红外辐射特性PPT推荐.pptx

1、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（spectral radiant flux），光谱辐射亮度（spectral radiance）,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

2、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%）n,2、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（

3、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,二、黑体辐射,3、黑体辐射规律,普朗克公式,900K,600K,0.2,0.6分光谱辐射通量密80度0K0.4700K,0.8,500K02468101214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=T,4,：斯蒂芬玻,耳兹曼常数，取值为5.6697*10-8 Wm-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

4、应用：在遥感图像上识别不 同温度的物体。,900K,600K,0.2,0.6分光谱辐射通量密80度0K0.4700K,0.8,500K02468101214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=2897.8 mK常数,二、黑体辐射,暗红-橙-黄,m发生了向短波方向的偏移,900K,500K,600K,700K,800K,二、黑体辐射,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

5、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。900K800K,1、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6000 K（表面）15*106 K（核心）3.831026

6、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=

7、1.360103 W/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,（=149 597 870 km）,1500,5000,2000,1000,3.0,2.6,2.2,1.8,1.4,1.0,0.2,0.6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：,0.381.1，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

8、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,草,地,0 84,四、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

9、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,1.0,0,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,绝对黑体1灰体 但（01）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

10、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,=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

11、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1010-3 W/cm2，地物的W为10-3 W/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,