第二章感的物理基礎(chǔ)

第二章感的物理基礎(chǔ)第1頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電磁波的性質(zhì)：（1）實(shí)驗(yàn)證明，光是一種電磁波，具有電磁波的性質(zhì)，是一種橫波；（2）在真空中以光速傳播；（3）電磁波具有波粒二象性。電磁波在傳播過(guò)程中遇到氣體、液體或固體介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生一系列現(xiàn)象。電磁波與地面物體之間的相互作用第2頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.電磁波譜定義：按電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率，遞增或遞減排列，則構(gòu)成了電磁波譜。該波譜以頻率從高到低排列，可以劃分為γ射線、X射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、無(wú)線電波。第3頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月名稱波長(zhǎng)范圍頻率范圍紫外線10nm-0.4um750-3000THz可見(jiàn)光0.4-0.7430-750THz紅外線近紅外短波紅外中紅外熱紅外遠(yuǎn)紅外0.7-1.3um1.3-3um3-8um8-14um14um－1mm230-430THz100-230THz38-100THz22-38THz0.3-22THz

亞毫米波0.1-1mm0.3-3THz無(wú)線電波微波毫米波（EHF）1-10mm30-300GHz厘米波（SHF）1-10cm3-30GHz分米波（UHF）0.1-1m0.3-3GHz超短波（VHF）短波（HF）中波（MF）長(zhǎng)波（LF超長(zhǎng)波（VLF）1-10m30-300MHz10-100m3-30MHz0.1-1km0.3-3MHz1-10km30-300MHz10-100km3-30KHz第4頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2太陽(yáng)輻射與大氣影響一、太陽(yáng)輻射太陽(yáng)的表面溫度為6000°K。中心溫度約達(dá)15萬(wàn)度。太陽(yáng)表面每分鐘釋放出來(lái)的熱量在5

1024千卡以上。地球是太陽(yáng)體積的130萬(wàn)分之一，距離太陽(yáng)約1.5億公里。太陽(yáng)輻射的電磁波到達(dá)地球表面大概需要8分鐘的時(shí)間。地球表面每分鐘獲得的太陽(yáng)輻射能量只有1.7卡／米2。除去植物的光合作用耗去的能量以外，被地球表面反射到空中的太陽(yáng)輻射能量就更少了。在遙感中，一些屬于可見(jiàn)光至近紅外波段的傳感器，就是靠接收和記錄這部分能量的反射特征獲取各種地物信息的。第5頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響被反射：約30%；被吸收：約17%；被散射：22%;到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射：約31%。（一）大氣層的反射作用進(jìn)入大氣層前主要波長(zhǎng)范圍：0.15-4μm;占太陽(yáng)輻射總能量的99%，其中可見(jiàn)光區(qū)占50%，紅外區(qū)占43%，紫外區(qū)占7%；最大輻射波長(zhǎng)在0.475μm。進(jìn)入大氣層后有一部分被反射回宇宙空間。反射作用中，云反射能力變化很大，按地球平均云量54%計(jì)算，1/4的太陽(yáng)輻射能量被反射回宇宙空間去。第6頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）大氣層的吸收作用主要成分：氣體分子、水滴和塵埃等；O2：占1/5，主要吸收<0.2μm的太陽(yáng)輻射能量；O3：主要在10-40KM高層大氣層；兩個(gè)吸收帶為0.2-0.32μm（藍(lán)光區(qū)）、0.6μm（橙光區(qū)）；H2O：主要吸收物質(zhì)，吸收帶紅外線和可見(jiàn)光的紅光波段內(nèi)。CO2：只存在于低層大氣層中，而且含量很少，主要吸收4.3μm的太陽(yáng)輻射能量塵埃：第7頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）大氣的散射作用說(shuō)明：IS：地物直接反射的太陽(yáng)輻射；ID：漫入輻射地面，而又反射到大氣中再進(jìn)入感器的部分：IO：直接進(jìn)入Sensor的部分；第8頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

大氣的散射現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的物理現(xiàn)象規(guī)律與大氣中的分子或其他微粒的直徑及輻射波長(zhǎng)的長(zhǎng)短密切相關(guān)。通常有以下三種情況：1、瑞利散射

大氣中的粒子（N、CO2、O3、O2等）直徑比波長(zhǎng)小的多時(shí)所發(fā)生的散射稱為瑞利散射。其散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系為：

I

-4

即波長(zhǎng)越長(zhǎng)，散射越弱。可見(jiàn)光波段影響最明顯，藍(lán)光波長(zhǎng)短，散射越強(qiáng)。所以，晴朗的天空會(huì)出現(xiàn)藍(lán)色。第9頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、米氏散射

在粒子（煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等）直徑較大，與輻射的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)所發(fā)生的散射稱為米氏散射。其與波長(zhǎng)的關(guān)系式：I

-2即散射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方成反比，并且散射光的向前方向比向后方向的散射強(qiáng)度更強(qiáng)，方向比較明顯。第11頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、無(wú)選擇性散射無(wú)選擇性散射發(fā)生在大氣中粒子的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)。并且散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，即無(wú)選擇性散射的波段，任何波長(zhǎng)的散射強(qiáng)度都相同。第12頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）大氣窗口通常把電磁波通過(guò)大氣層時(shí)較少被反射、吸收或散射而透過(guò)率較高的波段稱為大氣窗口。大氣窗口的光譜主要有：

0.3-1.3um，即紫外線、可見(jiàn)光、近紅外波段。這一波段是攝影成像的最佳波段，也是許多衛(wèi)星傳感器掃描成像的常用波段，如Landsat衛(wèi)星的TM1-4波段，SPOT衛(wèi)星的HRV波段。

1.5－1.8um和2.0-3.5um，即近、中紅外波段。這是白天日照條件好時(shí)，掃描成像的常用波段，如TM的5,7波段等，用以探測(cè)植物含水量以及云、雪等，用于地質(zhì)制圖等。第13頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第14頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.5-5.5um，即中紅外波段。該波段除通透反射光外，也通透地面物體自身發(fā)射的熱輻射能量。如NOAA衛(wèi)星的AVHRR傳感器用3.55-3.93探測(cè)海面溫度，獲得晝夜云圖。

8－14um,即遠(yuǎn)紅外波段。主要通透來(lái)自地物熱輻射的能量，適于夜間成像。

0.8-2.5cm，即微波波段。由于微波穿云透霧能力強(qiáng)，這一區(qū)間可以全天候觀測(cè)，而且是主動(dòng)遙感方式，如側(cè)視雷達(dá)。Radarsat的衛(wèi)星雷達(dá)影像也在這一區(qū)間，常用的波段為0.8cm，3cm，5cm，10cm，甚至可將該窗口擴(kuò)展至0.05-300cm。第15頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3地物反射波譜特征在可見(jiàn)光與近紅外波段（0.3-2.5um），地表物體自身的熱輻射幾乎等于零。地物發(fā)出的波譜主要以反射太陽(yáng)輻射為主。當(dāng)然，太陽(yáng)輻射到達(dá)地面后，物體除了反射作用外，還有對(duì)電磁輻射的吸收作用，如黑色物體的吸收能力較強(qiáng)。最后，電磁輻射未被吸收和反射的其作部分則是透過(guò)的部分，即：到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量

第16頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一般說(shuō)，絕大多數(shù)物體對(duì)可見(jiàn)光都不具備透射能力，而有些物體，例如，水對(duì)一定波長(zhǎng)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特別是0.45-0.56um的藍(lán)、綠光波段，一般水體的透射深度可達(dá)10－20m，混濁水體則為1-2m，清澈水體甚至可透到100m的深度。地物反射波譜曲線除隨不同地物（反射率）不同而外，同種地物在不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件下形態(tài)表現(xiàn)（反射率）也不同。一般說(shuō)，地物反射率隨波長(zhǎng)變化有規(guī)律可循，從而為遙感數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)地物的識(shí)別規(guī)律。例如植被的遙感反射光譜有以下特點(diǎn)：第17頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可見(jiàn)光波段（0.4-0.76um）有一個(gè)小的反射峰，位置在0.55um（綠）處，兩側(cè)0.45um（藍(lán)）和0.67um（紅）則有兩個(gè)吸收帶。這一特征是由于葉綠素的影響，葉綠素對(duì)藍(lán)光和紅光吸收作用強(qiáng)，而對(duì)綠光反射作用強(qiáng)。

在近紅外波段（0.7-0.8um）有一反射的“陡坡”，至1.1um附近有一峰值，形成植被的獨(dú)有特征。這是由于植被葉細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。在中紅外波段(1.3-2.5um)受到綠色植物含水量的影響，吸收率大增，反射率大大下降，特別地，以1.45um、1.95um和2.7um為中心是水的吸收帶，形成低谷。植物波譜在上述基本特征下仍有細(xì)部差別，這種差別與植物種類(lèi)、季節(jié)、病蟲(chóng)害影響、含水量多少等有關(guān)系。為了區(qū)分植被種類(lèi)，需要對(duì)植被波譜進(jìn)行研究。第18頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反射率(%)波長(zhǎng)(um)0.551.10.670.451.4511.952.7第19頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第20頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第21頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第22頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第23頁(yè)，課件共25頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3