电磁辐射与地物光谱特征.ppt

电磁辐射与地物光谱特征 遥感之所以能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象，是因为一切物体，由于其种类、特征和环境条件的不同．而具有完全不同的电磁波的反射或发射辐射特征。因此遥感技术主要是建立在物体反射或发射电磁波的原理之上的。要深入学习遥感技术，首先要学习和掌握电磁波以及电磁波谱的性质。 电磁波的性质 横波（质点振动方向和传播方向一致） 在真空以光速传播 满足：f·λ =C；E=h ·f（E为能量，h为普朗克常熟） 具有波粒二象性（波长越长波性越强，波长越短粒子性越强） 传播到气体、液体、固体介质，会发生反射、折射、吸收、投射等现象。若碰到粒子还会发生散射现象。 遥感较多应用的电磁波波谱段 可见光 波长范围大约为0.38μm(紫色)~0.76μm(红色)，可见光谱中的各种颜色成分大致属于如下的波长区间： 红：0.62~0.76 μm 橙：0.59~0.62 μm 黄：0.56~0.59 μm 绿：0.50~0.56 μm 青：0.47~0.50 μm 蓝：0.43~0.47 μm 紫：0.38~0.43 μm 红外波段 波长范围0.7~300μm，可进一步划分为如下波段： 微波 波长范围1mm到1m，可进一步划分为若干不同频率(波长)的波段：(1GHz=109Hz) 1.3 电磁波的度量 辐射源 任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐射，也能够向外辐射。因此对辐射源的认识不仅限于太阳、炉子等发光发热的物体。能发出紫外辐射、X射线、微波辐射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。因此遥感探测实际上是辐射能量的测定。 辐射量测 辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位：焦耳J； 辐射通量φ：单位时间内通过某一面积的辐射能量， φ=dW/dt，单位是W；辐射通量是波长的函数，总辐射通量应该是各谱段辐射通量之和或辐射通亮的积分值。 辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的辐射能量，E=dφ/Ds，单位是W/M2，S为面积。 辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，I=dφ/Ds，单位是W/M2，S为面积。 辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，M=dφ/Ds，单位是W/M2，S为面积。 辐照度与辐射出射度都是辐射通亮密度的概念，不过I为物体接收的辐射，M为物体发出的辐射。它们都与波长λ有关。 辐射亮度（L）：假定有一辐射源呈面状，向外辐射的强度随辐射方向而不同，则L定义为辐射源在某一方向，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量，即 朗伯源：辐射亮度L与观察角无关的辐射源，称为朗伯源。太阳通常近似地被看作朗伯源。严格地说，只有绝对黑体才是朗伯源。 宇宙中的各种物体，如太阳、各种星体、一定厚度的大气层、人造飞行器、地球及地球上各种生物、非生物都是热辐射源。为了便于讨论一般物体的热辐射性质，需要有一个理想的标准热辐射体作为参照源，这个参照源就是绝对黑体。 ?不透明的物体：对入射到它上面的电磁波只有吸收和反射作用， ?吸收率α(λ,T)+反射率ρ（λ，T）=1。 ?一般物体：系数都与波长和温度有关。 ?绝对黑体：吸收率α(λ,T)≡1,反射率ρ（λ,T）≡0； ?绝对白体：反射率ρ（λ,T）≡1，吸收率α(λ,T)≡0，与温度和波长无关。 ?最接近黑体辐射的辐射源：恒星和太阳。 太阳辐射经大气衰减图 3.5 大气窗口 太阳辐射主要集中在可见光到近红外区段，当太阳辐射到达地表后，就短波而言，地表反射太阳辐射成为地表的主要辐射来源，而，来自地球自身的辐射几乎可以忽略不计。地球自身的辐射主要集中在长波，即6μm以上的热红外区段，该区段太阳辐射的影响几乎可以忽略不计，因此只需考虑地表物体自身的热辐射。 地球辐射包括地球反射的太阳辐射和地球本身的热辐射两部分。 太阳电磁辐射：太阳辐射近似6000K的黑体辐射，能量集中在0.3～2.5微米波段之间，即可见光到近红外波段区。 地球自身热辐射：地球近似300K的黑体辐射，能量集中在6.0微米以上的波段，即红外、微波波段。 地球辐射分段特性的遥感意义 可见光与近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特性； 中红外波段遥感图像上既有地表反射太阳辐射的信息，也有地球自身的热辐射信息。 热红外波段遥感图像上的信息来自地物本身的热辐射特性 不同电磁波段中地物波谱特性 可见光和近红外波段中地物波谱特性表现为发射和吸收 红外波段中地物波谱特性表现为地物热辐射 微波波段中 主动遥感：地物波谱特性表现为