S
1896年发现γ射线。
D
A
实验证明，无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射
U
Q I
线、γ射线等都是电磁波，只是波源不同，因而波长（或
频率）也不相同。
1.1.2 电磁波的性质
1、电磁波是横波
2、在真空中以光速传播
S 3、具有波粒二象性
D A
(波动性：干涉、衍射、偏振；
U
Q I
粒子性：反射、吸收、透射和散射)
Q
I
基尔霍夫定律：物体的辐照度仅与波长和温度有关，与物体
本身性质无关。
M1 = α1 ⋅ I1 , M2 = α2 ⋅ I2 , M0 = α0 ⋅ I0
M1 α1
=
I1 ,
M2 α2
=
I2,
M0 α0
=
M0
=
I0
I1 = I2 = I0
Mi = αi ⋅ M0
遥感
1.2.3 太阳辐射
太阳辐射是地球上生物、地 大海航行靠舵手
常见大气窗口
序号 窗口名称
1
S
D A
2
U
Q
I
3
远紫外窗口 可见光窗口 近红外窗口1
4 近红外窗口2
5
中红外窗口
6
远红外窗口
7－11
12
微波窗口
波长范围 0.15－0.20 μm 0.30－1.30μm 1.40－1.90 μm 2.05－3.00 μm 3.50－5.50 μm 8.00－14.0 μm
遥感
S D A U Q I
▲地球大气层以外的太阳光谱辐照度曲线为平滑的连续光谱曲 线，从X射线一直延伸到无线电波，近似于6000K的黑体辐射曲 线（如图所示）。可以看出，太阳辐射的大部分能量集中于近 紫外－中红外（0.31～5.6μm）区内，占到全部能量的97.5 ％，其中可见光占43.5％、近红外占36.8％，在此光谱区内太 阳辐射的强度变化很小，可当作很稳定的辐射源，因此太阳辐 射属于短波辐射。X射线、γ射线、紫外及微波波段的太阳辐射 能小于1％，它们受太阳黑子及耀斑的影响，强度变化很大，主 要影响地球电离层及通信。
溶胶等
辐射特性 以地表反射太阳辐射 地表反射太阳辐射 以地表物体自身
为主
和自身热辐射
热辐射为主
遥感
2.大气效应
太阳辐射能经过太空和大气层而达到地球表面。因太
空是真空，电磁波在传播过程中不发生物理变化。当太阳
辐射经过大气层时与大气层中的离子、分子、颗粒、水汽
S 等发生吸收、散射、反射和透射等物理过程，这个过程称
例如： *可见光直接对眼睛起作用 *红外线能克服夜障 *微波可穿透云雾烟雨等
1
遥感
遥感
1.1.3 电磁波谱
按电磁波波长的长短（或频率的大小），依次排列 制成的图表叫做电磁波谱。
S
如下图所示，为电磁波谱。
S
D
D
A
A
U
U
Q
Q
I
I
遥感
各谱段的产生及遥感应用特征
物质内部状态
波段
波长 紫：0.38~0.遥4感3 应μ用m特征
分子振动、晶格振动 红外线
分子旋转、反转，电子 自转，磁场相互作用
微波
0.76~1000 μm
1mm~1m
应用广泛，分三段
波长较长，能空穿透云和雾，全天 候遥感，如雷达
核自转，磁场相互作用 无线电波 1m~105m
用于无线电通讯，分超短波、短 波、中波、长波
遥感
１.2 地物的发射辐射
１.２.１ 电磁辐射
D
A U
为大气效应。
Q
I 大气吸收：如O3吸收紫外线
大气散射：瑞利散射（粒子直径<波长),如篮色天空、
红色晚霞
米氏散射（粒子直径=波长),红外线
均匀散射（无选择散射）（粒子直径>波长)
大气反射：两种介质的交界面，如云层顶部
大气透射：吸收、散射、反射后的透射，如可见光
大气折射：只改变方向，不改变强度
遥感
发射率指单位面积上地物发射的某一波长的辐射通量
密度与同温下黑体在同一波长上的辐射通量密度之比，又
称比辐射率，记为，即：
ελ
= Wλ' Wλ
发射率是一个无量纲的量，取值在0～1之间。
遥感
地物的发射率与地物表面的粗糙度、颜色和温度等有
关。地物表面比较粗糙或颜色发暗，其发射率较高；地物表
面比较光滑或颜色明亮，其发射率较低。由于地物的辐射能
球大气运动的能源，也是被动式 万物生长靠太阳
S
D A
遥感系统中主要的辐射源。
干革命靠毛泽东思想
U
Q
I
太阳表面温度约有6000K，内部温度更高。具有极其 巨大的能量，它辐射出来的能量仅是总能量中的一部 分，辐射的波长区跨越整个紫外、可见光和红外谱区， 但是最大峰值在0.5um处，相当于绿色波区。因此，白天 太阳光辐射到地球上并从地球反射出来的最大能量在可 见光波区，其最大峰值位于0.5um附近。如图。
量与温度的四次方成正比，所以比热大、热惯性大的以及具
S 有保温作用的地物，其发射率就大；反之，其发射率就小。
D
ελ
A U
遥感
太阳辐射以电磁波的形式，通过宇宙空间到达地球表面
（约1.5×108km），全程时间约为500秒。由于大气对太阳的
辐射有一定的吸收、散射和反射，所以投射到地球表面上的辐
S 射强度要衰减不少。
D
A U
地物对通过大气圈以后的太阳辐射进行选择性的吸收和反
Q
I 射，反射的这部分再一次通过大气层到达空中传感器、传感器
S 原子核内部相互作用
D A U Q
I 层内电子离子化
外层电子离子化
外层电子激励
Γ-射线 X-射线 紫外线 可见光
蓝：来0自.4太3阳~的0.辐4射7μ完全m被大气吸收， <0.03nm近红青外：不来：0能自.04为矿.77遥物~6感的0~.应辐35用射0μμ可m被m低空飞机探测
(反绿射：红(探0外.矿5)0) ~0.56 μm 03.n0m3~~30n中(.3m热8μ红橙黄红m外：：外完波0：.00)全长3..0355被<~~9600大..5~~33μ00气8μ..吸μ65mm29收的m的μμ，被可遥臭mm被感氧胶未层片用吸和收光电探 0.38~0.远 (7热6μ红红红m外：外用均测：0)照可器.86相检检~2机出出1~40、，μ.摄应76像用mμ机最、广m光电扫描仪等
一般来说：
反射：23%
散射：20%
S D
吸收：17%
A
U Q
透射：40%
I
23% 40%
20% 17%
反射 散射 吸收 透射
3.大气窗口
在太阳辐射能经过大气层的过程中，被吸收、散射、反 射的比例较小，而透射率较高的波段，也就是传输损耗率很 小的波段，称为大气窗口。（≥60%）
遥感常用大气窗口见下表。
辐射源
⎪ ⎨⎪天然辐射源 ⎩
⎧太阳 ⎨⎩地球
2、辐射度量(*）
◆辐射能量（Q）；
◆辐射通量（Φ）；
S
D A
◆辐射通量密度（W）；
U
Q I
◆辐照度（E）；
◆辐射出射度（M）；
◆辐射强度（I）。
◆辐射亮度（L）。
遥感
遥感
1.2.２ 黑体辐射(Black Body)
1860 年 基 尔 霍 夫 （Kirchhoff·C）提出黑体概念。
1、辐射源
S
凡能产生（或发射）电磁辐射的物体，都叫做辐射
D A
源。
U
Q I
任何物体都是辐射源。
辐射源分人工辐射源和天然辐射源两种。
在自然界中，最大的天然辐射源是太阳和地球，它们 是被动遥感的主要能源提供者。
人工辐射源是主动遥感的能源提供者，如微波雷达和 激光雷达(LIDAR)。
⎧人工辐射源－－雷达、闪光灯
一般地物的温度都高于绝对零度，因此都会发射电
磁波。在相同温度下，地物的电磁波发射能力较同温下
黑体的辐射能力要低。黑体热辐射由普朗克定律描述，
S D
它仅依赖于波长和温度；而实际物体的辐射不仅依赖于
A U
波长和温度，还与构成物体的材料、表面状况等因素有
Q I
关。地物的发射能力常用发射率（比辐射率）来表示。
S
D 因此，在进入地球外边界的太阳辐射中仅有31％作为直射太
A
U Q
阳辐射到达地球表面。
I
辐射传输方程是指从辐射源经大气层到达传感器的过程
中电磁波能量变化的数学模型。
简化方程：
[ ( ) ] ∫ Lλ = Kλ τ λ Nλ sinθρλdΩ + We'λ ⋅ ε λ + bλ
4
遥感
１.2.6 一般物体的发射辐射
地球是被动遥感的第二大辐射源，和太阳辐射有着很大
的差别。如太阳的表面温度一般在6000K左右，辐射波长峰
S 值为0.48um,;地球的表面温度一般在300K（23℃）左右，这
D
A 一温度的辐射成一低缓的曲
间，波长峰值为9.66um(远红外波段），主要用于热遥感。
4、满足
另外：
遥感
f.λ = c E = h.f f为频率 ( f → υ ) λ为波长 c为光速(3×108 m/s) E为能量 h为普朗克常数 (6.626×10-34 J / s)
在电磁波谱中，由于产生 电磁波的波源不同，波长范围 也就不同，它们在传播方向、 穿透性、可见性和颜色等方面 的性质就有很大差别。
由维恩定律得 温度 300 500
遥感
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000