电磁波谱及物体的波谱特性

1、1遥感电磁辐射基础遥感电磁辐射基础1 电磁波谱与黑体辐射2 太阳辐射与地球辐射3 地球大气对太阳辐射的影响4 物体的反射波谱特性2第一节第一节 电磁波谱与黑体辐射电磁波谱与黑体辐射1.1 电磁波电磁波波：波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。 电磁波电磁波：电磁场在空间以一定速度的传播。也称电磁辐射。18871887年由赫兹试验证实年由赫兹试验证实31.1 电磁波电磁波41.在真空中以光速传播 c = f 2. 反射、吸收、透射现象 3. 散射4. 偏振1.2 1.2 电磁波的性质电磁波的性质5电磁波与物体相互作用过程中，会出现三种情况：电磁波与物体相互作用过程中，会出现三种情况：反

2、射、吸收、透射，遵守能量守恒定律。反射、吸收、透射，遵守能量守恒定律。)()()()(EEEEs1)()()(如果是不透明的物体如果是不透明的物体,物体的反射率大，发射率就小；物体的反射率大，发射率就小；反之，反射率小，发射率就大。反之，反射率小，发射率就大。6电磁辐射的反射电磁辐射的反射反射：反射：电磁辐射与物体作用后产生的次级波返回原来的介质，这电磁辐射与物体作用后产生的次级波返回原来的介质，这种现象称反射。该次级波便称之为种现象称反射。该次级波便称之为反射波（辐射）。反射波（辐射）。反射率：反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。EE在入射角相

3、同时，不同物体，由于其性质和在入射角相同时，不同物体，由于其性质和结构不同，其反射率也不同，这种结构不同，其反射率也不同，这种差别差别是遥是遥感技术中用于区分不同物体的感技术中用于区分不同物体的依据依据。7物体反射分类物体反射分类根据物体表面的粗糙程度，反射分为：1）镜面反射2）漫反射（朗伯反射）4）方向反射3）混合反射自然物体对电磁辐射都是混合反射，但是，自然物体对电磁辐射都是混合反射，但是，某一方向，反射波要强一些，这种现象称某一方向，反射波要强一些，这种现象称方方向反射向反射。判断物体光滑或粗糙程度的瑞利准则：判断物体光滑或粗糙程度的瑞利准则：cos8h8反射分类图示(a) 镜面反射(b

4、) 漫反射（朗伯反射）(c) 方向反射(d) 混合反射9 电磁辐射的透射电磁辐射的透射透射：透射：电磁辐射与介质作用后，穿过该介质到达另一种电磁辐射与介质作用后，穿过该介质到达另一种介质的现象或过程。介质的现象或过程。透射率透射率( )： 透射能量与入射总能量之比。透射能量与入射总能量之比。 1 1）水体在蓝绿波段，混水）水体在蓝绿波段，混水1-21-2米，一般水体米，一般水体10- 2010- 20米。米。 2 2）微波对地物具有明显的透射能力，由入射波的波长决定。）微波对地物具有明显的透射能力，由入射波的波长决定。EE10散射 散射：辐射传播中，碰到小粒子向四面八方散去，电磁波强度和方向发

5、生各种变化的现象。 比如说晚上在外面打开手电会看见光柱，按理说手电不对着你的眼睛，光线不会自己拐弯钻进你的眼睛，那你怎么会看见光柱呢？那是因为手电光被小尘埃阻挡并反射到四面八方，一部分反射到你的眼睛里。 11电磁波的偏振（极化）电磁波的偏振（极化）电磁破的偏振电磁破的偏振: :如果电磁波在各方向上振幅大小不相同如果电磁波在各方向上振幅大小不相同, ,且各方向振动之间且各方向振动之间没有固定位相关系没有固定位相关系, ,极大值与极小值之间的夹角为极大值与极小值之间的夹角为9090，则称该波发生了偏则称该波发生了偏振现象。偏振摄影、侧视雷达成像接收的完全是偏振波。立体镜遥感影像振现象。偏振摄影、侧

6、视雷达成像接收的完全是偏振波。立体镜遥感影像立体观察立体观察非偏振光，偏振光，部分偏振：非偏振光，偏振光，部分偏振：121.3 电磁波谱电磁波谱定义：按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列成的图表，称为电磁波谱电磁波谱。 13Gamma? 射线X 射线紫外线可见光可见光红外线微 波无线波紫蓝绿黄红频率波长1415可见光可见光波长范围大约为400nm(紫色)700nm(红色)，可见光谱中的各种颜色成分大致属于如下的波长区间： 红：620760nm 橙：590620nm 黄：560590nm 绿：500560nm 青：470500nm 蓝：430470nm 紫：380430nm 16红外波段

7、波长范围0.761000m，遥感所用波段如下：近红外又称为反射红外，为地球表面反射的太阳辐射中主要的红外成分。 0.71.4m为摄影红外。中红外和远红外也称为热红外。 近红外： 0.73 m中红外： 38 m 远红外： 815 m17微波微波 波长范围1mm到1m，可进一步划分为若干不同频率(波长)的波段：(1GHz=109Hz)微波能够穿透云和雾，可用于全天候成像。微波能够穿透云和雾，可用于全天候成像。18各种电磁波的特点191.3 电磁波谱电磁波谱不同点：不同点：l传播的方向性、l穿透性、l可见性、l颜色不同。共性：共性：l传播速度相同l遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律l都是横波

8、，遵循横波的一切特性20电磁波的度量电磁波的度量l 辐射能量（辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位）：电磁辐射的能量，单位：Jl 辐射通量（辐射通量（）：单位时间内通过某一面积的辐射能量，）：单位时间内通过某一面积的辐射能量，=Dw/dt，单位，单位是是wl 辐射通量密度（辐射通量密度（E）：单位时间通过单位面积上的辐射能量，）：单位时间通过单位面积上的辐射能量，E=d /ds，单位：单位：w/m2，S为面积为面积l 辐照度（辐照度（I）：被辐射物体表面单位面积上的辐射通量，）：被辐射物体表面单位面积上的辐射通量，I=E=d /ds，单，单位：位：w/m2，S为面积为面积l 辐射出射度（辐射出

9、射度（M ）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，M=E=d /ds，单位：，单位：w/m2，S为面积为面积l 辐射亮度（辐射亮度（L）：面状辐射源在某一方向，单位）：面状辐射源在某一方向，单位投影表面，单位立体角内辐射通量，即投影表面，单位立体角内辐射通量，即单位：单位：w/srm2)cos(ALA21电磁辐射度量电磁辐射度量 辐照度辐照度I：被辐射物体单位面积上所接：被辐射物体单位面积上所接收的辐射通量，单位：收的辐射通量，单位：W/m2，表示为，表示为 I=d /dS dS d 22电磁辐射度量电磁辐射度量 辐射出射度辐射出射度M：辐射源物体表面单

10、位面：辐射源物体表面单位面积上积上辐射出辐射出的辐射通量，单位的辐射通量，单位W/m2，表示为表示为M=d /dS dS d 23电磁辐射度量电磁辐射度量辐射亮度辐射亮度L：用来确定面辐射源的辐射强度，具有方向性，：用来确定面辐射源的辐射强度，具有方向性，指辐射源在某一方向的单位投影表面在单位立体角内的辐指辐射源在某一方向的单位投影表面在单位立体角内的辐射通量，单位：射通量，单位：W/（srm2），表示为：），表示为：cosAL24一、黑体辐射一、黑体辐射黑体：黑体：对任何波长的辐射，反射率和透射率都等于0。黑体是一种理想的吸收体和辐射发射体理想的吸收体和辐射发射体，自然界没有真正的黑体。 人

11、工制造的接近黑体的吸收体人工制造的接近黑体的吸收体1.4 黑体辐射和实际物体辐射黑体辐射和实际物体辐射黑体的辐射通量密度按波长的分布是稳定的，仅与温度有关，与黑体的材料和性质无关。吸收率吸收率1反射率反射率0透射率透射率0发射率发射率125a 普朗克定律普朗克定律b 斯忒藩玻尔兹曼定律斯忒藩玻尔兹曼定律c 维恩位移定律维恩位移定律（Stephen Boltzmann Law）（Wiens Displacement Law）二、二、 黑体辐射的定律黑体辐射的定律26描述描述黑体辐射通量密度黑体辐射通量密度与与温度、波长温度、波长分布的关系。分布的关系。普朗克定律普朗克定律) 1(2),(5kTh

12、c2bechTMh: 普朗克常数, 6.6260755*10-34 Ws2k: 玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23 WsK-1 c: 光速; : 波长（m）; T: 绝对温度（K） 27变化特点：变化特点：(1) 辐射出射度随辐射出射度随波长波长连续变化，只有一个连续变化，只有一个最大值；最大值；(2) 温度越高温度越高，辐射出，辐射出射度越射度越大，不同温度大，不同温度的曲线不相交；的曲线不相交；(3) 随温度升高，辐射随温度升高，辐射最大值向短波方向移最大值向短波方向移动。动。28斯蒂芬玻尔兹曼定律斯蒂芬玻尔兹曼定律对对普朗克公式在全波段内积分，得到斯蒂芬玻尔兹曼普朗克公式在全

13、波段内积分，得到斯蒂芬玻尔兹曼定律。定律。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方次方成正比。成正比。: 斯蒂芬玻尔兹曼常数，斯蒂芬玻尔兹曼常数，5.6691012 Wcm-2K-4 红外装置测试温度的理论根据。红外装置测试温度的理论根据。4/0520112)(TMdehcMdMMkThc 29维恩位移定律维恩位移定律bT maxb : 常数，2897.8 m K高温高温物体发射物体发射较短较短的电磁波，的电磁波，低温低温物体发射物体发射较长较长的电磁波。的电磁波。常温常温（如人体300K左右，发射电磁波的峰值波长9.66m ）针对要探测的目标

14、，选择最佳的遥感波段和传感器。针对要探测的目标，选择最佳的遥感波段和传感器。微分普朗克公式，并求极值，得到：微分普朗克公式，并求极值，得到：30三、三、 一般物体的发射一般物体的发射对于一般物体而言对于一般物体而言，发射率，发射率（热辐射率、比辐射率），表明（热辐射率、比辐射率），表明物体的发射本领。物体的发射本领。),(),(),(TMTMTb非黑体的辐射通量密度与同一温度下黑体辐射通量密度的非黑体的辐射通量密度与同一温度下黑体辐射通量密度的比值比值。1）黑体2）灰体3）选择性辐射体 (如线谱，带谱)1.0发射率与发射率与物质种类、表面状态、温度物质种类、表面状态、温度等有关，还与等有关，还

15、与波长波长有关。按照有关。按照发射率与波长发射率与波长的关系，辐射源可以分为：的关系，辐射源可以分为：31三、一般物体的发射三、一般物体的发射32基尔霍夫定律基尔霍夫定律给定温度下，任何地物的辐射通量密度W与吸收率之比是常数，即等于同温度下黑体的辐射通量密度。),(),(),(TMTMTb发射率等于吸收率发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发射。好的吸收体也是好的发射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不发射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不发射该波长的电磁波该波长的电磁波。温度相同的两物体，对于某。温度相同的两物体，对于某波长的的辐射，如果甲比乙吸收得多，则甲比波长的的辐射，如果甲比乙吸收得

16、多，则甲比乙发射得也多。乙发射得也多。33第二节第二节 太阳辐射太阳辐射 和地球辐射和地球辐射2.1 太阳辐射2.2 地球辐射342.1 太阳辐射 遥感辐射源遥感辐射源：能够产生电磁辐射的物体。 分类分类： 人工辐射源：雷达（人工辐射源：雷达（被动遥感被动遥感） 天然辐射源：太阳、地球天然辐射源：太阳、地球（主动遥感（主动遥感）35太阳太阳太阳太阳大气大气 位置位置 温度温度 厚度厚度 辐射特点辐射特点 辐射的光谱辐射的光谱 光球层光球层 内内4300-7500500km 连续辐射连续辐射 可见光和红外可见光和红外 色球层色球层 中中四五千度升四五千度升高到几万度高到几万度 7000-8000

17、km 线状辐射线状辐射无线厘米波无线厘米波 日冕层日冕层 外外100万以万以上上 形状多变，厚形状多变，厚度不定，一般度不定，一般太阳直径的太阳直径的几几倍到十几倍倍到十几倍连续辐射连续辐射米波米波 2.1 太阳辐射36太阳常数太阳常数太阳常数：不受大气影响，在太阳常数：不受大气影响，在距离太阳一个天文单位（约距离太阳一个天文单位（约 15,000万万公里公里 ）的区域内）的区域内，垂直垂直于太阳辐射方向于太阳辐射方向的的单位面积、单位时间的黑单位面积、单位时间的黑体所接收的辐射体所接收的辐射能量。能量。（1.95W/cm2 min）在世纪时标内，变化小于百分之一，只有千分之一和二的水平。在世

18、纪时标内，变化小于百分之一，只有千分之一和二的水平。 在近日点垂直于大气上界的太阳辐射强度比太阳常数大在近日点垂直于大气上界的太阳辐射强度比太阳常数大3.43.4；而在；而在远日点则比太阳常数小远日点则比太阳常数小3.53.5。 太阳辐照度与太阳高度角有关太阳辐照度与太阳高度角有关sinh II37太阳辐射及其能量分布太阳辐射及其能量分布38太阳辐射及其能量分布太阳辐射及其能量分布1）5900K的黑体辐射。的黑体辐射。 2）短波辐射（）短波辐射（太阳辐射总能量的太阳辐射总能量的40集中于集中于0.40.76um的可见光范围内，的可见光范围内，5151在在0.76-1.40.76-1.4um近红

19、外部分近红外部分 39太阳辐射各波段的百分比40从太阳辐照度分布曲线可以看出：太阳辐射的光谱是连续的它的辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本一致 从近紫外到中红外（0.3-6m）这一波段区间能量最集中而且相对来说较稳定；被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射 4142CO2H2OO3Theoretical Planck curves:Earth 300K, peak emission 15 m mm地球辐射432.5644地球辐射的分段特性地球辐射的分段特性 0.3-2.5微米波段微米波段(主要在可见光与近红外波段主要在可见光与近红外波段)，地表以反射太阳辐射为主，地球自身的辐射可忽地表以反射太阳

20、辐射为主，地球自身的辐射可忽略。略。 2.5-6.0微米波段微米波段(主要在中红外波段主要在中红外波段)，地表以反，地表以反射太阳辐射和地球自身的热辐射，均为被动遥感射太阳辐射和地球自身的热辐射，均为被动遥感的辐射源。的辐射源。 6.0微米以上的热红外波段，地球自身的热辐射，微米以上的热红外波段，地球自身的热辐射，地表反射太阳辐射可忽略。地表反射太阳辐射可忽略。45人工辐射源人工辐射源 人为发射具有一定波长的波束，接收地物回射、人为发射具有一定波长的波束，接收地物回射、反射的信号，从而探知地物和物距反射的信号，从而探知地物和物距 微波辐射源微波辐射源0.8-30cm：具有全天时、全天候探测：具

21、有全天时、全天候探测能力；对某些物质具有穿透能力；某些物质在微能力；对某些物质具有穿透能力；某些物质在微波波段性质差异很大。波波段性质差异很大。 用于主动式遥感（雷达探测）用于主动式遥感（雷达探测）46第三节 大气对太阳辐射的影响 3.1 大气分层与组成 3.2 大气对太阳辐射的衰减473.1.1 大气垂直分层大气垂直分层电离层：电离层：距地面距地面85km直到几百千米的范围直到几百千米的范围均为热电离层，其温度范围为均为热电离层，其温度范围为500K到到2000K。在电离层中，空气以稀薄的等离子体的形式在电离层中，空气以稀薄的等离子体的形式存在。无线电波发生全反射现象。存在。无线电波发生全反

22、射现象。平流层：平流层：在平流层最下面直到在平流层最下面直到20km的高度的高度之内，温度几乎为常数，在其之上直到大约之内，温度几乎为常数，在其之上直到大约50km高度的范围之内，温度随高度的增加高度的范围之内，温度随高度的增加而增加。臭氧主要存在于平流层之中。而增加。臭氧主要存在于平流层之中。对流层：对流层：厚约为厚约为10km，其特点为温度随高，其特点为温度随高度的增加而降低，度的增加而降低，1000m-6.5C。所有天气活。所有天气活动均发生在对流层层中。在大气层接近地球动均发生在对流层层中。在大气层接近地球表面大约表面大约2km的厚度，存在着一层气溶胶粒的厚度，存在着一层气溶胶粒子，气

23、溶胶的浓度随高度的增加呈指数衰减。子，气溶胶的浓度随高度的增加呈指数衰减。483.1.2大气成分大气成分组成组成：在大气：在大气层中这些气体的层中这些气体的浓度几乎是保持浓度几乎是保持恒定不变的。恒定不变的。氮(N2)：78.084%氧(O2)：20.948% 氩(Ar)：0.934% 二氧化碳(CO2)：0.033% 其他惰性气体(Ne, He, Kr, Xe) 氢(H2) 甲烷(CH4) 一氧化二氮(N2O) 一氧化碳(CO) 其浓度可以其浓度可以随空间和时随空间和时间发生很大间发生很大的变化。的变化。水蒸汽(H2O) 臭氧(O3) 二氧化硫(SO2) 二氧化氮(NO2) 氨(NH3) 一

24、氧化氮(NO) 硫化氢(H2S) 硝酸蒸汽(HNO3) 如烟雾、水滴和冰如烟雾、水滴和冰晶体，这些粒子可晶体，这些粒子可以聚集在一起形成以聚集在一起形成云和霾。云和霾。49太阳辐射通过大气的路程太阳辐射通过大气的路程： 太阳高度角 大气折射大气反射大气反射大气吸收大气吸收大气散射大气散射大气透射3.2 大气对太阳辐射大气对太阳辐射的影响的影响503.2.1 折射现象 电磁波穿过大气时，会发生传播方向的改变，即折射现象。 大气密度越大，折射率越大， 太阳接近地平线时，折射值最大513.2.2 大气的反射 主要是大气中的云层，大的尘埃。主要是大气中的云层，大的尘埃。 云量越多、云层越厚， 反射越强

25、。 波段不同其影响不同波段不同其影响不同反射强度随云状、云厚而不同，高云反射率约为25%，中云为50%，低云为65%，云层愈厚反射愈强，一般情况下云的平均反射率为5055%。大气反射有助于削弱太阳辐射，尤其能减少紫外线对人体的灼伤。52云533.2.3 大气吸收大气吸收电磁辐射的吸收：电磁辐射的吸收：电磁辐射与物体作用后。转化为物体的内能。电磁辐射与物体作用后。转化为物体的内能。大气吸收电磁辐射的主要物质是大气吸收电磁辐射的主要物质是水、二氧化碳和臭氧水、二氧化碳和臭氧1）水：）水：分为气态水和液态水分为气态水和液态水 水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外直至微水汽吸收电磁辐射的波段

26、范围较宽，从可见光、红外直至微波，都有水汽的吸收带。液态水的吸收更强，主要在长波方向。波，都有水汽的吸收带。液态水的吸收更强，主要在长波方向。2）二氧化碳）二氧化碳 主要在红外区。主要在红外区。1.351.352.85um 2.85um 之间有之间有3 3个弱吸收带，个弱吸收带，2.72.7，4.34.3， 14.5 um 14.5 um 为强吸收带。为强吸收带。3）臭氧 紫外线紫外线4）氧气氧气主要吸收波长小于主要吸收波长小于0.2um0.2um的的5 5） 尘埃吸收作用很少。尘埃吸收作用很少。 543.2.3 大气吸收大气吸收553.2.4 散射散射作用作用散射散射:电磁辐射与结构不均匀的

27、物体电磁辐射与结构不均匀的物体作用后作用后,向各个方向传播的向各个方向传播的现象。现象。它它是反射、折射、衍射的综合是反射、折射、衍射的综合反映。反映。主要主要发生在可见光波段。发生在可见光波段。太阳辐射通过大气层时，受到大气中太阳辐射通过大气层时，受到大气中气体分子的散射和大气中固体、微粒、气体分子的散射和大气中固体、微粒、液体的散射。液体的散射。56主动遥感与被动遥感主动传感器云层后向回波微波云层直接辐射折射散 射大气吸收反射回来的波近红外可见光热辐射波 热红外被动传感器57散射的种类散射的种类581 1 瑞利（瑞利（Rayleigh） 散射散射质点的直径质点的直径 d ( (电磁波波长电

28、磁波波长) )时，时，一般认为（一般认为（d /10d ）, 散射率与散射率与波长没有关系波长没有关系 1)(人看到的云和雾是白色的，就是非选择性散射的结果人看到的云和雾是白色的，就是非选择性散射的结果 63太阳辐射经大气衰减图太阳辐射经大气衰减图3.2.5 大气窗口大气窗口643.2.5 大气窗口大气窗口大气窗口：电磁波在大气中传输过程中吸收和散射很小，大气窗口：电磁波在大气中传输过程中吸收和散射很小，透射率很高的波段。透射率很高的波段。 要获得地面的信息，必须在大要获得地面的信息，必须在大气窗口中选择遥感波段。气窗口中选择遥感波段。 65常用大气窗口常用大气窗口1）0.31.4um： 包括

29、全部可见光（包括全部可见光（95），部分紫外光（），部分紫外光（70），部分近红外光（），部分近红外光（80）。）。摄影和扫描成像的方式在白天摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目标反射电磁波辐射信息。感测和记录目标反射电磁波辐射信息。2）1.42.5um：近红外窗口，：近红外窗口，6095，扫描成像，白天扫描成像，白天夜间都可用夜间都可用, , 记录目标反射、发射电磁波辐射信息记录目标反射、发射电磁波辐射信息. .3）3.55.5um：中红外窗口，：中红外窗口，6070，白天夜间，扫描白天夜间，扫描成像记录，成像记录，包含地物反射及发射光谱，用来探测高温目标。包含地物反射及发射光谱，用来探测

30、高温目标。 4）814 um：热红外窗口，超过：热红外窗口，超过80，白天夜间，扫描记录，白天夜间，扫描记录，探测的信息主要反映地物的发射率及温度探测的信息主要反映地物的发射率及温度 。5）1.4300mm：微波窗口，白天夜间，扫描记录。：微波窗口，白天夜间，扫描记录。 66大气窗口 67其中，其中， ：太阳辐射通过的大气路程，与太阳高度角有关：太阳辐射通过的大气路程，与太阳高度角有关：衰减因子，：衰减因子，：大气对太阳辐射的吸收率和散射率，是电磁波波长：大气对太阳辐射的吸收率和散射率，是电磁波波长（频率）的函数。（频率）的函数。 3.2.6 大气透射大气透射反射反射吸收吸收散射散射exEE0

31、00 x,0太阳辐射衰减的原因：太阳辐射衰减的原因：透射率透射率( ):68第四节 地面物体反射波谱概念：概念：物体波谱（地物光谱）物体波谱（地物光谱）:各种物体具有的电磁各种物体具有的电磁波特性（反射率、发射率、透射率随波长的波特性（反射率、发射率、透射率随波长的变化规律）。变化规律）。意义：意义： 设计遥感器；设计遥感器； 图象判读和分析的基础。图象判读和分析的基础。举例举例 美国的地物波谱研究美国的地物波谱研究 ， 中国的地物波谱研究，中国的地物波谱研究，694.1 物体发射波谱4.2 物体的反射波谱4.3 地物波谱的测量第四节 地面物体反射波谱704.1 物体物体发射波谱发射波谱物体的

32、发射率随波长变化的规律，称为地物的物体的发射率随波长变化的规律，称为地物的发射波谱发射波谱。物体发射率的不同是物体发射率的不同是红外红外遥感技术的重要遥感技术的重要依据依据。714. 2 物体的反射波谱物体的反射波谱u反射波谱反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射能）随是某物体的反射率（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坐标所得的曲线即称为该物体的反射波谱特性曲反射波谱特性曲线。线。 u物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤其是后两个波段。其是后两个波段。u

33、物体的反射波谱受物体的组成成分、结构、表面物体的反射波谱受物体的组成成分、结构、表面状态以及物体所处环境的控制和影响。状态以及物体所处环境的控制和影响。 72反射波谱 正因为不同地物在不同波段有不同的反射率这一特性，物体的反射波谱特性曲线才作为判读和分类的物理基础，广泛地应用于遥感影像的分析和评价中。 01020304050607002468101214波长（um）反射率光滑红瓦煤灰风化红瓦沥青石子混凝土铜白色橡胶覆盖钢73水体植被土壤建筑744. 2 常见物体的反射波谱曲线常见物体的反射波谱曲线751) 白橡树不同生长期的反射光谱曲线白橡树不同生长期的反射光谱曲线76绿色植物反射波谱曲线绿色

34、植物反射波谱曲线 植物波谱在基本特征下仍有细部差别，这种差别与植物植物波谱在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。种类、季节、病虫害影响、含水量多少有关系。 77绿色植被的反射波谱曲线 可见光（可见光（ 0.40.76 m）绿光处有一小反射峰，两侧）绿光处有一小反射峰，两侧 0.45m 蓝和蓝和 0.67 m红是两个吸收带，所以叶片呈现绿色。红是两个吸收带，所以叶片呈现绿色。 近红外波段（近红外波段（ 0.70.8m）红外反射率急剧上升，在）红外反射率急剧上升，在 0.8微微米达到顶峰，这区间反射率曲线很陡峻，几乎为近垂直的米达到顶峰，这区间反射率曲线

35、很陡峻，几乎为近垂直的直线（直线（ 植被红外陡坡效应植被红外陡坡效应 ），是植被独有的特征。），是植被独有的特征。 到达顶峰后植被反射率变化平缓，形成略有起伏的高平台到达顶峰后植被反射率变化平缓，形成略有起伏的高平台 (红外平台）红外平台） 中红外波段（中红外波段（ 1.32.5m ） 受到含水量的影响，以受到含水量的影响，以 1.45m、 1.95m、 2.7m为中心是水的吸收带，形成低为中心是水的吸收带，形成低 谷。谷。782) 不同健康状态松树的反射光谱曲线不同健康状态松树的反射光谱曲线793) 不同植被的反射光谱曲线不同植被的反射光谱曲线80水体的反射波谱特性曲线 水体的光谱反射特性

36、蓝、绿波段为反射带 近、中红外波段为完全吸收带81植被和水体的反射波谱特性曲线比较近红外波段红波段绿波段82浑水反射波谱浑水反射波谱 水含有泥沙，泥沙散射使浑水在可见光波水含有泥沙，泥沙散射使浑水在可见光波段反射率增加，在影像上通常呈现出黄绿段反射率增加，在影像上通常呈现出黄绿色。色。 反射率增加的程度随悬浮物的浓度和粒径反射率增加的程度随悬浮物的浓度和粒径而增加而增加 含沙量增高，最高反射率自黄绿光含沙量增高，最高反射率自黄绿光向红光和近红外光移动。向红光和近红外光移动。 水含有叶绿素时，近红外部分抬升，在影水含有叶绿素时，近红外部分抬升，在影像上像上 通常呈现为绿色或红色。通常呈现为绿色或

37、红色。 “富营养化富营养化”83水体反射波谱84城市道路、建筑物的反射波谱特性曲线 在城市遥感影像中，通常看到建筑物的顶部、部分建筑物的侧面、无植被覆盖的道路 建筑材料各不相同85城市道路、建筑物的反射波谱特性曲线 城市道路、建筑物的光谱反射特性 红外波段较可见光波段反射强 石棉瓦较其他材料反射强 沥青较其他材料反射弱86土壤的反射波谱特性曲线 土壤的光谱反射特性 自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值 。 土壤的反射波谱特性曲线与土壤质地组成有关 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，土壤的亮度区别不明显。87植被、水体、土壤的反射波谱特性曲线88影响地物光谱反射

38、率变化的因素影响地物光谱反射率变化的因素如：太阳位置、传感器位置、地理位置、地形、季节、气候变如：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。化、地面湿度变化、地物本身的变异、大气状况等。新雪和陈雪的反射特性曲线新雪和陈雪的反射特性曲线 大豆反射率变化范围大豆反射率变化范围 894.3地物波谱特性的测定地物波谱特性的测定原理地物波谱特性的测定步骤904.3 地物波谱测量 测量地物的反射波谱特性曲线主要作用：它是选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据 在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础资料 它是有效地进行遥感图像数字处理的前提之一，是用户判

39、读、识别、分析遥感影像的基础。 91),(), , ( ), , ,(dIdLf4.3.1 地物波谱特性的测定原理理想光滑表面的反射是镜面反射，理想粗糙表面的反射是漫反射（朗伯反射），而自然地表往往既不满足镜面反射也不满足漫反射的条件。二向反射的概念是指物体表面反射光线的能力与入射和反射光线的方向有关，二向性反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function, BRDF）定义如下（Nicodemus，1997）：它是光线入射方向、反射方向和波长的函数，是基于微分面元和微分立体角定义的。92 双向反射比因子R（BRF）BRF是最接近BRD

40、F的可测量物理量，其定义为直射光入射条件下，某一观测方向上目标反射的辐射亮度与假定该目标被一理想漫反射表面代替时反射的辐射亮度之间的比值。4.3.1 地物波谱特性的测定原理93地表的二向反射特性9394地表的二向反射特性9495地表的二向反射特性9596测定地物反射波谱特性的仪器 分光光度计，光谱仪，摄谱仪 仪器由收集器、分光器、探测器和显示或记录器组成。 收集器的作用是收集来自物体或标准板的反射辐射能量。它一般由物镜、反射镜、光栏（或狭缝）组成； 分光器的作用是将收集器传递过来的复色光进行分光（色散），它可选用棱镜、光栅或滤光片； 探测器的类型有光电管、硅光电二极管、摄影负片等； 显示或记录

41、器是将探测器上输出信号显示或记录下来，或驱动XY绘图仪直接绘成曲线。 97测量的方法 垂直测量P53 非垂直测量P5400VV981.4.3 地物波谱特性的测定步骤 架设好光谱仪，接通电源并进行预热； 安置波长位置，调好光线进入仪器的狭缝宽度； 将照准器分别照准地物和标准板，并测量和记录地物、标准板在波长1 ，2，n处的观测值I和I0； 按照（1-38）式计算1 ，2，n处的； 根据所测结果，以为纵坐标轴，为横坐标轴画出地物反射波谱特性曲线。 991004.2 地物的反射光谱地物的反射光谱同物异谱同物异谱异物同谱异物同谱图象解译的困难101结语102作业名词解释：名词解释：1、 遥感遥感 2、遥感技术、遥感技术 3、电磁波、电磁波 4、电、电磁波谱磁波谱 5、绝对黑体、绝对黑体 6、绝对白体、绝对白体7、灰体、灰体 8、绝对温度、绝对温度 9、辐射温度、辐射温