性質(zhì)的技術(shù)。性質(zhì)的技術(shù)。特點：視域?qū)拸V特點：視域?qū)拸V 、信息豐富、客觀真、信息豐富、客觀真實、定時定位觀測、資料的可處理

8、性實、定時定位觀測、資料的可處理性應(yīng)用領(lǐng)域：環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域：環(huán)境 災(zāi)害災(zāi)害 海洋海洋 農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè) 土地土地 地質(zhì)地質(zhì) 軍事軍事趨勢：光學(xué)趨勢：光學(xué)- -微波微波 多光譜多光譜- -高光譜高光譜本書章節(jié)安排 第一章 電磁波及遙感物理基礎(chǔ) 第二章 遙感平臺及運行特點 第三章 遙感傳感器及其成像原理 第四章 遙感圖像數(shù)字處理的基礎(chǔ)知識 第五章 遙感圖像幾何處理 第六章 遙感圖像輻射處理 第七章 遙感圖像判讀 第八章 遙感圖像自動識別分類 第九章 遙感技術(shù)的應(yīng)用 第一章 電磁波及遙感的物理基礎(chǔ)遙感技術(shù)是建立在物體電磁波輻射理論基礎(chǔ)上的。由于不同物體具有各自的電磁波反射或輻射特性，才可能應(yīng)用遙感技術(shù)探測和研

9、究遠距離的物體。理解并掌握地物的電磁波發(fā)射、反射、散射特性，電磁波的傳輸特性，大氣層對電磁波傳播的影響是正確解釋遙感數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。 本章主要介紹遙感的物理基礎(chǔ)，包括地物的電磁波特性、太陽輻射、大氣對太陽輻射的影響、大氣窗口的概念、地物反射太陽光譜的特性、地物的熱輻射、地物與微波的作用機理。 本章重點是掌握電磁波譜，大氣窗口，可見光、近紅外、熱紅外地物波譜特征。本章內(nèi)容 一、概述 二、物體的發(fā)射輻射 三、地物的反射輻射 四、地物波譜特性的測定 世界上沒有第二張照片，能像上圖一樣，在一幅畫面之內(nèi)集中了數(shù)量如此之多的，水平如此之高的人類精英，甚至可以說：地球上三分之一的智慧都集中在這張照片上。這張照片

10、是1927年第五屆索爾維會議(在布魯塞爾舉行)參加者的合影。索爾維既是科學(xué)家又是實業(yè)家，與設(shè)立了以自己名字命名的最高科學(xué)獎金的諾貝爾相似，索爾維為世界最高水平學(xué)術(shù)會議提供了召開經(jīng)費。 而這張照片中的許多人都對量子力學(xué)的發(fā)展作出了杰出的貢獻： 普朗克在1900年提出了能量子假說，以非常新奇的概念，沖破了傳統(tǒng)概念的桎梏，揭示了微觀世界中的重要規(guī)律，開創(chuàng)了物理學(xué)的一個全新領(lǐng)域，被譽為量子力學(xué)的奠基人，并于1918年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。 愛因斯坦在1905年引入了光量子(光子)的概念，并給出了光子的能量、動量與輻射的頻率和波長的關(guān)系，進一步證實了輻射場本身也是量子化的。 玻爾在1913年建立了原子的

11、量子理論，規(guī)定了原子只有從一個定態(tài)到另一個定態(tài)，才能吸收或輻射能量。盡管對于進一步解釋實驗現(xiàn)象還有許多困難，但這個理論還是有許多的成功之處。 普朗克的量子假說、愛因斯坦的光量子理論和玻爾的原子理論被稱為舊量子理論，此后逐漸發(fā)展形成了如今的量子力學(xué)。 德布羅意于1923年提出微觀粒子具有波粒二象性的假說,成功解釋了一些經(jīng)典理論無法解釋的現(xiàn)象。 薛定諤在1926年首先提出了用于描述微觀粒子狀態(tài)隨時間變化的狀態(tài)的波函數(shù)所滿足的運動方程，即薛定諤方程，它是坐標和時間的復(fù)函數(shù)。 海森伯在1927年首先提出了測不準原理，成功得說明了當(dāng)微觀粒子處于某一狀態(tài)時，它的力學(xué)量(如坐標、動量、角動量、能量等)一般不

12、具有確定的數(shù)值，而具有一系列可能值，每個可能值以一定的幾率出現(xiàn)。當(dāng)粒子所處的狀態(tài)確定時，力學(xué)量具有某一可能值的幾率也就完全確定。而在同時，玻爾提出了并協(xié)原理，對量子力學(xué)給出了進一步的闡釋。1417“波波”振動的傳播振動的傳播縱波縱波橫波橫波電磁波定義電磁波定義: : 是在真空或物質(zhì)中通過傳播電磁場的振動是在真空或物質(zhì)中通過傳播電磁場的振動而傳播電磁能量的波。而傳播電磁能量的波。電磁振蕩的傳播電磁振蕩的傳播v橫波：電磁場的電場橫波：電磁場的電場矢量和磁場矢量互相垂矢量和磁場矢量互相垂直，且都垂直于波的傳直，且都垂直于波的傳播方向。播方向。23v波動性：電磁輻射以波動的形式在空間傳播。波動性：電磁

13、輻射以波動的形式在空間傳播。v粒子性：以電磁波形式傳播出去的能量為粒子性：以電磁波形式傳播出去的能量為輻射能，其傳播表現(xiàn)即為光子組成的粒子流輻射能，其傳播表現(xiàn)即為光子組成的粒子流的運動。的運動。24：當(dāng)空間同時存在由兩個或兩個以上的波源產(chǎn)生的波時，每個波當(dāng)空間同時存在由兩個或兩個以上的波源產(chǎn)生的波時，每個波并不因其它的波的存在而改變其傳播規(guī)律，仍保持原有的頻率并不因其它的波的存在而改變其傳播規(guī)律，仍保持原有的頻率（或波長）和振動方向，按照自己的傳播方向繼續(xù)前進，而空（或波長）和振動方向，按照自己的傳播方向繼續(xù)前進，而空間相遇點的振動的物理量則等于各個獨立波在該點激起的振動間相遇點的振動的物理量

14、則等于各個獨立波在該點激起的振動的物理量之和。的物理量之和。：由疊加原理可知，當(dāng)兩列頻率、振動方向相同，相位相同由疊加原理可知，當(dāng)兩列頻率、振動方向相同，相位相同或相位差恒定的電磁波疊加時，在空間會出現(xiàn)某些地方的或相位差恒定的電磁波疊加時，在空間會出現(xiàn)某些地方的振動始終加強，另一些地方的振動始終減弱或完全抵消，振動始終加強，另一些地方的振動始終減弱或完全抵消，這種現(xiàn)象叫電磁波的這種現(xiàn)象叫電磁波的相干性相干性。沒有固定相位關(guān)系的兩列電。沒有固定相位關(guān)系的兩列電磁波疊加時，沒有一定的規(guī)律可循，這種現(xiàn)象叫電磁波的磁波疊加時，沒有一定的規(guī)律可循，這種現(xiàn)象叫電磁波的非相干性。非相干性。微波雷達圖象微波雷

15、達圖象就是利用電磁波的相干特性成像，正因就是利用電磁波的相干特性成像，正因為波的相干性，圖像上會出現(xiàn)顆粒狀或斑點狀的特征。為波的相干性，圖像上會出現(xiàn)顆粒狀或斑點狀的特征。其它的遙感圖象是非相干波所形成的圖像。其它的遙感圖象是非相干波所形成的圖像。電磁波的衍射和偏振電磁波的衍射和偏振/hchvE/hP 動量：P能量：Eh : 普朗克常數(shù)，6.62607551034 J sc : 光速； v : 頻率 能量和動量是粒子屬性，頻率和波長是波動屬性。電磁波的粒子性目前遙感技術(shù)中通常采用的電磁波位于可見光、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

16、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。電磁波譜 按電磁波波長的長短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。按電磁波波長的長短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。 依次為： 射線射線X X射線射線紫外線紫外線可見光可見光紅外線紅外線微波微波無線電波。無線電波。（波長由短到長，頻率由高到低）（波長由短到長，頻率由高到低） （1）電磁波譜電磁波譜遙感應(yīng)用的電磁波波譜段v紫外線：紫外線：波長范圍為波長范圍為0.010.010.38m0.38m，太陽光譜中，只，太陽光譜中，只有有0.30.30.38m0.38m波長的光到達地面，對油污染敏感，波長的光到達地面

17、，對油污染敏感，但探測高度在但探測高度在2000 m2000 m以下。以下。v可見光：可見光：波長范圍：波長范圍：0.380.380.76m0.76m，人眼對可見光有，人眼對可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。v紅外線：紅外線：波長范圍為波長范圍為0.760.761000m1000m，根據(jù)性質(zhì)分為近，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠紅外和超遠紅外。紅外、中紅外、遠紅外和超遠紅外。v微波：微波：波長范圍為波長范圍為1 1 mmmm1 m1 m，穿透性好，不受云霧的，穿透性好，不受云霧的影響影響。BACK遙感對地觀測遙感對地觀測名名 稱稱波長范圍波

18、長范圍紫外線紫外線0.001-0.380.001-0.38微米微米可見光可見光0.38-0.760.38-0.76微米微米紅外線紅外線近紅外近紅外0.76-3.00.76-3.0微米微米中紅外中紅外3.0-6.03.0-6.0微米微米遠紅外遠紅外6-156-15微米微米超遠紅外超遠紅外15-100015-1000微米微米微微 波波毫米波毫米波1-101-10毫米毫米厘米波厘米波10-10010-100毫米毫米分米波分米波100-1000100-1000毫米毫米紫紫 0.38-0.430.38-0.43微米微米藍藍 0.43-0.470.43-0.47微米微米青青 0.47-0.500.47-0

19、.50微米微米綠綠 0.50-0.560.50-0.56微米微米黃黃 0.56-0.590.56-0.59微米微米橙橙 0.59-0.620.59-0.62微米微米紅紅 0.62-0.760.62-0.76微米微米遙遙感感使使用用的的電電磁磁波波范范圍圍 波長：波長：0.0010.38m 特征：特征：1.大氣對紫外線吸收較強；大氣對紫外線吸收較強； 2.能使溴化銀底片感光；能使溴化銀底片感光； 3.太陽光譜中只有太陽光譜中只有0.30.38m的的光到達地面，對油污染敏感光到達地面，對油污染敏感 應(yīng)用：應(yīng)用：1.用于測定碳酸巖的分布用于測定碳酸巖的分布 2.用于油污的監(jiān)測用于油污的監(jiān)測紫外波段波

20、長：波長：0.380.76m特征：特征：1.由紅由紅,橙橙,黃黃,綠綠,青青,藍藍,紫光組成；紫光組成； 2.人眼對可見光有敏銳的分辨率；人眼對可見光有敏銳的分辨率；是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。應(yīng)用：應(yīng)用：1.鑒別物質(zhì)特性的主要波段鑒別物質(zhì)特性的主要波段 2.以光學(xué)攝影或掃描方式接收和記以光學(xué)攝影或掃描方式接收和記錄地物對可見光的反射特征錄地物對可見光的反射特征可見光波段紅外波段微波波段二：物體的發(fā)射輻射二：物體的發(fā)射輻射45 輻射源：任何物體都是輻射源。不僅能夠吸收其他物體對它的輻射源：任何物體都是輻射源。不僅能夠吸收其他物體對它的輻射，也能夠向外（發(fā)出）輻射。輻

21、射，也能夠向外（發(fā)出）輻射。 遙感的輻射源可分自然電磁輻射源和人工電磁輻射源兩類：遙感的輻射源可分自然電磁輻射源和人工電磁輻射源兩類： （1 1）自然輻射源：有）自然輻射源：有被動式遙感系統(tǒng)中重要的被動式遙感系統(tǒng)中重要的自然輻射源自然輻射源) )和和（地球輻射可分為兩個部分：（地球輻射可分為兩個部分：短波（短波（0.30.32.5m2.5m）和長波（）和長波（6m 6m 以上）部分。）以上）部分。） （2 2）人工輻射源：）人工輻射源： 主動遙感采用人工輻射源，是指人為主動遙感采用人工輻射源，是指人為發(fā)射的具有一定波長（或一定頻率）的波束。工作時接收地物發(fā)射的具有一定波長（或一定頻率）的波束。

22、工作時接收地物散射該光束返回的后向反射信號強弱，從而探知地物或測距，散射該光束返回的后向反射信號強弱，從而探知地物或測距，稱為雷達探測。雷達又可分為微波雷達和激光雷達。在微波遙稱為雷達探測。雷達又可分為微波雷達和激光雷達。在微波遙感中，目前常用的主要為側(cè)視雷達。感中，目前常用的主要為側(cè)視雷達。輻射源輻射源（1）黑體輻射和實際物體輻射黑體輻射和實際物體輻射絕對黑體絕對黑體 如果一個物體在任何溫度下對任何波長的電磁輻射如果一個物體在任何溫度下對任何波長的電磁輻射全部吸收（即吸收系數(shù)恒等于全部吸收（即吸收系數(shù)恒等于1 1），則這個物體稱為絕對），則這個物體稱為絕對黑體。黑體。 黑體是一個理想的輻射體

23、，黑體也是一個可以與任黑體是一個理想的輻射體，黑體也是一個可以與任何地物進行比較的最佳輻射體。自然界中并不存在絕對何地物進行比較的最佳輻射體。自然界中并不存在絕對黑體，實用的黑體是由人工方法制成的。黑體，實用的黑體是由人工方法制成的。黑體輻射黑體輻射 能夠在熱力學(xué)定律所允許的范圍內(nèi)，最大限度的把熱能夠在熱力學(xué)定律所允許的范圍內(nèi)，最大限度的把熱能轉(zhuǎn)換成輻射能的理想熱輻射體。它是在一切方向上都能轉(zhuǎn)換成輻射能的理想熱輻射體。它是在一切方向上都均等的輻射。均等的輻射。 式中，式中， 為普朗克常數(shù)，為普朗克常數(shù)，6.6266.6261010-34-34（J Js s）；）； 為光速，為光速，3 3101

24、08 8（m ms s-1-1）；）； 為波爾茲曼常數(shù)，為波爾茲曼常數(shù)，1.381.381010-23-23（J JK K-1-1）；）； 為絕對溫度，為絕對溫度，（K K）；）； 為波長（為波長（m m）。）。 hcT112)(/52ThcehcTM，49黑體輻射特性黑體輻射特性 （1）黑體輻射出射度隨波長連續(xù)變化，每條曲線只有一個最大值。 （2）溫度愈高，黑體的輻射出射度也愈大，不同溫度的曲線是不相交的。絕對黑體的總輻射出射度與黑體溫度的4次方成正比。（斯忒藩玻爾茲曼定律） （3）黑體輻射光譜中最強輻射的波長與黑體絕對溫度成反比。（維恩位移定律）。隨著溫度的升高，輻射最大值所對應(yīng)的波長移向

25、短波方向。23/10360. 1mWI大氣頂端接受太陽能量56太陽輻射：太陽是被動遙感主要的輻射源，又叫太陽光，太陽輻射：太陽是被動遙感主要的輻射源，又叫太陽光，在大氣上界和海平面測得的太陽輻射曲線在大氣上界和海平面測得的太陽輻射曲線如圖所示如圖所示。 太陽輻射（太陽光譜）的主要特征太陽輻射（太陽光譜）的主要特征 (1)(1)太陽輻射到達大氣層頂時與太陽輻射到達大氣層頂時與60000K60000K黑體的輻射能特黑體的輻射能特征基本相同：輻射能的強度特征、輻射能隨波長的分布特征。征基本相同：輻射能的強度特征、輻射能隨波長的分布特征。 (2)(2)太陽輻射穿過大氣層到達地面后，被大氣反射、散太陽輻

26、射穿過大氣層到達地面后，被大氣反射、散射和吸收強度有所減少，而且存在多個射和吸收強度有所減少，而且存在多個O O3 3、COCO2 2、H H2 2O O的吸收帶。的吸收帶。 (3)(3)在在0.30.470.30.47范圍內(nèi)，隨波長的增加太陽輻射能范圍內(nèi)，隨波長的增加太陽輻射能急劇增長，最大輻射強度位于波長急劇增長，最大輻射強度位于波長0.470.47左右；隨波長的左右；隨波長的繼續(xù)增大，太陽輻射能逐漸減少，在中紅外波段，太陽輻射繼續(xù)增大，太陽輻射能逐漸減少，在中紅外波段，太陽輻射能已相當(dāng)微弱。能已相當(dāng)微弱。 (4)(4)在在0.60.6附近有一個附近有一個O3O3的的吸收帶；在吸收帶；在0

27、.70.7、0.90.9、1.11.1附近有三個水汽的吸收帶、在附近有三個水汽的吸收帶、在1.41.4和和1.91.9附附近太陽輻射能完全被吸收；近太陽輻射能完全被吸收；CO2 CO2 的強吸收帶在的強吸收帶在2.72.7和和4.34.3附近。附近。 (5)(5)到達地面的太陽輻射能到達地面的太陽輻射能43.5%43.5%集中在可見光波集中在可見光波段段,36.8%,36.8%集中在近紅外波段。集中在近紅外波段。地球的輻射源-地球輻射v地球輻射：地球表面和大氣電磁輻射的總稱。v地球輻射是被動遙感中傳遞地物信息的載體。v裝載在航天航空平臺上的遙感器，接受來自地球輻射攜帶的地物信息，經(jīng)過處理形成遙

28、感影像。 v太陽輻射近似6000K的黑體輻射，能量集中在0.24um波段之間。（可見光和近紅外）v地球自身熱輻射近似300K的黑體輻射，能量集中在6.0um以上的波段。（熱紅外） v在0.32.5um波段（主要在可見光和近紅外波段），地表以反射太陽輻射為主，地球自身的輻射可以忽略。即在該波段范圍內(nèi)，對地觀測遙感主要以太陽的短波輻射對地表進行探測和成像。v在2.56.0um波段（主要在中紅外波段），地表反射太陽輻射和地球自身的熱輻射均為被動遙感的輻射源。v在6.0um以上的熱紅外波段，以地球自身的熱輻射為主，地表反射太陽輻射可以忽略。（熱紅外成像）地球輻射的特性地球輻射的分段特性了解地球輻射的分

29、段特性的意義v可見光和近紅外波段遙感圖像上的信息來自地物反射特性。v中紅外波段遙感圖像上，既有地表反射太陽輻射的信息，也有地球自身的熱輻射的信息。v熱紅外波段遙感圖像上的信息來自地球自身的熱輻射特性。 66*多種氣體多種氣體*氣溶膠氣溶膠常定成分常定成分可變成分可變成分68氣體氣體氣溶膠氣溶膠懸浮于地球大氣之中具有一定穩(wěn)定性的，懸浮于地球大氣之中具有一定穩(wěn)定性的，沉降速度小的，尺度在沉降速度小的，尺度在10-3m10-3m到到10m10m的液態(tài)及固體粒子。的液態(tài)及固體粒子。氣溶膠的來源：氣溶膠的來源：煙囪的位置煙囪的位置7475 大氣對太陽輻射的衰減 太陽輻射進入地球之前必然通過大氣層，太陽輻

30、射與大氣相互作用的結(jié)果，是使能量不斷減弱。約有30%被云層和其它大氣成分反射回宇宙空間；約有17%被大氣吸收，約有22%被大氣散射；而僅有31%的太陽輻射能量到達地面。反射、散射和吸收作用共同衰減了輻射強度，剩余部分即為透過的部分，剩余強度越高，透過率越高。對遙感傳感器而言，透過率高的波段，才對遙感有意義。77 真正對電磁波起吸收作用的是一些非常少真正對電磁波起吸收作用的是一些非常少量的氣體，其中作用最為顯著的有：量的氣體，其中作用最為顯著的有：臭氧、二氧化碳、甲烷、水汽臭氧、二氧化碳、甲烷、水汽 液態(tài)水液態(tài)水83大氣中各種成分對太陽輻射吸收的明顯特點，是大氣中各種成分對太陽輻射吸收的明顯特點

31、，是吸收帶主要位于太陽輻射的紫外和紅外區(qū)，而對吸收帶主要位于太陽輻射的紫外和紅外區(qū)，而對可見光區(qū)基本上是透明的?？梢姽鈪^(qū)基本上是透明的。85 當(dāng)大氣中含有大量云、霧、小水滴時，由于當(dāng)大氣中含有大量云、霧、小水滴時，由于大氣散射使得可見光區(qū)也變成不透明了。不過大大氣散射使得可見光區(qū)也變成不透明了。不過大氣散射不同于吸收，它不會將輻射能轉(zhuǎn)變成質(zhì)點氣散射不同于吸收，它不會將輻射能轉(zhuǎn)變成質(zhì)點本身的內(nèi)能，而是只改變了電磁波傳播的方向。本身的內(nèi)能，而是只改變了電磁波傳播的方向。由于改變輻射方向，干擾了傳感器的接收，降低由于改變輻射方向，干擾了傳感器的接收，降低了遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成影像的模糊，影響遙感了遙

32、感數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成影像的模糊，影響遙感資料的判讀。資料的判讀。 大氣散射作用是對太陽輻射衰減的主要原因，大氣散射作用是對太陽輻射衰減的主要原因，集中于太陽輻射能量較強的可見光區(qū)。集中于太陽輻射能量較強的可見光區(qū)。大氣的散射作用大氣的散射作用8990919294。9596 根據(jù)地物的光譜特性以及傳感器技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)地物的光譜特性以及傳感器技術(shù)的發(fā)展，目前主要使用（或試用）的探測波段如下：目前主要使用（或試用）的探測波段如下：v太陽輻射透過大氣并被地表反射（有用的）；v太陽輻射被大氣散射后被地表反射（糾正后有用）；v太陽輻射被大氣散射后直接進入傳感器；v太陽輻射透過大氣被地物反射后又被地表發(fā)射進

33、入傳感器；v被視場以外地物反射后進入視場的交叉輻射項。 太陽光在地氣系統(tǒng)的吸收、散射過程BACK對于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即為弱輻射體；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。 根據(jù)能量守恒定理，入射在地表面的輻射功率E等于吸收功率E、透射功率Er和反射功率E三個分量之和，即：等式兩邊分別除以E得：式中：為吸收率；為透射率；為反射率。對于不透射電磁波的物體可以得到三：地物的反射輻射三：地物的反射輻射鏡面反射示意圖鏡面反射示意圖106107 朗伯面：朗伯面：對于漫反射面，當(dāng)入射照度一定時，從任何角度觀察對于漫反射面，當(dāng)入射照度一定時，從任何角度觀察反射面，其反射亮度是一個常數(shù)，這種反射

34、面稱朗伯面。反射面，其反射亮度是一個常數(shù)，這種反射面稱朗伯面。把反射比為把反射比為1的朗伯面叫做理想朗伯面的朗伯面叫做理想朗伯面 。109 %1000PP 110111112114115。116117。118同類地物的光譜相似，但隨著該地物的內(nèi)在差異而有所變化。同類地物的光譜相似，但隨著該地物的內(nèi)在差異而有所變化。這種這種變化是由于多種因素造成的。如物質(zhì)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面光滑程度、變化是由于多種因素造成的。如物質(zhì)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面光滑程度、顆粒大小、幾何形狀、風(fēng)化程度、表面含水量及色澤等差別。顆粒大小、幾何形狀、風(fēng)化程度、表面含水量及色澤等差別。120121研究地物的光譜特性，還應(yīng)考慮其時

35、間特性和空間特研究地物的光譜特性，還應(yīng)考慮其時間特性和空間特性的變化。時間特性是指同一位置上的同一地物，由于時性的變化。時間特性是指同一位置上的同一地物，由于時間的推移，該地物在一段時間內(nèi)光譜特性的變化?？臻g特間的推移，該地物在一段時間內(nèi)光譜特性的變化?？臻g特性是指同一類地物，由于其所處的地理位置不同，光譜特性是指同一類地物，由于其所處的地理位置不同，光譜特性可能存在的一些差異和變化。性可能存在的一些差異和變化。遙感圖像上集中反映出各種地物或現(xiàn)象的遙感圖像上集中反映出各種地物或現(xiàn)象的光譜特性，并體現(xiàn)出其光譜特性的空間特性和光譜特性，并體現(xiàn)出其光譜特性的空間特性和時間特性的變化。因此，在遙感圖像

36、中識別地時間特性的變化。因此，在遙感圖像中識別地物和現(xiàn)象的屬性以及研究它們之間的關(guān)系和演物和現(xiàn)象的屬性以及研究它們之間的關(guān)系和演化變化規(guī)律時，必須首先了解和掌握地物的光化變化規(guī)律時，必須首先了解和掌握地物的光譜特性，以及它們空間和時間特性的變化。地譜特性，以及它們空間和時間特性的變化。地物光譜特性是進行判讀、識別的基礎(chǔ)和出發(fā)點。物光譜特性是進行判讀、識別的基礎(chǔ)和出發(fā)點。125126127128129 130131132 上圖為瀝青路在新舊時期的光譜曲線：對于瀝青路面，上圖為瀝青路在新舊時期的光譜曲線：對于瀝青路面，路面的粗糙新舊程度對于地面光譜反射率是有區(qū)別的，舊瀝路面的粗糙新舊程度對于地面光譜反射率是有區(qū)別的，舊瀝青路面反射率高于新瀝青路面反射率，由于新瀝青顏色較深，青路面反射率高于新瀝青路面反射率，由于新瀝青顏色較深，所以反射率比較低。所以反射率比較低。133 上圖為水泥地面在不同濕度下的光譜曲線：不同濕度對上圖為水泥地面在不同濕度下的光譜曲線：不同濕度對水泥地面反射率會有影響，越濕反射率越低，對于水泥道路，水泥地面反射率會有影響，越濕反射率越低，對于水泥道路，道路含水會使整個光譜反射率下降。但是波形整體上保持不道路含水會使整個光譜反射率下降。但是波形