电磁波谱及遥感物理基础(一)
1wq物理基础
根据所接收到的电磁波谱分为： 可见光遥感 红外遥感 微波遥感 多光谱遥感 紫外遥感
根据传感器所接收到的能量来源分为： 主动遥感: 主动遥感: 指使用人工辐射源从遥感平台上先向目标发射电 磁辐射，然后接收和记录目标物反射或散射回来 的电磁波的遥感。如雷达 被动遥感: 被动遥感: 指不利用人工辐射源，而是直接接收与记录目标 反射物反射的太阳辐射或者目标物本身发射的热 辐射和微波遥感。
大气对太阳辐射的吸收 太阳辐射穿过大气层时，大气分子对电磁波的 某些波段有吸收作用。吸收作用使辐射的能量 转变为分子的内能，从而引起这些波段太阳辐 射强度的衰减，甚至某些波段的电磁波完全不 能通过大气。 臭氧：小于0.3μm；0.155为峰值。高空遥感很 臭氧：小于0.3μm；0.155为峰值。高空遥感很 少使用紫外波段的原因。 氧气：主要对微波处有2 氧气：主要对微波处有2个吸收带对航空遥感影 响不大。 水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是 吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红 光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。 二氧化碳：吸收作用主要在红外区内。
中巴卫星
风云一号
二）遥感技术发展趋势: 二）遥感技术发展趋势: 1）多层次遥感 2）传感器高分辨率，高光谱，小型，立体遥感 3) 自动识别分类 4）定量遥感 5）3S技术的综合应用 3S技术的综合应用
五、电磁波谱
一）、电磁波 :当电磁振荡进入空间，变化的磁 场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁 场，使电磁振荡在空间传播 电磁波在传播中遵循波的反射，折射，衍射，干 涉，吸收，散射等传播规律
1.1.7 遥感发展
对地立体观测系统
•地球同步轨道卫星(35,000km)； •太阳同步卫星(600～1,000km)； •太空飞船(200～300km)； •航天飞机(240～350km)； •探空火箭(200～1,000km)； •高、中、低空飞机； •升空气球； •无人飞机； •地面遥感车、塔；
遥感复习总结
遥感复习总结遥感复习总结（⽶杏当年⾃⼰总结的哈，标红是重点，当年还是很多考到了的，不过重点还是看那份卷⼦，绝⼤部分考原题，还有⼀定⼀定要重视最后⼀次实验，当年最后⼀道题就是考最后⼀次实验，还有复习的时候也把每次的实验看⼀下）第⼀章：绪论⼀、遥感的基本概念即遥远的感知。
利⽤探测仪器，在不直接接触的情况下，收集⽬标或⾃然现象的电磁波信息，对电磁波信息进⾏处理和分析，从⽽获取事物特性的综合性探测技术。
⼆、遥感系统包括被测⽬标的信息特征、信息的获取（遥感平台、遥感器）、信息的传输与记录（信息传输和接收设备）、信息的处理（图像处理设备）和信息的应⽤⼯作原理：⽬标地物通过发射、反射（太阳辐射）和回射（雷达）作⽤发出电磁波信号，装载在遥感平台上的遥感器接受和获取信息源的电磁波信号，记录在数字磁介质或胶⽚上，送⾄地⾯回收或传输给地⾯的卫星接收站，进⾏⼀系列的信息处理（如光学处理、计算机处理、解译），转换成可供⽤户使⽤的数据格式。
三、遥感的分类☆按遥感平台分类：近地⾯遥感、航空遥感、航天遥感。
☆按传感器的探测波段分类：紫外、可见光、红外、微波。
☆按⼯作⽅式分类：主动遥感：由探测器主动发射⼀定电磁波能量并接收⽬标的反向散射信号。
被动遥感：传感器不向⽬标发射电磁波，仅被动接收⽬标物的⾃⾝发射和对⾃然辐射源的反射能量。
☆按资料记录形式分类：成像⽅式、⾮成像⽅式。
☆按应⽤领域分类：陆地遥感、海洋遥感、农业遥感、城市遥感……四、遥感的特点☆感测范围⼤，具有综合、宏观的特点。
☆信息量⼤，具有⼿段多，技术先进的特点。
☆获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点。
☆遥感还具有⽤途⼴，效益⾼的特点。
五、遥感技术发展简况遥感技术发展趋势：3 全（全天候、全天时、全球）3 ⾼（⾼空间、⾼光谱、⾼时间分辨率）3个结合（⼤-⼩卫星，航空-航天，技术-应⽤）六、遥感技术应⽤领域：林业、农业、⽔⽂与海洋产业、国⼟资源、⽓象、环境监测、测绘、城市、考古、军事、突发事件等。
遥感物理基础电磁波与电磁波谱
第二章遥感物理基础遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。
由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特性，才可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。
理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。
本章重点是掌握可见光近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱特征。
图2-1第一节电磁波与电磁波谱2.1.1 电磁波与电磁波谱1. 电磁波一个简单的偶极振子的电路，电流在导线中往复震荡，两端出现正负交替的等量异种电荷，类似电视台的天线，不断向外辐射能量，同时在电路中不断的补充能量，以维持偶极振子的稳定振荡。
当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波。
2. 电磁辐射电磁场在空间的直接传播称为电磁辐射。
1887 年德国物理学家赫兹由两个带电小球的火花放电实验，证实了电磁场在空间的直接传播，验证了电磁辐射的存在。
装载在遥感平台上的遥感器系统，接收来自地表、地球大气物质的电磁辐射，经过成像仪器，形成遥感影像。
3. 电磁波谱γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波（微波、短波、中波、长波和超长波等）在真空中按照波长或频率递增或递减顺序排列，构成了电磁波谱。
目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。
可见光区间辐射源于原子、分子中的外层电子跃迁。
红外辐射则产生于分子的振动和转动能级跃迁。
无线电波是由电容、电感组成的振荡回路产生电磁辐射，通过偶极子天线向空间发射。
微波由于振荡频率较高，用谐振腔及波导管激励与传输，通过微波天线向空间发射。
由于它们的波长或频率不同，不同电磁波又表现出各自的特性和特点。
可见光、红外和微波遥感，就是利用不同电磁波的特性。
电磁波与地物相互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的主要内容。
图2-2电磁辐射的性质4. 电磁辐射的性质电磁辐射在传播过程中具有波动性和量子性两重特性。
遥感原理与应用重点
第一章遥感物理基础1 遥感：使用某种传感器，不直接接触被研究的目标，感测目标的特征信息（一般是电磁波的反射或者发射辐射），经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的信息的过程。
2电磁波谱：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列，就形成了电磁波谱。
3绝对黑体：指能够全部吸收而没有反射电磁波的理想物体。
4灰体：在各种波长处的发射率相等的实际物体。
5色温：在实际测定物体的光谱辐射通量密度曲线时，常常用一个最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照这时的黑体辐射温度就叫色温。
6大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高、对遥感有利的波段。
7发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。
8光谱反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
9波粒二象性：电磁波具有波动性和粒子性。
10光谱反射特性曲线：反射波谱曲线是物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。
11 方向反射：实际地物表面由于地形起伏，在某个方向上反射最强烈的现象。
12 漫反射：如果入射电磁波波长λ不变，表面粗糙度h逐渐增加，知道h和λ同数量级，这时整个表面均匀反射入射光电磁波，入射到此表面的电磁辐射按照朗伯余弦定律反射。
13 波谱特性：是指各种地物各自具有的电磁波特性（发射辐射或反射辐射）。
二、问答题1黑体辐射遵循哪些规律？(1由普朗克定理知与黑体辐射曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W随温度T的增加而迅速增加。
(2 绝对黑体表面上，单位面积发射的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。
（玻尔兹曼公式）(3 黑体的绝对温度升高时，它的辐射峰值向短波方向移动。
（维恩位移定律）(4 好的辐射体一定是好的吸收体。
（基尔霍夫）(5 在微波段黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。
（瑞利金斯公式）2电磁波谱由哪些不同特性的电磁波段组成？遥感中所用的电磁波段主要有哪些？a. 包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等b. 微波、红外波、可见光3 物体的辐射通量密度与哪些因素有关？常温下黑体的辐射峰值波长是多少？（1 与光谱反射率，太阳入射在地面上的光谱照度，大气光谱透射率，光度计视场角，光度计有效接受面积。
遥感的物理基础
反射现象：电磁波在传播过程中，通过两种介 质的交界面时会出现反射现象，反射现象出要 出现在云顶（云造成噪声）。
遥感基础与应用
大气窗口
不同波段的电磁波受到大气的衰减作用轻重不 同。
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。
遥感传感器选择的探测波段应包含在大气窗口 之内。
(2) 地物的发射光谱特性
同一地物，其表面粗糙或颜色较深的，发射率 往往较高，反之，发射率则较小。
比热大，热惯量大，以及具有保温作用的地物， 一般发射率大，反之发射率就小。
例如水体，在白天水面光滑明亮，表面反射强 而温度较低，发射率亦较低；而夜间，水的比 热大，热惯量也高，故而发射率较高。
遥感基础与应用
结果输出（图、表）
接收 预处理
用户处 理应用
遥感基础与应用
太阳辐射曲线
太阳辐射的能量主要集中 在可见光，其中0.38 ～ 0.76 µ m的可见光能量占太阳辐射 总能量的46%，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
土壤含水量增加，土壤的反射率就会下降，在 水的各个吸收带（1.4um、1.9um、2.7um处附近 区间），反射率的下降尤为明显。
遥感基础与应用
三种不同类型土壤在干燥环境下的光谱曲线
水的吸收带（1.4um、1.9um、2.7um） 干燥土壤的波谱特征主要 与土壤物质组成（成土矿 物和土壤有机质）有关。 土壤含水量增加，土壤的 反射率就会下降，
遥感基础与应用
不同地物的反射波谱特征
遥感基础与应用
遥感习题
第一章电磁波及遥感物理基础名词解释：1、遥感2、遥感技术3、电磁波4、电磁波谱5、大气窗口6、光谱反射率7、光谱反射特性曲线问答题：1、叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。
2、地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？3、何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围。
第二章遥感平台及运行特点名词解释：1、遥感平台2、遥感传感器3、卫星轨道参数4、升交点赤经5、轨道倾角5、近地点角距6、卫星姿态角7、重复周期8、近圆形轨道9、与太阳同步轨道10、近极地轨道11、小卫星问答题：2、以Landsat-1为例，说明遥感卫星轨道的四大特点及其在遥感中的作用。
3、叙述地心直角坐标系与地心大地直角坐标系的差别和联系。
4、获得传感器姿态的方法有哪些？简述其原理。
5、简述遥感平台的发展趋势。
6、LANDSAT系列卫星、SPOT系列卫星、RADARSAT系列卫星传感器各有何特点？第三章遥感传感器及其成像原理名词解释：1、遥感传感器2、红外扫描仪3、多光谱扫描仪4、推扫式成像仪5、成像光谱仪6、MSS7、TM8、HRV9、SAR 10、INSAR 11、CCD 12、真实孔径侧视雷达13、合成孔径侧视雷达14、全景畸变15、动态全景畸变16、静态全景畸变17、距离分辨率18、方位分辨率19、雷达盲区20、粗加工产品21、精加工产品22、多中心投影填空题：1、目前遥感中使用的传感器大体上可分为等几种。
2、遥感传感器大体上包括几部份。
3、MSS成像板上有个探测单元;TM有个探测单元。
4、LANDSAT系列卫星具有全色波段的是,其空间分辨率为。
5、利用合成孔径技术能堤高侧视雷达的分辨率。
6、扫描仪产生的全景畸变，使影像分辨率发生变化，x方向以变化，y 方向以变化。
7、实现扫描线衔接应满足。
选择题：(单项或多项选择)1、全景畸变引起的影像比例尺变化在X方向①与COSθ成正比②在X方向与COSθ成反比③在X方向与COS²θ成正比④在X方向与COS²θ成反比。
电磁波及遥感物理基础
射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。
电磁波的特性
1) 电磁波是横波
2) 在真空中以光速传播
3) 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。
光的波动性充分表现在光的干涉、衍射、 偏振等现象中；而光在光电效应、黑体 辐射中则显示出粒子性。
• 在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓， 在此波段的黑白正片上，水体的色调很黑，与周 围的植被和土壤有明显反差，很容易识别和判读。
• 在水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变 化，含泥沙时，由于泥沙的散射，可见光波段发 射率会增加，峰值出现在黄红区。
不同浊度下水体的波谱特性曲线
• 水中含有叶绿素时，近红外波段明显抬升，这些 都是影像分析的重要依据。
植物
• 由于植物均进行光合作用，所以各类绿色植物具有很相似 的反射波谱特征：在可见光波段0.55um(绿光)附近有个波 峰，两侧0.45um(蓝光)和0.67um(红)则有两个吸收带。在 近红外波段0.8-10.um间有一个反射的陡坡，至1.1um附近 有一个峰值，形成植被的独有特征。在近红外波段1.32.5um受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率 大大下降，特别是以1.45、1.95、2.7um为中心是水的吸收 带，形成低谷。
度、速度、测量地形等。
自然辐射源（被动式遥感的辐射源）
➢ 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；
常用5900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，即0.3-2.5um。 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3 μm的波长主要是太
遥感原理及应用总结
绪论第一章遥感物理基础Chapter 1 Physical basis of remote sensing电磁波：在真空或物质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。
（在真空或介质中传播的交变电磁场）电磁波是通过电场和磁场之间相互联系和转化传播的，是物质运动能量的一种特殊传递形式。
原子光谱、分子光谱和晶体光谱波粒二象性：1 波动性：表现出干涉、衍射、偏振等现象。
一般成像只记录了电磁波的振幅，只有全息成像时才同时记录振幅和相位，在遥感成像时，只有雷达成像是如此。
干涉的影响：利—利用能量增大的趋势使图像清晰，方向性强；弊—造成同一物质所表现的性质不同SAR成像时，斑点的产生就是由于电磁波的干涉引起的。
衍射的影响：(1)使电磁辐射通量的数量、质量和方向都发生变化，结果测量不准确，对目标物的解译也带来困难。
(2)缩小阴影区域。
(3)影响遥感仪器的分辨能力。
光的偏振现象说明光波是横波，在微波技术中称为“极化”。
多普勒效应：电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播介质的移动，而使观察者接受到的频率发生变化的现象。
2 粒子性的基本特点是能量分布的量子化光电效应应用：扫描成像、电视摄像等，把光像变成电子像，把对人眼无作用的电磁辐射变成人们可以看见的影像。
3、波粒二象性的关系电磁波的波动性与粒子性是对立统一的，E（能量）、P（动量）是粒子的属性，υ（频率），λ（波长）是波动的属性，二者通过h联系起来。
光的波动性和粒子性是光在不同条件下的不同表现：从数量上看：少量光子的运动表现出粒子性；大量光子的运动表现出波动性。
从频率上看：频率高的光子粒子性强，频率低的光子波动性强。
当光和其它物质发生相互作用时表现为粒子性，当在传播时表现为波动性。
为什么说遥感的物理基础是电磁波理论？➢不同地物电磁波特性不同（表现为不同颜色，不同温度）➢传感器接收的是电磁波➢数据传输是电磁波➢数据处理的是地物电磁波信息➢应用的是地物电磁波特性电磁波谱：将电磁波在真空中按照波长或频率的依大小顺序划分成波段，排列成谱。
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• 超远红外：15.0～1 000 µm，多被大气吸收，
遥感探测器一般无法探测。
（2）电磁波特性的遥感应用--衍射
衍射---光通过有限大小的障碍物时偏离直线 路径的现象。
（2）电磁波特性的遥感应用--衍射
（2）电磁波特性的遥感应用--衍射
（2）电磁波特性的遥感应用--衍射
1.电磁波谱与电磁辐射
1、电磁波谱与电磁辐射
（1）电磁波与电磁波谱 （2）电磁波的特性以及在遥感中的作用 （3）物体的发射辐射
（1）电磁波与电磁波谱
电磁波
交互变化的电磁场在 空间的传播。
描述电磁波特性的指 标
波长、频率、振幅、 位相等。
电磁波
（1）电磁波与电磁波谱
电磁波谱
（1）电磁波与电磁波谱 遥感应用谱段波
第二章 电磁波及遥感物理基础
遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础 上的。由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐 射特性，才可能应用遥感技术探测和研究远距离 的物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、 散射特性，电磁波的传输特性，大气层对电磁波 传播的影响是正确解释遥感数据的基础。
第二章 电磁波及遥感物理基础
❖ 紫外线：波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱
中，只有0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油 污染敏感，但探测高度在2000 m以下。
❖ 可见光：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。
❖ 红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质
（2）电磁波特性的遥感应用--衍射
研究电磁波的衍射现象对设计遥感仪器和提 高遥感图像几何分辨率具有重要意义。
另外在数字影像的处理中也要考虑光的衍射 现象。
分为近红外、中红外、远红外和超远红外。
❖ 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性好，不受
云雾的影响。
（1）电磁波与电磁波谱
红外划分
• 近红外：0.76～3.0 µm，与可见光相似。
• 中红外：3.0～6.0 µm，地面常温下的辐射波长，
有热感，又叫热红外。
• 远红外：6.0～15.0