電磁波及遙感物理基礎(chǔ)

1、 攝影測(cè)量學(xué)攝影測(cè)量學(xué)是對(duì)所研究的對(duì)象進(jìn)行攝影，然后根是對(duì)所研究的對(duì)象進(jìn)行攝影，然后根據(jù)所攝像片信息來(lái)分析、研究，確定這些物體的據(jù)所攝像片信息來(lái)分析、研究，確定這些物體的大小、形狀、性質(zhì)和空間位置，并提供各種所需大小、形狀、性質(zhì)和空間位置，并提供各種所需資料的一門(mén)科學(xué)（藝術(shù)、技術(shù)）資料的一門(mén)科學(xué)（藝術(shù)、技術(shù)） 遙感遙感是指非接觸的，遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù)。一般指是指非接觸的，遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù)。一般指運(yùn)用傳感器運(yùn)用傳感器/ /遙感器對(duì)物體的電磁波的輻射、反射遙感器對(duì)物體的電磁波的輻射、反射特性的探測(cè)，并根據(jù)其特性對(duì)物體的性質(zhì)、特征特性的探測(cè)，并根據(jù)其特性對(duì)物體的性質(zhì)、特征和狀態(tài)進(jìn)行分析的理論、方法和應(yīng)

2、用的科學(xué)技術(shù)。和狀態(tài)進(jìn)行分析的理論、方法和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。 遙感是以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，在遙感是以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，在2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代初發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。開(kāi)始為航空遙感，初發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。開(kāi)始為航空遙感，自自19721972年美國(guó)發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，這就標(biāo)年美國(guó)發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，這就標(biāo)志著航天遙感時(shí)代的開(kāi)始。經(jīng)過(guò)幾十年的迅速發(fā)志著航天遙感時(shí)代的開(kāi)始。經(jīng)過(guò)幾十年的迅速發(fā)展，地質(zhì)地理等領(lǐng)域，成為一門(mén)實(shí)用的，先進(jìn)的展，地質(zhì)地理等領(lǐng)域，成為一門(mén)實(shí)用的，先進(jìn)的空間探測(cè)技術(shù)空間探測(cè)技術(shù)。攝影測(cè)量與遙感攝影測(cè)量與遙感 隸屬于地球空間信息科學(xué)的范疇，它是利用非接隸屬于

3、地球空間信息科學(xué)的范疇，它是利用非接觸成像和其他傳感器對(duì)地球表面及環(huán)境、其他目觸成像和其他傳感器對(duì)地球表面及環(huán)境、其他目標(biāo)或過(guò)程獲取可靠的信息，并進(jìn)行記錄、量測(cè)、標(biāo)或過(guò)程獲取可靠的信息，并進(jìn)行記錄、量測(cè)、分析和表達(dá)的科學(xué)與技術(shù)。分析和表達(dá)的科學(xué)與技術(shù)。國(guó)際攝影測(cè)量與遙感學(xué)會(huì)國(guó)際攝影測(cè)量與遙感學(xué)會(huì)ISPRSISPRS (International Society for Photogrammetry and (International Society for Photogrammetry and Remote Sensing)Remote Sensing)成立于成立于19101910年，是國(guó)際

4、一級(jí)學(xué)術(shù)組織。年，是國(guó)際一級(jí)學(xué)術(shù)組織。該組織以推動(dòng)國(guó)際攝影測(cè)量、遙感與空間信息技術(shù)的發(fā)展、該組織以推動(dòng)國(guó)際攝影測(cè)量、遙感與空間信息技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用與交流合作為宗旨，成員遍及近百個(gè)國(guó)家和地區(qū)，下應(yīng)用與交流合作為宗旨，成員遍及近百個(gè)國(guó)家和地區(qū)，下設(shè)設(shè)8 8個(gè)技術(shù)委員會(huì)，具有學(xué)術(shù)活動(dòng)歷史悠久、組織嚴(yán)密、個(gè)技術(shù)委員會(huì)，具有學(xué)術(shù)活動(dòng)歷史悠久、組織嚴(yán)密、參與面寬、影響力大、知名度高等特點(diǎn)。其每四年舉辦一參與面寬、影響力大、知名度高等特點(diǎn)。其每四年舉辦一次國(guó)際攝影測(cè)量與遙感大會(huì)，研討最新前沿技術(shù)與發(fā)展方次國(guó)際攝影測(cè)量與遙感大會(huì)，研討最新前沿技術(shù)與發(fā)展方向，展示最新技術(shù)系統(tǒng)與成果，制訂下一個(gè)四年的研究指向，展

5、示最新技術(shù)系統(tǒng)與成果，制訂下一個(gè)四年的研究指南，選舉新一屆領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)。南，選舉新一屆領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)。遙感的發(fā)展 萌芽時(shí)期 初期發(fā)展 現(xiàn)代遙感 第一代 第二代 第三代萌芽時(shí)期無(wú)記錄地面遙感階段（1608-1838）： 1608年漢斯李波爾賽制造了世界第一架望遠(yuǎn)鏡 1609年伽利略制作了放大三倍的科學(xué)望遠(yuǎn)鏡并首次觀測(cè)月球 1794年氣球首次升空偵察 為觀測(cè)遠(yuǎn)距離目標(biāo)開(kāi)辟了先河，但望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)不能把觀測(cè)到的事物用圖像的方式記錄下來(lái)。有記錄地面遙感階段（1839-1857）： 1839年達(dá)蓋爾（Daguarre）發(fā)表了他和尼普斯（Niepce）拍攝的照片，第一次成功將拍攝事物記錄在膠片上 1849年法國(guó)人艾米勞

6、塞達(dá)特（Aime Laussedat）制定了攝影測(cè)量計(jì)劃，成為有目的有記錄的地面遙感發(fā)展階段的標(biāo)志。初期發(fā)展空中攝影遙感階段（1858-1956） 1858年用系留氣球拍攝了法國(guó)巴黎的鳥(niǎo)瞰像片 1903年飛機(jī)的發(fā)明 1909年第一張航空像片 一戰(zhàn)期間（1914-1918）：形成獨(dú)立的航空攝影測(cè)量學(xué)的學(xué)科體系 二戰(zhàn)期間（1931-1945）：彩色攝影、紅外攝影、雷達(dá)技術(shù)、多光譜攝影、掃描技術(shù)以及運(yùn)載工具和判讀成圖設(shè)備?，F(xiàn)代遙感 1957年：前蘇聯(lián)發(fā)射了人類(lèi)第一顆人造地球衛(wèi)星 20世紀(jì)60年代：美國(guó)發(fā)射了TIROS、ATS、ESSA等氣象衛(wèi)星和載人宇宙飛船 1972年：發(fā)射了地球資源技術(shù)衛(wèi)星ERT

7、S-1（后改名為L(zhǎng)andsat Landsat-1），裝有MSS感器，分辨率79米 1982年Landsat-4發(fā)射，裝有TM傳感器，分辨率提高到30米 1986年法國(guó)發(fā)射SPOT-1，裝有PAN和XS遙感器，分辨率提10米 1999年美國(guó)發(fā)射 IKNOS，空間分辨率提高到1米9遙感是一種遙感是一種遠(yuǎn)離目標(biāo)遠(yuǎn)離目標(biāo)，以，以電磁波電磁波（包括（包括從紫外從紫外可見(jiàn)光可見(jiàn)光紅外紅外微波）為媒介，微波）為媒介，通過(guò)通過(guò)非直接接觸非直接接觸而判定、測(cè)量并分析目標(biāo)而判定、測(cè)量并分析目標(biāo)性質(zhì)的技術(shù)。性質(zhì)的技術(shù)。特點(diǎn)：視域?qū)拸V特點(diǎn)：視域?qū)拸V 、信息豐富、客觀真、信息豐富、客觀真實(shí)、定時(shí)定位觀測(cè)、資料的可處理

8、性實(shí)、定時(shí)定位觀測(cè)、資料的可處理性應(yīng)用領(lǐng)域：環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域：環(huán)境 災(zāi)害災(zāi)害 海洋海洋 農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè) 土地土地 地質(zhì)地質(zhì) 軍事軍事趨勢(shì)：光學(xué)趨勢(shì)：光學(xué)- -微波微波 多光譜多光譜- -高光譜高光譜本書(shū)章節(jié)安排 第一章 電磁波及遙感物理基礎(chǔ) 第二章 遙感平臺(tái)及運(yùn)行特點(diǎn) 第三章 遙感傳感器及其成像原理 第四章 遙感圖像數(shù)字處理的基礎(chǔ)知識(shí) 第五章 遙感圖像幾何處理 第六章 遙感圖像輻射處理 第七章 遙感圖像判讀 第八章 遙感圖像自動(dòng)識(shí)別分類(lèi) 第九章 遙感技術(shù)的應(yīng)用 第一章 電磁波及遙感的物理基礎(chǔ)遙感技術(shù)是建立在物體電磁波輻射理論基礎(chǔ)上的。由于不同物體具有各自的電磁波反射或輻射特性，才可能應(yīng)用遙感技術(shù)探測(cè)和研

9、究遠(yuǎn)距離的物體。理解并掌握地物的電磁波發(fā)射、反射、散射特性，電磁波的傳輸特性，大氣層對(duì)電磁波傳播的影響是正確解釋遙感數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。 本章主要介紹遙感的物理基礎(chǔ)，包括地物的電磁波特性、太陽(yáng)輻射、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響、大氣窗口的概念、地物反射太陽(yáng)光譜的特性、地物的熱輻射、地物與微波的作用機(jī)理。 本章重點(diǎn)是掌握電磁波譜，大氣窗口，可見(jiàn)光、近紅外、熱紅外地物波譜特征。本章內(nèi)容 一、概述 二、物體的發(fā)射輻射 三、地物的反射輻射 四、地物波譜特性的測(cè)定 世界上沒(méi)有第二張照片，能像上圖一樣，在一幅畫(huà)面之內(nèi)集中了數(shù)量如此之多的，水平如此之高的人類(lèi)精英，甚至可以說(shuō)：地球上三分之一的智慧都集中在這張照片上。這張照片

10、是1927年第五屆索爾維會(huì)議(在布魯塞爾舉行)參加者的合影。索爾維既是科學(xué)家又是實(shí)業(yè)家，與設(shè)立了以自己名字命名的最高科學(xué)獎(jiǎng)金的諾貝爾相似，索爾維為世界最高水平學(xué)術(shù)會(huì)議提供了召開(kāi)經(jīng)費(fèi)。 而這張照片中的許多人都對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展作出了杰出的貢獻(xiàn)： 普朗克在1900年提出了能量子假說(shuō)，以非常新奇的概念，沖破了傳統(tǒng)概念的桎梏，揭示了微觀世界中的重要規(guī)律，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的一個(gè)全新領(lǐng)域，被譽(yù)為量子力學(xué)的奠基人，并于1918年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 愛(ài)因斯坦在1905年引入了光量子(光子)的概念，并給出了光子的能量、動(dòng)量與輻射的頻率和波長(zhǎng)的關(guān)系，進(jìn)一步證實(shí)了輻射場(chǎng)本身也是量子化的。 玻爾在1913年建立了原子的

11、量子理論，規(guī)定了原子只有從一個(gè)定態(tài)到另一個(gè)定態(tài)，才能吸收或輻射能量。盡管對(duì)于進(jìn)一步解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還有許多困難，但這個(gè)理論還是有許多的成功之處。 普朗克的量子假說(shuō)、愛(ài)因斯坦的光量子理論和玻爾的原子理論被稱(chēng)為舊量子理論，此后逐漸發(fā)展形成了如今的量子力學(xué)。 德布羅意于1923年提出微觀粒子具有波粒二象性的假說(shuō),成功解釋了一些經(jīng)典理論無(wú)法解釋的現(xiàn)象。 薛定諤在1926年首先提出了用于描述微觀粒子狀態(tài)隨時(shí)間變化的狀態(tài)的波函數(shù)所滿(mǎn)足的運(yùn)動(dòng)方程，即薛定諤方程，它是坐標(biāo)和時(shí)間的復(fù)函數(shù)。 海森伯在1927年首先提出了測(cè)不準(zhǔn)原理，成功得說(shuō)明了當(dāng)微觀粒子處于某一狀態(tài)時(shí)，它的力學(xué)量(如坐標(biāo)、動(dòng)量、角動(dòng)量、能量等)一般不

12、具有確定的數(shù)值，而具有一系列可能值，每個(gè)可能值以一定的幾率出現(xiàn)。當(dāng)粒子所處的狀態(tài)確定時(shí)，力學(xué)量具有某一可能值的幾率也就完全確定。而在同時(shí)，玻爾提出了并協(xié)原理，對(duì)量子力學(xué)給出了進(jìn)一步的闡釋。1417“波波”振動(dòng)的傳播振動(dòng)的傳播縱波縱波橫波橫波電磁波定義電磁波定義: : 是在真空或物質(zhì)中通過(guò)傳播電磁場(chǎng)的振動(dòng)是在真空或物質(zhì)中通過(guò)傳播電磁場(chǎng)的振動(dòng)而傳播電磁能量的波。而傳播電磁能量的波。電磁振蕩的傳播電磁振蕩的傳播v橫波：電磁場(chǎng)的電場(chǎng)橫波：電磁場(chǎng)的電場(chǎng)矢量和磁場(chǎng)矢量互相垂矢量和磁場(chǎng)矢量互相垂直，且都垂直于波的傳直，且都垂直于波的傳播方向。播方向。23v波動(dòng)性：電磁輻射以波動(dòng)的形式在空間傳播。波動(dòng)性：電磁

13、輻射以波動(dòng)的形式在空間傳播。v粒子性：以電磁波形式傳播出去的能量為粒子性：以電磁波形式傳播出去的能量為輻射能，其傳播表現(xiàn)即為光子組成的粒子流輻射能，其傳播表現(xiàn)即為光子組成的粒子流的運(yùn)動(dòng)。的運(yùn)動(dòng)。24：當(dāng)空間同時(shí)存在由兩個(gè)或兩個(gè)以上的波源產(chǎn)生的波時(shí)，每個(gè)波當(dāng)空間同時(shí)存在由兩個(gè)或兩個(gè)以上的波源產(chǎn)生的波時(shí)，每個(gè)波并不因其它的波的存在而改變其傳播規(guī)律，仍保持原有的頻率并不因其它的波的存在而改變其傳播規(guī)律，仍保持原有的頻率（或波長(zhǎng)）和振動(dòng)方向，按照自己的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)，而空（或波長(zhǎng)）和振動(dòng)方向，按照自己的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)，而空間相遇點(diǎn)的振動(dòng)的物理量則等于各個(gè)獨(dú)立波在該點(diǎn)激起的振動(dòng)間相遇點(diǎn)的振動(dòng)的物理量

14、則等于各個(gè)獨(dú)立波在該點(diǎn)激起的振動(dòng)的物理量之和。的物理量之和。：由疊加原理可知，當(dāng)兩列頻率、振動(dòng)方向相同，相位相同由疊加原理可知，當(dāng)兩列頻率、振動(dòng)方向相同，相位相同或相位差恒定的電磁波疊加時(shí)，在空間會(huì)出現(xiàn)某些地方的或相位差恒定的電磁波疊加時(shí)，在空間會(huì)出現(xiàn)某些地方的振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些地方的振動(dòng)始終減弱或完全抵消，振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些地方的振動(dòng)始終減弱或完全抵消，這種現(xiàn)象叫電磁波的這種現(xiàn)象叫電磁波的相干性相干性。沒(méi)有固定相位關(guān)系的兩列電。沒(méi)有固定相位關(guān)系的兩列電磁波疊加時(shí)，沒(méi)有一定的規(guī)律可循，這種現(xiàn)象叫電磁波的磁波疊加時(shí)，沒(méi)有一定的規(guī)律可循，這種現(xiàn)象叫電磁波的非相干性。非相干性。微波雷達(dá)圖象微波雷

15、達(dá)圖象就是利用電磁波的相干特性成像，正因就是利用電磁波的相干特性成像，正因?yàn)椴ǖ南喔尚?，圖像上會(huì)出現(xiàn)顆粒狀或斑點(diǎn)狀的特征。為波的相干性，圖像上會(huì)出現(xiàn)顆粒狀或斑點(diǎn)狀的特征。其它的遙感圖象是非相干波所形成的圖像。其它的遙感圖象是非相干波所形成的圖像。電磁波的衍射和偏振電磁波的衍射和偏振/hchvE/hP 動(dòng)量：P能量：Eh : 普朗克常數(shù)，6.62607551034 J sc : 光速； v : 頻率 能量和動(dòng)量是粒子屬性，頻率和波長(zhǎng)是波動(dòng)屬性。電磁波的粒子性目前遙感技術(shù)中通常采用的電磁波位于可見(jiàn)光、紅外和微波波譜區(qū)間。由于它們的波長(zhǎng)或頻率不同，不同電磁波又表現(xiàn)出各自的特性和特點(diǎn)?？梢?jiàn)光、紅外和微

16、波遙感，就是利用不同電磁波的特性。電磁波與地物相互作用特點(diǎn)與過(guò)程，是遙感成像機(jī)理探討的主要內(nèi)容。 電磁波譜 按電磁波波長(zhǎng)的長(zhǎng)短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。按電磁波波長(zhǎng)的長(zhǎng)短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。 依次為： 射線(xiàn)射線(xiàn)X X射線(xiàn)射線(xiàn)紫外線(xiàn)紫外線(xiàn)可見(jiàn)光可見(jiàn)光紅外線(xiàn)紅外線(xiàn)微波微波無(wú)線(xiàn)電波。無(wú)線(xiàn)電波。（波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)，頻率由高到低）（波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)，頻率由高到低） （1）電磁波譜電磁波譜遙感應(yīng)用的電磁波波譜段v紫外線(xiàn)：紫外線(xiàn)：波長(zhǎng)范圍為波長(zhǎng)范圍為0.010.010.38m0.38m，太陽(yáng)光譜中，只，太陽(yáng)光譜中，只有有0.30.30.38m0.38m波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感，波長(zhǎng)的光到達(dá)地

17、面，對(duì)油污染敏感，但探測(cè)高度在但探測(cè)高度在2000 m2000 m以下。以下。v可見(jiàn)光：可見(jiàn)光：波長(zhǎng)范圍：波長(zhǎng)范圍：0.380.380.76m0.76m，人眼對(duì)可見(jiàn)光有，人眼對(duì)可見(jiàn)光有敏銳的感覺(jué)，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。敏銳的感覺(jué)，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。v紅外線(xiàn)：紅外線(xiàn)：波長(zhǎng)范圍為波長(zhǎng)范圍為0.760.761000m1000m，根據(jù)性質(zhì)分為近，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。v微波：微波：波長(zhǎng)范圍為波長(zhǎng)范圍為1 1 mmmm1 m1 m，穿透性好，不受云霧的，穿透性好，不受云霧的影響影響。BACK遙感對(duì)地觀測(cè)遙感對(duì)地觀測(cè)名名 稱(chēng)稱(chēng)波長(zhǎng)范圍

18、波長(zhǎng)范圍紫外線(xiàn)紫外線(xiàn)0.001-0.380.001-0.38微米微米可見(jiàn)光可見(jiàn)光0.38-0.760.38-0.76微米微米紅外線(xiàn)紅外線(xiàn)近紅外近紅外0.76-3.00.76-3.0微米微米中紅外中紅外3.0-6.03.0-6.0微米微米遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外6-156-15微米微米超遠(yuǎn)紅外超遠(yuǎn)紅外15-100015-1000微米微米微微 波波毫米波毫米波1-101-10毫米毫米厘米波厘米波10-10010-100毫米毫米分米波分米波100-1000100-1000毫米毫米紫紫 0.38-0.430.38-0.43微米微米藍(lán)藍(lán) 0.43-0.470.43-0.47微米微米青青 0.47-0.500.47-

19、0.50微米微米綠綠 0.50-0.560.50-0.56微米微米黃黃 0.56-0.590.56-0.59微米微米橙橙 0.59-0.620.59-0.62微米微米紅紅 0.62-0.760.62-0.76微米微米遙遙感感使使用用的的電電磁磁波波范范圍圍 波長(zhǎng)：波長(zhǎng)：0.0010.38m 特征：特征：1.大氣對(duì)紫外線(xiàn)吸收較強(qiáng)；大氣對(duì)紫外線(xiàn)吸收較強(qiáng)； 2.能使溴化銀底片感光；能使溴化銀底片感光； 3.太陽(yáng)光譜中只有太陽(yáng)光譜中只有0.30.38m的的光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感 應(yīng)用：應(yīng)用：1.用于測(cè)定碳酸巖的分布用于測(cè)定碳酸巖的分布 2.用于油污的監(jiān)測(cè)用于油污的監(jiān)測(cè)紫外波段

20、波長(zhǎng)：波長(zhǎng)：0.380.76m特征：特征：1.由紅由紅,橙橙,黃黃,綠綠,青青,藍(lán)藍(lán),紫光組成；紫光組成； 2.人眼對(duì)可見(jiàn)光有敏銳的分辨率；人眼對(duì)可見(jiàn)光有敏銳的分辨率；是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。應(yīng)用：應(yīng)用：1.鑒別物質(zhì)特性的主要波段鑒別物質(zhì)特性的主要波段 2.以光學(xué)攝影或掃描方式接收和記以光學(xué)攝影或掃描方式接收和記錄地物對(duì)可見(jiàn)光的反射特征錄地物對(duì)可見(jiàn)光的反射特征可見(jiàn)光波段紅外波段微波波段二：物體的發(fā)射輻射二：物體的發(fā)射輻射45 輻射源：任何物體都是輻射源。不僅能夠吸收其他物體對(duì)它的輻射源：任何物體都是輻射源。不僅能夠吸收其他物體對(duì)它的輻射，也能夠向外（發(fā)出）輻射。

21、輻射，也能夠向外（發(fā)出）輻射。 遙感的輻射源可分自然電磁輻射源和人工電磁輻射源兩類(lèi)：遙感的輻射源可分自然電磁輻射源和人工電磁輻射源兩類(lèi)： （1 1）自然輻射源：有）自然輻射源：有被動(dòng)式遙感系統(tǒng)中重要的被動(dòng)式遙感系統(tǒng)中重要的自然輻射源自然輻射源) )和和（地球輻射可分為兩個(gè)部分：（地球輻射可分為兩個(gè)部分：短波（短波（0.30.32.5m2.5m）和長(zhǎng)波（）和長(zhǎng)波（6m 6m 以上）部分。）以上）部分。） （2 2）人工輻射源：）人工輻射源： 主動(dòng)遙感采用人工輻射源，是指人為主動(dòng)遙感采用人工輻射源，是指人為發(fā)射的具有一定波長(zhǎng)（或一定頻率）的波束。工作時(shí)接收地物發(fā)射的具有一定波長(zhǎng)（或一定頻率）的波束

22、。工作時(shí)接收地物散射該光束返回的后向反射信號(hào)強(qiáng)弱，從而探知地物或測(cè)距，散射該光束返回的后向反射信號(hào)強(qiáng)弱，從而探知地物或測(cè)距，稱(chēng)為雷達(dá)探測(cè)。雷達(dá)又可分為微波雷達(dá)和激光雷達(dá)。在微波遙稱(chēng)為雷達(dá)探測(cè)。雷達(dá)又可分為微波雷達(dá)和激光雷達(dá)。在微波遙感中，目前常用的主要為側(cè)視雷達(dá)。感中，目前常用的主要為側(cè)視雷達(dá)。輻射源輻射源（1）黑體輻射和實(shí)際物體輻射黑體輻射和實(shí)際物體輻射絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體 如果一個(gè)物體在任何溫度下對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁輻射如果一個(gè)物體在任何溫度下對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁輻射全部吸收（即吸收系數(shù)恒等于全部吸收（即吸收系數(shù)恒等于1 1），則這個(gè)物體稱(chēng)為絕對(duì)），則這個(gè)物體稱(chēng)為絕對(duì)黑體。黑體。 黑體是一個(gè)理想的輻射

23、體，黑體也是一個(gè)可以與任黑體是一個(gè)理想的輻射體，黑體也是一個(gè)可以與任何地物進(jìn)行比較的最佳輻射體。自然界中并不存在絕對(duì)何地物進(jìn)行比較的最佳輻射體。自然界中并不存在絕對(duì)黑體，實(shí)用的黑體是由人工方法制成的。黑體，實(shí)用的黑體是由人工方法制成的。黑體輻射黑體輻射 能夠在熱力學(xué)定律所允許的范圍內(nèi)，最大限度的把熱能夠在熱力學(xué)定律所允許的范圍內(nèi)，最大限度的把熱能轉(zhuǎn)換成輻射能的理想熱輻射體。它是在一切方向上都能轉(zhuǎn)換成輻射能的理想熱輻射體。它是在一切方向上都均等的輻射。均等的輻射。 式中，式中， 為普朗克常數(shù)，為普朗克常數(shù)，6.6266.6261010-34-34（J Js s）；）； 為光速，為光速，3 310

24、108 8（m ms s-1-1）；）； 為波爾茲曼常數(shù)，為波爾茲曼常數(shù)，1.381.381010-23-23（J JK K-1-1）；）； 為絕對(duì)溫度，為絕對(duì)溫度，（K K）；）； 為波長(zhǎng)（為波長(zhǎng)（m m）。）。 hcT112)(/52ThcehcTM，49 黑體輻射特性黑體輻射特性 （1）黑體輻射出射度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化，每條曲線(xiàn)只有一個(gè)最大值。 （2）溫度愈高，黑體的輻射出射度也愈大，不同溫度的曲線(xiàn)是不相交的。絕對(duì)黑體的總輻射出射度與黑體溫度的4次方成正比。（斯忒藩玻爾茲曼定律） （3）黑體輻射光譜中最強(qiáng)輻射的波長(zhǎng)與黑體絕對(duì)溫度成反比。（維恩位移定律）。隨著溫度的升高，輻射最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)

25、移向短波方向。23/10360. 1mWI大氣頂端接受太陽(yáng)能量56太陽(yáng)輻射：太陽(yáng)是被動(dòng)遙感主要的輻射源，又叫太陽(yáng)光，太陽(yáng)輻射：太陽(yáng)是被動(dòng)遙感主要的輻射源，又叫太陽(yáng)光，在大氣上界和海平面測(cè)得的太陽(yáng)輻射曲線(xiàn)在大氣上界和海平面測(cè)得的太陽(yáng)輻射曲線(xiàn)如圖所示如圖所示。 太陽(yáng)輻射（太陽(yáng)光譜）的主要特征太陽(yáng)輻射（太陽(yáng)光譜）的主要特征 (1)(1)太陽(yáng)輻射到達(dá)大氣層頂時(shí)與太陽(yáng)輻射到達(dá)大氣層頂時(shí)與60000K60000K黑體的輻射能特黑體的輻射能特征基本相同：輻射能的強(qiáng)度特征、輻射能隨波長(zhǎng)的分布特征。征基本相同：輻射能的強(qiáng)度特征、輻射能隨波長(zhǎng)的分布特征。 (2)(2)太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層到達(dá)地面后，被大氣反射、散太

26、陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層到達(dá)地面后，被大氣反射、散射和吸收強(qiáng)度有所減少，而且存在多個(gè)射和吸收強(qiáng)度有所減少，而且存在多個(gè)O O3 3、COCO2 2、H H2 2O O的吸收帶。的吸收帶。 (3)(3)在在0.30.470.30.47范圍內(nèi)，隨波長(zhǎng)的增加太陽(yáng)輻射能范圍內(nèi)，隨波長(zhǎng)的增加太陽(yáng)輻射能急劇增長(zhǎng)，最大輻射強(qiáng)度位于波長(zhǎng)急劇增長(zhǎng)，最大輻射強(qiáng)度位于波長(zhǎng)0.470.47左右；隨波長(zhǎng)的左右；隨波長(zhǎng)的繼續(xù)增大，太陽(yáng)輻射能逐漸減少，在中紅外波段，太陽(yáng)輻射繼續(xù)增大，太陽(yáng)輻射能逐漸減少，在中紅外波段，太陽(yáng)輻射能已相當(dāng)微弱。能已相當(dāng)微弱。 (4)(4)在在0.60.6附近有一個(gè)附近有一個(gè)O3O3的的吸收帶；在吸收帶；

27、在0.70.7、0.90.9、1.11.1附近有三個(gè)水汽的吸收帶、在附近有三個(gè)水汽的吸收帶、在1.41.4和和1.91.9附附近太陽(yáng)輻射能完全被吸收；近太陽(yáng)輻射能完全被吸收；CO2 CO2 的強(qiáng)吸收帶在的強(qiáng)吸收帶在2.72.7和和4.34.3附近。附近。 (5)(5)到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能43.5%43.5%集中在可見(jiàn)光波集中在可見(jiàn)光波段段,36.8%,36.8%集中在近紅外波段。集中在近紅外波段。地球的輻射源-地球輻射v地球輻射：地球表面和大氣電磁輻射的總稱(chēng)。v地球輻射是被動(dòng)遙感中傳遞地物信息的載體。v裝載在航天航空平臺(tái)上的遙感器，接受來(lái)自地球輻射攜帶的地物信息，經(jīng)過(guò)處理形

28、成遙感影像。 v太陽(yáng)輻射近似6000K的黑體輻射，能量集中在0.24um波段之間。（可見(jiàn)光和近紅外）v地球自身熱輻射近似300K的黑體輻射，能量集中在6.0um以上的波段。（熱紅外） v在0.32.5um波段（主要在可見(jiàn)光和近紅外波段），地表以反射太陽(yáng)輻射為主，地球自身的輻射可以忽略。即在該波段范圍內(nèi)，對(duì)地觀測(cè)遙感主要以太陽(yáng)的短波輻射對(duì)地表進(jìn)行探測(cè)和成像。v在2.56.0um波段（主要在中紅外波段），地表反射太陽(yáng)輻射和地球自身的熱輻射均為被動(dòng)遙感的輻射源。v在6.0um以上的熱紅外波段，以地球自身的熱輻射為主，地表反射太陽(yáng)輻射可以忽略。（熱紅外成像）地球輻射的特性地球輻射的分段特性了解地球輻射

29、的分段特性的意義v可見(jiàn)光和近紅外波段遙感圖像上的信息來(lái)自地物反射特性。v中紅外波段遙感圖像上，既有地表反射太陽(yáng)輻射的信息，也有地球自身的熱輻射的信息。v熱紅外波段遙感圖像上的信息來(lái)自地球自身的熱輻射特性。 66*多種氣體多種氣體*氣溶膠氣溶膠常定成分常定成分可變成分可變成分68氣體氣體氣溶膠氣溶膠懸浮于地球大氣之中具有一定穩(wěn)定性的，懸浮于地球大氣之中具有一定穩(wěn)定性的，沉降速度小的，尺度在沉降速度小的，尺度在10-3m10-3m到到10m10m的液態(tài)及固體粒子。的液態(tài)及固體粒子。氣溶膠的來(lái)源：氣溶膠的來(lái)源：煙囪的位置煙囪的位置7475 大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的衰減 太陽(yáng)輻射進(jìn)入地球之前必然通過(guò)大氣層，太

30、陽(yáng)輻射與大氣相互作用的結(jié)果，是使能量不斷減弱。約有30%被云層和其它大氣成分反射回宇宙空間；約有17%被大氣吸收，約有22%被大氣散射；而僅有31%的太陽(yáng)輻射能量到達(dá)地面。反射、散射和吸收作用共同衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分即為透過(guò)的部分，剩余強(qiáng)度越高，透過(guò)率越高。對(duì)遙感傳感器而言，透過(guò)率高的波段，才對(duì)遙感有意義。77 真正對(duì)電磁波起吸收作用的是一些非常少真正對(duì)電磁波起吸收作用的是一些非常少量的氣體，其中作用最為顯著的有：量的氣體，其中作用最為顯著的有：臭氧、二氧化碳、甲烷、水汽臭氧、二氧化碳、甲烷、水汽 液態(tài)水液態(tài)水83大氣中各種成分對(duì)太陽(yáng)輻射吸收的明顯特點(diǎn)，是大氣中各種成分對(duì)太陽(yáng)輻射吸收的明顯

31、特點(diǎn)，是吸收帶主要位于太陽(yáng)輻射的紫外和紅外區(qū)，而對(duì)吸收帶主要位于太陽(yáng)輻射的紫外和紅外區(qū)，而對(duì)可見(jiàn)光區(qū)基本上是透明的?？梢?jiàn)光區(qū)基本上是透明的。85 當(dāng)大氣中含有大量云、霧、小水滴時(shí)，由于當(dāng)大氣中含有大量云、霧、小水滴時(shí)，由于大氣散射使得可見(jiàn)光區(qū)也變成不透明了。不過(guò)大大氣散射使得可見(jiàn)光區(qū)也變成不透明了。不過(guò)大氣散射不同于吸收，它不會(huì)將輻射能轉(zhuǎn)變成質(zhì)點(diǎn)氣散射不同于吸收，它不會(huì)將輻射能轉(zhuǎn)變成質(zhì)點(diǎn)本身的內(nèi)能，而是只改變了電磁波傳播的方向。本身的內(nèi)能，而是只改變了電磁波傳播的方向。由于改變輻射方向，干擾了傳感器的接收，降低由于改變輻射方向，干擾了傳感器的接收，降低了遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成影像的模糊，影響遙感

32、了遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成影像的模糊，影響遙感資料的判讀。資料的判讀。 大氣散射作用是對(duì)太陽(yáng)輻射衰減的主要原因，大氣散射作用是對(duì)太陽(yáng)輻射衰減的主要原因，集中于太陽(yáng)輻射能量較強(qiáng)的可見(jiàn)光區(qū)。集中于太陽(yáng)輻射能量較強(qiáng)的可見(jiàn)光區(qū)。大氣的散射作用大氣的散射作用8990919294。9596 根據(jù)地物的光譜特性以及傳感器技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)地物的光譜特性以及傳感器技術(shù)的發(fā)展，目前主要使用（或試用）的探測(cè)波段如下：目前主要使用（或試用）的探測(cè)波段如下：v太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣并被地表反射（有用的）；v太陽(yáng)輻射被大氣散射后被地表反射（糾正后有用）；v太陽(yáng)輻射被大氣散射后直接進(jìn)入傳感器；v太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣被地物反射后又被地表發(fā)

33、射進(jìn)入傳感器；v被視場(chǎng)以外地物反射后進(jìn)入視場(chǎng)的交叉輻射項(xiàng)。 太陽(yáng)光在地氣系統(tǒng)的吸收、散射過(guò)程BACK對(duì)于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即為弱輻射體；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。 根據(jù)能量守恒定理，入射在地表面的輻射功率E等于吸收功率E、透射功率Er和反射功率E三個(gè)分量之和，即：等式兩邊分別除以E得：式中：為吸收率；為透射率；為反射率。對(duì)于不透射電磁波的物體可以得到三：地物的反射輻射三：地物的反射輻射鏡面反射示意圖鏡面反射示意圖106107 朗伯面：朗伯面：對(duì)于漫反射面，當(dāng)入射照度一定時(shí)，從任何角度觀察對(duì)于漫反射面，當(dāng)入射照度一定時(shí)，從任何角度觀察反射面，其反射亮度是一個(gè)常數(shù)，這種

34、反射面稱(chēng)朗伯面。反射面，其反射亮度是一個(gè)常數(shù)，這種反射面稱(chēng)朗伯面。把反射比為把反射比為1的朗伯面叫做理想朗伯面的朗伯面叫做理想朗伯面 。109 %1000PP 110111112114115。116117。118同類(lèi)地物的光譜相似，但隨著該地物的內(nèi)在差異而有所變化。同類(lèi)地物的光譜相似，但隨著該地物的內(nèi)在差異而有所變化。這種這種變化是由于多種因素造成的。如物質(zhì)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面光滑程度、變化是由于多種因素造成的。如物質(zhì)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面光滑程度、顆粒大小、幾何形狀、風(fēng)化程度、表面含水量及色澤等差別。顆粒大小、幾何形狀、風(fēng)化程度、表面含水量及色澤等差別。120121研究地物的光譜特性，還應(yīng)考慮

35、其時(shí)間特性和空間特研究地物的光譜特性，還應(yīng)考慮其時(shí)間特性和空間特性的變化。時(shí)間特性是指同一位置上的同一地物，由于時(shí)性的變化。時(shí)間特性是指同一位置上的同一地物，由于時(shí)間的推移，該地物在一段時(shí)間內(nèi)光譜特性的變化。空間特間的推移，該地物在一段時(shí)間內(nèi)光譜特性的變化?？臻g特性是指同一類(lèi)地物，由于其所處的地理位置不同，光譜特性是指同一類(lèi)地物，由于其所處的地理位置不同，光譜特性可能存在的一些差異和變化。性可能存在的一些差異和變化。遙感圖像上集中反映出各種地物或現(xiàn)象的遙感圖像上集中反映出各種地物或現(xiàn)象的光譜特性，并體現(xiàn)出其光譜特性的空間特性和光譜特性，并體現(xiàn)出其光譜特性的空間特性和時(shí)間特性的變化。因此，在遙感

36、圖像中識(shí)別地時(shí)間特性的變化。因此，在遙感圖像中識(shí)別地物和現(xiàn)象的屬性以及研究它們之間的關(guān)系和演物和現(xiàn)象的屬性以及研究它們之間的關(guān)系和演化變化規(guī)律時(shí)，必須首先了解和掌握地物的光化變化規(guī)律時(shí)，必須首先了解和掌握地物的光譜特性，以及它們空間和時(shí)間特性的變化。地譜特性，以及它們空間和時(shí)間特性的變化。地物光譜特性是進(jìn)行判讀、識(shí)別的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。物光譜特性是進(jìn)行判讀、識(shí)別的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。125126127128129 130131132 上圖為瀝青路在新舊時(shí)期的光譜曲線(xiàn)：對(duì)于瀝青路面，上圖為瀝青路在新舊時(shí)期的光譜曲線(xiàn)：對(duì)于瀝青路面，路面的粗糙新舊程度對(duì)于地面光譜反射率是有區(qū)別的，舊瀝路面的粗糙新舊程度對(duì)于地面光譜反射率是有區(qū)別的，舊瀝青路面反射率高于新瀝青路面反射率，由于新瀝青顏色較深，青路面反射率高于新瀝青路面反射率，由于新瀝青顏色較深，所以反射率比較低。所以反射率比較低。133 上圖為水泥地面在不同濕度下的光譜曲線(xiàn)：不同濕度對(duì)上圖為水泥地面在不同濕度下的光譜曲線(xiàn)：不同濕度對(duì)水泥地面反射率會(huì)有影響，越濕反射率越低，對(duì)于水泥道路，水泥地面反射率會(huì)有影響，越濕反射率越低，對(duì)于水泥道路，道路含水會(huì)使整個(gè)光譜反射率下降。但是波形整體上保持不道路含水會(huì)使整個(gè)光譜反射率下降。但是波形