遥感物理1[1].2
遥感原理与应用
第一章遥感物理基础1 遥感：即遥远感知，在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一门技术。
具体讲，是在高空和外层各种平台上，运用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输，变换，和处理，提取有用的信息，实现研究第五空间形状.位置.性质.变化及其与环境互相关系的一门现代运用技术科学。
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：能够完全吸收任何波长入射能量的物体4灰体：在各种波长处的发射率相等。
5色温：用嘴接近回头辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照，这是的黑体辐射温度。
6大气窗口：电磁波有些波段通过大气层时减弱较少，透过率较高，这些电磁波段被称为大气窗口。
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：发射波普是某物体的反射率随波长的变化规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。
11.地物波普特性：是指各种地物各自所具有的电磁波特性，包括发射辐射和反射辐射。
二．简答1黑体辐射遵循哪些规律？（1）凡是吸收热辐射能力强的物体，它的热发射能力也强。
凡是吸收热辐射能力弱的物体他们的热发射能力也弱（1）普朗克定律：（2）斯忒藩-波耳兹曼定律：（3）基尔霍夫定律：（4）瑞利-琴斯定律：5）维恩位移定律：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？电磁波包含了从波长最短的r射线到最长的无线电波段，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。
遥感中所用的为从紫外线到微波波段，包括紫外线、可见光、红外波段、微波波段。
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？a.温度和波长利用波长乘温度=2897.84叙述沙土、植物、和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。
自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土壤的光谱特性曲线与一下因素有关，即土壤类别、含水量、有几只含量、砂等含量有关。
遥感第三讲遥感的物理基础优秀课件
热红外（6.0—15微米、15—1000微米），遥感常用8— 14微米的波长，通过扫描方式接收地面的热辐射信息，白 天黑夜都可以工作（全天时），主要用于监测热污染、城 市热岛效应、火山喷发、火灾地热等信息。
（ 5 ） 微 波 ， 1 毫 米 —1 米 ； 遥 感 常 用 0.8 厘 米—30厘米波长，通过扫描方式主动接收 地表发射或回波（后向散射）信息。 它可以全天时和全天候的工作，可以 穿透植被、冰雪、土壤、地下埋藏等物体， 也可显示微地貌类型以及洋面的粗糙度等。
一般波长较长，能量较弱的微波、红外线 波动性明显；波长短，能量强的x射线和r射线 粒子性明显；
总之，电磁波是连续的波动性和不连续的 粒子性相互对立而又统一的综合体。
4、表示方式—
波长（λ）、周期（T）； 频率（f）、振幅（A）； 速度（C）=光速3 X 1010cm/s .
5、记录方式—有乳胶记录和电带记录两种，光 信号用胶片记录，光电转换用磁带记录，但记 录的都是二维平面信息。
遥感第三讲遥感的物理基础
回顾第二讲遥感技术系统主要内容
一、遥感平台-地面、航空、航天； 二、遥感传感器-摄影、扫描、雷达； 三、遥感信息传输处理-直接回收、视频传输、辐射
纠正与几何纠正的预处理； 四、遥感信息应用-目视判读与室外验证；
现代遥感技术系统是一个综合性很强的庞大系统。 它是一个从地面到空中、从室内到室外的多层次、多角 度的立体交叉作业系统。其中前两部分决定了对原始数 据的获取数量和质量，后两部分决定了对原始数据的质 量改善和应用效果的好坏。
也就是说，要研究地物的电磁波是如何发射 的，又是如何传输的，以及在传播过程中与物体作 用的种种现象。因而可以说电磁波理论是遥感的物 理基础，遥感技术得以实现的基础就是依据不同地 物所具有的不同电磁波辐射能力（大小）。
一 遥感基础(精简)..
资源学院数地所
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参考资料
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主要内容
一 二 三 四 五 遥感图像处理 地质解译标志与遥感图像地学分析方法 遥感图像地貌解译及其应用 遥感岩性解译与编图 遥感构造解译与编图
3
§ 1 遥感图像处理
遥感地质学研究方法 遥感物理基础 遥感图像类型与特性 遥感图像处理方法
4
§ 1.1 研究方法
可见光+近红外 可见光+近红外+热红外
相对低 相对高 单镜头，分光 数字 多中心投影
多光谱获取方式 多个镜头 数据记录方式 投影方式 胶片、数字 中心投影
四 微波遥感与成像
侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的 侧面，发射一个窄的波束，覆盖地面上这一侧面的一个条带， 然后接收在这一条带上地物的反射波，从而形成一个图像带。 随着飞行器前进，不断地发射这种脉冲波束，又不断地接收回 波，从而形成一幅一幅的雷达图像。 雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标不同部位时， 要有时间先后差异，这样从目标反射的回波也同时出现时间差， 才有可能区分目标的不同部位。 合成孔径雷达与侧视雷达类似，也是在飞机或卫星平台上由传 感器向与飞行方向垂直的侧面发射信号。所不同的是将发射和 接收天线分成许多小单元，每一单元发射和接收信号的时刻不 同。由于天线位置不同，记录的回波相位和强度都不同。 目
2 地物波谱 可见光和近红外波段：主要表现地物 反射作用和地物的吸收作用。 地物反射波谱曲线除随不同地物 (反 地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变 热红外波段：主要表现地物热辐射作 射率)不同外，同种地物在不同内部 而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。 用。 结构和外部条件下形态表现(反射率) 微波波段：主动遥感利用地物后向散 地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表 也不同。一般来说，地物反射率随 射；被动遥感利用地物微波辐射。 波长变化有规律可循，从而为遥感 现。 影像的判读提供依据。 地物波谱的作用：不同类型的地物，其电磁波响应 的特性不同，因此地物波谱特征是遥感识别地物的 基础。 不同电磁波段中地物波谱特性 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。
遥感物理
遥感物理混合象元模型一、混合象元 (mixed pixel)象元中存在多于 1 种地物时，称其为―混合象元‖。
与此相对应，只包括 1种地物的象元为―纯象元‖ (pure pixel)。
遥感图象中，尤其是低空间分辨率的图象中，各个象元通常都包括多种地物。
给遥感解译造成困扰。
1个象元中存在多种地物，如小麦、村庄、裸地、水体、道路等，即混合象元。
该象元反射率不同于任一单纯地物的反射率。
1. 端元 (endmember)如果用混合象元进行判读，会造成很大误差。
通常需要对混合象元进行分解，分析混合象元中存在的地物种类及其所占比例。
分解混合象元时，被分解出来的成分称为端元。
每个端元通常对应一种地物。
端元常被认为组成混合象元的最基本的成分；在混合象元模型中，端元是不能再分的。
2. 子象元 (sub-pixel)当我们描述混合象元内部某种地物时，也常称其为子象元。
子象元，顾名思义，就是指尺度小于一个象元，而我们又希望予以关注的地物。
象元是我们可以判读遥感图象的最基本单元，也就是说，当地物小于 1 个象元时，通常是不能被判读出来的，这时，需要我们进行象元分解。
二、混合象元模型混合象元模型的公式可以表示为，象元反射率是所组成端元的反射率、各端元所占面积比例、以及其它参数的函数，即：ρ = F (ρ1, a1, ρ2, a2, ……, ρn, an, X)其中 j=1,…,n 表示端元序号，ρ为反射率，a 为面积比例，X 表示其它各种参数（可能不止1个）。
1. 只考虑 2个端元的线型模型考虑 1个混合象元中只存在植被和裸土，此时混合象元的反射率为：R = ρvav + ρsas其中， ρ为反射率，a 为面积比例，下标v 代表植被，下标s 代表裸土。
注意到：av + as = 1则此时上式可以写为：R = ρvav + ρs (1 - av)如果我们已经知道了植被反射率ρv ，以及裸土反射率ρs ，则通过探测到的象元反射率ρ，即可反演出植被所占面积比例av ，进而根据象元面积，得出植被面积。
4-2遥感——遥感的物理基础+光的三原色
颜色库。
2014-6-26
• 2、三种光的颜色可以设置成： 1）R=200，G=30，B=15——偏红色（显示器） 2）R=40，G=220，B=15——偏绿色 3）R=0，G=0，B=0——得到“黑色”（没有光） 4）R=255，G=255，B=255——得到“白色”（最强光，均 等） 5）0<R=G=B<255——得到“灰色”
•
黎明和黄昏时（此时地球与太阳之间距离很远），可见光要通过 较厚的大气层，波长小的紫光、蓝光在传播这么长的路程后几乎全被 大气吸收了，只剩下波长大的红光、橙光，直射光中红光成分大于蓝 光成分，∴太阳呈现红色。
•
大气中的瑞利散射对可见光影响较大，而对红外的影响很小，对
微波基本没有多大影响。
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决定。
•
如果气溶胶粒径与入射波长同数量级，发生米
氏散射；例如冬季燃煤产生的固体气溶胶浓度大，
发生米氏散射，常常一整天天空都是淡黄色、灰
蒙蒙的。
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• 3）粗粒散射（又叫非选择性散射或均匀散射）（r>>λ）：大气
中的液、固态水滴和固态杂质（比如粒度较大的沙尘暴）——
“颗粒物”的半径>1μm，都远大于可见光的波长，当天空有云层 或雨层时，满足均匀反射的条件，各个波长的可见光散射强度相 同，因而云呈现白色，此时散射较大，可见光难以通过云层，这 就是阴天时候不利于用可见光进行遥感探测地物的原因。夏季暴 雨来之前，天空呈现暗黑色，就是大气中的小水滴这些颗粒物将 所有波长的光全部进行散射。 • 而太阳的电磁波辐射几乎包括电磁辐射的各个波段，因此，
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• 【反射≠散射≠漫反射≠镜面反射】 • 镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射，入射角=反射角。 • 漫反射：发生在粗糙物体表面的一种反射，入射角=反射角。而且漫反 射向四面八方的反射是相等的。 • 散射：是指电磁辐射与结构不均匀的物体作用后，产生的次级辐射无干 涉抵消，而是向各个方向传播的现象，它实质是反射、折射和衍射的综 合反映。散射主要发生在可见光波段。 • 电磁波在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生改变，并向各个 方向散开，称散射。尽管强度不大，但是从遥感数据角度分析，太阳辐 照到地面又反射到传感器的过程中，二次通过大气，传感器所接收到的
遥感基础原理知识
第一章：电磁波及遥感物理基础1.1概述：1.遥感：是指在不直接接触的情况下，对目标或者自然现象远距离探测和感知的一种技术。
2.一切物体，由于其种类、特征和环境条件的不同，具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征。
因此遥感技术是建立在物体反射或发射电磁波的原理上的。
3. 电磁波：根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场能够在它周围引起变化的磁场，这一变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化电场，并在更远的区域内引起新的变化磁场。
这种变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。
电磁波具有波粒二象性。
即：波动性与粒子性。
光的波动性形成了光的干涉、衍射、偏振等现象。
4.电磁波谱：1.2物体的发射辐射1. 黑体辐射的三个特性：（1）与曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W是随温度T的增加而迅速增加。
（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。
（3）每根曲线彼此不相交，故温度T 越高所有波长上的波谱辐射通量密度也越大。
2. 太阳常数：指不受大气影响，在距离太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射的方向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量。
3. 大气对太阳辐射的吸收、散射及反射作用：大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡，电磁波在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生改变，并向各个方向散开，称散射。
另外，电磁波与大气的相互作用还包括大气反射。
瑞利散射：由半径d 小于波长λ十分之一以下的微粒引起的散射。
（选择性）波长越短散射能力越强。
米氏散射：由半径d与波长λ相当（大于）的微粒引起的散射。
（非选择性）与波长无关。
4. 有些波段的电磁辐射通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利，这些波段通常称为“大气窗口”。
可以用作遥感的大气窗口大体有如下几个：0.30 —1.15μm大气窗口：这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段，是遥感技术应用最主要的窗口之一。
其中，0.3—0.4μm近紫外窗口，透射率为70％；0.4—0.7μm可见光窗口，透射率约为95％；0.7—1.10μm近红外窗口，透射率约为80％。
遥感物理试题及答案解析
遥感物理试题及答案解析1. 什么是遥感技术？遥感技术是一种通过卫星、飞机或其他载体上的传感器，从远距离收集地球表面信息的技术。
2. 遥感技术在农业中的应用是什么？遥感技术在农业中主要用于监测作物生长状况、评估作物产量、监测土壤湿度和土地利用变化等。
3. 简述光学遥感和雷达遥感的区别。
光学遥感依赖于可见光和红外光，适用于白天和晴朗天气条件下的地表观测。
雷达遥感则利用微波信号，可以穿透云层和植被，适用于夜间和恶劣天气条件下的观测。
4. 什么是多光谱遥感？多光谱遥感是一种技术，它使用多个不同波长的传感器来获取地表的光谱信息，从而可以分析和识别不同物质和物体。
5. 简述遥感图像的几何校正过程。
几何校正是指将遥感图像与地面坐标系进行匹配的过程，通常包括图像的平移、旋转和缩放等步骤，以确保图像的几何精度。
6. 遥感数据的大气校正是什么？大气校正是对遥感数据进行处理，以消除大气对数据的影响，如大气散射、吸收和反射等，从而提高数据的质量和可用性。
7. 如何利用遥感技术监测森林火灾？通过分析遥感图像中的热红外波段，可以检测到森林火灾产生的高温区域，从而实现火灾的早期发现和监测。
8. 遥感技术在城市规划中的应用有哪些？遥感技术在城市规划中的应用包括土地利用分类、城市扩张监测、基础设施规划和环境影响评估等。
9. 什么是遥感图像的分类？遥感图像的分类是指将图像中的像素分配到预先定义的类别中，如农田、森林、水体等。
10. 简述遥感数据的解译过程。
遥感数据的解译包括图像的可视化分析、特征提取、分类和验证等步骤，目的是从遥感图像中提取有用的信息。
答案解析1. 遥感技术是一种通过卫星、飞机或其他载体上的传感器，从远距离收集地球表面信息的技术。
2. 遥感技术在农业中主要用于监测作物生长状况、评估作物产量、监测土壤湿度和土地利用变化等。
3. 光学遥感依赖于可见光和红外光，适用于白天和晴朗天气条件下的地表观测。
雷达遥感则利用微波信号，可以穿透云层和植被，适用于夜间和恶劣天气条件下的观测。
遥感物理基础
1.1-1.2 遥感物理基础目的与要求：掌握遥感物理基础中的电磁波和电磁波谱的概念，太阳辐射和地球辐射特征，大气对电磁波辐射传输的影响与大气窗口。
重点及难点：大气对电磁波辐射传输的影响；教学法：讲授法、演示法教学过程：1.1概述遥感能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象。
一切物体都能够反射和发射电磁波，并且具有完全不同的辐射特性。
遥感技术主要建立在物体反射或发射电磁波的原理之上。
1．电磁波•波的概念：波是振动在空间的传播。
•电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：原理•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。
•电磁波的特性电磁波是横波在真空中以光速传播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。
电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性•根据电磁波特性完成习题2.电磁波谱•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。
•电磁波波谱的特点γ射线——无线电波的波长之比高达1022倍以上。
传感器通过探测或感测不同波段电磁波的发射、反射辐射能级而成像的，电磁波的存在是获取图像的物理前提。
根据不同的目的选择不同的波谱段。
•电磁辐射的度量（公式重点理解）1.2物体的发射辐射1.黑体辐射•绝对黑体（Blackbody）能够吸收全部入射辐射能量的物体。
•黑体辐射定律：波尔茨曼定律，维恩位移定律（重点，结合习题）2.太阳辐射•太阳常数：指不受大气影响，在距离太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射的方向上，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。
（扩展两个数值计算）•太阳辐射光谱特征：1.太阳辐射光谱范围大，具有连续性2.太阳辐射能量集中•地球辐射光谱特征：短波辐射、中红外辐射、长波辐射（特征，主动遥感和被动遥感）3.大气对辐射的影响（重点）•大气层和组成成分•散射的影响米氏散射：大气中不均匀颗粒的直径a与入射波长同数量级；均匀散射（无选择）：大气中不均匀颗粒的直径a >>λ时发生（举例）瑞利散射：大气中不均匀颗粒a<(λ/10) （举例）•吸收的影响：氧气、臭氧、水、二氧化碳等对电磁辐射的主要吸收波段。
1电磁波及遥感物理基础
4、满足
另外：
遥感
f.λ = c E = h.f f为频率 ( f → υ ) λ为波长 c为光速(3×108 m/s) E为能量 h为普朗克常数 (6.626×10-34 J / s)
在电磁波谱中，由于产生 电磁波的波源不同，波长范围 也就不同，它们在传播方向、 穿透性、可见性和颜色等方面 的性质就有很大差别。
接收和记录这部分能量，从而获得各种地物的特征信息。
太阳常数：是指不受大气影响，在距太阳一个天文单位 内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间内黑体所接 收的太阳辐射能量。
I☉=1.360×103W／m2
太阳光谱：通常指太阳光球产生的光谱
3
遥感
遥感
1.2.4 地球辐射（大地辐射）
1.2.5 大气对辐射的影响
S
D 因此，在进入地球外边界的太阳辐射中仅有31％作为直射太
A
U Q
阳辐射到达地球表面。
I
辐射传输方程是指从辐射源经大气层到达传感器的过程
中电磁波能量变化的数学模型。
简化方程：
[ ( ) ] ∫ Lλ = Kλ τ λ Nλ sinθρλdΩ + We'λ ⋅ ε λ + bλ
4
遥感
１.2.6 一般物体的发射辐射
地球辐射可分为三段
波段名称 可见光与近红外
中红外
远红外
波长 0.3-2.5μm（短波） 2.5-6μm （中波） ＞6μm （长波）
１.地球大气
垂直分布有对流
层、平流层、电离
S
D 层、外大气层（如
A
U Q
图）
I
成分有：分子，
如N2、O2、O3、CO2、 H2O,CH4
遥感教案 1第一章 电磁波及遥感物理基础
遥感概念的理解
遥感:遥远的感知,是在不直接接触的情况下,对 目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术. 一般指的是电磁波遥感.
全球昼夜温差
98年长江洪水的遥感监测 （雷达与TM影象的复合）
北京地区4米遥感影图 （美国SPACE IMAGE 公司的IKONOS卫星）
北京地区1米遥感影象图 （同时也发布了北朝鲜导弹基地的 1米影象图）
.平流层(stratosphere) 厚度 从对流层顶向上，一直到55km左右为平 流层。这一层集中了大气中的大部分臭氧， 空气密度很小。 气温随高度而升高；平流层顶气温可达3 —-17℃ 空气以水平运动为主，气流运行平稳，没 有强烈的对流 水汽和尘埃很少，很少有云，透明度好
4.热层(thermosphere) 从中 间层顶向上，到大约800km左右为热层 （又称热成层、暖层）。其主要特点有： 气温随高度而升高；300km处气温可达 1000℃，顶部可高达2000℃ 空气在强烈的太阳紫外线与宇宙射线作用 下处于高度电离状态，故又称为电离层 （ionosphere）
M B (T) = 0 M Bl (T) dl
由实验及理论都可以得到斯忒藩—玻尔兹曼定律
M B (T ) = s T
s=
8
4
2 4
5.67 10 w.m .K
推导2 维恩（Wien)位移定律
M B（T） 最大值所对应的波长为 λ λ
维恩位移定律:
M Bλ（T）
m
Tλ
m
=
b
-3
b = 2.897 10 m . K
C 同类地物的反射光谱具有相似性，但也 有差异性。（不同植物）并且地物的光 谱特性具有时间特性和空间特性。