03遥感的物理基础教案资料.ppt

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（ultravioletorUV）波长范围为0.010.4mn太阳辐射含有紫外线，通过大气层时，波长小于0.3m的紫外线几乎都被吸收，只有0.30.4m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0.40.76m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作为鉴别物质特征的主要波段，是遥感中最常用的波段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，能进行全天时遥感红外(Infrared, IR)反射红外（reflective IR）：0.7-3.0m热红外(Thermal IR)：3.0-100m目前遥感界习惯用法：近红外（NIR, near-infrared）：0.7-1.1 m短波红外(SWIR, shortwave IR）：1.1-3.0m中红外(MWIR, Mid wave IR)：3.0-6.0m热红外(TIR, Thermal IR)：8.0-15 mn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n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5m上方处相交n当对地面目标地物进行遥感探测时，传感器接收到小于3m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；n传感器接收到大于6m波长，主要是地物本身的热辐射能量；在36m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）0.31.4um：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）1.42.5um： 近红外窗口，6095，扫描成像，白天记录3）3.55.5um：中红外窗口，6070，白天夜间，扫描成像记录4）814 um：远红外窗口，超过80，白天夜间，扫描记录5）1.4300mm：微波窗口，白天夜间，扫描记录大气窗口和遥感波谱通道单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*182.3.2 地物的光谱特性n 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： EE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: EE 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范围 同类地物的反射光谱是相似的，但随着该地物的内在差异而有所变化 叶色素 细胞结构 水的含量不同含水量砂土的反射波谱不同含水量砂土的反射波谱2、土壤q Soil reflectance: #1 control = moisture contentMoisturecontentVisNIRSWIRq Soil reflectance: #2 control = organic matter contentOM contentVisNIRSWIR具不同叶绿素浓度海水具不同叶绿素浓度海水的反射波谱曲线的反射波谱曲线清澈湖水和混浊泥水的光谱反清澈湖水和混浊泥水的光谱反射特性曲线射特性曲线3、水体q Water reflectanceVery low reflectanceq Water reflectance suspended sedimentsTurbidity=SuspendedsedimentloadBlueGreenRedNIR几种岩石的反射波谱曲线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 n与地物的物理性状有关。

n与光源的辐射强度有关 n与季节有关 n与探测时间有关 n与气象条件有关 2.4 人工辐射源n主要有微波辐射源和激光辐射源n微波辐射源n在微波遥感中常用的波段为0.830cm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n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n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n某些物质的光谱在微波波段有较大的差异n激光辐射源n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.n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察资源地表自身热辐射（在远红外为主）地表反射太阳辐射（在可见光与近红外为主）地物反射镜面反射漫反射实际物体的反射加深对地物反射的理解地物反射波谱形态地物反射波谱的测量植被水体土壤岩石地物波谱与遥感图像的关系（难点和重点）。