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第二章遥感物理基础第二章遥感物理基础2.3 地物的反射辐射地物的反射辐射.2.3.1 2.3.1 电磁波传输的过程电磁波传输的过程太阳辐射地物辐射电磁波.As the electromagnetic waves travel through space,their energy interacts with matter:(1)reflection off the object;(2)absorption by the object;(3)Transmission(透射透射)through the object.太阳辐射到达地表后，太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：收，一部分透射，即：到达地面的太阳辐射能到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量反射能量吸收能量透射能量。量透射能量。.2.3.1 2.3.1 电磁波传输的过程电磁波传输的过程v一一般般而而言言，绝绝大大多多数数物物体体对对可可见见光光都都不不具具备备透透射射能能力力，而而有有些些物物体体如如水水，对对一一定定波波长长的的电电磁磁波波则则透透射射能能力力较较强强，特特别别是是0.45 0.56m的的蓝蓝绿绿光光波波段段。一一般般水水体体的的透透射射深深度度可可达达1020 m，清清澈澈水水体体可可达达100 m的深度。的深度。v地地物物的的反反射射：太太阳阳光光通通过过大大气气层层照照射射到到地地球球表表面面，地地物物会会发发生生反反射射作作用用，反反射射后后的的短短波波辐辐射射一一部部分分为为遥感器所接收。遥感器所接收。v地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。.物体表面性质对反射的影响物体表面性质对反射的影响地地物物的的反反射射类类型型：根根据据地地表表目目标标物物体体表表面面性性质质不不同同，物物体体反反射射大大体体可可以以分分为为3 3种种类类型型，即即镜镜面面反反射射、漫漫反反射射、实实际际物体的反射物体的反射（1 1）镜镜面面反反射射：发发生生在在光光滑滑物物体体表表面面的的一一种种反反射射。物物体体的的反反射射满满足足反反射射定定律律，反反射射波波和和入入射射波波在在同同一一平平面面内内，入入射射角角等等于于反反射射角角。只只有有在在反反射射波波射射出出的的方方向向才才能能探探测测到到电电磁波。磁波。例例子子：水水面面是是近近似似的的镜镜面面反反射射，在在遥遥感感图图像像上上水水面面有有时时很很亮亮，有有时时很很暗暗，就就是是这个原因造成的。这个原因造成的。.（2 2）漫漫反反射射：发发生生在在非非常常粗粗糙糙的的表表面面上上的的一一种种反反射射现现象象。不不论论入入射射方方向向如如何何，其其反反射射出出来来的的能能量量在在各各个个方方向向是是一一致致的的。即即当当入入射射辐辐照照度度一一定定时时，从从任任何何角角度度观观察察反反射射面面，其其反反射射辐辐照照亮亮度度是是一一个常数，这种反射面又叫个常数，这种反射面又叫朗伯面朗伯面。物体表面性质对反射的影响物体表面性质对反射的影响.（3 3）实实际际物物体体反反射射(方方向向反反射射)：介介于于镜镜面面和和朗朗伯伯面面（漫漫反反射射）之之间间的的一一种种反反射射。自自然然界界种种绝绝大大多多数数地地物物的的反反射射都都属于这种类型的反射，又叫非朗伯面反射。属于这种类型的反射，又叫非朗伯面反射。对对太太阳阳短短波波辐辐射射的的反反射射具具有有各各向向异异性性，即即实实际际物物体体面面在在有有入射波时各个方向都有反射能量，但大小不同。入射波时各个方向都有反射能量，但大小不同。物体表面性质对反射的影响物体表面性质对反射的影响.了解物体表面性质对反射影响的意义了解物体表面性质对反射影响的意义v遥遥感感图图像像上上记记录录的的辐辐射射亮亮度度，既既与与辐辐射射入入射射方方位位角角和和天天顶角顶角有关，也与反射方向的有关，也与反射方向的方位角和天顶角方位角和天顶角有关。有关。v由由于于镜镜面面反反射射会会造造成成太太阳阳光光直直接接进进入入遥遥感感器器，在在成成像像时时间间选选择择上上，应应避避免免中中午午成成像像，防防止止形形成成镜镜面面反反射射。否否则则水水体体会会形形成成非非常常亮亮的的耀耀斑斑，周周围围地地物物的的反反射射信信息息有有受受到到干干扰扰和削弱。和削弱。.入射能量入射能量反反射射能能量量透射能量透射能量吸吸收收能能量量2.3.2 地物反射波谱地物反射波谱反射率：反射率：地物的反射能量与入地物的反射能量与入射总能量的比，即射总能量的比，即=(=(P P/P P 0 0)100%)100%。表征物体对电磁波表征物体对电磁波谱的反射能力。谱的反射能力。.2.3.2 地物反射波谱地物反射波谱反射率是在理想的漫反射情况下定义的，是指在整个电反射率是在理想的漫反射情况下定义的，是指在整个电磁波波长范围的平均反射率。磁波波长范围的平均反射率。反射率是可以测定的。反射率是可以测定的。地物在不同波段的反射率是不同的，利用地物反射率的地物在不同波段的反射率是不同的，利用地物反射率的差别，可以判断地物的属性。差别，可以判断地物的属性。反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。.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。表示形式：横坐标表示波长，纵坐标表示反射率。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收的辐射数据相对照，可以得到遥感数据与对应地物的识别规律。2.3.2 地物反射波谱地物反射波谱.v绝绝大大部部分分地地物物的的波波谱谱值值具具有有一一定定的的变变幅幅，它它们们的的波波谱谱特征不是一条曲线，而是具有一定宽度的曲带。特征不是一条曲线，而是具有一定宽度的曲带。v除随不同地物（反射率）不同外，同种地物在不同内部结构和外部条件下形态表现（反射率）也不同。一般说。v地地物物存存在在“同同物物异异谱谱”和和“异异物物同同谱谱”现现象象。“同同物物异异谱谱”是是指指两两个个类类型型的的个个体体地地物物，在在某某个个波波段段上上波波谱谱特特征征不不同同；“异异物物同同谱谱”是是指指不不同同类类型型的的地地物物具具有有相相同的波谱特征。同的波谱特征。2.3.2 地物反射波谱地物反射波谱.l太阳位置太阳位置l传感器位置传感器位置l地理位置地理位置l地形地形l季节季节l气候变化气候变化l地面湿度变化地面湿度变化l大气状况等大气状况等2.3.2 地物反射波谱地物反射波谱.2.3.3 典型地物波谱反射特性典型地物波谱反射特性.2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性：典型地物波谱反射特性：植被植被可见光波段可见光波段v在在0.45um0.45um附近（蓝色波段）有一个吸收谷；附近（蓝色波段）有一个吸收谷；v在在0.55um0.55um附近（绿色波段）有一个反射峰；附近（绿色波段）有一个反射峰；v在在0.67um0.67um附近（红色波段）有一个吸收谷。附近（红色波段）有一个吸收谷。近红外波段近红外波段v从从0.76um0.76um处处反反射射率率迅迅速速增增大大，形形成成一一个个爬爬升升的的“陡陡坡坡”,至至1.1um1.1um附附近近有有一一个个峰峰值值，反反射射率率最最大大可达可达5050，形成植被的独有特征。，形成植被的独有特征。一、绿色植被反射波谱特性曲线一、绿色植被反射波谱特性曲线.2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性：典型地物波谱反射特性：植被植被.2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性：典型地物波谱反射特性：植被植被近红外波段近红外波段v1.51.9um光谱区反射率增大；光谱区反射率增大；v以以1.45um，1.95um，2.70um为为中中心心是是水水的的吸吸收收带带，其其附附近近区区间间受受到到绿绿色色植植物物含含水水量量的的影影响响，反反射射率率下下降降，形成低谷。形成低谷。一、绿色植被反射波谱特性曲线一、绿色植被反射波谱特性曲线.2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性：典型地物波谱反射特性：植被植被.二、影响植被反射波谱特性的主要因素植物类型 植被生长季节 植被生长状态 2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性：典型地物波谱反射特性：植被植被.二、影响植被反射波谱特性的主要因素植物类型 植被生长季节 植被生长状态 2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性：典型地物波谱反射特性：植被植被.二、影响植被反射波谱特性的主要因素植物类型 植被生长季节 植被生长状态 糖用甜菜糖用甜菜 2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性：典型地物波谱反射特性：植被植被.一、水体反射波谱特性曲线Ocean 2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性典型地物波谱反射特性:水体水体纯净水体纯净水体的反射主要在的反射主要在可见光中的蓝绿光波段，可见光中的蓝绿光波段，在可见光其它波段的反在可见光其它波段的反射率很低。射率很低。近红外和中红外纯净的近红外和中红外纯净的自然水体的反射率很低，自然水体的反射率很低，几乎趋近于几乎趋近于0。.Band 10.45-0.52mmBand 20.52-0.60mmBand 30.63-0.69mmBand 4:0.76-0.90mmBand 5:1.55-1.75mmBand 7:2.08-2.35mm.水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别到了近红外波段，吸收就更强，所以水体在遥感影像上常呈黑色。但当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。水中含泥沙时，由于泥沙散射，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，这些都成为影像分析的重要依据。.2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性典型地物波谱反射特性:水体水体二、影响水体反射波谱 特性的主要因素含沙量 叶绿素浓度 .2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性典型地物波谱反射特性:水体水体二、影响水体反射波谱 特性的主要因素含沙量 叶绿素含量 .2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性典型地物波谱反射特性:土壤土壤一、土壤反射波谱特性曲线Soilv自自然然状状态态下下土土壤壤表表面面的的反反射射曲曲线线呈呈比比较较平平滑滑的的特特征征，没有明显的反射峰和吸收谷。没有明显的反射峰和吸收谷。v在在干干燥燥条条件件下下，土土壤壤的的波波谱谱特特征征主主要要与与成成土土矿矿物物（原原生生矿矿物物和和此此生生矿矿物物）和和土土壤壤有机质有关。有机质有关。.2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性典型地物波谱反射特性:土壤土壤一、土壤反射波谱特性曲线Soilv土土壤壤含含水水量量增增加加，土土壤壤的的反反射射率率就就会会下下降降，在在水水的的各各个个吸吸收收带带（1.4um1.4um、1.9um1.9um、2.7um2.7um处处附附近近区区间间），反反射射率的下降尤为明显。率的下降尤为明显。.2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性典型地物波谱反射特性:土壤土壤二、影响土壤反射波谱特性的主要因素土质 有机物含量 含水量 .2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性典型地物波谱反射特性:土壤土壤二、影响土壤反射波谱特性的主要因素不同质地土壤反射光谱曲线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。由于土壤反射波谱曲线呈比较平滑的特征，所以在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显。.不同含水量的土壤.2.3.3 2.3.3 典型地物波谱反射特性典型地物波谱反射特性:岩石岩石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。几种岩石的反射波谱曲线.高岭石高岭石蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石明矾石明矾石高岭石明矾石蒙脱石绿泥石.2.3.4 地物反射光谱测量地物反射光谱测量在遥感中，测量地物的反射波谱特性曲线主要有以下三种作用：（1）它是选择遥感波谱段，设计遥感仪器的依据；（2）在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础资料；（3）它是有效地进行遥感图像数字处理的前提之一，是用户判读、识别、分析遥感影像的基础。.2.3.4 地物反射光谱测量地物反射光谱测量1）垂直测量：使所得数据能与航空、航天传感器所获得的数据进行比较。认为实际目标与标准板的测量值之比就是反射率之比。没有考虑入射角度变化时造成的反射辐射值的变化，对实际地物在一定程度上取近似朗伯体。2）非垂直测量：测量不同角度的方向反射比因子。因为辐射到地物的光线由来自太阳的直射光（近似定向入射）和天空的散射光（近似半球入射），方向反射比因子取两者的加权和。.野外地物光谱辐射计野外地物光谱辐射计 地物测量地物测量 软件制图软件制图2.3.4 地物反射光谱测量地物反射光谱测量39.