《遥感原理与应用》总结—遥感物理基础
目录
遥感物理基础
1.概述
2.物体的发射辐射
3.地物的反射辐射
4.地物波谱测定
遥感物理基础
重点：物体辐射特性、大气对电磁辐射的影响。
1.概述
遥感判别原理：
（1）遥感能根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象。
（2）一切物体由于其种类、特征和环境条件的不同，具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征。
（3）遥感技术主要是建立在物体反射或发射电磁波的原理之上的。
电磁波谱：
紫外线（UV）：0.01-0.38μm，碳酸盐岩分布、水面油污染；
可见光：0.38-0.76μm，鉴别物质特征的主要波段，是遥感最常用的波段；
0.38-0.43μm 紫、0.43-0.47μm 蓝、0.47-0.50μm 青、0.50-0.56 绿、
0.56-0.59μm 黄、0.59-0.62μm 橙、0.62-0.76μm 红。
红外线（IR）：0.76-1000μm，近红外又称光红外或反射红外，中红外和远红外又称热红外；
近红外：0.76-3.0μm。
中红外：3.0-6.0μm。
远红外：6.0-15.0μm。
超远红外：15-1000μm。
微波：1mm-1m。全天候遥感;有主动与被动之分;具有穿透能力。
2.物体的发射辐射
绝对黑体：能够吸收全部入射辐射能量的物体。
黑体辐射：能够在热力学定律所允许的范围内，最大限度地把热能转变为辐射能的理想热辐射体。它是在一切方向上都均等的辐射。
黑体辐射特性：
（1）辐射通量密度随温度的增高而迅速增加。
（2）随着温度的增加，辐射通量的峰值对应的波长向短波方向移动。
（3） 每条曲线互不相交，故温度升高，所有波长上的辐射通量均增大。
太阳辐射：被动遥感的主要辐射源。
地球辐射：短波辐射、中红外波段、长波辐射。
大气对辐射的影响：
（1）散射：改变传播方向，是太阳辐射衰减的主要原因，主要发生在可见光波段。
瑞利散射：大气中粒子的直径远远小于波长时发生的辐射。（强度与波长的四次方成反比）
米氏散射：大气中粒子的直径与波长相当时发生的辐射。
无选择性散射：大气中粒子的直径远远大于波长时发生的辐射。
散射对成像的影响：降低了传感器接收的数据的质量，造成了影像的模糊。
（2）吸收：主要发生在紫外、红外和微波区。
H2O：2.5-3.0μm、5-7μm、0.94μm、1.13μm、1.38μm、1.86μm、3.24μm、、24μm以上对微波的强吸收带。
CO2：2.8μm、4.3μm。
O3：0.2-0.32μm（10-40km高度）、0.6μm、9.6μm。
O2：<0.2μm、0.6μm、0.76μm。
吸收对成像的影响：吸收作用使辐射能量转变为分子的内能，从而引起这些波段太阳辐射强度的衰减，最后造成遥感影像暗淡，因此遥感中很少用到紫外波段。
（3）反射：各个波段均受到不同程度的影响，严重地削弱了电磁波到达地面的强度。
反射对成像的影响：使图像发生几何形变、像元灰度值（DN）差异变小。因此，如果不是专门研究云层，尽量选择无云的天气接收遥感信号，则不用考虑大气的反射。
（4）大气窗口：电磁波通过大气层时衰减较小，透过率较高的波段称为大气窗口。
0.3-1.15μm，紫外、可见光、近红外波段。主要反映地物对太阳光的反射。通常采用摄影或扫描的方式在白天感测，收集目标信息成像。
0.3-0.4μm：近紫外窗口，透过率70%。
0.4-0.7μm：可见光窗口，透过率95%。
0.7-1.1μm：近红外窗口，透过率80%。
1.3-2.5μm，近红外波段。1.55-1.75μm透过率较高，白天夜间都可以应用，是以扫描的成像方式感测、收集目标信息，主要应用于地质遥感。
1.40-1.90μm、2.00-2.50μm：透过率60-95%。
3.5-5.0μm，中红外波段。包含地物反射及发射光谱，用来探测高温目标。
3.5-5.0μm：透过率60-70%。
8-14μm，热红外波段。属于地物的发射波谱，是常温下地物热辐射能量最集中的波段，所探测的信息主要反映地物的发射率及温度。
8-14μm：透过率80%左右。
1.0mm-1m，微波波段。遥感中常采用被动遥感（微波辐射测量）和主动遥感，前者主要测量地物热辐射，后者是用雷达发射一系列脉冲，然后记录分析地物的回波信号。
1.0-1.8mm：透过率35%-40%。
2.0-5.0mm：透过率50%-70%。
8.0-1000mm：透过率100%。
传感器从高空探测地面物体时，所接收到的电磁波能量包括：
（1）太阳经大气衰减后照射地面，经地物反射后，又经大气第二次衰减进入传感器的能量。
（2）地面物体本身辐射的能量经大气后进入传感器。
（3）大气散射和辐射的能量等。
一般物体的发射辐射：自然界中实际物体的辐射不仅依赖于波长的温度，还与构成物体的材料、表面状况等因素有关。发射率即实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率比。
分类：选择性辐射体（在各波长处的光谱发射率不同）、灰体（在各波长处的光谱发射率相等）（绝对黑体，灰体，选择性辐射体，理想反射体）。
3.地物的反射辐射
地物反射类别：镜面反射、漫反射、均匀漫反射。
光谱反射率及地物的反射光谱特性：
反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
影响地物反射率的3个因素：入射电磁波的波长，入射角的大小，地表颜色与粗糙程度。
反射波谱：某一地物的反射率随波长而变化的规律。
波谱特性：任何物体有自己的反射波谱曲线形态，其特征称波普特性。
地物反射光谱特性曲线：光谱反射率与波长的关系在直角坐标系上的图示。（以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线）
同类地物的反射波谱特性：地物的光谱特性随时间季节变化，称之为时间效应；处在不同地理区域的同种地物具有不同的光谱响应，称之为空间效应（同物异谱）。
不同地物的反射波谱特性：
（1）水体的反射率较低，反射波谱曲线近于直线，波长加长，反射率变小。
水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收率很强，特别在近红外、中红外波段有很强的吸收带，反射率几乎为零。当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化，水含泥沙时，可见光波段反射率增加，峰值出现在黄红区；水中含有叶绿素时，近红外波段抬升。
（2）土壤的反射率取决于土质、水分含量、腐殖质含量，以及土壤颗粒大小。
自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值。一般来讲土壤的反射光谱曲线与土壤类别、含水量、有机质含量、砂、土壤表面的粗糙度、粉砂相对含量、肥力等因素有关。
（3）植物的反射率主要由叶绿素决定，其微小变化，能引起反射率明显变化。
植被：0.55μm（绿）有一反射峰，0.45μm（蓝）0.67μm（红）有两个吸收带，这是由于叶绿素的影响，对蓝光红光吸收作用强，对绿光反射作用强；在0.7-0.8μm有一反射的陡坡，在1.1μm达到峰值，形成植被的独有特征，这是由于植被叶细胞结构的影响，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率；在1.3-2.5μm，在1.45μm、1.95μm、2.7μm为中心是水的吸收带，形成低谷，这是由于受到植被的含水量影响，吸收率增加，反射率下降。
影响地物光谱反射率变化的因素：太阳位置、传感器位置、地理位置、地形、季节、气候变化、地面湿度变化、地物本身的变异、大气状况等。
4.地物波谱测定
步骤：（1）架好光谱仪，接通电源并进行预热；（2）安置波长装置，调好光线进入仪器的狭缝宽度；（3）将照准器分别照准地物和标准板，并测量和记录地物、标准版在不同波长的观测值；（4）计算地物的光谱反射率；（5）跟据所测结果得到地物反射光谱特性曲线。
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