第二章-电磁辐射与地物波谱特征ppt课件.ppt

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1、第二章电磁辐射与地物光谱特征遥感的理论基础就是物体的电磁辐射，电磁辐射是能量传播的一种形式。被动遥感系统中的主要辐射源是太阳，太阳辐射出的电磁波能量穿过大气层达到地表，被地物吸收、透射，一部分被反射后又经大气吸收、散射到达传感器，被记录成遥感资料和图象。此外，所有温度高于绝对零度的物体也都向外发射电磁辐射。所以电磁辐射是传感器与远距离物体之间联系的环节。遥感技术得以实现的基础就是不同地物具有不同的吸收、反射和发射电磁辐射能力。第二章电磁辐射与地物光谱特征本章主要内容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

2、与地物波谱第一节电磁波谱与电磁辐射电磁波及其特性电磁波谱电磁辐射的度量黑体辐射一、电磁波及其特性波的概念：波是振动在空间的传播。机械波：声波、水波和地震波电磁波（ElectroMagneticSpectrum)由振源发出的电磁振荡在空中传播。演示电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：原理电磁辐射:电磁能量随电磁波的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。其传播表现为光子（或称为量子）组成的粒子流的运动。E:电场、H:磁场、λ:波长、h:振幅λh电磁振源传播方向一、电磁波及其特性电磁波的特性电磁波是横波在

3、真空中以光速传播电磁波在介质中的传播速度V为：C为光速3×108米/秒可见，电磁波在介质中的传播速度V总是小于在真空中的传播速度C3）电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。波动性：把电磁振动的传播作为光滑连续的波对待，用波长、频率、振幅等来描述。粒子性：把电磁辐射能分解为非常小的微粒子---光子，其能量大小用频率来描述。光是电磁波的一个特例光的波动性---表现在光的干涉、衍射、偏振和色散等现象中；光的粒子性---表现在光电效应、黑体辐

4、射等现象中。波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。电磁辐射---波动性1．干涉（interference）一列波在空间传播时，将引起空间各点的振动；两列（或多列）波在同一空间传播时，空间各点的振动是各列波在该点产生的振动的叠加合成。这种波的叠加合成不是简单的代数和，而是矢量和。光的干涉同振幅、频率和初位相（具固定位相关系）的两列（或多列）波（相干波）的叠加合成而引起振动强度重新分布的现象称为“干涉现象”。干涉现象中，在波的交叠区有的地方振幅增加，有的地方振幅减

5、小，振动强度（取决于程差与波长的关系）在空间出现强弱相间的固定分布，形成干涉条纹。干涉滤光片、透镜组、干涉雷达天线等，均应用了波的干涉原理。小孔的衍射波在传播过程中遇到障碍物时，在障碍物的边缘一些波偏离直线传播而进入障碍物后面的“阴影区”的现象称为“衍射现象”。这是由于障碍物引起波的振幅或相位的变化，导致波在空间上振幅或强度重新分布的现象。如光通过小孔，在孔后的屏上出现的不是一个亮点，而是一个亮斑。其亮斑周围有逐渐减弱的明暗相间的圆环。其亮斑的大小（衍射角θ）与小孔的直径d成反比，与波长λ成正比，即遥感中部分光谱仪的分

6、光器件----衍射光栅等，正是运用多缝衍射原理。2．衍射（diffraction）偏振是横波中呈现出的一种特殊现象。电磁波作为一种横波，其相互垂直的电场和磁场的振动方向是与传播方向垂直的。传播方向确定后其振动方向并不是唯一的。它可以是垂直于传播方向的任何方向。它可以是不变的，也可以随时间按一定方式变化或按一定规律旋转，即出现偏振现象（微波中称为“极化”）。通常把电场振动方向的平面称为偏振面。若偏振面方向固定，不随时间而改变，则为线性偏振（线性极化或平面极化）。沿一个固定方向振动的光为偏振光，一些人造“光源”（如激光和无

7、线电、雷达发射）常有明确的极化状态；太阳光是非偏振光（所有方向的振幅相等，无一优势方向）；介于两者之间的为部分偏振光--许多散射光、反射光、透射光均属此类。电磁波在反射、折射、吸收、散射过程中，不仅其强度发生变化，其偏振状态也往往发生变化。这种偏振状态的改变也是一种可以利用的遥感信息。3．偏振（Polarization）线性极化类型任一振动方向的电磁波总可以分解为两个特定的偏振（极化）方向。电矢量E的振动面垂直入射面的线偏振称为水平极化，平行入射面的线偏振称为垂直极化。电磁波的“粒子性”是指电磁辐射除了它的连续波动状态

8、外，还能以离散形式存在，其离散单元称为光子或量子。大量实验证明，光照射在金属上能激发出电子，称为光电子。光电子的能量与光的强度、光照的时间的长短无关，而仅与入射光的频率有关。光电倍增管、电视摄象管等光电器件，正是运用光电效应原理制作的。光电效应现象用光的波动性是无法解释的。普朗克用模型来说明光电效应，并指出电磁辐射能量Q的大小直接