1 / 58

第二章 遥感技术的物理基础

第二章 遥感技术的物理基础. 电磁波与电磁波谱 地物的光谱特性 大气对遥感的影响. 遥感之所以能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象，是因为一切物体，由于其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波的反射或发射辐射特征。. 第一节 电磁波与电磁波谱. 电磁波及其特性 电磁波谱. 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 （ ElectroMagnetic Spectrum ) 由振源发出的电磁振荡在空气中传播。是通过电场和磁场之间相互联系传播的.

satinka-herrera
Download Presentation

第二章 遥感技术的物理基础

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第二章 遥感技术的物理基础 • 电磁波与电磁波谱 • 地物的光谱特性 • 大气对遥感的影响

  2. 遥感之所以能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象，是因为一切物体，由于其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波的反射或发射辐射特征。遥感之所以能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象，是因为一切物体，由于其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波的反射或发射辐射特征。

  3. 第一节 电磁波与电磁波谱 电磁波及其特性 电磁波谱

  4. 一、电磁波及其特性 波的概念： 波是振动在空间的传播

  5. 机械波：声波、水波和地震波 • 电磁波（ElectroMagnetic Spectrum ) • 由振源发出的电磁振荡在空气中传播。是通过电场和磁场之间相互联系传播的

  6. 电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。

  7. 电磁波的特性 电磁波是横波 在真空中以光速传播 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：电磁波是以波动的形式在空间传播的，因此具有波动性 粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运动。电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性。

  8. 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。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。

  9. 二、电磁波谱 电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。 在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波长可分为长波、中波、短波和微波。波长最短的是γ射线 电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。

  10. The Electromagnetic Spectrum More than meets the eye!

  11. Wavelength The distance from one wave crest to the next Radio waves have longest wavelength and Gamma rays have shortest!

  12. 紫外线(UV)：0.01-0.4μm，碳酸盐岩分布、水面油污染。紫外线(UV)：0.01-0.4μm，碳酸盐岩分布、水面油污染。 可见光：0.4-0.76 μm，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段。 红外线(IR)：0.76-1000 μm。近红外0.76-3.0 μm’中红外3.0-6.0 μm；远红外6.0-15.0 μm；超远红外15-1000 μm。（近红外又称光红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外。 微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大。 2、遥感常用的电磁波波段的特性

  13. 第二节 地物的光谱特性 任何地物都有自身的电磁辐射规律，如反射、发射、吸收电磁波的特性。少数还有透射电磁波的特性。地物的这种特性称为：地物的光谱特性。

  14. 地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。 黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。（指入射的全部电磁波被完全吸收，既无反射也没有透射的物体。） 一、地物的发射光谱特性 自然界并不存在。自然界存在着灰体，即一部分能量吸收，一部分能量反射。灰体辐射的规律接近黑体。

  15. 1.黑体辐射(Black Body Radiation ) • 定义：是指黑体的热辐射，它是在一切方向上都均等的辐射。 • 它在一定的温度下，比其它任何物质的辐射能量都要大，因此也叫完全辐射体。

  16. 黑体辐射定律（Black Body Radiation ) (1)普朗克 （Plank's law） 热辐射定律 表示出了黑体辐射通量与温度的关系以及按波长分布的规律。

  17. 黑体辐射的三个特性 辐射通量随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。 温度越高，辐射通量越大，不同温度的曲线不同。 随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。

  18. (2)史蒂芬—玻尔兹曼定律 Stefan-Boltzmann's law 即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。是红外装置测定温度的理论基础。 σ叫做史蒂芬—玻尔兹曼常数，其值为 5.670×10-8瓦·米-2·开-4(W·m-2·K-4)

  19. (3)维恩位移定律：Wien's displacement law 随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。 是选择遥感器和确定对目标物进行热红外遥感的最佳波段的依据

  20. 2.地物的发射率 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。

  21. 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(grey body)：发射率小于1，常数 选择性辐射体：发射率小于1，且随波长而变化。

  22. 地物的发射光谱 发射光谱：地物的发射率随波长变化的规律。 发射光谱曲线：按照发射率和波长之间的关系绘成的曲线。

  23. 2. 太阳辐射 太阳辐射是可见光和近红外的主要辐射源； （1）太阳常数：指不受大气影响，在距离太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射的方向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量。 I⊙=135.3 mW/m2 （是美国水手6、7号航天器1969年用空腔辐射计测定的数值，计算误差为 1.0 mW/m2） 太阳常数可以认为是大气顶端接收的太阳能量

  24. （2）太阳辐射的光谱 Sun at 6000K; peak emission at 0.5 mm

  25. 太阳辐射的光谱是连续的； • 它的辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本一致 ； • 从近紫外到中红外（0.3-6μm）这一波段区间能量最集中而且相对来说较稳定；被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射 • 大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。

  26. 大地辐射的电磁波谱 • 地表物体的温度一般在+400C— -400C,平均270C，相当于300K， • 辐射峰值在9.26-12.43 μm波段范围。

  27. 地物的反射率、吸收率和透射率 对于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即为弱辐射体；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。 二、地物的反射光谱特性

  28. 地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。反射率随入射波长而变化。地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。反射率随入射波长而变化。 影响地物反射率大小的因素： 入射电磁波的波长 入射角的大小 地表颜色与粗糙度

  29. 地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。 地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。 不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙漠、湿地、小麦的光谱曲线

  30. 传感器探测波段的设计，是通过分析比较地物光谱数据而确定的。传感器探测波段的设计，是通过分析比较地物光谱数据而确定的。 多光谱扫描仪（MSS）的波段设计： MSS1(0.5-0.6 μm) MSS2(0.6-0.7 μm) MSS3(0.7-0.8 μm) MSS4(0.8-1.1 μm)

  31. 同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害 地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。 时间特性 空间特性

  32. 455, 550, 680,780, 980, 1090, 1200, 1285, 1468, 1685, 2200 植被的反射光谱

  33. 不同施氮水平下小麦冠层高光谱反射率

  34. 小麦冠层高光谱反射率随生育期的变化 拔节、孕穗、开花及花后7d、14d、21d、28d、40d 可见光↓↑，孕穗期最低；近红外反射平台↑↓，开花期最大

  35. 地物光谱仪：测量以太阳为辐射源的地物反射光谱的仪器地物光谱仪：测量以太阳为辐射源的地物反射光谱的仪器 地物光谱仪

  36. 冠层光谱反射率采用美国CROPSCAN公司生产的MSR-16型便携式多光谱辐射仪和美国ASD公司生产的 FieldSpec Pro FR光谱仪进行测量。 波段范围为460~1650nm，16波段，视场角为31.1 ° 波段范围 350-2500nm，视场角25° 采样间隔1.4nm@350-1050nm, 2nm@1000－2500nm， 光谱分辨率 3nm@350-1050nm, 10nm@1000-2500nm

  37. 第三节 大气对太阳辐射的影响 大气的结构和成分 大气对太阳辐射的影响 大气窗口

  38. 1 大气的结构 大气的垂直分层：对流层、平流层、中气层、热层和大气外层。 对流层 ：航空遥感活动区。遥感侧重研究电磁波在该层内的传输特性。 平流层：较为微弱。 中气层：温度随高度增加而递减。 热层：增温层。电离层。卫星的运行空间。 大气外层：1000公里以外的星际空间。

  39. 2 大气的成分 大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分有关。 大气的成分：多种气体、固态和液态悬浮的微粒混合组成的。大气成分主要有氮、氧、氩、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氢（这些气体再80km以下的相对比例保持不变，称不变成分）、臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、冰等）、盐粒、尘烟（这些气体的含量随高度、温度、位置而变，称为可变成分）等。 • 大气物质与太阳辐射相互作用，是太阳辐射衰减的重要原因。

  40. 3 大气对太阳辐射的影响 太阳辐射的衰减过程：30%被云层反射回；17%被大气吸收；22%被大气散射；31%到达地面。 大气的透射率公式：透射率与路程、大气的吸收、散射有关。

  41. （一）大气的吸收作用 氧气：小于0.2μm；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。 臭氧：数量极少，但吸收很强。主要吸收0.3 μm 以下紫外；对航空遥感影响不大。 水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。 二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽略不计。

  42. Absorption of EM energy by the atmosphere

  43. （二）大气的散射作用 散射作用：太阳辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。改变了电磁波的传播方向；干扰传感器的接收；降低了遥感数据的质量、影像模糊，影响判读。 大气散射集中在太阳辐射能量最强的可见光区。因此，散射是太阳辐射衰减的主要原因。

More Related