第二章 遥感物理基础pgx0925.ppt

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1、第二章 遥感物理基础,地学院：彭光雄,遥感地质学,内容提纲,1.自我介绍2.遥感的基本概念3.遥感的应用领域4.遥感地质概述5.遥感地质典型案例6.课后作业练习,内容提纲,1.电磁波谱与遥感波段2.电磁辐射源3.地球大气对遥感的影响4.地物波谱特征5.色度学,1.1电磁波的传播：四个物理量：波长、强度、传播方向和偏振面。1.2电磁波的叠加与相干相干作用的结果使影像产生颗粒状或斑点，影响解译。1.3电磁波的衍射微波遥感中，衍射会影响图像质量。,1.地磁辐射的基本特征,1.4电磁波的偏振（极化）,ENVISAT-1卫星ASAR产品介绍,http:/ 电磁波谱与遥感波段,遥感的类型,1. 电磁波谱与

2、遥感波段,H/H,V/V,RGB,垂直的 vertical,水平的 horizontal,V/H极化的差异,1. 电磁波谱与遥感波段,http:/ 电磁波谱与遥感波段,1. 电磁波谱与遥感波段,TerraSAR卫星数据,1. 电磁波谱与遥感波段,1.5电磁波的多普勒效应在民用遥感中很少应用。1.6电磁波的波粒二象性波动性粒子性,1.地磁辐射的基本特征,1. 电磁波谱与遥感波段,2.地磁波谱,nm,1. 电磁波谱与遥感波段,3.遥感波段与传感器,可见光波段：0.38-.76m紫 0.38-0.43m蓝 0.43-0.47m青 0.47-0.50m绿 0.50-0.56m黄 0.56-0.59m橙

3、 0.59-0.62m红 0.62-0.76m红外波段：0.76-1000m近红外 0.76-3.0中红外 3.0-6.0热红外 6.0-15.0远红外 15.0-1000m微波波段：1mm-1m毫米波 1-10mm厘米波 1-10cm分米波0.1-1m,nm,美国陆地卫星五号 (LANDSAT 5),TM各波段特征：1.TM1 0.45-0.52um,蓝波段,对水体穿透强,对叶绿素与叶色素反映敏感,有助于判别水深及水中叶绿素分布以及水中是否有水华等. 2.TM2 0.52-0.60um,绿波段,对健康茂盛植物的反射敏感,对水体的穿透力强,用于探测健康植物绿色反射率,按绿峰反射评价植物的生活状

4、况,区分林型,树种和反映水下特征。. 3.TM3 0.62-0.69UM ,红波段,叶绿素的主要吸收波段,反映不同植物叶绿素吸收,植物健康状况,用于区分植物种类与植物覆盖率,其信息量大多为可见光最佳波段,广泛用于地貌,岩性,土壤,植被,水中泥沙等方面.。 4 .TM4 0.76-0.96UM 近红外波段,对绿色植物类别差异最敏感,为植物通用波段,用于作物长势测量,水域测量. 5.TM5 1.55-1.75UM,中红外波段,处于水的吸收波段,一般1.4-1.9UM内反映含水量,用于土壤湿度植物含水量调查,作物长势分析,从而提高了区分不同作用长势的能力.易于反映云与雪.6.TM6 1.04-1.2

5、5UM热红外波段,可以根据辐射响应的差别,区分农林覆盖长势,差别表层湿度,水体岩石,以及监测与人类活动有关的热特征,进行热制图.7.TM7 2.08-3.35UM,中红外波段,为地质学家追加波段,处于水的强吸收带,水体呈黑色,可用于区分主要岩石类型,岩石的热蚀度,探测与交代岩石有关的粘土矿物.,1. 电磁波谱与遥感波段,TM1,TM2,TM3,TM4,TM123-RGB,TM5,TM7,TM457-RGB,1. 电磁波谱与遥感波段,1. 电磁波谱与遥感波段,ASTER传感器,1. 电磁波谱与遥感波段,http:/ 电磁波谱与遥感波段,http:/ 电磁波谱与遥感波段,2.电磁辐射源,1.电磁辐

6、射的单位辐射强度：Ie（瓦球面度-1）辐射亮度：Le（瓦米-2球面度-1）,1.电磁辐射度量与单位,(Wm-2sr-1m-1 ),(Wm-2sr-1),参见http:/ ),2.1电磁辐射度量与单位,2.电磁辐射源,2.2.物体的热辐射,2.电磁辐射源,一、绝对黑体及其辐射定律 任何高于绝对0 K(-273.16C)的物体都存在着分子的热运动，并能产生中，远红外的电磁辐射。热辐射 这种由物质内部粒子的热运动所引起的电磁辐射叫做热辐射。热辐射能量的绝对度量是温度。绝对黑体 在任何温度下，对任何波长的入射辐射的吸收系数(率)(,T)恒等于1，即(,T)=1时的物体称绝对黑体，黑体反射率r =0，透

7、射率c =0比辐射率黑体是一种具体最大辐射能力的物体。一般的物体的辐射都要比黑体辐射小，因此，以黑体为基准所表达的就是发射率，又叫比辐射率。,基尔霍夫定律：在同一温度下，任一物体发射某一波长电磁波的能力，与其对该波长电磁波的吸收能力成正比。热辐射的定量；(普朗克定律) 黑体 发射率为1灰黑 发射率1.50cm：即微波窗口，其电磁波已完全不受大气干扰，即所谓“全透明”窗口，故微波遥感是全天候的。,2.3.大气对遥感的影响,2.3.大气对遥感的影响,Landsat TM影像大气校正的去云处理,2.4.地物波谱特征,2.电磁辐射源,1.波谱曲线是以波长为横坐标，光谱发射率（发射率等）为纵坐标的曲线。

8、地物波谱是遥感识别地物的重要依据。波谱的形态、波峰和波谷的位置、高度、宽度、斜率和对称度是波谱研究的主要指标。,http:/eo1.usgs.gov/,2.电磁辐射源,The Hyperion provides a high resolution hyperspectral imager capable of resolving 220 spectral bands (from 0.4 to 2.5 m) with a 30-meter resolution.,2.4.地物波谱特征,2.电磁辐射源,2.地物波谱的时间和空间效应时间效应 同一地点的相同地物，其波谱特征会随时间而产生一定的变化。空

9、间效应 同一时刻、同一地类，由于其所处的地类位置不同，其波谱特征存在一定的差异。,2.5.色度学,2.电磁辐射源,黑体,灰体,选择性辐射体,波长,1.0,黑体,灰体,选择性辐射体,光谱辐射通量密度,波长,物体按颜色分类： 消色体：对入射光中各种波长的单色光进 行非选择性吸收与反射的物体 (黑、白、灰) 彩色体：对入射光中各种波长的单色光进 行选择性吸收与反射的物体,日光下，物体反射什么色光就呈什么颜色,2.5色度学 （续1）,各种颜色都是光作用于人眼产生的视觉反映,颜色的双重含义： 物理量客观光谱具有特定波长 感觉量主观颜色人眼的视觉感受,2.5色度学 （续2）,色(颜色)Color：由光的光

10、谱能量分布不 同引起的可辨认性质差异的视觉特性,2.5.1色光,光对色具有单一对应关系,2.5.1色光（续）,三种感色单元受到同等刺激，得到消色 感觉 （强刺激白 中等灰 弱黑） 三种感色单元分别受到不同程度的刺 激，混合作用的结果产生彩色感觉 视觉三原色原理：红、绿、蓝三种感色 细胞受到刺激，可以得到各种颜色感觉 。,2.5.2色觉 人的颜色视觉（续）,43,色别(色调 色相)Hue： 彼此相区分的彩色类别 色彩给予人的视觉上某种特定的色彩感觉 物体的色别取决于： . 物体的反射光谱特性 (物体只具有对不同波长光波，固定的吸收、反 射和透射的光学特性，而没有固定的颜色） . 光源的光谱成分,

11、2.5.3彩色三要素 2.5.3.1色别,44,2.5.3.1色别（续）,45,颜色在视觉上引起的亮暗感觉 将判断物体表面反射率大小的感觉 属性量化后得到的数值 消色明度顺序白 灰 黑 同色别明度颜色深浅明绿 绿 暗绿,2.5.3.2明度(明亮度)Lightness,46,2.6.3.2明度(明亮度)Lightness（续）,色彩的纯洁程度 颜色感觉的鲜艳程度对于无彩色偏离的感 觉属性量化后的数值 色彩饱和度高鲜明突出易感单调刺眼 色彩饱和度低柔和协调、浅淡乏力,2.6.3.3饱和度(彩度 纯度)Saturation,对于同一色调的彩色光，饱和度越深，颜色越 鲜明或说越纯，相反则越淡。 在饱和

12、的彩色光中增加白光成分，相当于增加 了光能，变得更亮，但饱和度却降低了。 若增加黑色光的成分，相当于降低了光能，因 而变得更暗，其饱和度也降低了。,2.5.3.3饱和度(彩度 纯度)Saturation （续1）,2.5.3.3饱和度(彩度 纯度)Saturation （续2）,指光谱中的红色、绿色、蓝色 三种色光 R 0.70m 700nm 7000A G 0.5461m 546.1nm 5461A B 0.4358m 435.8nm 4358A,三原色光,2.5.4 三原色光原理 2.5.4.1三原色光,2.5.4.2三原色光原理,不同比例三原色光合成无数彩色的原理,色混合三定律：现代色度

13、学基础，彩色合成理论根据 补 色 律 每一种颜色都可以与另一种颜色 混合产生白色或黑色 中间色律 当两种不互补的颜色混合时会产 生一 种新的彩色 代 替 律 不同颜色混合后产生相同颜色， 可以互相代替，只要感觉上颜色相似即可 （只要色觉相同，就可以互相代替）,2.5.4.3色混合三定律,52,图 加法混合,加色法 (Additive mixture)：(加合) R、G、B 三原色光 相混合 彩色摄影的发明 彩电 彩色合成仪 R+G+B =白,2.5.4.4色光混合方法,54,减色法：(叠合) 分别从白光中减去 R、G、B 后的C、M、Y 三原间色光(减法三原色光) 相混合 现代彩色摄影（彩色胶卷 彩色相纸） 彩色印刷 C+M+Y=黑(灰),图 减法混合,2.5.4.4色光混合方法（续）,遥感图像：RGB模式彩色印刷：CMYK模式,56,任何可见光谱的颜色都可用三原色光按不同比例相加混合而成 但任何一个原色光都不能用其它两个相加混合而得到,2.5.4.5色光混合规则,2.5.4.6色度图,X（红）+Y（绿）+Z（蓝）=1,Thank You !,