遥感导论第2章lcg

太阳温度 ~ 6000K = ? º c
三、黑体辐射
2. 黑体辐射规律
随着温度的升高，峰值向短波方向 移动
4
维恩位移定律:黑体的温度越高，辐射最 大值对应的峰值波长向短波方向移动。
M ( watts/cm /mm)
3
其辐射最强部分的波长(max) 就越短.
随着温度的升高，曲线以下区域的 面积增大。表示温度高的黑体向外 辐射更多的能量。
一、电磁波谱
• • • • 4. 电磁波的性质 (1) 电磁波是横波； (2)在真空中以光速传播； f c (3)满足： E hf
• 电磁波的性质与光波相同 • 在真空中传播速度为c。
4. 电磁波的性质
(4)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。
一、电磁波谱 • 3.电磁波谱：按照电磁波在真空中传播的波 长或频率的大小排列成的一个连续谱带。
一、电磁波谱
• 3.电磁波谱 • 以频率从高到低排列，可以划分为r射 线、X射线、紫外线、可见光、红外线、 无线电波。在真空状态下，频率f与波 长之积等于光速c。
c
3.电磁波谱
• 在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，无 线电波按照波长不同，分为长波、中波、短 波、超短波；其次是微波、红外线、可见光、 紫外线；再次是X射线、波长最短的为 γ 射 线。 • 整个电磁波构成一个完整的、连续的波谱图。
因此，可见光是识别地物特征的主要波段。
5.遥感常用的电磁波波段的特性
红外线(IR) ：0.76-1000 μm。
近红外0.76-3.0 μm
中红外3.0-6.0 μm 远红外6.0-15.0 μm 超远红外15-1000 μm。 （近红外又称光红外或反射红外；中红外和远 红外又称热红外。）
5.遥感常用的电磁波波段的特性
遥感卫星
树木
水体
草丛
裸露的地表
路面
建筑物
第2章 电磁辐射与地物光谱特征 本章主要内容
• 电磁波谱与电磁辐射
• 太阳辐射及大气对辐射的影响 • 地球的辐射与地物波谱
§ 2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波谱
1. 波的概念：波是振动在空间的传播。 横波：质点的振动方向与波的传播方 向垂直。
一、电磁波谱
常用6000k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3μm的波长主要是太
阳辐射的能量；大于6μm的波长，主要是地物 本身的热辐射；3-6μm之间，太阳和地球的热 辐射都要考虑。
二、 电磁辐射的度量 1. 辐射源
C.
2. 黑体辐射规律
（2）维恩位移定律
• 例：人体正常温度为37°C ，试计算 人体热辐射对应的max ？
• 解：根据维恩位移定律 max • T = b
•
求出人体热辐射对应的 max = b/ T
= 9.35 mm
•
•
max = 2.898 x 10-3 m • K / （37+273） K
微波： 1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；
具有穿透能力；发展潜力大。
可分为毫米波、厘米波、分米波。 由于微波的波长比可见光、红外线要长，所 以能够穿透云雾而不受天气影响，能够进行全天 候全天时遥感探测。微波遥感主要采用主动方式
成像，另外，微波针对某些物质具有一定的穿透
能力，能直接穿过植被、冰雪、土壤等表层覆盖
5.遥感常用的电磁波波段的特性
紫外线(UV)：0.01-0.38μm，碳酸盐岩分布、水
面油污染。
由于紫外线在大气中散射严重，而太阳辐射中 含有紫外线，当太阳光通过大气层时，波长小于 0.3μm的紫外线几乎被吸收，只有0.3-0.38μm波长 的紫外线部分能够到达地面，能量较少。
5.遥感常用的电磁波波段的特性
3.电磁波谱
(1)各种类型的电磁波的波长λ或频率f之所以不 同，是由于产生电磁波的波源不同。
例如，可见光，地球上一般的物体都能发射； 而微波，则需要专门的微波设备才能发射出 来，它是主动遥感的一种主要电磁波。
3.电磁波谱
(2)在电磁波谱中，各种类型的电磁波，由 于波长λ的不同，它们的性质有很大差 别。
（2）被动遥感主要利用可
见光、红外等稳定辐射。
大气对太阳辐射的衰减作用
高 层 大 气 平 流 层 对 流 层
可 见 光 可 见 光
臭氧(O3)层
问题：
（一）太阳辐射通过哪 些环节被衰减了？ （二）哪些环节的衰减 作用具有选择性特征？ （三）参与作用的大气 成分有哪些？
反 射
空气分子 细小尘埃
地
可 见 光
纵波：质点的振动方向与波的传播方向相同。
机械波：声波、水波和地震波
一、电磁波谱
E = 电场矢量 M = 磁场矢量 c = 光速
一、电磁波谱 • • 2.电磁波: （Electromagnetic Spectrum ) 由振源发出的电磁振荡在空气中传播。 电磁波由相互垂直的电场和磁场组成。
电磁波产生的原理：
能力愈强。
2. 黑体辐射规律 （2）维恩位移定律
黑体辐射光谱中最强辐射的波长 max 与黑体绝对温度 T 成反比。 答：
其中
max T b
max ： 辐射最强部分波长 (mm)
b = 2898 mm• K T = 黑体温度 (K)
推论
物体的温度愈高， 辐射能量最大值
的波长愈短，随
着物体温度不断 增高，最大辐射
§ 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
2015-4-10
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§ 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
Sun
大气散射**
* 选择性散射 ** 非选择性散射
传感器
大气影响
大气
云
大气吸收 透射
大气散射* 地面辐射
大气辐射
地表反射
地表
反射过程
辐射过程
§ 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
一、太阳辐射
• 太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面 测得的太阳辐照度曲线如图所示。 从太阳辐照பைடு நூலகம்分布曲线可以看出,太阳光谱是连续的光谱，且辐射特性与 绝对黑体辐射特性基本一致。
一、太阳辐射
太阳光谱相当
于6000 K的 黑体 辐射； —0.76 µ m的可见光能量占太阳辐射总能量的43.5%，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、近红外和中红外； 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减； 各波段的衰减是不均衡的。
三、黑体辐射
3、实际物体的辐射 (1)基尔霍夫定律：
• 把实际物体看做辐射源，研究其辐射 特性，将其与绝对黑体进行比较。
M 1 1 I1 , M1
B0 B2
M2
B1
B3
1
I1
M1
M 2 2I2 ,
M2
2
I2
1
2
M0 I
I 0 I1 I 2 I , 仅 与 波 长 和 温 度 有 关
穿透性：微波可以穿透云、雨、烟、雾等； 可见性和放色性：可见光波段，可被人直接感
觉到，看到物体不同的颜色。
3.电磁波谱
(3) 电磁波 的单位表示，常用的长度计量单位： 1m=100cm=1000mm=1000 000μm=1000 000 000nm 1m=102cm=103mm=106μm=109nm 在电磁波谱中，不同波段使用的波长单位不相同： 无线电波(km或m)；微波(cm或mm)；红外波段(μm); 可见光、紫外波段(nm或μm)
M1 M2 1 , 2 M0 M0
3、实际物体的辐射 (1)基尔霍夫定律：
推论 对不同性质的物体，辐射能力较强的物体，吸收能 力也较强；反之，辐射能力弱者，吸收能力也弱，黑体
的吸收能力最强，所以它也是辐射能力最强的物体。
对同一物体，如果在温度T时它放射某一波长的辐射 ，那么，在同一温度下它也吸收这一波长的辐射。
波长由长向短位
移。 太阳辐射是短波 辐射，人、地
面和大气辐射
是长波辐射。
不同温度下黑体辐射强度与温度的关系
2. 黑体辐射规律
黑体辐射的三个特性
A. B. 辐射通量密度随波长连 续变化，每条曲线只有 一个最大值。 温度越高，辐射通量密 度越大，不同温度的曲 线不同。 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。
ds
二、电磁辐射的度量
辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射 通量，单位：W/m2 。 辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐
射通量，单位：W/m2 。
辐射亮度（L）：辐射源在某一方向，单位投影表面， 单位立体角内的 辐射通量，单位W/(sr• m2 )
？朗伯源？绝对黑体
三、黑体辐射
3、实际物体的辐射 (2)实际物体的辐射：
常用地物的辐射出射度M与同温度的黑体辐射出射度的比 值 M0。 公式 ε=M/M0 推论： 1、绝对黑体有最大的吸收率，也有最大的发射率 2、实际物体，吸收本领越大，发射本领越大。 α=ε
三、黑体辐射
灰体：没有显著的选择吸收，吸收率虽然
小于1，但基本上不随波长变化，这种物 体叫做灰体。
（2）人工辐射源：主动式遥感的辐射源。雷达 探测。分为微波雷达和激光雷达。 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。