地物的反射光谱与地物波谱特性

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遥感试题汇总

中科院博士遥感入学考试1995年博士生(地学分析)入学试题一、简答题(40分)1．遥感地学评价标准。

2． LandsatTM 数据特征。

3．我国风云一号气象卫星主要通道及特征。

4．遥感信息处长合分析。

二、问答题(任选二题，60分)1．评述我国遥感应用的发展特点。

2．遥感在自然资源调查中的应用。

3．举例说明遥感在地学研究中应用与作用。

4．遥感监测在全球变化研究中的作用。

1996年博士生入学试题(遥感地学分析)(任选四题，每题25分)1．遥感地学分析及其意义2．遥感在资源调查中的应用特点3．论述遥感在全球变化研究中作用4．遥感信息增强方法5．专题遥感信息提取的方法与应用2000年中科院博士入学考试(RS)遥感概论一、简答与名词解释：1. 混合像元(98)2. 高光谱 (98)3. 监督与非监督分类(97)4. 最大似然法(97)5. 纹理特征用于信息提取 (98)6. 主成分分析 (99)7. TM 的七个波段(97)8. 高光谱遥感(99)9. 遥感影象的特征(99)二、论述1. 最小二乘法的原理、公式及应用。

(98)2. 结合工作，谈遥感的应用与发展前景。

(99)3. 遥感地学评价基础。

(97)2000年中科院遥感所博士生入学考试RS试题一、名词解释(每个 5 分，共 25 分)1. 高光谱遥感2. 空间分辨率3. 大气纠正4. 色度空间5. 小波变换二、论述题(任选三，每个 25 分，共 75 分)一、微波遥感的成像机理二、多源数据复合的方法及关键技术三、遥感的发展及前沿综述四、结合你的专业，谈谈遥感应用的关键技术2002 年中科院遥感所博士入学考试(RS)一、名词解释(20 分)五、波谱分辨率2. 密度分割3. 全球定位系统4. 遥感制图5. 监督分类二简答(40 分)1. 多源数据信息融合的基本原理2. 雷达遥感的主要特征3. 纹理特征提取的方法4. 遥感信息地学评价标准三问答(40 分)1. 成像光谱仪的基本原理2. 遥感影像解译的主要标志3. 结合您的专业,谈谈遥感应用的关键技术中国院遥感所XXXX年硕士研究生入学考试试题(遥感概论) 一、名词解释(每题 6 分,共 60 分)•地物反射波(光)谱• 双向反射率分布函数•基尔霍夫定律•瑞利散射• 大气窗口• 分辨率•辐射亮度• 维恩位移定律• 高光谱• 小波分析二、问答题(每题 12 分,共 60 分)：六、简述遥感数字影像增强处理的目的，例举一种增强处理方法，说明其原理和步骤。

典型地物反射波谱测量与特征分析

典型地物反射波谱测量与特征分析引言典型地物反射波谱测量与特征分析是遥感领域的重要研究内容之一、通过获取地物的反射光谱特性，可以深入了解地物的组成和性质，从而实现地物分类和变化监测等应用。

本文将介绍地物反射光谱测量的方法以及常见的特征分析方法。

一、地物反射光谱测量方法1.无人机航拍法无人机航拍法是一种比较常用的地物反射光谱测量方法。

通过搭载光谱仪等设备的无人机进行航拍，可以获取高分辨率的光谱数据。

这种方法适用于小范围的地物反射光谱测量，可以获取非常详细的地物光谱信息。

2.便携式光谱仪法便携式光谱仪法是一种简便易行的地物反射光谱测量方法。

通过使用便携式光谱仪，可以在不同地点采集地物的光谱数据。

这种方法适用于快速测量大面积范围的地物光谱信息，常用于农业、植被监测等领域。

3.卫星遥感法卫星遥感法是一种广泛应用于大区域地物光谱测量的方法。

通过卫星传感器获取的遥感数据，可以得到地物的反射光谱特性。

这种方法适用于大范围的地物光谱监测和研究。

二、地物反射光谱特征分析方法1.基于统计学的分析方法基于统计学的分析方法通过对光谱数据进行统计学分析，提取地物的光谱特征。

常见的方法有频率统计和概率分布分析。

这些方法能够揭示地物光谱的整体分布规律，帮助区分不同地物类型。

2.基于特征波长的分析方法基于特征波长的分析方法通过找到光谱数据中特定波长的峰值或谷值，来提取地物的光谱特征。

常见的方法有光谱指数法和比值法。

这些方法能够有效提取地物的光谱特征，突出地物的不同性质。

3.基于光谱反射率的分类方法基于光谱反射率的分类方法通过将地物反射光谱与已知地物光谱进行对比，实现地物的分类。

常见的方法有最大似然分类和支持向量机分类。

这些方法通过对光谱数据进行分析，可以将地物进行有效地分类。

三、应用实例1.植被监测通过地物反射光谱测量和特征分析，可以实现对不同植被的监测。

通过提取植被的光谱特征，可以了解植被的生长状况、叶绿素含量等指标，进而对植被进行分类和变化监测。

实验1——地物光谱的测试

实验1 可见光与近红外波谱测试1.1实习概述按照国家光谱数据库数据测试参考标准选择典型进行地物反射、发射光谱测试。

根据所测的光谱曲线特征选择最佳遥感波段和最佳遥感时间。

1.2实习目的①掌握地物反射、发射光谱特性的基本概念，特点；②掌握典型地物光谱的测试方法和实验数据分析处理的基本流程和方法；③分析影响地物波谱特性测定的因素；了解地物表面不同几何状况、含水状况、风化状况、粗糙程度对反射、发射光谱的影响；了解多种地物光谱随时间变化的特征与规律；了解入射和观测角度变化对地物光谱的影响。

④培养学生理论联系实际及知识的综合运用能力，为后续专业课程学习创造条件。

1.3实习任务测量试验区的植被、水、土壤、道路的光谱特性。

要求测定不同植被、水、土壤、道路的波谱特性曲线，即每类地物至少选择5个小类（或样本）。

①清水、营养化水、污染水反射光谱、发射光谱测试与特征分析；②不同覆盖度、不同长势植被覆盖反射光谱、发射光谱测试与特征分析；③城乡非自然目标反射光谱、发射光谱测试与特征分析；④土壤反射光谱、发射光谱测试与特征分析；⑤岩石反射光谱、发射光谱测试与特征分析。

要求：上述5个实验根据具体情况必作2个，选作1个。

1.4设备（软件）及资料准备1.4.1 实习设备及软件测定地物反射光谱特性的仪器是可见光、近红外光谱仪。

仪器由收集器、分光器、探测器和显示或记录器组成。

测定地物发射光谱特性的仪器是热红外波谱仪、热红外辐射计。

1.4.2 实习前准备工作1.4.2.1 光谱测试仪器的标定测量仪器在采集数据前必须通过指定的定标实验室的定标检测，检验仪器的工作性能。

仪器的定标在室定标和实验场地现场定标，并在提交数据时附上相应测量仪器的定标报告。

若对同一种典型地物（农作物、岩矿、水体等）的相同观测项目采用不同型号的测量仪器，则必须在观测实验前到指定的实验室或实验场进行统一校准和比对：即在相同的条件下，同时测量同一目标，进行归一化处理，分析各仪器的误差，以精度高的仪器为准，进行误差订正，并在提交数据时应附上相应测量仪器的比对报告。

遥感知识点

一、遥感的概念1、遥感（Remote Sensing)：不接触地物，从远处把目标地物的电磁波特征记录下来，通过分析揭示地物的特征性质及其变化的综合性探测技术。

2、遥感的定义广义遥感——无接触的远距离探测狭义遥感——不与探测目标接触，记录目标的电磁波特性遥感不同于遥测（telemetry）和遥控（remote control），但需要综合运用遥测和遥控技术。

3、几个重要的概念传感器：又名遥感器，是指远距离感测地物环境辐射或反射电磁波的仪器。

遥感平台：遥感中搭载传感器的工具称为遥感平台，按高度可分为地面平台、航空平台、航天平台。

二、遥感技术的特点宏观性、综合性、多波段性（全天候）、多时相性（动态分析）三、遥感的分类按照遥感的工作平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感。

按照探测电磁波的工作波段分类：可见光遥感、红外遥感、微波遥感等。

按照遥感应用的目的分类：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感等按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感四、遥感技术系统1、定义：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。

包括被测目标的信息特征、信息的获取、信息的记录与传输、信息的处理和信息的应用五大部分2、遥感技术系统的组成遥感试验：对电磁波特性、信息获取、传输和处理技术的试验。

遥感信息获取：中心工作。

遥感平台和传感器。

信息的记录与传输：遥感信息处理：处理的原因遥感信息应用四、遥感技术系统1、遥感发展概况与展望Remote Sensing 的提出：美国学者布鲁伊特于1960年提出，1961年正式通过。

遥感发展的三个阶段：萌芽阶段、航空遥感阶段、航天遥感阶段（气球、风筝、信鸽姿态不定，均不是理想的遥感平台）航空遥感阶段1903年航天遥感阶段1957年2、我国遥感发展概况50年代航空摄影和应用工作。

60年代，航空摄影工作初具规模，应用范围不断扩大。

地物波谱特性及实例

地物波谱特性及实例王韶泽;姜乐平【期刊名称】《内江科技》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】2页(P136,133)【作者】王韶泽;姜乐平【作者单位】【正文语种】中文自然界中任何地物都具有反射和发射电磁辐射的能力，但物体在不同波长处其反射和发射电磁辐射的能力是不同的。

地面上各种物体由于组成物质的分子、原子性质和结构规模不同，因而各种地物对不同波长的电磁波的反射、发射及透射本领也有差异。

这种无物体反射、发射及透射电磁波的本领随入射波的改变而改变的特性，称为地物波谱特性，包括地物的反射波谱特性和地物的发射波谱特性。

1.1 同一地物的反射波谱特性地物的波谱特性一般随时间季节变化，这称为时间效应；处在不同地理区域的同种地物具有不同的波谱效应，称为空间效应。

如下图所示，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。

灌浆期和乳熟期的春小麦反射率明显低于花期的春小麦。

黄叶期时由于植物不具备绿色特征，其反射波谱近似于一条斜线。

这是因为黄叶的水含量降低，导致在1.45微米、1.95微米、2.7微米附近的三个水吸收带的减弱。

当叶片有病虫害时，也有与黄叶期相同的反射率。

1.2 不同地物的反射波谱特性（1）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，土壤反射波谱曲线比较平滑。

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、砂和土壤表面的粗糙度、粉砂相对百分含量等。

土质越细反射率越高；有机质含量越高、含水量越高反射率越低。

此外肥力对反射率也有一定的影响，因此可以利用土壤波谱特性定量分析土壤的含水量和肥力状况。

（2）水体的反射波谱特性。

水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收率很强，特别到近红外波段吸收就更强，反射率几乎等于零，所以在近红外遥感影像上，水体呈黑色，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，与周围的植被和土壤有明显的反差，很容易识别和判读。

西南大学《遥感概论》复习思考题及答案

（0785）《遥感概论》复习思考题名词解释：1、遥感2、电磁波谱（Electramagitic spectrum）3、太阳常数：4、地物光谱特性：5、地物反射光谱与地物反射光谱曲线：6、黑体：7、基尔霍夫定律：8、大气窗口：9、饱和度：10、传感器：11、反差contrast：12、乳剂分辨率：13、像对stereopair：14、航向重叠（longitudinal overlap）：15、旁向重叠（lateral overlap）：16、中心投影17、像点位移：18、投影差：19、倾斜差：20、航空相片的使用面积：21、判读标志：22、亮度系数：23、立体观察：24、主比例尺：25、平均比例尺：26、多光谱扫描仪MSS：27、专题制图仪TM：28、灰阶：29、卫片空间分辨率：30、卫片空间分辨率可辨性：31、监督分类：32、非监督分类：33、图象增强处理：34、密度分割：35、吸收率：36、透射率：37、反射率：38、灰体：39、维恩定律：40、斯特藩-玻耳兹定律：41、发射率：42、减色法原理43、加色法原理：二、简答及论述题1、简述遥感概念及特点2、遥感的分类3、简述微波电磁波的特性：4、试举例阐述研究地物反射光谱的意义：6、分析为什么晴朗的天空呈现兰色？云呈现白色？7、中心投影与垂直投影的关系8、像对的立体观察条件9、什么是航空相片判读标志？试举例说明常用判读标志。

10、举例阐述航空相片常用判读方法。

11、分析影响地物在黑白全色航空相片上成像色调的因素。

12、在黑白全色航空相片上，怎样区分铁路与公路？怎样区分田与土？13、简述航空相片的判读原则14、简述陆地卫星轨道运行特征，为什么设定这样的特征？15、陆地卫星轨道为什么与太阳同步？怎么实现？16、比较航空相片与卫星相片的航向、旁向重叠17、分析MSS、TM图象各波段图象的光谱效应。

（0785）《遥感概论》复习思考题答案一、名词44、遥感（Remote Sensing），从广义上说是泛指从远处探测、感知物体或事物的技术。

典型地物反射波谱测量与特征分析

典型地物反射波谱测量与特征分析一、实验目的与要求1.实验意义：（1）对光谱测量仪器的认识：ASD野外光谱分析仪FieldSpecPro是一种测量可见光到近红外波段地物波谱的有效工具，它能够快速扫描地物，光线探头在毫秒内得到地物的单一光谱。

FieldSpec分光仪主要由附属手提电脑，观测仪器，手枪式把手，光线光学探头以及连接数据线组成。

通过连接电脑，可实时持续显示测量光谱，使得测量者可以即时获取需要的测量数据。

（2）对课堂内容的认识：地物反射光谱是指某种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到的曲线即为反射波谱特性曲线。

影响地物波谱变化的因素：太阳位置（太阳高度角和方位角）。

不同的地理位置，海拔高度不同。

时间、季节的变化。

地物本身差异、土壤含水量、植被病虫害。

2.实验目的：（1）地物波谱数据获取需要使用地面光谱仪，通过该实验学会地面光谱仪的原理与使用方法。

（2）通过对地物光谱曲线分析，比较相异与相似地物反射光谱特征。

认识并掌握典型地物反射光谱特征。

二、实验内容与方法1.实验内容（1）典型地物反射波谱测量选择典型地物类型，使用地物光谱仪，开展地物光谱测量，获得典型地物可见光近红外波段（0.4-2.5微米）的反射光谱曲线。

地物类型：植被（草地、灌丛），水体（不同水深，有无植被），土壤（裸土、有少量植被覆盖土壤），不透水地面（水泥地面、沥青路面、大理石地面）。

（2）地物波谱特征分析a)标准波谱库浏览b)波谱库创建c)高光谱地物识别●从标准波谱库选择端元进行地物识别●自定义端元进行地物识别2.实验方法（1）ASD光谱仪简介FieldSpec Pro型光谱仪是美国分析光谱设备(ASD)公司主要的野外用高光谱测量设备。

整台仪器重量7.2公斤，可以获取350~2500nm 波长范围内地物的光谱曲线，探测器包括一个用于350-1000nm的512像元NMOS硅光电二极管阵列, 以及两个用于1000-2500nm的单独的热电制冷的铟-镓-砷光电探测器。

遥感的物理基础

反射现象：电磁波在传播过程中，通过两种介质的交界面时会出现反射现象，反射现象出要出现在云顶（云造成噪声）。
遥感基础与应用
大气窗口

不同波段的电磁波受到大气的衰减作用轻重不同。

电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射的，透射率较高的波段称为大气窗口。
遥感传感器选择的探测波段应包含在大气窗口之内。
(2) 地物的发射光谱特性

同一地物，其表面粗糙或颜色较深的，发射率往往较高，反之，发射率则较小。

比热大，热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。
例如水体，在白天水面光滑明亮，表面反射强而温度较低，发射率亦较低；而夜间，水的比热大，热惯量也高，故而发射率较高。

遥感基础与应用
结果输出（图、表）
接收预处理
用户处理应用
遥感基础与应用
太阳辐射曲线
太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～ 0.76 µ m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 µ m左右；到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～ 3.0 µ m波段，
包括近紫外、可见光、近

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。
遥感基础与应用
三种不同类型土壤在干燥环境下的光谱曲线
水的吸收带（1.4um、1.9um、2.7um）干燥土壤的波谱特征主要与土壤物质组成（成土矿物和土壤有机质）有关。土壤含水量增加，土壤的反射率就会下降，
遥感基础与应用
不同地物的反射波谱特征
遥感基础与应用

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。

遥感原理与应用-第1章

图1-5 几种温度下的黑体波谱辐射曲线
从上式可以看出：绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝对温度的四次方成正比，称为斯忒藩－玻耳兹曼公式。
12
黑体辐射特性
• 分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动。可微分普朗克公式，并求极值。
维恩位移定律：
温度波长 300 9.66 500 5.80 1000 2.90 2000 1.45 3000 0.97 4000 0.72 5000 0.58 6000 0.48 7000 0.41
27
瑞利散射中，散射强度与波长的关系
I ∝ E s' ∝
2
sin 2 θ
λ4
蓝光散射较强红光散射较弱
为什么微波具有穿透云雾的能力？
28
(2)大气对太阳辐射的反射
• 由于大气中有云层，当电磁波到达云层时，就象到达其他物体界面一样，不可避免的要产生反射现象，这种反射同样满足反射定律。而且各波段受到不同程度的影响，削弱了电磁波到达地面的程度。因此应尽量选择无云的天气接收遥感信号。
7
可见光的范围紫 0.38～0.43μm 蓝 0.43～0.47μm 青 0.47～0.50μm 绿 0.50～0.56μm 黄 0.56～0.59μm 橙 0.59～0.62μm 红 0.62～0.76μm
• • •
电磁波谱的范围非常宽，从波长最短的γ 射线到最长的无线电波，波长之比高达 1022倍以上遥感采用的电磁波段可以从紫外线一直到微波波段遥感就是根据感兴趣的地物的波谱特性，选择相应的电磁波段，通过传感器探测不同的电磁波谱的发射或反射辐射能量而成像的。
24
•
气溶胶的来源
• 自然：

地物波谱特性

差别，这种差别与植物种类、季节、病虫害影响、含水量多少等有关系。为了区分植被种类，需要对植被波谱进行研究。
地物波谱特性
（1）植被反射波谱曲线
9月20日玉米、大豆
5月20日小麦、油菜
地物波谱特性
（1）植被反射波谱曲线不同树种
地物波谱特性
（2）土壤反射波谱曲线
自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土质越细反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低，此外土类和肥力也会对反射率产生影响。由射于波土谱壤曲反线呈比较
地物波谱特性
1.1 测量仪器的硬件介绍：
地物波谱特性
1.2 测量仪器的软件介绍
Spectra Wiz 软件操作界面
地物波谱特性
1.2 测量仪器的软件介绍
• 四大模块：
• FILE模块：提供数据的保存、读取和打印功能； • SETUP模块：提供设置仪器参数和数据预处理参数的功
能； • VIEW模块：提供设置光谱显示参数的功能； • APPS模块：室内光谱测量参数设制。
地物波谱特性不同叶绿素浓度的海水反射光谱曲线
（4）岩石反射波谱曲线岩石的反射波谱曲线无统一的特征，矿物成分、矿物含量、风化程度、含水状况、颗粒大小、表面光滑程度、色泽等都会对曲线形态产生影响。
地物波谱特性几种岩石的反射波谱曲线
2. 地物波谱特征的测量
电磁波谱中，可见光和近红外波段（0.3~2.5μm）是地表反射的主要波段，多数传感器使用这一区间。地物波谱特征测量的作用
在野外的实地测量中，我们一般只使用前三个模块的功能。其中，FILE模块用来保存光谱测量中需要记录的三类光谱：暗光谱、参考光谱和目标光谱；SETUP模块用来设置参数以确保仪器的正常工作；VIEW模块则为用户提供多角度观察光谱的显示模式。

典型地物波谱特征

典型地物波谱特征1. 植被：植被在可见光波段（400-700nm）有较高的反射率，特别是在绿光波段（500-600nm）具有最高的反射率。

这是由于植物叶片中的叶绿素所致。

而在红外波段（近红外和中红外）植被的反射率较低，由于叶片中的水分和植被构架的散射。

这些反射特征使得植被在光谱上呈现出独特的红光和近红外反射的“红边”特征，可以用来检测植被的类型、生长状况和叶绿素含量。

2.土壤：土壤具有较低的反射率，特别是在可见光波段和红外波段。

土壤的光谱特征主要由其物理和化学特性决定，如含水量、粒度和有机质含量。

不同土壤类型具有不同的光谱特征，可以通过光谱分析来进行区分。

例如，矿物质丰富的土壤在可见光波段和红外波段具有较高的反射率；有机质含量高的土壤在红外波段具有较高的吸收率。

3.水体：水体在可见光波段有较低的反射率，特别是蓝光波段。

这是由于水分子的吸收作用。

在红外波段，水体的吸收率较高，特别是在中红外波段。

这些反射和吸收特征使得水体在光谱上呈现出低反射的“蓝窗口”和高吸收的“红窗口”特征，可以用来进行水体的识别和水质监测。

4.建筑物：建筑物在可见光波段和红外波段具有较高的反射率。

不同类型的建筑物具有不同的光谱特征，可以通过光谱分析进行分类。

例如，玻璃和金属材料具有很高的反射率，并在短波红外波段具有很高的吸收率；混凝土和瓦片具有适中的反射率和较低的吸收率。

5.云和雪：云和雪在可见光波段具有较高的反射率，特别是在蓝光波段。

在红外波段，云和雪的反射率较低，并具有较高的吸收率。

这些反射和吸收特征使得云和雪在光谱上具有明显的特征，可以用来进行云和雪的遥感监测。

以上是一些典型地物的波谱特征的例子，不同地物在不同波段上的反射和吸收特征是由其物理、化学和结构特性所决定的。

通过利用这些特征，可以对地物进行识别和定量化，为环境监测、资源调查和灾害监测等应用提供重要的信息。

反射类别及地物的发射光谱特点

水体：反射主要在蓝绿波段，其它波段吸收都很强，近红外吸收更强。水中含泥沙时，可见光波段反射率会增加，峰值出现在黄红区。水中含叶绿素时，近红外波段明显抬升。
14
2.典型地物反射波谱特征
岩石：形态各异，没有统一的变化规律
15
2.典型地物反射波谱特征
岩石的反射波谱曲线受：
• 矿物成分 • 矿物含量 • 风化程度 • 含水状况 • 颗粒大小 • 表面光滑程度 • 色泽等影响
电磁波与物体间的相互作用图
4
Hale Waihona Puke 比较概念：地表反射率：地面反射辐射量与入射辐射量之比，表征地面对太阳辐射的吸收和反射能力。反射率越大，地面吸收太阳辐射越少；反射率越小，地面吸收太阳辐射越多，表示：surface albedo 表观反射率（apparent reflectance ）：表观反射率就是指大气层顶的反射率,辐射定标的结果之一，大气层顶表观反射率，简称表观反射率，又称视反射率。 =地表反射率+大气反射率。所以需要大气校正为地表反射率。“5S”和“6S” 模型输入的是表观反射率而MODTRAN模型要求输入的是辐射亮度。反照率（albedo）：反照率是指地表在太阳辐射的影响下，反射辐射通量与入射辐射通量的比值。它是反演很多地表参数的重要变量，反映了地表对太阳辐射的吸收能力。它与反射率的概念是有区别的：反射率（reflectance)是指某一波段向一定方向的反射，因而反照率是反射率在所有方向上的积分；反射率是波长的函数，不同波长反射率不一样，反照率是对全波长而言的。反照率的定义是地物全波段的反射比,反射率为各个波段的反射系数。因此,反照率为地物波长从0 到∞的反射比。
地物的反射辐射
主讲教师:刘丹丹
主要内容

4.4 地物波谱特征(1)

2)
传感器探测波段的设计，是通过分析比较地物光谱数据而确定的。多光谱扫描仪（MSS）的波段设计：
MSS1(0.5-0.6 μm) MSS2(0.6-0.7 μm) MSS3(0.7-0.8 μm) MSS4(0.8-1.1 μm)

3) 同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害 4) 地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。
地物的光谱特性
任何地物都有自身的电磁辐射规律，如反射、发射、吸收电磁波的特性。少数还有透射电磁波的特性。地物的这种特性称为：地物的光谱特性。
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。
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。
入射电磁波的波长入射角的大小地表颜色与粗糙度
3、地物的反射光谱：地物的反射率随入
射波长变化的规律。
1)
地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、沙漠、湿地、小麦的光谱曲线
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) 实际物体反射
实际物体反射比较复杂，它是介于镜面与朗伯面之间，各个方向上都有反射光线，但大小不同。
实际物体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、地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。反射率随入射波长而变化。影响地物反射率大小的因素：
( ) ( ) ( ) 1