1、 第二章 遥感物理基础 电磁辐射和地物光谱特征本章主要内容电磁波与电磁波谱 地物的光谱特性 大气和环境对遥感的影响一、电磁辐射 电磁辐射1.电磁波波 :振动在空间的传播电磁波（ElectroMagnetic Spectrum） :电磁振荡 电磁波（在空间的传播。电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：当电磁振荡进入空间时，变化的磁场激发 了变化的电场，使电磁振荡在空间传播，形成 电磁波，也称电磁辐射。 电磁波是横波 真空中以光速传播：C = f电磁波具有波粒二象性： 电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播 波粒二象性 过程中，主要表现为波动性； 过程中，主要表现为波动性；在与物 质相互作用时，主
2、要表现为粒子性， 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。 这就是电磁波的波粒二象性。波动性： 波动性：电磁波是以波动的形式在空间传 播的， 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， 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 电磁波的粒子性， 动。电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能 量具有统计性a.波动性 干涉 衍射 偏振现象 时空周期性 波函数 波动性 ?产生感光作用与生理作用的是电场强度矢量 光矢量 产生感光作用与生理作用的是电场强度矢量 E(光矢量 产生感光作用与生理作用的是电场强度矢量 光矢量) ?如果光矢量在某个固
3、定平面内只沿一个固定方向作振 如果光矢量在某个固定平面内只沿一个固定方向作振 则这种光被称为偏振光. 动,则这种光被称为偏振光 则这种光被称为偏振光 ?微波技术中称偏振为 ”极化” 微波技术中称偏振为 极化”(波长越 长，偏振现象越显著 波长越 偏振现象越显著)电磁波遇到有限大小的障碍物时,能够绕过障碍物而弯 电磁波遇到有限大小的障碍物时, 电磁波遇到有限大小的障碍物时 曲地向障碍物的后面传播. 曲地向障碍物的后面传播. 把这种通过障碍物边缘改变 传播方向的现象, 传播方向的现象,称为电磁波的 衍射.最小分辨角: 最小分辨角 = 1.220d(对设计遥感器的空间分辨 率具有重要意义) 率具有重
4、要意义)b. 粒子性光子微粒流的有规律运动 能量: E= h f 能量h 普朗克常数 6.626075510-34J/s f 频率 波长粒子导致散射作用，引起强度、方向变化 粒子导致散射作用，引起强度、c.叠加原理 叠加原理(干涉) 干涉当两列波在同一空间传播时， 当两列波在同一空间传播时，空间上各点的振动为 各列波单独振动的合成。 各列波单独振动的合成。任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电磁波； 任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电磁波； 比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波. 比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波. （白光的色散和合成，计算机显示器的工作原理，混合像
5、 白光的色散和合成，计算机显示器的工作原理， 元的分解 ）d.电磁波的多普勒效应 多普勒效应 电磁波因辐射源（或者观察者） 电磁波因辐射源（或者观察者）相对于传播介质 的运动，而使观察者接受到的频率发生变化， 的运动，而使观察者接受到的频率发生变化，这种现 类似声波的多普勒效应) 象称为多普勒效应。(类似声波的多普勒效应波函数由振幅和位相组成， 由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波的振 幅信息，丢失位相信息。全息摄影中， 幅信息，丢失位相信息。全息摄影中，同时记录了振 记录了振 幅信息和位相信息。 幅信息和位相信息。 电磁辐射 电磁波的能量传播过程 电磁波的能量传播过程2.电磁波谱 电磁
6、波谱a.电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长 电磁波谱短，依次排列制成的图表。 依次排列制成的图表。 电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波 磁波谱中，波长最长的是无线电波， 长可分为长波、中波、短波和微波。 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。 电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。 b、遥感常用的电磁波波段的特性 、The Electromagnetic SpectrumMore than meets the eye!电磁波谱波段 长波 中波和短波 超短波 微波 红外 波段 超远红外 远红外 中红外 近红外 红 橙 黄
7、 绿 青 蓝 紫 紫外线 X 射线 射线 射线 射线 0.76 1000m波长 大于 3000m 大于 10 3000m 1 10m 1mm 1m 15 1000m 6 15m 3 6m 0.76 3m 0.62 0.76m 0.59 0.62m 0.56 0.59m 0.50 0.56m 0.47 0.50m 0.43 0.47m 0.38 0.43m可 见 光0.38 0.76m10-3 3.810-1m 10-6 10-3m 小于 10 小于 -6mThe Electromagnetic SpectrumWavelength Energy电磁波谱区别：传播的方向性、穿透性、可见性、 电磁
8、波谱区别：传播的方向性、穿透性、可见性、 颜色不同 共性：传播速度相同 遵守相同的反射、折射、 共性：传播速度相同, 遵守相同的反射、折射、 透射、 透射、吸收和散射定律遥感常用的电磁波波段的特性紫外线(UV)：0.01-0.4m，碳酸盐岩分布、水面油污 染。 可见光：0.4-0.76 m，鉴别物质特征的主要波段； 是遥感最常用的波段。 红外线(IR) ：0.76-1000m。 近红外0.76-3.0m 中红外 3.0-6.0 m； 远红外 6.0-15.0m；超远红外 15-1000 m。 （近红外又称光红外或反射红外；中红 外和远红外又称热红外。 微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被
9、动之分；具 有穿透能力；发展潜力大。3.电磁辐射的度量 3.电磁辐射的度量a.辐射源： 任何物体在其温度不等于 K 时, 时 辐射源： 任何物体在其温度不等于0 都有向周围空间发射热辐射的能力,同时也有 都有向周围空间发射热辐射的能力 同时也有 吸收外来辐射的能力.(任何物体都是辐射源 任何物体都是辐射源) 吸收外来辐射的能力 任何物体都是辐射源人工辐射源：主动式遥感的辐射源。 人工辐射源 雷达探测:分为微波雷达和激光雷达。微波辐射源：0.8-30cm 激光辐射源：激光雷达测定卫星的位置、高 度、速度、测量地形等。自然辐射源 太阳辐射： 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐 射源；常用 5900
10、K的黑体辐射来模拟； 的黑体辐射来模拟； 射源；常用 其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短 其辐射波长范围极大；辐射能量集中 短 波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、 波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反 射和散射。 射和散射。 地球的电磁辐射：小于 3 地球的电磁辐射：小于 m 的波长主要 的波长主要 是太阳辐射的能量；大于 6 的波长， 是太阳辐射的能量；大于 m 的波长， 的波长 主要是地物本身的热辐射； 之间， 主要是地物本身的热辐射；3-6 m 之间， 之间 太阳和地球的热辐射都要考虑。 太阳和地球的热辐射都要考虑。b.辐射测量 辐射测量 辐射能量 (W): 电磁辐射的能量 (J) 辐射通
11、量() :单位时间内通过某一面积的 辐射通量 单位时间内通过某一面积的 辐射能量 (W) 辐射通量密度 (E): 单位时间内通过单位面积的辐射能量 (W/m2)辐照度 (I): 被辐射物体表面单位面积的辐射通量 (W/m2) 辐射出射度 (M): 辐射源物体表面单位面积的辐射通量 (W/m2) 辐射亮度 (L): 辐射源某方向上单位投影表面单位立体角内的辐射 (W/sr.m2) 通量朗伯源: L 与 无关 的辐射源(绝对黑体) 绝对4.黑体辐射 黑体辐射地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准； 地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物 的发射率是以黑体辐射作为参照标准。 的发射率是以黑
12、体辐射作为参照标准。 黑体：在任何温度下， 黑体：在任何温度下，对各种波长的 辐射的吸收系数等于1（ 电磁 辐射的吸收系数等于 （100%）的物 ） 体。 人工黑体 人工黑体 黑体辐射(Black Body Radiation )： 黑体辐射 ： 黑体的热辐射称为黑体辐射。 黑体的热辐射称为黑体辐射。 (自然界没有真正的黑体 自然界没有真正的黑体) 自然界没有真正的黑体黑体辐射定律(1)普朗克热辐射定律表示出了黑体辐射通量密度与温度 的关系以及按波长分布的规律。-波长 c真空中光速 T绝对温度 h普朗克常数 波长 真空中光速 绝对温度 普朗克常数 k波尔兹曼常数 1.3810-23J/k 波尔
13、兹曼常数 Power Source: Blackbody RadiationPlancks Law: The amount and spectrum of radiation emitted by a blackbody is uniquely determined by its temperatureMax Planck (1858 1947) Nobel Prize 1918620 K380 KEmission from warm bodies peak at short wavelengthswavelength图示普朗克公式 变化特点： 变化特点： (1) 辐射通量密度 随波长连续变化
14、， 随波长连续变化， 只有一个最大值； 只有一个最大值； (2) 温度越高，辐 温度越高， 射通量密度越大， 射通量密度越大， 不同温度的曲线 不相交； 不相交； (3) 随温度升高， 随温度升高， 辐射最大值向短 波方向移动。 波方向移动。(2)玻耳兹曼定律Stefan-Boltzmanns law 即黑体总辐射通量随温度的增加而迅 速增加，它与温度的四次方成正比。因此， 温度的微小变化，就会引起辐射通量密度 很大的变化。是红外装置测定温度的理论 基础。2hc2 1 W0 = ? d = T 4 5 ech / kT ?1 0=5.6710-8W/m2k4 (斯忒藩 波尔兹曼常数 斯忒藩-波
15、尔兹曼常数 斯忒藩 波尔兹曼常数)(3)维恩位移定律：Wiens displacement law (3)维恩位移定律 随着温度的升高，辐射最大值对应的 峰值波长向短波方向移动。max ?T = b温度 波长 300 9.66 500 5.80 1000 2.90 2000 1.45 3000 0.97b=2.897810-3mk 4000 0.72 5000 0.58 6000 0.48 7000 0.41高温物体发射较短的电磁波,低温物体发射较长的电磁波 常 高温物体发射较短的电磁波 低温物体发射较长的电磁波.常 低温物体发射较长的电磁波 如人体 300K 左右 发射电磁波的峰值波长 9.
16、66m ) 左右,发射电磁波的峰值波长 温（如人体 左右5.实际物体的辐射 实际物体的辐射对于一般物体而言， 热辐射率、 热辐射率 比辐射率)， 对于一般物体而言，需要引入发射率 (热辐射率、比辐射率 ， 表明物体的发射本领。 表明物体的发射本领。M ( , T ) ( , T ) =Mb ( , T )非黑体的辐射通量密度与同一温度下黑体辐射通量密度的比值发射率与地物的性质、表面状况、温度（比热、 发射率与地物的性质、表面状况、温度（比热、 热惯量） 、波长等有关：比热大、热惯量大， ） 、波长等有关 热惯量） 、波长等有关：比热大、热惯量大， 以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反 以及
17、具有保温作用的地物，一般发射率大， 之发射率就小。 之发射率就小。按照发射率与波长的关系，把地物分为： 黑体或绝对黑体：发射率为 1，常数。 灰体(grey body)：发射率小于 1，常数 选择性辐射体：反射率小于 1，且随波长而 变化。基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面 ： 积上的辐射通量 W 和吸收率之比，对于任 何物体都是一个常数，并等于该温度下 同面积黑体辐射通量 W 黑。W=W 黑W = W 黑 =4在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波 段） ；吸收率越大，发射率也越大。地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物 微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这
18、种特征构成了红外遥感的理论基础。W = T6、黑体的微波辐射1)2)任何物体在一定的温度下，不仅向外发 射红外辐射，也发射微波辐射。二者基 本相似。但微波是地物低温状态下的重 要辐射特性，温度越低，微波辐射越明 显。 微波辐射比红外辐射弱得多，但技术上 可以经过处理来接收。二、太阳辐射及大气影响太阳是最大的天然辐射源 1.731017J/s 送到地球的能量约为1.太阳常数 地球大气层顶端 日地平均距离 一个天文 太阳常数 日地平均距离(一个天文 单位 单位 1.4959851011m)处垂直于太阳射线的单位面 处垂直于太阳射线的单位面 积上在单位时间内接收到的太阳辐射能量 I=1.360103
19、 W/m2 2.太阳光谱 连续光谱 夫朗和费吸收线 (暗线 太阳光谱 暗线) 暗线 69 种元素 种元素辐射特性基本类似于黑体 等效黑体温度 5762K Solar Spectrum = Shortwave spectrum =visible spectrum:Sun at 6000K; peak emission at 0.48 m太阳能量 99%集中在波长 0.24m, 可见光部分占 集中在波长 太阳能量 43% 最大能量在 0.48m. 3.由于大气影响 大气顶层与地面处辐照度曲线有很大 由于大气影响,大气顶层与地面处辐照度曲线有很大 由于大气影响 不同.(衰减 吸收 不同 衰减 吸收
20、散射 反射 ) 另外真实辐照度与太阳高度角也有关系 天顶角 太阳高度角 太阳高度角 I = I cos*D-24.大气效应 大气效应 a.地球大气 分层: 分层 对流 平流 电离 外大 气层 成份: 成份 不变成份 N2 O2 Ar CO2 CH4 NO H2 He (80km 以 以 下相对比例不变可变成份 O3 H2O 尘 埃 盐粒 气溶胶等雾霾较大雾霾较小部分雾霾严重雾霾b.大气传输特性 大气传输特性衰减电磁波 (吸收 散射为主 ) 吸收就可见光和近红外而言，约占 ， 就可见光和近红外而言，约占 30， 其次为散射的作用，约占 22， ，占第三位 其次为散射的作用，约占 ，占第三位 是吸
21、收，约占 17，这样， ，这样 是吸收，约占 ，这样，透过大气到达 地面的能量仅占入射总能量的 31 地面的能量仅占入射总能量的 大气的透射率：透射率与路程、 大气的透射率：透射率与路程、大气 的吸收、散射有关。 的吸收、散射有关。c.大气的吸收作用 大气的吸收作用 某些大气成份对电磁波有吸收作用(转变为 某些大气成份对电磁波有吸收作用 转变为 自身分子内能 )氧气：小于 0.2 m；0.155 为峰值。高空遥感很少使 用紫外波段的原因。 臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空 遥感影响不大。 水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。 主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因
22、此， 水对红外遥感有极大的影响。 二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽 略不计。d.大气散射 大气散射 其实质是电磁波在传输中遇到各种微粒产 与波长有关) 生的衍射现象 (与波长有关) 影响: 降低原入射方向的强度, 影响: 降低原入射方向的强度, 增加了漫 入射成份(增加了信号中的噪声) 入射成份(增加了信号中的噪声)降低了遥感数 据的质量、影像模糊，影响判读。 据的质量、影像模糊，影响判读。大气散射集中在太阳辐射能量最强的 可见光区。因此， 可见光区。因此，散射是太阳辐射衰减 的主要原因。 的主要原因。Scattering of EM energy by the atmosphe
23、reRelationship between path length of EM radiation and the level of atmospheric scatter三种散射作用实际上分为 ?瑞利 (分子 散射 瑞利 分子 分子)散射 -4 小 散射强 (a )1.瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时， 此时的散射称为瑞利散射。 散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散 射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是 红光散射的 30 倍，0.4 微米的蓝光是 4 微米红外 线散射的 1 万倍。 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的 影响很小，对微波的影响可以不计。 多波段中不使用蓝
24、紫光的原因：颜色红橙黄黄绿青兰紫紫外线波长0.70.62 0.57 1.6 2.20.53 3.30.47 4.90.4 0.3 5.4 30.0散射率 1无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？ 朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？2.米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差 不多时的大气散射。主要是大气中的气 溶胶引起的 云、雾的粒子大小与红外线的波长接 近，所以云雾对对红外线的米氏散射 不可忽视。3. 无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长 大得多时所发生的散射。符合无选择性散 射条件的波段中，任何波段的散射强度相 同。 水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生 非选择性散射。 云雾为什么通常呈现白色？散射特性瑞利散
25、射是造成图像辐射畸变和模糊的 主要原因。 主要原因。 米氏散射可叠加在瑞利散射之上 大气散射增强了地面的辐射和大气层的 亮度” 降低了图像的反差度。 “亮度”，降低了图像的反差度。结论1. 太阳辐射衰减的原因是什么？ 2. 在可见光和近红外波段，大气最主要的散射作用是什么？3. 微波为什么具有极强的穿透云层的作用？ 4. 为什么在选择遥感工作波段时，要考虑大气层的散射和吸收作用？e. 折射 反射 折射:传播方向改变 与大气密度有关) 折射 传播方向改变 直线成曲线 (与大气密度有关 与大气密度有关 反射:两种介质的交界处发生反射 反射 两种介质的交界处发生反射云量多少影 响反射情况遥感中,通常
26、把电磁波通过大气层时较少 遥感中 通常把电磁波通过大气层时较少 被反射、 吸收或散射的,透过率较高的波段称为 透过率较高的波段称为大气窗 被反射 、 吸收或散射的 透过率较高的波段称为 大气窗 也即传感器使用的观测波段). 口(也即传感器使用的观测波段 也即传感器使用的观测波段f.大气窗口要获得地面的信息，必须在大气窗口中选择遥感波段。大气窗口解释 1）0.31.3um： 包括全部可见光 可见光（95） ，部分紫外光 可见光 （70） ，部分近红外光 近红外光（80） 。 近红外光 摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目标电磁波辐 射信息。 2）1.52.5um： 白天记录 3）3.55.5u
27、m： 扫描成像记录 4）814 um： 扫描记录 近红外窗口，6095，扫描成像， 中红外窗口，6070，白天夜间， 远红外窗口，超过 80， 白天夜间，5）1.4300mm： 微波窗口， 白天夜间，扫描记录。 大气窗口Atmospheric windows.不 同 波 段 所 成 的 影 像三、地球辐射和地物波谱相当于 300K 黑体辐射 ,峰值波长 9.66m(属远红外辐 相当于 黑体辐射 峰值波长 属远红外辐 射) 1.地球辐射 0.3-2.5m 反射太阳 地球辐射 分段特性 2.5-6m 6m 反射太阳及自身热辐射 自身热辐射太 阳 与 地 球 辐 射 的 电 磁 波 谱了解地球辐射的
28、分段特性的意义可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反 射特性。 中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的 信息，也有地球自身的热辐射的信息。 热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐 射特性。2. 地物自身热辐射地表各种物体都具有发射电磁波的能力。由地 表物体发射的电磁波一般称为地表热辐射。 地表物体的自身热辐射由比辐射率、温度、波 长决定： M=*M0, 基尔霍夫定律 红外辐射计来探测地表物体的温度 在温度一定的情况下，物体的比辐射率随波长 变化。曲线形态特殊时可以用发射率曲线来识 别地面物体。几种主要地物的发射率2 地物波谱特征2.1 地物的发射波谱 2.2 地物的透射波谱
29、2.3 地物的反射波谱2.1 地物发射光谱地物的发射率随波长变化的规律，称为地物的发射光 谱。地物发射率的不同是红外遥感技术的重要依据。2.2 地物的透射光谱透明物体：具有透射一定波长电磁波能力的物体。 透射率（） ： 入射光透过物体的能量与入射总能量 之比。 举例： 1）水体在蓝绿波段，混水 1-2 米，一般水体 10-20米。 2）微波对地物具有明显的透射能力，由入射波的 波长决定。2.3 地物的反射光谱电磁波与物体相互作用过程中，会出现三种情 况：反射、吸收、透射，遵守能量守恒定律。Es() = E() + E() + E ()() +() + () = 1I 入射 A 吸收 R 反射
30、T 透射2.3.1 物体反射分类反射率定义 反射能量占总入射能量之比 反射率定义:反射能量占总入射能量之比 定义 = (E/E)100% (1) (实际由于物体固有结构特点 对不同波长 实际由于物体固有结构特点,对不同波长 实际由于物体固有结构特点 的电磁波有选择性的反射) 的电磁波有选择性的反射根据物体表面的粗糙 程度，反射分为：(a) 镜面反射 (b) 漫反射（朗伯反射） (c) 有向反射 (d) 混合反射反射分类图示1) 镜面反射2)漫反射(朗伯反射) 2)漫反射(朗伯反射) 漫反射： 漫反射：发生在非常粗糙的表面上的一种反射现象。 不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向 是一致的
31、。 即当入射辐照度 I 一定时，从任何角度观察反 射面，其反射辐照亮度是一个常数，这种反射面又 叫朗伯面.航天遥感中，地球表面相对于遥感器的高度，近似视为 朗伯面。3) 有向反射 有向反射比较复杂，反射率是入射角、反射角、入 射方位角、反射方位角的函数。M ( Zi?i ) ( Zs, Zi, ?s, ?i ) = Es ( Zs?s )4) 混合反射 一部分镜面反射，一部分朗伯反射。有向反射和混合反射与电磁波的入射方向和观察方向 有关，在航空遥感中具有重要意义。2.3.2 常见地物的反射波谱曲线地物的反射波谱与反射曲线 ： 反射波谱是某物体的反射 率（或反射辐射能）随波长变 化的规律，以波长
32、为横坐标， 反射率为纵坐标所得的曲线。 地物反射率随波长的变化规律, 地物反射率随波长的变化规律 反映出不同波段的不同反射率. 反映出不同波段的不同反射率 ?物体的反射波谱限于紫外、可见 光和近红外，尤其是后两个波段。地物波谱特性 ?不同地物有不同的反射波谱 不同地物有不同的反射波谱 ?同类地物的反射光谱是相似的 同类地物的反射光谱是相似的 ?时间特性和空间特性 (不同季节 不同时间 不同地貌位 时间特性和空间特性 不同季节 置)白橡树不同生长期的反射光谱曲线反射光谱特性取决于该物体与入射辐射相互作 用的波长选择，即对入射辐射的反射、吸收和 透射的选择性，其中反射作用是主要的。 ?物体对入射辐
33、射的选择性作用受物体的组成成 分、结构、表面状态以及物体所处环境的控制 和影响。在漫反射的情况下，组成成分和结构 是控制因素。 ?任何物体的反射性质是揭示目标本质的最有用信息。 最有用信息。不同植被的反射光谱曲线反射光谱特点各种物体由于其结构和组成成分不同，反射光 谱特性是不同的。 ?即：各种物体的反射特性曲线的形状是不一样 的，即便是在某波段相似，甚至一样，但在另 外的波段还是有很大的区别的。这个特点的重要性是什么？ 这个特点的重要性是什么？ 这个特点的重要性是什么地物波谱曲线的作用不同地物在不同波段有不同的反射率，物 体的反射特性曲线作为判读和分类的物理基 础，广泛地应用于遥感影像的分析和
34、评价中。 物体波谱曲线特征，反映出该地物类型在不同 波段的反射率，通过测量该地物在不同波段的 反射率，并以此与遥感传感器获得的数据相对 照，可以识别遥感影像中同类地物。多光谱遥感、高光谱遥感常见的几种地物类型波谱特征植被 土壤 水体 岩石植物的光谱曲线由于植物均进行光合作用，所以各类绿色植 物具有很相似的反射波谱特性。在可见光波段，健康的绿色植被的波谱 特性取决于叶子。 ?反射峰值在 0.55 m，叶绿素对绿光反射 强烈，而对蓝波段和红波段强烈吸收。 0.45m，0. 67m 叶绿素吸收蓝区和红区 能量。 ?如果植物受到某种形式的抑制，叶绿素 含量下降，植物变黄色，植物衰老时变 黄色或者红色。
35、在近红外波段植物的光谱取决于叶片内部的细 胞结构。 ?在 0.7m-1.3m 叶子吸收能量少，反射率来自 植物叶子内部结构，形成高反射。 ?由于叶子内部结构差别大，植被在近红外的发 射差异比可见光区域大，所以在近红外波段内 测量植物的反射率来区别不同的植物 在中红外波段，由于植物叶子内水的强烈吸收, 在 1.45m，1.95m，2.7m 处有吸收带。不同健康状态松树的反射光谱曲线影响植被波谱特征的主要因素植被类型 植被生长季节 病虫害影响 植物波谱特征大同小异，根据这些特征 可以区分植被种类、生长状态等。土壤的波谱特征自然状态下的土壤表面反射曲线呈 比较平滑的特征，没有明显的反射 峰和吸收谷。
36、 在干燥条件下，土壤的波谱特征主要与成土矿物（原生矿物和次生矿 物）和土壤有机质有关。土壤的光谱曲线重度盐渍化 轻度盐渍土 中度盐渍化 非盐渍土 轻微盐渍化含水量对 土壤反射光谱曲线对影响土壤含水量增加，土壤的反射率就 会下降，在水的各个吸收带（1.4， 1.9 和 2.7 微米处附近区间） ，反射率 的下降尤为明显。粉砂土壤不同含水量情况下的光谱反 射率曲线图水体的波谱特征纯净水体的反射主要在可见光的蓝 绿光波段，可见光其他波段反射很 低 在近红外和中红外波段纯净的自然 水体的反射率很低，几乎趋近于零。水中其它物质对波谱特征的影响水中含有泥沙，可见光波段反射率会增 加，峰值出现在黄红区。 水
37、中含有水生植物叶绿素时，近红外波 段反射明显抬高。水体的光谱曲线藻类悬浮物含沙水流 清水长江支流香溪的光谱特性曲线岩石矿物的波谱曲线岩石反射波谱主要由 矿物成分 矿物含量 物质结构等决定 在遥感探测中可以根据所测岩石 的具体情况选择不同的波段。岩石的光谱曲线影响岩石矿物波谱曲线的因素岩石风化程度 岩石含水状况 矿物颗粒大小 岩石表面光滑程度 岩石色泽等总体而言，影响地物反射率变化的因素包括： 总体而言，影响地物反射率变化的因素包括： 太阳位置 传感器位置 地形 气候 季节 大气状况 地物本身变异(含水量 生长期) 地物本身变异 含水量 生长期绝大部分地物的波谱值具有一定的变幅， 绝大部分地物的
38、波谱值具有一定的变幅，它 们的波谱特征不是一条曲线， 们的波谱特征不是一条曲线，而是具有一定宽 度的曲带同一作物在不同生长阶段的波谱特性曲线新雪和陈雪的反射波谱大豆的反射波谱带2.3.3 遥感器接受的电磁辐射 遥感器接受的电磁辐射 到达地面的太阳辐射 直接辐射：直接辐射： 太阳辐射经大气衰减后到达地面的部 分。 天空辐射：太阳辐射经过大气散射后辐射到地面 天空辐射： 的部分。 的部分。遥感器接受的电磁辐射Bs： 太阳辐射经地面目标反射后到达遥感器的辐射能 BA： 太阳辐射经大气散射到遥感器的辐射能3.地物波谱特性的测量 地面测量 地物波谱特性的测量(地面测量 地物波谱特性的测量 地面测量) ?
39、 测量目的和作用 选择 验证 评价传感器波段 测量目的和作用: 航天 RS 数据的关系 建立地面 航空 航天 数据的关系 与地面特征进行相关分析并建立应用模型 ? 测量理论 双向反射分布函数 测量理论: 双向反射分布函数(BROF) 双向反射比因子(BRF) 一定条件下目标的反射辐 射通量与标准参考面(朗伯面 朗伯面)反射辐射通量的比值 射通量与标准参考面 朗伯面 反射辐射通量的比值 ? 测量方法 室内 分光光度计 测量方法: 室内-分光光度计 室外:仪器 光谱辐射计 室外 仪器-光谱辐射计 标准板 仪器 光谱辐射计,标准板 ? 注意事项 时间 位置 注意事项:光谱辐射计In situ spectroradiometer measurement of soybeans思考叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变 化的一般规律。 地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？ 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。 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？1
