02遥感的物理基础

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1、遥感技术系统组成遥感的物理基础第二章遥感的物理基础电磁波谱与电磁辐射太阳辐射及大气对辐射的影响地球的辐射与地物辐射2.1电磁波谱与电磁辐射地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的形式—电磁波。不同的物体具有不同的物质组成和结构,由此导致其电磁波谱特征（特征光谱）不同。遥感就是根据地物电磁波谱特征来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。2.2.1电磁波谱1.波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。二、电磁波当电磁振荡进入空间，变化的磁场产生变化的电场，变化的电

2、场又激发了斡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波。电场磁场磁场强度场电强度传播方向实验证明，无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、γ射线等都是电磁波，只是波源不同，波长（或频率）也各不同。将各种电磁波在真空中的波长（或频率）按其长短，依次排列制成的图表叫做电磁波谱。2.电磁波谱各种电磁波的特点micrometers(mm)–10-6metersnanometers(nm)–10-9meters0.380.763.06.015.0微米1101001000毫米波长紫外可见光近红外中红外热红外远红外毫米波厘米波分米波米波红外波段微波波段遥感技术应用的电

3、磁波谱段0.380.430.470.500.560.590.620.76微米可见光波段Speedoflight=wavelength(l)xfrequency=3x108m/sinvacuumWavenumber=1/wavelength(cm-1)FrequencyinGHz(1Hz=sec–1)3.电磁波性质EnergyWavelengthl1.黑体黑体是个假设的理想的辐射体。它既是完全的吸收体，又是完全的辐射体。1860年基尔霍夫“好的吸收体也是好的辐射体”注：是一理想的吸收体，在自然界不易找到。（黑色煤烟、恒星与太阳）吸收率反射率2.1.2黑体辐

4、射二、黑体辐射规律2.黑体辐射定律普朗克定律普朗克（1900）成功地给出了绝对黑体辐射出射度（即单位时间、单位面积上发射的辐射能量）绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比.σ=5.67*10-8W·m-2·K-4,为斯忒藩—玻尔兹曼常数；红外装置测试温度的理论根据。Ⅰ斯忒藩—玻尔兹曼定律对普朗克公式从零到无穷大的波长范围内积分，得随着温度的增加，辐射能增加是很迅速的。当黑体温度增高1倍时，其总辐射出射度将增为原来的16倍。在这里我们仅强调黑体的发射能量是温度的函数。(1)辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；(2)温度越高，辐射通量密度越大

5、，不同温度的曲线不相交；(3)随温度升高，辐射最大值向短波方向移动。黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与黑体绝对温度T成反比，即：λmax∙T=b其中：b为常数，b=2.898*10-3m∙KⅡ维恩位移定律维恩位移定律说明了一个物体越热，其辐射谱的波长越短（或者说其辐射谱的频率越高）如当对一块铁加热时，我们可以观察到随着铁块的逐渐变热铁块的颜色也从暗红→橙→黄→白色，向短波变化的现象。太阳的表面温度是5778K，根据维恩位移定律计算得的峰值辐射波长则为502nm，这近似处于可见光光谱范围的中点，为黄光。通电的白炽灯的温度要低数千度，所以白炽灯的辐射光谱

6、偏橙。至于处于“红热”状态的电炉丝等物体，温度要更低，所以更加显红色。黑体辐射的峰值波长与绝对温度温度T成反比，即温度越高，λmax愈小，即向短波方向移动。太阳看作具6000K的黑体，其辐射的峰值波长λmax＝0.5μm；地球表面平均温度为27℃(即300K)λmax＝9.6μm；人体37℃(即310K)λmax＝9.34μm所以通过记录某物体的λmax处的辐射特性来识别它最为便利.维恩定律为识别特定物体而设计遥感器的响应波段提供了理论基础。3、地物的发射率和基尔霍夫定律发射率(Emissivity)：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同

7、温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。影响地物发射率的因素：地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。按照发射率与波长的关系，把地物分为：黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。灰体(greybody)：发射率小于1，常数。选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W黑。在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率

8、也越大。2.2电磁辐射源自然界中一切物体在发射电磁波的同时，也被其它物体发射电磁