一、電磁波譜；二、電磁輻射的度量（自學(xué)為主)1、電磁波譜按頻率由高到低排列主要由

、

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等組成。2、遙感應(yīng)用的電磁波波譜段有哪些？有什么特點(diǎn)？3、名次解釋：輻射能量（W）、輻射通量(Φ)、輻射通量密度。三、黑體輻射（問題討論）1、什么是絕對(duì)黑體?2、簡(jiǎn)述斯忒藩—玻爾茲曼定律和維恩位移定律的內(nèi)容及其對(duì)遙感的意義。第2章電磁輻射與地物光譜特征2.1電磁波譜與電磁輻射一、電磁波譜；二、電磁輻射的度量（自學(xué)為主)三、黑體輻射（1SPOT5圖像10米思考：目標(biāo)物怎樣與電磁波作用形成影像圖？思考：2第2章電磁輻射與地物光譜特征

本章主要內(nèi)容：2.1電磁波譜與電磁輻射2.2太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響2.3地球的輻射與地物波譜

第2章電磁輻射與地物光譜特征本章主要內(nèi)容：3(1)電磁波譜2.1電磁波譜與電磁輻射

◆電磁波：◆電磁波性質(zhì)：(1)電磁波譜2.1電磁波譜與電磁輻射◆電磁波：◆電磁4◆電磁波譜：按電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率，遞增或遞減排列。依次為：γ射線

電磁波譜示圖p15、p17X射線紫外線可見光紅外線無線電波◆電磁波譜：按電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率，遞增或遞減排列5紫外線：可見光：紅外線：微波：遙感應(yīng)用的電磁波波譜段波長(zhǎng)范圍為0.01～0.38μm，對(duì)油污染敏感。波長(zhǎng)范圍：0.38～0.76μm，人眼對(duì)可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。波長(zhǎng)范圍為0.76～1000μm，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。波長(zhǎng)范圍為1mm～1m，穿透性好，不受云霧的影響。紫外線：遙感應(yīng)用的電磁波波譜段波長(zhǎng)范圍為0.01～0.38μ6輻射源：2.輻射測(cè)量（2）電磁輻射的度量任何物體都是輻射源遙感探測(cè)實(shí)際上是輻射能量的測(cè)定。輻射能量（W）：電磁輻射的能量，單位：J

輻射通量(Φ)：（它是輻射能量隨時(shí)間的變化率）

輻射通量密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過單位面積上的輻射能量,單位:W/m2輻射出射度（M）：輻射源物體表面單位面積上

輻照度（I）：被輻射物體表面單位面積上輻射亮度（L）：某一方向,單位投影表面,單位立體角內(nèi)輻射通量,即輻射源：2.輻射測(cè)量（2）電磁輻射的度量任何物體都是輻射源輻7理論和實(shí)驗(yàn)表明，物體的吸收本領(lǐng)越大，其輻射本領(lǐng)也越大。結(jié)論：黑體吸收最強(qiáng)，輻射也最強(qiáng)。黑體吸收模型（3）黑體輻射◆1絕對(duì)黑體:

◆如果一個(gè)物體在任何溫度下對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁輻射全部吸收（即吸收系數(shù)恒等于1），則這個(gè)物體稱為絕對(duì)黑體。α（λ，T）≡1，ρ（λ，T）≡0能100%地發(fā)射某一波段的輻射。黑色的煙煤、恒星、太陽接近絕對(duì)黑體。理論和實(shí)驗(yàn)表明，物體的吸收本領(lǐng)越大，其輻射本領(lǐng)也越大。黑8◆2黑體輻射規(guī)律

★1）普朗克公式

★2）斯忒藩--玻爾茲曼定律：

★3）維恩位移定律：◆2黑體輻射規(guī)律9★

1)———黑體輻射定律，即普朗克定律。

不同溫度的黑體輻射

■黑體輻射的能量(輻射出射度)只與波長(zhǎng)、溫度有關(guān)，與物質(zhì)組成無關(guān)，發(fā)射能量是一個(gè)連續(xù)的波長(zhǎng)譜。★1)———黑體輻射定律，即普朗克定律。不同溫度的黑10b★

2）對(duì)普朗克公式積分得絕對(duì)黑體的總輻射出射度（曲線下面所圍面積）與黑體溫度的四次方成正比。黑體輻射光譜中輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)與黑體溫度T成反比不同溫度的黑體輻射斯忒藩--玻爾茲曼定律維恩位移定律★

3）對(duì)普朗克函數(shù)求波長(zhǎng)曲線極值★2）對(duì)普朗克公式積分得絕對(duì)黑體的總輻射出射度（曲線下面11

?

基爾霍夫定律◆3實(shí)際物體的輻射黑體的輻射能力最大，物體吸收率越大，輻射能力越強(qiáng)。在任一給定溫度下，地物的輻射出射度M和吸收率之比，對(duì)于任一地物都是一個(gè)常數(shù)，等于該溫度下黑體的輻射出射度。?基爾霍夫定律◆3實(shí)際物體的輻射黑體的輻射能力最大12發(fā)射率(比輻射率)：實(shí)際物體輻射與黑體輻射之比。它也是遙感探測(cè)的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。?實(shí)際物體的輻射（實(shí)際物體的輻射出射度比絕對(duì)黑體低）?影響地物發(fā)射率的因素：地物的性質(zhì)、表面狀況、溫度（比熱、熱慣量）：比熱大、熱慣量大，以及具有保溫作用的地物，一般發(fā)射率大，反之發(fā)射率就小。發(fā)射率(比輻射率)：實(shí)際物體輻射與黑體輻射之比。它也是遙感探13返回返回14植物生長(zhǎng)狀況的解譯健康的綠色植物具有典型的光譜特征。遭受病蟲害的植物其反射光譜曲線的波狀特征被拉平。植物生長(zhǎng)狀況的解譯健康的綠色植物具有典型的光譜特征。遭受病蟲15課堂練習(xí)：1、簡(jiǎn)述斯忒藩—玻爾茲曼定律和維恩位移定律的內(nèi)容及其對(duì)遙感的意義。2、計(jì)算太陽輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)？λMλ課堂練習(xí)：1、簡(jiǎn)述斯忒藩—玻爾茲曼定律和維恩位移定律的內(nèi)容16b維恩位移定律——用它可測(cè)定太空星體表面溫度，也可用來選擇對(duì)特定地物的監(jiān)測(cè)波段，如火災(zāi)檢測(cè)。斯忒藩--玻爾茲曼定律——地物微小的溫度差異就會(huì)引起紅外輻射能量較明顯變化。這種特征是構(gòu)成紅外遙感的理論依據(jù)。兩定律意義維恩位移定律——用它可測(cè)定太空星體表面溫度，也可用來選擇對(duì)特17第二節(jié)太陽輻射及大氣對(duì)太陽輻射的影響一、太陽輻射；二、大氣吸收（自學(xué)為主：觀看講課視頻；查看課外學(xué)習(xí)體系；提問習(xí)題予以評(píng)分）。1、太陽光譜的特點(diǎn)有哪些？2、大氣吸收對(duì)遙感技術(shù)有什么影響？三、大氣散射；四、大氣窗口及透射分析（問題討論）1.大氣的散射現(xiàn)象有幾種類型？根據(jù)不同散射類型的特點(diǎn)分析可見光遙感與微波遙感的區(qū)別，說明為什么微波具有穿云浮透霧能力而可見光不能。2、綜合論述太陽輻射傳播到地球表面又返回到遙感傳感器這一整個(gè)過程中所發(fā)生的物理現(xiàn)象。3、何為大氣窗口？分析形成大氣窗口的原因。簡(jiǎn)述大氣窗口對(duì)于遙感探測(cè)的重要意義。第二節(jié)太陽輻射及大氣對(duì)太陽輻射的影響三、大氣散射；四、大氣182.2太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響★（2）大氣對(duì)輻射的影響

（一）大氣吸收

（一）大氣散射

（一）大氣窗口及透射分析★

（1）太陽輻射2.2太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響★（2）大氣對(duì)輻射的影響★191太陽常數(shù)：2太陽光譜★（1）太陽輻射★（1）太陽輻射20太陽輻照度分布曲線0.4地面接收

太陽輻射能主要集中在0.3-3.0μm近紫外到中紅外波段區(qū)間太陽輻射總能量的46%集中在0.3-0.76μm之間的可見光波段太陽輻照度分布曲線0.4地面接收太陽輻射能主要集中在021?大氣分層：對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和大氣外層（散逸層）?！铮?）大氣對(duì)輻射的影響?大氣的成分：分子和其他微粒分子：氮和氧占99%，臭氧、二氧化碳、水分子及其他約占1%。顆粒：煙、塵埃、霧、小水滴和氣溶膠。?大氣分層：對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和大氣外層（散逸層）22大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射的衰減過程：30%被云層反射回；17%被大氣吸收；22%被大氣散射；31%到達(dá)地面。（一）大氣的吸收作用

（二）大氣的散射作用

（三）大氣窗口及透射大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射的衰減過程：30%被云層反射回；1723（一）大氣的吸收作用大氣的吸收作用：大氣中的各種成分對(duì)太陽輻射有選擇性吸收，形成太陽輻射的大氣吸收帶（如下表）（圖示P28）O2吸收帶<0.2μm，0.6μm，0.76μm最強(qiáng)O3吸收帶0.2～0.32μm，0.6μm，9.6μmH2O吸收帶2.5～3.0μm,5～7μm，0.94μm，1.13μm，1.38μm，1.86μm，3.24μm，24μmCO2吸收帶吸收峰主要是2.8μm,4.3μm塵埃吸收量很小（一）大氣的吸收作用大氣的吸收作用：O2吸收帶<0.2μm，24（二）大氣的散射作用大氣發(fā)生的散射主要有三種：1瑞利散射：粒子直徑d

<<λ2米氏散射：粒子直徑d

≈λ3無選擇性散射：粒子直徑d

>>λ散射作用：太陽輻射在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，并向各個(gè)方向散開對(duì)遙感圖像來說，降低了傳感器接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成圖像模糊不清。（二）大氣的散射作用大氣發(fā)生的散射主要有三種：散射作用：太陽25瑞利散射（粒子直徑d<<λ

）散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比。

因此短波長(zhǎng)的散射較多，例如藍(lán)光散射>綠光>紅光。瑞利散射對(duì)可見光的影響較大，對(duì)紅外輻射的影響很小，對(duì)微波的影響可以不計(jì)。顏色紅橙黃黃綠青蘭紫紫外線波長(zhǎng)0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0無云的晴天，天空為什么呈現(xiàn)藍(lán)色？瑞利散射（粒子直徑d<<λ）顏色紅橙黃黃綠青蘭紫紫外線波263.無選擇性散射（粒子直徑d>>λ）

符合無選擇性散射條件的波段中，任何波段的散射強(qiáng)度相同。水滴、霧、塵埃、煙等氣溶膠常常產(chǎn)生非選擇性散射。云霧為什么通常呈現(xiàn)白色？米氏散射（粒子直徑d≈λ）散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方成反比。云、霧的粒子大小與紅外線的波長(zhǎng)接近，所以云霧對(duì)對(duì)紅外線的米氏散射不可忽視。潮濕天氣米氏散射影響較大。3.無選擇性散射（粒子直徑d>>λ）云霧為什么通常呈27（三）大氣窗口1）折射現(xiàn)象：2）反射現(xiàn)象：3）大氣窗口：電磁波通過大氣層時(shí)較少被反射，吸收和散射的，透射率較高的波段稱為大氣窗口。（對(duì)遙感有用的部分）大氣窗口是選擇遙感工作波段的重要依據(jù)。

（三）大氣窗口1）折射現(xiàn)象：28大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外可見光近紅外0.3～1.3μm＞90TM1-4、SPOT的HRV近紅外1.5～1.8μm80TM5近-中紅外2.0～3.5μm80TM7中紅外3.5～5.5μmNOAA的AVHRR遠(yuǎn)紅外8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat常見的大氣窗口：大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外可見光0.3～1.3μm29第三節(jié)地球的輻射與地物波譜一、太陽輻射與地表的相互作用；二、地表自身熱輻射（問題討論）1、了解地球輻射的分段特性的意義?2、基爾霍夫定律是什么？三、地物反射波譜特征（自學(xué)為主）。1、敘述土壤、植物、和水的光譜反射率隨波長(zhǎng)變化的一般規(guī)律。2、地物波譜曲線的作用有哪些？第三節(jié)地球的輻射與地物波譜302.3地球的輻射與地物波譜二、地表自身熱輻射三、地物反射波譜特征一、太陽輻射與地表的相互作用2.3地球的輻射與地物波譜二、地表自身熱輻射三、地物反射波譜31太陽輻射主要集中在0.3-2.5μm，在紫外、可見光、到近紅外區(qū)段地球自身輻射主要集中在6μm以上的熱紅外區(qū)段2.5-6μm，即中紅外波段兩種輻射共同起作用（避免太陽輻射）一、太陽輻射與地表的相互作用太陽輻射主要集中在0.3-2.5μm，在紫外、可見光、32太陽輻射近似溫度為6000K的黑體輻射，而地球輻射接近于溫度為300K的黑體輻射。最大輻射的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)分別為λmax日=0.47μm

和

λmax地=9.66μm波段名稱可見光與近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)0.3-2.5μm2.5-6μm＞6μm輻射特性地表反射太陽輻射為主地表反射太陽輻射和自身熱輻射地表物體自身熱輻射為主地球輻射的分段特性太陽輻射近似溫度為6000K的黑體輻射，而地球輻射接近33了解地球輻射的分段特性的意義?可見光和近紅外波段遙感圖像上的信息來自地物反射特性。中紅外波段遙感圖像上，既有地表反射太陽輻射的信息，也有地球自身的熱輻射的信息。（避免太陽輻射）。但對(duì)于地表高溫目標(biāo)．如火燃等，其溫度達(dá)600k，輻射峰值波長(zhǎng)為4.8μm，在熱紅外波段3～5μm的大氣窗口內(nèi)。遠(yuǎn)紅外波段遙感圖像上的信息來自地球自身的熱輻射特性。

所以，通常熱紅外遙感波段的選擇在波長(zhǎng)8～14μm和3～5μm兩個(gè)區(qū)間內(nèi)。了解地球輻射的分段特性的意義?可見光和近紅外波段遙感圖像上的34二、地表自身熱輻射據(jù)黑體輻射規(guī)律及基爾霍夫定律，物體的發(fā)射波譜曲線：可根據(jù)λ和ε作出曲線

二、地表自身熱輻射據(jù)黑體輻射規(guī)律及基爾霍夫定律，物體的發(fā)射波35比輻射率（發(fā)射率）波譜特性曲線的形態(tài)特征反映：地面物體本身的特性，包括物體本身的組成、溫度、表面粗糙度等物理特性。

比輻射率（發(fā)射率）波譜特性曲線的形態(tài)特征反映：36曲線的形態(tài)特殊時(shí)可以用發(fā)射率曲線來識(shí)別地面物體，尤其在夜間，太陽輻射消失后，地面發(fā)出的能量以發(fā)射光譜為主，探測(cè)其紅外輻射及微波輻射并與同樣溫度條件下的發(fā)射率曲線比較，是識(shí)別地物的重要方法之一。曲線的形態(tài)特殊時(shí)可以用發(fā)射率曲線來識(shí)別地面物體，尤其在夜間，37三、地物反射波譜特征

★到達(dá)地面的太陽輻射能量=反射能量+吸收能量+透射能量★反射率與反射波譜

★地物反射波譜曲線

遙感導(dǎo)論第二章教材課件38（1）反射率

物體反射的輻射能量占總?cè)肷淠芰康陌俜直龋Q為反射率。利用反射率可判斷物體的性質(zhì)。

不同物體反射率不同地物在不同波段的反射率是不同的，利用地物反射率的差別，可以判斷地物的屬性。（1）反射率

物體反射的輻射能量占總39（2）物體的反射

根據(jù)物體表面性質(zhì)反射狀況分為三種：

a鏡面反射：是指物體的反射滿足反射定律。

只有在反射波射出的方向才能探測(cè)到電磁波。

例子：水面是近似的鏡面反射，在遙感圖像上水面有時(shí)很亮，有時(shí)很暗，就是這個(gè)原因造成的。b漫反射：反射方向是“四面八方”。

朗伯面：當(dāng)入射輻照度I一定時(shí)，從任何角度觀察反射面，其反射輻射亮度是一個(gè)常數(shù)，與方向無關(guān)。

（2）物體的反射

40

方向反射因子

入射輻射的照度

觀察方向的反射亮度。

漫入射時(shí)的方向反射因子

漫入射輻照度c實(shí)際物體反射：多數(shù)都處于兩種模型之間，即介于鏡面和朗伯面之間。其反射輻射亮度與方向有關(guān)。連入射輻照度有兩部分組成：一部分太陽的直接輻射；一部分太陽輻射經(jīng)大氣散射后又漫入射到地面的部分方向反射因子

入射輻射的照度

觀察方向的反射亮度。41遙感圖像上記錄的輻射亮度，既與輻射入射方位角和天頂角有關(guān)，也與反射方向的方位角和天頂角有關(guān)。由于鏡面反射會(huì)造成太陽光直接進(jìn)入遙感器，在成像時(shí)間選擇上，應(yīng)避免中午成像，防止形成鏡面反射。否則水體會(huì)形成非常亮的耀斑，周圍地物的反射信息有受到干擾和削弱。了解物體表面性質(zhì)對(duì)反射影響的意義??遙感圖像上記錄的輻射亮度，既與輻射入射方位角和天頂角有關(guān)，也42地物反射波譜：是研究可見光至近紅外波段上地物反射率隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律。地物反射波譜曲線表示方法：一般采用二維幾何空間內(nèi)的曲線表示，橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)表示反射率。地物反射波譜：是研究可見光至近紅外波段上地物反射率隨波長(zhǎng)的變43植被土壤水體巖石常見的幾種地物類型波譜特征植被常見的幾種地物類型波譜特征44植被的波譜特征在0.45um附近（藍(lán)色波段）有一個(gè)吸收谷；在0.55um附近（綠色波段）有一個(gè)反射峰；在0.67um附近（紅色波段）有一個(gè)吸收谷。從0.76um處反射率迅速增大，形成一個(gè)爬升的“陡坡”,至1.1um附近有一個(gè)峰值，反射率最大可達(dá)50％，形成植被的獨(dú)有特征。在可見光波段在近紅外波段植被的波譜特征在0.45um附近（藍(lán)色波段）有一個(gè)吸收谷；在45以1.45um，1.95um，2.70um為中心是水的吸收帶，其附近區(qū)間受到綠色植物含水量的影響，反射率下降，形成低谷。植

物

的

光

譜

曲

線以1.45um，1.95um，2.70um為中心是水的吸收帶46影響植被波譜特征的主要因素植物類型植物生長(zhǎng)季節(jié)病蟲害影響等植被波譜特征大同小異，根據(jù)這些差異可以區(qū)分植被類型、生長(zhǎng)狀態(tài)等。影響植被波譜特征的主要因素植物類型47不同植被類型的光譜曲線比較不同植被類型的光譜曲線比較48土壤的波譜特征自然狀態(tài)下土壤表面的反射曲線呈比較平滑的特征，沒有明顯的反射峰和吸收谷。在干燥條件下，土壤的波譜特征主要與成土礦物（原生礦物和此生礦物）和土壤有機(jī)質(zhì)有關(guān)。土壤含水量增加，土壤的反射率就會(huì)下降，在水的各個(gè)吸收帶（1.4um、1.9um、2.7um處附近區(qū)間），反射率的下降尤為明顯。土壤的波譜特征自然狀態(tài)下土壤表面的反射曲線呈比較平滑的特征，49三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線50水體的波譜特征純凈水體的反射主要在可見光中的藍(lán)綠光波段，在可見光其它波段的反射率很低。近紅外和中紅外純凈的自然水體的反射率很低，幾乎趨近于0。水體的波譜特征純凈水體的反射主要在可見光中的藍(lán)綠光波段，在可51水中其它物質(zhì)對(duì)波譜特征的影響水中含有泥沙，在可見光波段的反射率會(huì)增加，峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)。水中含有水生植物葉綠素時(shí)，近紅外波段反射率明顯抬高。水中其它物質(zhì)對(duì)波譜特征的影響水中含有泥沙，在可見光波段的反射52葉綠素含量不同時(shí)水體的光譜曲線葉綠素含量不同時(shí)水體的光譜曲線53巖石礦物的光譜曲線巖石的反射波譜主要由礦物成分、礦物含量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等決定。影響巖石礦物波譜曲線的因素包括巖石風(fēng)化程度、巖石含水狀況、礦物顆粒大小、巖石表面光滑程度、巖石色澤等。巖石礦物的光譜曲線巖石的反射波譜主要由礦物成分、礦物含量、物54巖石的光譜曲線巖石的光譜曲線55地物波譜曲線的作用物體波譜曲線形態(tài)，反映出該地物類型在不同波段的反射率，通過測(cè)量該地物類型在不同波段的反射率，并以此與遙感傳感器所獲得的數(shù)據(jù)相對(duì)照，可以識(shí)別遙感影像中的同類地物。應(yīng)用地物波譜特征需要注意的問題地物存在“同物異譜”和“異物同譜”現(xiàn)象。同物異譜是指一種地物對(duì)應(yīng)幾種不同的光譜特征.（有周圍環(huán)境、時(shí)相上的原因）例如坡度,坡向,海拔,季相,覆蓋度以及地物的組合方式。異物同譜是指不同類型的地物具有相同的波譜特征。地物波譜曲線的作用物體波譜曲線形態(tài)，反映出該地物類型在不同波56多光譜TM影像TM1：0.45-0.52微米，藍(lán)波段TM2：0.52-0.60微米，綠波段TM3：0.63-0.69微米，紅波段，為葉綠素主要吸收波段。TM4：0.76-0.90微米，近紅外波段。對(duì)綠色植物類別差異最敏感TM5：1.55-1.75微米，中紅外波段。處于水的吸收帶TM6：10.4-12.5微米，熱紅外波段。TM7：2.08-2.35微米，中紅外波段。處于水的強(qiáng)吸收帶。主要用于地質(zhì)制圖，特別是熱液變巖環(huán)的制圖。水體：TM1>TM2>TM3>TM4>TM5>TM7植被：TM4>TM5>TM1>TM2>TM7>TM3多光譜TM影像57綠色植被在近紅外光處為高反射，紅光處為低反射NDVI：（近紅外波段-紅光波段）/（近紅外波段+紅光波段）對(duì)于TM：（TM4-TM3）/(TM4+TM3)突出植被在紅光、近紅光上的反射差異特征?！鰠^(qū)分植被和非植被植被在近紅外波段的像元值大于可見光波段的像元值，因此植被的NDVI值必定是正值，并且大于其它非植被地物的NDVI值，因此可以通過確定一個(gè)閾值來區(qū)分?！鲇糜谔崛≈脖活悇e、估算植被生物量、估算農(nóng)作物產(chǎn)量、森林蓄積量遙感導(dǎo)論第二章教材課件582005年植被覆蓋度分級(jí)圖NDVI=（近紅外-紅光波段）/（近紅外+紅光波段）對(duì)于TM：（TM4-TM3）/(TM4+TM3)利用TM6提高程值2005NDVI=（近紅外-紅光波段）/（近紅外+紅光波段）59方位角:指陽光在水平面上投影和當(dāng)?shù)刈游缇€間的夾角。天頂距（天頂角）：指的就是天體到天頂?shù)慕蔷嚯x，也就是天體高度角的余角。

返回方位角:指陽光在水平面上投影和當(dāng)?shù)刈游缇€間的夾角。返回60作業(yè)：1、畫出電磁波譜圖，并對(duì)現(xiàn)代遙感技術(shù)常用光譜段的波長(zhǎng)范圍及其在遙感上的應(yīng)用作出簡(jiǎn)要說明。（請(qǐng)注明參考書相應(yīng)頁碼及引用位置）。遙感應(yīng)用分析原理與方法北京-科學(xué)出版社趙英時(shí)等遙感概論北京-高等教育出版社彭望琭主編作業(yè)：遙感應(yīng)用分析原理與方法北京-科學(xué)出版社趙英時(shí)等遙感概論61分組學(xué)習(xí)討論熱《紅外遙感》原理、應(yīng)用等相關(guān)內(nèi)容。制作ppt，小組人員講述相關(guān)內(nèi)容。分組學(xué)習(xí)討論熱《紅外遙感》原理、應(yīng)用等相關(guān)內(nèi)容。制作ppt，62第一節(jié)遙感平臺(tái)（自學(xué)為主）1、主要遙感平臺(tái)是什么，各有何特點(diǎn)？2、試述NOAA氣象衛(wèi)星的軌道特征和衛(wèi)星傳感器AVHRR各通道的作用。第二節(jié)攝影成像一、攝影機(jī)；三、攝影膠片的物理特性（自學(xué)為主：閱讀教材；內(nèi)容了解即可）。二、攝影像片的幾何特性（講述法；問題法討論與訓(xùn)練）1、攝影成像的基本原理是什么？其圖像有什么特征？2、像片投影誤差的規(guī)律是什么？遙感導(dǎo)論第二章教材課件63一、電磁波譜；二、電磁輻射的度量（自學(xué)為主)1、電磁波譜按頻率由高到低排列主要由

、

、

、

、

、

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等組成。2、遙感應(yīng)用的電磁波波譜段有哪些？有什么特點(diǎn)？3、名次解釋：輻射能量（W）、輻射通量(Φ)、輻射通量密度。三、黑體輻射（問題討論）1、什么是絕對(duì)黑體?2、簡(jiǎn)述斯忒藩—玻爾茲曼定律和維恩位移定律的內(nèi)容及其對(duì)遙感的意義。第2章電磁輻射與地物光譜特征2.1電磁波譜與電磁輻射一、電磁波譜；二、電磁輻射的度量（自學(xué)為主)三、黑體輻射（64SPOT5圖像10米思考：目標(biāo)物怎樣與電磁波作用形成影像圖？思考：65第2章電磁輻射與地物光譜特征

本章主要內(nèi)容：2.1電磁波譜與電磁輻射2.2太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響2.3地球的輻射與地物波譜

第2章電磁輻射與地物光譜特征本章主要內(nèi)容：66(1)電磁波譜2.1電磁波譜與電磁輻射

◆電磁波：◆電磁波性質(zhì)：(1)電磁波譜2.1電磁波譜與電磁輻射◆電磁波：◆電磁67◆電磁波譜：按電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率，遞增或遞減排列。依次為：γ射線

電磁波譜示圖p15、p17X射線紫外線可見光紅外線無線電波◆電磁波譜：按電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率，遞增或遞減排列68紫外線：可見光：紅外線：微波：遙感應(yīng)用的電磁波波譜段波長(zhǎng)范圍為0.01～0.38μm，對(duì)油污染敏感。波長(zhǎng)范圍：0.38～0.76μm，人眼對(duì)可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。波長(zhǎng)范圍為0.76～1000μm，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。波長(zhǎng)范圍為1mm～1m，穿透性好，不受云霧的影響。紫外線：遙感應(yīng)用的電磁波波譜段波長(zhǎng)范圍為0.01～0.38μ69輻射源：2.輻射測(cè)量（2）電磁輻射的度量任何物體都是輻射源遙感探測(cè)實(shí)際上是輻射能量的測(cè)定。輻射能量（W）：電磁輻射的能量，單位：J

輻射通量(Φ)：（它是輻射能量隨時(shí)間的變化率）

輻射通量密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過單位面積上的輻射能量,單位:W/m2輻射出射度（M）：輻射源物體表面單位面積上

輻照度（I）：被輻射物體表面單位面積上輻射亮度（L）：某一方向,單位投影表面,單位立體角內(nèi)輻射通量,即輻射源：2.輻射測(cè)量（2）電磁輻射的度量任何物體都是輻射源輻70理論和實(shí)驗(yàn)表明，物體的吸收本領(lǐng)越大，其輻射本領(lǐng)也越大。結(jié)論：黑體吸收最強(qiáng)，輻射也最強(qiáng)。黑體吸收模型（3）黑體輻射◆1絕對(duì)黑體:

◆如果一個(gè)物體在任何溫度下對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁輻射全部吸收（即吸收系數(shù)恒等于1），則這個(gè)物體稱為絕對(duì)黑體。α（λ，T）≡1，ρ（λ，T）≡0能100%地發(fā)射某一波段的輻射。黑色的煙煤、恒星、太陽接近絕對(duì)黑體。理論和實(shí)驗(yàn)表明，物體的吸收本領(lǐng)越大，其輻射本領(lǐng)也越大。黑71◆2黑體輻射規(guī)律

★1）普朗克公式

★2）斯忒藩--玻爾茲曼定律：

★3）維恩位移定律：◆2黑體輻射規(guī)律72★

1)———黑體輻射定律，即普朗克定律。

不同溫度的黑體輻射

■黑體輻射的能量(輻射出射度)只與波長(zhǎng)、溫度有關(guān)，與物質(zhì)組成無關(guān)，發(fā)射能量是一個(gè)連續(xù)的波長(zhǎng)譜?！?)———黑體輻射定律，即普朗克定律。不同溫度的黑73b★

2）對(duì)普朗克公式積分得絕對(duì)黑體的總輻射出射度（曲線下面所圍面積）與黑體溫度的四次方成正比。黑體輻射光譜中輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)與黑體溫度T成反比不同溫度的黑體輻射斯忒藩--玻爾茲曼定律維恩位移定律★

3）對(duì)普朗克函數(shù)求波長(zhǎng)曲線極值★2）對(duì)普朗克公式積分得絕對(duì)黑體的總輻射出射度（曲線下面74

?

基爾霍夫定律◆3實(shí)際物體的輻射黑體的輻射能力最大，物體吸收率越大，輻射能力越強(qiáng)。在任一給定溫度下，地物的輻射出射度M和吸收率之比，對(duì)于任一地物都是一個(gè)常數(shù)，等于該溫度下黑體的輻射出射度。?基爾霍夫定律◆3實(shí)際物體的輻射黑體的輻射能力最大75發(fā)射率(比輻射率)：實(shí)際物體輻射與黑體輻射之比。它也是遙感探測(cè)的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。?實(shí)際物體的輻射（實(shí)際物體的輻射出射度比絕對(duì)黑體低）?影響地物發(fā)射率的因素：地物的性質(zhì)、表面狀況、溫度（比熱、熱慣量）：比熱大、熱慣量大，以及具有保溫作用的地物，一般發(fā)射率大，反之發(fā)射率就小。發(fā)射率(比輻射率)：實(shí)際物體輻射與黑體輻射之比。它也是遙感探76返回返回77植物生長(zhǎng)狀況的解譯健康的綠色植物具有典型的光譜特征。遭受病蟲害的植物其反射光譜曲線的波狀特征被拉平。植物生長(zhǎng)狀況的解譯健康的綠色植物具有典型的光譜特征。遭受病蟲78課堂練習(xí)：1、簡(jiǎn)述斯忒藩—玻爾茲曼定律和維恩位移定律的內(nèi)容及其對(duì)遙感的意義。2、計(jì)算太陽輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)？λMλ課堂練習(xí)：1、簡(jiǎn)述斯忒藩—玻爾茲曼定律和維恩位移定律的內(nèi)容79b維恩位移定律——用它可測(cè)定太空星體表面溫度，也可用來選擇對(duì)特定地物的監(jiān)測(cè)波段，如火災(zāi)檢測(cè)。斯忒藩--玻爾茲曼定律——地物微小的溫度差異就會(huì)引起紅外輻射能量較明顯變化。這種特征是構(gòu)成紅外遙感的理論依據(jù)。兩定律意義維恩位移定律——用它可測(cè)定太空星體表面溫度，也可用來選擇對(duì)特80第二節(jié)太陽輻射及大氣對(duì)太陽輻射的影響一、太陽輻射；二、大氣吸收（自學(xué)為主：觀看講課視頻；查看課外學(xué)習(xí)體系；提問習(xí)題予以評(píng)分）。1、太陽光譜的特點(diǎn)有哪些？2、大氣吸收對(duì)遙感技術(shù)有什么影響？三、大氣散射；四、大氣窗口及透射分析（問題討論）1.大氣的散射現(xiàn)象有幾種類型？根據(jù)不同散射類型的特點(diǎn)分析可見光遙感與微波遙感的區(qū)別，說明為什么微波具有穿云浮透霧能力而可見光不能。2、綜合論述太陽輻射傳播到地球表面又返回到遙感傳感器這一整個(gè)過程中所發(fā)生的物理現(xiàn)象。3、何為大氣窗口？分析形成大氣窗口的原因。簡(jiǎn)述大氣窗口對(duì)于遙感探測(cè)的重要意義。第二節(jié)太陽輻射及大氣對(duì)太陽輻射的影響三、大氣散射；四、大氣812.2太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響★（2）大氣對(duì)輻射的影響

（一）大氣吸收

（一）大氣散射

（一）大氣窗口及透射分析★

（1）太陽輻射2.2太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響★（2）大氣對(duì)輻射的影響★821太陽常數(shù)：2太陽光譜★（1）太陽輻射★（1）太陽輻射83太陽輻照度分布曲線0.4地面接收

太陽輻射能主要集中在0.3-3.0μm近紫外到中紅外波段區(qū)間太陽輻射總能量的46%集中在0.3-0.76μm之間的可見光波段太陽輻照度分布曲線0.4地面接收太陽輻射能主要集中在084?大氣分層：對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和大氣外層（散逸層）?！铮?）大氣對(duì)輻射的影響?大氣的成分：分子和其他微粒分子：氮和氧占99%，臭氧、二氧化碳、水分子及其他約占1%。顆粒：煙、塵埃、霧、小水滴和氣溶膠。?大氣分層：對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和大氣外層（散逸層）85大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射的衰減過程：30%被云層反射回；17%被大氣吸收；22%被大氣散射；31%到達(dá)地面。（一）大氣的吸收作用

（二）大氣的散射作用

（三）大氣窗口及透射大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射的衰減過程：30%被云層反射回；1786（一）大氣的吸收作用大氣的吸收作用：大氣中的各種成分對(duì)太陽輻射有選擇性吸收，形成太陽輻射的大氣吸收帶（如下表）（圖示P28）O2吸收帶<0.2μm，0.6μm，0.76μm最強(qiáng)O3吸收帶0.2～0.32μm，0.6μm，9.6μmH2O吸收帶2.5～3.0μm,5～7μm，0.94μm，1.13μm，1.38μm，1.86μm，3.24μm，24μmCO2吸收帶吸收峰主要是2.8μm,4.3μm塵埃吸收量很?。ㄒ唬┐髿獾奈兆饔么髿獾奈兆饔茫篛2吸收帶<0.2μm，87（二）大氣的散射作用大氣發(fā)生的散射主要有三種：1瑞利散射：粒子直徑d

<<λ2米氏散射：粒子直徑d

≈λ3無選擇性散射：粒子直徑d

>>λ散射作用：太陽輻射在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，并向各個(gè)方向散開對(duì)遙感圖像來說，降低了傳感器接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成圖像模糊不清。（二）大氣的散射作用大氣發(fā)生的散射主要有三種：散射作用：太陽88瑞利散射（粒子直徑d<<λ

）散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比。

因此短波長(zhǎng)的散射較多，例如藍(lán)光散射>綠光>紅光。瑞利散射對(duì)可見光的影響較大，對(duì)紅外輻射的影響很小，對(duì)微波的影響可以不計(jì)。顏色紅橙黃黃綠青蘭紫紫外線波長(zhǎng)0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0無云的晴天，天空為什么呈現(xiàn)藍(lán)色？瑞利散射（粒子直徑d<<λ）顏色紅橙黃黃綠青蘭紫紫外線波893.無選擇性散射（粒子直徑d>>λ）

符合無選擇性散射條件的波段中，任何波段的散射強(qiáng)度相同。水滴、霧、塵埃、煙等氣溶膠常常產(chǎn)生非選擇性散射。云霧為什么通常呈現(xiàn)白色？米氏散射（粒子直徑d≈λ）散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方成反比。云、霧的粒子大小與紅外線的波長(zhǎng)接近，所以云霧對(duì)對(duì)紅外線的米氏散射不可忽視。潮濕天氣米氏散射影響較大。3.無選擇性散射（粒子直徑d>>λ）云霧為什么通常呈90（三）大氣窗口1）折射現(xiàn)象：2）反射現(xiàn)象：3）大氣窗口：電磁波通過大氣層時(shí)較少被反射，吸收和散射的，透射率較高的波段稱為大氣窗口。（對(duì)遙感有用的部分）大氣窗口是選擇遙感工作波段的重要依據(jù)。

（三）大氣窗口1）折射現(xiàn)象：91大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外可見光近紅外0.3～1.3μm＞90TM1-4、SPOT的HRV近紅外1.5～1.8μm80TM5近-中紅外2.0～3.5μm80TM7中紅外3.5～5.5μmNOAA的AVHRR遠(yuǎn)紅外8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat常見的大氣窗口：大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外可見光0.3～1.3μm92第三節(jié)地球的輻射與地物波譜一、太陽輻射與地表的相互作用；二、地表自身熱輻射（問題討論）1、了解地球輻射的分段特性的意義?2、基爾霍夫定律是什么？三、地物反射波譜特征（自學(xué)為主）。1、敘述土壤、植物、和水的光譜反射率隨波長(zhǎng)變化的一般規(guī)律。2、地物波譜曲線的作用有哪些？第三節(jié)地球的輻射與地物波譜932.3地球的輻射與地物波譜二、地表自身熱輻射三、地物反射波譜特征一、太陽輻射與地表的相互作用2.3地球的輻射與地物波譜二、地表自身熱輻射三、地物反射波譜94太陽輻射主要集中在0.3-2.5μm，在紫外、可見光、到近紅外區(qū)段地球自身輻射主要集中在6μm以上的熱紅外區(qū)段2.5-6μm，即中紅外波段兩種輻射共同起作用（避免太陽輻射）一、太陽輻射與地表的相互作用太陽輻射主要集中在0.3-2.5μm，在紫外、可見光、95太陽輻射近似溫度為6000K的黑體輻射，而地球輻射接近于溫度為300K的黑體輻射。最大輻射的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)分別為λmax日=0.47μm

和

λmax地=9.66μm波段名稱可見光與近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)0.3-2.5μm2.5-6μm＞6μm輻射特性地表反射太陽輻射為主地表反射太陽輻射和自身熱輻射地表物體自身熱輻射為主地球輻射的分段特性太陽輻射近似溫度為6000K的黑體輻射，而地球輻射接近96了解地球輻射的分段特性的意義?可見光和近紅外波段遙感圖像上的信息來自地物反射特性。中紅外波段遙感圖像上，既有地表反射太陽輻射的信息，也有地球自身的熱輻射的信息。（避免太陽輻射）。但對(duì)于地表高溫目標(biāo)．如火燃等，其溫度達(dá)600k，輻射峰值波長(zhǎng)為4.8μm，在熱紅外波段3～5μm的大氣窗口內(nèi)。遠(yuǎn)紅外波段遙感圖像上的信息來自地球自身的熱輻射特性。

所以，通常熱紅外遙感波段的選擇在波長(zhǎng)8～14μm和3～5μm兩個(gè)區(qū)間內(nèi)。了解地球輻射的分段特性的意義?可見光和近紅外波段遙感圖像上的97二、地表自身熱輻射據(jù)黑體輻射規(guī)律及基爾霍夫定律，物體的發(fā)射波譜曲線：可根據(jù)λ和ε作出曲線

二、地表自身熱輻射據(jù)黑體輻射規(guī)律及基爾霍夫定律，物體的發(fā)射波98比輻射率（發(fā)射率）波譜特性曲線的形態(tài)特征反映：地面物體本身的特性，包括物體本身的組成、溫度、表面粗糙度等物理特性。

比輻射率（發(fā)射率）波譜特性曲線的形態(tài)特征反映：99曲線的形態(tài)特殊時(shí)可以用發(fā)射率曲線來識(shí)別地面物體，尤其在夜間，太陽輻射消失后，地面發(fā)出的能量以發(fā)射光譜為主，探測(cè)其紅外輻射及微波輻射并與同樣溫度條件下的發(fā)射率曲線比較，是識(shí)別地物的重要方法之一。曲線的形態(tài)特殊時(shí)可以用發(fā)射率曲線來識(shí)別地面物體，尤其在夜間，100三、地物反射波譜特征

★到達(dá)地面的太陽輻射能量=反射能量+吸收能量+透射能量★反射率與反射波譜

★地物反射波譜曲線

遙感導(dǎo)論第二章教材課件101（1）反射率

物體反射的輻射能量占總?cè)肷淠芰康陌俜直?，稱為反射率。利用反射率可判斷物體的性質(zhì)。

不同物體反射率不同地物在不同波段的反射率是不同的，利用地物反射率的差別，可以判斷地物的屬性。（1）反射率

物體反射的輻射能量占總102（2）物體的反射

根據(jù)物體表面性質(zhì)反射狀況分為三種：

a鏡面反射：是指物體的反射滿足反射定律。

只有在反射波射出的方向才能探測(cè)到電磁波。

例子：水面是近似的鏡面反射，在遙感圖像上水面有時(shí)很亮，有時(shí)很暗，就是這個(gè)原因造成的。b漫反射：反射方向是“四面八方”。

朗伯面：當(dāng)入射輻照度I一定時(shí)，從任何角度觀察反射面，其反射輻射亮度是一個(gè)常數(shù)，與方向無關(guān)。

（2）物體的反射

103

方向反射因子

入射輻射的照度

觀察方向的反射亮度。

漫入射時(shí)的方向反射因子

漫入射輻照度c實(shí)際物體反射：多數(shù)都處于兩種模型之間，即介于鏡面和朗伯面之間。其反射輻射亮度與方向有關(guān)。連入射輻照度有兩部分組成：一部分太陽的直接輻射；一部分太陽輻射經(jīng)大氣散射后又漫入射到地面的部分方向反射因子

入射輻射的照度

觀察方向的反射亮度。104遙感圖像上記錄的輻射亮度，既與輻射入射方位角和天頂角有關(guān)，也與反射方向的方位角和天頂角有關(guān)。由于鏡面反射會(huì)造成太陽光直接進(jìn)入遙感器，在成像時(shí)間選擇上，應(yīng)避免中午成像，防止形成鏡面反射。否則水體會(huì)形成非常亮的耀斑，周圍地物的反射信息有受到干擾和削弱。了解物體表面性質(zhì)對(duì)反射影響的意義??遙感圖像上記錄的輻射亮度，既與輻射入射方位角和天頂角有關(guān)，也105地物反射波譜：是研究可見光至近紅外波段上地物反射率隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律。地物反射波譜曲線表示方法：一般采用二維幾何空間內(nèi)的曲線表示，橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)表示反射率。地物反射波譜：是研究可見光至近紅外波段上地物反射率隨波長(zhǎng)的變106植被土壤水體巖石常見的幾種地物類型波譜特征植被常見的幾種地物類型波譜特征107植被的波譜特征在0.45um附近（藍(lán)色波段）有一個(gè)吸收谷；在0.55um附近（綠色波段）有一個(gè)反射峰；在0.67um附近（紅色波段）有一個(gè)吸收谷。從0.76um處反射率迅速增大，形成一個(gè)爬升的“陡坡”,至1.1um附近有一個(gè)峰值，反射率最大可達(dá)50％，形成植被的獨(dú)有特征。在可見光波段在近紅外波段植被的波譜特征在0.45um附近（藍(lán)色波段）有一個(gè)吸收谷；在108以1.45um，1.95um，2.70um為中心是水的吸收帶，其附近區(qū)間受到綠色植物含水量的影響，反射率下降，形成低谷。植

物

的

光

譜

曲

線以1.45um，1.95um，2.70um為中心是水的吸收帶109影響植被波譜特征的主要因素植物類型植物生長(zhǎng)季節(jié)病蟲害影響等植被波譜特征大同小異，根據(jù)這些差異可以區(qū)分植被類型、生長(zhǎng)狀態(tài)等。影響植被波譜特征的主要因素植物類型110不同植被類型的光譜曲線比較不同植被類型的光譜曲線比較111土壤的波譜特征自然狀態(tài)下土壤表面的反射曲線呈比較平滑的特征，沒有明顯的反射峰和吸收谷。在干燥條件下，土壤的波譜特征主要與成土礦物（原生礦物和此生礦物）和土壤有機(jī)質(zhì)有關(guān)。土壤含水量增加，土壤的反射率就會(huì)下降，在水的各個(gè)吸收帶（1.4um、1.9um、2.7um處附近區(qū)間），反射率的下降尤為明顯。土壤的波譜特征自然狀態(tài)下土壤表面的反射曲線呈比較平滑的特征，112三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線113水體的波譜特征純凈水體的反射主要在可見光中的藍(lán)綠