一讲遥感概述遥感物理基础市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

遥感概述遥感概述第1页遥遥 感感n当代空间科学、空间技术主要组成部分；当代空间科学、空间技术主要组成部分；n对地观察系统技术支柱；对地观察系统技术支柱；n“3S”（GIS，GPS，RS）组成之一；）组成之一；n全方位、多时相、定量地获取地表信息；全方位、多时相、定量地获取地表信息；n数字地球、全球改变、连续发展等研究：数字地球、全球改变、连续发展等研究：n20世纪人类主要成就之一，是深刻改变了人类世纪人类主要成就之一，是深刻改变了人类生存方式技术：信息战争、精准农业等。生存方式技术：信息战争、精准农业等。第2页主要内容n遥感基础：概念、技术组成、分类、特点、发遥感基础：概念、技术组成、分类、特点、发 展、应用等；展、应用等；n物理基础：电磁波谱、地物电磁波谱特征；物理基础：电磁波谱、地物电磁波谱特征；n技术系统：传感器、遥感平台、信息传输与处理、技术系统：传感器、遥感平台、信息传输与处理、应用；应用；n遥感数据特点与评价：几何、辐射、时间分辨率；遥感数据特点与评价：几何、辐射、时间分辨率；n数据处理：校正、增强、分类；数据处理：校正、增强、分类；n信息提取：人工、自动、人信息提取：人工、自动、人机协同；机协同；n遥感应用：资源环境调查、动态监测、数据更新等。遥感应用：资源环境调查、动态监测、数据更新等。第3页一、遥感概述一、遥感概念（一、遥感概念（Remote Sensing）广义：广义：一个远离目标、经过非直接接触一个远离目标、经过非直接接触/非物理接触而获非物理接触而获取目标物数据，对数据进行分析来判定、测量目标物取目标物数据，对数据进行分析来判定、测量目标物性质技术；性质技术；狭义：狭义：指在高空和外层空间各种平台上，利用各种传感指在高空和外层空间各种平台上，利用各种传感器（如摄影仪、扫描仪、雷达等），获取地表信息，器（如摄影仪、扫描仪、雷达等），获取地表信息，经过数据传输和处理，从而实现研究地面物体形状、经过数据传输和处理，从而实现研究地面物体形状、大小、位置、性质及其与环境相互关系一门当代化应大小、位置、性质及其与环境相互关系一门当代化应用技术学科；用技术学科；第4页二、遥感技术系统组成二、遥感技术系统组成 1、传感器传感器(remote sensor)：接收从目标物接收从目标物 辐射（发射、反射等）电磁波信息装置；辐射（发射、反射等）电磁波信息装置；2、遥感平台遥感平台(platform)：搭载传感器移动物搭载传感器移动物体；体；n 近地面平台：汽车、高塔等；近地面平台：汽车、高塔等；n航航 空空 平平 台：飞机、气球等；台：飞机、气球等；n航航 天天 平平 台：人造卫星、宇宙飞船、航天台：人造卫星、宇宙飞船、航天飞机；飞机；3、遥感信息传输与处理；遥感信息传输与处理；4、遥感信息分析与应用。遥感信息分析与应用。第5页三、遥感技术特点三、遥感技术特点2、光谱特点光谱特点：多谱段，如紫外线、可见光、红：多谱段，如紫外线、可见光、红 外线、微波等；外线、微波等；3、时间特点时间特点：实时、周期性，如：实时、周期性，如Landsat 16 天天,Spot 26天天,NOAA 1/2天。天。1、空间特点空间特点：宏观：宏观如如Landsat-TM 185185km2,SPOT 6060km2;第6页四、遥感技术分类四、遥感技术分类1、按平台分：近地面遥感、航空遥感、按平台分：近地面遥感、航空遥感、航天遥感；航天遥感；2、按传感器工作波段：可见光遥感、按传感器工作波段：可见光遥感、红外遥红外遥 感、微波遥感等；感、微波遥感等；3、按传感器工作方式：被动遥感、主、按传感器工作方式：被动遥感、主 动遥感；动遥感；4、按数据表示方式：成像遥感、非成、按数据表示方式：成像遥感、非成 像遥感。像遥感。第7页第8页2、按传感器工作波段：、按传感器工作波段：紫外遥感：探测波段紫外遥感：探测波段0.05-0.38um可见光遥感：探测波段可见光遥感：探测波段0.38-0.76um红外遥感：探测波段红外遥感：探测波段0.76-1 000um微波遥感：探测波段微波遥感：探测波段1mm-10m多波段遥感：探测波段在可见光波段和红外波段多波段遥感：探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。范围内，再分成若干窄波段来探测目标。第9页3、按传感器工作方式：、按传感器工作方式：被动遥感被动遥感：不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物：不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物本身发射和对自然辐射源反射能量本身发射和对自然辐射源反射能量主动遥感主动遥感：由探测器主动发射一定电磁波能量并接收：由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标后向散射信号目标后向散射信号第10页主动遥感与被动遥感主动遥感与被动遥感反射太阳辐射反射太阳辐射被动遥感被动遥感目标物发射目标物发射被动遥感被动遥感主动遥感主动遥感第11页4、按数据表示方式：、按数据表示方式：成像遥感成像遥感：传感器接收目标电磁辐射信号可转：传感器接收目标电磁辐射信号可转换成（数字或模拟）图像换成（数字或模拟）图像非成像遥感非成像遥感：传感器接收目标电磁辐射信号输：传感器接收目标电磁辐射信号输出或统计在磁带上而不产生图像。出或统计在磁带上而不产生图像。第12页5、按波段宽度及波谱连续性：、按波段宽度及波谱连续性：高光谱遥感高光谱遥感：利用很多狭窄电磁波波段（波段：利用很多狭窄电磁波波段（波段宽度通常小于宽度通常小于10nm）产生光谱连续图像数据）产生光谱连续图像数据常规遥感常规遥感：宽波段遥感，波段宽度普通大于：宽波段遥感，波段宽度普通大于100nm,波段在波谱上不连续。波段在波谱上不连续。第13页6、按遥感应用领域：、按遥感应用领域：l大研究领域：外层空间遥感，大气层遥感，陆大研究领域：外层空间遥感，大气层遥感，陆地遥感，海洋遥感等地遥感，海洋遥感等l详细应用领域：资源遥感，环境遥感，农业遥详细应用领域：资源遥感，环境遥感，农业遥感，林业遥感，渔业遥感，地质遥感，气象遥感，感，林业遥感，渔业遥感，地质遥感，气象遥感，水文遥感，城市遥感，工程遥感及灾害遥感，军水文遥感，城市遥感，工程遥感及灾害遥感，军事遥感等。事遥感等。l按应用空间尺度分类按应用空间尺度分类 可分为全球遥感、区域遥可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感。感和城市遥感。全球遥感：全方面系统地研究全球性资源与环境问题遥感统称全球遥感：全方面系统地研究全球性资源与环境问题遥感统称 区域遥感：以区域资源开发和环境保护为目标遥感信息工程，它通常按行政区域遥感：以区域资源开发和环境保护为目标遥感信息工程，它通常按行政区划（国家、省区等）和自然区划（如流域）或经济区进行。区划（国家、省区等）和自然区划（如流域）或经济区进行。城市遥感：以城市环境、生态做为主要调查研究对象遥感工程。城市遥感：以城市环境、生态做为主要调查研究对象遥感工程。第14页五、遥感技术发展五、遥感技术发展1、简明回顾：、简明回顾：无统计地面遥感（16-1838年）有统计地面遥感（1839年-1857年）16 汉斯李波尔塞制造了世界第一架望远镜16 伽利略制作了放大3倍科学望远镜1839年 达盖尔和尼普斯拍摄照片，第一次成功地把事物形象地统计在胶片上1849年法国人艾米 劳萨达特制订摄影测量计划，成为有目标、有统计地面遥感发展阶段标志望远镜和摄影机出现，突破了远距离遥感第一关；第15页空中摄影遥感阶段（空中摄影遥感阶段（1859-1956年）年）1859年年 G.F.陶纳乔陶纳乔 系留气球系留气球 法国巴黎鸟瞰像片法国巴黎鸟瞰像片1860年年J.W.布莱克与布莱克与S.金乘气球升空至金乘气球升空至630m 美国波美国波士顿市照片士顿市照片第16页1861 年年4月月 Thaddeus Lowe 教授在俄亥教授在俄亥俄州辛辛那提登上气球进行气象观察俄州辛辛那提登上气球进行气象观察第17页“鸽子队”：70mm航空相机,试验性空中摄影，1903第18页19莱特弟兄创造飞机，19第一次从飞机上拍摄意大利森托塞尔地域上空像片，促使航空遥感向实用化前进。第19页第一次世界大战期间，航空摄影成为军事侦察主要第一次世界大战期间，航空摄影成为军事侦察主要伎俩伎俩一次大战中欧洲战壕一次大战中欧洲战壕战争后期研制航空摄影立体自动测图、二战前夕战争后期研制航空摄影立体自动测图、二战前夕（1935年）研制成功彩色摄影胶片，使航空遥感年）研制成功彩色摄影胶片，使航空遥感几何分析与光谱分析前进了一大步几何分析与光谱分析前进了一大步第20页1926 年Robert Goddard(1889-1945)及他第一个液体燃料火箭第21页二次世界大战二次世界大战，航空技术，航空技术发展，又突破了地面平台发展，又突破了地面平台限制，出现了限制，出现了航空遥感航空遥感 微波雷达出现，红外技术应用于军事侦察，使遥微波雷达出现，红外技术应用于军事侦察，使遥感探测电磁波谱段得到了扩展感探测电磁波谱段得到了扩展著作：航空遥感方法与理论总结：著作：航空遥感方法与理论总结：航空像片：航空像片：应用与判读应用与判读、航空摄影与航空测量航空摄影与航空测量期刊：期刊：摄影测量工程摄影测量工程即即摄影测量工程与遥摄影测量工程与遥感感前身前身1945年创刊。年创刊。第22页航天遥感阶段（航天遥感阶段（1957年年-）20世纪世纪50年代末，年代末，人造卫星人造卫星发射，使遥感技术平台上发射，使遥感技术平台上升到远离地球表面太空，出现了升到远离地球表面太空，出现了航天遥感航天遥感；19571957年年1010月月4 4日日苏联第一颗人造地球卫星发射成功苏联第一颗人造地球卫星发射成功19591959年年9 9月月美国美国“先驱者先驱者2 2号号”探测器拍摄了地球云探测器拍摄了地球云图，图，1010月月苏联苏联“月球月球3 3号号”航天器拍摄月球后面照片航天器拍摄月球后面照片19601960年年美国美国“泰罗斯泰罗斯”与与“雨云雨云”气象卫星云图，气象卫星云图，美国海军研究局普鲁伊特最早使用美国海军研究局普鲁伊特最早使用“遥感遥感”一词一词19711971年年美国美国“阿波罗阿波罗”宇宙飞船对月球表面航空摄宇宙飞船对月球表面航空摄影测量影测量19721972年年美国地球资源卫星美国地球资源卫星ERS-1ERS-1（后成为陆地卫星）（后成为陆地卫星）上天上天第23页第一颗人造地球卫星Sputnik I(前苏联)October 4,1957(about the size of a basketball,weighing 83 kg 182 lb),with radio and one scientific instrument)第24页发射Sputnik I 用Semiorka火箭第25页Apollo 8于 1968 年圣诞期间经过月球表面拍摄到地球照片第26页20世纪80年代美国第二代试验型地球资源卫星，Landsat 4,5。1986年，法国开始发射SPOT卫星系列。20世纪90年代欧空局、日本相继发射ERS、JERS系列卫星，印度和俄罗斯发射IRS和RESURS 1995年，加拿大发射RADARSAT-1,微波遥感技术重大进展。1999年，美国宇航局和地质调查局合作发射Landsat 7 1999年10月，中巴地球资源卫星（ZY-1），美国光谱成像企业成功发射高分辨率小卫星IKONOS，携带数字相机，1m与4m分辨率 ，美国奋进号SRTM合成孔径雷达干涉成像雷达系统世界第一个直接获取全球三维地形信息双天线合成孔径雷达干涉测量系统第27页2、中国遥感发展概况、中国遥感发展概况2020世纪世纪5050年代年代开始系统航空摄影，用于地形图编制和开始系统航空摄影，用于地形图编制和更新等更新等2020世纪世纪7070年代年代-80-80年代起步，年代起步，8080年代后期年代后期-90-90年代前期试验年代前期试验应用阶段，应用阶段，9090年代后期实用化产业化。年代后期实用化产业化。2020世纪世纪7070年代以来年代以来遥感事业取得显著成就，成功发射遥感事业取得显著成就，成功发射多颗人造卫星，自行研制多类型传感器航空摄影测绘已进多颗人造卫星，自行研制多类型传感器航空摄影测绘已进入业务化阶段，全国范围内地形图普遍采取航空摄影测量，入业务化阶段，全国范围内地形图普遍采取航空摄影测量，开展航空专题遥感试验、大规模卫星遥感技术应用研究开展航空专题遥感试验、大规模卫星遥感技术应用研究19701970年年4 4月月2424日日发射第一颗人造卫星发射第一颗人造卫星“东方红东方红1 1号号”，今后相继发射了数十颗不一样类型人造卫星，风云今后相继发射了数十颗不一样类型人造卫星，风云1 1号，号，2 2号，中巴资源卫星，北斗定位导航卫星，北京号，中巴资源卫星，北斗定位导航卫星，北京1 1号小卫星号小卫星等等传感器传感器机载地物光谱仪、多光谱扫描仪、红外扫描相机载地物光谱仪、多光谱扫描仪、红外扫描相机、真实孔径雷达、微波辐射计、激光高度计等。机、真实孔径雷达、微波辐射计、激光高度计等。第28页 自自1970年年发发射射第第一一颗颗“东东方方红红”一一号号卫卫星星以以来来，中中国共向空间发射了国共向空间发射了47颗国产卫星和颗国产卫星和3艘试验飞船，其中：艘试验飞船，其中：气象卫星气象卫星 6 返回式遥感卫星返回式遥感卫星 17 通信卫星通信卫星 7 科学试验卫星科学试验卫星 14 地球资源卫星地球资源卫星 2 “神舟号神舟号”试验飞船试验飞船 3 3 海洋卫星海洋卫星 1 1第29页3、遥感技术发展四个阶段：、遥感技术发展四个阶段：（1）瞬时遥感信息定性分析）瞬时遥感信息定性分析 利用单波段遥感信息，目视解译方法定性分析利用单波段遥感信息，目视解译方法定性分析（2）空间遥感信息定位分析）空间遥感信息定位分析 利用遥感信息分析地球表面物质能量空间分布规律利用遥感信息分析地球表面物质能量空间分布规律（3）时间遥感信息趋势分析）时间遥感信息趋势分析 利用周期性遥感信息，分析某现象改变规律，预利用周期性遥感信息，分析某现象改变规律，预 测测其改变趋势其改变趋势（4）各种遥感信息复合分析）各种遥感信息复合分析第30页4、当代遥感技术发展趋势与展望、当代遥感技术发展趋势与展望60年代奠基年代奠基70年代发展年代发展80年代巩固年代巩固90年代以来大发展年代以来大发展(1)多样化遥感平台并存多样化遥感平台并存 不一样高度和用途卫星形成对地球和宇宙空间多角度、不一样高度和用途卫星形成对地球和宇宙空间多角度、多周期观察。多周期观察。航空遥感逐步业务化；航空遥感逐步业务化；2020世纪世纪30003000余颗人造卫星升空。余颗人造卫星升空。航天平台成系列，大型化与微小型化平台相辅相成，其航天平台成系列，大型化与微小型化平台相辅相成，其中快要中快要500500颗提供遥感、定位、通信传输数据和图像服务。颗提供遥感、定位、通信传输数据和图像服务。世界各国建成遥感卫星地面接收站世界各国建成遥感卫星地面接收站3030多个。多个。航宇平台：飞出太阳系航宇平台：飞出太阳系“旅行者旅行者1号号”、2号号航天平台：载人空间站、空间试验室、返回式卫星、航航天平台：载人空间站、空间试验室、返回式卫星、航天飞机；小卫星群天飞机；小卫星群第31页(2)新型传感器不停涌现新型传感器不停涌现，向更高分辨率方向向更高分辨率方向发展，微波遥感和高光谱遥感快速升温。发展，微波遥感和高光谱遥感快速升温。成像光谱技术成像光谱技术探测波段从几百个到上千个，光谱可探测波段从几百个到上千个，光谱可细分到达细分到达5-6nm水平，在特定光谱域内以超多光谱数海量水平，在特定光谱域内以超多光谱数海量数据同时取得目标影像和多维光谱信息，形成图谱合一数据同时取得目标影像和多维光谱信息，形成图谱合一影像立方体影像立方体激光测距与遥感成像结合激光测距与遥感成像结合三维实时成像三维实时成像传感器空间分辨率提升传感器空间分辨率提升航空航天遥感界限含糊航空航天遥感界限含糊数字成像技术数字成像技术打破传统摄影与扫描成像界限打破传统摄影与扫描成像界限第32页(3)全数字化、可视化、智能化和网络化遥感信息处理全数字化、可视化、智能化和网络化遥感信息处理 信息提取、模式识别、数据融合信息提取、模式识别、数据融合大容量、高速度计算机与功效强大专业图像处大容量、高速度计算机与功效强大专业图像处理软件结合理软件结合PCI,ERDAS,ENVI,ER-MAPPER,IDRISI 遥感图像处理方法遥感图像处理方法分形理论，小波变换、分形理论，小波变换、人工神经网络人工神经网络(4)遥感信息定量化研究遥感信息定量化研究 传感器性能指标分析与评价、大气参量计算与大传感器性能指标分析与评价、大气参量计算与大气订正、目标信息反演等气订正、目标信息反演等(5)3S技术综合集成技术综合集成,遥感应用实用化、商业化、国际化趋遥感应用实用化、商业化、国际化趋势势第33页七、遥感应用1)农林应用农业资源调查、自然灾害监测、作物估产等。2）地矿应用区域结构、地质填图、矿产堪察、地貌研究等3）水文海洋水资源调查、冰雪研究、海洋参数（化学、动力、物理）、渔业资源等4）环境监测水源污染、赤潮、城市热岛、土地利用与覆盖改变等5）军事侦察第34页制制 图图 卫星成象视角广，因而能使地理学家相当方便地绘卫星成象视角广，因而能使地理学家相当方便地绘制含有细腻区域地理特点（比如断层、地貌轮廓线、地制含有细腻区域地理特点（比如断层、地貌轮廓线、地貌或岩性接触）地图，几乎终年有云层在妨碍取得常规貌或岩性接触）地图，几乎终年有云层在妨碍取得常规光学卫星图象。在这些地域正在使用雷达图象以能够接光学卫星图象。在这些地域正在使用雷达图象以能够接收定位准确度制作百分比为收定位准确度制作百分比为1 1：200,000200,000最新地图。最新地图。卫星图象经常与有限地面抽样结合使用，在欧洲联卫星图象经常与有限地面抽样结合使用，在欧洲联盟各国依据共同农业政策方案确定和测量作物面积和可盟各国依据共同农业政策方案确定和测量作物面积和可耕地面积。耕地面积。使用干涉测量或雷达测量方法能够从卫星雷达图象使用干涉测量或雷达测量方法能够从卫星雷达图象中制得数字正视模型。中制得数字正视模型。第35页监监 测测 可连续发展中一个关键原因是要了解某一现有资源消耗可连续发展中一个关键原因是要了解某一现有资源消耗速度，遥感卫星重复覆盖经过提供关于植被（森林、牧场）、速度，遥感卫星重复覆盖经过提供关于植被（森林、牧场）、土壤和皮表水源等各种主要资源土壤和皮表水源等各种主要资源按时间排序信息按时间排序信息来促进实现来促进实现这项目标。这项目标。经常地取得卫星图象有利于经常地取得卫星图象有利于侦查污染水流侦查污染水流和分析它们轨和分析它们轨迹。这种数据还有利于评价污染对海洋和近海环境影响。印迹。这种数据还有利于评价污染对海洋和近海环境影响。印度尼西亚，经常使用卫星遥感数据度尼西亚，经常使用卫星遥感数据监测珊瑚礁监测珊瑚礁生长情况和生长情况和评评定海洋渔类资源定海洋渔类资源。使用高分辨率图象监测各个农场使用高分辨率图象监测各个农场作物作物有利于在作物开始有利于在作物开始显示出可见症状之前许久就查明缺水、缺肥或受到疾病影响显示出可见症状之前许久就查明缺水、缺肥或受到疾病影响地域。地域。与与周周围围国国家家或或有有争争议议领领土土中中重重大大环环境境趋趋势势相相关关资资料料就就属属于于这种信息。遥感信息是讨论潜在有争议问题公正媒介这种信息。遥感信息是讨论潜在有争议问题公正媒介。第36页制作模型（预测）制作模型（预测）与气象学和土壤数据等其它资料结合并用，以在收割前若干星期制作产量预测模型。预测厄尔尼诺现象何时在太平洋降临。遥感预测疾病风险。研究委内瑞拉马脑炎、土耳其东南地域传病媒介传染疾病、巴西利什曼病和孟加拉国霍乱。显示积雪覆盖范围卫星图象可用作水文学模型投入 雷达卫星还可改进为近海活动和南北极地域航船路线而进行海冰和冰山监测。含有海冰情况历史观察资料数据库有利于确定航船和近海平台设计参数并选择最正确航行路线。过去和当前旱情资料非常有利于旱灾预报。第37页测量（发觉）测量（发觉）各种地表特点在电磁频谱不一样区段（通常从可见光到近红外、短波红外、中红外、热红外和微波区段）有截然不一样反应，所以大多数卫星图象多谱特征能使人们识别和区分各种地表特点。超光谱传感器，能够摄取几十上百个谱带图象。超光谱图象不但能够发觉农作物生长困难，而且还能发觉其规模和原因。生长困难能够是各种原因造成，包含施肥不足或过多或缺水。第38页遥感物理基础遥感物理基础第39页遥感物理基础遥感物理基础一、电磁波与电磁波谱一、电磁波与电磁波谱1、电磁波、电磁波 波：振动在空间传输。波：振动在空间传输。电磁波：由振源发出电磁振动在空间传输。电磁波：由振源发出电磁振动在空间传输。即：改变电场与磁场交替产生，以即：改变电场与磁场交替产生，以 一定速度在空间中传输过程被一定速度在空间中传输过程被 称为电磁波。称为电磁波。第40页第41页2.电磁波特征电磁波特征电磁波含有波粒二相性，电磁波含有波粒二相性，即波动性和粒子性即波动性和粒子性（1）波动性：）波动性：干涉：干涉：叠加原理叠加原理在同一空间有两列频率相同波在同一空间有两列频率相同波传输时，空间各点振动就是各列波单独在该点产生振动叠传输时，空间各点振动就是各列波单独在该点产生振动叠加合成。加合成。衍射：衍射：光线偏离直线路径现象。光线偏离直线路径现象。第42页偏振：偏振：电磁波是横波，是由两个相互垂直振动矢量即电磁波是横波，是由两个相互垂直振动矢量即电场强度电场强度E E和磁场强度和磁场强度H H来表征。在光波中，产生感光来表征。在光波中，产生感光作用和生理作用是作用和生理作用是E E，所以，将，所以，将E E称为光矢量。假如光称为光矢量。假如光矢量在一个固定平面内沿一个固定方向振动，则这种矢量在一个固定平面内沿一个固定方向振动，则这种光称为偏振光。光称为偏振光。第43页（2）粒子性：）粒子性：电磁波实际上也是一个以光速传输粒子流电磁波实际上也是一个以光速传输粒子流 粒子性基本特点是能量分布量子化：粒子性基本特点是能量分布量子化：一个原子不能连续吸收或发射辐射能，只能不连一个原子不能连续吸收或发射辐射能，只能不连续一份一份吸收或发射能量。续一份一份吸收或发射能量。第44页（3）波动性与粒子性关系）波动性与粒子性关系 连续波动性和不连续粒子性既是相互排斥相互连续波动性和不连续粒子性既是相互排斥相互对立，又是相互联络，并在一定条件下相互转化，对立，又是相互联络，并在一定条件下相互转化，组成电磁波波粒二相性。组成电磁波波粒二相性。波是粒子流统计平均；粒子是波量子化。波是粒子流统计平均；粒子是波量子化。第45页3、电磁波、电磁波4个要素个要素（1）波长）波长/频率；频率；（2）传输方向；）传输方向；（3）振幅：电场振动强度；）振幅：电场振动强度；（4）偏振面：包含电场方向平面；）偏振面：包含电场方向平面；第46页电磁波电磁波4 4要素与遥感信息对应关系要素与遥感信息对应关系第47页4、电磁波、电磁波4个要素与地物特征信息关系个要素与地物特征信息关系（1 1）波长：波长：对应可见光中目标颜色，包含了与目标物相关对应可见光中目标颜色，包含了与目标物相关丰富信息，不一样地物含有特定波谱曲线；丰富信息，不一样地物含有特定波谱曲线；（3 3）振幅：振幅：一样可得到物体空间配置及形状等一样可得到物体空间配置及形状等 信息；信息；（2 2）传输方向：传输方向：据此可得到物体空间配置及形状等信息；据此可得到物体空间配置及形状等信息；（4 4）偏振面：偏振面：对于微波雷达非常主要，因为从水平偏振对于微波雷达非常主要，因为从水平偏振与垂直偏振中得到图像是不一样。与垂直偏振中得到图像是不一样。第48页5、电磁波谱、电磁波谱n把电磁波按波长长短把电磁波按波长长短/频率大小依次排列频率大小依次排列成图表，称为电磁波谱。成图表，称为电磁波谱。n电磁波谱从波长短一侧开始，依此叫电磁波谱从波长短一侧开始，依此叫r射射线、线、x射线、紫外线、可见光、红外线、射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等；微波、无线电波等；第49页第50页第51页当前遥感技术所用电磁波当前遥感技术所用电磁波紫外线一部分紫外线一部分 (0.3 m 0.38 m)(0.3 m 0.38 m)可见光可见光 (0.38 m 0.76 m)(0.38 m 0.76 m)红外线一部分红外线一部分，普通称普通称0.76 m1.3 m0.76 m1.3 m为近红外，为近红外，1.3 1.3 m3 mm3 m为短波红外，为短波红外，3 m6 m3 m6 m为中红外，为中红外，6 6 m40 mm40 m为远红外或热红外，为远红外或热红外，40 m100 m40 m100 m为极为极远红外。远红外。微波微波 (1mm1m)(1mm1m)注：注：微米微米 1 m=101 m=10-3-3mm=10mm=10-4-4 cmcm =10=10-6-6 m m 纳米纳米 1nm=101nm=10-3-3 m m 埃埃 1A=101A=10-4-4 m m 第52页二、二、物体发射辐射物体发射辐射任何物体，只要温度高于绝对零度任何物体，只要温度高于绝对零度0K0K（-273-273），都能向外发射电磁辐射。），都能向外发射电磁辐射。通常地物发射电磁波能力，是以发射率（通常地物发射电磁波能力，是以发射率（）作为测量标准，而地物发射率又是以黑体作为基作为测量标准，而地物发射率又是以黑体作为基准。准。第53页1 1、黑体辐射、黑体辐射黑体（黑体（black bodyblack body）是指在任何温度下，对任何波长辐射是指在任何温度下，对任何波长辐射能量完全吸收（能量完全吸收（=1=1），而且有最大发射率物体。），而且有最大发射率物体。黑体辐射（黑体辐射（black body radiationblack body radiation）即指黑体热辐射，它即指黑体热辐射，它是在一切方向上都均等辐射。是在一切方向上都均等辐射。第54页黑体辐射定律黑体辐射定律能够用普朗克（能够用普朗克（planck.mplanck.m）公式表示：）公式表示：W W 为光谱辐射通量密度，单位（为光谱辐射通量密度，单位（W W.cmcm-2.-2.m m-1-1）；）；为波长，单位（为波长，单位（m m）；）；h h为普朗克常数为普朗克常数=（6.62560.00056.62560.0005）x10 x10-34-34W W.s s2 2；c c为光速为光速=3x10=3x101010cm/scm/s；T T为绝对温度，单位（为绝对温度，单位（K K）；）；k k为玻尔兹曼常数为玻尔兹曼常数=（1.380540.000181.380540.00018）x10 x10-23-23W W.S S.K K-1-1；e e为自然对数底为自然对数底=2.718=2.718。第55页 普朗克公式给出了黑体辐射通量密度与温度关普朗克公式给出了黑体辐射通量密度与温度关系及按波长分布情况，因而又称普朗克定律。系及按波长分布情况，因而又称普朗克定律。可见光辐射能量波段可见光辐射能量波段与大气顶层太阳辐射等温度下黑体辐射曲与大气顶层太阳辐射等温度下黑体辐射曲线线与白炽灯等温度下黑体辐射曲与白炽灯等温度下黑体辐射曲线线与地球表面等温度下黑体辐射曲线与地球表面等温度下黑体辐射曲线各种温度下黑体波谱辐射曲线各种温度下黑体波谱辐射曲线第56页（1 1）物体总辐射能是随温度增加而快速增加；）物体总辐射能是随温度增加而快速增加；（2 2）光谱辐射通量密度峰值波长随温度增加而向短波方向）光谱辐射通量密度峰值波长随温度增加而向短波方向移动；移动；（3 3）温度升高，全部波长上波谱辐射通量密度也越大，每）温度升高，全部波长上波谱辐射通量密度也越大，每根曲线不相交。根曲线不相交。第57页 对于全部波长范围辐射通量密度，可用斯忒藩对于全部波长范围辐射通量密度，可用斯忒藩-玻尔兹玻尔兹曼（曼（stefan-boltzmannstefan-boltzmann）公式表示：）公式表示：W W黑黑=T 4=T 4：斯忒藩：斯忒藩玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数=（5.66970.002975.66970.00297）10-10-12W.cm-2.K-412W.cm-2.K-4 从斯忒藩从斯忒藩-玻尔兹曼公式能够看出：辐射通量密度随温玻尔兹曼公式能够看出：辐射通量密度随温度增加而增加，而且与温度四次方成正比。度增加而增加，而且与温度四次方成正比。第58页 从不一样温度下黑体辐射图能够看出从不一样温度下黑体辐射图能够看出：对于某个绝对温度，辐射通量密度在某个波对于某个绝对温度，辐射通量密度在某个波长上有个最大值。这个最大值所对应波长长上有个最大值。这个最大值所对应波长max max 能够能够用维恩（用维恩（WienWien，W.W.）位移定律表示：）位移定律表示：maxmax.T=bT=bb b为常数为常数=2897.80.4=2897.80.4（mm.K K）从维恩定律能够看出以下三点：从维恩定律能够看出以下三点：1.1.随温度升高，辐射能量峰值向短波方向偏移。随温度升高，辐射能量峰值向短波方向偏移。2.2.低温地物发射波长较长电磁波。低温地物发射波长较长电磁波。3.3.常温地物发射波长常温地物发射波长10m10m红外线。红外线。第59页四、大气对电磁波传输影响四、大气对电磁波传输影响1 1 地球大气地球大气 n地球大气成份：地球大气成份：洁净大气成份洁净大气成份 N N2 2，O O2 2，H H2 2O O，COCO，COCO2 2，N N2 2O O，CHCH4 4，O O3 3，HeHe，ArAr，H H等等大气气溶胶成份大气气溶胶成份 微粒、尘埃、冰晶、水滴等统称为微粒、尘埃、冰晶、水滴等统称为大气气溶胶，是形成雾、云主要原因。大气气溶胶，是形成雾、云主要原因。第60页地球大气垂直分层地球大气垂直分层对流层（平均高度对流层（平均高度12km12km）该层内时常有气象改变，该层内时常有气象改变，是当代航空遥感主要活动区域。该层内因为大气气体及是当代航空遥感主要活动区域。该层内因为大气气体及气溶胶吸收作用，使电磁波传输受到衰减。气溶胶吸收作用，使电磁波传输受到衰减。平流层（平流层（1280km1280km）这一层中不变成份（这一层中不变成份（N N、O O、COCO2 2等）等）气体含量与对流层相对百分比气体含量与对流层相对百分比关系一致关系一致，但绝对密度小，但绝对密度小，水蒸气含量极少，臭氧含量增大（从地面向上水蒸气含量极少，臭氧含量增大（从地面向上80Km80Km以下区以下区间，除间，除H H2 2O O，O O3 3外，其它气体均匀混合，所以又称均匀层。外，其它气体均匀混合，所以又称均匀层。是太阳辐射衰减主要原因）。是太阳辐射衰减主要原因）。第61页电离层（电离层（801000km801000km）：）：空气稀薄，因太阳辐射作用而空气稀薄，因太阳辐射作用而发生电离现象，分子被电离成离子和自由电子状态。无发生电离现象，分子被电离成离子和自由电子状态。无线电波在电离层发生全反射现象。资源卫星、航天飞机、线电波在电离层发生全反射现象。资源卫星、航天飞机、侦察卫星及部分气象卫星主要活动于该层内。侦察卫星及部分气象卫星主要活动于该层内。外大气层（外大气层（1000km1000km以上）：以上）：10002500km10002500km间主要是氮离间主要是氮离子，称氮层；子，称氮层；250025000km250025000km外主要是氢离子，又称为质外主要是氢离子，又称为质子层，温度可达子层，温度可达10001000。第62页第63页 2.大气传输特征大气传输特征 太阳辐射抵达地球表面之前，必须先经过大气层，因太阳辐射抵达地球表面之前，必须先经过大气层，因而其辐射能量会被衰减，其中：而其辐射能量会被衰减，其中：被云层和其它大气成份反射回宇宙空间约被云层和其它大气成份反射回宇宙空间约30%；被大气吸收约被大气吸收约17%；被大气散射约被大气散射约22%；最终抵达地面仅有最终抵达地面仅有31%。由此能够看出，电磁波穿过大气时被衰减主要原因是：由此能够看出，电磁波穿过大气时被衰减主要原因是：大气散射大气散射、大气吸收大气吸收、大气厚度影响。大气厚度影响。第64页大气散射：大气散射：大气散射作用影响透明度。大气散射作用影响透明度。大气散射性质与强度取决于大气散射性质与强度取决于大气分子大气分子或或微粒半径微粒半径与与被散射光被散射光波长波长之间之间对比关系对比关系。依据依据辐射光波长辐射光波长与辐射与辐射微粒半径大小微粒半径大小之间关系，散射之间关系，散射作用在理论上能够分以下三种：作用在理论上能够分以下三种：第65页瑞利散射（瑞利散射（Rayleigh scatteringRayleigh scattering）当微粒直径（当微粒直径（d d）比辐射波长（）比辐射波长（）小得多时，所发生散射称为）小得多时，所发生散射称为“瑞利散射瑞利散射”。即即d /10d /10 因为这种散射是由大气分子对可见光散射引发，因为这种散射是由大气分子对可见光散射引发，所以又称为分子散射。所以又称为分子散射。第66页米氏散射（米氏散射（Mie scattering）当微粒直径与辐射波长差不多即当微粒直径与辐射波长差不多即d 所发生散射，所发生散射，称米氏散射。称米氏散射。它是由大气中气溶胶所引发散射，散射作用最强。它是由大气中气溶胶所引发散射，散射作用最强。第67页 非选择性散射非选择性散射（nonselective scattering）当微粒直径比波长大得多时，即当微粒直径比波长大得多时，即d，所，所发生散射称为非选择性散射。发生散射称为非选择性散射。非选择性散射与波长无关非选择性散射与波长无关水滴、雾、烟雾经常出现这种散射水滴、雾、烟雾经常出现这种散射第68页结论结论总而言之：太阳辐射衰减主要是因为散射造成。散总而言之：太阳辐射衰减主要是因为散射造成。散射衰减类型与强弱是和波长亲密相关：射衰减类型与强弱是和波长亲密相关：可见光、近红外可见光、近红外瑞利散射是主要。当波长超出瑞利散射是主要。当波长超出1微米时，微米时，瑞利散射能够忽略不计。瑞利散射能够忽略不计。紫外紫外红外红外 均存在米氏散射（短波中瑞利散射、米氏散均存在米氏散射（短波中瑞利散射、米氏散射都存在，波长超出射都存在，波长超出0.5微米时，米氏散射是主要。）微米时，米氏散射是主要。）微波波段微波波段 波长大于小雨滴直径，所以小雨滴在微波波波长大于小雨滴直径，所以小雨滴在微波波段也是瑞利散射。所以微波有较强穿透力。（红外也有一定段也是瑞利散射。所以微波有较强穿透力。（红外也有一定穿透能力，比可见光大穿透能力，比可见光大10倍。）倍。）第69页大气吸收：大气吸收：大气中一些成份如水蒸气、大气中一些成份如水蒸气、COCO2 2、O O3 3等对电磁波谱中一些等对电磁波谱中一些波长电磁波能量有或多或少吸收波长电磁波能量有或多或少吸收O O3 3：主要吸收：主要吸收0.3m0.3m以下紫外线；以下紫外线；9.6m9.6m处有弱吸收处有弱吸收COCO2 2：吸收带：吸收带2.6-2.8m 2.6-2.8m 2.72.7（峰值（峰值2.7m2.7m）；4.10-4.45m 4.10-4.45m 4.34.3；9.1-10.9m9.1-10.9m10.010.0；12.9-17.1m12.9-17.1m14.414.4H H2 2O(O(气）：吸收带气）：吸收带0.7-1.95m0.7-1.95m1.381.38和和1.871.87；2.5-3.0m2.5-3.0m2.72.7；4.9-8.7m4.9-8.7m6.36.3；15m-1mm15m-1mm；0.164cm0.164cm；1.348cm1.348cm第70页其它成份气体都是对称分子，无极性，所以对电磁波不存其它成份气体都是对称分子，无极性，所以