高光谱遥感理论基础课件.ppt

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1、第三章高光谱遥感物理基础本章主要介绍地物的电磁波特性、太阳辐射、光谱测量、典型地物光谱特征等。1遥感是根据收集到的电磁波来判断目标地物和自然现象（物体种类、特征和环境不同，具完全不同的电磁波反射或发射特征），遥感技术主要是建立在物体反射或发射电磁波原理上的。电磁波:根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场和磁场交替产生,以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波.3.1电磁波及电磁辐射3.1.1电磁波的特性2描述电磁波特性的指标波长、频率、振幅、位相等。电磁波的特性1）不需要传播介质2）横波3）波动性4）粒子性5）叠加原理

2、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）电磁波因辐射源（或者观察者）相对于传播介质的运动，而使观察者接受到的频率发生变化3按电磁波波长（频率大小）长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。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4电磁波谱图5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；一些电磁波的用途wavelengthuseWavelengthusegrayMineral1.5

3、5-1.75（近红外）WatercontentinplantorsoilXrayMedical2.04-2.34（近红外）Mineral,rocktypesultraviolet(uV)（紫外）Detectingoil；spill10.5-12.5（热红外）Surfacetemperature0.4-0.45um（蓝波段）Waterdepthturbidity3cm-15cm（短波）Surfacerelief（地势起伏）,soilmoisture0.7-1.1µm（近红外）Vegetation20cm-1m（短波）wood

4、ybiomass（木头水分）63.1.2电磁辐射能量定律辐射能量（W）：以电磁波形式传输的能量；测量的指标包括：辐射通量，辐射强度，辐射照度，辐射亮度等等。理想的辐射体：黑体，它既是完全的吸收体，又是完全辐射体。即朗伯源，自然界中的物体：烟煤，MgO等通过研究这种理想状态的辐射体，目前已经摸索出一定的定律。人工制造的接近黑体的吸收体7（1）普朗克公式：描述黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。h:普朗克常数6.6260755*10-34W·s2k:玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23W·s·K-1c:光速;λ:

5、波长（μm）;T:绝对温度（K）描述黑体的定律8变化特点：(1)辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；(2)温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交；(3)随温度升高，辐射最大值向短波方向移动。图示普朗克公式9（2）斯忒藩－玻尔兹曼定律：对普朗克定律在全波段内积分得到。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方成正比。红外装置测试温度的理论根据。σ:斯忒藩－玻尔兹曼常数，5.6697＋－0.00297）×10－12Wcm-2K-410（3）维恩位移定律：高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波

6、。常温（如人体300K左右，发射电磁波的峰值波长9.66μm）b:常数，2897.8＋－0.4μm·K针对要探测的目标，选择最佳的遥感波段和传感器。11一般辐射体和发射率对于一般物体而言，需要引入发射率（热辐射率、比辐射率），表明物体的发射本领。非黑体的辐射通量密度与同一温度下黑体辐射通量密度的比值。发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长有关。按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：1）黑体2）灰体3）选择性辐射体12一般辐射体和发射率13（4）基尔霍夫定律给定温度下，任何地物的辐射通量密度M与吸收率α之比是常数

7、，即等于同温度下黑体的辐射通量密度。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。143.1.3太阳辐射地球上的电磁波主要来自于太阳，因此，太阳是遥感主要的辐射源，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。15太阳辐照度分布曲线16从图中可以得出结论：太阳辐射的光谱是连续的，太阳光谱相当于6000K的黑体辐射；它的辐射特性与黑体的辐射特性基本一致。太阳辐射从近紫外到中红外这一波段区间能量最集中而且相对稳定，其中0.38～0.76µm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，

8、最大辐射强度位于波长0.47µm左右；在x射线、远紫外及微波波段，能量小但变化大。海平面处的太阳辐射照度曲线与大气层外的曲线有很大的不同。主要是地球大气对太阳辐射的吸收和散射造成的。经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；就遥感而言，被动遥感主要是利用可见光、红外等稳定辐射，因而太阳的活动对遥感没有太大的影响