遥感技术基础第三讲电磁波与地物相互作用与应用
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dω为辐射立体角；
θ 为测量方向与表面法线的夹角。
什么时候发生漫反射？
电磁波照射到一定粗 糙程度的表面上，会 发生漫发射。
漫发射也是一种极端 情况。
3、方向反射
方向反射
特点： ◇ 大部分地面物体的反射既不
是镜面反射，也不是漫反射， 而是方向反射。 ◇ 从不同方向看到地物表面的 亮度是不一样的，反射能量 也不一样。 ◇ 各个方向都有反射，但在某 些方向上反射强烈。 ◇ 电磁波照射到非常粗糙的表 面上，会发生方向发射。
射能量－地物吸收的能量。 ◇ 经反射后，电磁波的偏振情况
会发生变化，即若入射光为自 然光，则反射光为部分偏振光 （折射光也是部分偏振光）。 ◇ 地面上大部分地物，均不具备 发生镜面反射的条件。
镜面反射发生的条件？
电磁波照射到光滑 的表面（如光滑的 路面、平静的水面 等）上，会发生镜 面发射。
镜面发射是一种极 端情况。
物体。与灰体相反
典型地物的反射特性--雪
反射率% 80 60 40
雪在可见光波段基本上 是非选择性低吸收体， 即高反射体(80%)，呈耀 眼白色，但在近红外波 段吸收强得多，变成选 择性吸收体。
20 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
波长（微米）
典型地物的反射特性--水
ρ＝ Eρ / E α＝ Eα / E τ＝ Eτ / E
反射率 吸收率 透射率
光谱反射率的定义
通常反射率定义为物体的反射通量（单位时间内
的反射能量）与入射通量之比，即ρ＝Eρ/E。这是在
理想的漫反射情况下的定义，是指在整个电磁波波长
范围的平均反射率。
实际上，地物对不同波长的电磁波是有选择性反
射的。因此，光谱反射率的定义是：地物在某波段的
当地物表面光滑时，入射到其表面 的电磁波产生镜面反射；否则会产生漫 反射或方向反射。
三、地物的波谱反射特性
光谱反射率 地物反射波谱特性 影响地物反射率化的因素
发生作用时遵守的能量守恒定律
入射电磁波 反射部分 吸收部分
透射部分
能量守恒定律： E ＝ Eρ + Eα + Eτ
入反吸透 百度文库射收射 能能能能 量量量量
地物光滑程度判据－－瑞利准则
光线1
光线2
θ h
地面
1971年Peake和Oliver 通过理论推导进一步修 改了瑞利准则，其判断 粗糙程度的条件是：
h 25cos
光滑 （镜面反射）
2c5osh4.4cos 中等粗糙（漫反射）
h 4.4cos
粗糙 （方向反射）
重要结论
地物表面的粗糙程度与入射电磁波 的波长和入射角有关。地物表面的光滑 与粗糙是相对于入射电磁波的波长和入 射角而言的。
反射率 吸收率 透射率
只有反射电磁波才能到达传感器
遥感中，只有反射电磁波才有可能到达传感器的接收系 统进行成像，所以此处我们仅介绍电磁波的反射特性。
二、物体反射电磁波的形式
• 镜面反射 • 漫反射 • 方向反射。
1、镜面反射
镜面反射
特点： ◇ 反射方向有严格的方向性，即
反射角等于入射角。 ◇ 对不透明物体，反射能量＝入
向都有反射光。 ◇ 从任意方向都可观察到反射
面。 ◇ 从各个方向观察到的反射亮
度是相同的。
朗伯定律
无论从哪个方向观测朗伯面（朗伯体是指标准的漫反射 体），看到的朗伯面的亮度是一样的（但不同方向的反射 能量是随θ角变化的。）。
Ldd A co I sdA d dco s常数
式中： L 为辐射亮度； dφ为朗伯表面的辐射通量（单位时间内的辐射能量） dA 为朗伯表面的面积； dI 为朗伯表面的辐射强度；
为什么会发生不同形式的反射？
光线1
光线2
θ
h 地面
电磁波入射到物体表面后，之 所以产生不同形式的反射，主 要与地表的粗糙程度有关。
地表粗糙程度是相对电磁波的 波长和入射角而言的。
瑞利通过试验发现，若两点反 射光线的相位差小于π/2弧度 ，则认为是平滑的，否则是粗 糙的。等价条件如下：
h 8 cos
镜面反射对遥感成像的影响？
反射光具有严格的 方向性，若传感器 的接收系统对准反 射光时，接收的电 磁波能量最强，否 则可能接收不到地 物的反射光而无法 成像，从而导致影 像色调的差异。
同样是水域，为什么影 像色调不一样？
没有对准反射光 时的水面影像
对准反射光时 的水面影像
2、漫反射
漫反射
特点： ◇ 不论入射方向如何，各个方
反射率% 80 60
水在蓝光波段反射率稍 高，约为10%左右，到 0.75微米以后的近红外 波段，变成了全吸收体。
40
20 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
电磁波与物体间会发生哪些作用？
作用形式：
1、反射（R） 2、吸收（A） 3、透射（T）
图中“I”表示入射光
发生作用时遵守的能量守恒定律
入射电磁波 反射部分 吸收部分
透射部分
能量守恒定律： E ＝ Eρ + Eα + Eτ
入反吸透 射射收射 能能能能 量量量量
ρ＝ Eρ / E α＝ Eα / E τ＝ Eτ / E
反射通量与该波段的入射通量之比。
E E
光谱反射率（例）
蓝 绿 红 红外 绿
红外
上表皮 栅栏组织 薄壁细胞组织
绿叶反射原理
蓝、红光波段基本被叶绿 素吸收殆尽而进行光合作用；
绿光波段大部分被吸收， 有一部分被发射；
近红外波段可以穿透表皮， 被薄壁细胞组织反射。
绿叶在蓝、绿、红、红外 波段的反射率是不同的。如果 不引入光谱（或波谱）反射率 达概念，就不能准确描述这些 特征。
Fundamentals of Remote Sensing
遥感技术基础 第三讲电磁波和地物的相互作
用与应用
主要内容：
一、物体与电磁波的相互作用形式 二、物体反射电磁波的形式 三、地物的波谱反射特性
一、电磁波与物体的作用形式
遥感时，太阳光（或传感器发射的电磁波）照射到地面目标后， 与地面目标之间会发生哪些作用？对遥感成像有何影响？
地物反射波谱特性
概念： 地物反射波谱特性：地物波（光）谱反射率随
波长变化而变化的特性称之为地物反射波谱特性。 地物反射特性曲线：将ρλ与λ的关系在直角坐标
系中描绘出的曲线称为地物反射特性曲线。 灰体（亦称消色物体或非选择性反射体）：反
射率不随波长变化而变化的物体。 选择性反射体：反射率随波长的变化而变化的
θ 为测量方向与表面法线的夹角。
什么时候发生漫反射？
电磁波照射到一定粗 糙程度的表面上，会 发生漫发射。
漫发射也是一种极端 情况。
3、方向反射
方向反射
特点： ◇ 大部分地面物体的反射既不
是镜面反射，也不是漫反射， 而是方向反射。 ◇ 从不同方向看到地物表面的 亮度是不一样的，反射能量 也不一样。 ◇ 各个方向都有反射，但在某 些方向上反射强烈。 ◇ 电磁波照射到非常粗糙的表 面上，会发生方向发射。
射能量－地物吸收的能量。 ◇ 经反射后，电磁波的偏振情况
会发生变化，即若入射光为自 然光，则反射光为部分偏振光 （折射光也是部分偏振光）。 ◇ 地面上大部分地物，均不具备 发生镜面反射的条件。
镜面反射发生的条件？
电磁波照射到光滑 的表面（如光滑的 路面、平静的水面 等）上，会发生镜 面发射。
镜面发射是一种极 端情况。
物体。与灰体相反
典型地物的反射特性--雪
反射率% 80 60 40
雪在可见光波段基本上 是非选择性低吸收体， 即高反射体(80%)，呈耀 眼白色，但在近红外波 段吸收强得多，变成选 择性吸收体。
20 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
波长（微米）
典型地物的反射特性--水
ρ＝ Eρ / E α＝ Eα / E τ＝ Eτ / E
反射率 吸收率 透射率
光谱反射率的定义
通常反射率定义为物体的反射通量（单位时间内
的反射能量）与入射通量之比，即ρ＝Eρ/E。这是在
理想的漫反射情况下的定义，是指在整个电磁波波长
范围的平均反射率。
实际上，地物对不同波长的电磁波是有选择性反
射的。因此，光谱反射率的定义是：地物在某波段的
当地物表面光滑时，入射到其表面 的电磁波产生镜面反射；否则会产生漫 反射或方向反射。
三、地物的波谱反射特性
光谱反射率 地物反射波谱特性 影响地物反射率化的因素
发生作用时遵守的能量守恒定律
入射电磁波 反射部分 吸收部分
透射部分
能量守恒定律： E ＝ Eρ + Eα + Eτ
入反吸透 百度文库射收射 能能能能 量量量量
地物光滑程度判据－－瑞利准则
光线1
光线2
θ h
地面
1971年Peake和Oliver 通过理论推导进一步修 改了瑞利准则，其判断 粗糙程度的条件是：
h 25cos
光滑 （镜面反射）
2c5osh4.4cos 中等粗糙（漫反射）
h 4.4cos
粗糙 （方向反射）
重要结论
地物表面的粗糙程度与入射电磁波 的波长和入射角有关。地物表面的光滑 与粗糙是相对于入射电磁波的波长和入 射角而言的。
反射率 吸收率 透射率
只有反射电磁波才能到达传感器
遥感中，只有反射电磁波才有可能到达传感器的接收系 统进行成像，所以此处我们仅介绍电磁波的反射特性。
二、物体反射电磁波的形式
• 镜面反射 • 漫反射 • 方向反射。
1、镜面反射
镜面反射
特点： ◇ 反射方向有严格的方向性，即
反射角等于入射角。 ◇ 对不透明物体，反射能量＝入
向都有反射光。 ◇ 从任意方向都可观察到反射
面。 ◇ 从各个方向观察到的反射亮
度是相同的。
朗伯定律
无论从哪个方向观测朗伯面（朗伯体是指标准的漫反射 体），看到的朗伯面的亮度是一样的（但不同方向的反射 能量是随θ角变化的。）。
Ldd A co I sdA d dco s常数
式中： L 为辐射亮度； dφ为朗伯表面的辐射通量（单位时间内的辐射能量） dA 为朗伯表面的面积； dI 为朗伯表面的辐射强度；
为什么会发生不同形式的反射？
光线1
光线2
θ
h 地面
电磁波入射到物体表面后，之 所以产生不同形式的反射，主 要与地表的粗糙程度有关。
地表粗糙程度是相对电磁波的 波长和入射角而言的。
瑞利通过试验发现，若两点反 射光线的相位差小于π/2弧度 ，则认为是平滑的，否则是粗 糙的。等价条件如下：
h 8 cos
镜面反射对遥感成像的影响？
反射光具有严格的 方向性，若传感器 的接收系统对准反 射光时，接收的电 磁波能量最强，否 则可能接收不到地 物的反射光而无法 成像，从而导致影 像色调的差异。
同样是水域，为什么影 像色调不一样？
没有对准反射光 时的水面影像
对准反射光时 的水面影像
2、漫反射
漫反射
特点： ◇ 不论入射方向如何，各个方
反射率% 80 60
水在蓝光波段反射率稍 高，约为10%左右，到 0.75微米以后的近红外 波段，变成了全吸收体。
40
20 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
电磁波与物体间会发生哪些作用？
作用形式：
1、反射（R） 2、吸收（A） 3、透射（T）
图中“I”表示入射光
发生作用时遵守的能量守恒定律
入射电磁波 反射部分 吸收部分
透射部分
能量守恒定律： E ＝ Eρ + Eα + Eτ
入反吸透 射射收射 能能能能 量量量量
ρ＝ Eρ / E α＝ Eα / E τ＝ Eτ / E
反射通量与该波段的入射通量之比。
E E
光谱反射率（例）
蓝 绿 红 红外 绿
红外
上表皮 栅栏组织 薄壁细胞组织
绿叶反射原理
蓝、红光波段基本被叶绿 素吸收殆尽而进行光合作用；
绿光波段大部分被吸收， 有一部分被发射；
近红外波段可以穿透表皮， 被薄壁细胞组织反射。
绿叶在蓝、绿、红、红外 波段的反射率是不同的。如果 不引入光谱（或波谱）反射率 达概念，就不能准确描述这些 特征。
Fundamentals of Remote Sensing
遥感技术基础 第三讲电磁波和地物的相互作
用与应用
主要内容：
一、物体与电磁波的相互作用形式 二、物体反射电磁波的形式 三、地物的波谱反射特性
一、电磁波与物体的作用形式
遥感时，太阳光（或传感器发射的电磁波）照射到地面目标后， 与地面目标之间会发生哪些作用？对遥感成像有何影响？
地物反射波谱特性
概念： 地物反射波谱特性：地物波（光）谱反射率随
波长变化而变化的特性称之为地物反射波谱特性。 地物反射特性曲线：将ρλ与λ的关系在直角坐标
系中描绘出的曲线称为地物反射特性曲线。 灰体（亦称消色物体或非选择性反射体）：反
射率不随波长变化而变化的物体。 选择性反射体：反射率随波长的变化而变化的