典型地物的光谱反射特征
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一、地物的反射光谱特性
· 同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不
同植物；植物病虫害
· 地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。
时间特性 空间特性
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式中，c为真空中的光速； k为玻尔兹蔓常数，k=1.3810-23 J/K； h为普朗克常数，h=6.63 10-34 Js； M为辐射出射度。单位为w cm2 m1
2
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二、地物的发射光谱特性
辐射通量密度随波长 连续变化，曲线只有一 个最大值； 温度愈高，辐射通量 密度也愈大，不同温度 的曲线不相交； 随着温度的升高，辐 射最大值所对应的波长 移向短波方向。
不同温度的黑体辐射的光谱能量分布
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一、电磁波及其光谱特性


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。 电磁波的叠加原理
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一、电磁波及其光谱特性
电磁波的特性
电磁波是横波 在真空中以光速传播 电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要 表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒 子性，这就是电磁波的波粒二象性。 波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的，因 此具有波动性 粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射 的实质是光子微粒的有规律的运动。电磁波的粒子性 ，使得电磁辐射的能量具有统计性
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二、电磁波谱
红外线（IR）：波长是0.76 m～1000m，可分为4个光谱段： 近红外（NIR）：0.76m～1.3m，在性质上与可见光相似， 在RS技术中采用摄影和扫描方式，可接收和记录光红外反射。 中红外（MIR）：3m～6m， 远红外（FIR）： 6m～15m， 热红外（产生热感的原因） 超远红外（MIR）：15m～1000m， 红外线也是RS中常用的波段之一，使用率仅次于可见光。 红外RS采用热感应方式探测地物本身的热辐射。红外线在云、雾、 雨中传播时，受到严重的衰减，因此红外RS不是全天候RS，不能在云 、雾、雨中进行，但不受日照条件的限制。 微波：1mm～1m的无线电波。 微波和红外两者的特征相似，都属于热辐射性质。微波能穿透云雾 、小雨，是全天候遥感，昼夜均可进行。微波对植被、冰雪、干沙、 干土均有较强的穿透力，常被用来探测被冰雪、植被、沙土所遮掩的 地物。
0. 43～0.47um
0. 47～0.50um 0. 50～0.56um 0. 56～0.59um 0. 59～0.62um 0. 62～0.76um
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三、电磁辐射源
1、自然辐射源
太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用 5900K的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射 能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射 和散射。 地球的电磁辐射：小于3 μm的波长主要是太阳辐射的 能量；大于6 μm的波长，主要是地物本身的热辐射； 3-6 μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。
不同植物光谱曲线比较
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植物的病虫害
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时间特征
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二、电磁波谱
RS技术使用电磁波段分类名称和波长范围
名称
紫外线 可见光 近红外 红 外 线 中红外 远红外 超远红外 毫米波 微 波 厘米波 分米波
波长范围
0.01～0.38m 0. 38～0.76m 0.76～3m 3～6m 6～15m 15～1000m 1～10mm 1～10cm 1～10dm 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红 0. 38～0.43um
电磁波及其特性 电磁波谱 stitute of Science and Technology)
一、电磁波及其光谱特性
1. 波的概念：波是振动在空间的传播。
2. 机械波：声波、水波和地震波 3. 电磁波（ElectroMagnetic Spectrum )
二、地物的发射光谱特性
任何地物当温度高于绝对温度0K时，就存在着分子运动，不断地向 外发射电磁波。实际上，世界上任何物体的温度都高于0K（ 0K=273.15℃）。所以，任何物体都有热辐射。 黑体热辐射定律： 黑体辐射通量密度，可以用普朗克公式表示：
2πhc 1 M λ ( , T ) hc / kT 5 λ e 1
微波辐射源：0.8-30cm 激光辐射源：激光雷达—测定卫星的位置、高度、 速度、测量地形等。
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§2、地物的光谱特性
任何地物都有自身的电磁辐射规律，如反 射、发射、吸收电磁波的特性。少数还有透射 电磁波的特性。地物的这种特性称为：地物的 光谱特性。
二、电磁波谱
2、遥感中常用的电磁波段：
可见光、红外线、微波是RS中常用的三大波段。 紫外线（UV）：波长范围是0.01 m～0.38m（1 m=10-6m）， 其中波长<0.3 m的能量被大气层吸收，只有0.3～0.38 m。 由于紫外线在大气中传输时受到很大衰减，在RS中很少被应用。 一般只用来探测海面石油污染的范围和油膜厚度，以及测定碳酸盐岩 分布。 紫外线从空中可探测的高度<2000m，对高空遥感不适用。 可见光（VI）：波长范围是0.38 m～0.76 m，由红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫色光组成，是摄影方式常用的遥感波段。 可以粗分为蓝、绿、红三色： 蓝：0.38 m～0.50 m； 绿：0.50 m～0.60 m； 红：0.60 m～0.76 m。 可见光是RS中最早和最常使用的波段。
一、地物的反射光谱特性
2、地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长 变化的规律。
• 地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间 的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差 异是遥感识别地物性质的基本原理。 不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙 漠、湿地、小麦的光谱曲线
•
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二、地物的发射光谱特性
三类发射体：
按发射率（恒等于吸收率）的大小及其与波长的关系，可以把物 体分为： 绝对黑体：任何温度下对任何波长的电磁波的光谱发射率恒等于1的 物体； 灰体：任何温度下对任何波长的电磁波的光谱发射率都小于1，且不 随波长而变化的物体。其光谱发射率是一个与波长无关的常数。 选择性发射体：光谱发射率随波长而变化的物体。 此外，如果一个物体的光谱发射率和光谱透射率恒等于0，而反射率 恒等于1，称为绝对白体（简称白体）。
一、地物的反射光谱特性
水：一般地，水的反射率很低，小于10%。 纯净水反射率在蓝光谱段最高。 雪：在可见光的大部分区域（0.38～ 0.70μm）内，雪的反射率都很高。 云：与雪接近（在可见光到近红外短波 段）。在近红外中波段（1.55～1.75μm） 和长波段（2.10～2.35μm），云的反射 率远远大于雪的反射率。 植物：在蓝光波段（0.38～0.50μm）反 射率低，绿光波段（0.50～0.60μm）的 中点0.55μm左右，形成一个反射率小峰， 这就是植物叶子呈绿光的原因。在红光波 段（0.60～0.76μm），起先反射率甚低， 在0.65μm附近达到一个低谷，随后又上 升，在0.70～0.80 μm反射率陡峭上升， 到0.80μm附近达到最高峰。
二、电磁波谱
1、电磁波谱：
按照波长的长短顺序将各种电磁波排列制成的一张图 表叫做电磁波谱。在电磁波谱中，从左到右，波长逐渐增 大。从左到右依次是宇宙射线、射线、X射线、紫外线、 可见光、红外线、微波、以及其它无线电波等。
电磁波谱
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三、电磁辐射源
2、人工辐射源：主动式遥感的辐射源，指人为 发射的具有一定波长（或一定频率）的波 束。工作时接收地物散射该光束返回的后 向反射信号强弱，从而探知地物或测距， 成为雷达探测。分为微波雷达和激光雷达 。
遥感基础与应用
Remote Sensing
陈腾 河南科技学院园艺园林学院
第二章 遥感的物理基础
本章主要内容 电磁波与电磁波谱 地物的光谱特性 大气和环境对遥感的影响
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§1、电磁波与电磁波谱
二、地物的发射光谱特性