注：教师讲稿附后
第2章电磁辐射与地物光谱特征 2.1 电磁波谱与电磁辐射 2.1.1 电磁波谱（1-16） 1、波：振动的传播称为波。（纵波、横波） 2、电磁波：电磁振动的传播。 3、电磁波的性质：横波、真空中以光速传播、波粒二象性。 4、电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，构成电磁波谱。 2.1.2 电磁辐射的度量（17-22） 1、辐射源：任何物体都是辐射源。不仅是发光、发热的物体，发出其它波段电磁波的物体也是辐 射源。 2、辐射能量： 1）辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位J； 2）辐射通量（φ）：在单位时间内通过某一面积的辐射能量，单位W=J/S 3）辐射通量密度（E）：单位面积上的辐射通量，单位W/m2. ◆辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，记为: I=dΦ/dS，单位是W/m2, S 为面积。 ◆辐射出射度(M)：温度为T的辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，记为:M=dΦ/dS，单 位也是W/m2，S为面积。 4）辐射强度：是描述点辐射源的辐射特性的，指在某一方向上单位立体角内的辐射通量。 5）辐射亮度（L）：描述面辐射源的辐射特性的，指在某一方向，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量。L=φ/[Ω（Acosθ）]。 6）朗伯源：辐射亮度L与观察角θ无关的辐射源。 2.1.3 黑体辐射（23-35） 1、绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体称为绝对黑体。 2、黑体辐射规律：普朗克公式 （1）斯忒藩一玻尔兹曼定律 （2）维恩位移定律 （3）瑞利-金斯定律 3、实际物体的辐射 （1）基尔霍夫定律 （2）实际物体的辐射 （3）例子：P23
辐射定标参数整理 1.亮度温度计算 亮度温度是一个常用的温度概念，是在卫星高度上传感器探测波段范围内普朗克黑体辐射函数与传感器响应函数乘积积分得到的辐射值．亮度温度包含有大气和地表对热辐射传导的影响，不是真正意义上的地表温度。 计算公式： 其中，Lλ为传感器探孔处光谱辐射强度，即星上辐射亮度值，实现像素DN值转化为绝对辐射亮度值。 1.1.星上辐射亮度（Lλ） 遥感影像的亮度值(DN值)都是经过量化和纠正过的以8bit编码的数字影像，为了精确反演地物特性，有必要将DN值转化为星上辐射亮度值。 https://www.doczj.com/doc/a98839969.html,ndsat8 Lλ= M L*Q cal + A L 通过查看影像的头文件，可以获取偏差参数：M L(RADIANCE_MULT_BAND_x)和A L(RADIANCE_ADD_BAND_x)为图像的增益和偏置。 1.1. https://www.doczj.com/doc/a98839969.html,ndsat5/7
QCAL为经过辐射校正的图像灰度值即DN值；L max为探测器可检测到的最大辐射亮度，也是最大灰度值所相应的辐射亮；L min为探测器可检测到的最小辐射亮度，也是最小灰度值所相应的辐射亮度。 表 1 Landsat5 TM的Lmin和Lmax值 表 2 Landsat7 ETM+的Lmin和Lmax值 QCAL max为传感器接收到的最大灰度值，QCAL min为传感器接收到的最小灰度值。（1）如
果没有元数据信息，QCAL MIN默认值1（TM和ETM+1)或者0(MSS)；QCAL MAX取默认值255(TM 和ETM+)或者127(MSS)。（2）如果有元数据信息，QCAL MIN取值如下：对于LPGS Products（The level 1 product generation system）取值为1，对于NLAPS Products（National Landsat Archive Production System）在04 April 2004之前取值为0，在04 April 2004之后取值为1；QCAL MAX 取值为127（MSS）, 255（TM、ETM）。 注：LPGS和NLAPS分别是两种数据处理系统得到的产品，从2008年12月份开始，L7 ETM+ 和L5都是以LPGS系统处理，L4 TM和MSS以NLAPS系统处理。 表 3 Landsat5/7的QCALmin和QCALmax的值 1.2.预设常量K K1和K2是发射前预设的常量，具体值如下表所示。 2.大气顶层反射率（表观发射率） https://www.doczj.com/doc/a98839969.html,ndsat 5/7（TM/ETM） ρ= π?Lλ?d2 ESUN?cosθ 其中：ρ——地面相对反射率；D——日地天文单位距离；Lλ——传感器光谱辐射值，即大气顶层的辐射能量；ESUN——大气顶层的太阳平均光谱辐射，即大气顶层太阳辐照度；1注：Landsat7热红外波段（Band 6）在格式1时总设置为低增益(6L)，格式2时总设置为高增益(6H)
国产陆地观测卫星2013年外场绝对辐射定标系数 1、 资源三号（ZY-3）卫星绝对辐射定标系数见表2 表2 ZY-3卫星在轨绝对辐射定标系数 卫星载荷 波段 光谱范围（μm ） Gain 资源三号 多光谱相机 Band-1 0.45 ~ 0.52 0.2551 Band-2 0.52 ~ 0.59 0.2353 Band-3 0.63 ~ 0.69 0.1944 Band-4 0.77 ~ 0.89 0.2107 注：利用绝对定标系数将ZY-3卫星CCD 图像DN 值转换为辐亮度图像的公式为： ()e e L Gain DN Bias λ=?+ 式中：式中()e e L λ为转换后辐亮度，单位为211W m sr m μ---???，DN 为卫星载荷观测值；Gain 为定标斜率，单位为211W m sr m μ---???,Bias 为定标截距，单位为211W m sr m μ---???。
2、 资源一号02C （ZY-1 02C ）卫星绝对辐射定标系数见表3 表3 ZY-1 02C 星CCD 相机的定标系数 卫星载荷 波段号 Gain Bias ZY-1-02C-PMS Band1(P) 0.6208 -13.826 Band2 0.7397 -22.246 Band3 0.6904 -15.438 Band4 0.6369 -14.201 注：利用绝对定标系数将ZY-1 02C 卫星CCD 图像DN 值转换为辐亮度图像的公式为： ()e e L Gain DN Bias λ=?+ 式中：式中()e e L λ为转换后辐亮度，单位为211W m sr m μ---???，DN 为卫星载荷观测值；Gain 为定标斜率，单位为211W m sr m μ---???,Bias 为定标截距，单位为211W m sr m μ---???。
第41卷第11期 光电工程V ol.41, No.11 2014年11月Opto-Electronic Engineering Nov, 2014 文章编号：1003-501X(2014)11-0078-06 Background Measurement and Analysis for Spectral Detection CAO Lei1,2,3,4，CHEN Hongbin1,3，QIU Qi2，REN Ge1,3，SHI Jianliang1,3，QI Bo1,3 ( 1. Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China; 2. School of Optoelectronic Information, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China; 3. Key Laboratory of Optical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 610209, China; 4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China ) Abstract: For the spectral detection of weak targets in space in daytime, the spectral radiation characteristics of not only the target itself, but also the skylight background surrounding the target must be known. In this paper, Lowtran software is adopted to analyze the spectral radiation characteristics of the skylight background, and a skylight background measurement equipment is developed to detect the real spectral radiation characteristic of the skylight background in a certain region in western China. The measurement results may provide useful information for the spectral detection of target in space. (Then the measurement results of it are given, which will lay the foundations of the further research of the spectral detection.) Key words: spectral detection; radiation measurement; skylight background CLC No: O433.1Document Code: A doi：10.3969/j.issn.1003-501X.2014.11.013 光谱探测背景辐射测量分析 曹雷1,2,3,4，陈洪斌1,3，邱琪2，任戈1, 3，史建亮1, 3，亓波1, 3 ( 1. 中国科学院光电技术研究所，成都 610209； 2. 电子科技大学光电信息学院，成都 610054； 3. 中国科学院光束控制重点实验室，成都 610209； 4. 中国科学院大学，北京 100049 ) 摘要：在白天进行空间微弱目标光谱探测研究中，除了知道目标的光谱特性外，必须知道天光背景光谱辐射特性。 本文以Lowtran软件为基础详细分析了天光背景光谱辐射，在此基础上研制了天空背景测量仪对西部某区域天光背景进行实际测试，给出了该地区天光背景的实验测试结果，为后续光谱探测研究奠定了基础。 关键词：光谱探测；辐射测量；天光背景 0 Foreword With the higher requirements on the detection of weak target under strong background in the daytime, considering the different characteristics of different targets, spectral detection technology is expected to improve detection capability. For the weak target spectral detection in the daytime, not only spectral characteristics of the target shall be known, characteristics of spectral radiance of skylight background shall also be acknowledged accurately. 收稿日期：2014-05-25；收到修改稿日期：2014-07-01 作者简介：曹雷(1974-)，男(汉族)，安徽宿州人。博士研究生，主要从事光电图像目标检测与跟踪的研究。E-mail：terrytsao@https://www.doczj.com/doc/a98839969.html,。 https://www.doczj.com/doc/a98839969.html,
辐射定标（像元亮度值，辐射亮度/亮温）、表观反射率、地表反射率、反照率、比辐射率(转) (2012-11-28 13:58:29) 转载▼ 分类：科研 标签： 杂谈 (2012-01-26 01:18:44) 标签： 校园分类：工作篇
定标系数为：增益53.473，单位：DN/（W?m-2?sr-1?μm-1）；截距26.965，单位：DN。利用绝对定标系数将DN值图像转换为辐亮度图像的公式为L=（DN-b）/coe，式中coe为绝对定标系数的增益，b为截距，转换后辐亮度单位为 W?m-2?sr-1?μm-1。HJ1B红外相机中红外波段则条带较为严重，不利于定量化应用。 遥感数字图像 遥感数字图像是以数字形式记录的二维遥感信息，即其内容是通过遥感手段获得的，通常是地物不同波段的电磁波谱信息。其中的像素值称为亮度值（或称为灰度值、DN值）。 遥感概念DN值（Digital Number ）是遥感影像像元亮度值，记录的地物的灰度值。无单位，是一个整数值，值大小与传感器的辐射分辨率、地物发射率、大气透过率和散射率等有关。 遥感图像量化image quantification。释文：按一定的函数关系将图像所代表的物理量分割成有限的离散等级,以使观测数据可用一定字长的二进制码表示,因此又称为数据编码。量化后的级别称为图像的像元值、灰度或亮度,记为 DN(digital number)。 DN值没有单位，数量级与像素深度有关，如果是无符号整型的就是0-255，符点型，无符号16位均根据其类型确定。 在遥感领域，定标一般分为几何定标和辐射定标两种。 几何定标即指对遥感图像几何特性进行校正，以还原为真实情况。 辐射定标指对遥感图像的辐射度进行校准，以实现定量遥感。 辐射定标一般也可称为校准，其主要目的是保证传感器获取遥感数据的准确性。通常，采用系统自身内部监视环路和外部标准目标方法对系统链路中的各个环节进行误差修正，来实现辐射定标过程。 一般在主动式遥感系统中，辐射定标可以作得很好，可以认为在一定误差范围内实现了定量遥感。而被动式遥感系统相对困难些。 几何定标相对简单，就不多说了。 辐射定标是对传感器引起的误差校正，将影像校正为星上反射率 辐射定标和辐射校正——遥感数据定量化的最基本环节 由于遥感图像成像过程的复杂性，传感器接收到的电磁波能量与目标本身辐射的能量是不一致的。传感器输出的能量包含了由于太阳位置、大气条件、地形影响和传感器本身的性能等所引起的各种失真，这些失真不是地面目标的辐射，因此对图像的使用和理解造成影响，必须加以校正和消除，而校正和消除的基本方法就是辐射定标和辐射校正。
第28卷,第4期 光谱学与光谱分析Vol 128,No 14,pp8752878 2008年4月 Spectroscopy and Spectral Analysis April ,2008 成都地区太阳紫外辐射光谱的观测与分析 孙 鹏,何 捷3,赵晓艳,左浩毅,杨经国 四川大学物理系,四川成都 610064 摘 要 利用紫外CCD 光学多道分析器,对成都地区2006年3月至7月UVA 和UVB 波段太阳紫外辐射 光谱进行了观测,对这一地区紫外辐射的基本特征进行了统计分析。分析表明:太阳紫外辐射在一天内早晚小,中午大,一年中6月份达到最强,与太阳天顶角的变化密切相关;UVB 辐射积分通量远小于UVA 辐射积分通量,其比值一般小于0104,在天气晴好时下午大于上午;雾能导致UVB 辐射积分通量与UVA 辐射积分通量的比值增大,其原因是雾对UVA 辐射衰减强于对UVB 辐射衰减;云对太阳紫外辐射存在异常吸收。 关键词 太阳紫外光谱;CCD 光学多道分析器;UVA ;UVB 中图分类号:P18213 文献标识码:A 文章编号:100020593(2008)0420875204 收稿日期:2006212201,修订日期:2007203206 基金项目:国家自然科学基金项目(60478044,10475058)资助 作者简介:孙 鹏,1982年生,四川大学物理学院在读研究生 e 2mail :peng3219@https://www.doczj.com/doc/a98839969.html, 3通讯联系人 e 2mail :schjdxx163@1631com 引 言 尽管太阳紫外辐射在太阳总辐射中只占很小的比例(紫 外波段辐射能量约占太阳辐射总能量的8%),但因其对生物学、医学及环境科学方面具有重要影响,因此受到人们的广泛关注[1]。 到达地表的太阳紫外辐射要受到臭氧层吸收,光化学反应,气溶胶粒子及云滴粒子散射,空气分子散射,以及测站纬度和太阳天顶角等因素的影响 [2] 。大气臭氧层吸收了太阳 紫外辐射的70%～80%[3],构成了对地球生态系统的一个天然保护层。随着大气污染的进一步加剧,大气中氟氯化烃(CFC S )、氮氧化物(N 2O )等化学物质含量的显著升高,使平流层的臭氧(O 3)层逐年变薄,导致到达地面的太阳紫外辐射不断增强。这将对动物、植物以及人类本身造成许多不良的影响,使人类的生存环境面临巨大威胁[4]。太阳紫外辐射的过度照射会对人的健康产生不利影响,使人容易患白内障、皮肤癌等疾病,并使人的免疫系统受到干扰,导致一系列传染病和免疫系统疾病的发生[5]。因此,有必要对太阳紫外辐射进行有效的观测,研究太阳紫外辐射的特征和传输规律,制定出切实可靠的应对方法。成都地区地处西南腹地,云雾多晴天少,紫外辐射的观测有一定难度。 目前,太阳紫外辐射探测主要是采用滤色片式的分波段总量测量,其缺陷是不能对太阳紫外辐射各光谱段进行精确 测量,难以分析和判断各光谱段对环境和人体的影响。冯志庆、李福田[6]、刁丽军[7]等人使用光栅光谱仪分光、光电倍增管接收,测量了太阳紫外辐射光谱。使用光电倍增管接收方法及光栅扫描,难以实现光谱的实时探测。赵晓艳等成功地使用紫外CCD 光学多道分析器观测了成都地区2005年冬季的太阳紫外辐射光谱[8]。为获得成都地区紫外辐射详细信息,研究这一地区紫外辐射的基本规律,本工作使用自制紫外光学多道分析器对成都地区2006年3月至7月太阳紫外辐射光谱进行了长期系统的测量,同时将所测结果与紫外辐射表测量结果进行对比分析,获得了有意义的研究结果。 1 实验装置 紫外CCD 光学多道分析器基本结构如图1所示。入射太阳光由可变光阑L 调节入射光强,经石英凸透镜P 会聚,由紫外光纤导入光栅多色仪,经光栅分光后光谱图像被紫外 CCD 探测器(CCD ,EG &G RETICON RL2048D KQ )转换为相应的电信号,在专用驱动电源(CCD driver )支持下,信号经放大,采样保持,模数变换,进入专用微机(MPC )[9]。自编的Visual C ++专用应用软件用于系统控制,实现太阳紫外辐射光谱的采集分析。所研制的紫外CCD 光学多道分析器应用于太阳紫外光谱采集时,一次采集紫外光谱范围:280
一总述 1 遥感图像处理的目的 遥感的目的是为了获得地物的几何属性和物理属性.但是由于受到大气,目标,传感器等诸多因素的影响,原始的遥感影像中除了有目标地物的信息以外还包含有大气,传感器的运行状态等信息,如果我们只是利用原始的遥感影像,将不能提取出所感兴趣的有效信息, 所以为了实现遥感的最终目的,提取所需的信息,我们必须对遥感影像进行处理. 2 ENVI简介 目前已经开发了一些进行遥感图像处理的软件,例如ENVI,PCI,ERDAS等.现在就简单介绍一下ENVI. ENVI是由美国RSI公司开发的一套功能齐全的遥感图像处理系统，是处理、分析并显示多光谱数据、高光谱数据和雷达数据的高级工具。其完全是由IDL开发，方便灵活，可扩展性强,并可用IDL进行二次开发。现在最高版是4.7版本的. 我们来大概熟悉一下 ENVI的主菜单: 可以看出ENVI的主菜单中主要有以下一些工具: 基本工具,分类,空间变换,滤波,波谱工具,制图工具,矢量工具,地形分析,雷达工具 来看一下主菜单中的FILE菜单, 通过选择Open Image File可以打开ENVI 图像文件或其它已知格式的二进制图像文件。ENVI 自动地识别和读取下列类型的文件：TIFF、GeoTIFF、GIF、JPEG、BMP、SRF、HDF、PDS、MAS-50、NLAPS、RADARSAT 和A VHRR 。数据仍保留它原有格式，必要的信息从数据头文件中读取。ENVI也直接读取其它几种文件类型（参见“O pen External File”）。 注意: 若你得到“File does not appear to be a valid Radarsat file” 这样一个错误消息，使用File > Open External File 来选择正确的数据类型。 当ENVI 第一次打开一个文件，它需要关于文件特征的特定信息。通常，这些信息存储在与图像文件同名的一个独立的文本头文件，但是文件扩展名为.hdr 。若文件打开时没有找到ENVI头文件，你必须在Header Information 对话框中输入一些基本的参数. 另外一些数据格式没有.hdr 文件也能自动打开。这些格式包括：TIFF、GeoTIFF、GIF、JPEG、BMP、SRF、HDF、PDS、MAS-50、NLAPS、RADARSAT 和A VHRR 。(ENVI 头文件中含有丰富的信息,例如: ENVI description = { Create New File Result [Tue Oct 19 15:47:45 2004]} samples = 2000 lines = 2000 (图像的大小) bands = 7 header offset = 0 file type = ENVI Standard
第二章光学分析法导论 一、选择题 1．电磁辐射的粒子性主要表现在哪些方面（） A．能量B．频率C．波长D．波数 2．当辐射从一种介质传播到另一种介质时，下列哪种参量不变（） A．波长B．速度C．频率D．方向 3．电磁辐射的二象性是指（） A．电磁辐射是由电矢量和磁矢量组成B．电磁辐射具有波动性和电磁性 C．电磁辐射具有微粒性和光电效应D．电磁辐射具有波动性和粒子性 4．可见光区、紫外区、红外光区、无线电波四个电磁波区域中，能量最大和最小的区域分别为（） A．紫外区和无线电波区B．可见光区和无线电波区 C．紫外区和红外区D．波数越大 5．有机化合物成键电子的能级间隔越小，受激跃迁时吸收电磁辐射的（） A．能量越大B．频率越高C．波长越长D．波数越大 6．波长为0.0100nm的电磁辐射的能量是（） A．0.124B．12.4eV C．124eV D．1240 eV 7．受激物质从高能态回到低能态时，如果以光辐射形式辐射多余的能量，这种现象称为（）A．光的吸收B．光的发射C．光的散射D．光的衍射 8．利用光栅的（）作用，可以进行色散分光。 A．散射B．衍射和干涉C．折射D．发射 9．棱镜是利用其（）来分光的。 A．散射作用B．衍射作用C．折射作用D．旋光作用 10．光谱分析仪通常由以下（）四个基本部分组成。 A．光源、样品池、检测器、计算机 B．信息发生系统、色散系统、检测系统、信息处理系统 C．激发源、样品池、光电二级管、显示系统 D．光源、棱镜、光栅、光电池 二、填空题
1．不同波长的光具有不同的能量，波长越长，频率、波数越（），能量越（）；反之，波长越短，能量越（）。 2．在光谱分析中，常常采用色散元件获得（）来作为分析手段。 3．物质对光的折射率随着光的频率变化而变化，这中现象称为（）。 4．吸收光谱按其产生的本质分为（）、（）、（）等。 5．由于原子没有振动和转动能级，因此原子光谱的产生主要是（）所致。 6．当光与物质作用时，某些频率的光被物质选择性的吸收并使其强度减弱的现象，称为（），此时，物质中的分子或原子由（）状态跃迁到（）的状态。 7．原子内层电子跃迁的能量相当于（）光，原子外层电子跃迁的能量相当于（）和（）。 三、简答题 1．什么是光学分析法？ 2．何谓光谱分析法和非光谱分析法？ 3．简述光学分析法的分类。 4．简述光学光谱仪器的基本组成。 5．简述瑞利散射和拉曼散射的不同。 答案 一、选择题 ＡＣＤＡＣＤBＢＣＢ 二、填空题 1．越小小高 2．单色光 3．色散 4．分子吸收光谱原子吸收光谱核磁共振波普 5．电子能级跃迁 6．光的吸收能级较低能量较高 ７．x紫外线可见光 三、简答题
第二章电磁辐射与地物光谱特征 ·名词解释 辐射亮度：由辐射表面一点处的单位面积在给定方向上的辐射强度称为辐射亮度。 普朗克热辐射定律：在一定温度下，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为B(λ，T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1 灰度波谱：用该类型在该波段上的灰度值反应的波谱曲线 黑体辐射：任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领，为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。 电磁波谱：将电磁波按大小排列制成图表。 太阳辐射：太阳射出的辐射射线 瑞利散射：大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射 米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射 地球辐射：地面吸收太阳辐射能后，向外辐射的射线。 地物波谱特性：各种地物因种类和环境条件不同,都有不同的电磁波辐射或反射特性 反射率：地物反射能量与入射总能量之比。 比辐射率：某一物体在一特定波长和温度下的发射辐射强度与理想黑体在相同波长和温度下所发射的辐射强度之比。 后向散射 ·问答题 地球辐射的分段特性是什么？ 当太阳辐射到达地表后，就短波而言，地表反射的太阳辐射成为地表的主要辐射来源，而来自地球本身的辐射，几乎可以忽略不计。地球自身的辐射主要集中在长波，即6um以上的热红外区段，该区段太阳辐射的影响几乎可以忽略不计，因此只考虑地表物体自身的热辐射。两峰交叉之处是两种辐射共同其作用的部分，在2.5~6um，即中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身的热辐射均不能忽略。 什么是大气窗口?试写出对地遥感的主要大气窗口 答：大气窗口的定义：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高 的波段成为大气窗口。 包括：部分紫外波段，0.30 m μ~0.40m μ，70%透过。 全部可见光波段，0.40 m μ~0.76m μ，95%透过。 部分近红外波段，0.76 m μ~1.3m μ，80%透过。 近红外窗口：1.5 m μ~2.4m μ，90%透过，可区分蚀变岩石。 包括两个小窗口：1.5 m μ~1.75m μ 2.1 m μ~2.4m μ。 中红外窗口：3.5 m μ~5.5m μ，反射和发射并存。 包括两个小窗口（反射和发射混合光谱）：3.5 m μ~4.2m μ 4.6 m μ~5m μ 远红外窗口：8 m μ~14m μ，发射电磁波，热辐射。 微波窗口：0.5cm~300cm
光谱仪简介 光谱仪( Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线，。阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光)，但若通过光谱仪将阳光分解，按波长排列，可见光只占光谱中很小的范围，其余都是肉眼无法分辨的光谱，如红外线、微波、紫外线、X射线等等。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。 将复色光分离成光谱的光学仪器。光谱仪有多种类型，除在可见光波段使用的光谱仪外，还有红外光谱仪和紫外光谱仪。按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪等。按探测方法分，有直接用眼观察的分光镜，用感光片记录的摄谱仪，以及用光电或热电元件探测光谱的分光光度计等。单色仪是通过狭缝只输出单色谱线的光谱仪器，常与其他分析仪器配合使用。 图片 图中所示是三棱镜摄谱仪的基本结构。狭缝S与棱镜的主截面垂直，放置在透镜L的物方焦面内，感光片放置在透镜L的像方焦面内。用光源照明狭缝S，S的像成在感光片上成为光谱线，由于棱镜的色散作用，不同波长的谱线彼此分开，就得入射光的光谱。棱镜摄谱仪能观察的光谱范围决定于棱镜等光学元件对光谱的吸收。普通光学玻璃只适用于可见光波段，用石英可扩展到紫外区，在红外区一般使用氯化钠、溴化钾和氟化钙等晶体。目前普遍使用的反射式光栅光谱仪的光谱范围取决于光栅条纹的设计，可以具有较宽的光谱范围。 表征光谱仪基本特性的参量有光谱范围、色散率、带宽和分辨本领等。基于干涉原理设计的光谱仪（如法布里-珀罗干涉仪、傅立叶变换光谱仪）具有很高的色散率和分辨本领，常用于光谱精细结构的分析。 单色仪 科技名词定义 中文名称： 单色仪 英文名称： monochromator
辐射定标 辐射定标定义：建立遥感传感器的数字量化输出值DN与其所对应视场中辐射亮度值之间的定量关系。 分为三类： 1.实验室定标：在遥感器发射之前对其进行的波长位置、辐射精度、空间定位等的定标，将仪器的输出值转换为辐射值。有的仪器内有内定定标系统。但是在仪器运行之后，还需要定期定标，以监测仪器性能的变化，相应调整定标参数。 1光谱定标，其目的是确定遥感传感器每个波段的中心波长和带宽，以及光谱响应函数 2辐射定标 绝对定标：通过各种标准辐射源，在不同波谱段建立成像光谱仪入瞳处的光谱辐射亮度值与成像光谱仪输出的数字量化值之间的定量关系相对定标：确定场景中各像元之间、各探测器之间、各波谱之间以及不同时间测得的辐射量的相对值。 2.机上和星上定标 机上定标用来经常性的检查飞行中的遥感器定标情况，一般采用内定标的方法，即辐射定标源、定标光学系统都在飞行器上，在大气层外，太阳的辐照度可以认为是一个常数，因此也可以选择太阳作为基准光源，通过太阳定标系统对星载成像光谱仪器进行绝对定标。 3.场地定标（是最难的一个） 场地定标指的是遥感器处于正常运行条件下，选择辐射定标场地，通过地面同步测量对遥感器的定标，场地定标可以实现全孔径、全视场、全动态范围的定标，并考虑到了大气传输和环境的影响。该定标方法可以实现对遥感器运行状态下与获取地面图像完全相同条件的绝对校正，可以提供遥感器整个寿命期间的定标，对遥感器进行真实性检验和对一些模型进行正确性检验。但是地面目标应是典型的均匀稳定目标，地面定标还必须同时测量和计算遥感器过顶时的大气环境参量和地物反射率。 原理：在遥感器飞越辐射定标场地上空时，在定标场地选择偌干个像元区，测量成像光谱仪对应的地物的各波段光谱反射率和大气光谱等参量，并利用大气辐射传输模型等手段给出成像光谱仪入瞳处各光谱带的辐射亮度，最后确定它与成像光谱仪对应输出的数字量化值的数量关系，求解定标系数，并估算定标不确定性。 基本技术流程：获取空中、地面及大气环境数据，计算大气气溶胶光学厚度，计算大气中水和臭氧含量，分析和处理定标场地及训练区地物光谱等数据，获取定标场地数据时的几何参量和时间，将获取和计算的各种参数带入大气辐射传输模型，求取遥感器入瞳时的辐射亮度，计算定标系数，进行误差分析，讨论误差原因。 方法：
电子 光子图1. 逆光电效应示意图 轫致辐射等色光谱分析 Bremsstrahlung Isochromate Spectroscopy (BIS) 写作者：※顺 ※会亚 指导者：※※老师 摘要：轫致辐射的等色光谱分析(BIS)是测量样本费米能级以上非占据态态密度的重要技术，本篇文章主要介绍了BIS 的基本原理、实验装置，并介绍了BIS 在系统表面态能量的确定、体能带结构的阐明、表面吸附分子相互作用的应用，同时介绍XPS/BIS 相结合应用于过渡金属以及锕系金属的光谱测量。 关键词：BIS ；非占据态；XPS ；能带结构 一、引言 Bremsstrahlung ，它来源于德语，“brems”是“brake”刹车的意思，“strahlung”是“radiation ”辐射的意思[1]。根据经典电动力学，带电粒子作加速或减速运动时必然伴随电磁辐射，这种辐射就叫做轫致辐射，也叫刹车辐射。 当高速电子束入射在特定材料上面时，可以探测到光子的出射，这个过程就称为逆光电效应，这个分析技术叫逆光电效应光谱分析，英文叫Inverse PhotoElectron Spectroscopy (IPES)。简 单的就是电子进，光子出的过程，如图 1。由于逆光电效应有多种形式，因此 对于IPES ，要对出射的不同能量的光 子都要进行分析，而轫致辐射只是其中 的一种，相应BIS 只对其中特定能量的 光子进行分析。 早在1915年，Duane 和Hunt 第一次在金属钨上进行了轫致辐射研究[2]发现了辐射谱的短波长极限，称Duane-Hunt 极限（光子的最大能量不超过入射电子的能量，此光子的波长最小），并记录了较窄带的X 射线轫致辐射强度与阳极电压关系，他们分析得出辐射强度在高于阈值电压后呈近似线性增长。1942年，Ohlin 用更高的分辨率重复了Duane 和Hunt 的实验[3]，在W ，Cu ，Ag ，以及MoS 2的Duane-Hunt 极限处，发现了宽的能级结构，他认为这些结构代表了这些阳极材料的特征。1946年，Nijboer 用费米能级以上的空态（unfilled ）能级密度解释了Ohlin 的测量结果。让后的几年里没有取得太显著的进展，到了1958年，Ulmer 等人指出了同色光谱同样也解释了样品中电子能量有特征的损耗。到了
第二章电磁辐射与地物光谱特征 一、名词解释： 1、遥感 2、后向散射 3、电磁波 4、电磁波谱 5、绝对黑体 6、瑞利散射 7、灰体 8、绝对温度 9、辐射温度 10、光谱辐射通量密度 11、大气窗口 12、发射率 13、米氏散射 14、地球辐射 15、反射率 16、光谱反射特性曲线 17、普朗克热辐射定律 18、太阳辐射 19、地物波谱特征 二、填空题： 1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由、、、、、 、等组成。 2、绝对黑体辐射通量密度是和的函数。 3、一般物体的总辐射通量密度与和成正比关系。 4、维恩位移定律表明绝对黑体的乘是常数2897.8。当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向方向移动。 5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为μm 三、选择题：(单项或多项选择) 1.绝对黑体的①反射率等于1 ②反射率等于0 ③发射率等于1 ④发射率等于0。 2.物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系①反射率②发射率③物体温度一次方④物体温度二次方⑤物体温度三次方⑥物体温度四次方。 3.大气窗口是指①没有云的天空区域②电磁波能穿过大气层的局部天空区域 ③电磁波能穿过大气的电磁波谱段④没有障碍物阻挡的天空区域。 4.大气瑞利散射①与波长的一次方成正比关系②与波长的一次方成反比关系③与波长的二次方成正比关系④与波长的二次方成反比关系⑤与波长的四次方成正比关系⑥与波长的四次方成反比关系⑦与波长无关。 5.大气米氏散射①与波长的一次方成正比关系②与波长的一次方成反比关系 ③与波长无关。 四、问答题：
1.电磁波谱由哪些不同特性的电磁波组成？它们有哪些不同点，又有哪些共性？ 2.物体辐射通量密度与哪些因素有关？常温下黑体的辐射峰值波长是多少？ 3.叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。 4.地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？ 5.何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围。 6.传感器从大气层外探测地面物体时，接收到哪些电磁波能量？ 7.地球辐射的分段特性是什么？ 8.简介地物波谱的特征。
光学分析导论复习提纲 重点：掌握光的本质和特性，光学分析方法的定义和分类，物质与光子相互作用的选择性。 1、光的本质是电磁波，具有波粒二象性 在近代分析化学中，凡是基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用为基础而建立起来的一类分析方法，均称为光分析法，任何光分析法均包含有三个主要过程： (1) 能源提供能量。 (2) 能量与被测物质互相作用。 (3) 产生被检测的讯号。 按能源不同，光分析法可分为红外、紫外、x光及化学发光等光谱法；按被作用物质来分，它又可分为原子及分子光谱等；若以产生被检测讯号的辐射能的基本性质来划分，则有吸收、发射、散射、反射、折射、干涉、衍射、偏振等。 2、光分析法可分为非光谱法与光谱法两大类 非光谱法是指那些不以光的波长为特征讯号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质(反射、折射、干涉、衍射和偏振等)的变化的分析方法。这类方法主要有：折射法、浊度法、旋光色散法、圆二色性法、x射线衍射法和偏振法等。 光谱法是指物质与电磁波发生了能量交换，主要是以光的吸收、发射等作用而建立的分析方法，通过检测光谱的特征波长和强度来进行定性和定量分析，各种光谱法种类很多，应用甚广，是现代分析化学的重要组成部分。
3、物质对辐射吸收的选择性 辐射被物质所吸收的辐射能必须满足两点要求：第一．辐射的电场和物质的电荷之间必须发生相互作用。第二，引入的辐射能恰等于基元体系的量子化能级。 每一个基元体系，无论是核、离子、原子或分子，都具有不连续的量子化能级，所以物质只能吸收与两个能级差相等的能量，如果引入的辐射能太少或太多，就不会被吸收。被吸收的光子的能量或频率可以通过普朗克公式求得： hν=△E＝E2-E1 式中，E2和E1分别为物质最终和初始的能量。上式清楚地表明了物质对辐射吸收的选择性。 在理解上述原理的基础上，掌握以下几个名词：1）光的波粒二象性；2）光谱分析法；3）非光谱分析法；4）吸收光谱；5）原子光谱；6）分子光谱；7）原子光谱。8）能级量子化 4、光谱分析设备的组成部件 发射、吸收、荧光的光谱分析，它们的仪器构造虽有不同，但组成光谱仪的基本部件大体相同。 基本部件可分为五个部分：辐射能源、单色器、试样容器、检测器和信号处理器(读出装置)。 填空题练习： 1．电磁辐射是一种高速度通过空间传播的光量子流。它既有性质又有性质。电磁辐射按波长顺序排列称为。 2．物质的原子、离子得到能量，使其由低能态或基态激发至高
第二章电磁辐射与地物光谱特征 ·1.名词解释 （1）辐射亮度：由辐射表面一点处的单位面积在给定方向上的辐射强度称为辐射亮度。（2）普朗克热辐射定律：在一定温度下，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为B(λ，T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1 （3）灰度波谱：用该类型在该波段上的灰度值反应的波谱曲线 （4）黑体辐射：任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领，为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。 （5）电磁波谱：将电磁波按大小排列制成图表。 （6）太阳辐射：太阳射出的辐射射线 （7）瑞利散射：大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射 （8）米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射 （9）地球辐射：地面吸收太阳辐射能后，向外辐射的射线。 （10）地物波谱特性：各种地物因种类和环境条件不同,都有不同的电磁波辐射或反射特性 （11）反射率：地物反射能量与入射总能量之比。 （12）比辐射率：某一物体在一特定波长和温度下的发射辐射强度与理想黑体在相同波长和温度下所发射的辐射强度之比。 后向散射 ·2.问答题 （1）地球辐射的分段特性是什么？ 当太阳辐射到达地表后，就短波而言，地表反射的太阳辐射成为地表的主要辐射来源，而来自地球本身的辐射，几乎可以忽略不计。地球自身的辐射主要集中在长波，即6um以上的热红外区段，该区段太阳辐射的影响几乎可以忽略不计，因此只考虑地表物体自身的热辐射。两峰交叉之处是两种辐射共同其作用的部分，在2.5~6um，即中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身的热辐射均不能忽略。 （2）什么是大气窗口?试写出对地遥感的主要大气窗口 答：大气窗口的定义：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高 的波段成为大气窗口。 包括：部分紫外波段，0.30 m μ ~0.40 m μ ，70%透过。 全部可见光波段，0.40 m μ ~0.76 m μ ，95%透过。 部分近红外波段，0.76 m μ ~1.3 m μ ，80%透过。 近红外窗口：1.5 m μ ~2.4 m μ ，90%透过，可区分蚀变岩石。 包括两个小窗口：1.5 m μ ~1.75 m μ 2.1 m μ ~2.4 m μ 。 中红外窗口：3.5 m μ ~5.5 m μ ，反射和发射并存。 包括两个小窗口（反射和发射混合光谱）：3.5 m μ ~4.2 m μ 4.6 m μ ~5 m μ 远红外窗口：8 m μ ~14 m μ ，发射电磁波，热辐射。 微波窗口：0.5cm~300cm