第2章遙感的物理基礎(chǔ)

1、第第2 2章章 遙感的物理基礎(chǔ)遙感的物理基礎(chǔ) v 電磁波及其與地物的相互作用電磁波及其與地物的相互作用v 黑體輻射與實(shí)際物體輻射黑體輻射與實(shí)際物體輻射v 光色原理光色原理v 黑白影象和彩色影象記錄的原理黑白影象和彩色影象記錄的原理2.1 2.1 電磁波及其與地物的相互作用電磁波及其與地物的相互作用1、電磁波與電磁波譜、電磁波與電磁波譜2、電磁波在大氣傳輸中的影響、電磁波在大氣傳輸中的影響3、電磁波與地物的相互作用、電磁波與地物的相互作用4、地物的反射光譜特性及測(cè)量、地物的反射光譜特性及測(cè)量2.1.1 電磁波與電磁波譜2.1.1.12.1.1.1電磁波電磁波波：振動(dòng)在空間的傳播。如聲波、水波、地

2、震波等。波：振動(dòng)在空間的傳播。如聲波、水波、地震波等。 機(jī)械波：振動(dòng)的是彈性媒質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的位移矢量。機(jī)械波：振動(dòng)的是彈性媒質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的位移矢量。電磁波：電場(chǎng)矢量和磁場(chǎng)矢量在空間的傳播。電磁波：電場(chǎng)矢量和磁場(chǎng)矢量在空間的傳播。 ( (振源發(fā)出的電磁振動(dòng)在空間的傳播。振源發(fā)出的電磁振動(dòng)在空間的傳播。) )電場(chǎng)矢量電場(chǎng)矢量E E磁場(chǎng)矢量磁場(chǎng)矢量M M電磁波傳播方向電磁波傳播方向V V相互垂直相互垂直磁場(chǎng)電場(chǎng)磁場(chǎng)電場(chǎng)電磁波的傳輸滿足：電磁波的傳輸滿足：電磁波的產(chǎn)生電磁波的產(chǎn)生：當(dāng)電磁振蕩進(jìn)入空間時(shí)，：當(dāng)電磁振蕩進(jìn)入空間時(shí)，變化的磁場(chǎng)激發(fā)了變化的電場(chǎng)，變化的變化的磁場(chǎng)激發(fā)了變化的電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)激發(fā)了變化的

3、磁場(chǎng)，相互激發(fā)交替電場(chǎng)激發(fā)了變化的磁場(chǎng)，相互激發(fā)交替產(chǎn)生，形成電磁場(chǎng)。這種交變電磁場(chǎng)在產(chǎn)生，形成電磁場(chǎng)。這種交變電磁場(chǎng)在空間傳播，形成電磁能量的波，即電磁空間傳播，形成電磁能量的波，即電磁波。波。11，cv其中，其中，為物質(zhì)的介電常數(shù)，為物質(zhì)的介電常數(shù)，為物質(zhì)的磁導(dǎo)率。為物質(zhì)的磁導(dǎo)率。E=h*f 其中其中h h為普朗克常數(shù)為普朗克常數(shù)1 1） 不需要傳播介質(zhì)不需要傳播介質(zhì) 2 2） 橫波橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直 3 3） 波動(dòng)性波動(dòng)性：電磁波傳播到氣體、液體、固體介質(zhì)時(shí)，會(huì)電磁波傳播到氣體、液體、固體介質(zhì)時(shí)，會(huì) 發(fā)生反射、折射、吸收、透射等現(xiàn)象發(fā)生反射

4、、折射、吸收、透射等現(xiàn)象4 4） 粒子性粒子性：傳播過程中，若碰到會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，傳播過程中，若碰到會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，從而引起電磁波的強(qiáng)度、方向等發(fā)生改變。從而引起電磁波的強(qiáng)度、方向等發(fā)生改變。 5 5） 疊加原理（干涉疊加原理（干涉InterferenceInterference和和衍射衍射Diffraction）：兩列以上的波在同一空間傳播時(shí)，空間質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)表兩列以上的波在同一空間傳播時(shí)，空間質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)表現(xiàn)為各單列波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的矢量合成。現(xiàn)為各單列波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的矢量合成。 6） 偏振偏振(Polarization)（遙感器的幾何圖象分辨率，波遙感器的幾何圖象分辨率，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，偏振現(xiàn)象越顯著，偏振

5、攝影和雷達(dá)成像）長(zhǎng)越長(zhǎng)，偏振現(xiàn)象越顯著，偏振攝影和雷達(dá)成像）2.1.1.2 2.1.1.2 電磁波的性質(zhì)電磁波的性質(zhì) 波函數(shù)波函數(shù)( () )由振幅由振幅(A)(A)和位相組成，一般遙感和位相組成，一般遙感器僅僅記錄電磁波的振幅信息，丟失位相信息。器僅僅記錄電磁波的振幅信息，丟失位相信息。全息攝影中，同時(shí)記錄了振幅信息和位相信息。全息攝影中，同時(shí)記錄了振幅信息和位相信息。 遙感記錄的電磁波信息遙感記錄的電磁波信息)sin(kxtA2.1.1.3 電磁波譜電磁波譜(1)按照電磁波的波長(zhǎng)（頻率的大?。╅L(zhǎng)短，依次排列制按照電磁波的波長(zhǎng)（頻率的大?。╅L(zhǎng)短，依次排列制成的圖表，稱為電磁波譜。成的圖表，稱

6、為電磁波譜。 : The spectrum are conventionally divided into various parts as shown below:1 nm = 10-3 m = 10-7 cm = 10-9 m1 m = 10-3 mm = 10-4 c m = 10-6 m1 = 10-10 m補(bǔ)充：長(zhǎng)度單位換算補(bǔ)充：長(zhǎng)度單位換算2.1.1.3 電磁波譜（電磁波譜（2）無線電波無線電波：電磁振蕩電磁振蕩紅外線、可見光、紫外線、紅外線、可見光、紫外線、X X射線等由分子、原射線等由分子、原子、核子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變或能級(jí)躍遷子、核子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變或能級(jí)躍遷。紫外線紫外線 （

7、0.010.010.40.4微米）微米），碳酸鹽巖，油污，碳酸鹽巖，油污可見光可見光 （0.40.40.760.76微米）微米），人眼、單色、全色，人眼、單色、全色紅外線紅外線 （0.760.7610001000微米）微米）微微 波波 （1 110001000毫米）毫米）。4 4個(gè)優(yōu)點(diǎn)。個(gè)優(yōu)點(diǎn)。共性：傳播速度相同共性：傳播速度相同, ,遵守相同的反射、折射、透射、吸遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律收和散射定律2.1.1.42.1.1.4電磁輻射源與電磁輻射的度量電磁輻射源與電磁輻射的度量輻射源輻射源: :能夠向外輻射電磁波的物體。任何物能夠向外輻射電磁波的物體。任何物 體都是輻射源，

8、它既可能自身發(fā)射能體都是輻射源，它既可能自身發(fā)射能 量，又可能被外部能源激發(fā)而輻射能量，又可能被外部能源激發(fā)而輻射能 量。量。人工輻射源人工輻射源人為發(fā)射，如雷達(dá)（微波雷達(dá)輻射人為發(fā)射，如雷達(dá)（微波雷達(dá)輻射 源，激光雷達(dá)輻射源）源，激光雷達(dá)輻射源）太陽輻射太陽輻射可見光及近紅外遙感可見光及近紅外遙感 的重要輻射源的重要輻射源自然輻射源自然輻射源地球電磁輻射地球電磁輻射遠(yuǎn)紅外遙感的輻射源遠(yuǎn)紅外遙感的輻射源輻射能量（輻射能量（W W）：）：電磁輻射的能量，單位：電磁輻射的能量，單位：J J輻射通量（輻射通量（Radiant flux)Radiant flux)（）：?jiǎn)挝粫r(shí)間：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過某一面積

9、的輻射能量，內(nèi)通過某一面積的輻射能量，=Dw/dt=Dw/dt，單位，單位是瓦（是瓦（w w）輻射通量密度輻射通量密度( (Radiant exitance)（E E）：?jiǎn)挝粫r(shí)：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過單位面積上的輻射能量，間通過單位面積上的輻射能量，E=d /dsE=d /ds，單位單位：w/mw/m2 2 ，S S為面積為面積電磁輻射的量測(cè)（電磁輻射的量測(cè)（1 1）輻照度（輻照度（I I）：被輻射物體表面單位面積上的：被輻射物體表面單位面積上的輻射通量，輻射通量，I=I=E=d /dsE=d /ds，單位單位：w/mw/m2 2 ，S S為為面積面積輻射出射度（輻射出射度（M M ）：輻射源物體表面單

10、位面：輻射源物體表面單位面積上的輻射通量，積上的輻射通量，M=M=E=d /dsE=d /ds，單位單位：w/mw/m2 2 ，S S為面積為面積輻射亮度（輻射亮度（L L）：面狀輻射源在某一方向，單：面狀輻射源在某一方向，單位投影表面，單位立體角內(nèi)輻射通量，即位投影表面，單位立體角內(nèi)輻射通量，即)(AcosL輻射的量測(cè)（輻射的量測(cè)（2 2）大氣成份大氣成份 大氣主要由氣體分子、懸浮的微粒、水大氣主要由氣體分子、懸浮的微粒、水 蒸氣、水滴等組成。蒸氣、水滴等組成。 氣體：氣體：N N2 2，O O2 2，H H2 2O O，COCO2 2，COCO，CHCH4 4，O O3 3 懸浮微粒：塵埃

11、、氣溶膠、小水滴等懸浮微粒：塵埃、氣溶膠、小水滴等大大氣氣分分層層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)均勻?qū)?，?duì)太陽輻射均勻?qū)?，?duì)太陽輻射的相互作用是太陽能的相互作用是太陽能衰減的主要原因衰減的主要原因。從地面到大氣上界，大氣的結(jié)構(gòu)分層為：從地面到大氣上界，大氣的結(jié)構(gòu)分層為：對(duì)流層對(duì)流層(Troposphere)(Troposphere)：高度在：高度在7 712 km,12 km,溫度溫度隨高度而降低，天氣變化頻繁，航空遙感主要隨高度而降低，天氣變化頻繁，航空遙感主要在該層內(nèi)。在該層內(nèi)。平流層平流層(Stratosphere)(Stratosphere)：高度在：高度在121250 km50 km，底，底部為同溫層（航

12、空遙感活動(dòng)層），同溫層以上，部為同溫層（航空遙感活動(dòng)層），同溫層以上，溫度由于臭氧層對(duì)紫外線的強(qiáng)吸收而逐漸升高。溫度由于臭氧層對(duì)紫外線的強(qiáng)吸收而逐漸升高。電離層：高度在電離層：高度在50501 000 km1 000 km，大氣中的，大氣中的O O2 2、N N2 2受紫外線照射而電離，對(duì)遙感波段是透明的，受紫外線照射而電離，對(duì)遙感波段是透明的，是陸地衛(wèi)星活動(dòng)空間。是陸地衛(wèi)星活動(dòng)空間。大氣外層：大氣外層：80080035 000 km ,35 000 km ,空氣極稀薄，對(duì)空氣極稀薄，對(duì)衛(wèi)星基本上沒有影響。衛(wèi)星基本上沒有影響。2.1.2.12.1.2.1散射作用散射作用 太陽輻射通過大氣層時(shí)，

13、受到大氣中氣體分子的太陽輻射通過大氣層時(shí)，受到大氣中氣體分子的散射和大氣中固體、微粒、液體的散射。散射和大氣中固體、微粒、液體的散射。Scattering: The redirection of EM energy by the suspended particles in the air.散射：懸浮在空氣中的粒子（分子、塵埃、煙塵、水滴等直徑散射：懸浮在空氣中的粒子（分子、塵埃、煙塵、水滴等直徑不同的粒子）引起電磁波能量方向的改變。不同的粒子）引起電磁波能量方向的改變。dp l lNon-selective scattering Sn非選擇性散射非選擇性散射散射的類型散射的類型1 1 瑞利（

14、瑞利（Rayleigh） 散射散射質(zhì)點(diǎn)的直徑質(zhì)點(diǎn)的直徑 d (d (電磁波波長(zhǎng)電磁波波長(zhǎng)) )時(shí)，一般認(rèn)為時(shí)，一般認(rèn)為（d /10d d ）, , 散射率散射率與波長(zhǎng)沒有關(guān)系與波長(zhǎng)沒有關(guān)系 1)(l人看到的云和霧是白色的，就是非選擇性散射的結(jié)果人看到的云和霧是白色的，就是非選擇性散射的結(jié)果 散射類型散射類型引起的顆粒種類引起的顆粒種類顆粒大小顆粒大小(與與l l比較比較)與波長(zhǎng)的關(guān)系與波長(zhǎng)的關(guān)系(正比正比)瑞利瑞利氣體分子氣體分子0.1l l-4米氏米氏氣溶膠（煙、氣溶膠（煙、霾）霾）0.1-10l l0l l-4非選擇非選擇塵埃、霧、云塵埃、霧、云10l l0 各種散射及其與波長(zhǎng)的關(guān)系各種散

15、射及其與波長(zhǎng)的關(guān)系 2.1.2.2 吸收作用吸收作用大氣吸收電磁輻射的主要物質(zhì)是：水、二氧化碳和大氣吸收電磁輻射的主要物質(zhì)是：水、二氧化碳和臭氧。臭氧。水：分為氣態(tài)水和液態(tài)水水：分為氣態(tài)水和液態(tài)水 水汽吸收電磁輻射的波段范圍較寬，從可見光、紅水汽吸收電磁輻射的波段范圍較寬，從可見光、紅外直至微波，都有水汽的吸收帶。外直至微波，都有水汽的吸收帶。 液態(tài)水的吸收更強(qiáng)，主要在長(zhǎng)波方向。液態(tài)水的吸收更強(qiáng)，主要在長(zhǎng)波方向。二氧化碳二氧化碳 主要在紅外區(qū)。主要在紅外區(qū)。1.351.352.852.85m m 之間有之間有3 3個(gè)弱吸收帶，個(gè)弱吸收帶，2.72.7，4.34.3， 14.5 14.5 m m

16、 為強(qiáng)吸收帶。為強(qiáng)吸收帶。臭氧臭氧 紫外線紫外線其它吸收電磁波的物質(zhì)其它吸收電磁波的物質(zhì) 氧氣主要吸收波長(zhǎng)小于氧氣主要吸收波長(zhǎng)小于0.20.2m m的，的， 塵埃吸收作用很少。塵埃吸收作用很少。 2.1.2.3 反射作用反射作用主要是大氣中的云層，大的塵埃。主要是大氣中的云層，大的塵埃。 云量越多、云層越云量越多、云層越厚，厚， 反射越強(qiáng)。反射越強(qiáng)。 100100， 大氣吸收大氣吸收1515， 散射和反射散射和反射4242，其余，其余4343 太陽輻射到達(dá)地面。太陽輻射到達(dá)地面。 又一說：又一說：100100， 大氣吸收大氣吸收1717， 散射散射2222，反，反射射3030，其余，其余313

17、1 太陽輻射到達(dá)地面。太陽輻射到達(dá)地面。 Wavelengths that we can use most effectively 2.1.2.4 大氣窗口大氣窗口大氣窗口：電磁波在大氣傳輸過程中吸收和散射很小，大氣窗口：電磁波在大氣傳輸過程中吸收和散射很小，透射率很高的波段。透射率很高的波段。 要獲得地面的信息，必須在大氣窗口中選擇遙感波段。要獲得地面的信息，必須在大氣窗口中選擇遙感波段。 大氣窗口解釋大氣窗口解釋1 1）0.30.31.31.3m m：包括全部可見光（包括全部可見光（9595），部分紫外光），部分紫外光（7070），部分近紅外光（），部分近紅外光（8080）。）。攝影和掃描

18、成像的方式在白天感測(cè)和記錄目標(biāo)電磁攝影和掃描成像的方式在白天感測(cè)和記錄目標(biāo)電磁波輻射信息。波輻射信息。2 2）1.51.52.82.8m m：近紅外窗口，：近紅外窗口，60609595，掃描成像，掃描成像，白天記錄白天記錄3 3）3.53.55.55.5m m：中紅外窗口，：中紅外窗口，60607070，白天夜間，白天夜間，掃描成像記錄掃描成像記錄4 4）8 814 14 m m：遠(yuǎn)紅外窗口，超過：遠(yuǎn)紅外窗口，超過8080，夜間，掃描記錄，夜間，掃描記錄5 5）0.8-2.5cm0.8-2.5cm：微波窗口，：微波窗口， 白天夜間，掃描記錄。白天夜間，掃描記錄。 遙感應(yīng)用的電磁波波譜段v紫外線

19、：紫外線：波長(zhǎng)范圍為波長(zhǎng)范圍為0.010.010.38m0.38m，太陽光，太陽光譜中，只有譜中，只有0.30.30.38m0.38m波長(zhǎng)的光到波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感，但探測(cè)高度達(dá)地面，對(duì)油污染敏感，但探測(cè)高度在在2000 m2000 m以下。以下。v可見光：可見光：波長(zhǎng)范圍：波長(zhǎng)范圍：0.380.380.76m0.76m，人眼對(duì)，人眼對(duì) 可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。用中的重要波段。v紅外線紅外線：波長(zhǎng)范圍為波長(zhǎng)范圍為0.760.761000m1000m，根據(jù)性質(zhì)，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅

20、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 mm1 mm1 m1 m，穿透性好，不，穿透性好，不受云霧的影響受云霧的影響。2.1.3 2.1.3 電磁波與地物的相互作用電磁波與地物的相互作用 地物的發(fā)射波譜地物的發(fā)射波譜 地物的透射波譜地物的透射波譜 地物的反射波譜地物的反射波譜 電磁波與地面物體相互作用過程中，會(huì)出電磁波與地面物體相互作用過程中，會(huì)出現(xiàn)三種情況：反射、吸收、透射，遵守能量守現(xiàn)三種情況：反射、吸收、透射，遵守能量守恒定律恒定律。能量被反射、吸收和透射的比例會(huì)隨地物能量被反射、吸收和透射的比例會(huì)隨地物類型的不同而變化。類型的不同而變化。即便是同一地物類型，反射、吸收和透射

21、即便是同一地物類型，反射、吸收和透射能量的比例也會(huì)隨波長(zhǎng)的變化而變化能量的比例也會(huì)隨波長(zhǎng)的變化而變化。)()()()(llllTARIEEEE1)()()(lllTAR1 1 地物吸收（發(fā)射）光譜地物吸收（發(fā)射）光譜 地物的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律，稱為地地物的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律，稱為地物的發(fā)射光譜。地物發(fā)射率的不同是紅外遙物的發(fā)射光譜。地物發(fā)射率的不同是紅外遙感技術(shù)的重要依據(jù)。感技術(shù)的重要依據(jù)。2 2 地物的透射光譜地物的透射光譜透射物體：具有透射一定波長(zhǎng)電磁波能力的物體。透射物體：具有透射一定波長(zhǎng)電磁波能力的物體。透射率（透射率（） ：入射光透過物體的能量與入射總能：入射光透過物體的能量

22、與入射總能 量之比。量之比。舉例：舉例：1 1）水體在藍(lán)綠波段，混水）水體在藍(lán)綠波段，混水1-21-2米，一般水體米，一般水體10-2010-20米。米。2 2）微波對(duì)地物具有明顯的透射能力，由入射波的波長(zhǎng)）微波對(duì)地物具有明顯的透射能力，由入射波的波長(zhǎng)決定。決定。3 3 地物的反射光譜地物的反射光譜v反射率：物體反射的輻射能量占總?cè)肷淠芊瓷渎剩何矬w反射的輻射能量占總?cè)肷淠芰康陌俜直攘康陌俜直葀地物反射光譜曲線：是指地物的反射率隨地物反射光譜曲線：是指地物的反射率隨波長(zhǎng)的變化而變化的曲線圖。通常用平面波長(zhǎng)的變化而變化的曲線圖。通常用平面坐標(biāo)曲線表示，橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)坐標(biāo)曲線表示，橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)，縱

23、坐，縱坐標(biāo)表示反射率標(biāo)表示反射率。1 1）鏡面反射）鏡面反射2 2）漫反射（朗伯反射）漫反射（朗伯反射）3 3）有向反射）有向反射4 4）混合反射）混合反射根據(jù)物體表面的粗糙程度，反射可分為：根據(jù)物體表面的粗糙程度，反射可分為：反射分類圖示反射分類圖示(a) (a) 鏡面反射鏡面反射(b) b) 漫反射（朗伯反射）漫反射（朗伯反射）(c) c) 有向反射有向反射(d) (d) 混合反射混合反射1) 1) 鏡面反射鏡面反射2) 2) 朗伯反射朗伯反射朗伯定律：漫反射的反射輻射亮度（單位面積單位朗伯定律：漫反射的反射輻射亮度（單位面積單位立體角內(nèi)的輻射通量）和觀察方向與表面法線夾角立體角內(nèi)的輻射通

24、量）和觀察方向與表面法線夾角的余弦成正比。的余弦成正比。cos0BB 航天遙感中，地球表面相對(duì)于遙感器的高度，近似航天遙感中，地球表面相對(duì)于遙感器的高度，近似視為朗伯面。視為朗伯面。3) 3) 有向反射有向反射4) 4) 混合反射混合反射一部分鏡面反射，一部分朗伯反射。一部分鏡面反射，一部分朗伯反射。有向反射有向反射比較復(fù)雜，反射率是入射角、反射角、入比較復(fù)雜，反射率是入射角、反射角、入射方位角、反射方位角的函數(shù)。射方位角、反射方位角的函數(shù)。)()(),(sZsEsiZiMisZiZs有向反射和混合反射與電磁波的入射方向和觀察有向反射和混合反射與電磁波的入射方向和觀察方向有關(guān)，在航空遙感中具有

25、重要意義。方向有關(guān)，在航空遙感中具有重要意義。 常見地物的反射波譜曲線常見地物的反射波譜曲線1) 1) 白橡樹不同生長(zhǎng)期的反射光譜曲線白橡樹不同生長(zhǎng)期的反射光譜曲線2) 2) 不同健康狀態(tài)松樹的反射光譜曲線不同健康狀態(tài)松樹的反射光譜曲線3) 3) 不同植被的反射光譜曲線不同植被的反射光譜曲線土壤、植被和水的典型反射光譜曲線土壤、植被和水的典型反射光譜曲線(Lillesand(Lillesand and Kiefer, 1994) and Kiefer, 1994)v2.2.12.2.1黑體輻射黑體輻射v2.2.22.2.2實(shí)際物體的輻射實(shí)際物體的輻射v2.2.32.2.3太陽輻射太陽輻射v2.

26、2.42.2.4地物的熱輻射地物的熱輻射 2.2黑體輻射與實(shí)際物體輻射黑體輻射與實(shí)際物體輻射黑體：對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁輻射全部吸收的物體。黑體：對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁輻射全部吸收的物體。對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射，反射率和透射率都等于對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射，反射率和透射率都等于0 0。 吸收系數(shù)吸收系數(shù) （ ，T T）=100%=100% 反射系數(shù)反射系數(shù) （ ，T T）=0%=0%黑體是一種理想的吸收體，自然界沒有真正的黑黑體是一種理想的吸收體，自然界沒有真正的黑體。體。 黑色的煙煤黑色的煙煤 （ ，T T）=99%=99%2.2.1 2.2.1 黑體輻射黑體輻射人工制造的接近黑體的吸收體人工制造的接近黑體的吸收體n

27、1005n n次反射后出射光線幾乎等于次反射后出射光線幾乎等于0 0黑體輻射的定律黑體輻射的定律普朗克公式普朗克公式斯蒂芬玻爾茲曼定律斯蒂芬玻爾茲曼定律維恩位移定律維恩位移定律描述黑體輻射通量密度與溫度、波長(zhǎng)分布的描述黑體輻射通量密度與溫度、波長(zhǎng)分布的關(guān)系。關(guān)系。1 普朗克公式普朗克公式) 1(2),(5kThc2bechTMlllh h: : 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)6.62607556.6260755* *1010-34-34 W Ws s2 2k k: : 玻爾茲曼常數(shù)，玻爾茲曼常數(shù)，k=1.380658k=1.380658* *1010-23 -23 W Ws sK K-1-1 c: c:

28、 光速光速; : ; : 波長(zhǎng)（波長(zhǎng)（mm）; T: ; T: 絕對(duì)溫度（絕對(duì)溫度（K K） 變化特點(diǎn)：變化特點(diǎn)：(1) (1) 輻射通量密度輻射通量密度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化，隨波長(zhǎng)連續(xù)變化，只有一個(gè)最大值；只有一個(gè)最大值；(2) (2) 溫度越高，輻溫度越高，輻射通量密度越大，射通量密度越大，不同溫度的曲線不不同溫度的曲線不相交；相交；(3) (3) 隨溫度升高，隨溫度升高，輻射最大值向短波輻射最大值向短波方向移動(dòng)。方向移動(dòng)。圖示普朗克公式圖示普朗克公式黑體輻射黑體輻射斯蒂芬玻爾茲曼定律斯蒂芬玻爾茲曼定律 對(duì)普朗克定律在全波段內(nèi)積分，得到斯蒂芬玻爾對(duì)普朗克定律在全波段內(nèi)積分，得到斯蒂芬玻爾茲曼定律

29、。輻射通量密度隨溫度增加而迅速增加，與溫茲曼定律。輻射通量密度隨溫度增加而迅速增加，與溫度的度的4 4次方成正比。次方成正比。TM4: 斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)，斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)，= 5.6697108 8 W m-2 K-4 紅外裝置測(cè)試溫度的理論根據(jù)。紅外裝置測(cè)試溫度的理論根據(jù)。維恩位移定律維恩位移定律bT maxlb b : : 常數(shù)，常數(shù)，2897.82897.80.4 m0.4 m K K高溫物體發(fā)射較短的電磁波，低溫物體發(fā)射較長(zhǎng)的高溫物體發(fā)射較短的電磁波，低溫物體發(fā)射較長(zhǎng)的電磁波。常溫（如人體電磁波。常溫（如人體300K300K左右，發(fā)射電磁波的峰左右，發(fā)射電磁波的峰值波長(zhǎng)值波長(zhǎng)9.6

30、6m 9.66m ）針對(duì)要探測(cè)的目標(biāo)，選擇最佳的遙感波段和傳感器。針對(duì)要探測(cè)的目標(biāo)，選擇最佳的遙感波段和傳感器。2.2.22.2.2實(shí)際物體的輻射實(shí)際物體的輻射對(duì)于一般物體而言，需要引入發(fā)射率（熱輻射率、對(duì)于一般物體而言，需要引入發(fā)射率（熱輻射率、比輻射率），表明物體的發(fā)射本領(lǐng)。比輻射率），表明物體的發(fā)射本領(lǐng)。),(),(),(TMTMTblll非黑體的輻射通量密度與同一溫度下黑體輻射通量密度的比值。非黑體的輻射通量密度與同一溫度下黑體輻射通量密度的比值。 發(fā)射率與物質(zhì)種類、表面狀態(tài)、溫度等有關(guān)，還與波長(zhǎng)發(fā)射率與物質(zhì)種類、表面狀態(tài)、溫度等有關(guān)，還與波長(zhǎng)有關(guān)。按照發(fā)射率與波長(zhǎng)的關(guān)系，輻射源可以分

31、為：有關(guān)。按照發(fā)射率與波長(zhǎng)的關(guān)系，輻射源可以分為：1 1）黑體）黑體2 2）灰體）灰體3 3）選擇性輻射體）選擇性輻射體一般輻射體和發(fā)射率一般輻射體和發(fā)射率基爾霍夫定律基爾霍夫定律 給定溫度下，任何地物的輻射通量密度給定溫度下，任何地物的輻射通量密度M M與吸與吸收率收率之比是常數(shù)，即等于同溫度下黑體的輻射之比是常數(shù)，即等于同溫度下黑體的輻射通量密度。通量密度。),(),(),(TMTMTblll 發(fā)射率等于吸收率。好的吸收體也是好的發(fā)發(fā)射率等于吸收率。好的吸收體也是好的發(fā)射體，如果不吸收某些波長(zhǎng)的電磁波，也不發(fā)射射體，如果不吸收某些波長(zhǎng)的電磁波，也不發(fā)射該波長(zhǎng)的電磁波。該波長(zhǎng)的電磁波。2.3

32、 2.3 太陽輻射太陽輻射太陽太陽大氣大氣 位置位置 溫度溫度 厚度厚度 輻射特點(diǎn)輻射特點(diǎn) 輻射的光譜輻射的光譜 光球?qū)?內(nèi)4300-7500300km 連續(xù)輻射 可見光和紅外 色球?qū)?中7000-8000km 線狀輻射無線厘米波 日冕層 外形狀多變，厚度不定，一般太陽直徑的4-5倍 連續(xù)輻射米波 太陽輻射及其能量分布太陽輻射及其能量分布1 1）5900K5900K的黑體輻射。的黑體輻射。2 2）短波輻射（太陽輻射總能量的）短波輻射（太陽輻射總能量的4040集中于集中于0.380.380.760.76m m的可見光范圍內(nèi)）的可見光范圍內(nèi)） 太陽常數(shù)太陽常數(shù)太陽常數(shù)：當(dāng)太陽至地球的距離處于平太陽

33、常數(shù)：當(dāng)太陽至地球的距離處于平均距離時(shí)，太陽輻射到達(dá)地球大氣層的均距離時(shí)，太陽輻射到達(dá)地球大氣層的上界的輻射通量密度（上界的輻射通量密度（1.95W/cm1.95W/cm2 2 minmin）太陽輻射經(jīng)大氣衰減圖太陽輻射經(jīng)大氣衰減圖其中， ：太陽輻射通過的大氣路程，與太陽高度角有關(guān)：衰減因子，：大氣對(duì)太陽輻射的吸收率和散射率，是電磁波波長(zhǎng)（頻率）的函數(shù)。 大氣對(duì)太陽輻射的衰減大氣對(duì)太陽輻射的衰減反射吸收散射exEE000 x,0太陽輻射衰減的原因： 2.4 2.4 地球輻射地球輻射2.32.3光色原理光色原理v光和顏色光和顏色v顏色的度量顏色的度量v色彩合成色彩合成v加色法與減色法加色法與減色法1 1三原色與加色法三原色與加色法2 2色度圖色度圖3 3減色法減色法一、彩色合成一、彩色合成為了充分利用色彩在遙感圖像判讀和信為了充分利用色彩在遙感圖像判讀和信息提取中的優(yōu)勢(shì)，常常利用彩色合成的息提取中的優(yōu)勢(shì)，常常利用彩色合成的方法對(duì)多光譜圖像進(jìn)行處理，以得到彩方法對(duì)多光譜圖像進(jìn)行處理，以得到彩色圖像。色圖像。 彩色圖像可以分為真彩色圖像和假彩色彩色圖像可以分為真彩色圖像和假彩色圖像。圖像。真彩色合成示意圖真彩色合成示意圖彩色合成的原理圖彩色合成的原理圖真彩色圖像真彩色圖像真彩色圖像上影像的顏色與地物顏色基本一致。真彩色圖像上影像的顏色與地物顏色基本一致。利用數(shù)字技術(shù)合成真彩