第2章遥感的物理基础_图文
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遥感的物理基础 (2)
遥感原理
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12
烟台师范学院地理与资源管理学院
Solar Spectrum = Shortwave spectrum =visible spectrum:
Sun at 6000K; peak emission at 0.5 mm
遥感原理
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13
烟台师范学院地理与资源管理学院
Terrestrial Spectrum = Longwave Spectrum = Infrared Spectrum =
❖ 波粒二象性的程度与电磁波的波长有关： 波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈 长，辐射的波动特性愈明显。
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6
遥感原理
二、电磁波谱
1. 电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长
短，依次排列制成的图表。
在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波 长可分为长波、中波、短波和微波。波长最短的是γ
射线
电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。
2、遥感常用的电磁波波段的特性
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Th遥感e原理Electromagnetic Spectrum
More than meets the eye!
遥感原理
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烟台师范学院地理与资源管理学院
遥感原理
遥感原理
Examples from Space
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烟台师范学院地理与资源管理学院
遥感原理
Wavelength Units
• Meters (like on last slide and in book, p. 613)
• More commonly in nanometers (1 nm = 10-9 meters)
第二章 遥感的物理基础2[可修改版ppt]
![第二章 遥感的物理基础2[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/b850698177232f60dccca10f.png)
三种不同类型土壤在干燥环境下的光谱曲线
（5）影响地物波谱特征因素
由于地物处于不同的时间、空间和环境，相同的 物体往往表现出不同的光谱特性。 时间效应：地物的光谱特性一般随时间季节变化， 这称为时间效应。 空间效应：处在不同地理区域的同种地物具有不同 的光谱响应，这称之为空间效应。
对于地形起伏和地面结构复杂的地区， 为可以看成方向反射。
❖地物反射波谱：是研 究可见光至近红外波 段上地物反射率随波 长的变化规律。 ❖表示方法：一般采用 二维几何空间内的曲 线表示，横坐标表示 波长，纵坐标表示反 射率。
反射波谱曲线
（4）常见的几种地物类型波谱特征
❖植被 ❖土壤 ❖水体 ❖岩石
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。
镜面反射
漫反射
2）漫反射：发生在非常粗糙的表面上的一种反射现象。 不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是 一致的。 即当入射辐照度I一定时，从任何角度观察反射面，其 反射辐照亮度是一个常数，这种反射面又叫朗伯面。
不同植被类型的光谱曲线比较
不同湿度下的植被的波谱特性曲线
水体的波谱特征
水体的反射主要在蓝绿光波段，其它波段吸收率很强， 特别在近红外、中红外波段有很强的吸收带，反射率几乎 为零。
水中其它物质对波谱特征的影响
❖水中含有泥沙，在可见光波段的反射率会增加， 峰值出现在黄红区。 ❖水中含有水生植物叶绿素时，近红外波段反射 率明显抬高。
❖ 在2.5～6.0um波段（主要在中红外波段），地表反 射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的辐 射源。
❖ 在6.0um以上的热红外波段，以地球自身的热辐射为 主，地表反射太阳辐射可以忽略。（热红外成像）
定量遥感-第二章遥感物理基础
I
L
(2) Φ / Ω ( λ)
2(3) Φ / A Ω ( λ)
瓦/球面度(W/Sr)
瓦/米²•球面度 (W/m² • Sr)
24
• 太阳辐射
基本物理量
太阳发射的电磁辐射（辐照度）在地球 大气顶层随波长的分布称为太阳光谱。
大气顶层 和地表的 差异
夫琅和费 (Fraunhofer) 吸收线
第二章
遥感物理基础
武汉大学遥感信息工程学院 龚 龑
第二章 遥感物理基础
√§2.1 表征电磁辐射的物理量 §2.2 电磁波与介质的相互作用 §2.3 物体表面的反射特性 §2.4 遥感数据定标
3
一、预备知识
•定量遥感定量分析要素
•辐射定量化
•方向定量化
a.立体角
b.冲击函数
•光谱定量化
c.波段响应函数
30
• 电磁波的散射和吸收 当电磁波在介质中传播时，会发生散射 (scattering)和吸收(absorption)，其中散射又 分为反射(reflection)和透射(transmission)。
入射
反射 反射与透射区别在于电磁 波出射的方向：2π？
•吸收使电磁波强度减弱
透射
•在热红外和微波区域，还存在介 质自身发射的电磁波，增强电磁 波强度。
极大值位于0.47μm，维恩位移定律λmaxT=2.897810-3mK，色温Tsun?
Wien’s displacement law
25
• 太阳常数
基本物理量
在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的 单位面积上的太阳辐射通量称为太阳常数。 F0 = 1353(±21) W/m2 (1976, NASA)
2遥感的物理基础PPT优秀课件
三、物体的反射辐射
2.光谱反射率及地物反射光谱特性 （1）光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐
射通量之比 。
2021/6/3
22
（1）光谱反射率
物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红 外，尤其是后两个波段。
一个物体的反射波谱的特征主要取决于该 物体与入射辐射相互作用的波长选择。
2021/6/3
23
2021/6/3
31
第二章 电磁波及遥感物理基础
三、物体的反射辐射
3.影响地物光谱反射率变化的因素
太阳位置、传感器位置、地理位置、地 形、季节、气候变化、地面湿度变化、地物 本身的变异、大气状况等
2021/6/3
32
第二章 电磁波及遥感物理基础
四、地物波谱特性的测定
1. 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）。
2021/6/3
25
春小麦在不同生长期的反射波谱特性曲线
2021/6/3
26
不同地物
各种建筑物屋顶的波谱特性
2021/6/3
27
各种道路的波谱特性
2021/6/3
28
几种岩石的反射波谱曲线
2021/6/3
29
不同含水量的玉米叶子反射特性曲线
2021/6/3
30
三种低含水量土壤的反射特性曲线
第二章 电磁波及遥感物理基础
一、电磁波 二、物体的发射辐射 三、物体的反射辐射 四、地物波谱特性的测定 五、大气对辐射的影响
2021/6/3
1
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。本章主要学习电磁波的 发射和反射特性、地物波谱特性曲线及 应用。
2.光谱反射率及地物反射光谱特性 （1）光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐
射通量之比 。
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（1）光谱反射率
物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红 外，尤其是后两个波段。
一个物体的反射波谱的特征主要取决于该 物体与入射辐射相互作用的波长选择。
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第二章 电磁波及遥感物理基础
三、物体的反射辐射
3.影响地物光谱反射率变化的因素
太阳位置、传感器位置、地理位置、地 形、季节、气候变化、地面湿度变化、地物 本身的变异、大气状况等
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第二章 电磁波及遥感物理基础
四、地物波谱特性的测定
1. 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）。
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春小麦在不同生长期的反射波谱特性曲线
2021/6/3
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不同地物
各种建筑物屋顶的波谱特性
2021/6/3
27
各种道路的波谱特性
2021/6/3
28
几种岩石的反射波谱曲线
2021/6/3
29
不同含水量的玉米叶子反射特性曲线
2021/6/3
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三种低含水量土壤的反射特性曲线
第二章 电磁波及遥感物理基础
一、电磁波 二、物体的发射辐射 三、物体的反射辐射 四、地物波谱特性的测定 五、大气对辐射的影响
2021/6/3
1
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。本章主要学习电磁波的 发射和反射特性、地物波谱特性曲线及 应用。
遥感物理基础
X
10-6m 1nm 0.38m 0.76m 3m 6m 15m 1mm 1m
紫可近中远超微无
射射 外 见 红 红 红 远 波线
线线 线 光 外 外 外 红
电
外
波
1mm=1000 m；1m=1000nm
电磁波谱的划分
紫外波段 可见光波段
紫色光 蓝色光 青色光 绿色光 黄色光 橙 色光 红色光 近红外（摄影红外）波段 近红外（反射红外）波段 中红外波段（热红外）
❖ 灰体：0< α <1，α不随波长而变 化。
❖ 选择性辐射体： 0< α <1，α随 波长而变化。
概念——辐射度量
❖ 辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位J。 ❖ 辐射通量（Φ）：单位时间内通过某一面积的
辐射能量,Φ=dW/dt，单位W。辐射通量是波长 的函数，总辐射通量是各谱段辐射通量之和或 辐射通量的积分值。 ❖ 辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面 积的辐射能量，E=dΦ/dS，单位W/M2，S为面 积。
普朗克公式表示出了黑体辐射通量密度与温 度的关系及按波长分布的情况。反映黑体 辐射的三个特性：
E0
6000K 3000K
❖ 辐射通量密度随波长连续变化，温度一定 时，辐射通量密度随波长变化的曲线只有 一个最大值
1000K 200K
❖ 温度越高，辐射通量密度也越大，不同温
度下的曲线不相交。
❖ 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。
由上式可见（在遥感技术上的意义）： ❖ 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，对于一般物体, 可用上式概略推算出总辐射能与绝对温度的 关系。 ❖ 黑体总辐射通量密度与温度的四次方成正比， 因而随温度的增加迅速增大——红外测温的 理论依据。
第二章遥感的物理基础
☆ 辐射亮度（L）：面辐射源在单位时间内通过垂直面元法线方向上单位面、 单位立体角的辐射能。
四、黑体辐射
绝对黑体(简称黑体）：对于任何波长
的电磁辐射都全部吸收的物体。
绝对黑体的特性：
α（λ，T）≡1 ; ρ（λ，T）≡ 0
任何物体： α（λ，T）+ ρ（λ，T） ≡ 1 绝对白体： α（λ，T）≡0 ρ（λ，T）≡ 1
得到：
= 1- ρ
根据能量守恒定律，入射到地表的辐射功率E等于 吸收功率E吸、透射功率E透、反射功率E反三个分量 之和。即：
E=E吸+ E透+ E反 由上式得到：
1=α+τ+ρ
式中α—吸收率，τ—透射率，ρ—反射率 对于不透射电磁波的物体：
1=α+ρ
即有：α= 1- ρ
由第一节的基尔霍夫定律推导得到：
由于有：1=α+ρ
尘埃
吸收量很小
Absorption of EM energy by the atmosphere
大气的散射作用
散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播 方向改变，并向各个方向散开的物理现象，称 为散射。 散射作用：大气中的粒子与细小微粒如烟、尘 埃、雾霭、小水滴及气溶胶等对大气具有散射 作用。散射的作用使在原传播方向上的辐射强 度减弱，增加了向其他各个方向的辐射。 散射作用的结果是降低了遥感数据的质量、使 影像模糊，从而影响判读。
电磁波是横波 在真空中以光速传播 满足方程：f λ=c , E=h f 电磁波具有波粒二象性 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。电磁波的 粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性。
第二章.遥感物理基础
第二章 遥感物理基础
地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反
射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的 形式——电磁波。不同的物体具有不同的物质 组成和结构；由此导致其电磁波谱特征（特征 光谱）不同。 遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁 波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物 体的信息，完成远距离识别物体。
2 非选择性散射
质点直径和电磁波波长差不多时（d ≈ λ ）
( )
1
2
主要是大其中的气溶胶引起的散射。 云、雾等的悬 浮粒子的直径和0.76－15 um之间的红外线波长差不多， 需要注意。
（二）大气吸收
大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。
1）水：分为气态水和液态水
水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外直至微波， 都有水汽的吸收带。
∴ ρ＝ 1 － ε
则 ε＝1－ρ 即各种地物发射电磁波的特性可以通过间接地测试各种地物反射电 磁波的特性得到。
正因为各种地物反射、发射电磁波能力各不相同，才构 成遥感据以探测和识别各种目标物的依据。
二、地物反射波谱特征
（一）地物反射波谱特性
对于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即为弱辐射体；反之，吸 收率高的地物，其反射率就低。 当电磁波从较稀疏的空气介质入射到较密介质时，将产生反射。依 照界面的平滑程度不同，有镜面反射、漫反射和混合反射三种情况。 一般用反射率来表示地物反射能力。 通常反射率定义为物体的反射能量与入射能量之比。 即：ρ＝Eρ／E 显然，反射率高，在遥感图像上就越亮，反之则越暗。 因为波长不同，同一地物其反射率也不同。 反射率。 遥感中更常用的是光谱
光谱反射率：地物在某波段的反射能量与该波段的入射能量之比 即 ρλ＝Eρλ／Eλ
地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反
射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的 形式——电磁波。不同的物体具有不同的物质 组成和结构；由此导致其电磁波谱特征（特征 光谱）不同。 遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁 波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物 体的信息，完成远距离识别物体。
2 非选择性散射
质点直径和电磁波波长差不多时（d ≈ λ ）
( )
1
2
主要是大其中的气溶胶引起的散射。 云、雾等的悬 浮粒子的直径和0.76－15 um之间的红外线波长差不多， 需要注意。
（二）大气吸收
大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。
1）水：分为气态水和液态水
水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外直至微波， 都有水汽的吸收带。
∴ ρ＝ 1 － ε
则 ε＝1－ρ 即各种地物发射电磁波的特性可以通过间接地测试各种地物反射电 磁波的特性得到。
正因为各种地物反射、发射电磁波能力各不相同，才构 成遥感据以探测和识别各种目标物的依据。
二、地物反射波谱特征
（一）地物反射波谱特性
对于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即为弱辐射体；反之，吸 收率高的地物，其反射率就低。 当电磁波从较稀疏的空气介质入射到较密介质时，将产生反射。依 照界面的平滑程度不同，有镜面反射、漫反射和混合反射三种情况。 一般用反射率来表示地物反射能力。 通常反射率定义为物体的反射能量与入射能量之比。 即：ρ＝Eρ／E 显然，反射率高，在遥感图像上就越亮，反之则越暗。 因为波长不同，同一地物其反射率也不同。 反射率。 遥感中更常用的是光谱
光谱反射率：地物在某波段的反射能量与该波段的入射能量之比 即 ρλ＝Eρλ／Eλ
遥感第2章-遥感物理基础
02
(设计遥感器空间分辨率具有重要意义。)
电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝地振动分量，称为电磁破的偏振。 偏振光，非偏振光，部分偏振
最小分辨角:
物镜的有效孔径
电磁波的衍电磁波谱与电磁辐射
电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长（或频率）按其长短，依次排列制成的图表称为电磁波谱。（P17，F2.3）依次为： γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。 电磁波谱示图
§2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
大气对太阳辐射的衰减 2、大气的散射作用 大气对太阳辐射吸收的明显特点是吸收带主要位于太阳辐射的紫外和红外区，而对可见光区基本上是透明的。但当大气中含有大量云、雾、小水滴时，由于大气散射使得可见光区也变成不透明了（P25 T2.11中两条连续曲线的差值，表示大气对太阳辐射散射时所造成的损失）。散射使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其它各方向的辐射。 （1）大气散射改变了部分辐射方向，干扰了传感器的接收，降低了遥感数据的质量，造成影像的模糊，影响遥感资料的判读。 （2）大气散射集中于太阳辐射能量较强的可见光区。 （3）大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。
光谱辐射通量
以上各辐射量都是波长的函数。 右图表示单位波长间隔内的辐射通量，称为光谱辐射通量。 Φ(λ)=dΦ/dλ 单位： 瓦/微米（W• μm-1）
2.1 电磁波谱与电磁辐射
2.1.3 黑体辐射 绝对黑体（简称黑体）：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。 光谱吸收系数（吸收率）： α（λ，T） 光谱反射系数（反射率）： ρ（λ，T） 绝对黑体特性： α（λ，T）= 1 ， ρ（λ，T）= 0， 与温度和波长无关
2.1 电磁波谱与电磁辐射
第2章-遥感的物理基础
黑体的热辐射称为黑体辐射。
黑体模型
14
2024年7月18日
二、普朗克(Planck)辐射定律
普朗克定义了一个常数(h)，给出了黑体辐射的能量 （Q）与频率（υ）之间的关系：
Q=h·υ＝ h·c/λ
c=υ·λ=频率×波长
h ——普朗克常数，6.626×10-34 焦·秒（J·S） c ——电磁波速率，3×108 m/s
17
2024年7月18日
五、维恩(Wien)位移定律
黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与绝对温度T的 乘积是常量：
max T b
分 0.8 光 谱 0.6 辐 射 0.4 通 量 0.2 密 度
02
2024年7月18日
b : 常数，2.8978×10-3 m·K
900k
随着温度的升高，辐射
红外线的划分：
近红外：0.76～3.0µm，与可见光相似。 中红外：3.0～6.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 远红外：6.0～15.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 超远红外：15.0～1000µm，多被大气吸收，遥感探测器一
般无法探测。
11
2024年7月18日
散射降低了传感器接收遥感数据的质量，造成遥感图 像模糊不清，影响遥感判读。
散射主要发生在可见光区,是太阳辐射衰减主要原因。
大气散射的主要形式(三种)：
1、选择性散射——散射强度与波长有关
（1）瑞利散射：d <<λ(d 是粒子直径,λ是被散射光波长)
•瑞利散射是造成遥感图像辐射畸变、图像模糊的主要原因。它降低了图 像的“清晰度/对比度”，使彩色图像带有蓝灰色。 •高空摄影机多采用滤光片阻止蓝紫光透过，来提高影像的清晰度。
黑体模型
14
2024年7月18日
二、普朗克(Planck)辐射定律
普朗克定义了一个常数(h)，给出了黑体辐射的能量 （Q）与频率（υ）之间的关系：
Q=h·υ＝ h·c/λ
c=υ·λ=频率×波长
h ——普朗克常数，6.626×10-34 焦·秒（J·S） c ——电磁波速率，3×108 m/s
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2024年7月18日
五、维恩(Wien)位移定律
黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与绝对温度T的 乘积是常量：
max T b
分 0.8 光 谱 0.6 辐 射 0.4 通 量 0.2 密 度
02
2024年7月18日
b : 常数，2.8978×10-3 m·K
900k
随着温度的升高，辐射
红外线的划分：
近红外：0.76～3.0µm，与可见光相似。 中红外：3.0～6.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 远红外：6.0～15.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 超远红外：15.0～1000µm，多被大气吸收，遥感探测器一
般无法探测。
11
2024年7月18日
散射降低了传感器接收遥感数据的质量，造成遥感图 像模糊不清，影响遥感判读。
散射主要发生在可见光区,是太阳辐射衰减主要原因。
大气散射的主要形式(三种)：
1、选择性散射——散射强度与波长有关
（1）瑞利散射：d <<λ(d 是粒子直径,λ是被散射光波长)
•瑞利散射是造成遥感图像辐射畸变、图像模糊的主要原因。它降低了图 像的“清晰度/对比度”，使彩色图像带有蓝灰色。 •高空摄影机多采用滤光片阻止蓝紫光透过，来提高影像的清晰度。
遥感技术基础遥感物理基础ppt课件
◇地物的反射类别 方向反射 (directional reflection)
• 由于地形起伏和地面结构的复杂性，往往在某
些方向上反射最强烈，这种现象称为方向反射。
对于地形起伏和地面 结构复杂地区，为方向反 射。
.
29
遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
§ 2-3 物体的反射辐射
◇地物的光谱反射特性
反射率（reflectivity）ρ：
• 物体反射的辐射能量Pρ占总射能量P0的百
分比，称为反射率ρ ：
P 100%
P0
• 不同物体的反射率不同，这主要取决于物体本
身的性质（表面状况），以及入射电磁波的波 长和入射角。利用反射率可以判断物体的性质。
.
30
遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
.
20
遥感物理基础>物体的发射辐射（ Emission ）
§ 2-2 物体的发射辐射
◇一般物体的发射辐射
发射率（emissivity）ε： – 物体的光谱发射能量与同一条件下黑体发射能
量之比，称为发射率ε。 – 发射率随物质的介电常数、表面的粗糙度、温
度、波长、观测方向等条件变化，取0到1之 间的值。
§ 2-3 物体的反射辐射
◇地物的光谱反射特性
• 不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙
漠、湿地、小麦的光谱曲线
• 任何同类地物的反射光谱具有相似性，但也有
差异性。并且地物的光谱特性具有时间特性和 空间特性。。
.
32
遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
§ 2-3 物体的反射辐射
◇遥感应用的电磁波波谱段
• 由于地形起伏和地面结构的复杂性，往往在某
些方向上反射最强烈，这种现象称为方向反射。
对于地形起伏和地面 结构复杂地区，为方向反 射。
.
29
遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
§ 2-3 物体的反射辐射
◇地物的光谱反射特性
反射率（reflectivity）ρ：
• 物体反射的辐射能量Pρ占总射能量P0的百
分比，称为反射率ρ ：
P 100%
P0
• 不同物体的反射率不同，这主要取决于物体本
身的性质（表面状况），以及入射电磁波的波 长和入射角。利用反射率可以判断物体的性质。
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遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
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遥感物理基础>物体的发射辐射（ Emission ）
§ 2-2 物体的发射辐射
◇一般物体的发射辐射
发射率（emissivity）ε： – 物体的光谱发射能量与同一条件下黑体发射能
量之比，称为发射率ε。 – 发射率随物质的介电常数、表面的粗糙度、温
度、波长、观测方向等条件变化，取0到1之 间的值。
§ 2-3 物体的反射辐射
◇地物的光谱反射特性
• 不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙
漠、湿地、小麦的光谱曲线
• 任何同类地物的反射光谱具有相似性，但也有
差异性。并且地物的光谱特性具有时间特性和 空间特性。。
.
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遥感物理基础>物体的反射辐射( Reflection )
§ 2-3 物体的反射辐射
◇遥感应用的电磁波波谱段
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黑体的热辐射称为黑体辐射。
黑体模型
14
2020年5月13日
二、普朗克(Planck)辐射定律
普朗克定义了一个常数(h)，给出了黑体辐射的能量 （Q）与频率（υ）之间的关系：
Q=h·υ＝ h·c/λ
c=υ·λ=频率×波长
h ——普朗克常数，6.626×10-34 焦·秒（J·S） c ——电磁波速率，3×108 m/s
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2020年5月13日
太阳辐射能量分布
波长/μm 小于10－3 10－3～0.2 0.20～0.31 0.31～0.38 0.38～0.76 0.76～3
3～6 6～1000 大于1000
波段名称 x、γ射线
远紫外 中紫外 近紫外 可见光 近红外 中红外 远红外
微波
能量比例/%
0.02
1.95 5.32 43.50 36.80 12.00
遥感理论基础是电磁辐射
被动遥感主要辐射源是太阳
温度高于绝对零度的物体都 能向外发射电磁辐射。
因此,电磁辐射是传感器与远 距离物体之间联系的环节。
第一节 电磁波谱
一、电磁波 二、电磁波谱 √
5
2020年5月13日
一、电磁波
•波——振动在空间的传播。 1、电磁波：在真空或物质中通过电磁场的振动而传输 电磁能量的波。 －－它不需要媒介，在真空中传播速度等于光速。
（AM）调频（FM）、电视和移动电 话的波段，遥感没有使用；
2、微波： 波长范围为1 mm～1 m ，包含被动微
波遥感、主动微波遥感和大量商业、 军用的通信和地面雷达业务；
电磁波谱使用分配情况：
3、红外线： 波长范围为0.76～1000 μm μm ，根据性质分为近红 外、中红外、远红外和超远红 外。
第二节 辐射的基本定律
一、黑体辐射 二、普朗克 (Planck)辐射定律 三、斯特潘-玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann) 定律 四、基尔霍夫(Kirchhoff)辐射定律 五、维恩(Wien)位移定律
一、黑体辐射
黑体是绝对黑体的简称，指在任何温度下，对 各种波长的电磁辐射的吸收系数恒等于1 （100%）的物体。
c=υ·λ=频率×波长
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2、描述电磁波特性的指标 波长、频率、振幅（电场振动强度）、位相等。
因早期光学实验者研究习惯不同，波在不同波段用不同的单 位描述。可见光和红外波段的波基本以波长来描述，微波波 段的波长以频率为单位描述。二战时因雷达研发的保密性， 微波频率常用字母来描述，如C频段（5GHz）和K频段 （13.6GHz）。
辐射量与其波长成反比，波长越长，辐射量越低。
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三、斯特藩-玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann) 定律
斯蒂藩－玻尔兹曼定律：辐射通量密度随温度增加 而迅速增加，与温度的4次方成正比。
M T 4
σ:斯蒂藩－玻尔兹曼常数，5.67×10-8 W/(m2 . K4) ——红外装置测试温度的理论根据
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五、维恩(Wien)位移定律
黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与绝对温度T的 乘积是常量：
max T b
b : 常数，2.8978×10-3 m·K
分 0.8 光 谱 0.6 辐 射 0.4 通 量 0.2 密 度
02
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900k
800k
700k 600k
0.41
x、γ射线、 远紫外及微波虽 少但变化大；
被动遥感主要 利用稳定的辐射， 使太阳活动对遥 感的影响降低到 最小。
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太阳光谱曲线
(P27,图2.5)
1、太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；
2、太阳辐射的能量主要集中在可见光, 最大辐射度位于波长
500k
4 6 8 10 12
波长（μm ）
随着温度的升高，辐射 最大值所对应的波长移向短 波方向。
若知物体温度可推算其 波长，常用此法确定遥感器 及热红外遥感的最佳波段。
18
第三节 太阳辐射
在大气上界测得的太阳辐射光谱曲线为平滑的连续的光谱 曲线，它近似于6000K的黑体辐射曲线。
பைடு நூலகம்
太阳辐射光谱及大气的作用
第二部分 遥感基本原理
第一章 遥感电磁辐射基础 第二章 传感器
第一章 遥感电磁辐射基础
第一节 电磁波谱 第二节 辐射基本定律 第三节 太阳辐射 第四节 太阳辐射与大气的相互作用 第五节 太阳辐射与地面的相互作用 第六节 三种遥感模式
2
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第一章 遥感电磁辐射基础
本章重点: 掌握电磁波谱，大气窗口，地物的反射光谱曲线。 理解： 1、地物反射对遥感数据的影响？ 2、大气窗口形成的原因及遥感数据进行校正的必要性。
注：常用的频率单位有千赫(KHz)、兆赫(MHz)、吉赫(GHz)等
二、电磁波谱：—重点√
按电磁波在真空中传播的波
长或频率，递增或递减排列，
就构成了电磁波谱。 依次为： γ射线—X射线—紫外线—可 见光—红外线—微波—无线 电波
遥感中这3种使用较多！
电磁波谱使用分配情况：
1、无线电波： 波长范围10-3 ～ 104 m之间，是调幅
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四、基尔霍夫(Kirchhoff)辐射定律
给定温度下，任何地物的辐射通量密 度M与吸收率α之比是常数，即等于 同温度下黑体的辐射通量密度。
M黑
M
M M黑＝TT44＝
α是吸收率 ε是发射率
• 发射率ε等于吸收率α。
• 好的吸收体也是好的发射体，如果不吸收某些波长的电磁 波，也不发射该波长的电磁波。
电磁波谱使用分配情况：
4、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。 5、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。 γ射线多被大气层阻挡，X射线主要用 于医学。
红外线的划分：
近红外：0.76～3.0µm，与可见光相似。 中红外：3.0～6.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 远红外：6.0～15.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 超远红外：15.0～1000µm，多被大气吸收，遥感探测器一
般无法探测。
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黑体模型
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二、普朗克(Planck)辐射定律
普朗克定义了一个常数(h)，给出了黑体辐射的能量 （Q）与频率（υ）之间的关系：
Q=h·υ＝ h·c/λ
c=υ·λ=频率×波长
h ——普朗克常数，6.626×10-34 焦·秒（J·S） c ——电磁波速率，3×108 m/s
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太阳辐射能量分布
波长/μm 小于10－3 10－3～0.2 0.20～0.31 0.31～0.38 0.38～0.76 0.76～3
3～6 6～1000 大于1000
波段名称 x、γ射线
远紫外 中紫外 近紫外 可见光 近红外 中红外 远红外
微波
能量比例/%
0.02
1.95 5.32 43.50 36.80 12.00
遥感理论基础是电磁辐射
被动遥感主要辐射源是太阳
温度高于绝对零度的物体都 能向外发射电磁辐射。
因此,电磁辐射是传感器与远 距离物体之间联系的环节。
第一节 电磁波谱
一、电磁波 二、电磁波谱 √
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一、电磁波
•波——振动在空间的传播。 1、电磁波：在真空或物质中通过电磁场的振动而传输 电磁能量的波。 －－它不需要媒介，在真空中传播速度等于光速。
（AM）调频（FM）、电视和移动电 话的波段，遥感没有使用；
2、微波： 波长范围为1 mm～1 m ，包含被动微
波遥感、主动微波遥感和大量商业、 军用的通信和地面雷达业务；
电磁波谱使用分配情况：
3、红外线： 波长范围为0.76～1000 μm μm ，根据性质分为近红 外、中红外、远红外和超远红 外。
第二节 辐射的基本定律
一、黑体辐射 二、普朗克 (Planck)辐射定律 三、斯特潘-玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann) 定律 四、基尔霍夫(Kirchhoff)辐射定律 五、维恩(Wien)位移定律
一、黑体辐射
黑体是绝对黑体的简称，指在任何温度下，对 各种波长的电磁辐射的吸收系数恒等于1 （100%）的物体。
c=υ·λ=频率×波长
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2、描述电磁波特性的指标 波长、频率、振幅（电场振动强度）、位相等。
因早期光学实验者研究习惯不同，波在不同波段用不同的单 位描述。可见光和红外波段的波基本以波长来描述，微波波 段的波长以频率为单位描述。二战时因雷达研发的保密性， 微波频率常用字母来描述，如C频段（5GHz）和K频段 （13.6GHz）。
辐射量与其波长成反比，波长越长，辐射量越低。
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三、斯特藩-玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann) 定律
斯蒂藩－玻尔兹曼定律：辐射通量密度随温度增加 而迅速增加，与温度的4次方成正比。
M T 4
σ:斯蒂藩－玻尔兹曼常数，5.67×10-8 W/(m2 . K4) ——红外装置测试温度的理论根据
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2020年5月13日
五、维恩(Wien)位移定律
黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与绝对温度T的 乘积是常量：
max T b
b : 常数，2.8978×10-3 m·K
分 0.8 光 谱 0.6 辐 射 0.4 通 量 0.2 密 度
02
2020年5月13日
900k
800k
700k 600k
0.41
x、γ射线、 远紫外及微波虽 少但变化大；
被动遥感主要 利用稳定的辐射， 使太阳活动对遥 感的影响降低到 最小。
20
2020年5月13日
太阳光谱曲线
(P27,图2.5)
1、太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；
2、太阳辐射的能量主要集中在可见光, 最大辐射度位于波长
500k
4 6 8 10 12
波长（μm ）
随着温度的升高，辐射 最大值所对应的波长移向短 波方向。
若知物体温度可推算其 波长，常用此法确定遥感器 及热红外遥感的最佳波段。
18
第三节 太阳辐射
在大气上界测得的太阳辐射光谱曲线为平滑的连续的光谱 曲线，它近似于6000K的黑体辐射曲线。
பைடு நூலகம்
太阳辐射光谱及大气的作用
第二部分 遥感基本原理
第一章 遥感电磁辐射基础 第二章 传感器
第一章 遥感电磁辐射基础
第一节 电磁波谱 第二节 辐射基本定律 第三节 太阳辐射 第四节 太阳辐射与大气的相互作用 第五节 太阳辐射与地面的相互作用 第六节 三种遥感模式
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第一章 遥感电磁辐射基础
本章重点: 掌握电磁波谱，大气窗口，地物的反射光谱曲线。 理解： 1、地物反射对遥感数据的影响？ 2、大气窗口形成的原因及遥感数据进行校正的必要性。
注：常用的频率单位有千赫(KHz)、兆赫(MHz)、吉赫(GHz)等
二、电磁波谱：—重点√
按电磁波在真空中传播的波
长或频率，递增或递减排列，
就构成了电磁波谱。 依次为： γ射线—X射线—紫外线—可 见光—红外线—微波—无线 电波
遥感中这3种使用较多！
电磁波谱使用分配情况：
1、无线电波： 波长范围10-3 ～ 104 m之间，是调幅
16
2020年5月13日
四、基尔霍夫(Kirchhoff)辐射定律
给定温度下，任何地物的辐射通量密 度M与吸收率α之比是常数，即等于 同温度下黑体的辐射通量密度。
M黑
M
M M黑＝TT44＝
α是吸收率 ε是发射率
• 发射率ε等于吸收率α。
• 好的吸收体也是好的发射体，如果不吸收某些波长的电磁 波，也不发射该波长的电磁波。
电磁波谱使用分配情况：
4、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。 5、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。 γ射线多被大气层阻挡，X射线主要用 于医学。
红外线的划分：
近红外：0.76～3.0µm，与可见光相似。 中红外：3.0～6.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 远红外：6.0～15.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，
又叫热红外。 超远红外：15.0～1000µm，多被大气吸收，遥感探测器一
般无法探测。
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