红外辐射特性.pptx

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遥感图像分析AnalysisofRemoteSensing河南理工大学测绘学院遥感系ElectromagneticWaveEmissionCharacteristicsofobject第三讲物体电磁波发射特性一、辐射量的定义二、黑体辐射三、太阳辐射四、地物的波谱发射特性五、红外辐射特性主要内容重点重点重点重点辐射通量光谱分布曲线光谱辐射通量波长光谱辐射通量辐射强度：

在单位立体角、单位时间内，从微小辐射源向某一方向辐射的辐射能量。

点辐射通量：

以电磁波形式辐射能量传播的能量。

辐射通量：

在单位时间内传送的辐射能量。

一、辐射量的定义辐射照度：

在单位时间内、单位面积上接受的辐射能量。

辐射出射度：

在单位时间内、从单位面积上辐射出的辐射能量。

一、辐射量的定义面的法线辐射面辐射亮度：

在单位立体角、单位时间内、从外表的单位面积上辐射出的辐射能量一、辐射量的定义从受到辐射的方向看过去的单位面积，即辐射源的投影面上的单位面积。

在辐射测量的各个量中，当加上“光谱”（spectral）这一术语时，则是指单位波长宽度的量。

例如：

光谱辐射通量（spectralradiantflux），光谱辐射亮度（spectralradiance）1、什么是黑体2、为什么要研究黑体3、黑体辐射规律二、黑体辐射1、什么是黑体白天看远处的窗户空腔模型？

二、黑体辐射定义：

能全部吸收外来电磁波辐射而毫无反射和透射的理想物体。

也称绝对黑体。

近似黑体的例子：

黑色的烟煤（吸收系数99%）太阳（接近黑体辐射的辐射源）（5%）n2、为什么要研究黑体客观现象：

凡是温度大于绝对温度0K（-273.16）的任何物体都具有发射电磁波的能力。

因为地球上所有物体的温度都大于0K，因此所有物体均具备发射电磁波的能力，能力大小与温度有关。

如何比较物体的发射能力？

必须有比较的标准。

常以黑体辐射为标准。

二、黑体辐射3、黑体辐射规律1860年基尔霍夫得出了好的吸收体也是好的辐射体的定律。

1900年普朗克用量子论的概念推出了黑体的辐射定律，它表明了黑体辐射的能量大小即辐射通量密度（单位时间内单位面积所通过的辐射能量）与温度波长的关系。

二、黑体辐射W：

分谱辐射通量密度，单位为（W/m3）；h：

普朗克常数（h=6.626*10-34Ws2）；k：

波耳兹曼常数（k=1.38*10-23Ws/K）；：

波长，单位为m；C：

光速；T：

黑体的绝对温度，单位为K。

二、黑体辐射3、黑体辐射规律普朗克公式900K600K0.20.6分光谱辐射通量密80度0K0.4700K0.8500K02468101214波长（微米）二、黑体辐射3、黑体辐射规律得到从1cm2的面积上黑体辐射到半球空间（半无限）中的总辐射通量密度W为：

W=T4：

斯蒂芬玻耳兹曼常数，取值为5.6697*10-8Wm-2K-4结论：

从公式W=T4可以得出：

黑体的总辐射通量密度与其绝对温度的4次方成正比。

（1）斯蒂芬玻耳兹曼定律将普朗克公式对从零到无穷大进行积分可得二、黑体辐射遥感应用：

在遥感图像上识别不同温度的物体。

900K600K0.20.6分光谱辐射通量密80度0K0.4700K0.8500K02468101214波长（微米）二、黑体辐射

（1）斯蒂芬玻耳兹曼定律

（2）维恩位移定律对普朗克公式微分并求极值：

mT=2897.8mK常数二、黑体辐射暗红-橙-黄m发生了向短波方向的偏移900K500K600K700K800K二、黑体辐射2维恩位移定律从mT=常数可得结论：

黑体辐射能量的主波长m（峰值波长）与温度成反比黑体辐射能量主要集中在m附近不同黑体的辐射通量密度在其m处差别最大举例：

对铁块加热后，随着铁块逐渐变热，颜色也发生变化：

蓝火焰与红火焰相比谁的温度高？

二、黑体辐射

（2）维恩位移定律应用启示：

维恩位移定律为识别特定物体而设计传感器响应波段提供了理论基础。

分波段记录时（因在m附近），温度高的黑体，其影像呈亮色调。

分光谱辐射通量密度600K500K波长（微米）700K二、黑体辐射（3）每根曲线互不相交，温度越高，黑体在所有波长处的W也越大。

900K800K1、太阳和太阳常数2、太阳光谱三、太阳辐射太阳基本物理参数半径:

质量:

平均密度:

温度:

总辐射功率:

696295千米.1.9891030千克1.409克/立方厘米6000K（表面）15*106K（核心）3.831026焦耳/秒表面辐射出射度：

6.28*107瓦/平方米年龄:

约50亿年组成太阳的物质大多是些普通的气体，其中氢约占71,氦约占27,其它元素占2。

三、太阳辐射1、太阳和太阳常数太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气。

太阳大气又可分成光球、色球和日冕三层。

三、太阳辐射三、太阳辐射阳辐射能量损失，903W/m2，仅占大太阳辐射到达地面的有效辐射通量密度为气上界太阳辐射的64.5%。

1、太阳和太阳常数太阳常数：

在日地平均距离的条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1平方厘米的面积上，在1分钟内所接受的太阳辐射能量。

太阳常数=1.95卡/cm2分=1.360103W/m21个由天于文大单气位对：

电日磁地波平传均输距的影离响而使太（=149597870km）15005000200010003.02.62.21.81.41.00.20.6可见光海平面上太阳辐射6000K黑体辐射大气上界太阳辐射三、太阳辐射2、太阳光谱2500三、太阳辐射2、太阳光谱太阳的辐射光谱范围从x射线一直到无线电波，绝大部分能量集中在0.315.6之间，大致分布如下：

0.315.6占97.5%从近紫外到中红外0.380.72占43.5%可见光0.761.1占36.8%近红外1.42.5占7.8%近红外3.04.2占1.1%中红外4.55.6占0.18%中红外太阳辐射是连7.514占0.11%远红外续的，为什么遥感中常用波段：

这里给出的波段不是连续0.381.1，占85%（可见光近红外线的）？

1.42.5，占8%（短波红外,在地质遥感中有重要作用）这两个波段在RS中有重要的应用。

1、地物波谱发射率2、地物波谱发射特性四、地物的波谱发射特性1、地物波谱发射率为了衡量不同的地物发射电磁波能力的大小，常用波谱发射率来表示地物的发射能力。

定义：

单位面积上地物发射某一波长的辐射通量密度W与同温下黑体在同一波长的辐射通量密度W之比，记做，=W/W。

1、定义中强调了“同一温度”，为什么？

2、符号中有波长，为什么？

四、地物的波谱发射特性该表说明什么？

四、地物的波谱发射特性1、地物波谱发射率常温（200C）下部分地物的发射率人体皮肤0.27石油0.27木板0.98灌木0.98稻田0.89土路0.83柏油路0.93小麦地0.93干沙0.95黑土0.87混凝土0.90黄粘土0.85大理石0.95草地084地物温度石英石花岗岩200C0.6940.787该表说明什么？

00C0.6820.783200C0.6210.780400C0.6640.777四、地物的波谱发射特性1、地物波谱发射率地物波谱发射率随温度的变化四、地物的波谱发射特性1、地物波谱发射率结论：

不同的地物有不同的波谱发射率，同一地物在不同波段的波谱发射率也不同。

不同地物间的波谱发射率的差异也代表了地物间发射能力的不同，发射率大的地物，其发射电磁波的能力强。

2、地物波谱发射特性地物波谱发射特性定义：

地物的波谱发射率随波长和温度的变化而变化的性质。

地物波谱发射特性曲线的定义：

以地物的波谱发射率为纵轴，以波长为横轴，将发射率与波长的对应关系在平面直角坐标系中绘制成的曲线。

四、地物的波谱发射特性波长1.00光谱发射率0.5波长光谱辐射通量密度黑体选择性辐射体灰体灰体黑体选择性辐射体1）绝对黑体12）灰体但（01）3）选择性辐射体f（）4）绝对白体0四、地物的波谱发射特性2、地物波谱发射特性对地物来讲是个变值，但在比较不同的地物间发射能力的不同，常用平均发射率来表达。

四、地物的波谱发射特性2、地物波谱发射特性时间沙地草地温度树林湖泊该图说明什么？

四、地物的波谱发射特性2、地物波谱发射特性透射部分入射能量反射能量吸收能量吸收部分E/E反射率E/E吸收率E/E透射率=1绝对黑体=1绝对透明体=1绝对白体四、地物的波谱发射特性2、地物波谱发射特性依能量守恒定律：

入射电磁波反射部分E（）E（）+E（）+E（）透射能量所以有=。

对一般地物而言，均不透射，即=0，则有：

=1-。

它表明了与的关系。

四、地物的波谱发射特性2、地物波谱发射特性基尔霍夫（1860年）定律指出：

在给定温度下，地物的辐射通量密度与其吸收率之比对任何物体都是一个常数。

即大气中的红外电磁波由两部分组成：

太阳辐射中的红外部分和地物辐射的红外部分。

1、近红外（含短波红外）范围0.73.0，能量主要来自太阳辐射，而地物的辐射很小，二者之比约为1000：

1，因而在此波段的图像上反映的是地物对太阳辐射的反射情况，而不是反映地物本身温度的高低，离开了太阳辐射就不能进行近红外遥感。

此波段只能在白天成像。

五、红外辐射特性2、中红外波段范围36，既有太阳辐射，又有地物发射，它正好处于太阳辐射峰值（10）之间，太阳的W为1010-3W/cm2，地物的W为10-3W/cm2，二者之比为10：

1，白天RS记录的主要是地物的反射信息，夜间记录的主要是地物的发射信息，但白天获取的影像解译较困难。

五、红外辐射特性3、远红外范围615，此波段太阳辐射的能量很小，地物热辐射的W随温度不同而变化（如一年四季温度变化，天气的变化），因而在白天二者约为1：

100，记录的主要是地物热辐射，对太阳辐射的反射可忽略不计；在夜间遥感时，记录的仅是地物热辐射。

五、红外辐射特性4、超远红外范围1530，主要是地物热辐射的能量，太阳辐射的能量较小，可以不计。

但此波段在大气中的透过率不高，不能进行远距离RS，只有部分波段有可能用于遥感。

五、红外辐射特性本节重点：

1、黑体辐射三个特性2、地物发射特性思考题1、研究地物发射时，为什么要以黑体辐射为标准？

2、试分析湖泊、树林在热红外像片上白天和晚上的色调有何不同。

3、分析热红外像片上地物色调与，T的关系。

预习：

地物电磁波反射特性小结两小儿辩日孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。

一儿曰：

“我以日始出时去人近，而日中时远也。

”一儿曰：

“我以日初出远，而日中时近也。

”一儿曰：

“日初出大如车盖。

及日中，则如盘盂，此不为远者小而近者大乎？

”一儿曰：

“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？

”孔子不能决也。

两小儿笑曰：

“孰为汝多知乎？

”太阳高度角愈大，等量的太阳辐射散布的面积愈小；清早空气湿度大，并且阳光穿行在地面厚密的空气中，散射的阳光多；地面经过一夜的长波辐射本身丧失热量多，地面热量亏损至低谷，气温降到最低点，在晨曦之时，人自觉感到“沧沧凉凉”，格外寒冷。