遥感地质学课件第二章 遥感电磁辐射基础.PPT

§2·1电磁波谱与黑体辐射 遥感是利用传感器主动或被动地接受地面目标物反射的电磁波，通过电磁波中所传递的目标物信息来识别目标，从而达到探测的目的。因此，首先要了解电磁波的一系列性质、物体发射和吸收电磁辐射的规律。 一 电磁波和电磁波的传输特性 （一）电磁波的产生 电磁波是电磁振动的传播。当电磁振荡进入空间时，变化的磁场激发了变化了的电场，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波。电磁波也称为电磁辐射。如图2.1所示。 可以通过日常生活中的一些现象来理解波动。比如：一根绳子抖动时，振动沿绳子向前传播；水面被搅动时，水波向前传播等。这些波动有一个共同的特点，就是质点的振动方向与波的传播方向垂直，我们称之为横波。电磁波是横波。（图2·2） （二）电磁波特点 1、 波动性 电磁波的波动性可以由单色波的波函数看出： Ψ：波函数 A：振幅 ω：圆频率 t: 时间变量 k： 圆波数 x：空间变量 φ：初始位相 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位相信息。 5 电磁波的衍射和偏振 此外，电磁波射入介质后，要损失能量。这是因为介质对电磁辐射的吸收作用。如果能量没有全部被吸收，总有一小总分从入射延伸的方向射出介质。这部分能量是透射辐射。全部反射、吸收和透射的能量之和应该与入射的总能量相等。而每一部分能量占总入射能量的比率可以用百分比的方法计算： 反射率（? ＝（反射能量/入射总能量）100% （22） 吸收率（α）＝ （吸射能量/入射总能量）100% （23） 透射率（T） ＝ （透射能量/入射总能量）100% （24） 以上各种比率值均小于1，并且随波长变化而变化。 辐射传播中，若碰到小粒子，如气体中的尘埃和水珠等，由于上面各种作用无特定方向的同时发生，使辐射向四面八方散去，电磁波的强度和方向发生各种变化，这种现象是散射（图2.3）。散射的强度随波长而改变。 （四）电磁波谱 随着对电磁波性质的认识逐渐深化，人们发现很多辐射都具有共同的性质。而且按照它们在真空中传播的频率或波长排列可以形成一个连续的谱带，这个谱带就是电磁波谱（图2.5）。 以频率从高到低排列划分为γ射线、X射线、紫外线，可见光、红外线、微波、无线电波。人们习惯使用的波长单位除了千米、米、厘米、毫米，还有微米（1μm 10-6m）、毫微米或纳米（1nm 10－3μm）、埃（1＝10-10m）等。此外电磁波还可以用频率表示。电磁波谱区的划分界线不是十分明确，常常相互渗透。一般是按照产生电磁波的方法或测量电磁波的方法来划分，习惯上电磁波区域的划分方法如下： 以波长λ为界： 无线电波 1m 长波 3000m以上； 中波和短波 10－3000m； 超短波 1－10m； 遥感技术中较多使用可见光、红外和微波波谱区间。可见光部分虽然波谱区间很窄，但使用却非常广泛。红外区间对探测如植被信息，热辐射信息等非常有效，远红外信息可以在太阳落山之后拍摄，扩大了遥感的应用。而微波辐射的探测更可以称为全天候探测，不受白天黑夜和天气状况的影响，在遥感探测上应用前景广泛。 二　黑体辐射和实际物体的辐射 （一）??? 黑体辐射 遥感探测离不开电磁辐射源，主动式遥感系统自备辐射源，被动式遥感系统则利用地球环境中的自然辐射源。这里，自然辐射源中主要利用太阳，多数传感器都是接收太阳的辐射，特别是可见光、红外与微波波段。其次就是地球作为辐射源，探测地球辐射主要使用热红外波段。对于太阳、地球这些自然物体的研究，由于它们的复杂性，常常是首先研究其极端状态即理想状态，然后再根据实际情况作一些修正或近似。对辐射源的辐射规律研究首先从绝对黑体这一理想模型开始。 ? 理想绝对黑体在实验上是用一个带有小孔的空腔 做成（图2.5），空腔壁由不透明的材料制成，空腔器壁对于辐射只有吸收和反射，当从小孔进入辐射照射到器壁上时大部分被吸收，少部分被反射 ，反射率仅有5％或更少，经过n次反射后，假如仍有辐射通过小孔射出腔外，其能量也只剩下，如果 n＝10， （二）黑体辐射规律 适用于绝对黑体辐射的公式叫做普朗克公式。公式的表达式为： （2.4） 式中：C为真空中的光速；k为波尔兹曼常数，k 1.38×10-23　J／K；h为普朗克常数， 2．维恩位移定律 利用普朗克公式还可导出另一定律：黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与黑体绝对温度T成反比。满足公式： λmax·T＝b （2.6） b为常数。（b＝2.898×10-3m·k），这就是维恩位移定律。 黑体温度越高，其曲线的峰顶就越往左移，即往波长短的方向移动，这就是位移的含义。如果辐射最大值落在可见光波段，物体的颜色会被看到。随着温度升高，波长逐渐变短，颜色由红外到红色