第2章电磁辐射与地物光谱(1).ppt

1 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 1 太阳辐射与地表的相互作用 2 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 1 太阳辐射与地表的相互作用 地球辐射的分段特性 3 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 2 地表自身热辐射 地表物体的辐射遵循基尔霍夫定律 地球辐射接近于300K黑体辐射 但由于大气影响 主要是吸收 实际的辐射曲线未不平滑的折线 4 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 2 地表自身热辐射 发射波谱曲线 温度一定时 物体的比辐射率随波长变化 表示这种变化的曲线称物体的发射波谱曲线 发射波谱曲线 是识别地物的重要方法之一 5 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 3 地物反射波谱特征 研究地物反射光谱的意义 被动遥感在遥感探测中占重要地位 主要为反射太阳辐射可准确识别地面目标到达地面的太阳辐射能量 I 可分为三部分 反射 R 吸收 A 透射 T 绝大多数物体对可见光不具备透射能力 有些物体对特定波长电磁波具有透射能力 6 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 3 地物反射波谱特征 反射率 反射能量与总入射能量的百分比 P P0 100 反射率大小与物体本身的性质和表面状况 波长 入射角等有关三种反射状况 镜面反射 漫反射 方向反射朗伯面 对于漫反射面 当入射照度一定时 从任何角度观察反射面 其反射亮度是一个常数 这种反射面称朗伯面实际物体多数为方向反射 介于镜面和朗伯面间 7 8 9 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 3 地物反射波谱特征 实际物体的反射 介于镜面反射和漫反射之间 在入射辐照度相同时 反射辐射亮度的大小既与入射方位角和天顶角有关 也与反射方向的方位角与天顶角有关 入射辐照度Ii由两部分组成 一部分是太阳的直接辐射 其辐照度大小与太阳天顶角 i和日地距离D有关 另一部分是太阳辐射经过大气散射后又漫入射到地面的部分 其辐照度与入射角无关 10 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 3 地物反射波谱特征 反射波谱 研究地物反射率随波长的变化规律识别地物地物反射曲线的形态相差很大 表明反射率随波长变化的规律不同图 植被 水体 干的土壤 11 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 3 地物反射波谱特征 12 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 3 地物反射波谱特征 植被的光谱曲线 可分为三段 0 4 0 76 m 有一个小的反射峰 位于绿色波段 0 55 m 两边 蓝 红 为吸收带 凹谷 0 76 1 3 m 高反射 在0 7 m处反射率迅速增大 至1 1处有峰值1 3 2 5 m 受植物含水量影响 吸收率增加 反射率下降 形成几个低谷 13 影响植被波谱特征的主要因素 14 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 3 地物反射波谱特征 土壤 没有明显的波峰波谷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 15 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 3 地物反射波谱特征 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 16 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 3 地物反射波谱特征 不同叶绿素含量时水体的波谱曲线 17 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 3 地物反射波谱特征 岩石 形态各异 没有统一的变化规律 18 岩石的光谱反射率 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 19 20 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 4 地物波谱特性的测量 测量理论 1 双向反射分布函数BRDF bidirectionalreflectancedistributionfunction 意义 引起反射的增量 入射有一微增量 七十年代初Nicodemus给出了二向性反射分布函数的迄今最完善的定义 入射辐射天顶角 入射辐射方位角 反射辐射天顶角 反射辐射方位角 分子分母均为两个无穷小量 实际测量中很少采用 21 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 4 地物波谱特性的测量 测量理论 2 二向反射因子 BRF BRF 在给定的立体角锥体所限制的方向内 在一定的辐照度和观测条件下 目标的反射辐射通量与处于同一辐照度和观测条件的标准参考面 理想朗伯反射面 的反射辐射通量之比 22 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 4 地物波谱特性的测量 测量方法 1 样品的实验室测量 常用分光光度计 应用不广泛 2 野外测量 采用比较法 23 辐射传输模型 传感器从高空探测地面物体时 所接收到的电磁波能量包括 1 地物直接反射的太阳辐射IS 2 漫入射辐射射入地面 又反射到大气中 再进入传感器ID 3 由于大气散射没有到达地面就直接进入传感器的部分IO 程辐射 24 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 4 地物波谱特性的测量 测量方法 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 被测物体的反射率 标准板的反射率 分别为测量物体和标准板的仪器测量值 25 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 4 地物波谱特性的测量 测量方法 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 26 2 3地球的辐射与地物波谱 2 3 4 地物波谱特性的测量 测量方法 27 实验 地物波谱测量 ISI921VF野外地物光谱辐射计 地物测量 软件制图 28 实验步骤 1 地物光谱辐射计充电 2 安装光谱辐射计 3 测量地物光谱 4 安装软件 6 数