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遥感技术第二章遥感物理基础2015讲述
第二章 遥感物理基础 马 龙 home218@126.com 第一节 电磁波谱与电磁辐射(掌握) 第二节 物体发射辐射(掌握) 第三节 地物反射辐射(掌握) 第四节 大气对电磁辐射的影响(掌握) 第五节 地物的光谱特征 第一节 电磁波谱与电磁辐射 基本概念: 电磁辐射的度量 要求:掌握基本概念 能量是如何传播的? Electromagnetic energy is the only form of energy transfer that can take place in a vacuum such as the region between the Sun and the Earth. 关于波 为了理解电磁辐射如何发生,电磁波如何在空间传播,如何同物体相互作用,我们需要用两种不同的模型描述这种过程: 波 粒 18世纪60年代, James Clerk Maxwell (1831–1879) 定义了电磁辐射的概念,指出电磁波在以光速(c,3×108m)在空中传播。 电磁波是典型的横波。在横波中,传播方向可以是垂直振动方向的任何方向,且振动方向一般会随时间变化。如果振动方向不随时间变化,则称为线偏振的横波,电磁波具有偏振现象。 波 若依传播方向与电场或磁场的关系,我们可以把电磁波分为三大类: TEM波,此波又称为横向电磁波(Transverse Electromagnetic Wave),即电磁波的传播方向无电场及磁场成分,电场及磁场的变化方向是在与传播方向垂直的平面上,固又称为平面电磁波(Plane Wave)。 电磁波的种类 TE波,此波又称为横向电波(Transverse Electric Wave),即电磁波的传播方向无电场成分,电场只在与传播方向垂直的平面上变化,但是磁场却存在传播方向以及垂直传播方向的平面上变化。这种电磁波的频率很高,而且要高过某一个截止频率(cut-off frequency)才会传播,低于截止频率则停止传播。 TM波,此波又称为横向磁波(Transverse Magnetic Wave),即电磁波的传播方向无磁场成分,磁场只在与传播方向垂直的平面上变化,但是电场却存在传播方向以及垂直传播方向平面上变化。这种电磁波的特性类似TE波,也具有截止频率的限制。 光的干涉和光的衍射是光具有波动性的有力证据。 1.光的干涉 现象:两列或几列光波在空间相遇时相互叠加,在某些区域始终加强,在另一些区域始终减弱,形成稳定的明暗相间条纹的现象。产生条件:(1)两列波频率必须相同;(2)在相遇点的震动方向要一致;(3)在观察的时间内,在相遇点的两个振动的位相差保持不变 2.光的衍射 研究电磁波的衍射现象对设计遥感仪器和提高遥感图像几何分辨率具有重要的意义,要尽量避免衍射现象的发生。另外,在数字影像的处理中也要考虑光的衍射现象。 现象:光线绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影,并在光屏上出现明暗相间条纹的现象。 产生条件:障碍物或孔的尺寸比光波的波长小或者相差不多。 3.光的偏振 线偏振光 面对光的传播方向看 · · · 圆偏振光, 椭圆偏振光 粒 在1905年的前100年,光一直被作为波进行研究和讨论,后来爱因斯坦(1879-1955)发现当光同电子作用时,它呈现一种完全不同的特征。 ? 他发现光同物质作用时,表现出粒子的特征,指出光是由很多被称为光子的粒子组成。因此,今天科学家在回答“光是什么?”的时候,会说“光是一种特殊的物质”。 ? 这样,有的时候我们会用波的属性来描述电磁能量。当电磁能量同物质相互作用时,我们用粒子的属性来描述电磁能量。 1.光电效应 现象:在光的照射下,使物体中的电子逸出的现象叫做光电效应。 实验规律: (1)任何一种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须大于这个极限频率,才能产生光电效应;低于这个频率的光不能产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的频率的增大而增大。 (3)入射光照到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的,一般不超过10-9秒。 (4)当入射光的频率大于极限频率时,光电流的强度与入射光的强度成正比。 波尔 (1885–1962) 和普朗克认识到了辐射能量的离散本质,提出了电磁辐射的量子理论。该理论认为能量以光子或量子在空中传播。 其中 Q 是一个量子的能量,单位J。h为普朗克常数 (6.626 ?10-34 J s), ν是辐射频率。 利用波长较长的电磁波观测目标物,如何能够获得较高的分辨率? 光的产生 Creation of light from atomic particles in a sodium vapor lamp. After being energized by several thousand volts of
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