幻灯 第二节电磁辐射源

1、2 电磁波辐射源,2.1 电磁辐射源 2.2 黑体辐射,2.3 黑体辐射定律,2.4一般辐射体和发射率,2.5 基尔霍夫定律,2.1 电磁辐射源 自然界中一切物体在发射电磁波的同时，也被其它物体发射电磁波所辐射。遥感的辐射源可分自然电磁辐射源和人工电磁辐射源两类，它们之间没有什么原则区别。就象电磁波谱一样，从高频率到低频率是连续的。物质发射的电磁辐射也是连续的。 （1）自然辐射源 自然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射。太阳辐射是可见光及近红外遥感的主要辐射源，地球是远红外遥感的主要辐射源。,2.1、电磁辐射源,自然辐射源 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900的黑体辐射来模拟

2、；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。 地球的电磁辐射：小于3 m的波长主要是太阳辐射的能量；大于6 m的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6 m之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。,.太阳辐射。太阳辐射是地球上生物、大气运动的能源，也是被动式遥感系统中重要的自然辐射源。太阳表面温度约有6000K，内部温度则更高。图2.11为地球表面所测的太阳光谱辐射强度曲线，其中上部那条连续曲线是地球大气层以上粗略的太阳辐射光谱曲线，它与温度为5800K的理想黑体所产生的光谱曲线相似 。 .地球的电磁辐射。地球辐射可分为两个部分：短波（0.32.5m）和长波（6m以

3、上）部分。 地球表面平均温度 27（绝对温度300K），地球辐射峰值波长为 9.66m。在 910m之间，地球辐射属于远红外波段。,太阳辐射照度分布曲线,太阳与地球辐射的电磁波谱,（2）人工辐射源 主动式遥感采用人工辐射源。人工辐射源是指人为发射的具有一定波长（或一定频率）的波束。工作时接收地物散射该光束返回的后向反射信号强弱，从而探知地物或测距，称为雷达探测。雷达又可分为微波雷达和激光雷达。在微波遥感中，目前常用的主要为侧视雷达。 微波辐射源。在微波遥感中常用的波段为0.830cm。微波遥感的探测波段与相应频率如表2-3中所列。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

4、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。,.激光辐射源。目前研究成功的激光器种类很多。按照工作物质的类型可分为：气体激光器、液体激光器、固体激光器、半导体激光器和化学激光器等；按激光输出方式可分为：连续输出激光器和脉冲输出激光器。激光器发射光谱的波长范围较宽，短波波长可至0.24m以下，长波波长可至1000m，输出功率低的仅几微瓦，高的可达几兆兆瓦以上。 激光在遥感技术中逐渐得到应用，其中应用较广的为激光雷达。激光雷达使用脉冲激光器，它可精确测定卫星的位置、高度、速度等，也可测量地形、绘制地图、记录海面波浪情况，还可利用物体的散射性及荧光、吸收等性能监测污染和勘查资源。在遥感

5、图像处理中，采用激光输出器和激光存储器，可大大提高图像处理的速度和精度。,地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。 黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。 黑体辐射(Black Body Radiation )：黑体的热辐射称为黑体辐射。,2.2地物的发射光谱特性,2.2 黑体辐射 黑体：对任何波长的辐射，反射率和投射率都等于0。 黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。,人工制造的接近黑体的吸收体,2.3 黑体辐射的定律,2.2.1 普朗克公式,2.2.2 斯蒂芬玻尔兹曼定律,2.2.3 维恩位移定律,描述黑

6、体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。,2.3.1 普朗克公式,h: 普朗克常数6.6260755*10-34 Ws2,k: 玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23 WsK-1,c: 光速; : 波长（m）; T: 绝对温度（K）,变化特点： (1) 辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值； (2) 温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交； (3) 随温度升高，辐射最大值向短波方向移动。,图示普朗克公式,2.3.2 斯蒂芬玻尔兹曼定律Stefan-Boltzmanns law,对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂芬

7、玻尔兹曼定律。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。,: 斯蒂芬玻尔兹曼常数，5.66970.00297）1012 Wcm-2K-4,红外装置测试温度的理论根据。,2.3.3 维恩位移定律 Wiens displacement law,b : 常数，2897.80.4 m K,高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。 随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。 常温（如人体300K左右，发射电磁波的峰值波长9.66m ）,针对要探测的目标，选择最佳的遥感波段和传感器。,2.4、地物的发射率和基尔霍

8、夫定律,发射率(Emissivity )：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。 影响地物发射率的因素： 地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。,按照发射率与波长的关系，把地物分为： 黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。 灰体(grey body)：发射率小于1，常数 选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。,2.4 一般辐射体和发射率,对于一般物体而言，需要引入发射率（热辐射率、比辐射率），表明物体的发射本领。,非黑体的辐射通量密度与同一温度下黑体辐射通量密度的比值。,发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长有关。按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：,1）黑体,2）灰体,3）选择性辐射体 (如线谱，带谱),2.4 一般辐射体和发射率,基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W 黑。,在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率也越大。,地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物微小的温度差异就