第二章电磁辐射与地物光谱特征B=遥感概论=宁夏大学详解.pptVIP

第二章 电磁辐射与地物光谱特征 太阳光照射在物体上，物体对太阳光进行反射，而且不同物体对光的反射能力是不相同的。 遥感正是利用物体的这一性质，用传感器接收物体反射回来的电磁波，不同物体反射情况不相同，反映在图象上即形成不同的形状和色调，以此来进行地物的识别。 一、电磁波谱与电磁辐射 （一）电磁波谱 振动在空气中的传播形成波。 1、电磁波——当电磁震荡进入空间，变化着的磁场能够在它的周围激起电场，变化的电场又会在它的周围激发磁场，变化的电场和磁场交替产生。由近及远地向周围空间的传播就叫电磁波。 实验证明，电磁波与光波性质相同，因此光波和电磁波统一起来，光波也叫电磁波。 电磁波的种类：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、r射线。 这些不同的电磁波又具有各自的特性，这是由于产生的波源不同，因此他们的波长和频率也不相同。 2、电磁波谱 按照电磁波在真空中的波长（或频率）加以排列形成一个谱表就叫电磁波谱。 电磁波谱 电磁波谱 3、遥感上应用的电磁波 1）紫外线（0.01 μm—0.38 μm） 高温物体可发射紫外线，太阳光中也含有紫外线，但是太阳光在通过大气层时波长小于0.3 μm的几乎全部吸收，所以太阳光中到达地面的只有0.3 μm—0.4 μm，能量很少，但是可使溴化银底片感光，所以可用摄影或扫描方式获得地物紫外波段的影象。 2）可见光（0.38—0.76 μm） 在电磁波谱中，可见光只占很小一个空间，但是其能量却占到太阳辐射总量的一半。而且人眼对可见光敏感，不仅对全色光，而且对不同波段的单色光都有敏锐的分辨能力。所以可见光是遥感技术应用最多的一个波段，一般用光学摄影和光电扫描来获得遥感影象。 3）红外线（0.76 μm—1000 μm） 近红外（0.76 μm—3.0 μm）——光红外，性质与可见光相似，主要反映地物对太阳光的反射，不反映地物的热辐射，采用摄影和扫描方式。 中红外（3.0 μm—6.0 μm） 远红外（6.0 μm—15.0 μm） 热红外 超远红外（15 μm—1000 μm） 热红外是产生热感的原因。一般自然界的任何物体，当温度大于绝对温度0 k（-273ｏC ）时，能发射红外线，发射能力的大小由其温度来决定，温度越高，发射能力越强。 在常温范围内物体发射的波长多在3—40 μm之间，而15 μm以上的超远红外绝大部分被吸收，所以遥感技术在红外线波段主要是利用了3—15 μm波段，也就是中红外和远红外。 热红外采用的是热感应方式，其主要传感器是辐射计。 4）微波 无线电波的一种，常用波段为3cm、5cm、10cm，为主动式遥感。 （二）电磁辐射 任何物体都是辐射源，不仅能够吸收其它物体对它的辐射，也能够向外辐射。因此对辐射源的认识不仅限于太阳、炉子等发热发光的物体，能发出紫外线、x射线、γ射线、微波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，遥感对电磁波的探测实际上是对物体辐射能量的测定。 二、太阳辐射与大气窗口 （一）太阳辐射 太阳辐射的电磁波到达地球表面大概需要8分钟，地球周围存在着很厚的大气层，太阳光照射到地球表面之前，必须穿过大气层。这样太阳光在大气层中遇到各种气体分子、水滴和尘埃时会受到干扰，一部分光被反射回宇宙空间，一部分光被吸收，一部分光被散射，因此到达地球表面的太阳辐射仅占31%，再除掉被植物光合作用消耗的能量，遥感接受和记录的就是剩下的这部分能量。 （二）大气对太阳辐射的影响 1、大气层的反射作用 太阳光进入到大气层以前，它的波长范围很广，从零到无穷大，但主要波长范围集中在0.15—4 μm之间，约占99%，其中可见光50%，红外43%，紫外7%。 地球被大气圈所包围，一般认为大气厚度约为1000km，且在垂直方向自下而上分为对流层、平流层、中气层、热层等。对太阳辐射影响最大的是对流层和平流层。 大气中主要成分有气体分子（氮气 和 氧气约占99%，其余1%是臭氧 、二氧化碳 和水分子）和微粒（烟、尘埃、小水滴等），水滴、尘埃单个来说其反射能力不强，但由尘埃和水滴组成的云的反射能力很大，如果云层很厚，其反射回的能量越多，因此遥感摄影要选择晴朗无云的好天。 2、大气层的吸收作用 大气层中的气体分子、水滴和尘埃等粒子，除了对太阳光产生反射作用外，还有选择性的吸收作用。各种气体分子和粒子对太阳辐射波长的吸收特性不同，因此有些波段范围能透过大气层到达地球表面，有些则全部被吸收，不能到达地球表面，因此了解这些知识对我们研制传感器有重要意义（为什么）。 具体吸收情况见P28页。 3、大气层的散射作用 散射作用不像质点的吸收作用那样把太阳能转换为自身内能，而是只改变太阳辐射的方向，使其围绕质点向四周传射，因此这部分散射光