遥感物理基础 第2章：电磁辐射与地物光谱特征

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1、第二章：电磁辐射与地物光谱特征Bykerimjan实习软件：Envi4.0forwin98/winxp/win20001上节回顾（2）1遥感与遥感技术的概念2遥感技术的发展情况3遥感技术分类4遥感技术的历史5遥感技术的特点6当前遥感技术发展趋势2遥感物理基础1电磁波和电磁波谱2电磁波辐射源3太阳辐射和大气对太阳辐射的作用4地物波谱特征31电磁波和电磁波谱1.1.1电磁波波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。机械波：振动的是弹性媒质中质点的位移矢量。电磁波：电场矢量和磁场矢量在空间的传播。1887年由赫兹试验证实41.1.1电磁波51.1.1电磁

2、波振幅角频率时间变量时空周期性函数：1）时间周期：周期(T)或者频率(ν)，νT=12）空间周期性：波长(λ)或者波数（N），λN=1圆波数空间变量初位相2πN=2π/λ2πv=2π/T61）不需要传播介质2）横波3）波动性4）粒子性5）叠加原理6）相干性和非相干性（4个条件）7）衍射和偏振（遥感器的几何图象分辨率，波长越长，偏振现象越显著，偏振摄影和雷达成像）8）多谱勒效应（合成孔径侧视雷达）1.1.2电磁波的特点和遥感意义7动量：P能量：Eh:普朗克常数，6.6260755×10－34Jsc:光速；v:频率能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。

3、可见光，红外线；微波和无线电波；紫外线和X射线Y射线。电磁波的粒子性8电磁波的叠加原理当两列波在同一空间传播时，空间上各点的振动为各列波单独振动的合成。任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电磁波；比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波。（白光的色散和合成，计算机显示器的工作原理，混合像元的分解）9电磁波的衍射电磁波遇到有限大小的障碍物时，能够绕过障碍物而弯曲地向障碍物地后面传播。把这种通过障碍物边缘改变传播方向地现象，称为电磁波的衍射。1）菲涅耳衍射：入射光与衍射光不都是平行光的衍射。2）夫琅禾费衍射：入射光与衍射光都是平行光的衍射。夫琅禾费衍射

4、图案10电磁波的衍射－夫琅禾费圆孔衍射艾里斑半角宽:11电磁波的衍射－瑞利准则最小分辨角:d物镜的有效孔径“恰能分辨”的两个点光源的两衍射图样中心之间的距离，应等于艾里斑的半径。12电磁波的偏振电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝地振动分量，称为电磁破的偏振。偏振光，非偏振光，部分偏振偏振现象说明：？？13电磁波的多普勒效应电磁波因辐射源（或者观察者）相对于传播介质的运动，而使观察者接受到的频率发生变化，这种现象称为多普勒效应。1842年，奥地利物理学家多普勒研究声波时发现。合成孔径雷达的工作原理14波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波

5、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。1.1.3遥感记录的电磁波信息151.2电磁波谱定义：按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列成的图表，称为电磁波谱。16可见光波长范围大约为400nm(紫色)~700nm(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：610~700nm橙：590~610nm黄：570~590nm绿：500~570nm青：450~500nm蓝：430~450nm紫：400~430nm17红外波段波长范围0.7~300μm，可进一步划分为如下波段：NIR和SWIR也称为反射红外，因为在地

6、球表面反射的太阳辐射中，主要的红外成分为NIR和SWIR。而MWIR和LWIR也称为热红外。近红外(NIR)：0.7~1.5μm短波红外(SWIR)：1.5~3μm中波红外(MWIR)：3~8μm长波红外(LWIR)：8~15μm远红外(FIR)：大于15μm18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)P波段：0.3~1GHz(30~100cm)L波段：1~2GHz(15~30cm)S波段：2~4GHz(7.5~15cm)C波段：4~8GHz(3.8~7.5cm)X波段：8~12.5GHz(2.4~3.

7、8cm)Ku波段：12.5~18Ghz(1.7~2.4cm)K波段：18~26.5Ghz(1.1~1.7cm)Ka波段：26.5~40Ghz(0.75~1.1cm)19各种电磁波的特点201.2电磁波谱（2）不同点：传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同。共性：传播速度相同遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律都是横波，遵循横波的一切特性212电磁波辐射源2.1黑体辐射2.2黑体辐射定律2.3一般辐射体和发射率2.4基尔霍夫定律22黑体：对任何波长的辐射，反射率和透射率都等于0。黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。人工制造的接近黑体的吸收体

8、2.1黑体辐射232.2黑体辐射的定律2.2.1普朗克公式2.2.2斯蒂芬－玻尔