遥感原理与应用第二章 遥感的物理基础（下）2013

遥感技术系统组成 遥感的物理基础第二章 遥感的物理基础1. 电磁波谱与电磁辐射2. 太阳辐射及大气对辐射的影响3. 地球的辐射与地物辐射2.2.4 大气窗口大气窗口 ：电磁波在大气中传输过程中损耗较小，透射率很高的波段。 要获得地面的信息，必须在大气窗口中选择遥感波段。 常用遥感波段的特性n 紫外线 （ ultraviolet or UV） 波长范围为 0.010.4m 。n 太阳辐射波长小于 0.3m的紫外线几乎都被吸收，只有0.30.4 m波长的紫外线部分能穿过大气层到达地面，且能量很少，并能使溴化银底片感光。n 目前， 主要用于探测碳酸盐岩分布 。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 ;另外， 水面飘浮的油膜比周围水面反射的紫外线要强烈，因此可用于油污染的监测。n 紫外波段从空中可探测的高度大致在 2000m以下，对高空遥感不宜采用。 n 可见光 波长范围 0.4-0.7m。它是电磁波中人眼能惟一见到的波区。n 可见光从波长长的一侧开始，从人的眼睛里可以依次看到红、橙、黄、绿、蓝、青、紫等类似彩虹的颜色。n 人眼对可见光能够直接感觉，不仅对可见光的全色光，而且对不同波段的单色光，也都具有这种能力。所以可见光是鉴别物质特征的主要波段，是遥感最常用的波段。n 也可将可见光分成若干个波段同一瞬间对同一景物、同步摄影获得不同波段的像片；亦可采用扫描方式接收和记录地物对可见光的反射特征。n 红外线 红外线波长范围为 0.71000m ，为了实际应用方便，又将其划分为：n 近红外（ 0.73.0m ），n 中红外（ 3.06.0m ），n 远红外（ 6.015.0m ），n 超远红外（ 15.01000m ）。n 近红外 在性质上与可见光相似，所以又称为光红外。这是因为在这个波段，来自太阳光的反射成分比来自地表的辐射成分要大的缘故，因此也称反射红外 。n 在遥感技术中采用摄影方式和扫描方式，接收和记录地物对太阳辐射的红外反射。在摄影时，由于受到感光材料灵敏度的限制，目前只能感测 0.761.3m 波长范围。近红外波段在遥感技术中也是常用波段。n 中红外、远红外和超远红外 是产生热感的原因，所以又称为热红外。热红外波段，来自地表的辐射占有大部分的能量。n 物体在常温范围内发射红外线的波长多在 340m 之间，而 15m以上的超远红外线易被大气和水分子吸收。n 在遥感技术中主要利用 315m 波段，更多的是利用 35m 和 814m 波段。n 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），所以工作时不仅白天可以进行，夜间也可以进行，能进行全天时遥感。 n 微波 微波的波长范围 1mm1m 。微波又可分为：毫米波、厘米波和分米波。微波辐射和红外辐射两者都具有热辐射性质。n 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，所以能进行全天候全天时的遥感探测。n 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。因此，微波在遥感技术中是一个很有发展潜力的遥感波段。 2.3 地球辐射与地物波谱n 地球辐射可分为两个部分：短波（ 0.32.5m）和长波（ 6m以上）部分。地球表面平均温度 27 ，地球辐射峰值波长为 9.66m。地球辐射属于远红外波段。n 上方平滑曲线代表黑体辐射 300K时的能量分布曲线，下方不规则曲线代表地球表面的实测辐射能量分布曲线，上方黑体辐射曲线包罗了地球表面辐射能量分布曲线。地球辐射的能量来源 太阳短波辐射和 地球内部热能与地球热辐射直接相关联的是地表的 热平衡太阳短波辐射地球内部热能受地球内部热能影响的地温受太阳辐射影响的地温地热平衡线常用大气窗口1） 0.3 1.4um：包括全部可见光（ 95），部分紫外光（ 70），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标电磁波辐射信息。2） 1.4 2.5um： 近红外窗口， 60 95，扫描成像，白天记录3） 3.5 5.5um：中红外窗口， 60 70，白天夜间，扫描成像记录4） 8 14 um：远红外窗口，超过 80，白天夜间，扫描记录5） 1.4 300mm：微波窗口，白天夜间，扫描记录。大气窗口和遥感波谱通道2.3.2 地物的光谱特性自然界中任何地物都具有其自身的 电磁辐射规律 ，如具有反射，吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性；它们又都具有发射某些红外线、微波的特性；少数地物还具有透射电磁波的特性，这种特性称为地物的光谱特性。地物波谱特征的概念地物波谱特征是指各种地物各自所具有的电磁波特性（反射、发射、吸收、透射）。例如植物的叶子之所以看到绿色是因为叶子中的绿素对太阳光中的蓝色和红色波长的光强烈吸收，而对绿色波长的光强烈反射的缘故。当电磁辐射能量入射到地物表面上，将会出现三种过程：一部分入射能量被地物 反射 ；一部分入射能量被地物吸收 ，成为地物本身内能或部分再发射出来，一部分入射能量被地物 透射 。根据能量守恒定律可得：地物反射波谱特性当电磁波从较稀疏的空气介质入射到较密介质时，将产生反射。依照界面的平滑程度不同，有镜面反射、漫反射和混合反射三种情况。一般用反射率来表示地物反射能力。通常反射率定义为物体的反射能量与入射能量之比。即： E E反射率高，在遥感图像上就越亮，反之则越暗。因为波长不同，同一地物其反射率也不同。遥感中更常用的是光谱反射率。 光谱反射率： 地物在某波段的反射能量与该波段的入射能量之比 .即 : E E 地物反射波谱特征地物波谱反射率随波长变化而改变的特性称为 地物反射波谱特性。地物反射特性曲线 ：将地物的波谱反射率与波长的关系在直角坐标系中描绘出的曲线。通常以横坐标代表波长，纵坐标代表光谱反射率所作出的相关曲线来表示 。任何物体均有其自己独特的反射波谱曲线形态 。遥感图像的解译工作就是建立在这个基础上的。 -曲线的形态、曲线波峰波谷的位波峰和波谷的高度、深度、宽度、斜率对称程度等不同的地物 有不同电磁辐射特征 产生不同的形态波谱曲线相同的地物 对不同的电磁波谱有不同的电磁辐射特征 产生不同形态的 波谱曲线n 有许多因素造成反射率变化，如太阳位置、传感器位置、地理位置、地形、季节、气候变化、地物湿度变化、地物本身特性以及大气状况等。几类常见地物反射波谱特性 可见光波段 ：0.45m附近 吸收谷 兰波段0.55m附近 反射峰 绿波段0.67m附近 吸收谷 红波段 近红外波段：0.76m处反射率迅速增大，形成一个爬升的 “陡坡 ”1.10m附近有一个峰值，反射率最大可达 50% ，形成 植被的独有特征 短波红外波段：1.5-1.9m光谱区反射率增大1.45m、 1.95m、 2.7m为中心的水吸收带，受植 物含水量影响植被在一分钟间隔内两次测定同一麦田的反射率变化大豆反射率变化范围大豆反射率变化