遥感原理_遥感长波辐射和短波辐射的数据指向

1.遥感的基本过程
遥感
遥感就是通过搭载在遥感平台上的遥感通过远距离的探测物体发射和反射的电磁波信息，通过分析和处理，来实现远距离探测地面目标的过程。
遥感的基本过程主要有：遥感数据的获取—数据的处理、分析、数据应用
(1)能源
所有被动遥感所利用的能源均为太阳辐射能。太阳能的波谱范围包括紫外、可见光、红外等，是不同辐射波段的综合，它的强度随时间、地点而变化。被动遥感正是依赖于地表特征反射太阳辐射能或者自身发射的能量。
(2)在大气中传播
太阳辐射能在经过大气层时会受到大气中的微粒散射和吸收，使能量衰减。这种衰减会使得原本连续的太阳波谱变得残缺不全。此时我们就提到了大气窗口，这个概念，大气窗口就是在大气吸收较弱，而透过率较高的波段就称为大气窗口。
(3)到达地表的能量与地表物质相互作用
不同波长的能量在到达地表后，被选择性的反射、吸收、透射、折射等
(4)再次的大气传播
地表反射或发射的能量，再次通过大气，再次能量衰减。此时的能量已经不同于进入大气层时较为单一的能量，而是包含着不同地表特征波谱特征的能量。此时的大气效应对遥感影响较大，会造成遥感影像的辐射、几何畸变、图像模糊，直接影响到图像清晰度、质量、解译精度。
(5）遥感系统采集地物的电磁波信息
遥感系统是指不同的遥感平台和遥感器的组合。主要有被动遥感系统、主动遥感系统。不同的遥感系统均有自身的优势和不足。因而，在运用各种遥感数据时，需要了解它们的特点和误差来源，并设法对误差加以纠正。
(6)图像数据产品
遥感仪器记录的地表反射和发射电磁波谱特征，主要有两种形式：模拟图像和数字图像
(7)数据的处理、分析和解译
主要有：目视解译或模拟图像处理、计算机数字图像处理
(8)信息产品
包括各种图形、图像、影像图、专题图、表格、各种地学参数(温度、湿度、生物量、植被覆盖度、地表粗糙度等)、数据库文件等。这些信息可以借助于GIS进行不同层次的综合分析，遥感与GIS的结合，可以显著提高信息产品的精度(质量)。
(9)多目标用户
主要有资源调查、环境监测、国土整治、区域规划、全球研究等。
2.遥感电磁辐射原理
遥感图像是电磁辐射由于地表相互作用的一种记录。电磁波辐射原理以及通过大气层再次被地表反射的过程，是遥感的基础。
(1)电磁辐射的度量
利用遥感手段探测物体，实际上是对物体辐射能量的测定与分析。
辐射能量：指物体以电磁波的形式向外传送的能量。常用Q表示，单位为J、cal
辐射通量：又称辐射功率，指单位时间内，通过某一表面的能量。
辐射出射度：又称辐射通量密度，指面辐射源在单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量，即物体单位面积上发出的辐射通量。
辐射照度：简称辐照度，指面辐射源在单位时间内，从单位面积上接收的辐射能量，即照射到物体单位面积上的辐射通量。
辐射强度：指点辐射源在单位立体角、单位时间内，向某一方向发出的辐射能量，即点辐射源在单位立体角内发出的辐射通量。
辐射亮度：简称辐亮度，指面辐射源在单位立体角、单位时间内，在垂直与辐射方向单位面积(法向面积)上辐射处的辐射能量，即面辐射源在单位投影面积上、单位立体角内的辐射通量。
(2)电磁辐射定律
普朗克辐射定律
该定律描述的是黑体辐射出射度与温度、波长的关系。普朗克辐射定律是热辐射理论中的最基本的定律，它表明黑体辐射只取决于温度与波长，而与发射角、内部特征无关。
斯蒂芬-玻耳兹曼定律
任一物体辐射能量大小是物体表面温度的函数。物体发射的总能量与物体的绝对温度的四次方成正比。因此，随着温度的增加，辐射能的增加是很迅速的。
维恩位移定律
维恩位移定律描述了物体辐射最大能量的辐射峰值波长与温度的定量关系。黑体最大辐射强度所对应的波长与黑体的绝对温度成反比。
基尔霍夫定律
基尔霍夫定律可描述为，在任一给定温度下，物体单位面积上的出射度和吸收率之比，对于任何地物都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射出射度之比。
(3)太阳辐射
太阳是一个电磁辐射源，是遥感的主要来源。
太阳的辐射波谱从X射线一直延伸到无线电波，是个综合波谱。
太阳波谱中的紫外、近红外是遥感主要利用的波段。
太阳波谱在经过大气层后不同波段的衰减情况是不一样的。
到达地球大气外边界的太阳辐射，约30%被云层和其它大气成分反射返回太空：约有17%的太阳能入射辐射被地球大气吸收；还有22%被散射成为漫反射到达地球表面。因此，在进入地球外边界的太阳辐射中仅有31%的作为太阳直射，直接到达地表。
(4)地球辐射
地球辐射可分为：
长波辐射(6um以上)：指地表物体自身的热辐射，在此区域内太阳辐照的影响极小
短波辐射(0.3um~2.5um):指地球表面对太阳的反射辐射，地球自身的热辐射可以忽略不计
介于两者之间的中红外辐射（2.5um~6um）:既有对太阳辐射的反射又有地球自身的热辐射，其影响均不能忽略
(5)电磁波与大气的相互作用
大气效应
电磁波与大气的相互作用主要有两种基本的物理过程：大气散射和大气吸收
大气散射
主要有瑞利散射、米氏散射、无选择性散射
瑞利散射：当引起散射的大气粒子直径远小于入射波长时，出现瑞利散射
瑞利散射的特点：
瑞利散射强度与波长的四次方成反比；
瑞利散射的前向散射与后向散射强度相同；
瑞利散射多在晴朗无云的高空中发生；
米氏散射：当引起散射的大气粒子的直径约等于入射波长时，出现米氏散射
米氏散射的特点：
散射强度与波长的二次方成反比；
前向散射大于后向散射；
米氏散射多在潮湿的天气发生；
无选择性散射：当引起散射的大气粒子的直径远大于入射波时产生无选择性散射
大气中的云、雾、水滴、尘埃的散射属于此类
大气散射对遥感图像的影响极大，是我们在遥感图像纠正时需要主要注意的内容
大气吸收
大气中除了大气散射外，还有大气吸收，使能量衰减
大气吸收主要是由三种大气分子造成的。它们是臭氧、二氧化碳、和水汽。
大气衰减：大气衰减是指电磁波在大气中传播时，因大气的吸收和散射作用使强度减弱。由此引起的光线强度的减弱，又称消光。
(6)大气校正
为什么要进行大气校正？
遥感所利用的各种辐射能均要与地球大气层发生相互作用，使光谱分布发生变化，同时由于获取地物电磁波信息时，几何路径不同，大气效应的影响也不同。为了消除大气对遥感信号的影响，称为大气校正。
大气校正主要有：基于图像特征的模型、地面线性回归模型、大气辐射传输理论模型
(6)物体对电磁波的反射主要三种形式
镜面反射：假设表面相对于入射波长是光滑的，则出现镜面反射。平静水面、光滑金属表面均可发生镜面反射，镜面反射分量是相位相干的，并伴有极化
漫反射：当入射能量在所有方向上均匀反射。若表面相对于入射波长是粗糙的，即当入射波长比地表高度小或比地表组成物质粒度小时，则发生漫反射。漫反射振幅和相位变化无规律
方向反射：实际地物的反射既不是镜面反射也不是漫反射，此处引出BRDF概念
二项反射率因子(BRF):在一定的辐照和观测条件下，目标的反射辐射通量与处于同一辐照和观测条件下标准参考面(理想朗伯反射面)的反射辐射通量之比
反射率：目标各个方向上反射的全部辐射能与入射能之比，它可以看作是地表反射各方向的积分。

***以上内容参考《遥感应用分析原理与方法》赵英时 第二版