遥感物理基础讲解
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遥感物理基础
P = h/λ
h : 普朗克常数，6.6260755×10－34 J s c : 光速； v : 频率
能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。可见光， 红外线；微波和无线电波；紫外线和X射线Y射线。
u n
电磁波的叠加原理
当两列波在同一空间传播时，空间 尚各点的振动为各列波单独振动的 合成。 任何复杂的电磁波都可以分解成许 多比较简单的电磁波； 比较简单的电磁波也可以合成为复 杂的电磁波。
α ( λ , T ) = M ( λ , T ) Mb ( λ , T )
ε =α
发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发 射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不 发射该波长的电磁波。
u n
3 大气对太阳辐射的衰减
3.1 太阳辐射源 3.3 大气分层 3.5 大气窗口
3.2 大气成分组成
3.4 大气对太阳辐射的衰减
θ： 太阳高度角
3.4.1 散射作用
太阳辐射通过大气层时，受到大气中气体分子的散射 和大气中固体、微粒、液体的散射。
u n
1 瑞利（Rayleigh） 散射
质点的直径 d << λ(电磁波波长)时，一般认为（d < λ/10）
γ (λ ) ∝
大气中的气体分子; 晴朗的天空为蓝色； 出现蓝色蒙 雾，紫外区不适于进行遥感
u n
1.2 电磁波谱（2）
传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同。 共性：传播速度相同
遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律 无线电波：电磁振荡
红外线、可见光、紫外线、X射线等由分子、原子、核 子的运动状态的改变或能级跃迁。 紫外线 （0.01－0.4微米），碳酸盐，油污
可见光 （0.4－0.76微米），人眼、单色、全色 红外线 （0.76－1000微米）
遥感第三讲遥感的物理基础优秀课件
美国发现号航天飞机安全着陆 结束27年飞行生涯
2011-03-10 09:45:53 来源: 国际在线(北京)
美国发现号航天飞机安全着陆 结束27年飞行生涯
2011-03-10 09:45:53 来源: 国际在线(北京)
美国“发现”号航天飞机9日在佛罗里达州肯尼迪航天中心安 全着陆，在完成最后一次国际空间站之行的同时，也结束了近 27年的飞行生涯。其在太空累计停留时间长达365天，时速高 达2.8万千米，总飞行里程近2.3亿千米。
中红外（3.0—6.0微米），记录反射和发射的混合信息， 只能扫描，多用于岩性的识别。
热红外（6.0—15微米、15—1000微米），遥感常用8— 14微米的波长，通过扫描方式接收地面的热辐射信息，白 天黑夜都可以工作（全天时），主要用于监测热污染、城 市热岛效应、火山喷发、火灾地热等信息。
（ 5 ） 微 波 ， 1 毫 米 —1 米 ； 遥 感 常 用 0.8 厘 米—30厘米波长，通过扫描方式主动接收 地表发射或回波（后向散射）信息。 它可以全天时和全天候的工作，可以 穿透植被、冰雪、土壤、地下埋藏等物体， 也可显示微地貌类型以及洋面的粗糙度等。
也就是说，要研究地物的电磁波是如何发射 的，又是如何传输的，以及在传播过程中与物体作 用的种种现象。因而可以说电磁波理论是遥感的物 理基础，遥感技术得以实现的基础就是依据不同地 物所具有的不同电磁波辐射能力（大小）。
由于遥感物理基础涉及的面很广，本讲只介 绍遥感应用中主要的物理基础，如电磁波与电磁波 谱、电磁辐射的特征以及太阳辐射与大气效应以及 地物光谱特性等。
5、地物反射光谱的测量—
主要采用多通道的地物光谱仪进行测量。 根据所测数据绘制地物反射光谱曲线图。
《遥感课程》视频资料
遥感物理基础
X
10-6m 1nm 0.38m 0.76m 3m 6m 15m 1mm 1m
紫可近中远超微无
射射 外 见 红 红 红 远 波线
线线 线 光 外 外 外 红
电
外
波
1mm=1000 m；1m=1000nm
电磁波谱的划分
紫外波段 可见光波段
紫色光 蓝色光 青色光 绿色光 黄色光 橙 色光 红色光 近红外（摄影红外）波段 近红外（反射红外）波段 中红外波段（热红外）
❖ 灰体：0< α <1，α不随波长而变 化。
❖ 选择性辐射体： 0< α <1，α随 波长而变化。
概念——辐射度量
❖ 辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位J。 ❖ 辐射通量（Φ）：单位时间内通过某一面积的
辐射能量,Φ=dW/dt，单位W。辐射通量是波长 的函数，总辐射通量是各谱段辐射通量之和或 辐射通量的积分值。 ❖ 辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面 积的辐射能量，E=dΦ/dS，单位W/M2，S为面 积。
普朗克公式表示出了黑体辐射通量密度与温 度的关系及按波长分布的情况。反映黑体 辐射的三个特性：
E0
6000K 3000K
❖ 辐射通量密度随波长连续变化，温度一定 时，辐射通量密度随波长变化的曲线只有 一个最大值
1000K 200K
❖ 温度越高，辐射通量密度也越大，不同温
度下的曲线不相交。
❖ 随着温度的升高，辐射最大值所对应的波 长向短波方向移动。
由上式可见（在遥感技术上的意义）： ❖ 绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能
与绝对温度的四次方成正比，对于一般物体, 可用上式概略推算出总辐射能与绝对温度的 关系。 ❖ 黑体总辐射通量密度与温度的四次方成正比， 因而随温度的增加迅速增大——红外测温的 理论依据。
遥感的物理基础简
折射现象：电磁波传过大气层时出现传播方向的改变，大气密度越大，折射率越大。
01
反射现象：电磁波在传播过程中，通过两种介质的交界面时会出现反射现象，反射现象出要出现在云顶（云造成的噪声）。
02
大气窗口
太阳辐射经过大气传输时，反射，吸收和散射共同衰减了辐射强度，剩余部分即为透过的部分。
由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。
了解地球辐射的分段特性的意义
可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特性。 中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的信息，也有地球自身的热辐射的信息。 热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐射特性。
BACK
地物波谱的特性 地物波谱
01
03
02
STEP3
STEP2
STEP1
可见光和近红外波段：主要表现地物反射作用和地物的吸收作用。（树叶苍翠欲滴、水下温度）
热红外波段：主要表现地物热辐射作用。（热红外灵敏遥感器夜间成像河流为亮色条带，但热红外白天成像河流为暗色条带）
微波波段：主动遥感利用地物后向散射；被动遥感利用地物微波辐射。
不同电磁波段中地物波谱特性
地物反射
可见光和近红外波段地物波谱特征——地物反射波谱特征
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。 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. 45~0. 56μm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。 地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。
遥感的物理基础1
❖ 大气气体的：成分N：2，多O种2，气体H2、O固，态C和O液2，态C悬O浮，的C微H4，
粒混合组成的。
O3
大减气气的溶重物胶要质原与因太。阳辐射相互作用，是太阳辐射衰
❖ 大气的成分可分为常定成分（ N2，O2 ，
CO2等）与可变成分两个部分（水汽，气溶
胶）。
（3）大气结构
大气厚度约为1000km,从地面到大气上界， 可垂直分为4层：
➢ 对流层：高度在7～12 km,温度随高度而降低，空气明显垂 直对流，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随纬 度和季节而变化。
➢ 平流层：高度在12～50 km，没有对流和天气现象。底部 为同温层（航空遥感活动层），同温层以上为暖层，温度由 于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。
➢ 电离层：高度在50～1 000 km，大气中的O2、N2受紫外 线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。
2) 微波辐射比红外辐射弱得多，但技术上 可以经过处理来接收。
第二节 太阳辐射及大气对辐射的影响
(1) 太阳辐射 (2) 大气作用 大气的成分与结构 大气吸收 大气散射 大气窗口 大气透射的定量分析
分析结果、图表 输出
接收 预处 理
用户应用 处理
（1）太阳辐射
太阳辐射：太阳是被动遥感主要的辐射源，又叫太
☆ 辐射能量（W）：电磁辐射的能量。 ☆ 辐射通量（Φ ）：单位时间内通过某一面积的
辐射能量。 ☆ 辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上
的辐射通量。 ☆ 辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积
上的辐射通量。
❖I为物体接收的辐射，M为物体发出的辐射。
22
四、黑体辐射
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。
《遥感物理》课件
高光谱遥感技术需要克服高分辨率和高光谱分辨率之间的矛盾，提高光谱分辨率和空间分辨率，以满足 更广泛的应用需求。
雷达遥感技术
01
雷达遥感技术利用电磁波探测 地物，不受光照和时间限制， 能够获取全天候、全天时的遥 感数据。
02
雷达遥感技术能够穿透云层和 地表覆盖物，获取地表下的信 息，对于地质勘查、地下资源 探测等领域具有重要意义。
城市安全监控
遥感数据可以用于城市安全监控，包括防范恐怖 袭击、维护公共秩序等。
灾害遥感
地震灾害监测
利用遥感技术对地震害进行监测，为救援 和重建工作提供数据支持。
火灾监测与救援
利用遥感技术对火灾进行监测，及时发现火 源并采取救援措施。
洪涝灾害监测
通过遥感数据监测洪涝灾害情况，及时发现 受灾区域并采取救援措施。
农业环境监测
遥感技术可以监测土壤、水 质、空气质量等农业环境状 况，为农业环境保护和可持 续发展提供支持。
林业遥感
森林资源调查
利用遥感技术对森林资源进行调查，掌握森 林面积、分布、生长状况等信息。
森林火灾监测
通过遥感数据监测森林火灾情况，及时发现 火源并采取救援措施。
森林病虫害监测
遥感技术可以监测森林病虫害发生情况，为 防治工作提供数据支持。
林业碳汇监测
利用遥感数据监测森林碳汇量，为应对气候 变化和林业可持续发展提供支持。
环境遥感
生态环境监测
遥感技术可以对生态环境进行全面监测，包括空气质量、水质、土壤状况等。
城市环境监测
遥感数据可以监测城市环境状况，包括城市热岛效应、空气污染等。
自然保护区监测
遥感技术可以对自然保护区进行长期监测，及时发现环境变化和生态问题。
雷达遥感技术
01
雷达遥感技术利用电磁波探测 地物，不受光照和时间限制， 能够获取全天候、全天时的遥 感数据。
02
雷达遥感技术能够穿透云层和 地表覆盖物，获取地表下的信 息，对于地质勘查、地下资源 探测等领域具有重要意义。
城市安全监控
遥感数据可以用于城市安全监控，包括防范恐怖 袭击、维护公共秩序等。
灾害遥感
地震灾害监测
利用遥感技术对地震害进行监测，为救援 和重建工作提供数据支持。
火灾监测与救援
利用遥感技术对火灾进行监测，及时发现火 源并采取救援措施。
洪涝灾害监测
通过遥感数据监测洪涝灾害情况，及时发现 受灾区域并采取救援措施。
农业环境监测
遥感技术可以监测土壤、水 质、空气质量等农业环境状 况，为农业环境保护和可持 续发展提供支持。
林业遥感
森林资源调查
利用遥感技术对森林资源进行调查，掌握森 林面积、分布、生长状况等信息。
森林火灾监测
通过遥感数据监测森林火灾情况，及时发现 火源并采取救援措施。
森林病虫害监测
遥感技术可以监测森林病虫害发生情况，为 防治工作提供数据支持。
林业碳汇监测
利用遥感数据监测森林碳汇量，为应对气候 变化和林业可持续发展提供支持。
环境遥感
生态环境监测
遥感技术可以对生态环境进行全面监测，包括空气质量、水质、土壤状况等。
城市环境监测
遥感数据可以监测城市环境状况，包括城市热岛效应、空气污染等。
自然保护区监测
遥感技术可以对自然保护区进行长期监测，及时发现环境变化和生态问题。
遥感的物理基础
• Named for Swedish Astronomer who first named these wavelengths
• 1 nanometer = 10 Ao
Language of the Energy Cycle: The Electromagnetic Spectrum
Wavelength l
遥感原理
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
有之保发温射作 率用 就的 小地 。物，一般WWW发W黑黑射率大，反
表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。 地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、 热惯性大的地物，发射率大。如水体夜晚发射率大， 白天就小。
2. 平流层：较为微弱。 3. 电离层：（中间层、热层散
辐射亮度
L 2(3) Φ / A Ω ( λ)
瓦/米²•球面度 (W/m² • Sr)
遥感原理
四、黑体辐射
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。 1. 黑体：在任何温度下，对任何波长的电磁 辐射都全部吸收,则 这个物体是绝对黑体 。 2. 黑体辐射(Black Body Radiation )：黑体的 热辐射称为黑体辐射。黑色烟煤 恒星太阳
由振源发出的电磁振荡在空气中传播。
遥感原理
4. 电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：原
理
5. 电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、
吸收、反射和透射）称为电磁辐射。
遥感原理
6.
电磁波的特性
电磁波是横波
在真空中以光速传播
满足：频率与波长的乘积是光速
能量等于普朗克常数h与频率f的 乘积
• 1 nanometer = 10 Ao
Language of the Energy Cycle: The Electromagnetic Spectrum
Wavelength l
遥感原理
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
有之保发温射作 率用 就的 小地 。物，一般WWW发W黑黑射率大，反
表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。 地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、 热惯性大的地物，发射率大。如水体夜晚发射率大， 白天就小。
2. 平流层：较为微弱。 3. 电离层：（中间层、热层散
辐射亮度
L 2(3) Φ / A Ω ( λ)
瓦/米²•球面度 (W/m² • Sr)
遥感原理
四、黑体辐射
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。 1. 黑体：在任何温度下，对任何波长的电磁 辐射都全部吸收,则 这个物体是绝对黑体 。 2. 黑体辐射(Black Body Radiation )：黑体的 热辐射称为黑体辐射。黑色烟煤 恒星太阳
由振源发出的电磁振荡在空气中传播。
遥感原理
4. 电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：原
理
5. 电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、
吸收、反射和透射）称为电磁辐射。
遥感原理
6.
电磁波的特性
电磁波是横波
在真空中以光速传播
满足：频率与波长的乘积是光速
能量等于普朗克常数h与频率f的 乘积
遥感第2章-遥感物理基础
02
(设计遥感器空间分辨率具有重要意义。)
电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝地振动分量，称为电磁破的偏振。 偏振光，非偏振光，部分偏振
最小分辨角:
物镜的有效孔径
电磁波的衍电磁波谱与电磁辐射
电磁波谱：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称为电磁波谱。（P17，F2.3）依次为： γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。 电磁波谱示图
§2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
大气对太阳辐射的衰减 2、大气的散射作用 大气对太阳辐射吸收的明显特点是吸收带主要位于太阳辐射的紫外和红外区，而对可见光区基本上是透明的。但当大气中含有大量云、雾、小水滴时，由于大气散射使得可见光区也变成不透明了（P25 T2.11中两条连续曲线的差值，表示大气对太阳辐射散射时所造成的损失）。散射使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其它各方向的辐射。 （1）大气散射改变了部分辐射方向，干扰了传感器的接收，降低了遥感数据的质量，造成影像的模糊，影响遥感资料的判读。 （2）大气散射集中于太阳辐射能量较强的可见光区。 （3）大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。
光谱辐射通量
以上各辐射量都是波长的函数。 右图表示单位波长间隔内的辐射通量，称为光谱辐射通量。 Φ(λ)=dΦ/dλ 单位： 瓦/微米（W• μm-1）
2.1 电磁波谱与电磁辐射
2.1.3 黑体辐射 绝对黑体（简称黑体）：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。 光谱吸收系数（吸收率）： α（λ，T） 光谱反射系数（反射率）： ρ（λ，T） 绝对黑体特性： α（λ，T）= 1 ， ρ（λ，T）= 0， 与温度和波长无关
2.1 电磁波谱与电磁辐射
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遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁 波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物 体的信息，完成远距离识别物体。
不同地物的光谱曲线不同。
同一种物体在不同的情况下，在各波段的反射率也 不同。
第一节 电磁波与电磁波谱
不同类型的地物具有反射或辐射不同波长电磁波的特性，遥 感技术是利用地物反射和辐射电磁微波的固有特性来探测地面 目标的。因此，关于电磁波辐射的基本原理就成为遥感技术的 理论基础。本章仅从“遥感”的角度简述一些有关问题。
一、电磁波
电磁波是能量的一种动态形式。只有当它与物质相互作用 时才表现出来。
在自然界中，无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线 、X射线、γ射线都是电磁波，不过它们产生的方式不同，波长 也不同。
根据电磁场理论，变化的电场能够在它的周围激起磁场的 变化，同样，变化的磁场也能够在它周围激起电场的变化，这 种交变的电磁场在空间由近及远的传播过程称为电磁波。
辐射率L——在扩展源的某一方向上的单位立体角内，
由垂直于那个方向的平面上辐射源的投影单位面积所 发射的辐射通量。
电磁波的特点和遥感意义
1） 不需要传播介质 2） 横 波 3） 波动性 4） 粒子性 5） 叠加原理
6） 相干性和非相干性 7） 衍射和偏振 （遥感器的几何图象分辨率，波长越
长，偏振现象越显著，偏振摄影和雷达成像） 8）多谱勒效应 （合成孔径侧视雷达）
➢X—射线
波长0.03—3nm，在大气中全部被吸收，不能 用于遥感
➢紫外线（UV）
波长3nm—0.38 m 3nm—0.01m 超远紫外 0.01—0.2 m 远紫外 0.2—0.3 m 中紫外 0.3—0.38 m 近紫外（摄影紫外） 具较高能量，在大气中散射严重
➢可见光(Visible light)
辐射通量密度——单位面积所截获的辐射通量。 辐照度——投射到表面上的辐射通量密度。用符号E表 示（单位为W·m-2) 出射率——从表面发出的辐射通量密度。用符号M表示 （单位为W·m-2）
辐射强度I ——辐射源每单位立体角所发出的辐射通
量密度，单位为瓦·球面度-1（W ·Sr-1)
立体角是辐射通量定ຫໍສະໝຸດ 测量的一个基本概念，采用类 似弧度的度量方法。
杨氏干涉
小孔衍射
A天然光；B偏振光；C部分偏振光
二、电磁波谱
定义：按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排 列成的图表，称为电磁波谱。
0.38～0.76μm 0.76～1000μm
0.01～0.38μm
微波：1000 μm ～1.0m
蓝0.38～0.50μm，绿0.50～0.60μm，红0.60～0.76μm。
各种电磁波的特点
γ射 线
X射 线 紫外 线 可见 光 红外 线 微 波
波长范围
小于 10－6 μm
10－6 μm ~10－ 3 μm
10－3 ~0.38 μm
0.38 ~0 .76 μm
0.76μm ~ 1 mm
1mm ~ 1m
产生机理 原子核受激后产生 原子中内层电子受激后产生
原子、分子中外层电子受激发 后跃迁到低能态
电磁波示意图
电磁波的电（E）、磁（H）向 量
电磁波
电磁能量有以下几个主要参数
波长(Wavelength)：指波在一个振动周期内传播的距 离。即沿波的传播方向，两个相邻的同相位点(如波峰 或波谷)间的距离。用表示，单位为厘米(cm)、毫米 (mm)、微米(m)、纳米(nm)等 周期：波前进一个波长那样距离所需的时间（T） 频率(frequency)：指单位时间内，完成振动或振荡的
电磁波的粒子性
能量：E E hv hc /
动量：P
P h/
h : 普朗克常数，6.6260755×10－34 J s c : 光速； v : 频率
能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。 可见光，红外线；微波和无线电波；紫外线和X射线Y射线。
电磁辐射传播的基本特性
➢ 干涉 ➢ 衍射 ➢ 偏振
次 数 或 周 期 （ T ） . 用 V 示 。 单 位 为 赫 兹 (Hz) 、 千 赫
(KHz)、兆赫(MHz)、吉赫(GHz)等 。
波长与频率
振幅(Amplitude)：表示电场振动的强度。它被定义为振动物 理量偏离平衡位置的最大位移。即每个波峰的高度。单位为 瓦特／米2·厘米 电磁波的波长、频率、及速度间有如下关系：
波长0.38—0.76 m ，电磁波谱中人眼所唯一 能见到的波区。还可分出更窄的谱段，如红、 橙、黄、绿、青、兰、紫，也可粗分为： 蓝0.38—0.50 m 绿0.50—0.60 m 红0.60—0.76 m
➢红外线（Infrared ,IR)
波长0.76～1000m 近红外（NIR）0.76～3m （反射红外）
第二章 遥感物理基础
第二章 遥感物理基础
第一节 第二节 第三节 第四节
电磁波与电磁波谱 太阳辐射与大气窗口 地物波谱特征 色度学
地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反 射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的 形式——电磁波。不同的物体具有不同的物质 组成和结构；由此导致其电磁波谱特征（特征 光谱）不同。
＝V
电磁波在真空中以光速C＝2.998×108米／秒(m／s)传播， 在大气中小于光速但接近于光速传播。
一般可用波长或频率来描述或定义电磁波谱的范围。在可 见光一红外遥感中多用波长，如m、nm等：在微波遥感中 多用频率，如MHz、GHz等。
几个辐射度量概念
辐射能W——电磁辐射所携带（或传递）的能量，它表 示在给定的时间间隔内由辐射源辐射出的全部能量。 辐射能的单位是焦尔（符号J） 辐射通量——辐射能传递的时间速率，是单位时间内 所传递的能量。常用单位是瓦（符号W）。大多数传感 器响应的是辐射能传递的时间速率，而不是所传递的 总能量
分子振动或转动的能级跃迁 电磁电感组成的振荡回路
特点 非常强的穿透力，很难观
察到波动性 较强的穿透力，粒子性突
出
明显的波粒二象性
波动性明显
用途 医学
医学
可见光 遥感 红外遥 感 微波遥 感
电磁波谱中各谱段的主要特点
➢ —射线
波长小于0.03nm,波长短、频率高，具很大能量，很高 的穿透能力。来自太阳辐射中的全被大气吸收，因此 不能用于遥感。但来自放射性矿物的可被低空遥感所 探测，有遥感前景。
不同地物的光谱曲线不同。
同一种物体在不同的情况下，在各波段的反射率也 不同。
第一节 电磁波与电磁波谱
不同类型的地物具有反射或辐射不同波长电磁波的特性，遥 感技术是利用地物反射和辐射电磁微波的固有特性来探测地面 目标的。因此，关于电磁波辐射的基本原理就成为遥感技术的 理论基础。本章仅从“遥感”的角度简述一些有关问题。
一、电磁波
电磁波是能量的一种动态形式。只有当它与物质相互作用 时才表现出来。
在自然界中，无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线 、X射线、γ射线都是电磁波，不过它们产生的方式不同，波长 也不同。
根据电磁场理论，变化的电场能够在它的周围激起磁场的 变化，同样，变化的磁场也能够在它周围激起电场的变化，这 种交变的电磁场在空间由近及远的传播过程称为电磁波。
辐射率L——在扩展源的某一方向上的单位立体角内，
由垂直于那个方向的平面上辐射源的投影单位面积所 发射的辐射通量。
电磁波的特点和遥感意义
1） 不需要传播介质 2） 横 波 3） 波动性 4） 粒子性 5） 叠加原理
6） 相干性和非相干性 7） 衍射和偏振 （遥感器的几何图象分辨率，波长越
长，偏振现象越显著，偏振摄影和雷达成像） 8）多谱勒效应 （合成孔径侧视雷达）
➢X—射线
波长0.03—3nm，在大气中全部被吸收，不能 用于遥感
➢紫外线（UV）
波长3nm—0.38 m 3nm—0.01m 超远紫外 0.01—0.2 m 远紫外 0.2—0.3 m 中紫外 0.3—0.38 m 近紫外（摄影紫外） 具较高能量，在大气中散射严重
➢可见光(Visible light)
辐射通量密度——单位面积所截获的辐射通量。 辐照度——投射到表面上的辐射通量密度。用符号E表 示（单位为W·m-2) 出射率——从表面发出的辐射通量密度。用符号M表示 （单位为W·m-2）
辐射强度I ——辐射源每单位立体角所发出的辐射通
量密度，单位为瓦·球面度-1（W ·Sr-1)
立体角是辐射通量定ຫໍສະໝຸດ 测量的一个基本概念，采用类 似弧度的度量方法。
杨氏干涉
小孔衍射
A天然光；B偏振光；C部分偏振光
二、电磁波谱
定义：按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排 列成的图表，称为电磁波谱。
0.38～0.76μm 0.76～1000μm
0.01～0.38μm
微波：1000 μm ～1.0m
蓝0.38～0.50μm，绿0.50～0.60μm，红0.60～0.76μm。
各种电磁波的特点
γ射 线
X射 线 紫外 线 可见 光 红外 线 微 波
波长范围
小于 10－6 μm
10－6 μm ~10－ 3 μm
10－3 ~0.38 μm
0.38 ~0 .76 μm
0.76μm ~ 1 mm
1mm ~ 1m
产生机理 原子核受激后产生 原子中内层电子受激后产生
原子、分子中外层电子受激发 后跃迁到低能态
电磁波示意图
电磁波的电（E）、磁（H）向 量
电磁波
电磁能量有以下几个主要参数
波长(Wavelength)：指波在一个振动周期内传播的距 离。即沿波的传播方向，两个相邻的同相位点(如波峰 或波谷)间的距离。用表示，单位为厘米(cm)、毫米 (mm)、微米(m)、纳米(nm)等 周期：波前进一个波长那样距离所需的时间（T） 频率(frequency)：指单位时间内，完成振动或振荡的
电磁波的粒子性
能量：E E hv hc /
动量：P
P h/
h : 普朗克常数，6.6260755×10－34 J s c : 光速； v : 频率
能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。 可见光，红外线；微波和无线电波；紫外线和X射线Y射线。
电磁辐射传播的基本特性
➢ 干涉 ➢ 衍射 ➢ 偏振
次 数 或 周 期 （ T ） . 用 V 示 。 单 位 为 赫 兹 (Hz) 、 千 赫
(KHz)、兆赫(MHz)、吉赫(GHz)等 。
波长与频率
振幅(Amplitude)：表示电场振动的强度。它被定义为振动物 理量偏离平衡位置的最大位移。即每个波峰的高度。单位为 瓦特／米2·厘米 电磁波的波长、频率、及速度间有如下关系：
波长0.38—0.76 m ，电磁波谱中人眼所唯一 能见到的波区。还可分出更窄的谱段，如红、 橙、黄、绿、青、兰、紫，也可粗分为： 蓝0.38—0.50 m 绿0.50—0.60 m 红0.60—0.76 m
➢红外线（Infrared ,IR)
波长0.76～1000m 近红外（NIR）0.76～3m （反射红外）
第二章 遥感物理基础
第二章 遥感物理基础
第一节 第二节 第三节 第四节
电磁波与电磁波谱 太阳辐射与大气窗口 地物波谱特征 色度学
地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反 射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的 形式——电磁波。不同的物体具有不同的物质 组成和结构；由此导致其电磁波谱特征（特征 光谱）不同。
＝V
电磁波在真空中以光速C＝2.998×108米／秒(m／s)传播， 在大气中小于光速但接近于光速传播。
一般可用波长或频率来描述或定义电磁波谱的范围。在可 见光一红外遥感中多用波长，如m、nm等：在微波遥感中 多用频率，如MHz、GHz等。
几个辐射度量概念
辐射能W——电磁辐射所携带（或传递）的能量，它表 示在给定的时间间隔内由辐射源辐射出的全部能量。 辐射能的单位是焦尔（符号J） 辐射通量——辐射能传递的时间速率，是单位时间内 所传递的能量。常用单位是瓦（符号W）。大多数传感 器响应的是辐射能传递的时间速率，而不是所传递的 总能量
分子振动或转动的能级跃迁 电磁电感组成的振荡回路
特点 非常强的穿透力，很难观
察到波动性 较强的穿透力，粒子性突
出
明显的波粒二象性
波动性明显
用途 医学
医学
可见光 遥感 红外遥 感 微波遥 感
电磁波谱中各谱段的主要特点
➢ —射线
波长小于0.03nm,波长短、频率高，具很大能量，很高 的穿透能力。来自太阳辐射中的全被大气吸收，因此 不能用于遥感。但来自放射性矿物的可被低空遥感所 探测，有遥感前景。