遥感导论复习重点

第一章 遥感概述

§1-1 遥感的基本概念及其特点

一、遥感概念

遥感（Remote Sensing）是20世纪60年代发展起来对地观测综合性技术。有广义和狭义之分。 1、广义遥感：泛指一切无接触的远距离探测（对电磁场、力场、机械波等）

2、狭义遥感：即是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析揭示出物体的特征性质及其变化的综合测控技术。

遥测：对目标的某些运动参数和性质进行远距离册测量的技术。分接触和非接触测量。 遥控：远距离控制目标的运动状态和过程的技术。 二、遥感的特点

1.大面积同步观测：探测范围大，具有综合、宏观的特点，受地面条件限制少。 2.时效性：获取信息速度快，更新周期短，具有动态监测特点。 3.数据综合性先进性：信息量大，具有手段多，技术先进的特点。 4.经济性：用途广，效益高的特点。 5.局限性：利用的电磁波段有限。

§1-2 遥感过程及系统

一、遥感过程的实现

光谱特性：一切物体固有的对电磁波反射、透射、吸收的能力。

由于环境不同，物体的反射、辐射电磁波是不同的。 数据获取→数据处理分析→数据应用

遥感是一个接收、传送、处理和分析遥感信息，并最后识别目标的复杂技术过程。 二、遥感的技术系统

依据遥感过程遥感系统分为： 1.信息源

2.信息的获取和接收 传感器 遥感平台

地面站：是为了接收和记录遥感平台传送来得图像胶片或数字磁带数据而建立的。由地面数据接

收和记录系统（TRRS）和图像数据处理系统（IDPS）两部分组成。 3.信息的处理 4.信息的应用

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§1-3 遥感的类型

遥感的分类方法多种多样，主要有以下几种分类方法：

1.按照遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感

2.按照传感器的探测波段分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感 3.按工作方式分：主动遥感、被动遥感；成像遥感、非成像遥感 4.按信息获取方式分：

5.按照波段宽度及波谱的连续性分： 6.按应用领域分：较多

§1-4 遥感的发展简史

一、遥感发展概况

（一）遥感的萌芽及其初期发展时期

（二）现代遥感发展时期

从以下四个阶段了解遥感发展过程 无记录的地面遥感阶段（1608-1838） 有记录的地面遥感阶段（1839-1857） 空中摄影遥感阶段（1858-1956） 航天遥感阶段（1957-） 二、我国遥感发展概况及其特点

三、当前遥感发展主要特点与展望

新一代传感器的研制，获得分辨率更高，质量更好的图象和数据； 遥感应用不断深化；

地理信息系统的发展与支持是遥感发展的又一新动向；

复习题

1.试述遥感的探测系统及其实现过程。

2.了解遥感发展史及我国遥感事业成就表现在哪些方面，有何特点？ 3.遥感概念、类型及特点。

第二章 遥感的物理基础——电磁辐射理论

主要内容：

电磁波的概念及一些性质； 黑体辐射及黑体辐射的特点； 实际物体的辐射； 太阳及地球的辐射；

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地物的波谱特性；

地物波谱特性的测量等方面的知识。

§2-1 电磁波谱与电磁辐射

一、电磁波及电磁波谱

电磁波是电磁振荡在空间的传播。

1. 电磁波的性质：

电磁波的波动性：?是横波 ?在真空以光速传播 ?满足C=λ*? 电磁波的粒子性： 光电效应

电磁波的波粒二象性：E= h*?

P=h/λ

波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：

波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。

2. 电磁波谱：

按电磁波在真空中传播的波长（或频率）以递增或递减的顺序排列，制成的图表称电磁波谱。

二、电磁辐射的度量

1. 辐射源：任何地物都有向周围空间辐射红外线和微波的能力。 2.辐射测量：

辐射能量（W）： 辐射通量（Φ）： 辐射通量密度（E）： 辐照度（I）： 辐射出射度（M）： 辐射亮度（L）：

§2-2 黑体辐射及其规律

一、黑体辐射及规律

1.黑体辐射——完全的辐射体

绝对黑体：对于任何波长的电磁波都全部吸收的物体称为绝对黑体。

黑体能够在热力学定律所允许的范围内最大限度地把热能转变成辐射能，所以说黑体是一个完全的吸收体和完全的发射体。

太阳，恒星，无色的烟煤的辐射都可近似看作是黑体辐射源。 研究黑体辐射的原因 2. 黑体辐射规律

⑴普郎克辐射定律：

⑵斯忒藩——波尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann）：

M=σT4

其中σ=5.67×10-8W·m-2·K-4

⑶维恩位移定律（Wien’s displacement law）：

二、实际物体的辐射

⑴基尔霍夫定律： Mλ/αλ=f(λ、T)

如果一物体的吸收本领大，那么它的发射本领也大。发射本领用（M/M0）表示。实际物体的辐射出射度与同温度同波长的绝对黑体辐射出射度之比，是比辐射率，也称发射率ε。所以吸收率常常被称做比辐射率

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或发射率。

基尔霍夫定律：

根据M、I定义，对于绝对黑体：M0=I0

引入实际物体M，得：MM0= MI0 变换得： M= （M/M0）I0 （M/M0）是实际物体的辐射出射度与同温度同波长的绝对黑体辐射出射度之比，是吸收系数α。则上式变为： M=αI0即M/α= I0 对于不同物体： M1/α1=M2/α2=M3/α3=Mi/αi=I0 这就是基尔霍夫定律 ⑵实际物体的辐射

ε=M/M0 M＝εM0

对于250K的石英，做出其在不同波长的辐射出射度Mλ和250K的黑体辐射出射度变化曲线M0，如p22图2.9所示。

比辐射率ε 实际物体的辐射M=εM0 比辐射率ε影响因素

比辐射率ε是物体发射本领的表征，它不仅依赖于地表物体的组成成分，而且与物体的表面状态（粗糙度）及物理性质（介电常数，含水量，等）有关，并随着测定辐射能的波长λ、温度T及观测角度θ等条件的变化而变化。

把物体的辐射分三类：

1.接近黑体的物体，发射率接近1，如水在6～14um, ε=0.98～0.99

2.灰体，发射率与波长无关，自然界大多数物体都是接近黑体的灰体。 3.选择性辐射体，发射率随波长变化，如氙灯，水银灯。

§2-3 太阳辐射和地球辐射

辐射源分两类：人工辐射源和天然辐射源

在自然界最大的天然辐射源是太阳和地球，它们是遥感信息的主要提供者。 一、太阳辐射（太阳光）

1.太阳常数：不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间内黑

体所吸收的太阳辐射能量。

I⊙=1.360×10^5瓦/平方米

小练习：依据太阳常数和日地距离计算太阳总辐射通量

2.太阳光谱特征

?太阳的光谱是连续光谱，且辐射特性与绝对黑体辐射特性基本一致。 ?太阳的辐射能量分布范围广，各个波段所占比例不同。

遥感探测时，主要利用可见光、红外等稳定的辐射；利用微波的时候主要采用主动微波遥感。 ?大气对太阳辐射产生了衰减作用（通过大气层上下太阳辐照度曲线比较知） 二、地球辐射

地球是被动遥感的另一辐射源，地球又是地学遥感探测的对象，因此探测地球作为辐射源的辐射特性和作为太阳辐射接收的反射特性，以及不同地物反射率与波长关系，在地学遥感中有十分重要意义。 从卫星上测出的地球的辐射接近300K的黑体辐射。由维恩位移定律知，峰值λmax=9.66μｍ。 研究证明了地球辐射的分段特性： 二、地球自身的热辐射

地球表面的热辐射特征

1.温度为300K的黑体，其电磁辐射的波长范围是：2.5~50μｍ。

2.地球表面的发射辐射能量集中于近红外波段和热红外波段；在热红外波段，地球的发射辐射能量远远

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大于太阳的电磁辐射能量，通常称地球的发射辐射为热辐射。

3.地球表面的热辐射（能量）与自身的发射率、波长、温度有关：

M（λ，T）= ε（ λ，T）× M0（ λ，T）

问：由于地表温度的日变化，热红外遥感应在一天中的何时进行？

答：午夜。热红外遥感主要探测16微米以上区段，是探测地球自身的辐射性质，应避免对太阳辐射的

吸收。

比辐射率波谱特性曲线的形态特征可以反映地面物体本身的特性，包括物体本身的组成、温度、表面粗糙度等物理特性。当曲线形态特征特殊时可以用发射率曲线来识别地面物体。

发射波谱曲线：某种地物的比辐射率（发射率）随波长的变化曲线，称该物体的发射波谱曲线。

观察P36图2.22可以发现：随着二氧化硅含量的减少（酸性---基性）岩石发射率的最小值向长波方向偏移。

§2-4 地球大气及其对太阳辐射的影响

太阳光—大气—地物—大气—传感器，二次经过大气产生了较大变化。 一、大气组成

1.大气分层：略。

2.大气组成

大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分有关。 大气的成分：多种气体、固态和液态悬浮的微粒混合组成的。 大气物质与太阳辐射相互作用，是太阳辐射衰减的重要原因。 二、大气折射：使电磁波方向改变，但不影响辐射强度。

三、大气反射：主要发生在云层顶部，强度取决于云量。削弱了电磁波到达地面的强度。 四、大气吸收

氧气：小于0.2 μm；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。 臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥感影响不大。

水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，

水对红外遥感有极大的影响。

二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽略不计。 五、大气散射

散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而改变传播方向，并向各个方向散开的现象。 实质是电磁波在传播过程中遇微粒而产生的衍射现象。 散射种类：

1. 瑞利散射（Rayleigh）

条件：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射，主要由大气中的原子和分子引起，如N ， CO2 ， O3 ， O2 等

特点：1、散射强度与波长的四次方成反比；

2、波长越短散射越强，而且前向散射与后向散射相同； 3、对可见光影响大

? 思考：无云的晴天天空为什么是蓝的，而日出日落时天空是橙红色？

2. 米氏散射（Mie）

条件：当大气中粒子的直径与波长相当时发生的散射；主要由大气中的微粒、烟、尘埃、小水滴和气溶胶等引起。

特点：1、散射强度与波长的二次方成反比；

2、米氏散射在光线前进方向比向后方的散射更强； 3、云雾对红外线（0.76——15 μｍ）散射影响较大。

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