第二讲遥感物理基础(讲稿)

遥感科学与技术主讲 : 陈炳贵第二讲 遥感的物理基础n 遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。不同物体具有各自的电磁辐射特性，才有可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。遥感的物理基础涉及面广，但是对我们本课程来说，主要是应用遥感技术所获取的图像或磁带（经过处理）进行判读和识别。因此， n 本章只介绍有关遥感资料应用中所涉及到的主要物理基础知识，如电磁波与电磁波谱，及地物的反射光谱特性等 。 1.电磁波与电磁波谱n 1.1、电磁波及其特性n 电磁波 :在真空或物质中通过传播电磁场 振动而传输能量的波 .n 电磁波特性 :n 波动的特性（如干涉、衍射、偏振和色散等现象）n 粒子（量子）性 1.2、电磁波谱n 将各种电磁波在真空中的波长（或频率）按其长短，依次排列制成的图表叫做 电磁波谱 n 在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，无线电波又依波长不同分为长波、中波、短波、超短波和微波。其次是红外线、可见光、紫外线，再次是 X 射线。波长最短的是 射线。n 整个电磁波谱形成了一个完整、连续的波谱图 电磁波与电磁波谱 (续 )电磁波谱太阳辐射与地物的作用n 太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量n地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。太阳辐射与地物的作用n一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波则透射能力较强，特别是 0. 450. 56m的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达 10 20 m， 清澈水体可达 100 m的深度。太阳辐射与地物的作用n 地表吸收太阳辐射后具有约 300 K的温度，从而形成自身的热辐射，其峰值波长为 9.66 m， 主要集中在长波，即6m以上的热红外区段。太阳辐射与地物的作用物体的反射满足反射定律，入射角等于物体的反射满足反射定律，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能反射角。只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波，水面是近似的镜面反射探测到电磁波，水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很亮，有时很，在遥感图像上水面有时很亮，有时很暗，就是这个原因造成的。暗，就是这个原因造成的。2.物质和电磁波的相互作用n 一切物质作为其固有的性质都反射、吸收、透射及辐射电磁波。例如，植物的叶子之所以能看出绿色是因为叶子中的叶绿素对太阳光中的蓝及红色波长的光强烈地吸收而对绿色波长的光强烈地反射的缘故。物质的这种对电磁波固有的波长特性叫光谱特性（ spectral characteristics）3.物体的光谱反射特性n 地物的反射率 :地物反射能量与入射总能量的百分率 。 即即 =(P/ P 0)100%。反射率是可以测定的。n 地物的反射率随入射波长而变化。n 地物反射率的大小，与入射电磁波的波长、入射角的大小以及地物表面颜色和粗糙度等有关。.物体的光谱反射特性n 不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的。一般地物的反射近似漫反射，但各个方向反射的能量大小不同。物体的反射满足反射定律，入射角等于反射角物体的反射满足反射定律，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能探测到电磁。只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波，水面是近似的镜面反射，在遥感图像上波，水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很亮，有时很暗，就是这个原因造水面有时很亮，有时很暗，就是这个原因造成的。成的。物体的光谱反射特性 (续 )n 一般地说， 当入射电磁波波长一定时，反射能力强的地物，反射率大，在黑白遥感图上呈现的色调就浅。反之，反射入射光能力弱的地物，反射率小，在黑白遥感图像上呈现 的色调就深。在遥感图像上色调的差异是判读遥感图像的重要标志。 物体的光谱反射特性 (续 )物体的光谱反射率根据物体的种类而变化。由于物体发出的光谱辐射亮度受光谱反射率的影响，所以通过观测光谱辐射亮度就可以识别远处的物体。 n 植物在近红外区有很强的反射； n 土壤在可见光及短波红外区有强的反射； n 水在红外区几乎没有反射物体的光谱反射特性 (续 )n 叶子中包含的叶绿素在 0.45m和0.67m附近对电磁波有较强的吸收，其结果造成在可见光区 0.5-0.6m（ 绿）范围内呈现出很高的反射率是由于叶子的细胞构造所引起的。n 可见光 近红外波段 near infrared（ 0.76 3.0m ） 所以被广泛应用于植被调查就是利用了植物具有在红波段的强烈吸收和在近红外波段的强烈反射这种特性。TM1:0.45-0.52 m蓝绿色TM1:0.45-0.52 m蓝绿色 TM2:0.52-0.60 m 绿色TM3:0.63-0.69 m 红色 TM4:0.76-0.90 m近红外TM2:0.52-0.60 m 绿色TM3:0.63-0.69 m 红色TM4:0.76-0.90 m近红外TM5:1.55-1.75 m 短波红外物体的光谱反射特性 (续 )n 波长较长的约 1.5m和 1.9m附近水的吸收波段中，可以明显看出反射率有一个跌落，其跌落的程度取决于叶子中水分的含量。n 识别岩石种类时多利用 1.3m -3.0m的短波红外区。 n 为了辨别这种微小的光谱反射率特性必须利用能把光谱分成微小波段的多波段遥感器（成像光谱仪）。地物的反射光谱n 地物的反射率随入射波长变化的规律，叫做 地物反射光谱。n 按地物反射率与波长之间关系绘成的曲线