遥感地质学课件：第二章 遥感物理基础PGX0925.ppt

1、http:/ 遥感物理基础地学院：彭光雄地学院：彭光雄http:/ 四个物理量：波长、强度、传播方向和偏振面。四个物理量：波长、强度、传播方向和偏振面。p 相干作用的结果使影像产生颗粒状或斑点，影响解译。相干作用的结果使影像产生颗粒状或斑点，影响解译。p 微波遥感中，衍射会影响图像质量。微波遥感中，衍射会影响图像质量。p1.1.地磁辐射的基本特征地磁辐射的基本特征ENVISAT-1ENVISAT-1卫星卫星ASARASAR产品介绍产品介绍http:/ 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ V/V RGB 垂直的垂直的 v

2、erticalvertical水平的水平的 horizontalhorizontalpV/HV/H极化的差异极化的差异1. 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 1. 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 1. 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 在民用遥感中很少应用。在民用遥感中很少应用。u 波动性波动性u 粒子性粒子性p1.1.地磁辐射的基本特征地磁辐射的基本特征1. 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/

3、0.38-0.43m蓝蓝 0.43-0.47m青青 0.47-0.50m绿绿 0.50-0.56m黄黄 0.56-0.59m橙橙 0.59-0.62m红红 0.62-0.76m红外波段：红外波段：0.76-1000m近红外近红外 0.76-3.0中红外中红外 3.0-6.0热红外热红外 6.0-15.0远红外远红外 15.0-1000m微波波段：微波波段：1mm-1m毫米波毫米波 1-10mm厘米波厘米波 1-10cm分米波分米波0.1-1mnm美国陆地卫星五号美国陆地卫星五号 (LANDSAT 5)(LANDSAT 5)TMTM各波段特征：各波段特征：1.TM1 0.45-0.52um,1.

4、TM1 0.45-0.52um,蓝波段蓝波段, ,对水体穿透强对水体穿透强, ,对叶绿素与叶色素对叶绿素与叶色素反映敏感反映敏感, ,有助于判别水深及水中叶绿素分布以及水中是否有水有助于判别水深及水中叶绿素分布以及水中是否有水华等华等. . 2.TM2 0.52-0.60um,2.TM2 0.52-0.60um,绿波段绿波段, ,对健康茂盛植物的反射敏感对健康茂盛植物的反射敏感, ,对水对水体的穿透力强体的穿透力强, ,用于探测健康植物绿色反射率用于探测健康植物绿色反射率, ,按绿峰反射评价按绿峰反射评价植物的生活状况植物的生活状况, ,区分林型区分林型, ,树种和反映水下特征。树种和反映水下

5、特征。. . 3.TM3 0.62-0.69UM ,3.TM3 0.62-0.69UM ,红波段红波段, ,叶绿素的主要吸收波段叶绿素的主要吸收波段, ,反映不反映不同植物叶绿素吸收同植物叶绿素吸收, ,植物健康状况植物健康状况, ,用于区分植物种类与植物覆用于区分植物种类与植物覆盖率盖率, ,其信息量大多为可见光最佳波段其信息量大多为可见光最佳波段, ,广泛用于地貌广泛用于地貌, ,岩性岩性, ,土土壤壤, ,植被植被, ,水中泥沙等方面水中泥沙等方面. .。 4 .TM4 0.76-0.96UM 4 .TM4 0.76-0.96UM 近红外波段近红外波段, ,对绿色植物类别差异最敏感对绿色

6、植物类别差异最敏感, ,为植物通用波段为植物通用波段, ,用于作物长势测量用于作物长势测量, ,水域测量水域测量. . 5.TM5 1.55-1.75UM,5.TM5 1.55-1.75UM,中红外波段中红外波段, ,处于水的吸收波段处于水的吸收波段, ,一般一般1.4-1.4-1.9UM1.9UM内反映含水量内反映含水量, ,用于土壤湿度植物含水量调查用于土壤湿度植物含水量调查, ,作物长势分作物长势分析析, ,从而提高了区分不同作用长势的能力从而提高了区分不同作用长势的能力. .易于反映云与雪易于反映云与雪. .6.TM6 1.04-1.25UM6.TM6 1.04-1.25UM热红外波段

7、热红外波段, ,可以根据辐射响应的差别可以根据辐射响应的差别, ,区区分农林覆盖长势分农林覆盖长势, ,差别表层湿度差别表层湿度, ,水体岩石水体岩石, ,以及监测与人类活动以及监测与人类活动有关的热特征有关的热特征, ,进行热制图进行热制图. .7.TM7 2.08-3.35UM,7.TM7 2.08-3.35UM,中红外波段中红外波段, ,为地质学家追加波段为地质学家追加波段, ,处于水处于水的强吸收带的强吸收带, ,水体呈黑色水体呈黑色, ,可用于区分主要岩石类型可用于区分主要岩石类型, ,岩石的热蚀岩石的热蚀度度, ,探测与交代岩石有关的粘土矿物探测与交代岩石有关的粘土矿物. .1.

8、1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 1. 电磁波谱与遥感波段电磁波谱与遥感波段http:/ 辐射强度：辐射强度：I Ie e（瓦（瓦球面度球面度-1-1）p 辐射亮度：辐射亮度：L Le e（瓦（瓦米米-2-2球面度球面度-1-1）p1.1.电磁辐射度量与单位电磁辐射度量与单位(W m-2 sr-1m-1 )(W m-2 sr-1)参见参见http:/

9、L= =DNDN/ /A A+ +L L0 0(W m-2 sr-1m-1 )p2.12.1电磁辐射度量与单位电磁辐射度量与单位2.2.电磁辐射源电磁辐射源http:/ 任何高于绝对任何高于绝对0 0 K(-273.16K(-273.16 C)C)的物体都存在着分子的热运的物体都存在着分子的热运动，并能产生中，远红外的电磁辐射。动，并能产生中，远红外的电磁辐射。p热辐射热辐射 这种由物质内部粒子的热运动所引起的电磁辐射叫做热辐这种由物质内部粒子的热运动所引起的电磁辐射叫做热辐射。热辐射能量的绝对度量是温度。射。热辐射能量的绝对度量是温度。p绝对黑体绝对黑体 在任何温度下，对任何波长的入射辐射的

10、吸收系数在任何温度下，对任何波长的入射辐射的吸收系数( (率率) ) ( ( ,T),T)恒等于恒等于1 1，即，即 ( ( ,T)=1,T)=1时的物体称绝对黑体，黑体反时的物体称绝对黑体，黑体反射率射率r =0r =0，透射透射率率c =0c =0p比辐射率比辐射率黑体是一种具体最大辐射能力的物体。一般的物体的辐射都要黑体是一种具体最大辐射能力的物体。一般的物体的辐射都要比黑体辐射小，因此，以黑体为基准所表达的就是发射率，又比黑体辐射小，因此，以黑体为基准所表达的就是发射率，又叫比辐射率叫比辐射率。http:/ (普朗克定律普朗克定律) ) v黑体黑体 发射率为发射率为1 1v灰黑灰黑 发

11、射率发射率1 1.50cm1.50cm：即微波窗口，其电磁波已完全不受大气干扰，即所谓：即微波窗口，其电磁波已完全不受大气干扰，即所谓“全透明全透明”窗口，故微波遥感是全天窗口，故微波遥感是全天候的。候的。p2.3.2.3.大气对遥感的影响大气对遥感的影响http:/ TM TM影像大气校正的去云处理影像大气校正的去云处理 http:/ Hyperion provides a high resolution hyperspectral imager capable of resolving 220 spectral bands (from 0.4 to 2.5 m) with a 30-met

12、er resolution. http:/ 同一地点的相同地物，其波谱特征会随时间而产生一定的变化。同一地点的相同地物，其波谱特征会随时间而产生一定的变化。p空间效应空间效应 同一时刻、同一地类，由于其所处的地类位置不同，其波谱特征同一时刻、同一地类，由于其所处的地类位置不同，其波谱特征存在一定的差异。存在一定的差异。http:/ 灰体 选择性辐射体 波长 1.0 光 谱 发 射 本 领 0.5 0 黑体 灰体 选择性辐射体 光谱辐射通量密度 波长 物体按颜色分类：物体按颜色分类： 消色体：对入射光中各种波长的单色光进消色体：对入射光中各种波长的单色光进 行非选择性吸收与反射的物体行非选择性吸

13、收与反射的物体 (黑、白、灰黑、白、灰) 彩色体：对入射光中各种波长的单色光进彩色体：对入射光中各种波长的单色光进 行选择性吸收与反射的物体行选择性吸收与反射的物体 http:/ 白光照射 选择性反射 红光照射 红 黑 蓝 黑 白 黑 ，物体反射什么色光就呈什么颜色，物体反射什么色光就呈什么颜色 白光透过三棱镜.swf2.5色度学 （续1）http:/ 颜色的双重含义： 物理量物理量客观光谱具有特定波长具有特定波长 感觉量感觉量主观颜色人眼的视觉感受人眼的视觉感受 2.5色度学 （续2）http:/ 同引起的可辨认性质差异的视觉特性同引起的可辨认性质差异的视觉特性 2.5.1色光色光 http

14、:/ 光对色具有单一对应关系 色光名称 波长范围(m) 主波长(m) Violet 0.380.43 0.42 Blue 0.430.47 0.435 Cyan 0.470.50 0.47 Green 0.500.56 0.54 Yellow 0.560.59 0.58 Orange 0.590.62 0.62 Red 0.620.76 0.70 2.5.1色光（续）色光（续）http:/ 三种感色单元受到同等刺激，得到消色三种感色单元受到同等刺激，得到消色 感觉感觉 （强刺激（强刺激白白 中等中等灰灰 弱弱黑）黑） 三种感色单元分别受到不同程度的刺三种感色单元分别受到不同程度的刺 激，混合作

15、用的结果产生彩色感觉激，混合作用的结果产生彩色感觉 视觉三原色原理：红、绿、蓝三种感色视觉三原色原理：红、绿、蓝三种感色 细胞受到刺激，可以得到各种颜色感觉细胞受到刺激，可以得到各种颜色感觉 。 2.5.2色觉色觉 人的颜色视觉（续）人的颜色视觉（续） http:/ 色别色别(色调 色相)Hue： 彼此相区分的彩色类别彼此相区分的彩色类别 色彩给予人的视觉上某种特定的色彩感觉色彩给予人的视觉上某种特定的色彩感觉 物体的色别取决于：物体的色别取决于： . 物体的反射光谱特性物体的反射光谱特性 (物体只具有对不同波长光波，固定的吸收、反物体只具有对不同波长光波，固定的吸收、反 射和透射的光学特性，

16、而没有固定的颜色）射和透射的光学特性，而没有固定的颜色） . 光源的光谱成分光源的光谱成分 2.5.3彩色三要素彩色三要素 2.5.3.1色别色别http:/ 2.5.3.1色别（续）色别（续）http:/ 颜色在视觉上引起的亮暗感觉颜色在视觉上引起的亮暗感觉 将判断物体表面反射率大小的感觉将判断物体表面反射率大小的感觉 属性量化后得到的数值属性量化后得到的数值 消色消色明度顺序白白 灰灰 黑黑 同色别同色别明度颜色深浅明绿明绿 绿绿 暗绿暗绿 2.5.3.2明度明度(明亮度明亮度)Lightness http:/ 2.6.3.2明度明度(明亮度明亮度)Lightness（续）（续）http:

17、/ 颜色感觉的鲜艳程度对于无彩色偏离的感颜色感觉的鲜艳程度对于无彩色偏离的感 觉属性量化后的数值觉属性量化后的数值 色彩饱和度高色彩饱和度高鲜明突出鲜明突出易感单调刺眼易感单调刺眼 色彩饱和度低色彩饱和度低柔和协调、浅淡乏力柔和协调、浅淡乏力 2.6.3.3饱和度饱和度(彩度彩度 纯度纯度)Saturation http:/ 对于同一色调的彩色光，饱和度越深，颜色越 鲜明或说越纯，相反则越淡。 在饱和的彩色光中增加白光成分，相当于增加 了光能，变得更亮，但饱和度却降低了。 若增加黑色光的成分，相当于降低了光能，因 而变得更暗，其饱和度也降低了。 2.5.3.3饱和度饱和度(彩度彩度 纯度纯度)

18、Saturation （续（续1）http:/ 纯度纯度)Saturation （续（续2）http:/ 指光谱中的指光谱中的红色红色、绿色绿色、蓝色、蓝色 三种色光三种色光 R 0.70m 700nm 7000A G 0.5461m 546.1nm 5461A B 0.4358m 435.8nm 4358A 。 。 。 三原色光 2.5.4 三原色光原理三原色光原理 2.5.4.1三原色光三原色光 http:/ 不同比例三原色光合成无数彩色的原理不同比例三原色光合成无数彩色的原理色混合三定律：现代色度学基础，彩色合成理论根据色混合三定律：现代色度学基础，彩色合成理论根据 补补 色色 律律 每

19、一种颜色都可以与另一种颜色每一种颜色都可以与另一种颜色 混合产生白色或黑色混合产生白色或黑色 中间色律中间色律 当两种不互补的颜色混合时会产当两种不互补的颜色混合时会产 生一生一 种新的彩色种新的彩色 代代 替替 律律 不同颜色混合后产生相同颜色，不同颜色混合后产生相同颜色， 可以互相代替，只要感觉上颜色相似即可可以互相代替，只要感觉上颜色相似即可 （只要色觉相同，就可以互相代替）（只要色觉相同，就可以互相代替） 2.5.4.3色混合三定律色混合三定律http:/ 图 加法混合 加色法加色法 (Additive mixture)：(加合加合) R、G、B 三原色光三原色光 相混合相混合 彩色摄

20、影的发明彩色摄影的发明 彩电彩电 彩色合成仪彩色合成仪 R+G+B =白白 白光透过三棱镜.swf2.5.4.4色光混合方法色光混合方法 http:/ v 减色法减色法：(叠合叠合) 分别分别从白光中减去从白光中减去 R、G、B 后的后的C、M、Y 三原间色光三原间色光(减法三原色光减法三原色光) 相混合相混合 现代彩色摄影（彩色胶卷现代彩色摄影（彩色胶卷 彩色相彩色相纸）纸） 彩色印刷彩色印刷 C+M+Y=黑黑(灰灰) 图 减法混合 2.5.4.4色光混合方法（续）色光混合方法（续）http:/ 任何可见光谱的颜色都可用三原色光按不同比例相加混任何可见光谱的颜色都可用三原色光按不同比例相加混合而成合而成 但但任何一个原色光都不能用其它两个相加混合而得到任何一个原色光都不能用其它两个相加混合而得到 2.5.4.5色光混合规则色光混合规则http:/ X（红）（红）+ +Y Y（绿）（绿）+ +Z Z（蓝）（蓝）=1=http:/