遥感应用知识体系-地物波谱特性与遥感光学基础

量互相关。反射总量是叶内水分含
量以及叶片厚度的函数。

由于植物叶子内水的强烈吸收，在 1.45 μm ，1.95 μm ，2.7 μm处有吸 收带。
植被 (Vegetation)
植被 (Vegetation)
归一化植被指数

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)，检测植被生长状态、植被 覆盖度和消除部分辐射误差。 为什么NDVI检测植被有效？ 健康的绿色植被在NIR和R的反射差异比较大，原因 在于R对于绿色植物来说是强吸收的，NIR则是高反 射高透射的。所以NDVI越大，植被长势越好。
瑞利准则
当相位差小 即
光滑表面。
4
h
，两波偏于相重合，则呈反射为主、 8 cos

4
h 8 cos

增大， 增大， 有利于形成光滑表面。
减小， 减小，有利于形成粗糙表面。
对于可见光， 在 m 范围内，所有地物都是粗糙面，而对 在 cm 到 m 之间，地物表面呈粗糙与光滑临界状态。 于微波，

在近红外波段，植被的反射光谱取决于叶片内部的细
胞结构。

0.7 μm 1.3 μm ：吸收能量少，反射来自叶片内部结 构，形成强反射。 因叶片内部结构差别大，植被在近红外的反射差异比 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。

在短波红外波段

植物基本上吸收或反射电磁波能量， 透射很少。 植物的光谱特性受叶片总含水量的 控制，叶片的反射率与叶内总含水
• 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。
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不同含水量对土壤反射率的影响
(3) 植被的反射波谱
在可见光波段，健康的绿色植被的反射波谱特性取决
于叶片成分。

反射峰值在0.55 μm ，叶绿素对绿光反射强烈，而对 蓝光波段和红光波段强烈吸收 (0.45 μm ，0. 67 μm) 如果植物的叶绿素含量下降，植物变为黄色或红色， 其反射波谱特性随之改变。
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水体光谱特性受叶绿素浓度的影响
水体在遥感图像上的表现
(2) 土壤的反射波谱

土壤本身是一种复杂的混合物， 由物理和化学性质各不相同的物 质组成，会不同程度的影响土壤 的反射和吸收光谱特征。 土壤的光谱特性曲线与一些因素有关：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。 自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，土壤 的反射率一般随波长的增加而增加，土壤对所有的入射能均 吸收或反射，无透射。
• 反射系数（反射率）——反射辐射通量/入射辐射通量
*100%。它是波长、入射角、地物的质地及朝向、粗
糙度、地物介电常数、磁导率等的函数。假设地物是 漫反射作为前提。
不同的地物对不同波段的电磁波具有不同的反射
率。同一地物对不同波长的电磁波有选择地反射，即 地物对电磁波的反射能力（反射系数）随波长变化。
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地物反射波谱曲线的特点
• 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。
• 同一物体的波谱曲线反映出不同波段的不同反射率，将
此与遥感传感器的对应波段接受的辐射数据相对照，可
以得出遥感数据与对应地物的识别规律，作为遥感影像 判读依据。
• 任何物体的反射性质是揭示目标本质的最有用信息。
三、典型地物反射波谱特性
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。

地表反射的太阳辐射成为可见光和近红外遥感记录的主要辐射能量。
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地物的反射
根据界面（反射面）的粗糙程度和反射的方向性分：
镜面反射：界面起伏高度相对入射电磁波波长而
言很小（即界面光滑）时产生镜面反射。 漫反射：界面起伏高度相对于入射电磁波波长而 言比较大（即界面粗糙）时，产生漫反射。均匀 的漫反射面称为朗伯面，朗伯面反射的电磁波在 各个方向上辐射亮度值相同。 方向反射(混合反射)：当界面起伏高度介于上述 两种情况之间（中等粗糙），产生方向反射。实 际地物表面由于地形起伏，在某个方向上反射最 强烈，而在其他方向反射较弱，这种现象称为方 向反射。是镜面反射和漫反射的结合。 从空间对地面观察时，对于平坦地区，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。
(1) 水体的反射波谱

如果水底部分影响可以忽略，水 体的反射特性不仅与水体本身， 也与水中的物质相关。 纯净水体的反射主要在蓝绿光波段，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。 水的浑浊度的变化，叶绿素浓度的变化，对反射率都有影响。
地物波谱特性与遥感光学基础
一、电磁波与物体的交互作用 二、反射波谱特性曲线
三、典型地物反射波谱特性
四、遥感光学基础
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一、电磁波与物体的交互作用

太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即
到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量

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
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。