遥感教程简介-第2部分第2页¶
介绍了电磁频谱的概念和光子在能量传输中的作用，讨论了正弦波在频率方面的变化，以及电磁能与频率之间的基本方程。对一些常用的辐射测量术语和量进行了定义和粗略解释。在本页底部的脚注中解释了表达十种力量的技巧。
电磁波谱：光子和辐射量¶
在本引言和随后的章节中，我们将讨论和场景限制为仅通过电磁频谱内的测量获得的遥感产品。我们的重点是图片（照片）和图像（屏幕上类似电视的显示或“照片”由最初作为电子信号获取的数据制成，而不是直接记录在胶片上）。我们主要关注的是在电磁频谱的可见和近红外部分（见下页频谱）运行的传感器产生的图像，还检查了雷达和热传感器获得的大量图像。我们首先对遥感物理学的一些基础进行了调查。
天气报告 ：大多数遥感方法和系统的基本基础只是测量单个实体的不同能级，即电磁力场中的基本单位（可以缩写为“em”），称为 光子 . 正如您将在本页后面看到的，光子能量的变化（以焦耳或尔格表示）与参数有关。 波长 或者相反， 频率 . 从高能到低能的电磁辐射包括 电磁波谱 . 来自电磁频谱特定部分的辐射包含不同波长的光子，这些光子的能级在离散值范围内。当任何目标材料受到内部过程或与入射电磁辐射相互作用的激发时，它将发射不同波长的光子，这些光子的辐射量在不同波长上有所不同，从而对材料进行诊断。探测器接收到的光子能量通常以功率单位表示，如瓦特/平方米/波长单位。功率随波长变化的曲线图产生一个特定的模式或曲线，即 光谱特征 对于被感知的物质或特征。
现在，更详细地说：光子是量子的物理形式，这是量子力学中研究的基本粒子（在原子和亚原子水平上讨论非常小的物理）。它也被描述为电磁力的信使粒子或最小的光束。这种亚原子无质量粒子包含辐射 发射的 当物质被热激发时，或被核过程（聚变、裂变）或被其他辐射轰击时。它也可以作为 反射 或 被吸引住了 辐射。光子以光速移动：299792.46公里/秒（通常四舍五入到300000公里/秒或约186000英里/秒）。这些粒子也以波的形式运动，因此具有“双重”性质。这些波遵循我们用正弦（三角）函数描述的模式，如下图中的二维所示。
波上两个相邻峰之间的距离就是它的波长。在一秒钟内通过一个参考的峰的总数就是波的频率（以每秒周期和赫兹为单位）。
光子以电磁波的形式传播，电磁波有两个分量，一个以正弦波的形式互相垂直振荡，一个由变化的电场组成，另一个由变化的磁场组成。两者的振幅（强度）相同，同时达到最大最小值。与其他需要载体（如水波）的波不同，光子波可以通过真空（如空间）传输。当光子从一种介质传递到另一种介质时，例如从空气到玻璃，它们的波路径会弯曲（遵循新的方向），从而体验到 折射 .
光子被称为量子化的，因为任何给定的光子都具有一定的能量。其他一些光子可以有不同的能量值。因此，作为量子的光子显示出广泛的离散能量。表征光子的能量量由普朗克的一般方程确定：
在哪里？ v 有一些离散值由（ v 2 - v 1 ）换言之，特定的能量变化的特征是以特定频率产生发射的辐射（光子）。 v 以及相应的波长，其值取决于变化的幅度。λ .
` <>`__I-4 ** Is there something wrong with the equation just above? **ANSWER**
波长是频率的倒数（较高的频率与较短的波长有关；较低的频率与较长的频率有关），如关系式所示：
在哪里？ c is 表示光速的常数，这样我们也可以把普朗克方程写成
` <>`__I-5 Come up with a very simple mnemonic phrase (one that helps your memory) for associating the energy level (amount of energy) with wavelength. `ANSWER <answer.html#I-5>`__
` <>`__I-6: Calculate the wavelength of a quantum of radiation whose photon energy is 2.10 x 10:sup:`-19` Joules; use 3 x 10:sup:`8` m/sec as the speed of light c. `ANSWER <answer.html#I-6>`__
` <>`__I-7 ： ** ** 无线电台以120兆赫（兆赫或一百万周期/秒）的频率广播；相应的频率是多少米（提示：将兆赫转换成赫兹单位）。 ** ** ` answer<answer.html>`uu**
所有光子能量在观测频率范围内的分布体现在这个术语中。 光谱 （下页提出的概念）。具有某种特定能级的光子在这个范围内的某个位置，即位于光谱中的某个特定点上。
上面的内容比简单的总结要多得多。更多信息请参考物理课本。或者，对于有物理背景的人，阅读 电磁辐射的性质 在 遥感手册 第2版，美国摄影测量与遥感学会出版。从这一章中，作者提取了以下有用的信息，解释了遥感领域专家使用的一些术语和它们所代表的概念：
辐射能 （q），以光子的形式传递，据说是从处于激发状态的源发出的短脉冲（波列）。这种光子流沿着流动线（也称为射线）移动，作为 flux （φ）定义为能量q通过空间参考的时间速率（用微积分术语：dq/dt）。单位是焦耳（或尔格）每秒（1 J/秒=1瓦特）。通量概念与 权力 定义为完成工作或消耗能量的时间比率。这项工作的性质可以是其中的一个，也可以是其中的一个组合：受力场作用的粒子运动的变化；加热；物理或化学状态的变化。根据具体情况，点源传播的能量可以限制在特定方向（光束），也可以向所有方向传播。
辐射通量密度 就是单位体积的能量（立方米或立方厘米）。磁通密度与分量波振幅的平方成正比。应用于从外部辐射源到物体表面的辐射的通量密度被称为辐照度（e）；如果通量来自物体，则其命名为存在度（m）（更多描述见下文）。
概念 辐射强度 由单位立体角ω的辐射通量给出（单位：steradios——单位为弧度或57度、17分、44秒的锥角）；此图有助于可视化：
因此，对于距离点源R距离处的表面，辐射强度i是流经立体角ω的圆锥体到该距离处圆形区域A的通量φ，由i=φ/（a/r）给出。2 ）注意，辐射是在某个方向或路径上相对于θ角定义的参考线移动的。
由此衍生出一个基本的电磁辐射实体，称为 辐射度 （通常称为“L”）。在遥感手册中，“辐射度定义为单位立体角的辐射通量，在该方向上单位投影表面积在给定方向上留下一个扩展源（面积A）。”如数学上所述，L=φ/ω乘以1/cosθ。或者，用规定的强度重述，l=i/cosθ。辐射度与 亮度 与发光体有关。真正由遥感探测器测量的是不同波长的辐射，这些辐射会离开扩展区域（在某些条件下会“收缩”到点源）。
来自辐射源（内部源）的辐射通量被称为 辐射出射 （m）有时称为“发射”（现在已过时）。达到或“照射”任何表面（外部来源）的辐射通量称为 辐照度 . 因此，太阳，一个来源，照射地球的大气层和表面。
上述辐射量q、φ、i、e、l和m适用于整个电磁频谱。大多数波列是多色的，这意味着它们由许多不同频率的正弦波分量组成。一组变化的频率（在所涉及的光谱范围内是连续的，或者是离散但不连续的单色频率的混合 [波长] ）构成复合波或复合波。任何复波都可以通过傅立叶分析分解成其分量，傅立叶分析提取出一系列具有特征频率、振幅和相位的简谐正弦波。第一句中列出的辐射参数可以为任何给定波长指定；该光谱辐射量（其值不同于它们所属的任何总通量值 [除非通量是单色的] 通过加上下标λ的项来识别，如lλ .
电磁辐射可以 不连贯的 或 连贯的 . 振幅不规则或随机相关的波是不相干的；多色光适合这种状态。如果两个不同波长的波可以组合在一起，从而在它们的振幅之间形成一个规则的、系统的关系，则它们被称为相干的；激光器产生的单色光满足这一条件。
以上这些抽象的概念和术语对理论家很重要。我们包括这个概要，主要是为了让你熟悉这些辐射量，如果你在其他阅读中遇到它们。
* 处理数字的10种方法的幂：数字10-34 （非常小）或1012 （非常大——1万亿），作为例子，是一种简略的符号，可以方便地表示非常大和非常小的数字，而不需要写下所有涉及的零。使用这种表示法，人们可以通过将数字分成两部分来简化除10或其倍数之外的任何数字：第一部分用指定的数字表示数字，例如5.396033（范围1到10）；数字的第二部分用于以10为底的IST被提高到一定的幂，并告诉小数点向右或向左移动的位数。一把数字的第一部分乘以数字第二部分中的10的幂，得到它的值。因此，如果第二部分是107 ，则其展开值为10000000（7个零），当5.396033乘以该值时，它变为53960330。考虑到数字的第二部分，将值赋给数字10n 其中n可以是任何正整数或负整数。a+n表示数字10后面的零个数，因此n=3时，10的值3 是1后跟三个零，或1000（这与10的立方体相同）。数字106 是1000000，即1后6个零（注：100 ＝1）。因此，10 60 表示1000000000000000…到60个这样的零。同样，对于-n情况，10-3 （其中n=-3）等于0.001，相当于分数1/1000，其中1左边（或小数点右边）有两个零（三位）。这里的规则是，在小数点和1之间，总是有一个小于幂的零。因此，10-6 被计算为0.000001，零的数目为5（10:sup:-1`为0.1，并且在之间没有零。和1）。任何数字都可以表示为其1到10之间的十进制表达式的乘积（例如3.479）和10的适当幂（10:sup:`n）。因此，我们将8345重述为8.345 x 103 ；数字0.00469表示为4.69 x 10-3 .