2_遥感物理基础

* * 1 遥感技术基础遥感技术基础 第二章 遥感物理基础Physical Foundation of RS* * 2 遥感技术基础遥感技术基础 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 :遥感物理基础Physical Foundation of RS* * 3 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum2-2 太阳辐射及其影响因素 Solar Radiation & its Influential Factors2-3 物体的光谱特性 Spectral Characteristics of Earth Surface Features2-4 遥感器及其原理 Remote Sensors & Their Principles第二章 :遥感物理基础Physical Foundation of RS* * 4 遥感技术基础遥感技术基础 知识点：掌握： 概念：电磁波与电磁波谱、 多普勒效应、大气窗口 、 黑体 、 基尔霍夫辐射定律遥感技术所用的主要电磁波及其特性物体发射光谱特征的特点了解： 大气对太阳辐射的影响遥感 器的分类、结构主要的 遥感 器及其工作原理 第二章 :遥感物理基础Physical Foundation of RS* * 5 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum遥感技术的物理基础 电磁波1.电磁波的定义与特性： Definition & Characteristics1） 电磁波的定义 ：电磁波 （ Electromagnetic Wave)： 在真空或物质中通过电磁场的振动而传输电磁能量的波。光波、热辐射、微波、无线电波等都是由振源发出的电磁振荡在空间的传播。第二章 :遥感物理基础* * 6 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum1.电磁波的定义与特性： Definition & Characteristics1） 电磁波的定义 ：电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的。根据麦克斯韦电磁场理论，空间任何一处只要存在着场，也就存在着能量，变化着的电场能够在它的周围激起磁场，而变化的磁场又会在它的周围感应出变化的电场。这样，交变的电场和磁场相互激发并向外传播，闭合的电力线和磁力线就象链条一样，一个接一个地套连着，在空间传播开来，形成了电磁波。第二章 :遥感物理基础* * 7 遥感技术基础遥感技术基础 第二章 :遥感物理基础2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum* * 8 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum1.电磁波的定义与特性： Definition & Characteristics2） 电磁波的特性 ：第二章 :遥感物理基础电磁波具有 波动性 和 粒子性 两种性质。（ 1）波动性电磁波是一种横波，电场和磁场的振动方向是相互垂直的，且垂直于波的传播方向。电磁波的波长 （ wavelength) 和频率 f（ frequency) 及波速 v（ velocity） 之间的关系： v f电磁波在真空中以光速 c(=2.99810 8m s） 传播。* * 9 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum1.电磁波的定义与特性： Definition & Characteristics2） 电磁波的特性 ：第二章 :遥感物理基础（ 1）波动性光的波动性形成了光的 干涉、衍射、偏振 等现象。 A 干涉（ interference）： 干涉现象的基本原理是波的叠加原理。一列波在空间传播时，在空间的每一点都引起振动，当两列波在同一空间传播时，空间各点的振动就是各列波单独在该点产生振动的叠加合成。* * 10 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum1.电磁波的定义与特性： Definition & Characteristics2） 电磁波的特性 ：第二章 :遥感物理基础（ 1）波动性 B 衍射（ diffraction）： 光线偏离直线路径的现象称为光的衍射。夫朗和费衍射装置的单缝衍射实验，可以观察到衍射现象。在入射光垂直于单缝平面时的单缝衍射图样中，可以看到中央有特别明亮的亮纹，两侧对称地排列着一些强度较小的亮纹。* * 11 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum1.电磁波的定义与特性： Definition & Characteristics2） 电磁波的特性 ：第二章 :遥感物理基础（ 1）波动性 C 偏振 （ polarization） ： 电磁波由两个相互垂直的振动矢量即电场强度 E和磁场强度 H来表征。而 E和 H都与电磁波的传播方向相垂直，光是电磁波的特例。如果光矢量 E在一个固定平面内只沿一个固定方向作振动，则这种光称为偏振光，和振动方向相垂直且包含传播方向的面称偏振面。* * 12 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum1.电磁波的定义与特性： Definition & Characteristics2） 电磁波的特性 ：第二章 :遥感物理基础（ 2）粒子性电磁波是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射实际上是光子微粒流的有规则运动，波是光子微粒流的宏观统计平均状态，而粒子是波的微观量子化。电磁辐射在传播过程中，主要表现为波动性；当电磁辐射与物质相互作用时，主要表现为粒子性，此时电磁波又叫光子 （ photo)或光量子。其能量 E hf波粒二象性（ wave-particle duality）* * 13 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum1.电磁波的定义与特性： Definition & Characteristics2） 电磁波的特性 ：第二章 :遥感物理基础（ 3）电磁波的四要素即频率 （ 或波长）（ frequency/wavelength）、 传播方向（ transmission direction)、 振幅（ amplitude)及偏振面 (plane of polarization） 。 振幅表示电场振动的强度，其平方与电磁波能量的大小成正比。从目标物中辐射的电磁波的能量叫辐射能。包含电场方向的平面叫偏振面，偏振面的方向一定的情况叫直线偏振。* * 14 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum1.电磁波的定义与特性： Definition & Characteristics2） 电磁波的特性 ：第二章 :遥感物理基础（ 3）电磁波四要素电磁波四要素与电磁波具有的信息之间存在着一定的关系：多普勒效应 （ Doppler Effect） 当波源与观测者之间有相对运动时，观测者接收到的频率和波源发出的频率是不同的一种现象。当二者相互接近时，接收到的频率升高，反之则降低。二者频率之差称为 “ 多普勒频移 ” 。* * 15 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum电磁波四要素与电磁波具有的信息之间的关系第二章 :遥感物理基础* * 16 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum电磁波四要素与电磁波具有的信息之间的关系第二章 :遥感物理基础* * 17 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum2.电磁波谱： Electromagnetic Spectrum1） 电磁波谱的定义 ：实验证明， 射线、 射线、紫外线（ Ultraviolet=UV）、可见光（ visible light）、 红外线（ infrared=IR）、 微波、无线电波等都是电磁波，只是波源不同，波长（频率）也各不相同。将各种电磁波在真空中的波长（频率）按其长短，依次排列制成的图表叫做 电磁波谱。第二章 :遥感物理基础* * 18 遥感技术基础遥感技术基础 2.3* * 19 遥感技术基础遥感技术基础 * * 20 遥感技术基础遥感技术基础 * * 21 遥感技术基础遥感技术基础 * * 22 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum2.电磁波谱： Electromagnetic Spectrum2） 遥感中常用的各光谱段的主要特征及其应用紫外线 ： 0.010.4 m， 太阳辐射含有紫外线，只有 0.3-0.4m波长的紫外线部分能够穿过大气层，且能量很小。主要用于 探测碳酸盐岩的分布和油污染的监测 。碳酸盐岩在 0.4m以下的短波区域对紫外线的反射比其它类型的岩石强。水面漂浮的油膜比周围水面反射的紫外线要强烈。由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作用，通常探测高度在 2000米以下。第二章 :遥感物理基础* * 23 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum2.电磁波谱： Electromagnetic Spectrum2） 遥感中常用的各光谱段的主要特征及其应用可见光： 是遥感中最常用的波段。尽管大气对它也有一定的吸收和散射作用，它仍是 遥感成像所使用的主要波段之一 。在此波段大部分地物都具有良好的亮度反差特性，不同地物在此波段的图象易于区分。第二章 :遥感物理基础* * 24 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum2.电磁波谱： Electromagnetic Spectrum2） 遥感中常用的各光谱段的主要特征及其应用红外： 0.761000 m。在遥感中主要利用 315 m波段，更多的是利用 35m和 814 m。 红外遥感是采用热感应方式探测地物本身的辐射（如 热污染、火山、森林火灾 等），所以不仅白天可以进行，夜间也可进行，能进行 全天时遥感 。第二章 :遥感物理基础* * 25 遥感技术基础遥感技术基础 2-1 电磁波及电磁波谱 Electromagnetic Wave & Electromagnetic Spectrum2.电磁波谱： Electromagnetic Spectrum2） 遥感中常用的各光谱段的主要特征及其应用微波 : 1mm1m 。 分为：毫米波、厘米波和分米波。微波辐射和红外辐射都具有热辐射性质。由于微波的波长比可见光、红外线要长，能穿透云、雾而不受天气影响，所以能进行 全天时全天候 的遥感探测。微波遥感可以采用主动或被动方式成像，另外，微波对某些物质具有 一定的穿透能力 ，能直接透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物。第二章 :遥感物理基础* * 26 遥感技术基础遥感技术基础 2-2 太阳辐射及其影响因素Solar Radiation & its Influential Factors1.太阳辐射： Solar Radiation 太阳辐射是地球上生物、地球大气运动的能源，也是被动式遥感系统中遥感器接收信息的主要来源。太阳送到地球的能量约估计为 17.3 1016J/s 。 太阳可以被看作是近似 5762K的黑体。太阳辐射主要集中在0.3-3.0m， 最大辐射强度位于波长 0.47m左右。由于太阳辐射总能量的 46%集中在 0.4-0.76m之间的可见光波段，所以太阳辐射一般称为 短波辐射 。第二章 :遥感物理基础* * 27 遥感技术基础遥感技术基础 2-2 太阳辐射及其影响因素Solar Radiation & its Influential Factors1.太阳辐