第二章遥感的物理基础2

❖ 地物波谱的作用：不同类型的地物，其电磁波响 应的特性不同，因此地物波谱特征是遥感识别地 物的基础。
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不同电磁波段中地物波谱特性
❖ 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。
❖ 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）
地球辐射
❖ 定义：地球表面和大气电磁辐射的总称。 ❖ 地球辐射是被动遥感中传递地物信息的载体。 ❖ 装载在航天航空平台上的遥感器，接受来自
地球辐射携带的地物信息，经过处理形成遥 感影像。
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被动遥感的辐射源
❖ 太阳辐射近似6000K的黑体辐射，能量集中在 0.3～2.5um波段之间。（可见光和近红外）
❖ 在2.5～6.0um波段（主要在中红外波段），地表反 射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的辐 射源。
❖ 在6.0um以上的热红外波段，以地球自身的热辐射为 主，地表反射太阳辐射可以忽略。（热红外成像）
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了解地球辐射的分段特性的意义
❖ 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。
❖ 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。
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（3）地物波谱的特性
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%表征物体对电磁波
谱的反射能力。
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（3）地物波谱的特性
反射类型
地物的反射类型：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三种类型，即镜面反 射、漫反射、实际物体的反射
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植被的波谱特征
❖1.5～1.9um光谱区反射率增大； ❖以1.45um，1.95um，2.70um为中心是水的吸收带， 其附近区间受到绿色植物含水量的影响，反射率 下降，形成低谷。
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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。
❖ 地球自身热辐射近似300K的黑体辐射，能量集 中在6.0um以上的波段。（热红外）
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（2）地球辐射的特性
地球辐射的分段特性：
❖ 在0.3～2.5um波段（主要在可见光和近红外波段）， 地表以反射太阳辐射为主，地球自身的辐射可以忽 略 。即在该波段范围内，对地观测遥感主要以太阳 的短波辐射对地表进行探测和成像。
1）镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射。物 体的反射满足反射定律，反射波和入射波在同一平 面内，入射角等于反射角。
例子：水面是近似的镜面反射，在遥感图像上 水面有时很亮，有时很暗，就是这个原因造成的。
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镜面反射
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漫反射
2）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。 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。
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物的光谱曲线
植被的波谱Hale Waihona Puke Baidu线
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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。
在近红外波段
❖从 0.76um 处 反 射 率 迅 速 增 大 ， 形 成 一 个 爬 升 的 “陡坡”,至1.1um附近有一个峰值，反射率最大 可达50％，形成植被的独有特征。
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不同植被类型的光谱曲线比较
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不同湿度下的植被的波谱特性曲线
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水体的波谱特征
水体的反射主要在蓝绿光波段，其它波段吸收率很强， 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。
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水中其它物质对波谱特征的影响
❖水中含有泥沙，在可见光波段的反射率会增加， 峰值出现在黄红区。 ❖水中含有水生植物叶绿素时，近红外波段反射 率明显抬高。
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漫反射
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方向反射
3）方向反射：介于镜面和朗伯面（漫反射）之间的一 种反射。自然界种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。 对太阳短波辐射的反射具有各向异性，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。
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方向反射
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实际物体反射
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；
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岩石的光谱曲线
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土壤的波谱特征
❖自然状态下土壤表面的反射曲线呈比较平滑的特 征，没有明显的反射峰和吸收谷。 ❖在干燥条件下，土壤的波谱特征主要与成土矿物 （原生矿物和此生矿物）和土壤有机质有关。 ❖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 （ 1.4um 、 1.9um 、 2.7um 处 附 近 区 间），反射率的下降尤为明显。
第二章 电磁波及遥感物理基础
1.电磁波谱与电磁辐射 2.太阳辐射及大气对辐射的影响 3.地球辐射与地物波谱 4.地物波谱测量
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3、 地球辐射与地物波谱
（1）地球辐射源 （2）地球辐射的特性（分段特性） （3）地物波谱的特征（反射波谱特征） （4）常见几种地物的波谱特性 （5）地物波谱特性测量
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（1）地球的辐射源
对于地形起伏和地面结构复杂的地区， 为可以看成方向反射。
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❖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。
反射波谱曲线
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（4）常见的几种地物类型波谱特征
❖植被 ❖土壤 ❖水体 ❖岩石
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叶绿素含量不同时水体的光谱特性曲线
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受海藻、浮游生物等影响，叶绿素含量增加， 水体的反射率发生变化
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浑浊度不同时水体的光谱特性曲线
但是当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生 变化。上图不同浊度下的水体的波谱特性曲线
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岩石矿物的光谱曲线
❖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。
❖ 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。
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（3）地物波谱的特性
❖ 地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改 变而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物 波谱。
❖ 地物波谱特性：地物波谱随波长变化而变化的特 性，是电磁辐射与地物相互作用的一种表现。