遥感的物理基础课件

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紫外线（ultravioletorUV）波长范围为0.01—0.4μm。太阳辐射含有紫外线，通过大气层时，波长小于0.3μm的紫外线几乎都被吸收，只有0.3—0.4μm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。目前，主要用于探测碳酸盐岩分布。碳酸盐岩在0.4μm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。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。

可见光

波长范围0.4—0.76μm。它是电磁波中人眼能惟一见到的波区，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色光组成。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。所以可见光是作为鉴别物质特征的主要波段，是遥感中最常用的波段。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。近红外在性质上与可见光相似，所以又称为光红外。由于它主要是地表面反射太阳的红外辐射，因此又称为反射红外。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0.76—1.3μm波长范围。近红外波段在遥感技术中也是常用波段。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。物体在常温范围内发射红外线的波长多在3—40μm之间，而15μm以上的超远红外线易被大气和水分子吸收。在遥感技术中主要利用3—15μm波段，更多的是利用3—5μm和8—14μm波段。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。红外(Infrared,IR)反射红外（reflectiveIR）：0.7-3.0m热红外(ThermalIR)：3.0-100m目前遥感界习惯用法：近红外（NIR,near-infrared）：0.7-1.1m短波红外(SWIR,shortwaveIR）：1.1-3.0m中红外(MWIR,MidwaveIR)：3.0-6.0m热红外(TIR,ThermalIR)：8.0-15m2.3地球辐射与地物波谱地球辐射可分为两个部分：短波（0.3—2.5μm）和长波（6μm以上）部分。地球表面平均温度27℃，地球辐射峰值波长为9.66μm。地球辐射属于远红外波段。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左边为太阳辐射波谱曲线，该曲线与地球辐射的波谱曲线在波长5μm上方处相交。当对地面目标地物进行遥感探测时，传感器接收到小于3μm波长，主要是地物反射太阳辐射的能量，而地球自身的热辐射极弱，可忽略不计；传感器接收到大于6μm波长，主要是地物本身的热辐射能量；在3—6μm中红外波段，太阳与地球的热辐射均要考虑。所以在进行红外遥感探测时，选择清晨时间，其目的就是为了避免太阳辐射的影响。

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）8－14um：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：

ρ＝Eρ／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:ρλ＝Eρλ／Eλ

Ⅰ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几类常见地物反射波谱特性

可见光波段：

0.45μm附近吸收谷—兰波段

0.55μm附近反射峰—绿波段

0.67μm附近吸收谷—红波段

近红外波段：

0.76μm处反射率迅速增大，形成一个爬升的“陡坡”

1.10μm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：

1.5-1.9μm光谱区反射率增大

1.45μm、1.95μm、2.7μm为中心的水吸收带，受植物含水量影响植被叶色素细胞结构水的含量不同含水量砂土的反射波谱2、土壤Soilreflectance:#1control=moisturecontentMoisturecontentVisNIRSWIRSoilreflectance:#2control=organicmattercontentOMcontentVisNIRSWIR具不同叶绿素浓度海水的反射波谱曲线清澈湖水和混浊泥水的光谱反射特性曲线3、水体WaterreflectanceVerylowreflectanceWaterreflectance–suspendedsedimentsTurbidity=SuspendedsedimentloadBlueGreenRedNIR几种岩石的反射波谱曲线4、岩石同物异谱图像解译的困难异物同谱2.4环境对地物光谱特性的影响

与地物的物理性状有关。与光源的辐射强度有关。与季节有关。与探测时间有关。与气象条件有关。2.4人工辐射源主要有微波辐射源和激光辐射源微波辐射源在微波遥感中常用的波段为0.8—30cm。由于微波波长比可见光、红外线波长要长。因此，在技术上微波遥感应用的主要是电学技术，而可见光、红外遥感应用则偏重于光学技术。具有全天候全天时探测能力,是可见光与红外遥感所不能相比的。微波对某些物质具有一定的穿透能力，能直接透过植被覆盖，对于冰、雪和土壤等表层覆盖物也有一定的穿透能力。某些物质的光谱在微波波段有较大的差异。激光辐射源激光器发射光谱的波长范围较宽，短波波长可至0.24um以下，长波波长可至1000um.激