遥感导论第二章
合集下载
遥感概论ppt课件第二章--电磁辐射与地物光谱特征
自然界的物体与绝对黑体作辐射比较，都有与石英晶体类似的性质，只不过吸收 系数不同而已(表2．3)。由基尔霍夫定律可以知道，绝对黑体不仅具有最大的吸 收率，也具有最大的发射率，却丝毫不存在反射。对于实际物体，都可以看作辐 射源，如果物体的吸收本领大，即吸收率越接近1，它的发射本领也大，即越接 近黑体辐射。这也是为什么吸收率又可叫作发射率的原因。
22
2.2 太阳辐射及大气对辐射的 影响
l太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳 辐射有时习惯称作太阳光，太阳光通过 地球大气照射到地而，经过地面物体反 射又返回，再经过大气到达传感器，这 时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射 到达地球大气上空时的辐射强度相比， 已有了很大的变化，包括入射与反射后 二次经过大气的影响和地物反射的影响。 本节主要讨论大气的影响。
6
2.1.2 电磁辐射的度量
1. 辐射源 任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐
射，也能够向外辐射。 因此对辐射源的认识不仅限于太阳、 炉子等发光发热的物体。能发出紫外辐射、 X射线、微波辐 射等的物体也是辐射源，只是辐射强度和波长不同而已。 电 磁波传递就是电磁能量的传递。因此遥感探测实际上是辐射 能量的测定。
一般辐射体和发射率
21
以石英的辐射为例，对不同波长测出对 应于该波长的光谱辐射出射度Mλ,这时
石英温度假定为250 K。分别作出250 K 时绝对黑体的辐射曲线和石英的辐射曲 线(图2．9)，从图可以看出，石英的辐 射显然比黑体辐射弱，而且随波长不同 而不同，也就是说比辐射率(或吸收系 数)与波长有关。虚线各点的纵坐标是 石英对应于每一波长的光谱辐射出射度 ．曲线下面积是整个电磁波谱的总辐 射出射度。
l 方向:由电 磁振荡向各个 不同方向传播 的.
22
2.2 太阳辐射及大气对辐射的 影响
l太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳 辐射有时习惯称作太阳光，太阳光通过 地球大气照射到地而，经过地面物体反 射又返回，再经过大气到达传感器，这 时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射 到达地球大气上空时的辐射强度相比， 已有了很大的变化，包括入射与反射后 二次经过大气的影响和地物反射的影响。 本节主要讨论大气的影响。
6
2.1.2 电磁辐射的度量
1. 辐射源 任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐
射，也能够向外辐射。 因此对辐射源的认识不仅限于太阳、 炉子等发光发热的物体。能发出紫外辐射、 X射线、微波辐 射等的物体也是辐射源，只是辐射强度和波长不同而已。 电 磁波传递就是电磁能量的传递。因此遥感探测实际上是辐射 能量的测定。
一般辐射体和发射率
21
以石英的辐射为例，对不同波长测出对 应于该波长的光谱辐射出射度Mλ,这时
石英温度假定为250 K。分别作出250 K 时绝对黑体的辐射曲线和石英的辐射曲 线(图2．9)，从图可以看出，石英的辐 射显然比黑体辐射弱，而且随波长不同 而不同，也就是说比辐射率(或吸收系 数)与波长有关。虚线各点的纵坐标是 石英对应于每一波长的光谱辐射出射度 ．曲线下面积是整个电磁波谱的总辐 射出射度。
l 方向:由电 磁振荡向各个 不同方向传播 的.
遥感概论第2章遥感的物理基础
9
第2章
2.1.1 电磁波谱
电磁波的性质
遥感的物理基础
2.1 电磁波谱与电磁辐射
10
第2章
2.1.2 电磁波谱
遥感的物理基础
2.1 电磁波谱与电磁辐射
电磁波谱 电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增 或递减排列构成的图表。
11
12
第2章
2.1.2 电磁波谱
遥感的物理基础
2.1 电磁波谱与电磁辐射
7
第2章
2.1.1 电磁波谱
电磁波
遥感的物理基础
2.1 电磁波谱与电磁辐射
电磁波——电磁振动的传播
横波（具有波的一切特征量（波长λ、频率f、周期T、波速V、振幅 A、相位ф等）
8
第2章
2.1.1 电磁波谱
电磁波的性质
遥感的物理基础
2.1 电磁波谱与电磁辐射
A：是横波； B：不需要介质，在真空中以光速传播； C：满足 c=f×λ E=h×f c—光速 f—频率 λ—波长 h—普氏常数 E—能量 D：波粒二象性——波动性（干涉、衍射、偏振）、粒子性
2.1.4 电磁辐射源
地球辐射
遥感的物理基础
2.1 电磁波谱与电磁辐射
太阳辐射近似于温度 为8000K的黑体辐射， 而地球辐射接近300K 的黑体辐射。 太阳辐射出射曲线最 大值对应的波长为 0.47μm，而地球辐射 出射曲线最大值对应 的波长为9.66μm，属 于远红外波段
23
第2章
2.1.4 电磁辐射源
激光辐射源在遥感技术中逐渐得到应用。其中应用较为广泛的为激 光雷达。激光雷达使用脉冲激光器，可精确测量卫星的位置、高度、 速度等，也可测量地形、绘制地图、记录海面波浪情况，还可利用 物体的散射及荧光、吸收等性能进行污染监测和资源勘查等。
福师《遥感导论》第二章课堂笔记课件ppt
THANK YOU
感谢聆听
森林资源调查
总结词
利用遥感技术进行森林资源调查，提高森林覆盖率和蓄积量 估算的精度。
详细描述
遥感技术能够获取大范围、高分辨率的森林资源信息，通过 对影像的解译和分析，可以提取森林的树种、密度、生长状 况等特征信息，为森林资源管理和保护提供数据支持。
水资源调查与监测
总结词
利用遥感技术进行水资源调查和监测，提高水资源管理和保护的效率。
03
遥感平台与传感器
遥感平台
遥感平台是搭载传感器的平台， 负责将传感器升至高空进行观 测。
遥感平台可分为卫星平台、航 空平台和地面平台等类型。
卫星平台包括地球静止卫星和 极地轨道卫星，航空平台包括 飞机和无人机，地面平台包括 雷达站和观测塔等。
传感器类型
02
01
03
传感器是遥感观测的核心部件，负责接收和记录地物 的电磁波信息。
总结
遥感技术利用各种传感器和平台，从远处获取地球和其他天体的 信息，为科学研究、环境监测、资源调查和军事侦察等领域提供 了重要的数据支持。
遥感的特性
宏观性
多源性
时效性
经济性
总结
遥感探测的范围广阔，能 够覆盖大面积的区域，提 供宏观的视角和信息。
遥感技术可以获取多种来 源的数据，包括可见光、 红外线、微波等不同波段 的电磁波信息。
04
遥感图像处理与解译
遥感图像的预处理
01
02
03
04
辐射定标
将传感器接收的物理量转化为 辐射亮度，为后续的图像处理 和地物信息提取提供基础数据 。
大气校正
消除大气对地物反射的影响， 提高遥感图像的对比度和清晰 度。
《遥感导论》电子教案航空
《遥感导论》电子教案-航空第一章：遥感概述1.1 遥感的定义与分类1.2 遥感技术的基本原理1.3 遥感的应用领域1.4 遥感技术的发展历程第二章：遥感平台与传感器2.1 遥感平台的分类及特点2.2 遥感传感器的分类及性能指标2.3 航空遥感平台与传感器介绍2.4 卫星遥感平台与传感器介绍第三章：遥感数据获取与处理3.1 遥感数据的获取方法3.2 遥感数据的预处理3.3 遥感数据的增强与重建3.4 遥感数据的产品与应用第四章：遥感在农业领域的应用4.1 遥感在农业资源调查与监测中的应用4.2 遥感在农业灾害监测与预警中的应用4.3 遥感在农业生态环境监测中的应用4.4 遥感在农业智能化的应用第五章：遥感在环境领域的应用5.1 遥感在大气环境监测中的应用5.2 遥感在水环境监测中的应用5.3 遥感在土地利用与覆盖变化监测中的应用5.4 遥感在自然灾害监测与评估中的应用第六章：遥感在地理信息系统中的应用6.1 遥感和GIS的关系6.2 遥感数据在GIS中的处理与分析6.3 遥感在地图编制中的应用6.4 遥感在空间格局分析中的应用第七章：遥感在城市规划与管理中的应用7.1 遥感在城市扩张监测中的应用7.2 遥感在城市绿化监测中的应用7.3 遥感在城市基础设施规划中的应用7.4 遥感在城市环境监测中的应用第八章：遥感在林业领域的应用8.1 遥感在森林资源调查中的应用8.2 遥感在森林火灾监测与评估中的应用8.3 遥感在森林植被动态监测中的应用8.4 遥感在生物多样性保护中的应用第九章：遥感在海洋领域的应用9.1 遥感在海洋环境监测中的应用9.2 遥感在海洋资源调查中的应用9.3 遥感在海洋灾害监测与预警中的应用9.4 遥感在海洋维权与执法中的应用第十章：遥感技术的未来发展10.1 遥感技术发展趋势10.2 遥感技术面临的挑战10.3 遥感技术的创新应用10.4 遥感技术在我国的发展战略重点和难点解析重点一：遥感技术的基本原理解析：遥感技术的基本原理是理解遥感技术的核心，包括辐射传输、传感器响应、图像处理等方面，需要重点关注。
遥感导论_2 电磁辐射原理c
21
干涉现象中，在波的交叠区有的地方振幅
增加，有的地方振幅减小，振动强度（取 决于乘差与波长的关系）在空间出现强弱 相间的固定分布，形成干涉条纹。
干涉滤光片、透镜组、干涉雷
达天线等，均应用了波的干涉 原理。 22
2）衍射（diffraction）
波在传播过程中遇到障碍物时，能够改变
传播方向而绕到障碍物的后面，称为“衍 射”。
34
辐射通量密度 (radiant flux density)
辐射出射度M (radiant exitance)
指面辐射源在单位时间内，从单位面积上
发射出的辐射能量，即物体单位面积上发 射出的辐射通量，单位为瓦/米(w m-2)，表 达为： M= d Φ/d A
光通过小孔，在孔的后屏 上出现的不是一个亮点， 而是一个明暗相间的圆形 亮斑，这是由于障碍物使 波的振幅或相位发生变化 ，导致波在空间上振幅或 强度重新分布的结果。 23 遥感中部分光谱仪的分光器件——衍射光栅等， 正是运用多缝衍射原理。
3）偏振（Polarization）
偏振是横波中呈现出的一种特殊现象。电磁
32
辐射能量Q (radiant energy)
电磁波是物质存在的一种形式，因此与其它物质存
在形式一样，电磁场也具有能量、动量等性质。 如：使被辐照的物体升温、改变物体的运 态、使带电物体受力而运动...... 耳(J)、卡(cal)。
任何物体都可以是辐射源。它既可能自身发射能量
动状
电磁场所具有的能量被称之为辐射能量，单位为焦
10
描述电磁波的主要参数
2 频率v:指单位时间内，完成振动或振荡的次数或周期。
单位为Hz, KHz, MHz, GHz等。 电磁波的波长λ、频率v及速度间有如下关系:C= v λ 电磁波在真空中以光速C=2.998 ×108米/秒传播，在介质中 小于但接近光速传播。
遥感导论-习题及参考答案第二章 电磁辐射与地物光谱特征答案
第二章电磁辐射与地物光谱特征·名词解释辐射亮度：由辐射表面一点处的单位面积在给定方向上的辐射强度称为辐射亮度。
普朗克热辐射定律：在一定温度下，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为B(λ，T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1灰度波谱：用该类型在该波段上的灰度值反应的波谱曲线黑体辐射：任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领，为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。
电磁波谱：将电磁波按大小排列制成图表。
太阳辐射：太阳射出的辐射射线瑞利散射：大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射地球辐射：地面吸收太阳辐射能后，向外辐射的射线。
地物波谱特性：各种地物因种类和环境条件不同,都有不同的电磁波辐射或反射特性反射率：地物反射能量与入射总能量之比。
比辐射率：某一物体在一特定波长和温度下的发射辐射强度与理想黑体在相同波长和温度下所发射的辐射强度之比。
后向散射·问答题地球辐射的分段特性是什么？当太阳辐射到达地表后，就短波而言，地表反射的太阳辐射成为地表的主要辐射来源，而来自地球本身的辐射，几乎可以忽略不计。
地球自身的辐射主要集中在长波，即6um以上的热红外区段，该区段太阳辐射的影响几乎可以忽略不计，因此只考虑地表物体自身的热辐射。
两峰交叉之处是两种辐射共同其作用的部分，在2.5~6um，即中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身的热辐射均不能忽略。
什么是大气窗口?试写出对地遥感的主要大气窗口答：大气窗口的定义：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段成为大气窗口。
包括：部分紫外波段，0.30mμ~0.40mμ，70%透过。
全部可见光波段，0.40mμ~0.76mμ，95%透过。
遥感导论第2章遥感物理基础
绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝对温度的 四次方成正比，称为斯忒藩－玻耳兹曼公式 对于一般物体来讲，传感器检测到它的辐射能后就可以用 此公式概略推算出物体的总辐射能量或绝对温度（T）。
地球信息系 赵珊珊
概述
黑体辐射特性（2）
• 分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移 动。可微分普朗克公式，并求极值。
地球信息系 赵珊珊
概述
植被、水体、土壤的反射波谱特性曲线
地球信息系 赵珊珊
概述
（补充）影响地物光谱反射率变化的因素
太阳高度（日期、时间）
大气条件
地形（阴影）
地形（坡度）
气候、植物的病变
地球信息系 赵珊珊
环境状况
概述
地物波谱特性
地物波谱也称地物光谱。 地物波谱特性是指各种地物各自所具有的电磁波 特性（发射辐射或反射辐射）。 测量地物的反射波谱特性曲线主要作用：
地球信息系 赵珊珊
概述
地物的反射类型
• 镜面反射 • 漫反射 • 方向反射
• 从空间对地面观察时，对于平面地区，并且地面物体均匀分布，可以 看成漫反射；对于地形起伏和地面结构复杂的地区，为方向反射。
地球信息系 赵珊珊
概述
2.2.1 地物的反射辐射
• 反射率是地物对某一波段电磁波的反射能 量与入射总能量之比：
地球信息系 赵珊珊
概述
城市道路、建筑物的反射波谱特性曲线
• 城市道路、建筑物的光谱反射特性 • 红外波段较可见光波段反射强 • 石棉瓦较其他材料反射强 • 沥青较其他材料反射弱
地球信息系 赵珊珊
概述
土壤的反射波谱特性曲线
地球信息系 赵珊珊
概述
土壤的反射波谱特性曲线
遥感导论2-1
本章主要内容
电磁波与电磁波谱 太阳辐射及大气对辐射的影响 地球的辐射与地物波谱
第一节 电磁波与电磁波谱
电磁波谱 电磁辐射的度量 黑体辐射
一、电磁波谱
波 电磁波及其性质 电磁波谱
1.1 波
概念：波是振动在空间的传播。
特点：质点在平 衡位置附近振动， 而能量向前传播。
二、电磁辐射的度量
辐射源
– 任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物 体对它的辐射，也能够向外辐射 – 分类：
太阳辐射源：可见光及近红外遥感的主要辐射 源 地球辐射源：远红外遥感的主要辐射源 人工辐射源：人为发射的具有一定波长的波束； 主动遥感采用人工辐射源，目前较常用的人工 辐射源为微波辐射源和激光辐射源
电磁波是由大量的光子微粒组成的，微粒 数目多时，体现出波动性，微粒数目少时， 体现出粒子性，从量子力学的观点来看， 电磁波实际上是一种概率波，代表了光子 微粒的分布概率。 光的粒子性验证：爱因斯坦的光电效应方 程、康普顿效应（光子散射）。 光同时具有粒子和波动的两重特性-波粒 二象性（德布罗意）。
1.2 电磁波谱
概念：把不同波长或频率的电磁波按顺 序排列，就组成了电磁波谱。
波段 长波 中波和短波 超短波
波长 大于3000m 10~3000m 1 ~10 m 1mm~1m 15~1000μm 6~15 μm 3~6 μm 0.76~3 μm 0.62~0.76 μm 0.59~0.62 μm 0.56~0.59 μm 0.50~0.56 μm 0.47~0.50 μm 0.43~0.47 μm 0.38~0.43 μm 10-3~3.8×10-1 μm 10-6 ~ 10-3 μm 小于10-6μm
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
γ射线 X射线 紫外线 可见光 红外线 无线电波
电磁波谱示图p15、 p17
遥感应用的电磁波波谱段
❖紫外线： ❖可见光：
❖红外线：
❖波 长 范 围 为 0.01 ～
0.38μm，对油污染敏感。
波长范围：0.38～0.76μm， 人眼对可见光有敏锐的感觉， 是遥感技术应用中的重要波 段。
波长范围为0.76～1000μm， 根据性质分为近红外、中红 外、远红外和超远红外。
地球自身辐射主要 集中在6μm以上的热 红外区段
2.5-6μm，即中红 外波段两种辐射共同 起作用（避免太阳辐 射）
太阳辐射近似温度为6000K的黑体辐射，而地球 辐射接近于温度为300K的黑体辐射。最大辐射的对 应波长分别为 λmax日=0.47μm 和 λmax地=9.66μm
地球辐射的分段特性
能100%地发射某一波 段的辐射。
黑体吸收模型
黑色的烟煤、恒星、 太阳接近绝对黑体。
理论和实验表明，物体 的吸收本领越大，其辐射 本领也越大。
结论：黑体吸收最强， 辐射也最强。
◆2黑体辐射规律
★1）普朗克公式 ★2）斯忒藩--玻尔兹曼定律： ★3）维恩位移定律：
★ 1)——— 黑体辐射定律，即普朗克定律。
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波谱 ；二、电磁辐射的度量（自学为主) 1、电磁波谱按频率由高到低排列主要 由、、、、、、 成。 2、遥感应用的电磁波波谱段有哪些？有什么特点？
等组
3、名次解释：辐射能量（W）、辐射通量(Φ)、辐射通量密度。
三、黑体辐射（问题讨论）
1、什么是绝对黑体? 2、简述斯忒藩—玻尔兹曼定律和维恩位移定律的内容及其对遥 感的意义。
三、地物反射波谱特征（自学为主）。 1、叙述土壤、植物、和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。 2、地物波谱曲线的作用有哪些？
2.3地球的辐射与地物波谱
一、太阳辐射与地表的相互作用 二、地表自身热辐射 三、地物反射波谱特征
一、太阳辐射与地表
的相互作用
太阳辐射主要集中 在0.3-2.5μm，在紫 外、可见光、到近红 外区段
三、大气散射；四、大气窗口及透射分析（问题讨论） 1.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见 光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而 可见光不能。 2、综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回到遥感传感器这一整 个过程中所发生的物理现象。 3、何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因。简述大气窗口对于 遥感探测的重要意义。
思考： 目标物怎样与 电磁波作用形 成影像图？
SPOT5图像 10米
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
本章主要内容： 2.1 电磁波谱与电磁辐射 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.3 地球的辐射与地物波谱
2.1 电磁波谱与电磁辐射
(1) 电磁波谱
◆电磁波：
◆电磁波性质：
◆电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波 长或频率，递增或递减排列。依次为：
➢ 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的 影响很小，对微波的影响可以不计。
➢无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？
颜色
波长
红 橙黄 黄 绿 青兰 紫 紫外线
0.7 0.62 0.57 0.53 0.47 0.4 0.3
散射率 1 1.6 2.2 3.3 4.9 5.4 30.0
2. 米氏散射（粒子直径d ≈λ）
（三）大气窗口
❖ 1）折射现象： ❖ 2）反射现象： ❖ 3）大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反
射，吸收和散射的，透射率较高的波段称为大 气窗口。（对遥感有用的部分） 大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。
• 常见的大气窗口：
大气窗口
波段
透射率% 应用举例
紫外可见光 近红外
0.3～1.3 μm
2.2太阳辐射及大气对辐射的影响
★ （1）太阳辐射
★（2）大气对辐射的影响
（一）大气吸收 （一）大气散射 （一）大气窗口及透射分析
★（1）太阳辐射
1太阳常数：
2太阳光谱
地面接收
太阳辐射能主要 集中在0.3-3.0µm 近紫外到中红外 波段区间
太阳辐射总能 量的46%集中在 0.3-0.76 µm 之间的可见光波 段
三、地物反射波谱特征
★到达地面的太阳辐射能量=反射能量+吸收能 量
+透射能量 ★反射率与反射波谱
★地物反射波谱曲线
（1）反射率 物体反射的辐射能量 Pρ占总入射能量P0
的百分比，称为反射率。利用反射率可判断物 体的性质。
ρ Pρ 100 % P0
❖不同物体反射率不同
❖地物在不同波段的反射 率是不同的，利用地物 反射率的差别，可以判 断地物的属性。
Lr ( rr ) (i i,rr ) • Ii ( i, D) ( rr ) • ID
长为4.8μm，在热红外波段3～5μm的大气窗口内。
❖ 远红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐 射特性。
所以，通常热红外遥感波段的选择在波长8～14μm和3～5μm两个区间 内。
二、地表自身热辐射
据黑体辐射规律及基尔霍夫定律， M M 0
物体的发射波谱曲线：可根据 λ和 ε 作出曲线
M (,T ) (,T ) • M 0 (,T )
0.4 太阳辐照度分布曲线
★（2）大气对辐射的影响
♫大气分层：对流层、平
流层、中间层、热层和 大气外层（散逸层）。
♫大气的成分：分子和其
他微粒 • 分子：氮和氧占99%，
臭氧、二氧化碳、水分 子及其他约占1%。 • 颗粒：烟、尘埃、雾、 小水滴和气溶胶。
大气对辐射的影响
• 太阳辐射的衰减过程：30%被云层反射回； 17%被大气吸收；22%被大气散射；31%到 达地面。
比辐射率（发射率） 波谱特性曲线的形 态特征反映： 地面物体本身的特 性，包括物体本身 的组成、温度、表 面粗糙度等物理特 性。
曲线的形态特殊时可以用发射率曲线来识别地面物 体，尤其在夜间，太阳辐射消失后，地面发出的能 量以发射光谱为主，探测其红外辐射及微波辐射并 与同样温度条件下的发射率曲线比较，是识别地物 的重要方法之一。
（2）物体的反射
根据物体表面性质反射状况分为三种： a 镜面反射：是指物体的反射满足反射定律。
只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波。
例子：水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很 亮，有时很暗，就是这个原因造成的。
b 漫反射：反射方向是“四面八方”。
朗伯面：当入射辐照度I一定时，从任何角度观察 反射面，其反射辐射亮度是一个常数，与方向无关。
（一）大气的吸收作用 （二）大气的散射作用 （三）大气窗口及透射
（一）大气的吸收作用
大气的吸收作用：
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（如下表）（图示P28）
O2吸收带 <0.2μm，0.6μm，0.76μm最强
O3吸收带 0.2～0.32 μm，0.6μm，9.6μm
❖微波：
波长范围为1 mm～1 m， 穿透性好，不受云雾的影响。
（2）电磁辐射的度量
1.辐射源： 2.辐射测量
任何物体都是辐 射源 遥感探测实际
上是辐射能量 的测定。
✓ 辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位：J
辐射通量(Φ)：（它是辐射能量随时间的变化率）
辐射通量密度：单位时间通过单位面积上的辐射能量,单位:W/m2
波段名称 波长
辐射特性
可见光与近红 外
0.3-2.5μm
地表反射太阳 辐射为主
中红外
2.5-6μm 地表反射太阳 辐射和自身热
辐射
远红外
＞6μm
地表物体自身 热辐射为主
了解地球辐射的分段特性的意义?
❖ 可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反 射特性。
❖ 中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的 信息，也有地球自身的热辐射的信息。（避免太阳 辐射）。但对于地表高温目标．如火燃等，其温度达600k，辐射峰值波
c 实际物体反射：多数都处于两种模型之间，即介于 镜面和朗伯面之间。其反射辐射亮度与方向有关。
(i
i,rr )
Lr ( rr ) Ii (ii )
方向反射因子
Ii 入射辐射的照度
Lr 观察方向的反射亮度。
入射辐照度有两部分组成：一部分太阳的直接辐射； 一部分太阳辐射经大气散射后又漫入射到地面的部分
b max T 2898mK 0
维恩位移定律——用它可测定太空星 体表面温度，也可用来选择对特定地 物的监测波段，如火灾检测。
第二节 太阳辐射及大气对太阳辐射的影响 一、太阳辐射；二、大气吸收（自学为主：观看讲课视频； 查看课外学习体系；提问习题予以评分）。 1、太阳光谱的特点有哪些？ 2、大气吸收对遥感技术有什么影响？
返回
植物生长状况的解译
• 健康的绿色植物 具有典型的光谱 特征。遭受病虫 害的植物其反射 光谱曲线的波状 特征被拉平。
课堂练习：1、简述斯忒藩—玻尔 兹曼定律和维恩位移定律的内容及 其对遥感的意义。
2、计算太阳辐射最强的波长？
Mλ
m 0.47 μ m λ
两定律意义
W T 4
斯忒藩--玻尔兹曼定律——地物微小的温度差异就会 引起红外辐射能量较明显变化。这种特征是构成红外 遥感的理论依据。
＞90
TM1-4、SPOT 的HRV
近红外 1.5～1.8 μm 80
TM5
近-中红外 2.0～3.5 μm 80
TM7
中红外 3.5～5.5 μm
NOAA的 AVHRR
远红外
8～14 μm 60～70
电磁波谱示图p15、 p17
遥感应用的电磁波波谱段
❖紫外线： ❖可见光：
❖红外线：
❖波 长 范 围 为 0.01 ～
0.38μm，对油污染敏感。
波长范围：0.38～0.76μm， 人眼对可见光有敏锐的感觉， 是遥感技术应用中的重要波 段。
波长范围为0.76～1000μm， 根据性质分为近红外、中红 外、远红外和超远红外。
地球自身辐射主要 集中在6μm以上的热 红外区段
2.5-6μm，即中红 外波段两种辐射共同 起作用（避免太阳辐 射）
太阳辐射近似温度为6000K的黑体辐射，而地球 辐射接近于温度为300K的黑体辐射。最大辐射的对 应波长分别为 λmax日=0.47μm 和 λmax地=9.66μm
地球辐射的分段特性
能100%地发射某一波 段的辐射。
黑体吸收模型
黑色的烟煤、恒星、 太阳接近绝对黑体。
理论和实验表明，物体 的吸收本领越大，其辐射 本领也越大。
结论：黑体吸收最强， 辐射也最强。
◆2黑体辐射规律
★1）普朗克公式 ★2）斯忒藩--玻尔兹曼定律： ★3）维恩位移定律：
★ 1)——— 黑体辐射定律，即普朗克定律。
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波谱 ；二、电磁辐射的度量（自学为主) 1、电磁波谱按频率由高到低排列主要 由、、、、、、 成。 2、遥感应用的电磁波波谱段有哪些？有什么特点？
等组
3、名次解释：辐射能量（W）、辐射通量(Φ)、辐射通量密度。
三、黑体辐射（问题讨论）
1、什么是绝对黑体? 2、简述斯忒藩—玻尔兹曼定律和维恩位移定律的内容及其对遥 感的意义。
三、地物反射波谱特征（自学为主）。 1、叙述土壤、植物、和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。 2、地物波谱曲线的作用有哪些？
2.3地球的辐射与地物波谱
一、太阳辐射与地表的相互作用 二、地表自身热辐射 三、地物反射波谱特征
一、太阳辐射与地表
的相互作用
太阳辐射主要集中 在0.3-2.5μm，在紫 外、可见光、到近红 外区段
三、大气散射；四、大气窗口及透射分析（问题讨论） 1.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见 光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而 可见光不能。 2、综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回到遥感传感器这一整 个过程中所发生的物理现象。 3、何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因。简述大气窗口对于 遥感探测的重要意义。
思考： 目标物怎样与 电磁波作用形 成影像图？
SPOT5图像 10米
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
本章主要内容： 2.1 电磁波谱与电磁辐射 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.3 地球的辐射与地物波谱
2.1 电磁波谱与电磁辐射
(1) 电磁波谱
◆电磁波：
◆电磁波性质：
◆电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波 长或频率，递增或递减排列。依次为：
➢ 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的 影响很小，对微波的影响可以不计。
➢无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？
颜色
波长
红 橙黄 黄 绿 青兰 紫 紫外线
0.7 0.62 0.57 0.53 0.47 0.4 0.3
散射率 1 1.6 2.2 3.3 4.9 5.4 30.0
2. 米氏散射（粒子直径d ≈λ）
（三）大气窗口
❖ 1）折射现象： ❖ 2）反射现象： ❖ 3）大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反
射，吸收和散射的，透射率较高的波段称为大 气窗口。（对遥感有用的部分） 大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。
• 常见的大气窗口：
大气窗口
波段
透射率% 应用举例
紫外可见光 近红外
0.3～1.3 μm
2.2太阳辐射及大气对辐射的影响
★ （1）太阳辐射
★（2）大气对辐射的影响
（一）大气吸收 （一）大气散射 （一）大气窗口及透射分析
★（1）太阳辐射
1太阳常数：
2太阳光谱
地面接收
太阳辐射能主要 集中在0.3-3.0µm 近紫外到中红外 波段区间
太阳辐射总能 量的46%集中在 0.3-0.76 µm 之间的可见光波 段
三、地物反射波谱特征
★到达地面的太阳辐射能量=反射能量+吸收能 量
+透射能量 ★反射率与反射波谱
★地物反射波谱曲线
（1）反射率 物体反射的辐射能量 Pρ占总入射能量P0
的百分比，称为反射率。利用反射率可判断物 体的性质。
ρ Pρ 100 % P0
❖不同物体反射率不同
❖地物在不同波段的反射 率是不同的，利用地物 反射率的差别，可以判 断地物的属性。
Lr ( rr ) (i i,rr ) • Ii ( i, D) ( rr ) • ID
长为4.8μm，在热红外波段3～5μm的大气窗口内。
❖ 远红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐 射特性。
所以，通常热红外遥感波段的选择在波长8～14μm和3～5μm两个区间 内。
二、地表自身热辐射
据黑体辐射规律及基尔霍夫定律， M M 0
物体的发射波谱曲线：可根据 λ和 ε 作出曲线
M (,T ) (,T ) • M 0 (,T )
0.4 太阳辐照度分布曲线
★（2）大气对辐射的影响
♫大气分层：对流层、平
流层、中间层、热层和 大气外层（散逸层）。
♫大气的成分：分子和其
他微粒 • 分子：氮和氧占99%，
臭氧、二氧化碳、水分 子及其他约占1%。 • 颗粒：烟、尘埃、雾、 小水滴和气溶胶。
大气对辐射的影响
• 太阳辐射的衰减过程：30%被云层反射回； 17%被大气吸收；22%被大气散射；31%到 达地面。
比辐射率（发射率） 波谱特性曲线的形 态特征反映： 地面物体本身的特 性，包括物体本身 的组成、温度、表 面粗糙度等物理特 性。
曲线的形态特殊时可以用发射率曲线来识别地面物 体，尤其在夜间，太阳辐射消失后，地面发出的能 量以发射光谱为主，探测其红外辐射及微波辐射并 与同样温度条件下的发射率曲线比较，是识别地物 的重要方法之一。
（2）物体的反射
根据物体表面性质反射状况分为三种： a 镜面反射：是指物体的反射满足反射定律。
只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波。
例子：水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很 亮，有时很暗，就是这个原因造成的。
b 漫反射：反射方向是“四面八方”。
朗伯面：当入射辐照度I一定时，从任何角度观察 反射面，其反射辐射亮度是一个常数，与方向无关。
（一）大气的吸收作用 （二）大气的散射作用 （三）大气窗口及透射
（一）大气的吸收作用
大气的吸收作用：
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（如下表）（图示P28）
O2吸收带 <0.2μm，0.6μm，0.76μm最强
O3吸收带 0.2～0.32 μm，0.6μm，9.6μm
❖微波：
波长范围为1 mm～1 m， 穿透性好，不受云雾的影响。
（2）电磁辐射的度量
1.辐射源： 2.辐射测量
任何物体都是辐 射源 遥感探测实际
上是辐射能量 的测定。
✓ 辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位：J
辐射通量(Φ)：（它是辐射能量随时间的变化率）
辐射通量密度：单位时间通过单位面积上的辐射能量,单位:W/m2
波段名称 波长
辐射特性
可见光与近红 外
0.3-2.5μm
地表反射太阳 辐射为主
中红外
2.5-6μm 地表反射太阳 辐射和自身热
辐射
远红外
＞6μm
地表物体自身 热辐射为主
了解地球辐射的分段特性的意义?
❖ 可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反 射特性。
❖ 中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的 信息，也有地球自身的热辐射的信息。（避免太阳 辐射）。但对于地表高温目标．如火燃等，其温度达600k，辐射峰值波
c 实际物体反射：多数都处于两种模型之间，即介于 镜面和朗伯面之间。其反射辐射亮度与方向有关。
(i
i,rr )
Lr ( rr ) Ii (ii )
方向反射因子
Ii 入射辐射的照度
Lr 观察方向的反射亮度。
入射辐照度有两部分组成：一部分太阳的直接辐射； 一部分太阳辐射经大气散射后又漫入射到地面的部分
b max T 2898mK 0
维恩位移定律——用它可测定太空星 体表面温度，也可用来选择对特定地 物的监测波段，如火灾检测。
第二节 太阳辐射及大气对太阳辐射的影响 一、太阳辐射；二、大气吸收（自学为主：观看讲课视频； 查看课外学习体系；提问习题予以评分）。 1、太阳光谱的特点有哪些？ 2、大气吸收对遥感技术有什么影响？
返回
植物生长状况的解译
• 健康的绿色植物 具有典型的光谱 特征。遭受病虫 害的植物其反射 光谱曲线的波状 特征被拉平。
课堂练习：1、简述斯忒藩—玻尔 兹曼定律和维恩位移定律的内容及 其对遥感的意义。
2、计算太阳辐射最强的波长？
Mλ
m 0.47 μ m λ
两定律意义
W T 4
斯忒藩--玻尔兹曼定律——地物微小的温度差异就会 引起红外辐射能量较明显变化。这种特征是构成红外 遥感的理论依据。
＞90
TM1-4、SPOT 的HRV
近红外 1.5～1.8 μm 80
TM5
近-中红外 2.0～3.5 μm 80
TM7
中红外 3.5～5.5 μm
NOAA的 AVHRR
远红外
8～14 μm 60～70