地物的波谱特性与大气对遥感监测的影响
大气和环境对遥感的影响
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. 无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？
4. 朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？
5. 微波为什么具有极强的穿透云层的作用？ 6. 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？
五、环境对地物光谱特性的影响
1. 地物的物理性状 2. 光源的辐射强度：纬度与海拔高度 3. 季节：太阳高度不同 4. 探测时间：时间不同，反射率不同。
5. 气象条件
▪ Rayleigh scatter is one of the principal causes of haze in imagery. Visually haze diminishes the crispness or contrast of an image.
Relationship between path length of EM radiation and the level of atmospheric scatter
▪ This normally involves absorption of energy at a given wavelength.
▪ The most efficient absorbers of solar radiation in this regard are:
– Water Vapour – Carbon Dioxide – Ozone
大气和环境对遥感的影响
• 大气的成分和结构 • 大气对太阳辐射的影响 • 大气窗口 • 环境对地物光谱特性的影响
一、大气的成分
• 大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射 和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分 有关。
大气对遥感卫星图像品质的影响分析
大气对遥感卫星图像品质的影响分析随着技术的不断进步，遥感技术在很多领域都得到了广泛应用，如地质勘探、环境监测等。
然而，遥感卫星图像的品质却受到了大气的影响。
本文将对大气对遥感卫星图像品质的影响进行分析。
首先，大气对遥感卫星图像的可见光和红外波段的透过率会有所降低，导致图像的质量受到影响。
空气中的水汽、沙尘、气溶胶等物质会对遥感卫星图像的品质造成干扰，使得图像的细节和清晰度下降。
此外，大气辐射也会引入误差，影响到遥感卫星图像的精度和准确性。
其次，大气的天气状况也会直接影响到遥感卫星图像的品质。
在雾、雨、雪等恶劣天气中，光线的散射、反射和折射等现象会增加，使得遥感卫星图像呈现模糊不清、亮度低、对比度差等问题，严重影响了遥感卫星图像的观测效果。
接下来，暴雪、雷暴等极端天气也会使得卫星图像的观测和传输过程中断，甚至数据完全失效，这也是大气因素造成的遥感卫星图像品质不良的原因之一。
最后，大气的不稳定性也是大气对遥感卫星图像品质的影响因素之一。
例如，在日出和黄昏时期，光线的折射角会不断变化，导致遥感卫星图像呈现出较大的光斑、色差等问题，因此需要通过降低观测时间、增加观测精度等方式来缓解该问题。
总之，大气对遥感卫星图像品质的影响是不可避免的。
为了提高遥感卫星图像品质的准确性和精度，需要采用一系列方法和技术手段来降低大气因素的影响。
其中，使用多光谱遥感技术、精确控制遥感卫星的观测角度、调节图像亮度和对比度等方法都是目前常用的手段。
在今后的研究和发展中，需要继续探索更加高效、精准的遥感图像处理技术，以逐步实现遥感卫星图像的高质量观测。
为了降低大气对遥感卫星图像品质的影响，需要通过多方面的措施来加以解决。
首先，在遥感卫星发射之前，需要对其进行精确的轨道设计和气象预测，以便在观测时段选择适当的时间和地点。
同时，还需对卫星和传输系统进行精密的校准和定位，确保获得最佳的图像质量。
其次，在图像处理阶段，需要使用多光谱遥感技术和其他先进技术，对图像进行复杂的处理和加工，如背景去除、染色增强、几何形状重建等。
(完整版)遥感应用分析原理与方法习题和答案
绪论思考题1.如何理解“遥感” 是以电磁波与地球表面物质相互作用为基础来探测、研究地面目标的科学。
遥感—是一种远离目标，通过非直接接触而感知、测量、分析并判定目标性质，其空间展布、类型及其数量的探测技术。
广义上的遥感：泛指一切不接触物体而进行的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。
狭义上的遥感：指不与探测目标相接触，利用传感器（遥感器），把目标的电磁波特性记录下来，通过对数据的处理、综合分析，揭示出物体的特点及其变化规律的综合性探测技术。
地物波谱特性然界任何物体都具有反射、吸收、发射电磁波的能力，这是由于组成物质的最小微粒不同运动状态造成的；不同的物质由于物质组成和内部结构、表面状态不同，具有相异的电磁波谱特性，这是遥感识别目标的前提；地物波谱特征可通过各种光谱测量仪器测得。
遥感的物理基础任何物体都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，物体与电磁波的相互作用，形成了物体的电磁波特性，这是遥感探测物体的依据。
2.遥感的特点（优势）主要有哪些？遥感的特点（优势）：面状信息获取：时效性：快速准确连续性：动态观测多维信息：平面、高程（立体）生动、形象、直观：经济：节约人力、物力、财力、时间……3. 说明遥感应用的基本步骤。
遥感应用的基本步骤：• 根据研究的目标选择合适的遥感数据源考虑空间分辨率、时间分辨率、光谱波段等因素，目标不同、尺度不同、时相要求不同、光谱特点不同• 进行图像的（预）处理多时相图像配准、几何纠正、图像镶嵌、数据融合• 特征参数选择波段选择band selection、特征提取feature extraction（通过一定的数学方法对原始波段进行处理，得到能反映目标地物特性的新的参数，如植被指数、主成分等等）• 建立分类系统各类及亚类分类指标（定性、定量）• 专题信息提取（分类）与综合分析分类，并对分类结果进行分析（数量、质量、分布、发展变化特点与趋势、产生的原因）• 结果检验与成果输出对结果进行验证（直接验证、间接验证），满足需要则输出结果，反之，返回第三步、第四步，进行相关的修改、调整。
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么？应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
2.遥感探测系统包括哪几个部分？被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②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）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
《遥感原理与应用》试题答案及要点
《遥感原理》试题及答案重点 (3-12)《遥感原理》试题三答案重点一、名词解说（ 20 分）1、多波段遥感：探测波段在可见光与近红外波段范围内，再分为若干窄波段来探测目标。
2、维恩位移定律：黑体辐射光谱中最强辐射的波长与黑体的绝对温度成反比。
黑体的温度越高，其曲线的峰顶就越往左移，即往短波方向挪动。
3、瑞利散射与米氏散射：前者是指当大气中的粒子直径比波长小得多的时候所发生的大气散射现象。
后者是指气中的粒子直径与波长相当时发生的散射现象。
4、大气窗口；太阳辐射经过大气时，要发生反射、散射、汲取，进而使辐射强度发生衰减。
对传感器而言，某些波段里大气的投射率高，成为遥感的重要探测波段，这些波段就是大气窗口。
5、多源信息复合：遥感信息图遥感信息，以及遥感信息与非遥感信息的复合。
6、空间分辨率与波谱分辨率：像元多代表的地面范围的大小。
后者是传感器在接收目标地物辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔。
7、辐射畸变与辐射校订：图像像元上的亮度直接反应了目标地物的光谱反射率的差异，但也遇到其余严肃的影响而发生改变，这一改变的部分就是需要校订的部分，称为辐射畸变。
经过简易的方法，去掉程辐射，使图像的质量获得改良，称为辐射校订。
8、光滑与锐化；图像中某些亮度变化过大的地区，或出现不应有的亮点时，采取的一种减小变化，使亮度缓和或去掉不用要的“燥声”点，有均值光滑和中值滤波两种。
锐化是为了突出图像的边沿、线状目标或某些亮度变化大的部分。
9、多光谱变换；经过函数变换，达到保存主要信息，降低数据量；加强或提取实用信息的目的。
本质是对遥感图像推行线形变换，使多光谱空间的坐标系按照必定的规律进行旋转。
10、监察分类：包含利用训练样本成立鉴别函数的“学习”过程和把待分像元代入鉴别函数进行判其余过程。
二、填空题（ 10 分）1、1999 年，我国第一颗地球资源遥感卫星（中巴地球资源卫星）在太原卫星发射中心发射成功。
2、陆地卫星的轨道是太阳同步轨道- 轨道，其图像覆盖范围约为185-185 平方公里。
成都理工大学遥感地质学试题及答案
成都理工大学地质学专业2010级《遥感地质学试题》1. 遥感系统的组成为＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿。
2. 遥感技术发展的历史可分为＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿四个阶段，其中第四阶段是从＿＿＿＿＿年算起的。
3. NASA的全称是（中文）＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，英文全称是＿＿＿＿＿。
它是美国联邦政府机构，成立于1958年。
负责美国所有各种＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿以及＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿的研究及装备建造工作。
4. ＿＿＿年＿＿＿日，中国第一颗人造地球卫星＿＿＿＿＿发射成功。
5. 遥感分类中按遥感平台可分为＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。
按传感器的探测波段可分为：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。
按工作方式可分为：＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。
按RS的应用领域可分为：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿等。
6. 遥感技术的特点有：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿等。
7. 当前遥感技术发展的趋势为：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。
8. 遥感机理是通过利用＿＿＿＿＿主动或被动地接受地面目标＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿的＿＿＿＿＿，通过＿＿＿＿＿所传递的信息来识别目标，从而达到＿＿＿＿＿的目的。
9. 电磁波是电磁振动的传播，当电磁振荡进入空间时，变化的＿＿＿＿＿激发了变化的＿＿＿＿＿，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波，也称电磁辐射。
10. 电磁波是＿＿＿＿＿波，质点的震动方向与波的传播方向＿＿＿＿＿。
11. 电磁波遇到介质（气体、液体、固体）时，会发生＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿现象。
12. 可见光的波长范围是＿＿＿＿＿到＿＿＿＿＿。
13. 黑体的性质是吸收率为＿＿＿，反射率为＿＿＿。
14. 按照维恩位移定律的描述，黑体辐射光谱中最强辐射的波长λmax与黑体绝对温度T成＿＿＿。
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
2.遥感探测系统包括哪几个部分被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②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）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么？应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
2.遥感探测系统包括哪几个部分？被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②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）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
第二章_电磁辐射与地物光谱特性
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 = fλ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θ = 1.22λd(对设计遥感器的空间分辨率具有重要意义) 率具有重要意义)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 6.6260755×10-34J/s f 频率λ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。
2.3 地物波谱特征
2、 影响样本光谱的因素
2、 影响样本光谱的因素 在光谱的采集过程中，对我们所感兴 趣的样本产生影响的因素很多，而且关 系非常复杂。这些因素中，有些是可以 在数据的处理过程中削弱和去除的，而 有些因素产生的影响却是无法估计和处 理的。所以在采集样本光谱时，我们必 须考虑到各种因素，尽量避免一些无法 定量的因素对最终结果产生影响。
地物反射波谱特征
反射率和反射光谱
–物体的反射
物体的反射状况根据其表面状况的不同分为三种：
镜面反射:入射角与反射角相等 漫反射:当入射辐照度I一定时，从任何角度观察
反射面，其反射辐射亮度是一个常数，这种反射 面又叫朗伯面。
实际物体反射:介于镜面和朗伯面（漫反射
面）之间
实际物体反射
设φ i、θ i分别为入射 方向的方位角和天顶 角，φ r、θ r分别为某 一反射方向的方位角 和天顶角。那么方向 反射因子ρ ’可以表 示为： Lr ( r r ) ' ( i i , r r ) I i ( i i )
1.2 测量仪器的软件介绍
多种参数设置：
Spectra Wiz软件中提供了许多设置参数来控制各种不 同的功能，例如： Detector integration time （TIME）设定光谱仪输 出信号功率； Spectral smoothing controls （SIM）设定光谱曲线平 滑算子； Number of scans to average （AVG）设定光谱平均采 样次数； 合理的设置这些参数，能够起到事半功倍的效果。例 如，选择适当的TIME和AVG参数值，能使仪器在较 短的时间内获得高信噪比的数据，这样便为数据的后 期处理减轻了负担。
或氧化镁制成，在反射天顶角≤45o时，
遥感应用知识体系-地物波谱特性与遥感光学基础
加色法与减色法
1、颜色相加原理 • 三原色：若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜
色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，可以形成
各种色调的颜色，则称之为三原色。红、绿、蓝。
• 互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色就
称为互补色。红和青、绿和品红、蓝和黄。
红+蓝=品红 绿+蓝=青
表面粗糙度及瑞利准则
• 地物表面的粗糙度(Surface Roughness) ：地物表面起伏高差
的均方根值。
h
粗糙度推导示意图
两波差 相位为完全抵消，差0 为完全相重合，介乎之间差 2 4
2 h co s
（光程差）
4 （相位差）
h
其中：
8 cos
为粗糙度； 为光的入射角； 为光波长。
• 光谱反射率：地物对应于某个波长电磁波的反射率。 • 反射波谱: 地物的反射系数（率）随入射波长的变化
规律叫做该地物的反射波谱。
• 反射波谱特性曲线: 以波长为横坐标，反射率为纵坐
标所得的曲线称为物体的反射波谱特性曲线。
二、反射波谱特性曲线
• 反射波谱特性曲线：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，以波长为横坐标，反射率为 纵坐标所得的曲线。
波长的电磁波则透射能力较强，特别是0. 45~0. 56μm的蓝绿光波段。
一般水体的透射深度可达10～20 m，清澈水体可达100 m的深度。
地表吸收太阳辐射后具有约300 K的温度，从而形成自身的热辐射，其 峰值波长为9.66 μm，主要集中在长波，即6μm以上的热红外区段。就 短波而言，地表反射的太阳辐射称为地表的主要辐射来源，而地表自 身的辐射可以忽略不计。
地物反射波谱特征及高光谱成像遥感
收稿日期:2008-08-28作者简介:张亚梅(1969-),女,河北秦皇岛人,硕士研究生,主要研究方向为光电工程及自动控制.文章编号:1673-1255(2008)05-0006-06地物反射波谱特征及高光谱成像遥感张亚梅(东北电子技术研究所,辽宁 锦州 121000)摘 要:依据地表物体表面外形特性,物体反射分为镜面反射、漫反射和方向反射.探讨了3类反射的特性曲线,介绍了几种典型的地物类型反射波谱特征,并对影响地物光谱反射特性变化的因素进行了概略描述,以加强对地物电磁波谱特征的认知,及开展与高光谱成像领域相关的遥感图像分析、反演和应用等方面的工作.关键词:地物;反射波谱;高光谱成像;遥感中图分类号:V 443.5 文献标识码:ASpectrum Characteristics of Surface Features Reflectionand High Spectral Imaging Remote SensingZHANG Ya -mei(Northeast Res earch Institute of Electronics Technolo gy ,Jinzhou 121000,china )A bstract :Based on the external features of surface objects ,the objects reflection is divided into mirror surface re -flection ,diffuse reflection and directional reflection .In order to have a deep know ledge of the electromagnetic spectrum characteristics of surface features ,three kinds of reflected characteristic curves are discussed ,and sev -eral types of spectrum characteristics of surface features reflection are introduced .The factors influencing the spectral reflection characteristics of surface features are sum marized and the wo rk on remote sensing image analy -sis ,counterevidence and application related to the field of high spectral imaging are done .Key words :surface features ;reflected spectrum ;high spectral imaging ;remote sensing 自1948年原苏联的克里诺夫出版了有关地物波谱特性研究以来,人们开展了大量的地物波谱特性的观测和研究.20世纪60年代美国为发射地球资源卫星曾全面地开展了地物波谱特性研究,20世纪70年代该项研究进入高潮.目前研究的波段基本覆盖了遥感所使用的波段,测量和研究的对象包括了自然界的植被、土壤、岩石、水体和人工建筑等地物.这些研究对认识遥感成像机理、遥感图像解译、遥感仪器最佳探测波段选择和遥感仪器研制等起到了推动作用.随着遥感应用的深入,遥感信息与地物相互作用的研究有了进一步发展;特别是成像光谱仪的应用,不仅显示了地物波谱特性研究的重要性,而且也推动了这一领域的研究.因为它可以获得图谱合一的信息,可以直接将地物波谱特性和遥感图像结合在一起,在图像分析和应用方面都取得了很好的结果.现代遥感技术的发展,不仅延伸了地物的成像波段范围,而且可以在需要的任何波段独立成像或连续成像,提高了地物光谱分辨力,有利于区别各类物质在不同波段的光谱响应特性,突出特定地物反射峰值波长的微小差异.开展地物可见光和近红外反射波谱特征分析研究是对遥感图像进行数据利用和评价的物理基础[1].1 地物的反射类别及反射特性曲线地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表现,可见光和近红外波段主要表现地物反射作用和地物的吸收作用.因此,地物反射波谱特征也就第23卷第5期2008年10月 光电技术应用ELECT RO -O PT IC T ECHNO LOG Y APP LICA TI ON Vo l .23,No .5October .2008是指地物可见光和近红外波段波谱特征.根据地表目标物体表面性质的不同,物体反射大体上可以分为3种类型,即镜面反射、漫反射、方向反射(实际物体的反射).镜面反射是指物体的反射满足反射定律.当发生镜面反射时,对于不透明物体,其反射能量等于入射能量减去物体吸收的能量.自然界中真正的镜面很少,非常平静的水面可以近似认为是镜面.漫反射,如果入射电磁波波长λ不变,表面粗糙度h 逐渐增加,直到h 与λ同数量级,这时整个表面均匀反射入射电磁波,入射到此表面的电磁辐射按照朗伯余弦定律反射,其反射辐照亮度是一个常数,这种反射面又叫朗伯面.实际地物表面由于地形起伏,在某个方向上反射最强烈,称为方向反射,是介于镜面和朗伯面(漫反射)之间的一种反射.自然界中绝大多数地物的反射都属于这种类型的反射,又叫非朗伯面反射.它发生在地物粗糙度继续增大的情况下,反射具有各向异性,即实际物体面在有入射波时各个方向都有反射能量,但大小不同.从空间对地面观察时,对于平面地区,并且地面物体均匀分布,可以看成漫反射;对于地形起伏和地面结构复杂的地区,为方向反射.图1示出了3种反射的情况.图1 3种反射形式反射率是物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比,ρ=E r /E ,这个反射率是在理想漫反射体的情况下,整个电磁波长的反射率.实际上由于物体固有的结构特点,对于不同波长的电磁波会产生有选择的反射,例如绿色植物的叶子由于表皮、叶绿素颗粒组成的栅栏组织和多孔薄壁细胞组织构成,如图2所示.入射到叶子上的太阳辐射透过上表皮,蓝、红光辐射能被叶绿素吸收进行光合作用;绿光也吸收了一大部分,但仍反射一部分,所以叶子呈现绿色;而近红外线可以穿透叶绿素,被多孔薄壁细胞组织所反射.因此,在近红外波段上形成强反射.图2 叶子的结构及其反射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,以波长为横坐标,反射率为纵坐标所得的曲线即称为该物体的反射波谱特性曲线,光谱反射率ρl =E rlE l.物体的反射波谱的特征主要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.如图3所示为4种地物的反射光谱特性曲线.从图3中曲线可以看到,雪的反射光谱与太阳光谱最相似,在蓝光0.49μm 附近有个波峰,随着波长增加反射率逐渐降低.沙漠的反射率在橙色0.6μm 附近有峰值,但在长波范围里比雪的反射率要高.湿地的反射率较低,色调发暗灰.小麦叶子的反射光谱与太阳的光谱有很大差别,在绿波处有个反射波峰,在红外部分0.7～0.9μm 附近有一个强峰值.图3 4种地物的反射波谱特性曲线各种物体,由于其结构和组成成分不同,反射特性曲线的形状是不一样的,即便是在某波段相似,甚7第5期 张亚梅:地物反射波谱特征及高光谱成像遥感 至一样,但在另外的波段还是有很大的区别的.例如图4所示的柑桔、番茄、玉米、棉花4种地物的反射特性曲线,在0.6～0.7μm 之间很相似,而其他波长(例如0.75～2.5μm 波段之间)的光谱反射特性曲线形状则不同,有很大差别.图4 4种植物的反射波谱特性曲线2 常见的几种地物类型波谱特征2.1 植被的反射波谱特性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,其特征是:在可见光波段0.55μm (绿光)附近有反射率为10%～20%的一个波峰,两侧0.45μm (蓝)和0.67μm (红)则有2个吸收带.这一特征是由于叶绿素的影响造成的,叶绿素对蓝光和红光吸收作用强,而对绿色反射作用强.在近红外波段0.8～1.0μm 间有一个反射的陡坡,至1.1μm 附近有一峰值,形成植被的独有特征.这是由于植被叶的细胞结构的影响,除了吸收和透射的部分,形成的高反射率.图5 绿色植物反射波谱曲线在中红外波段1.3～2.5μm ,以1.45、1.95μm 和2.7μm 为中心是水的吸收带,受到绿色植物含水量的影响,吸收率大增,反射率下降,形成低谷.而1.5～1.9μm 光谱区反射率增大.绿色植物反射波谱曲线如图5所示[2].植物波谱在上述基本特征下仍有细部差别,这种差别与植物种类、季节、病虫害影响、含水量多少有关系,如图6所示3种类型树木的光谱曲线比较.图6 3种类型树木的光谱曲线比较2.2 土壤的反射波谱特性自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值,一般来讲土壤的光谱特性曲线与以下一些因素有关,即:土壤类别、含水量、有机质含量、砂、土壤表面的粗糙度、粉砂相对百分含量等.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、2.7μm 处附近区间),反射率的下降尤为明显.此外肥力也对反射率有一定的影响.由图7可以看出,土壤反射波谱特性曲线较平滑,因此在不同光谱段的遥感影像上,土壤的亮度图7 3种不同类型土壤在干燥环境下的光谱曲线8 光 电 技 术 应 用 第23卷区别不明显[2].2.3 水体的反射波谱特性水体对0.45～0.56μm 蓝绿光波段透射能力较强,一般深度可达10～20m ,清澈水体可达100m 的深度.同时,水体的反射也主要在蓝绿光波段,其他波段吸收率很强,特别在近红外、中红外波段有很强的吸收带,反射率几乎为零,因此在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓,在此波段的黑白正片上,水体的色调很黑,与周围的植被和土壤有明显的反差,很容易识别和判读.但是当水中含有其他物质时,反射光谱曲线会发生变化.水含泥沙时,由于泥沙的散射作用,可见光波段发射率会增加,峰值出现在黄红区.如图8所示水中含有叶绿素时,近红外波段明显抬高,这些都是影像分析的重要依据.图8 叶绿素含量不同时水体的光谱曲线2.4 岩石的反射波谱特性岩石的反射波谱主要由矿物成分、矿物含量、物质结构等决定.影响岩石矿物波谱曲线的因素包括岩石风化程度、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.几种岩石的反射波谱曲线如图9所示.在遥感探测中一般根据所测岩石的具体情况选择不同的波段.2.5 城市道路、建筑物的反射波谱特性在城市遥感影像中,通常只能看到建筑物的顶部或部分建筑物的侧面,特别是建筑材料所构成的屋顶.从图10中可以看出,铁皮屋顶表面成灰色,反图9 几种岩石的反射波谱曲线射率较低而且起伏小,所以曲线较平坦.石棉瓦反射率最高,沥青粘砂屋顶,由于其表面铺着反射率较高的砂石而决定了其反射率高于灰色的水泥平顶.绿色塑料棚顶的波谱曲线在绿波段处有一反射峰值,与植被相似,但它在近红外波段处没有反射峰值,有别于植被的反射波谱.军事遥感中常用近红外波段区分在绿色波段中不能区分的绿色植被和绿色的军事目标.图10 几种建筑物屋顶的波谱特性城市中道路的主要铺面材料为水泥沙地和沥青两大类,少量部分有褐色地,如图11所示,它们的反射波谱特性曲线形状大体相似,水泥沙路在干爽状态下呈灰白色,反射率最高,沥青路反射率最低.图11 几种道路的波谱特性9第5期 张亚梅:地物反射波谱特征及高光谱成像遥感 3 影响地物光谱反射特性变化的因素有很多因素会引起反射率的变化,如:太阳位置、传感器位置、地理位置、地形、季节、气候变化、地面湿度变化、地物本身的变异、大气状况等.太阳位置主要是指太阳高度角和方位角,如果太阳高度角和方位角不同,则地面物体入射照度也就发生变化.为了减小这2个因素对反射率变化的影响,遥感卫星轨道大多设计在同一地方时间通过当地上空,但由于季节的变化和当地经纬度的变化,造成太阳高度角和方位角的变化是不可避免的.传感器位置指传感器的观测角和方位角,一般空间遥感用的传感器大部分设计成垂直指向地面,这样影响较小,但由于卫星姿态引起的传感器指向偏离垂直方向,仍会造成反射率变化.处在不同地理区域的同种地物具有不同的光谱效应,称之为空间效应.除不同地理区域地物本身的变异因素外,不同的地理位置,太阳高度角和方位角、地理景观等都会引起反射率变化,还有海拔高度不同,大气透明度改变也会造成反射率变化.同一地物的反射波谱特性一般随时间季节变化,称之为时间效应,如图12所示的新雪和陈雪反射特性曲线等.即使在很短的时间内,由于各种随机因素的影响(包括外界的随机因素和仪器的响应偏差)也会引起反射率的变化.这种随机因素的影响还表现在同一幅影像中,但是这种因素的影像引起的光谱反射率变化,将在某一个区间中出现,如图13示出了大豆反射率变化的区间.图14所示,同一春小麦在花期、灌浆期、乳熟期、黄叶期的光谱测试所得的结果.可以看出,花期的春小麦反射率明显高于灌浆期和乳熟期.至于黄叶期,由于不具备绿色植物特征,其反射光谱近似于一条斜线.这是因为黄叶的水含量降低,导致在1.45、1.95、2.7μm附近3个水图12 新雪和陈雪的反射特性曲线图13 大豆反射率变化范围图14 同一作物(春小麦)在不同生长阶段的波谱特性曲线吸收带的减弱.当叶片有病虫害时,将使反射率发生较大变化,也有与黄叶期类似的反射率.4 地物反射波谱与高光谱成像地物的波谱特征是遥感识别地物的重要依据,尤其是针对未来航空航天遥感中的成像波谱仪的重要性更加突出.因此开展各种地物的波谱特征测定和研究,不仅是遥感的基础性工作,而且是遥感应用研究中一个重要的内容.美国NASA于19世纪70年代初就初步建立了地球资源信息系统,包括植被、土壤、岩石和水体等2000余种地物的实验室反射波谱数据.从19世纪80年代,我国许多遥感科学研究部门相继建立了10余个地物波谱库,在我国不同的遥感发展时期都起到了积极的推动作用.现代遥感技术的发展,使得地物的成像范围不仅延伸到人们不可见的紫外和红外波长区,而且可以在需要的任何波段独立成像或连续成像.高光谱遥感的光谱分辨率高于百分之一波长达到纳米(nm)数量级,其光谱通道数多达数十甚至数百,使得遥感的波段宽度从早期的0.4μm(黑白摄影)、0.1μm(多光谱扫描)到5nm(成像光谱仪).遥感器10 光 电 技 术 应 用 第23卷波段宽度窄化,针对性更强,可以突出特定地物反射峰值波长的微小差异;同时,成像光谱仪等的应用,提高了地物光谱分辨力,有利于区别各类物质在不同波段的光谱响应特性.如图15所示成像光谱仪的数据特点[3].图15 高光谱成像光谱仪数据示意图 1983年,世界第一台成像光谱仪AIS -1在美国研制成功,并在矿物填图、植被生化特征等研究方面取得了成功,初显了高光谱遥感的魅力.此后,许多国家先后研制了多种类型的航空成像光谱仪.如美国的AVI RIS 、DAIS ,加拿大的FLI 、CASI ,德国的ROSIS ,澳大利亚的Hy Map 等.在经过航空试验和成功运行应用之后,19世纪90年代末期终于迎来了高光谱遥感的航天发展.1999年美国地球观测计划(EOS )的Terra 综合平台上的中分辨率成像光谱仪(MODIS )、号称新千年计划第一星的EO -1,欧洲环境卫星(ENVISAT )上的M ERIS ,以及欧洲的CHRIS 卫星相继升空,宣告了航天高光谱时代的来临.中国也自行研制了更为先进的推帚式成像光谱仪(PH I ),其在可见光到近红外光谱区具有244个波段,光谱分辨率优于5nm .新的成像光谱系统不仅继续在地质和固体地球领域研究中发挥作用,而且在生物地球化学效应研究、农作物和植被的精细分类、城市地物甚至建筑材料的分类和识别方面都有很好的结果.高光谱成像技术是将由物质成分决定的地物光谱与反映地物存在格局的空间影像有机地结合起来,对空间影像的每一个像素都可赋予对它本身具有特征的光谱信息.高光谱图像的分类和识别,主要是基于地物光谱特征的分类识别和基于统计的分类识别2种方法.其中基于地物光谱特征的分类识别,是利用光谱库中已知的光谱数据,采用匹配算法来鉴别和识别图像中地物类型.这种方法既可采用全波长的比较和匹配,也可用感兴趣的光谱特征或部分波长的光谱或光谱组合参量进行匹配,达到分类和识别的目的.5 结 束 语20多年来,高光谱遥感已发展成一个颇具特色的前沿技术,并孕育形成了一门成像光谱学的新兴学科门类.它的出现和发展将人们通过遥感技术观测和认识事物的能力带入了又一次飞跃,续写和完善了光学遥感从全色经多光谱到高光谱的全部影像信息链.由于高光谱遥感影像提供了更为丰富的地(下转第21页)11第5期 张亚梅:地物反射波谱特征及高光谱成像遥感 法.相比之下,其他的数值求解方法则受D的形状限制较大.参考文献[1] Jo hn L ester M iller.P rinciples of Infrared T echnolo gy,APractical G uide to the State of the Art[M].N ew York:Chapman and Hall,1994.[2] Dereniak E L,Boreman G D.I nfrared Detecto rs andSystems[M].New Yor k:John Wiley&Sons,Inc.,1996.[3] Dale Varberg,Edwin J Purcell,Steven E Rigdo n.Calcu-lus[M].8版.北京:机械工业出版社,2003.[4] Press W H,T eukolsky S A,Vetterling W T,e t al.C语言数值算法程序大全[M].2版.傅祖芸,赵梅娜,丁岩,等.北京:电子工业出版社,1995.[5] 杨华中,汪蕙.数值计算方法与C语言工程函数库[M].北京:科学出版社,1996.[6] Mag rab E B,Azarm S,Balachandran B,et al.M A T LAB原理与工程应用[M].高会生,李新叶,胡智奇,等.北京:电子工业出版社,2002.[7] 薛定宇,陈阳泉.高等应用数学问题的MA T LA B求解[M].北京:清华大学出版社,2004.(上接第5页)探测器中注入较大的能量和照射相对较长的时间,从而可能产生较好的作用效果.另外,仅选择单个激光脉冲进行计算,是一个极为简单的静态模型.实际上,激光及探测器的开关门时间一般是周期性的,两者相互作用的关系的严格描述比较复杂.这里仅从激光脉冲波形的角度,做了一点初浅的思考.参考文献[1] 梁作亮,张喜和.超高重复频率Nd:YAG激光器的研制[J].长春光学精密机械学院学报,1992,15(1):30-33.[2] 金锋,翟刚,李晶,等.二极管泵浦声光调Q窄脉冲N d:YA G激光器[J].光电子.激光,2004,15(3):303-306.[3] 王立新,王伟祥,张克非.长脉冲N d:YAG激光器的实验研究[J].应用激光,1999,19(4):159-160.[4] 吴谨,万重怡,刘世明,等.小型T EA CO2激光器的温度特性[J].激光技术,2002,26(6):409-410.[5] 张昭,吴谨,王东蕾,等.长脉冲紫外预电离T E CO2激光器[J].中国激光,2005,32(12):1599-1604.[6] 田兆硕,王祺,王雨三,等.光栅选支电光调Q射频激励波导CO2激光器研究[J].光电子.激光,2000,11(3):282-284.(上接第11页)球表面信息,其应用领域已涵盖地球科学的各个方面,在地质找矿和制图、大气和环境监测、农业和森林调查、海洋生物和物理研究等领域发挥着越来越重要的作用.地物目标反射波谱特征分析研究,除了可以提供遥感图像设计与成像依据外,还可为农业生产、资源调整、灾害预报与评估、工程建设、环境监测、城市发展等提供更加快速可靠的信息服务和辅助决策,因此,蕴含着巨大的经济效益和社会效益.参考文献[1] 浦瑞良.高光谱遥感及其应用[M].北京:高等教育出版社,2000.[2] 贾海峰,刘雪华.环境遥感原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2006.[3] 高昆,刘迎辉,倪国强,等.光学遥感图像星上实时处理技术的研究[J].航天返回与遥感,2008(1):11-14.(上接第17页)个视场的M TF都大于0.66,成像质量良好,各项指标都满足成像要求.参考文献[1] 薛鸣球.电影摄影物镜光学设计[M].北京:中国工作出版社,1971:167-168.[2] 刘崇进,史光辉.机械补偿法变焦镜头三个发展阶段的概况和发展方向[J].应用光学,1992,13(2):12-13.[3] 张良.中波红外变焦距系统的光学设计[J].应用光学,2006,27(1):32-34.[4] 陶纯堪,变焦距光学系统设计[M].北京:国防工业出版社,1988:115-117.21第5期 王忆锋等:用蒙特卡罗方法和M A T LAB计算矩形冷屏的视场角 。
遥感原理大气吸收的应用
遥感原理大气吸收的应用概述在遥感技术中，大气吸收是一个重要的考虑因素。
大气吸收可以影响到遥感图像的质量和解释。
本文将讨论遥感原理中大气吸收的应用。
大气吸收对遥感图像的影响大气中的分子和气体对可见光、红外线以及其他电磁波段具有吸收作用。
这些吸收现象会导致遥感图像中的信息丢失或失真。
因此，为了正确解释和分析遥感图像，必须考虑大气吸收的影响。
以下是大气吸收对不同电磁波段的影响： - 可见光波段：大气吸收对可见光影响较小，因此可见光图像的质量相对较高。
- 红外线波段：在红外线波段，大气吸收较大，因此红外图像中某些细节可能会丢失。
不同红外波段的大气吸收情况不同，需要根据具体情况进行分析。
- 微波波段：大气对微波的吸收较小，微波图像通常相对清晰。
大气吸收的应用虽然大气吸收对遥感图像有负面影响，但在一些应用中，却可以利用大气吸收来获得特定的信息。
以下是大气吸收在遥感中的应用： 1. 大气校正：大气校正是将遥感图像中的大气吸收效应去除，从而恢复原始地物信息的过程。
通过分析大气吸收的特性，可以根据不同波段的反射率差异进行大气校正，得到准确的地物反射率。
2. 大气遥感：大气本身也可以成为遥感的研究对象。
通过分析大气吸收的谱线，可以获取大气中的各种气体浓度信息，从而研究大气成分、气候变化等。
3. 大气纠正：在遥感图像中，大气吸收也会引起云层遮挡和地物边界不清晰等问题。
通过对大气吸收进行估计和纠正，可以提高图像的质量和解释性。
大气吸收的研究方法为了准确分析和应用大气吸收，研究人员采用了多种方法来模拟和测量大气的吸收效应。
以下是一些常见的大气吸收研究方法： - 模型模拟：研究人员通过建立大气吸收模型来模拟不同波段的大气吸收情况。
这些模型通常基于大气成分和光学性质的物理模型。
- 地面观测：地面观测是一种直接测量大气吸收效应的方法。
研究人员通过使用光谱仪等设备在地面上测量大气的光学性质，从而推断出大气吸收的情况。
- 卫星观测：卫星遥感技术可以提供全球范围的大气吸收信息。
环境遥感技术及应用(田静毅)02电磁波谱和地物波谱特性共37页
影响。
☻
§2 太阳辐射
• 太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳 光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线。
• 从太阳光谱曲线可以看出：
太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中 0.38 ～ 0.76 µm的可见光能量占太阳辐射总能量 的46%，最大辐射强度位于波长0.47 µm左右； 太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射； 到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～ 3.0 µm波 段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外； 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减； 各波段的衰减是不均衡的。
基岩相似，干燥的残积物的反射率要比基岩高； 较湿润的残积物，其反射率比湿润的基岩还要低， 说明反射率与含水分的多少密切相关。 d.土壤中波谱的亮度系数还与土壤的理化参数（盐 分类型、含量、碱化度等）有关。
土壤的光谱曲线
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不同含水量对土壤反射光谱率的影响
• ☻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
到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋ 透射能量
一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力， 而有些物体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强， 特别是对0.45 － 0.56μm的蓝绿光波段，一般水体的 透射深度可达10-20 m，清澈水体可达100 m的深度。
对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5 cm的电磁 波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透
地物的反射率
反射率（ρ）：地物的反射能量与入射总能量的比，即 ρ=(Pρ/ P 0)×100%。 地物在不同波段的反射率是不同的。 反射率是可以测定的。 反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。 地物的反射光谱曲线：反射率随波长变化的曲线。
地物的反射波谱特性
可见光和近红外波段：主要表现地物反射作用和地 物的吸收作用。（树叶苍翠欲滴、水下温度）
热红外波段：主要表现地物热辐射作用。（热红外 灵敏遥感器夜间成像河流为亮色条带，但热红外白 天成像河流为暗色条带）
微波波段：主动遥感利用地物后向散射；被动遥感 利用地物微波辐射。
可见光和近红外波段地物波谱特征——地物反射波谱特征
地物反射率
地物的反射：太阳光通过大气层照射到地球表面，地 物会发生发射作用，反射后的短波辐射一部分为遥感器 所接收。
反射率（ρ）：地物的反射能量与入射总能量的比， 即ρ=(Pρ/ P 0)×100%。表征物体对电磁波谱的反射能力。
反射率是可以测定的。
地物在不同波段的反射率是不同的，利用地物反射率 的差别，可以判断地物的属性。
地物反射波谱
地物反射波谱：是研 究可见光至近红外波 段上地物反射率随波 长的变化规律。
表示方法：一般采用 二维几何空间内的曲 线表示，横坐标表示 波长，纵坐标表示反 射率。
常见的几种地物类型波谱特征
植被
土壤
水体 岩石
植被的波谱特征
在可见光波段
在0.45um附近（蓝色波段）有一个吸收谷； 在0.55um附近（绿色波段）有一个反射峰； 在0.67um附近（红色波段）有一个吸收谷。
植物的光谱曲线
影响植被波谱特征的主要因素
植物类型 植物生长季节 病虫害影响等
植被波谱特征大同小异，根据这些差异可以区分 植被类型、生长状态等。
不同植被类型的光谱曲线比较
To be
土壤的波谱特征
电磁波及大气对遥感的影响ppt课件
它们的共性：
(1)各种类型电磁波在真空（或空气）中传播 的速度相同，都等于光速：c=3×108 m/s。
(2)遵守同一的反射、折射、干涉、衍射及偏
振定律。
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名称
波长范围
γ射线
<10-6μm
X射线
10-6 －3.8×10-3μm
紫外线
10-3 －3.8×10-1μm
可见光
0.38 －0.76 μm
微波辐射和红外辐射都具有热辐射性质。由于 微波的波长比可见光、红外线要长，能穿透云、 雾而不受天气影响，能进行全天时全天候的遥 感探测
微波遥感可采用主动或被动方式成像 微波对某些物质还具有一定的穿透能力，能直接透
过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物
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遥感常用的电磁波波段的特性
紫外线波段
大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。 常见的大气窗口：
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大气窗口
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大气窗口
紫外可见光近 红外
近红外 中红外 热红外
微波
波段 0.3～0.4μm 0.4～0.7μm 0.7～1.15μm 1.3～2.5μm 3.5～5.0μm
8～14μm 1.0～1.8mm
2～5mm 10～1000mm
透射率/% 70 95 80
60～95 60～70
80 35～40 50～70
100
应用举例
TM1-4、SPOT的HRV
TM5、TM7 NOAA的AVHRR
TM6
Radarsat
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辐射源
任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对 它的辐射，也能够向外辐射
大气对遥感的影响
《大气对遥感的影响》参考译文假如地球表面没有大气，所有波段的电磁能就会与地表面相互作用，并传输关于该表面的实际信息。
尽管地球的大气是透明的，但适用于遥感的波段仅占电磁波谱中的一小部分。
衰减较少的光谱段称为大气窗口，即使是在大气窗口，大气的影响有也非常大。
气体、大的气溶胶引起大气的散射、吸收以及放射辐射能。
因此，大气不仅是一个衰减器，同时也是辐射能的来源。
所以，从地面传到高处遥感平台的信息会发生衰减和失真。
大气散射和漫射的辐射能给信号增加了背景噪音。
比如物体与其背景的表观对比度，或者物体的表面颜色会随着距离的变化而变化。
同理，在红外、微波范围测量，地球表面的表观温度随着高度而变化。
离开大气的漫辐射能同样也是地面光照度的来源之一。
在遥感发展的初期，由于对大气的影响几乎不了解，大气的这些复杂影响因子没有被完全考虑。
由此可以看出，大气是遥感中一个重要的、随处存在的棘手因子。
电磁波谱电磁波谱是连续不断的电磁辐射，它的范围从频率最高、波长最短的Γ射线延伸到频率最低、波长最长的无线电波以及可见光。
大致可将电磁波谱分为七个不同的区域：Γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。
遥感涉及到电磁波谱中许多部分的能量测量。
卫星传感器中主要利用的是可见光、反射或放射的红外线以及微波。
这些辐射的测量发生在所谓的光谱段。
光谱段定义为电磁波谱中相分离的间隔。
例如，从0.4微米到0.5微米范围即为一个波段。
波长最短部分包括X射线和眼睛所能感知的可见光波段，位于0.39到0.76微米之间。
在这波段内，波长和光的颜色有关：波长最短的是紫光，位于0.39.到0.455微米之间；波长最长的是红光，位于0.620到0.760微米之间。
利用可见波谱的这些终点可区分波长比紫光还短的紫外线以及比红光还长的红外线。
实际上，更长的波长不是红外线，而属于微波和无线电波（上百米）的范畴。
卫星传感器设计来测量特定波谱段的响应，以便能够区分主要的地面物体。
陆地高光谱遥感数据的大气校正算法分析
由于表面反射率反演经验方法的局限性，1987年，F.H.G.Alexander研究了一种使用辐射传输模型的大气校正技术。随着大气去除算法（atmospheric removal algorithms，ATREM）＼[4＼]的发展，大气校正技术很快得到实现，它利用理论建模技术，从高光谱成像数据中获取陆地表面反射光谱，模拟大气气体和气溶胶的吸收和散射效应。
由图1可以看出，波长大约在0.4～2.5 μm之间，光谱区域的一半受到大气中水蒸汽的吸收，而其它7种气体的吸收效应通常位于更窄的波长间隔内。大气气态分子和气溶胶散射太阳，辐射在0.4～0.7 μm之间的短波长区域受到分子散射（瑞利散射）的强烈影响。随着波长（λ-4）的增加，其效应迅速下降。气溶胶散射效应随着波长的增加而减小，但是速率较慢。
1.2大气去除算法（ATREM）
ATREM从AVIRIS收集的成像光谱数据中获取表面反射光谱，不需要对反射光谱进行现场测量。由于水汽在空间内是可变的，因此利用信道比率技术＼[4＼]，从波长为0.94 μm和1.14 μm的水蒸汽吸收波段，根据图像逐步推导出综合水汽量。采用窄带谱模型＼[8＼]和得到的水汽值，模拟波长为0.4～2.5 μm的完整太阳光谱区域内的水汽透射谱，类似地，在0.4～2.5 μm区域中的二氧化碳（CO2），臭氧（O3），一氧化二氮（N2O），一氧化碳（CO），甲烷（CH4）和氧气（O2）是基于太阳和观测几何模拟，大气分子和气溶胶造成的散射效应通过5S计算机编码模拟。为模拟气溶胶效应，用户需选择气溶胶模型和表面能见度，并根据测得的辐射度与大气层上方太阳辐照度的比值，得到表观反射率。表面反射率利用模拟大气气体透过率、模拟分子和气溶胶散射数据从表观反射率得到。
1.1大气效应和辐射传输公式
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地理科学学院《遥感原理与应用》讲义地物的波谱特性与大气对遥感监测的影响目录1 绪........................................................................................................................................... - 4 -1 电磁波谱及大气对遥感监测的影响…………………………………………..-31.1 电磁波及电磁波谱 ................................................................................................. - 4 -1.1.1 电磁波................................................................................................................ - 4 -1.1.2 电磁波谱............................................................................................................ - 4 -1.2 大气对遥感监测的影响 ........................................................................................ - 5 -1.2.1 大气成分............................................................................................................ - 5 -1.2.2 大气结构............................................................................................................ - 5 -1.2.3 大气对太阳辐射的影响.................................................................................... - 6 -1.2.3.1 大气的反射作用........................................................................................... - 6 -1.2.3.2 大气的吸收作用........................................................................................... - 6 -1.2.3.3 大气的散射作用........................................................................................... - 7 -1.2.3.4 小结.......................................................................................................... - 10 -1.2.4 大气窗口.......................................................................................................... - 10 -2 地物的波谱特性......................................................................................................... - 11 -2.1 地物波谱与地物波谱特性.................................................................................. - 11 -2.1.1 地物波谱.......................................................................................................... - 11 -2.1.2 地物波谱特性.................................................................................................. - 11 -2.2 地物的反射波谱特征........................................................................................... - 11 -2.2.1 地物反射与反射类型...................................................................................... - 12 -2.2.2 地物的反射率.................................................................................................. - 12 -2.2.2.1 概念及影响因素......................................................................................... - 13 -2.2.2.2 差异的意义 ............................................................................................... - 13 -2.2.3 地物反射波谱与反射波谱曲线...................................................................... - 13 -2.2.3.1 概念.......................................................................................................... - 13 -2.2.3.2 不同地物不同反射波谱及其意义................................................................. - 14 -2.2.3.3 几种常见地物的反射波谱曲线特征 ............................................................. - 14 -2.3 地物的发射波谱特征........................................................................................... - 16 -2.3.1 黑体辐射.......................................................................................................... - 16 -2.3.2 实际物体辐射.................................................................................................. - 17 -2.3.2.1 基尔霍夫定律............................................................................................ - 17 -3 地物波谱曲线的作用 .............................................................................................. - 18 -4 心得体会......................................................................................................................... - 19 -5 思考题及参考答案.................................................................................................... - 20 -6、图表目录…………………………………………………………………………………-14图1-1 电磁波谱图……………………………………………………………………- 4 图1-2 大气垂直分布图...............................................................................................- 4 图1-3 大气吸收谱…………………………………………………………………….- 6 图1-4 散射光强分布图………………………………………………………………- 7 图1-5 瑞利散射与波长的关系……………………………………………………..- 8 图1-6 米氏散射……………………………………………………………………….- 8 图1-7 无选择散射…………………………………………………………………….- 9 图1-8 大气吸收与大气窗口示意图………………………………………………-10 图2-1 镜面反射……………………………………………………………………....-11图2-2 漫反射………………………………………………………………………….-11图2-3 方向反射……………………………………………………………………....-11 图2-4 瑞利准则的推导……………………………………………………………..-12 图2-5 雪、沙漠、湿地、小麦反射波谱曲线………………………………….-13图2-6 叶子的反射波谱曲线……………………………………………………….-14 图2-7 水体的反射波谱曲线………………………………………………………..-14图2-8 三种土壤的反射波谱曲线…………………………………………………-15图2-9 几种岩石的反射波谱曲线…………………………………………………-15 图2-10 不同温度下的黑体波谱辐射通量密度曲线……………………………-16图2-11 不同温度时黑体辐射的峰值波长………………………………………..-16表1-1 常用的波段……………………………………………………………………- 6表2-1 一些地物（温度20度）的发射率……………………………………….-127、小组分工…………………………………………………………………………………-16遥感物理基础§1 绪遥感（remote sensing）即“遥远的感知”，是一门集中了卫星技术、电子技术、光学技术、计算机技术、通讯技术以及地球科学等多种科学，利用航天、航空探测器对陆地、海洋、大气、环境等进行检测与测绘的综合性很强的新型探测技术。