CH2电磁波与遥感物理基础PPT课件
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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。
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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 。
2021/6/3
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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
2021/6/3
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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）。
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
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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》PPT课件
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3、黑体辐射定律
(1)普朗克热辐射定律
表示出了黑体辐射出射度与温度的关系以
及按波长分布的规律。
M(、 T)2h5c2ech/1kT1
P19
辐射出射度：辐射源物体表面
在单位时间内，从单位面积上
辐射出的辐射能量
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17
黑体辐射的三个特性
A. 辐射出射度随波长连 续变化，每条曲线只 有一个最大值。
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21
按照发射率与波长的关系，把地物分为：
➢ 黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。 ➢ 灰体(grey body)：发射率小于1，常数 ➢ 选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。
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22
2) 基尔霍夫定律： 3) 在一定温度下，地物单位面积上的辐射
通量W和吸收率之比，对于任何物体都是 一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐 射通量W黑。
W 0 02h 5c2ech/1kT1dT4
辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能量
总辐射通量：各波段辐射通量之和或辐射通量的
积分值
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19
(3)维恩位移定律 随着温度的升高，辐射最大值对应
的峰值波长向短波方向移动。
max •T b
b=2897±0.4m ·k
温度 300 500 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 波长 9.66 5.80 2.90 1.45 0.97 0.72 0.58 0.48 0.41
➢ 微波：1mm-1m。全天时、全天候遥感；有主动与被
动之分；具有穿透能力；发展潜力大。
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8
三、电磁辐射源 1. 自然辐射源
遥感课件第一章电磁波及遥感物理基础
第一章电磁波及遥感物理基础主要介绍：1 电磁波和电磁波谱2 物体的发射辐射（电磁波辐射源——黑体、太阳、一般物体）3 物体的反射辐射4 大气对辐射的作用（辐射传输方程）5 地物波谱特征及测定一切物体因其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波反射与发射辐射特性，遥感即建立在物体反射与发射电磁波的原理之上1.1 电磁波和电磁波谱1.1.1 电磁波波：是振动在空间的传播。
如声波、水波、地震波等。
机械波：振动的是弹性媒质中质点的位移矢量。
电磁波：电场矢量和磁场矢量在空间的传播。
])sin[(ϕ+−ω=ψkx t A 波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波的振幅信息，丢失位相信息。
全息摄影中，同时记录了振幅信息和相位信息。
雷达遥感也要记录相位信息波函数：λ/hc hv E ==λ/h P =动量：P 能量：Eh : 普朗克常数，6.6260755×10－34J sc : 光速；v : 频率能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。
可见光，红外线；微波和无线电波；紫外线和X射线Y射线。
电磁波的粒子性电磁波的叠加原理当两列波在同一空间传播时，空间上各点的振动为各列波单独振动的合成。
任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电磁波；比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波。
（白光的色散和合成，计算机显示器的工作原理，混合像元的分解）d物镜的有效孔径也是进行一些遥感图像处理（如图像平滑等）的依据•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，部分偏振电磁波的多普勒效应电磁波因辐射源（或者观察者）相对于传播介质的运动，而使观察者接受到的频率发生变化，这种现象称为多普勒效应。
类似声波的多普勒效应。
（合成孔径雷达的工作原理）1.1.2电磁波谱按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列支撑的图表，成为电磁波谱。
（图1-3）1.1.2电磁波谱（续）传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同。
电磁波及遥感物理基础
电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐
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
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
电磁波与遥感物理基础(ppt)
➢ 地球的电磁辐射：小于3 μm的波长主要是太阳辐射 的能量；大于6 μm的波长 ，主要是地物本身的热辐射 ；3-6 μm之间，太阳和地
球的热辐射都要考虑。
1.电磁辐射的度量术语
（3）辐照度（E） 单位面积上接收的辐射通量。 E= d F / dA ，单位：W . m-2
（4）辐射出射度（M） 单位面积上辐射出的辐射通量。 M= d F / dA ，单位：W . m-2
3.粒子性
把电磁波作为粒子对待时，能量:
h : 普朗克常数，6.6260755×10－34 J s c : 光速； v : 频率
能量越大，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。
电磁波谱
定义：按照电磁波的波长（频 率的大小）长短，依次排列成的 图表，称为电磁波谱。
电磁波
波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。
电磁波的基本特征： 1.电磁波的传播
电磁波是横波，质点的震动方向与波的传播方向垂直， 传播速度为3×108 m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生 作用时会有反射、吸收、透射、散射等。电磁波是遥感信息 的载体，电磁波理论是遥感的物理理论基础。
E 电场，M 磁场，
（5）辐射强度（I） 点辐射源在某一方向单位立体角内
的辐射通量。
I = d F / dW，单位：W . sr-1
2.物体的热辐射
热辐射——由于物体内部微观粒子的热运动所引起的 电磁辐射。
物体热辐射的强弱取决于地物自身性质和温度，辐射能 量分布随波长的不同而变化。
太阳（表面温度6000K） 热辐射体
M, 辐射出射度
变化特点：
(1) 辐射通量密度随波 长连续变化，只有一个 最大值；
球的热辐射都要考虑。
1.电磁辐射的度量术语
（3）辐照度（E） 单位面积上接收的辐射通量。 E= d F / dA ，单位：W . m-2
（4）辐射出射度（M） 单位面积上辐射出的辐射通量。 M= d F / dA ，单位：W . m-2
3.粒子性
把电磁波作为粒子对待时，能量:
h : 普朗克常数，6.6260755×10－34 J s c : 光速； v : 频率
能量越大，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。
电磁波谱
定义：按照电磁波的波长（频 率的大小）长短，依次排列成的 图表，称为电磁波谱。
电磁波
波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。
电磁波的基本特征： 1.电磁波的传播
电磁波是横波，质点的震动方向与波的传播方向垂直， 传播速度为3×108 m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生 作用时会有反射、吸收、透射、散射等。电磁波是遥感信息 的载体，电磁波理论是遥感的物理理论基础。
E 电场，M 磁场，
（5）辐射强度（I） 点辐射源在某一方向单位立体角内
的辐射通量。
I = d F / dW，单位：W . sr-1
2.物体的热辐射
热辐射——由于物体内部微观粒子的热运动所引起的 电磁辐射。
物体热辐射的强弱取决于地物自身性质和温度，辐射能 量分布随波长的不同而变化。
太阳（表面温度6000K） 热辐射体
M, 辐射出射度
变化特点：
(1) 辐射通量密度随波 长连续变化，只有一个 最大值；
遥感物理基础电磁波基础物体的发射辐射PPT精品
地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物 微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这 种特征构成了红外遥感的理论基础。
地物光谱发射特 性曲线
地物在不同波段上 光谱发射率不同， 波长与发射率的对 应关系绘制而成的 曲线即为地物光谱 发射特性曲线。
The emission of ground object
Type
1. 原子光谱——核外电子能级跃迁； 2. 分子光谱——跃迁、振动及转动； 3. 晶体光谱——包括晶体振动。
晶体振动 3 ~ 30m
中红外、远红外
Definition
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，则构成电磁波谱。
电磁波的分类及其在遥感中的应用
电磁波分类 Υ射线 [小于10-6μm]
面积的辐射能 • 辐射通量密度（E=dΦ/ds）：单位时间通过单
位面积的辐射能
Measurement of electromagnetic radiation
辐照度(irradiation) （I=dΦ/ds）：被辐射物 体表面单位面积上的辐 射通量
辐射出射度(radiant exitance) （M=dΦ/ds）： 辐射源物体表面单位面 积上的辐射通量
按照发射率与波长的关系， 把地物分为： 1）黑体：发射率=1 2）灰体(grey body)：发射 率<1，常数 3）选择性辐射体(Selective radiator)：发射率<1，且随 波长而变化。
不同类型地物的发射率
影响地物发射率的因素：
地物的性质、表面状况、温度：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。一般 常用平均发射率来表示地物的发射能力。
对普朗克公式微分求极值：
地物光谱发射特 性曲线
地物在不同波段上 光谱发射率不同， 波长与发射率的对 应关系绘制而成的 曲线即为地物光谱 发射特性曲线。
The emission of ground object
Type
1. 原子光谱——核外电子能级跃迁； 2. 分子光谱——跃迁、振动及转动； 3. 晶体光谱——包括晶体振动。
晶体振动 3 ~ 30m
中红外、远红外
Definition
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，则构成电磁波谱。
电磁波的分类及其在遥感中的应用
电磁波分类 Υ射线 [小于10-6μm]
面积的辐射能 • 辐射通量密度（E=dΦ/ds）：单位时间通过单
位面积的辐射能
Measurement of electromagnetic radiation
辐照度(irradiation) （I=dΦ/ds）：被辐射物 体表面单位面积上的辐 射通量
辐射出射度(radiant exitance) （M=dΦ/ds）： 辐射源物体表面单位面 积上的辐射通量
按照发射率与波长的关系， 把地物分为： 1）黑体：发射率=1 2）灰体(grey body)：发射 率<1，常数 3）选择性辐射体(Selective radiator)：发射率<1，且随 波长而变化。
不同类型地物的发射率
影响地物发射率的因素：
地物的性质、表面状况、温度：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。一般 常用平均发射率来表示地物的发射能力。
对普朗克公式微分求极值：
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
遥感的物理基础-PPT课件
电磁波通过电场和磁场之间相互联系进行传播
电磁辐射:电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、
反射和透射）称为电磁辐射。
第2页/共33页
第3页/共33页
电磁波四要素
频率：1秒钟内波 的传播次数，单 位为赫兹（Hz） 振幅：电场振动的 强度，振幅的平方 与电磁波具有的能 量大小成正比 偏振面：包含电 场方向的平面。 偏振面的方向一 定的情况叫直线 偏振 传递方向
规律的运动。 有
电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有
统计性
❖ 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
第4页/共33页
二、电磁波谱
1. 电磁波谱：按电磁波在真空中的波长长短，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
➢ 传感器探测波段的设计，是通过分 析比较地物光谱数据而确定的。
➢ 多光谱扫描仪（MSS）的波段设计：
➢ MSS1(0.5-0.6 μm) ➢ MSS2(0.6-0.7 μm) ➢ MSS3(0.7-0.8 μm) ➢ MSS4(0.8-1.1 μm)
第25页/共33页
3) 同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害 4) 地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。
3、黑体辐射定律
Max Planck (1858 – 1947) Nobel Prize 1918
(1)普朗克热辐射定律
表示出了黑体辐射出
射度与温度的关系以
及按波长分布的规律。
M
(、T )
2hc2 5
ech /
1
kT
1
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电磁辐射:电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、
反射和透射）称为电磁辐射。
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电磁波四要素
频率：1秒钟内波 的传播次数，单 位为赫兹（Hz） 振幅：电场振动的 强度，振幅的平方 与电磁波具有的能 量大小成正比 偏振面：包含电 场方向的平面。 偏振面的方向一 定的情况叫直线 偏振 传递方向
规律的运动。 有
电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有
统计性
❖ 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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二、电磁波谱
1. 电磁波谱：按电磁波在真空中的波长长短，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
➢ 传感器探测波段的设计，是通过分 析比较地物光谱数据而确定的。
➢ 多光谱扫描仪（MSS）的波段设计：
➢ MSS1(0.5-0.6 μm) ➢ MSS2(0.6-0.7 μm) ➢ MSS3(0.7-0.8 μm) ➢ MSS4(0.8-1.1 μm)
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3) 同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害 4) 地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。
3、黑体辐射定律
Max Planck (1858 – 1947) Nobel Prize 1918
(1)普朗克热辐射定律
表示出了黑体辐射出
射度与温度的关系以
及按波长分布的规律。
M
(、T )
2hc2 5
ech /
1
kT
1
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