遥感电磁辐射基础(1)ppt课件

1、中国农业大学中国农业大学信息与电气工程学院信息与电气工程学院 张超张超地理信息工程系地理信息工程系2022年年1月月29日星期六日星期六1 电磁波和电磁波谱电磁波和电磁波谱2 电磁波辐射源电磁波辐射源3 大气对太阳辐射的作用大气对太阳辐射的作用4 地物波谱特征地物波谱特征5地物波谱特性的丈量地物波谱特性的丈量BACKl大气成分组成大气成分组成l大气分层大气分层l大气对太阳辐射的衰减大气对太阳辐射的衰减l大气窗口大气窗口大气是地球的维护伞大气是地球的维护伞 两小儿辩日两小儿辩日孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。一儿孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。一儿曰：曰：“我以日始出时去人近，而日中时远我以日始

2、出时去人近，而日中时远也。一儿以日初出远，而日中时近也。也。一儿以日初出远，而日中时近也。一儿曰：一儿曰：“日初出大如车盖，及日中，那日初出大如车盖，及日中，那么如盘盂，此不为远者小而近者大乎？么如盘盂，此不为远者小而近者大乎？一儿曰：一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中如日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？孔子探汤，此不为近者热而远者凉乎？孔子不能决也。两小儿笑曰：不能决也。两小儿笑曰：“孰为汝多知乎！孰为汝多知乎！ 圣人不能解释的圣人不能解释的地球地球大气大气早晨太阳温暖早晨太阳温暖 有效截面不同有效截面不同A=A0cos()早晨的太阳比中午大，由于大气散射和折射等呵斥，

3、早晨大气途径长早晨的太阳比中午大，由于大气散射和折射等呵斥，早晨大气途径长2 大气垂直分层大气垂直分层大气垂直构造大气垂直构造对流层对流层(Troposphere)平流层平流层(Stratosphere) 中间层中间层(Mesosphere) 热层热层(Thermosphere)中间层和热层又中间层和热层又称电离层称电离层外大气层外大气层各层的顶部分别为各层的顶部分别为： Tropopause； Stratopause；Mesopause；Thermopause看一下课本看一下课本39页的图页的图2.12其中，其中， ：太阳辐射经过的大气路程，与太阳高度角有关：太阳辐射经过的大气路程，与太阳高

4、度角有关：大气衰减因子，：大气衰减因子，：大气对太阳辐射的吸收率和散射率，是电磁波波长的函数。：大气对太阳辐射的吸收率和散射率，是电磁波波长的函数。 E0 大气顶部的辐照度，大气顶部的辐照度，E为地球外表的辐照度为地球外表的辐照度exEE000 x,0太阳辐射衰减的缘由：太阳辐射衰减的缘由：散射、吸收、反射散射、吸收、反射太阳辐射经过大气层时，遭到大气中气体分子太阳辐射经过大气层时，遭到大气中气体分子和大气中固体微粒、液体的散射作用。和大气中固体微粒、液体的散射作用。电磁波在传播过程中，遇到小微粒而使传播方电磁波在传播过程中，遇到小微粒而使传播方向改动，并向各个方向散开，电磁波的强度和向改动，

5、并向各个方向散开，电磁波的强度和方向发生各种变化，称为散射。方向发生各种变化，称为散射。大气散射分为：大气散射分为：瑞利散射；米氏散射；非选择性散射瑞利散射；米氏散射；非选择性散射微粒的直径微粒的直径 d ( d (电磁波波长电磁波波长) )时时普通以为普通以为d /10d d , , 散射散射率与波长没有关系率与波长没有关系 1)(人看到的云和雾是白色的，就是云雾粒子直径比可见光人看到的云和雾是白色的，就是云雾粒子直径比可见光波长大很多，所以云雾对可见光波段为非选择性散射。波长大很多，所以云雾对可见光波段为非选择性散射。 主要是大气中的主要是大气中的云层，大的尘埃。云层，大的尘埃。 云量越多

6、、云量越多、云层越厚，云层越厚， 反反射越强。射越强。 北京地域北京地域2004年年5月月19日日TM卫星遥感影像卫星遥感影像波段组合波段组合543RGB大气窗口：电磁波在大气中传输过程中吸收和散射很小，大气窗口：电磁波在大气中传输过程中吸收和散射很小，透射率很高的波段透射率很高的波段 要获得地面的信息，必需在大气窗口中选择遥感波段。要获得地面的信息，必需在大气窗口中选择遥感波段。 110.31.4um： 包括全部可见光包括全部可见光95，部分紫外，部分紫外光光70，部分近红外光，部分近红外光80。摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目的电磁波辐摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目的电磁波辐

7、射信息。射信息。21.42.5um： 近红外窗口，近红外窗口，6095，扫描成像，扫描成像，白天记录白天记录33.55.5um： 中红外窗口，中红外窗口，6070，白天夜间，白天夜间，扫描成像记录扫描成像记录4814 um： 远红外窗口，超越远红外窗口，超越80， 白天夜间，白天夜间，扫描记录扫描记录51300mm： 微波窗口，微波窗口， 白天夜间，扫描记录。白天夜间，扫描记录。 各波段设在大气窗口各波段设在大气窗口概念：概念： 地物波谱地物光谱地物波谱地物光谱:各种地物具有的电磁波特性，指各种地物具有的电磁波特性，指地物反射率、发射率、透射率随波长的变化规律。地物反射率、发射率、透射率随波长

8、的变化规律。意义：意义： 设计遥感器；设计遥感器； 图象判读和分析的根底。图象判读和分析的根底。4.1 地物的发射波谱地物的发射波谱4.2 地物的透射波谱地物的透射波谱4.3 地物的反射波谱地物的反射波谱4.4 遥感器接纳到的电磁辐射遥感器接纳到的电磁辐射 地物的发射率随波长变化的规律，称为地物的发射地物的发射率随波长变化的规律，称为地物的发射光谱。地物发射率的不同是红外遥感技术的重要根据。光谱。地物发射率的不同是红外遥感技术的重要根据。透明物体：具有透射一定波长电磁波才干的物体。透明物体：具有透射一定波长电磁波才干的物体。透射率透射率 ： 入射光透过物体的能量与入射总能量之比。入射光透过物体

9、的能量与入射总能量之比。举例：举例： 1水体在蓝绿波段，混水水体在蓝绿波段，混水1-2米，普通水体米，普通水体10- 20米。米。 2微波对地物具有明显的透射才干，由入射波的波长微波对地物具有明显的透射才干，由入射波的波长决议。决议。电磁波与物体相互作用过程中，会出现三种情况：电磁波与物体相互作用过程中，会出现三种情况：反射、吸收、透射，遵守能量守恒定律。反射、吸收、透射，遵守能量守恒定律。)()()()(EEEEs1)()()(判别物体光滑或粗糙程度的瑞利准那么：判别物体光滑或粗糙程度的瑞利准那么：cos8h根据物体外表的粗糙程度，反射分为：根据物体外表的粗糙程度，反射分为：1镜面反射镜面反

10、射2漫反射朗伯反射漫反射朗伯反射3有向反射有向反射4混合反射混合反射(a) 镜面反射镜面反射(b) 漫反射朗伯反射漫反射朗伯反射(c) 有向反射有向反射(d) 混合反射混合反射朗伯定律：漫反射的反射辐射亮度单位面积单位立体角内朗伯定律：漫反射的反射辐射亮度单位面积单位立体角内的辐射通量和察看方向与外表法线夹角的余弦成正比。的辐射通量和察看方向与外表法线夹角的余弦成正比。航天遥感中，地球外表近似航天遥感中，地球外表近似视为朗伯面。视为朗伯面。4) 混合反射混合反射一部分镜面反射，一部分朗伯反射。一部分镜面反射，一部分朗伯反射。有向反射比较复杂，反射率是入射角、反射角、入射有向反射比较复杂，反射率

11、是入射角、反射角、入射方位角、反射方位角的函数。方位角、反射方位角的函数。)()(),(sZsEsiZiMisZiZs有向反射和混合反射与电磁波的入射方向和察看方向有向反射和混合反射与电磁波的入射方向和察看方向有关，在航空遥感中具有重要意义。有关，在航空遥感中具有重要意义。三种不同类型土壤在枯燥环境下的光谱曲线三种不同类型土壤在枯燥环境下的光谱曲线土壤的波谱特征v自然形状下土壤外表的反射曲线呈比较平滑的特自然形状下土壤外表的反射曲线呈比较平滑的特征，没有明显的反射峰和吸收谷。征，没有明显的反射峰和吸收谷。v在枯燥条件下，土壤的波谱特征主要与成土矿物在枯燥条件下，土壤的波谱特征主要与成土矿物原生

12、矿物和此生矿物和土壤有机质有关。原生矿物和此生矿物和土壤有机质有关。v土壤含水量添加，土壤的反射率就会下降，在水土壤含水量添加，土壤的反射率就会下降，在水的各个吸收带的各个吸收带1.4um1.4um、1.9um1.9um、2.7um2.7um处附近区处附近区间，反射率的下降尤为明显。间，反射率的下降尤为明显。水体的波谱特征v纯真水体的反射主要在可见光中的蓝绿光波段，纯真水体的反射主要在可见光中的蓝绿光波段，在可见光其它波段的反射率很低。在可见光其它波段的反射率很低。v近红外和中红外纯真的自然水体的反射率很低，近红外和中红外纯真的自然水体的反射率很低，几乎趋近于几乎趋近于0 0。水中其它物质对波

13、谱特征的影响v水中含有泥沙，在可见光波段的反射率会添加，水中含有泥沙，在可见光波段的反射率会添加，峰值出如今黄红区。峰值出如今黄红区。v水中含有水生植物叶绿素时，近红外波段反射率水中含有水生植物叶绿素时，近红外波段反射率明显抬高。明显抬高。遥感器接遭到的太阳辐射遥感器接遭到的太阳辐射 Bs： 太阳辐射经地面目的反射后到达遥感器的辐射能。太阳辐射经地面目的反射后到达遥感器的辐射能。BA： 太阳辐射经大气散射到遥感器的辐射能。太阳辐射经大气散射到遥感器的辐射能。到达地面的太阳辐射到达地面的太阳辐射直接辐射：直接辐射： 太阳辐射经大气衰减后到达地面的部分。太阳辐射经大气衰减后到达地面的部分。天空辐射

14、：太阳辐射经过大气散射后辐射到地面的部分。天空辐射：太阳辐射经过大气散射后辐射到地面的部分。ABBsB还有大气散射到地物又被反射到遥感器的部分，普通忽还有大气散射到地物又被反射到遥感器的部分，普通忽略略5 地物波谱特性的丈量v可见光和近红外波段是研讨地表的主要波段。可见光和近红外波段是研讨地表的主要波段。v可见光和近红外地物光谱丈量的作用：可见光和近红外地物光谱丈量的作用：v1 1传感器波段的选择、验证、评价；传感器波段的选择、验证、评价；v2 2建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系；建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系；v3 3地物光谱数据与地物特征的相关分析。地物光谱数据与地物特征的相关分析。野外光谱丈量实际根底 BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) 二向二向性反射率分布模型性反射率分布模型/函数函数 方向反射率方向反射率反射依赖于入射、出射方向反射依赖于入射、出射方向意义：引起反射的增量意义：引起反射的增量/入射有一微增量入射有一微增量;,;,;,;,iirrirrriidEdLdEdLBRDF野外光谱丈量 BRF (Bidirectional Reflectance Factor) 二向性反射率因子二向性反射率因子BRDF不易丈量，普通采用二向性