1、第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础第二章空中摄影物理基础第二章空中摄影物理基础2-1.电磁波与电磁波谱2-1.电磁波与电磁波谱一、电磁波及其特性一、电磁波及其特性1.波的概念：波是振动在空间的传播波是振动在空间的传播。2.机械波：声波、水波和地震波声波、水波和地震波3.电磁波：由振源发出的电磁振荡在空气中传播。由振源发出的电磁振荡在空气中传播。第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础4.电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的5.电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础6.电磁波的特性电磁波的特性1)电磁波是横波
2、2)在真空中以光速传播3)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。第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础?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?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。第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础二、电磁波谱1.1.电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。在电
3、磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波长可分为长波、中波、短波和微波。波长最短的是射线。电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础2.遥感中常用的电磁波谱段遥感中常用的电磁波谱段?射线（射线（0.0010.3埃）埃）?紫外线（紫外线（0.010.39微米）微米）?可见光（可见光（0.40.7微米）微米）第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础?红外线（红外线（0.71000微米）近红外（微米）近红外（0.73微米）中红外（微米）中红外（36微米）远红外（微米）远红外（615微米微米）2.遥感中常用的电磁波谱段遥感中常用的电磁波谱段第二章 空中摄影物理基础
4、空中摄影物理基础第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础?微波（微波（0.1100厘米）厘米）特点特点：?遇金属反射，军事上可以揭露伪装?穿透土壤和植被用于地质部门?穿透云和雾全天候、全天时2.遥感中常用的电磁波谱段遥感中常用的电磁波谱段第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础2-2.太阳辐射和大气的影响2-2.太阳辐射和大气的影响一一.大气的成分大气的成分大气的成分大气的成分大气压力与高度的关系大气压力与高度的关系)8(0HHePP=第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础大气温度随高度的变化大气温度随高度的变化)(0CtH(km)100230-55-70-95122555809050010
5、00对流层对流层平流层平流层电离层电离层第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础在在01000km的大气中有的大气中有两次升温两次升温：大气温度随高度的变化大气温度随高度的变化第一次：第一次：2555km臭氧吸收紫外线臭氧吸收紫外线第二次：第二次：901000km太阳辐射的强电离作用太阳辐射的强电离作用第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础二二.太阳辐射太阳辐射（m）光谱辐射照度光谱辐射照度0.1540.48第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础三.大气的传输特性三.大气的传输特性大气对太阳辐射的吸收与散射大气对太阳辐射的吸收与散射图5-4第二章 空
6、中摄影物理基础空中摄影物理基础?吸收吸收1.现象现象H2O、CO2-吸收红外吸收红外O3-吸收紫外吸收紫外选择性吸收非选择性吸收选择性吸收非选择性吸收尘埃、微粒尘埃、微粒第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础?散射选择性散射散射选择性散射瑞利散射瑞利散射非选择性散射非选择性散射弥散射瑞利散射弥散射瑞利散射411.现象现象第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础散射强度具有方向性散射强度具有方向性S沿太阳辐射方向强度最大沿太阳辐射方向强度最大垂直于太阳辐射方向强度最小垂直于太阳辐射方向强度最小第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础2.吸收和散射的影响2
7、.吸收和散射的影响大气窗口大气窗口能穿过大气层的电磁波谱段能穿过大气层的电磁波谱段大气屏障大气屏障无法穿过大气层的电磁波谱段无法穿过大气层的电磁波谱段?降低大气透射率降低大气透射率第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础?散射使天空发光，散射使天空发光，其亮度称为空中蒙雾亮度（空中蒙雾亮度（1）。前散射光前散射光后散射光后散射光S第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础2-3.辐射传输方程及空中摄影的要求辐射传输方程及空中摄影的要求E0E地B空B焦T1T2B地一公式推导一公式推导第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础()()23210cos+=TrTT
8、KEBa焦焦辐射传输方程：辐射传输方程：二公式分析二公式分析常数常数取决于照相机质量取决于照相机质量取决于景物本身取决于景物本身取决于大气条件取决于大气条件aK2r21TT 3T0E第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础三三.决定航摄负片影像反差的主要指标决定航摄负片影像反差的主要指标minmaxDDD=HDlg=影像反差取决于影像反差取决于Hlg及及第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础四四.影响航空景物反差的因素影响航空景物反差的因素1.太阳高度角hH(m)045:145:170006.5:15.5:1105005:13.5:1200km4:13:1设1:45=地U045=h025=h
9、?H空U?h空U第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础航摄时规定航摄时规定030h山区山区045h沙漠沙漠013h避免阴影避免阴影增大反差增大反差城区城区考虑建筑物阴影考虑建筑物阴影第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础2.大气条件大气条件晴朗20km轻蒙雾10km重 蒙雾4km2700m7:15:13:1能见度航高设1:02=地U030=h?H空U?T空U要求：要求：能见度能见度=1020km第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础3.空中蒙雾亮度空中蒙雾亮度思考题空中蒙雾亮度对航空与航天摄影有哪些影响？空中蒙雾亮度对航空与航天摄影有哪些影响？第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础2-
10、4.地物的波谱反射特性地物的波谱反射特性一一.定义定义地物反射电磁波能力的特性地物反射电磁波能力的特性称为称为地物的波谱反射特性。地物的波谱反射特性。0BBBBr=入反0BBr=平均反射率平均反射率波谱反射率波谱反射率第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础二二.测定方法测定方法0BBr标标=标物标物BBrr=1r=标若标物物则：BBr=0BBr物物=绝白标准板物体绝白标准板物体分光光度计分光光度计第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础三三.地物波谱反射特性曲线地物波谱反射特性曲线)(fr=r植被植被水系水系土壤土壤0.550.65第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础四四.波谱反射率的一
11、般规律波谱反射率的一般规律?地物的波谱反射率差异大；地物的波谱反射率差异大；?粗糙物体的反射率粗糙物体的反射率B地地法国地理研究院和德国空间研究室研究得出：法国地理研究院和德国空间研究室研究得出：H 330m 1500m 8000m 200km相对亮度相对亮度1 2 4 8课堂讨论题课堂讨论题第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础结论一结论一由于由于1，使，使B空空B地地，所以，所以，航空摄影时，曝光时间比地面摄影少，航空摄影时，曝光时间比地面摄影少，航天摄影更少。航天摄影更少。第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础?降低了景物反差降低了景物反差结论二结论二由于由于1，降低了航空景物的反差
12、。，降低了航空景物的反差。补偿措施：补偿措施：冲洗胶卷时，使 冲洗胶卷时，使 1，以补偿空中景物反差以补偿空中景物反差U空空的下降。的下降。第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础?1使航空景物的反差受到非线性压缩使航空景物的反差受到非线性压缩1=1%最大亮度最大亮度1=10%最大亮度最大亮度无蒙雾无蒙雾lgB地地UulgB空空第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础结论三结论三1使航空景物反差受到非线性压缩。使航空景物反差受到非线性压缩。补偿方法：补偿方法：在摄影时加浅黄色滤光片，以在摄影时加浅黄色滤光片，以吸收蓝紫光，使吸收蓝紫光，使1的影响降的影响降低到最小程度。低到最小程度。第二章 空
13、中摄影物理基础空中摄影物理基础3.辐射传输方程对航空与航天摄影的重要意义辐射传输方程对航空与航天摄影的重要意义()2321a0TcosrTTKEB+=焦辐射传输方程：辐射传输方程：辐射传输方程给出了三个要素：辐射传输方程给出了三个要素：航摄仪质量航摄仪质量地物（景物）地物（景物）大气条件大气条件第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础对航空、航天摄影的要求对航空、航天摄影的要求对摄影条件对摄影条件：h300、能见度10km、冲洗时 1 、摄影时戴浅黄色滤光片对摄影时间对摄影时间：季节时间第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础对航摄仪质量对航摄仪质量：Ka、2 对感光材料对感光材料：选择合适感
14、色性的感光材料，以适应不同景物反差和用途。T、1 航空航天摄影的特征条件航空航天摄影的特征条件Ka、2 相机的两个特征相机的两个特征第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础4.分析那些因素将影响航摄负片的影像反差。分析那些因素将影响航摄负片的影像反差。HDlg=HlgKa、2U空空U地地r或或rT、H、h曝光不正确曝光不正确曝光正确曝光正确D第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础5.如何根据感光测定原理测定地物的波如何根据感光测定原理测定地物的波谱反射率？谱反射率？i2aiiBCtk4kBtEH=标物标物物则：HHBBr=第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础步骤：步骤：（1）对目标（物体
15、）和标准板同时摄影；）对目标（物体）和标准板同时摄影；（2）用同一种感光材料在感光仪上曝光光楔；）用同一种感光材料在感光仪上曝光光楔；（3）光楔试片与胶片同时冲洗；）光楔试片与胶片同时冲洗；（4）量测光楔试片各级密度、量测物体密度）量测光楔试片各级密度、量测物体密度（D物物）及标准板密度（）及标准板密度（D标标）；）；（5）画出特性曲线；）画出特性曲线；第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础（6）由）由D物、物、D标标反求出反求出H物物、H标标；（7）计算）计算标物物HHr=DlgHD标D物Lg H物lgH标第二章 空中摄影物理基础空中摄影物理基础第二章课堂讨论题第二章课堂讨论题1.大气对太阳辐射吸收与散射的区别。大气对太阳辐射吸收与散射的区别。2.空中蒙雾亮度对航空、航天摄影的影响。空中蒙雾亮度对航空、航天摄影的影响。3.辐射传输方程对航空、航天摄影有那些辐射传输方程对航空、航天摄影有那些重要意义？重要意义？4.分析那些因素将影响航摄负片的影像反差。分析那些因素将影响航摄负片的影像反差。5.如何根据感光测定原理测定地物的波谱反如何根据感光测定原理测定地物的波谱反射率？射率？
