遥感原理与应用-第1章.pptx
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《遥感原理与应用-第1章.pptx》由用户(罗嗣辉)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 遥感 原理 应用
- 资源描述:
-
1、第一章 电磁波及遥感物理基础1内容提纲概述概述物体的发射辐射物体的发射辐射地物的反射辐射地物的反射辐射地物波谱特性的测定地物波谱特性的测定21.1 概述 电磁波、机械波(声波)、重力场、地磁场等都可以用作遥感,但一般而言,RS指的是电磁波遥感。 遥感之所以能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象,是因为一切物体,由于其种类、特征和环境条件的不同,而具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征。31.1.1 电磁波 麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论 电磁波是一种横波电磁波是一种横波4几个重要性质 单色波可以用波函数来描述,是一个时空周期性函数,振幅、相位、波长一般成像:记录振幅全息成像:记录
2、振幅和相位 干涉。一般地,凡是单色波都是相干波,利用相干波进行距离测量。INSAR利用干涉原理成像。5托马斯杨(Thomas Young)的干涉的实验研究, 1803年.几个重要性质 衍射 研究电磁波的衍射现象对设计遥感传感器和提高遥感图像的几何分辨率具有重要意义。 偏振 电磁波有偏振波、部分偏振波和非偏振波。散射光、反射光、透射光是部分偏振波,偏振在微波技术中称为“极化”,一般有四种极化方式。6树木因衍射而产生的日晕1.1.2 电磁波波谱遥感信息获取,一般指收集、探测、记录地物的电磁波特征,即地物的发射辐射或反射电磁波特性。由于电磁波传播的是能量,实际上也是记录辐射能量的过程。电磁波具有不同
3、的频率和波长,因而具有不同的特性。7Gamma? 射线X 射线紫外线可见光可见光红外线微 波无线波紫蓝绿黄红频率波长遥感应用的光谱范围名称名称波长范围波长范围可见光的范围可见光的范围紫外线紫外线0.30.38m紫紫 0.380.43m可见光可见光0.380.76m蓝蓝 0.430.47m红红外外线线近红外近红外0.763.0m青青 0.470.50m中红外中红外36m绿绿 0.500.56m远红外远红外615m黄黄 0.560.59m超远红外超远红外151000m橙橙 0.590.62m微微波波毫米波毫米波110mm红红 0.620.76m厘米波厘米波110cm分米波分米波10cm1m8电磁波
4、谱的范围非常宽,从波长最短的射线到最长的无线电波,波长之比高达1022倍以上遥感采用的电磁波段可以从紫外线一直到微波波段遥感就是根据感兴趣的地物的波谱特性,选择相应的电磁波段,通过传感器探测不同的电磁波谱的发射或反射辐射能量而成像的。91.2 物体的发射辐射黑体辐射黑体辐射太阳辐射太阳辐射大气对辐射的影响大气对辐射的影响一般物体的发射辐射一般物体的发射辐射10 1.2.1 黑体辐射 1860年基尔霍夫:好的吸收体也是好的辐射体 绝对黑体任何波长的电磁辐射全部吸收 一个不透明的物体,对入射到它上面的电磁波只有吸收和反射。光谱吸收率(,T)和光谱反射率(,T),二者之和恒等于1。 绝对黑体: (,
5、T)=1, (,T)=0 绝对白体: (,T)=0, (,T)=111普朗克定律 1900年普朗克用量子理论推导出普朗克定律 黑体辐射通量密度与温度、波长的关系满足普朗克定律:12W() 分谱辐射通量密度,单位W/(cm2m); 波长,单位是m; h 普朗克常数(6.625610-34Js); c 光速(31010cm/s); k 玻耳兹曼常数(1.3810-23JK); T 绝对温度,单位是K。黑体辐射特性(一) 与曲线下的面积成正比的总辐射通量密与曲线下的面积成正比的总辐射通量密度度W W是随温度是随温度T T的增加而迅速增加。的增加而迅速增加。 对普朗克公式进行积分,可得到从1cm2面积
6、的黑体辐射到半球空间里的总辐射通量密度的表达式为: 为斯忒藩-玻耳兹曼常数,T为绝对黑体的绝对温度(K)。13443245152TThckW从上式可以看出: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,称为斯忒藩玻耳兹曼公式,Stefan-Boltzmann law 。图图1-5 几种温度下的黑体波谱辐几种温度下的黑体波谱辐射曲线射曲线黑体辐射特性(二)分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动。分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动。可可微分普朗克公式,并求极值。微分普朗克公式,并求极值。温度温度300500100020003000400050006
7、0007000波长波长9.665.802.901.450.970.720.580.480.4114维恩位移定律:黑体辐射特性(三) 每根曲线彼此不相交,故温度每根曲线彼此不相交,故温度T越高所有波长上的波谱辐射通量越高所有波长上的波谱辐射通量密度也越大。密度也越大。15 在波长大于1mm的微波波段,hv99)来源于太阳 太阳辐射:太阳辐射的波长范围,大约在0.15-4微米之间 5% 紫外线 45% 可见光 50% 红外线161.2.2 太阳辐射17辐射源 自然辐射源: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5900K的黑体辐射来模拟。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。 地球
8、的电磁辐射:近似300K的黑体辐射。 小于3m的波长主要是太阳辐射的能量;大于6m的波长主要是地物本身的热辐射;3-6m之间,太阳和地球的热辐射都要考虑。 人工辐射源:人工辐射源: 微波辐射源:0.8-30cm 激光辐射源:激光雷达(测定卫星的位置、高度、速度、测量地形等)。18太阳辐射照度分布曲线 太阳常数:指不受大气影响,在距离太阳一个天文单位内,垂直于太阳光辐射的方向上,单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量:I=1.353103 W/m2 太阳辐射的光谱是连续的,它的辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本一致。 191.2.2 1.2.2 太阳辐射太阳辐射20太阳与地球的辐射照度太阳辐射的
9、特点 太阳光谱是连续的。 辐射特性与黑体基本一致。 近紫外到中红外波段区间能量集中、稳定。 被动遥感主要利用可见光、红外波段等稳定辐射。 海平面处的太阳辐射照度分布曲线与大气层外的曲线有很大不同,这主要是地球大气层对太阳辐射的吸收和散射造成的。211.2.3 大气对辐射的影响22(1)大气的垂直分布231.2.3 (2)大气对太阳辐射的吸收 在紫外、红外与微波区,电磁波衰减的主要原因是大气吸收 引起大气吸收的主要成分:氧气、臭氧、水、二氧化碳 大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡。 大气对紫外线有很强的吸收作用,因此,现阶段中很少使用紫外线波段。241.2.3 (2)大气对太阳辐射的散射 在可
10、见光波段范围内,大气分子吸收的影响很小,主要是散射引起的衰减。 太阳辐照到地面又反射到传感器的过程中,二次通过大气,传感器所接收到的能量除了反射光还增加了散射光。这二次影响增加了信号中的噪声部分,造成遥感影像质量的下降。 散射的方式随电磁波波长与大气分子直径、气溶胶微粒大小之间的相对关系而变, 主要有米氏(Mie)散射、均匀散射、瑞利(Rayleigh)散射等。 25 介质中不均匀颗粒的直径a与入射波长同数量级时,发生米氏散射 介质中不均匀颗粒的直径a入射波长时,发生均匀散射 介质中不均匀颗粒的直径a小于入射波长的十分之一时,发生瑞利散射26气溶胶 大气中的三大可变成分:水、云、气溶胶 气溶胶
11、粒子是指气溶胶粒子是指悬浮在大气中的直径千分之一微米到直径千分之一微米到十微米的固态、液态粒子十微米的固态、液态粒子。 气溶胶大多集中在底层大气0-4km范围内。由于地球重力作用,气溶胶颗粒密度随高度呈指数衰减,气溶胶颗粒尺度与可见光波长相当,故它对光的散射作用属于米氏散射米氏散射。由于来源的不同,构成成分有差别,其变介电常数不尽相同,对电磁波的吸收散射作用差别较大,故大气气溶胶可分为不同类型。27气溶胶的来源 自然:火山沙尘暴森林和草原火灾活的陆地与海洋植物海水的飞沫 人为:工业、交通、取暖燃烧的石油和煤炭土地覆盖和土地利用变化、森林砍伐和沙漠化28气溶胶图29瑞利散射中,散射强度与波长的关
12、系3042sin2sEI蓝光散射较强红光散射较弱 为什么微波具有穿透云雾的能力?1.2.3 (2)大气对太阳辐射的反射 由于大气中有云层,当电磁波到达云层时,就象到达其他物体界面一样,不可避免的要产生反射现象,这种反射同样满足反射定律。而且各波段受到不同程度的影响,削弱了电磁波到达地面的程度。因此应尽量选择无云的天气接收遥感信号。31四川省江油市四川省江油市1.2.3 (3)大气窗口太阳辐射在到达地面之前穿过大气层,大气折射只是改变太阳太阳辐射在到达地面之前穿过大气层,大气折射只是改变太阳辐射的方向,并不改变辐射的强度。但是大气反射、吸收和散辐射的方向,并不改变辐射的强度。但是大气反射、吸收和
13、散射的共同影响却衰减了辐射强度,剩余部分才为透射部分。射的共同影响却衰减了辐射强度,剩余部分才为透射部分。不同电磁波段通过大气后衰减的程度是不一样的,因而遥感所不同电磁波段通过大气后衰减的程度是不一样的,因而遥感所能够使用的电磁波是有限的。有些大气中电磁波透过率很小,能够使用的电磁波是有限的。有些大气中电磁波透过率很小,甚至完全无法透过电磁波。这些区域就难于或不能被遥感所使甚至完全无法透过电磁波。这些区域就难于或不能被遥感所使用,称为用,称为“大气屏障大气屏障”;反之,反之,有些波段的电磁辐射通过大气后衰减较小,透过率较高,有些波段的电磁辐射通过大气后衰减较小,透过率较高,对遥感十分有利,这些
14、波段通常称为对遥感十分有利,这些波段通常称为“大气窗口大气窗口”。研究和选择有利的大气窗口、最大限度地接收有用信息是遥感研究和选择有利的大气窗口、最大限度地接收有用信息是遥感技术的重要课题之一。技术的重要课题之一。 32可以用作遥感的大气窗口 1.32.5m大气窗口:属于近红外波段。3.55.0m大气窗口:属于中红外波段,透射率为60-70%左右,用于探测高温物体。814m热红外窗口:热红外窗口,透射率为80%左右,属于地物的发射波谱。 1.0mm1m微波窗口。 33 0.30 1.15m大气窗口:这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段,是遥感技术应用最主要的窗口之一。 1.
15、2.3 (4)辐射传输方程 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 : 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 地面物体本身辐射的能量经大气后进入传感器 大气散射和辐射的能量等 341.2.4 一般物体的发射辐射 自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体的要低。 不仅依赖于波长和温度,还与构成物体的材料、表面状况等因素有关。 我们用发射率来表示它们之间的关系:= W/ W。发射率就是实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比。 35 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:发射率小于
16、1,常数。 选择性辐射体:发射率小于1,且随波长而变化。 理想反射体:发射率等于0。 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。36主要地物发射率37等效黑体温度等效黑体温度TT等效38 实际测定物体的光谱辐射通量密度曲线并不像描绘的黑体光谱辐射通量密度曲线那么光滑 常常用一个最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照,这时的黑体辐射温度称为等效黑体辐射温度(或称等效辐射温度) 4TWW4TT等效实际物体的温度基尔霍夫定律基尔霍夫定律 在任一给定温度下,辐射通量密度与吸收率之比对任何材料都是一个常数,并
展开阅读全文