1.3.6　地物发射特性

相对于可见光波段的遥感传感器利用目标的反射能量，工作在热红外波段的传感器主要依赖于目标自身的辐射能量，其辐射能力又依赖于式（1-16）中吸收部分的入射能量，一般用发射率来描述。类似于地物反射率或反射系数，其发射率也是波长的函数。更主要的是，根据不同目标的不同材质，发射率也会随着温度的变化而变化。通常，地物发射率定义为物体在温度、波长处的辐射强度与同温度、同波长下的黑体辐射强度之比（为此又称为比辐射率或辐射系数），即

　　（1-18）

很显然，地物发射率是与物体状态以及固有物理属性有关的无量纲参量，其取值范围为。

理论上，基尔霍夫定律认为物体无时无刻不在与周围环境进行着能量的交换与传递，如能量的吸收、反射及发射。根据能量守恒定律，当物体的温度不再发生变化时，其能量的吸收和发射则处于一种动态平衡状态。此时，在一定温度下，一个物体的光谱发射率等于其光谱吸收率，即

　　（1-19）

即好的吸收体也是好的发射体。这样，在热红外波段，式（1-16）变为

　　（1-20）

如果进一步假设处理的目标对热辐射是不传热的，即，则

　　（1-21）

这就是光谱在热红外区域，目标的光谱发射率和其反射率之间的关系。即一个目标的反射率越低，其发射率就越高；反之，目标的反射率越高，其发射率就越低。这样，根据基尔霍夫定律，若已知，则可以根据响应关系对发射率进行求解。

由以上讨论可见，基尔霍夫定律就是以黑体研究为基础的热辐射基本定律。此时，可以将在黑体辐射式（1-12）中的斯特藩-玻尔兹曼定律扩展到实体辐射上，即

　　（1-22）

式（1-22）给出了热传感器探测的信号、温度和发射率之间的关系。在具体应用时，遥感热红外图像处理就是基于目标的这种关系，实现发射率与温度的分离，进而实现目标特性参数反演。