梅安新《遥感导论》--第二章.ppt

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1、第2章电磁辐射与地物光谱特征波—振动的传播称为波纵波—质点振动方向与波的传播方向相同横波—质点振动方向与波的传播方向垂直电磁波—电磁振荡在空间的传播是电磁波电磁波谱—按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减排列，则构成了电磁波谱。2.1电磁波谱与电磁辐射电磁波谱电磁波谱现在用人工方法产生的电磁波的波长，长的已经达几千米，短的不到一百万亿分之一厘米，覆盖了近20个数量级的波段。电磁波传播的速度大，波段又如此宽广，已成为信息传递的非常有力的工具。电磁波的性质决定了传感器的类型，或者说各种传感器是为接受不同特性的电磁波而设计的。例如，可见光可以使摄影胶片感光，而经过箐类染料增感的胶片

2、，更可以将感受波长延伸到近红外波段的1.1μm左右。电磁波具有波粒二象性，并同时满足：f·λ＝cE＝h·f式中:f－频率；λ－波长；c－光速，c=3×108m/sE—能量，单位J;h—普朗克常数，h=6.626×10-34J/s;电磁波的性质光或电磁波可以为物质所发射、吸收、反射、折射、透射和散射。反射率、吸收率、透射率当所研究的物体或空间的大小远大于光波的波长时，光可以当作沿直线行进的光线来处理；但当研究深入到现象的细节，其空间范围和光波波长差不多大小的时候，就必须要考虑光的波动性。而研究光和微观粒子的相互作用时，还要考虑光的粒子性。与电磁波有关的重要概念电磁波是横波（质点振动

3、方向与波的传播方向垂直的一类波动）电磁波有偏振现象电磁波在真空中以光速传播(C=300000km/s)光波是电磁波的一部分，也是最早研究的电磁波。可由实验证明电磁波的性质与光波的性质相同在近代物理中，电磁波也称为电磁辐射。辐射能量的强弱可以用一些物理量表征。辐射源（温度高于绝对零度的物体）辐射度量辐射能量W：电磁辐射的能量；单位J辐射通量Φ：单位时间通过某一面积的辐射能量，Φ=dw/dt，t为时间；单位W辐射通量密度E：单位时间通过单位面积的辐射能量，E=dφ/ds，S为面积；单位W/m2辐照度I：被辐射物体表面单位面积上的辐射通量，I=dφ/ds；单位W/m2辐射出射度M：辐射

4、源物体表面单位面积上的辐射通量，M=dφ/ds（单位W/m2）电磁辐射的度量以上定义的Φ、E、I、M各量，都是辐射源面积很小，在讨论的问题中可以当做点源来看待的情况。但实际的辐射源经常不是点源。当讨论的问题必须考虑源的延展度时，这种源被称为“面源”或“扩展源”，其辐射能量的强弱常以“辐射亮度”表征辐射亮度（L）辐射亮度L：又称辐射率，某面辐射源在某一方向单位投影表面，单位立体角内的辐射通量L=Φ/Ω（Acosθ）单位：W/sr·m2(瓦/球面度·平方米)式中：Ω－辐射方向的立体角(Ω=S/R2,S为与球半径垂直的上某小面元的面积，R为该面元处的球半径)，单位是球面度，无量纲；A－

5、扩展源的面积；θ－观察角在成像系统中，成像面上的照度或输出信号与物体的辐射亮度成正比。朗伯源：辐射亮度与观察角无关的辐射源L=Φ/（Ω·A·cosθ）单位：W/(sr·m2)式中：Ω－辐射方向的立体角(Ω=s/r2,s为辐射波球面上某小面元的面积，r为该面元处的球半径)A－扩展源的面积θ－观察角辐射亮度在成像系统中（黑白），辐射亮度表现为图像的亮度值（或称灰度值），二者成正比关系。在测量物体的反射能量大小时经常套用用辐射亮度的概念，称为反射亮度，更经常简称亮度。记录物体反射能量的影像（例如可见光各波段的影像），其亮度值与反射亮度（亮度）成正比。根据各波段图像亮度（灰度），并结合实

6、际地物在该波段上辐射或反射特性，可反推图像是什么地物——这是利用遥感图像判断地物的最基本思路。在某一波段上不同地物经常会有相同的亮度值，因此要用几个波段的组合来区分不同地物。光谱吸收系数和光谱反射系数光谱吸收系数物体在一定温度下一定波长范围内吸收能量与入射能量之比。光谱反射系数物体在一定温度下一定波长范围内反射能量与入射能量之比。不透明物体上光谱吸收系数与光谱反射系数之和恒等于1黑体在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数恒等于1（即全部吸收）的物体称为“绝对黑体”，简称“黑体”，也称“普朗克辐射体”。理想黑体是不存在的，它只能由实验室模拟：一个由低反射材料制成的带小孔的恒温

7、空腔，这个小孔可以被视为黑体。黑色的煤烟吸收率接近黑体（吸收系数接近0.99），被认为是最接近黑体的自然物质。黑体在遥感中的应用：经常在辐射量测量仪器上用作热辐射的绝对校准源或参考源。与黑体有关的重要术语和定律朗伯源：辐射亮度L与观察角θ无关的辐射源称为“朗伯源”。朗伯源在各个方向上辐射率都相同。实验上常用涂有氧化镁的表面（俗称“白板”）近似表示朗伯源；自然界里，一些粗糙的表面也可近似看作朗伯源。灰体：对于各种波长的电磁波，吸收系数为常数（即吸收系数与波长无关）的物体称为“灰体”