2.地物的光谱特性
遥感概论试卷及答案2套及考试要点
遥感概论（A）一、名词解释（每题4分，共20分）1.遥感2.地物光谱特性曲线3.光谱分辨率4.标准假彩色图象ndsat二、判断题（每题2分，共20分）☐ 1 大气对太阳辐射的影响主要是散射与吸收，散射会降低遥感图象的质量。
☐ 2 遥感图象的解译是从遥感图象上获取目标地物信息的过程，目前遥感图象信息提取的方法主要是目视解译，这是信息社会中地学研究和遥感应用的一项基本技能。
☐ 3 随着悬浮泥沙含量的加大，可见光对水体的透射能力减弱，反射能力加强。
☐ 4 植被的光谱曲线最大反射值在绿波段，因此我们观察到的自然界植被为绿色的。
☐ 5 散射主要发生在可见光区，不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。
☐ 6 陆地卫星Landsat，1972年发射第一颗，已连续31年为人类提供陆地卫星图象，共发射了7颗，产品有MSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。
☐7 TM1对水体有一定的透视能力，能判读出水下地形；☐8 TM123波段分别赋予RGB三个颜色通道合成的彩色图象就是真彩色合成.☐9 陆地卫星成象时的地面采样大小，在图象上就称为象元，是构成图象的最小成象单元。
☐10 TM1、TM2、TM3、TM4、TM5、TM7波段的图象象元大小为20米。
三、填空题（每空1分，共10分）1.电磁波谱中可见光波长范围是。
2.电磁波谱中近红外波长范围是。
3.目前分辨率最高的卫星是，他的的分辨率为。
ndsat卫星所携带的传感器对地面的采样大小分别是：MSS4-7为，ETM1-ETM5、ETM7为，ETM6 ，ETM-PAN波段为。
5.数字图象的计算机分类主要有两种，即和四、问答题（每题6分，共30分）1.航空象片判读的方法有那些？2.分析彩红外航片上建筑物的信息提取方法？3．植被的光谱特性曲线的特点(可用图示说明)4．传感器的类型有那些？推帚式扫描传感器的成象原理是什么？5．什么是遥感数据的分辨率？影响因素有那些？五、简述题（每题10分，共20分）1.简述遥感的技术系统2.简述遥感的应用遥感概论（B）一、名词解释（每题4分，共20分）1.图象判读标志2.遥感数据3.大气窗口4.SPOT5.空间分辨率二、判断题（每题2分，共20分）1 电磁波是交互变化的电磁场在空间的传播，电磁波是典型的横波。
地物的反射光谱
地物的反射光谱
地物反射光谱是指地物在可见光和近红外光谱范围内的反射特性。
地物反射光谱是研究地球表面遥感信息的重要依据，因为不同地物对光谱的吸收和反射特性不同，从而表现出不同的光谱特征。
地物反射光谱的一般特征如下：
1.波段差异：不同地物在各个波段的反射率存在差异。
例如，植被在绿光波段反射率较高，而建筑物和裸地在绿光波段反射率较低。
2.连续性：地物反射光谱在可见光和近红外范围内呈现出连续的变化。
随着波长的增加，地物的反射率通常先升高后降低。
3.光谱曲线形状：不同地物的反射光谱曲线形状各异。
如植被的光谱曲线通常具有明显的峰值，而建筑物和裸地的光谱曲线则相对平缓。
4.受控因素：地物反射光谱受多种因素影响，如地物的物理性质、化学成分、含水量、植被覆盖度等。
地物的光谱特性
入射电磁波的波长 入射角的大小 地表颜色与粗糙度
2. 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。
2) 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
2) 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。
3) 瑞里—金斯公式
黑体辐射的微波功率与温度成正比， 与波长的平方成反比。
W( )
2kT
2
微波波段与红外波段发射率的比较：不同地 物之间微波发射率的差异比红外发射率要明显得 多，因此，在可见光和红外波段中不易识别的地 物，在微波波段中则容易识别。（表2-6）
6、地物的发射光谱
① 发射光谱：地物的发射率随波长变化的 规律。
② 发射光谱曲线：按照发射率和波长之间 的关系绘成的曲线。
③ 岩石的发射光谱分析（图2-12）
亮度温度：衡量地物辐射特征的重要指标。指等 物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时， 该黑体的绝对温度即为亮度温度。 The temperature of the black body which radiates the same radiant energy as an observed object is called the brightness temperature of the object. 亮度温度与实地温度的关系：总小于实地温度。
4) 地物的光谱特性具有时间特性和空间特
性。
时间特性
空间特性
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。
地物的反射光谱与地物波谱特性
地物的反射光谱曲线
不同的地物在不 同波段反射率存在差 异。
右图为雪地、小
麦地的光谱曲线。
植物反射波谱特性
由于植物均进行光合 作用，因此各类绿色植物 具有很相似的反射波谱特 性： 在可见光波段 0.55μm（绿光）附近有 反射率为10%-20%的一个 波峰； 在近红外波段0.81.0μm间有一个反射的陡 坡，至1.1μm附近有一个 峰值，形成植被的独有特 征。
地物的反射光谱
物体是反射波谱限于紫外、可见光
和近红外，尤其是后两波段。
物体的反射波谱是特征主要取决于该
物体与入射辐射相互作用的波长选择，即：
对入辐射是反射、吸收和投射的选择性，其 中反射作用是主要的。
地物的反射光谱
地物的反射光谱有如下特征： （1）不同的地物在不同波段反射率存在差异 （如雪地、小麦地的光谱曲线） （2）相同地物光谱曲线有相似性，但是也存在 差异性（如患虫害的小麦与正常小麦的光谱曲线） （3）地物光谱特征具有事件性和空间性（不同 时间与空间光谱特征不同
完善等很多问题仍然缺乏一套系统的、规范的我
国典型地物的波普数据。
国外地物波谱库研究现状
美国NASA于70年代初就初步建立了地
球资源信息系统（ERSIS）。包括植被、土
壤、岩矿和水体等2000余种地物的实验室 反射波谱数据。
地物波谱仪
地物波谱仪
逐渐摆脱“看图识字”的阶段，越来越依赖于地
物波谱特性的研究和发展。
我国地物波谱特性发展现状
地物波谱特性是遥感探测的基础，遥感优
化组合的依据，是定量遥感的技术与应用发展的 先决条件，但我国在地物波谱特性研究中还存在 在很多问题，尽管我国近年引进了一大批代表国 际前沿的地物波谱测试的设备，但其辅助装置不
遥感概论名词解释
名词解释1、GPS：GPS是新一代以卫星为基础的电子导航系统，利用多颗低轨卫星实现全球导航定位的系统，它可以直接测定地球表面人一点的三维坐标：经度、纬度、高度。
2、遥感制图：是指以遥感所提供的信息为依据，利用遥感数据分析处理技术和现代地图的制图方法，按照地图的规定和用途（用图）需要，来完成遥感信息的制图表示和制作地图的过程。
3、系列制图：指是从同一地区同一时间内取得的遥感资料所编制的不同专业内容的专题图件。
4、城市遥感：以城市环境、生态作为主要调查研究对象的遥感工程。
5、环境遥感：利用各种遥感技术，对自然与社会环境的动态变化进行监测或做出评价与预报的统称。
由于人口的增长与资源的开发、利用，自然与社会环境随时都在发生变化,利用遥感多时相、周期短的特点，可以迅速为环境监测。
评价和预报提供可靠依据。
6、资源遥感：以地球资源作为调查研究的对象的遥感方法和实践，调查自然资源状况和监测再生资源的动态变化，是遥感技术应用的主要领域之一。
利用遥感信息勘测地球资源，成本低，速度快,有利于克服自然界恶劣环境的限制，减少勘测投资的盲目性。
7、遥感信息处理：（再处理）指对遥感探测所获取的图像信息或磁带数据进行的各种处理，使遥感资料更适于各个专题的分析应用。
8、监督分类：从分析研究的区域内选取有代表性的训练地作为样本，建立具有代表性判别函数或判读标志，然后对样区或样本进行分类。
9、非监督分类：不需要选择取样区和样本，直接依据象元间的相似度大小或仅依靠不同地物的光谱信息和影像信息进行特征提取、归类合并或分析判读的方法。
10、直接判读标志：指目标物体本身的属性在遥感图像上直接反映，它们包括形状、大小、颜色、阴影、组合图案等。
11、间接判读标志：指地物本身的属性不能在资源遥感图像上直接反映，它是通过与判别目标有联系的其它相关地物信息在图像上反映出来的特征，再来推断判别目标物体的属性及影像特征。
如地理位置、排列组合、水系格局、地貌形态、植被分布等。
常见地物的反射光谱特征
常见地物的反射光谱特征嘿，朋友们！咱今天来聊聊常见地物的反射光谱特征，这可有意思啦！你看那绿油油的草地，就像一块大自然的绿色绒毯。
它对太阳光的反射可特别啦！绿光被它反射得那叫一个欢快，就好像草地在向我们展示它的生机勃勃呢！这要是跟镜子比，镜子那是直愣愣地全反射，草地可就聪明多了，它知道该把哪些光留下，哪些光送回去。
再说说那清澈的湖水吧，平静得像一面大镜子似的。
但它的反射光谱特征和镜子可不一样哦！水会吸收一些光，然后又把一部分光温柔地反射出来。
就好像湖水有自己的小脾气和喜好，它会挑选着来反射呢！你想想，要是湖水像镜子一样啥都反射，那我们看到的湖水不就成了一个晃眼的大灯泡啦？还有那黄澄澄的沙漠呀，阳光照上去，那反射出来的光都带着一股热气。
沙漠就像个大大咧咧的家伙，啥光都不挑，来者不拒地反射着。
你说它是不是特别豪爽？那树林呢，就像是一个神秘的绿色城堡。
树叶们把阳光玩得团团转，有的光被吸收了，用来进行光合作用，让树木茁壮成长；有的光则被巧妙地反射出来，让整个树林看起来都充满了生机和活力。
这就好像树林有一套自己的魔法，能把光变得不一样。
咱平时走在路上，看到的这些地物，可都有着它们独特的反射光谱特征呢！这就好比每个人都有自己的性格特点一样。
你不觉得这很神奇吗？这些地物通过它们的反射光谱特征，向我们展示着它们的美丽和独特。
想想看，如果没有这些不同的反射光谱特征，我们的世界该多单调啊！草地不再是那可爱的绿色，湖水失去了它的灵动，沙漠也没了那股热气腾腾的感觉，树林也不再神秘。
那多无趣呀！所以啊，我们要好好珍惜这些常见地物的反射光谱特征，它们可是让我们的世界变得丰富多彩的大功臣呢！我们要用心去感受它们，去欣赏它们的独特之处。
让我们一起享受这个充满奇妙反射光谱特征的美丽世界吧！这难道不是一件特别棒的事情吗？。
地物的光谱特性名词解释
地物的光谱特性名词解释一、引言地物的光谱特性是遥感技术中重要的概念，它涉及到遥感图像的解释与分析。
本文旨在阐述与解释地物的光谱特性相关的一些重要名词，为读者提供相关知识和背景。
二、光谱光谱是指将可见光按照波长的长短排列成一列连续的颜色带。
它包含了波长范围从紫外线到红外线的所有可见光线。
而地物的光谱特性指的是地物在不同波段下的反射与吸收特性。
三、反射率反射率是指光线照射到地物上后被地物表面反射回来的光线所占的比例。
不同地物的反射率不同，反射率与物体的光谱特性有关。
四、吸收率吸收率是指地物对光线吸收的能力。
不同地物对不同波长的光线有不同的吸收率。
通过对吸收率的研究，可以了解地物在不同波段下的吸收特性，进而进行地物分类与识别。
五、透射率透射率是指光线穿过地物并透射到地物下方的能力。
地物的透射率与物体的光谱特性密切相关，它可以帮助我们了解地物内部结构和组成物质的特性。
六、高光谱高光谱是指对地物反射光谱进行连续而详细的测量和获取。
相比于传统的遥感技术只能获取少数波段的信息，高光谱技术可以获得相对较多的波段信息，提供更丰富的光谱特性数据。
七、光谱曲线光谱曲线是指表示地物在不同波段下反射率或吸收率的曲线图。
通过光谱曲线的分析和对比，我们可以判断地物的特征和成分，实现地物分类和定量分析。
八、光谱特征提取光谱特征提取是指从遥感图像中提取地物的光谱信息并进行分析。
通过光谱特征提取，可以实现地物的识别、分类和定量分析，为地理信息系统和环境监测提供支持。
九、光谱库光谱库是指存储各种地物光谱信息的数据库。
它包含了不同地物在不同波段下的光谱曲线和光谱特征数据。
光谱库可用于地物识别、图像解译和环境监测等应用。
十、遥感图像的光谱解译遥感图像的光谱解译是指通过对遥感图像中的光谱信息进行解读和分析，来推断地物的类型和特征。
光谱解译是遥感技术中重要的应用之一，有助于了解地物的分布和变化，提供环境管理和资源监测的信息。
十一、结论地物的光谱特性是遥感技术中重要的概念，涉及到地物的反射、吸收和透射特性。
反射类别及地物的发射光谱特点
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
遥感考试总结简答题
1目前遥感中使用的传感器答：按有无发射电磁波能力分：主动、被动。按是否成像分：成像传感器、非成像传感器；按利用的电磁波段分：光学传感器、微波传感器。按基本结构原理分：摄影类型的传感器、扫描成像类型的传感器、雷达成像类型的传感器
2遥感传感器包括：1 收集器 收集地物辐射来的能量2探测器 将收集的辐射能转化为化学能或电能。3处理器 对收集的信号进行处理 4输出器 输出获取的数据。3LANDSAT系列卫星上具有全色波段的是哪一颗？其空间分辨率怎样？答： landsat-7，传感器的类型ETM+，15*15米。4利用合成孔径技术能提高侧视雷达的方位分辨率。5实现扫描线衔接应满足的条件是什么？答 由 因为和t为常数，所以只要速度W,高度H之比为常数即可6叙述侧视雷达图像的影像特征：1）直飞行方向的比例尺由小变大。2）山体前倾朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长与中心投影相反，还会出现不同地物点重影现象 3）差产生的投影差与中心投影影像差位移的方向相反，位移量不同4）斜距投影。7TM与MSS的不同：答：TM是MSS的改进，增加了扫描改正器使扫描行垂直于飞行轨道，往返方向都对地面扫描，具有更高的空间分辨率，更高的频谱选择性，更好的几何真度，更高的辐射准确度和分辨率。8 HRV与TM的不同：HRV推扫式扫描仪是对像面扫描成像，其上装有CCD元件，能瞬间同时得到垂直于航线的一条扫描线，以推扫方式获取沿轨道连续图像；TM是多光谱扫描仪对物面扫描成像，它是靠扫描镜来回扫描获取垂直于轨道的图像线
七遥感图像判读 1遥感图像判读主要应用景物的哪些特征。答：光谱特征，空间特征，时间特征，微波波段有偏振特征。2地物的光谱特性曲线与波谱响应曲线的关系和不同点。答：关系：地物的波谱响应曲线与光谱特性曲线变换趋势是一致的。2）不考虑大气影响，波谱响应值域该波段内光谱反射亮度积分值值对应2不同点：光谱特性曲线表示反射率与波长的关系，波谱响应曲线表示密度或亮度值与波段的关系3多光谱图像比单波段图像能判读出更多的信息原因答：多光谱相片显示景物的光谱特征比单波谱强得多，它能显示出景物在不同波普反射率的变化。而仅用单波段图像易混类，确定图像的类别的把握也不大。4遥感影像解译标志的理解。答：分为直接判读的标志和间接判读标志。直接判读标志有：光谱判读标志、空间判读标志、时间判读标志、。间接判读标志：地质构造类型、地貌类型、土壤类型。5遥感技术识别地物的原理。答：光谱具有光谱特征，空间特征，时间特征，微波波段有偏振特征。景物的这些特征在图像上以灰度变化的形式表现出来，因此图像的灰度是以上三者的函数。不同地物的这些特征不同，在图像上的表现形式也不同。因此，判读员可以根据图像上的变化和差别来区分不同的类别。再利用已有资料，对描述的目标特征，结合判读员的经验，通过推理分析将目标识别。6特征空间及其据类的特性。答“为了度量图像中地物的光谱特征，建立一个以各波段图像的亮点分布的为子空间的多维光谱特征空间。特征：1不同地物由于光谱特征不同，将分布在特征空间的不同位置。2同类地物的各取样点在光谱特征空间中的特征点将不可能只表现为同一点，而是形成一个相对聚集的点集群，不同类地物的点集群在特征空间内一般是相互分离的。3地物在特征空间的聚类通常用特征点分布的概率密度函数表示。7特征选择及方法答：希望能用最少的影像数据最好的分类。方法：1）定性：结合影像本身特征，针对所希望的类别问题进行选择2）定量：距离测度，散布矩阵测度。8监督分类与非监督分类的区别。答：1监督分类先学习后分类，非监督分类边学习边分类。2监督分类的精度高，与实际类别吻合较好；非监督分类与实际类别相差较大，但工作量小，容易实现。3有先验知识用监督分类，没有用非监督分类。9评价分类精度答：1) 非位置精度：不考虑位置因素，以一个简单的数值（如面积、像元数等）表示分类精度，所得精度往往偏高。2)采用混淆矩阵。对检核分类精度的样区内所有像元，统计其分类图中的类别与实际类别之间的混淆程度，列出混淆矩阵。3）位置精度：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分类结果与其空间位置统一检查，多采用混淆矩阵。5遥感图像计算机自动分类的精度受哪些因素的影响？如何进一步提高分类的精度？ 答：原因：1遥感数据制约：1) 光谱特性：同物异谱，同谱异物；光谱类与信息类不对应2)空间分辨率：混合像元 2 分类方法制约：1）基于像元的分类2）空间结构信息未充分利用； 提高精度方法：1)分类前预处理:大气校正、几何校正，特征选择与变换，空间信息的提取（纹理）
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
贺巧宁
主要内容：
• § 2.1电磁波谱与电磁辐射 • § 2.2太阳辐射及大气对辐射的影响 • § 2.3地球的辐射与地物波谱
本章小结
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
• 一. 电磁波谱 • 二. 电磁辐射的度量 • 三. 黑体辐射
一. 电磁波谱
• 1.电磁波的产生 • 2.电磁波的特性 • 3.电磁波谱
入射电磁波 镜面反射
物
体
吸收
表
面
漫反射 透射/折射
反射率（p)=反射能量/入射能量*100% 吸收率（a)=吸收能量/入射能量*100% 透射率（T)=透射能量/入射能量*100%
3.电磁波谱
• 电磁波谱：按照电磁波在真空中传播的 波长或频率，递增或者递减排列构成的 谱带则称电磁波谱。
• 以频率从高到低或者波长从短到长排列 可以划分为r射线、X射线、紫外线、可 见光、红外线、微波、无线电波
大气透射分析
• 反射30%，散射22%，吸收17%，透过31%。
• 臭氧吸收3%，云层反射散射25%，尘埃气 体吸收散射19%，地面反射8%，地表吸收 45%。
2.3 地球的辐射与地物波谱
• 1、地球的辐射:太阳辐射与地表相互
作用,地表自身的热辐射
• 2、地物反射波谱:地物的反射率,地物
反射波谱特征
土壤、岩石
作业
• 教材P44-45思考题 • 第2、6、8、9题
几种典型地物反射光谱曲线
• (1) 植被 • (2) 土壤 • (3) 水体 • (4) 岩石 • (5) 其他
• 植被：0.55μm，绿色，叶绿素的影响
•
0.70-0.80μm有反射陡坡
•
遥感地学分析地物光谱特征分析
遥感地学分析地物光谱特征分析遥感地学分析地物光谱特征是通过遥感技术获取地物的光谱信息并进行分析。
光谱是电磁波在不同波长处的分布情况，地物在遥感图像中的光谱特征可以提供关于其组成、结构和性质的信息。
地物光谱特征分析是遥感地学的重要研究内容，对于地物分类、环境监测和资源调查等应用具有重要意义。
地物光谱特征分析基于遥感图像中的光谱曲线，通过对比不同地物的光谱特征，可以帮助我们区分地物类型，并了解地物的空间分布、数量和变化情况。
光谱特征分析主要包括以下几个方面的内容。
首先是光谱曲线的形态分析。
不同地物的光谱曲线形态有所不同，通过对光谱曲线的起伏、波峰、波谷等形态特征进行分析，可以帮助我们鉴别地物类型。
比如，水体的光谱曲线具有明显的吸收特征，而植被的光谱曲线则显示出明显的吸收波段和反射波段，利用这些形态特征可以将水体和植被进行区分。
其次是光谱曲线的能量分析。
地物的光谱曲线能量分布情况与地物的组成和结构有关。
通过分析不同波段上的光谱能量分布情况，可以获得地物的组成信息。
例如，植被含有大量的叶绿素，对红辐射吸收较强，因此在红光波段上反射较少的能量。
反之，水体和土地等地物则在红光波段上反射较多的能量。
通过这种能量分布的差异，可以将植被、水体和土地等地物进行区分。
此外，也可以通过计算光谱特征参数来分析地物光谱特征。
常用的光谱特征参数包括植被指数、水体指数等。
植被指数可以反映植被的绿度和生长状况，常用的有归一化植被指数（NDVI）和增强型植被指数（EVI）。
水体指数则用于提取水体的光谱特征，常用的有归一化水体指数（NDWI）和水体影像差异指数（MNDWI）。
通过计算这些指数，可以量化地物的光谱特征，进一步分析地物类型和性质。
最后，地物光谱特征分析还可以通过光谱数据库和遥感图像分类技术进行辅助分析。
光谱数据库是一种记录不同地物的光谱特征的库，可以通过与遥感图像的光谱曲线进行对比，帮助我们确定地物类型。
遥感图像分类技术通过对图像中的像元进行分类，将不同的光谱特征的像元归类到不同的地物类型中。
2遥感技术与应用-遥感电磁辐射基础(2)
大气对电磁辐射的影响作用：
折射、反射、吸收、散射、透射 。（自身辐射）
6
大气折射 （Refraction）
电磁波穿过大气层时，会产生传播方向改变，即折射现象。 大气密度越大，折射率越大；离地面高度越大，空气越稀薄， 折射率越小。
地面接收的电磁波方向与实际太阳辐射方向偏离了一个角度， 称为折射值。
Atmospheric Refraction
16
3、无选择性散射(Non-selective scattering)
发生在大气粒子的直径比波长大得多时。散射的特点 时散射强度与波长无关，任何波长的散射强度相同
尘埃、云和雾 云和雾：白色，（对所有可见光波长同等散射）
17
散射特征总结
散射强度遵循的规律与波长密切相关。在大气状况相同时，同 时会出现各种类型的散射。
地表接受的太阳辐射曲线
与大气外的曲线不同，差异 主要由大气引起。
太阳辐照度分布曲线
1
2.2 太阳辐射和地球辐射
2 地球辐射
地表自身热辐射 地球辐射与相应的黑体辐射的关系：地球辐射接近于 300K黑体辐射，但由于大气影响（主要是吸收），实际 的辐射曲线为不平滑的折线。
2
2.2 太阳辐射和地球辐射
3 太阳辐射和地球辐射的分段性：
太阳辐射接近于温度为6000K的黑体辐射，最大辐射的对应波长为 0.48m，地球辐射接近于温度为300K的黑体辐射，最大辐射的对 应波长为9.66 m，二者相差较远； 太阳辐射主要集中于波长较短的部分，从紫外、可见光到近红外 区域，即0.3-2.5 m，在这一波段地球的辐射主要是反射太阳的 辐射。 地球自身发出的辐射主要集中在波长较长的部分，即6 m以上的热 红外区段。 在2.5-6 m的中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身 的热辐射均不能忽略
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
均匀层，对 太阳辐射的 相互作用是 太阳能衰减 的主要原因
1、大气组成：
➢ 两类：分子和其他微粒； ➢ 分子: 氮和氧占99%，臭氧、二氧化碳、水分子
及其它（N2O, CH4, NH3等）约占1%；
➢ 颗粒：烟、尘埃、雾、小水滴和气溶胶。气溶胶
是一种固体、液体的悬浮物，直径0.01-30m。
一个天文单位=日地距离d=1.496×108 m. 是在地球大气顶端接受的太阳能量，没有大气影响。 已知日地距离d（天文单位），计算太阳辐射通
量… 已知太阳线半径r，计算太阳辐射出射度…
➢太阳光谱：光球所产生的光谱。 太阳辐射能量集中于可见光波段（近紫外到中红
外）该波段区间不但能量集中，而且辐射强度最稳 定
这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星 传感器扫描成像的常用波段。比如，Landsat 卫 星的TM的1-4波段，SPOT卫星的HRV波段等。
➢ 1.5-1.8μm, 2.0-3.5μm，即近、短波、中
n3 O pt ic a lly less dense at m osphe re
2
Path of energy in ho mogeneo us at mosphere
3
Path of radiant energy af fected
四、大气对辐射的吸收作用
➢ 大气分子对电磁波的某些波段吸收缺失带
第二章 电磁辐射与地物 光谱特征
➢电磁波谱与电磁辐射 ➢太阳辐射及大气对辐射的影响 ➢地球的辐射与地物波谱
电磁波谱原理 第一节 电磁辐射度量参数
特殊电磁波——黑体辐射
➢ 任何地物都能辐射电磁波。 ➢ 地球表面最重要的电磁波能量来源是太阳。 ➢ 遥感： 对电磁波能量的测定。
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
2、黑体辐射规律 普朗克公式：
M ( , T ) 2hc
2
5
1 e ch / KT 1
此式有两个自变量： λ、 T ，其它都是常数，因而 可写为： W = ƒ (λ, T ) 其函数曲线可表示为：
c为真空中的光速； k为波尔兹曼常数， k=1.38×10－23 J/K； h为普朗克常数， h=6.63×10-34Js； M为辐射出射度。
于遥感研究不需要对太阳分层考虑，因而通常 认为光球发射的几乎是全部的太阳辐射。
图2.11 太阳辐照度分布曲线
二、大气分层
大气厚度约1000km，并且在垂直方向有层次的区别，自下而上大致 分层为：（各层之间逐渐过渡，没有截然的界线）。
对流层：高度在7～12 km,温度随高度而降低，包含大气 总量的3/4和几乎全部水汽，天气变化频繁，航空遥感主要 在该层内，对遥感数据产生很大影响。 平流层：高度在12～80 km，几乎没有天气现象，底部为 同温层（航空遥感活动层），同温层以上，温度由于臭氧 层对紫外线的强吸收而逐渐升高（在地面观测不到0.29µ m 波长的太阳辐射）。 电离层：高度在80～1 000 km，大气中的O2、N2受紫外线 照射而电离，主要反射地面发射的无线电波，对遥感波段 是透明的，是陆地卫星活动空间。 大气外层：800～35 000 km ,空气极稀薄，对遥感基本 上没有影响。
3.实际物体的辐射 （1）地物的发射率 • 发射率是指地物的辐射出射度(即地物 单位面积发出的辐射通量)M与同温度的黑 体的辐射出射度(即黑体单位面积发出的辐 射总通量M黑的比值。
M M黑
• 地物的发射率与地物的性质、表面状况(如 粗糙度、颜色等)有关，且是温度和波长的 函数。
地物光谱特征
地物光谱特征
地物光谱特征是指不同地物（如植被、土壤、水体等）在不同波段的光谱反射特性。
1. 植被光谱特征：植被在可见光谱区域（400-700nm）表现出明显的吸收特征，主要是由于叶绿素的吸收作用。
在红光（约650-700nm）处，植被的反射率较低，而在近红外光（约700-1300nm）处，植被的反射率较高。
这种反射特征可用于估算植被的叶绿素含量和植被覆盖度。
2. 水体光谱特征：水体对可见光和近红外光呈现不同的反射和吸收特性。
水体对蓝光（约400-500nm）吸收较高，对绿光（约500-600nm）吸收较低，而对近红外光（约700-800nm）反射率较高。
这种反射特征可用于水质参数（如浊度、叶绿素浓度等）的监测。
3. 土壤光谱特征：土壤的光谱反射特性受土壤类型、含水量、有机质含量等因素的影响较大。
一般来说，裸露土壤在可见光谱区域呈现较高的反射率，而在近红外光谱区域呈现较低的反射率。
土壤的反射特征可用于土壤类型分类、土壤有机质含量和水分含量估算等。
不同地物的光谱特征可以通过遥感技术获取和分析，从而实现对地物类型、分布、变化等的监测和研究。
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•
W W黑
遥感原理
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。
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2) 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。
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遥感原理
1. 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：
入射电磁波的波长 入射角的大小 地表颜色与粗糙度
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遥感原理
2. 地物的反射光谱：地物的反射率随入
4、地物的发射率和基尔霍夫定律
1) 发射率(Emissivity )：地物的辐 射出射度（单位面积上发出的 辐射总通量）W与同温下的黑 体辐射出射度W黑的比值。它也 是遥感探测的基础和出发点。
影响地物发射率的因素： 地物的性质、表面状况、温度 （比热、热惯量）：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。
TB T
遥感原理
• 透射率：入射光透射过地物的能量与入射总
能量的百分比。 • 透射率随着电磁波的波长和地物的性质而不同。 • 可见光、红外、微波的透射能力。
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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 种特征构成了红外遥感的理论基础。
W T
遥感原理
5、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。
(2)玻耳兹曼定律
Stefan-Boltzmann's 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。
2 2hc 1 W0 d T 4 0 5 ech / kT 1
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1. Power Source: Blackbody Radiation
Planck’s Law: The amount and spectrum of radiation emitted by a blackbody is uniquely determined by its temperature
遥感原理
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。
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地物的反射率、吸收率和透射率
– 对于某波段反射率高的地物，其吸收率就低， 即为弱辐射体；反之，吸收率高的地物，其反 射率就低。
2hc2 1 W (、T ) 5 ch/ kT 1 e
遥感原理
黑体辐射的三个特性( p20 )
A.
B.
C.
辐射通量密度随波长连续变化，每条曲 线只有一个最大值。 温度越高，辐射通量密度越大，不同温 度的曲线不同。 随着温度的升高，辐射最大值所对应的 波长向短波方向移动。
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3) 瑞里—金斯公式 黑体辐射的微波功率与温度成正比， 与波长的平方成反比。
W( )
2kT
2
微波波段与红外波段发射率的比较：不同地 物之间微波发射率的差异比红外发射率要明显得 多，因此，在可见光和红外波段中不易识别的地 物，在微波波段中则容易识别。（表2-6）
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
2)
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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：
Leabharlann 时间特性 空间特性烟台师范学院地理与资源管理学院
遥感原理
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。 1. 黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁 辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。 2. 黑体辐射(Black Body Radiation )：黑体的 热辐射称为黑体辐射。
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6、地物的发射光谱
发射光谱：地物的发射率随波长变化的 规律。 发射光谱曲线：按照发射率和波长之间 的关系绘成的曲线。 岩石的发射光谱分析（图2-12）
① ② ③
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亮度温度：衡量地物辐射特征的重要指标。指等 物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时， 该黑体的绝对温度即为亮度温度。 The temperature of the black body which radiates the same radiant energy as an observed object is called the brightness temperature of the object. 亮度温度与实地温度的关系：总小于实地温度。
(3)维恩位移定律：Wien's displacement law
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。97 4000 0。72 5000 0。58 6000 0。48 7000 0。41
Max Planck (1858 – 1947) Nobel Prize 1918
620 K
380 K
Emission from warm bodies peak at short wavelengths
wavelength
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3、黑体辐射定律
(1)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。
MSS1(0.5-0.6 μm) MSS2(0.6-0.7 μm) MSS3(0.7-0.8 μm) MSS4(0.8-1.1 μm)
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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。