第二章遥感物理基础课件.ppt
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1、遥感遥感成像成像过程过程第1页,此课件共47页哦遥感基本原理遥感基本原理 地球上任何物体都在不停吸收、发射和反射信息和能量(电磁波),不同物体的电磁波特性是不同的,遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和自身发射的电磁波,来提取这些物体的信息,完成远距离识别物体。13日,CCTV4 海峡两岸节目中,军事专家张召忠谈马航MH370失联事件,当讲到红外遥感卫星时,说“零下700度以上的物体”都能被观测到。第2页,此课件共47页哦辐射源辐射源第3页,此课件共47页哦 按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列,就得到电磁波谱电磁辐射波谱电磁辐射波谱第4页,此课件共47页哦电磁波谱电
2、磁波谱第5页,此课件共47页哦黑体概念:实验室理想的热辐射特征研究对象物理学概念(黑体=全吸收体)黑体是对外界辐射量完全吸收的理想物体,自然界并不存在。自然界存在着灰体,即一部分能量吸收,一部分能量反射。灰体辐射的规律接近黑体。黑体黑体第6页,此课件共47页哦电磁辐射基础电磁辐射基础第7页,此课件共47页哦普朗克定律普朗克定律描述黑体的辐射出射度描述黑体的辐射出射度(W m-2 m-1)T 为绝对温度为绝对温度)1(2),()/(52kThcehcTB第8页,此课件共47页哦维恩位移定律维恩位移定律mT=2897.9 m K第9页,此课件共47页哦地球辐射地球辐射v地球辐射:地球表面和大气电磁
3、辐射的总称。v地球辐射是被动遥感中传递地物信息的载体。v装载在航天航空平台上的遥感器,接受来自地球辐射携带的地物信息,经过处理形成遥感影像。第10页,此课件共47页哦被动遥感的辐射源被动遥感的辐射源v太阳辐射近似6000K的黑体辐射,能量集中在0.32.5um波段之间。(可见光和近红外)v地球自身热辐射近似300K的黑体辐射,能量集中在6.0um以上的波段。(热红外)第11页,此课件共47页哦0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.4 2.6 2.8 3.0 太阳辐射太阳辐射第12页,此课件共47页哦大地辐射大地辐射 0 3 占有占有 0.2%3
4、 5 占有占有 0.6%5 8 占有占有 10%8 14 占有占有 50%14 30 占有占有 30%30 100 占有占有 9%1 mm 占有占有 0.2%mmmmmm大地也近似可看为黑体,向外辐射能量。大地也近似可看为黑体,向外辐射能量。大地辐射能量分布为:大地辐射能量分布为:这就是热红外的波段划分的依据。这就是热红外的波段划分的依据。注意:注意:遥感夜晚成象可以反映地表温度。遥感夜晚成象可以反映地表温度。第13页,此课件共47页哦地球辐射的分段特性地球辐射的分段特性第14页,此课件共47页哦v在0.32.5um波段(主要在可见光和近红外波段),地表以反射太阳辐射为主,地球自身的辐射可以忽
5、略。即在该波段范围内,对地观测遥感主要以太阳的短波辐射对地表进行探测和成像。v在2.56.0um波段(主要在中红外波段),地表反射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的辐射源。v在6.0um以上的热红外波段,以地球自身的热辐射为主,地表反射太阳辐射可以忽略。(热红外成像)地球辐射的分段特性地球辐射的分段特性第15页,此课件共47页哦了解地球辐射的分段特性的意义了解地球辐射的分段特性的意义v可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特性。v中红外波段遥感图像上,既有地表反射太阳辐射的信息,也有地球自身的热辐射的信息。v热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐射特性。第16页,此课件共4
6、7页哦被动遥感和主动遥感被动遥感和主动遥感 第17页,此课件共47页哦大气能量大气能量-物质交换作用物质交换作用第18页,此课件共47页哦电磁波传输的几种方式电磁波传输的几种方式第19页,此课件共47页哦电磁波与大气相互作用电磁波与大气相互作用第20页,此课件共47页哦大气折射与反射大气折射与反射v折射现象:电磁波传过大气层时出现传播方向的改变,大气密度越大,折射率越大。v反射现象:电磁波在传播过程中,通过两种介质的交界面时会出现反射现象,反射现象出要出现在云顶(云造成的噪声)。第21页,此课件共47页哦n1n3n2Optically less denseOptically more dens
7、eOptically less denseIncident radiation 2 3 1Path affected by atmospherePath unaffected by atmosphere斯涅尔定律(Snells Law)因荷兰物理学家威理博斯涅尔而命名,是一条描述光的折射规律的定律,即:光入射到不同介质的界面上会发生反射和折射。其中入射光和折射光位于同一个平面上,并且与界面法线的夹角满足如下关系:n1sin1=n2sin2其中,n1和n2分别是两个介质的折射率,1和2分别是入射光(或折射光)与界面法线的夹角,叫做入射角和折射角。大气相互作用:折射大气相互作用:折射第22页,此课
8、件共47页哦大气相互作用:散射大气相互作用:散射大气散射是重要而且普遍发生的现象,大部分进入我们眼睛的光都是散射光。如果没有大气散射,则除太阳直接照射的地方外,都将是一片黑暗。大气散射作用削弱了太阳的直接辐射,同时又使地面除接收到经过大气削弱的太阳直接辐射外,还接收到来自大气的散射辐射,大大增加了大气辐射问题的复杂性。第23页,此课件共47页哦大气散射效应大气散射效应 瑞利散射(瑞利散射(Rayleigh-Scattering)选择性散射要求条件为微粒半径选择性散射要求条件为微粒半径 r 第25页,此课件共47页哦瑞利散射具有如下特点:散射光强与波长四次方成反比。粒子前半部和后半部的散射光通量
9、相等。前向和后向的散射光最强,都比垂直方向强一倍。米氏散射散射强度比瑞利散射大得多,散射强度随波长的变化不如瑞利散射那样剧烈。随着粒子增大,散射的总能量很快增加,并最后以振动的形式趋于一定值。散射光强随角度变化出现许多极大值和极小值。当粒子尺度参数增大时,前向散射与后向散射之比增大,使粒子前半球散射增大第26页,此课件共47页哦大气相互作用:吸收大气相互作用:吸收第27页,此课件共47页哦大气窗口大气窗口v太阳辐射经过大气传输时,反射,吸收和散射共同衰减了辐射强度,剩余部分即为透过的部分。v由于大气层的反射、散射和吸收作用,使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同,因而各波段的透射率也各不相
10、同。v电磁波通过大气层时较少被反射,吸收和散射的,透射率较高的波段称为大气窗口。(对地遥感要用的部分)第28页,此课件共47页哦Atmospheric windows大气窗口大气窗口第29页,此课件共47页哦大气窗口大气窗口示例应用 如果希望观测地表信息如果希望观测地表信息 选择大气窗口段的波段选择大气窗口段的波段 如果希望观测大气信息,可以选择非大气窗口段如果希望观测大气信息,可以选择非大气窗口段第30页,此课件共47页哦思考题思考题 结合电磁波谱以及大气窗口的概念分析遥感应用的电磁结合电磁波谱以及大气窗口的概念分析遥感应用的电磁波波段主要有哪些波波段主要有哪些第31页,此课件共47页哦遥感
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