遥感以及试卷

3.地球辐射与地物波谱第二章电磁波及遥感物理基础

3、地球辐射与地物波谱（1）地球辐射源（2）地球辐射的特性（分段特性）（3）地物波谱的特征（反射波谱特征）（4）常见几种地物的波谱特性（5）地物波谱特性测量（1）地球的辐射源定义：地球表面和大气电磁辐射的总称。地球辐射是被动遥感中传递地物信息的载体。装载在航天航空平台上的遥感器，接受来自地球辐射携带的地物信息，经过处理形成遥感影像。地球辐射被动遥感的辐射源太阳辐射近似6000K的黑体辐射，能量集中在0.3～2.5um波段之间。（可见光和近红外）地球自身热辐射近似300K的黑体辐射，能量集中在6.0um以上的波段。（热红外）在0.3～2.5um波段（主要在可见光和近红外波段），地表以反射太阳辐射为主，地球自身的辐射可以忽略。即在该波段范围内，对地观测遥感主要以太阳的短波辐射对地表进行探测和成像。在2.5～6.0um波段（主要在中红外波段），地表反射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的辐射源。在6.0um以上的热红外波段，以地球自身的热辐射为主，地表反射太阳辐射可以忽略。（热红外成像）（2）地球辐射的特性地球辐射的分段特性：了解地球辐射的分段特性的意义可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特性。中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的信息，也有地球自身的热辐射的信息。热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐射特性。地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。地物波谱特性：地物波谱随波长变化而变化的特性，是电磁辐射与地物相互作用的一种表现。地物波谱的作用：不同类型的地物，其电磁波响应的特性不同，因此地物波谱特征是遥感识别地物的基础。（3）地物波谱的特性不同电磁波段中地物波谱特性可见光和近红外波段：主要表现地物反射作用和地物的吸收作用。热红外波段：主要表现地物热辐射作用。（热红外灵敏遥感器夜间成像河流为亮色条带，但热红外白天成像河流为暗色条带）微波波段：主动遥感利用地物后向散射；被动遥感利用地物微波辐射。地物的反射：太阳光通过大气层照射到地球表面，地物会发生发射作用，反射后的短波辐射一部分为遥感器所接收。反射率（ρ）：地物的反射能量与入射总能量的比，即ρ=(Pρ/P

0)×100%表征物体对电磁波谱的反射能力。（3）地物波谱的特性反射率地物的反射类型：根据地表目标物体表面性质的不同，物体反射大体上可以分为三种类型，即镜面反射、漫反射、实际物体的反射1）镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射。物体的反射满足反射定律，反射波和入射波在同一平面内，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波。例子：水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很亮，有时很暗，就是这个原因造成的。（3）地物波谱的特性反射类型

镜面反射2）漫反射：发生在非常粗糙的表面上的一种反射现象。不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的。即当入射辐照度I一定时，从任何角度观察反射面，其反射辐照亮度是一个常数，这种反射面又叫朗伯面。漫反射漫反射3）方向反射：介于镜面和朗伯面（漫反射）之间的一种反射。自然界种绝大多数地物的反射都属于这种类型的反射，又叫非朗伯面反射。对太阳短波辐射的反射具有各向异性，即实际物体面在有入射波时各个方向都有反射能量，但大小不同。

方向反射

方向反射

从空间对地面观察时，对于平面地区，并且地面物体均匀分布，可以看成漫反射；对于地形起伏和地面结构复杂的地区，为可以看成方向反射。实际物体反射地物反射波谱：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。表示方法：一般采用二维几何空间内的曲线表示，横坐标表示波长，纵坐标表示反射率。反射波谱曲线

植被土壤水体岩石（4）常见的几种地物类型波谱特征植被的波谱特征在0.45um附近（蓝色波段）有一个吸收谷；在0.55um附近（绿色波段）有一个反射峰；在0.67um附近（红色波段）有一个吸收谷。从0.76um处反射率迅速增大，形成一个爬升的“陡坡”,至1.1um附近有一个峰值，反射率最大可达50％，形成植被的独有特征。在可见光波段在近红外波段1.5～1.9um光谱区反射率增大；以1.45um，1.95um，2.70um为中心是水的吸收带，其附近区间受到绿色植物含水量的影响，反射率下降，形成低谷。植被的波谱特征物的光谱曲线植被的波谱曲线影响植被波谱特征的主要因素植物类型植物生长季节病虫害影响等植被波谱特征大同小异，根据这些差异可以区分植被类型、生长状态等。不同植被类型的光谱曲线比较不同湿度下的植被的波谱特性曲线

水体的反射主要在蓝绿光波段，其它波段吸收率很强，特别在近红外、中红外波段有很强的吸收带，反射率几乎为零。水体的波谱特征水中其它物质对波谱特征的影响水中含有泥沙，在可见光波段的反射率会增加，峰值出现在黄红区。水中含有水生植物叶绿素时，近红外波段反射率明显抬高。叶绿素含量不同时水体的光谱特性曲线。但是当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。上图不同浊度下的水体的波谱特性曲线

受海藻、浮游生物等影响，叶绿素含量增加，水体的反射率发生变化岩石矿物的光谱曲线岩石的反射波谱主要由矿物成分、矿物含量、物质结构等决定。影响岩石矿物波谱曲线的因素包括岩石风化程度、岩石含水状况、矿物颗粒大小、岩石表面光滑程度、岩石色泽等。岩石的光谱曲线土壤的波谱特征自然状态下土壤表面的反射曲线呈比较平滑的特征，没有明显的反射峰和吸收谷。在干燥条件下，土壤的波谱特征主要与成土矿物（原生矿物和此生矿物）和土壤有机质有关。土壤含水量增加，土壤的反射率就会下降，在水的各个吸收带（1.4um、1.9um、2.7um处附近区间），反射率的下降尤为明显。三种不同类型土壤在干燥环境下的光谱曲线

由于地物处于不同的时间、空间和环境，相同的物体往往表现出不同的光谱特性。

时间效应：地物的光谱特性一般随时间季节变化，这称为时间效应。

空间效应：处在不同地理区域的同种地物具有不同的光谱响应，这称之为空间效应。影响反射率变化因素有：（5）影响地物波谱特征因素1、太阳位置，太阳位置主要指太阳高度角和方位角，改变太阳高度角和方位角，则地面物体入射照度也就发生变化。2、传感器位置，传感器位置指传感器的观测角和方位角，一般空间遥感用的传感器大部分设计成垂直指向地面，这样影响较小。3.不同的地理位置，太阳高度角和方位角、地理景观不同都会引起反射率变化，还有海拔高度不同，大气透明度改变也会造成反射率变化。4.地物本身的变异，如植物的病害将使反射率发生较大变化。又如海水中叶绿素含量的不同也直接影响海水的光谱反射率。

气候变化、地面湿度变化、地物本身的变异、大气状况等。同一春小麦在不同生长期的反射波谱特性曲线

上图为沥青路在新旧时期的光谱曲线：对于沥青路面，路面的粗糙新旧程度对于地面光谱反射率是有区别的，旧沥青路面反射率高于新沥青路面反射率，由于新沥青颜色较深，所以反射率比较低。水泥地面在不同湿度下的光谱曲线：不同湿度对水泥地面反射率会有影响，越湿反射率越低，对于水泥道路，道路含水会使整个光谱反射率下降。但是波形整体上保持不变。应用地物波谱特征需要注意的问题绝大部分地物的波谱值具有一定的变幅，它们的波谱特征不是一条曲线，而是具有一定宽度的曲带。地物存在“同物异谱”和“异物同谱”现象。“同物异谱”是指两个类型的个体地物，在某个波段上波谱特征不同；“异物同谱”是指不同类型的地物具有相同的波谱特征。4、地物波谱特性的测量意义可见光和近红外地物光谱测量的作用：1）传感器波段的选择、验证、评价；2）建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系；3）地物光谱数据与地物特征的相关分析。4.地物波谱测量

第二章电磁波及遥感物理基础4、地物波谱特性的测量意义可见光和近红外地物光谱测量的作用：1）传感器波段的选择、验证、评价；2）建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系；3）地物光谱数据与地物特征的相关分析。

以EPP2000(StellarNet)为例：

EPP2000是一种易携带的光纤光谱仪，可以探测到从紫外到近红外的波段范围（350nm—1150nm)的光谱信息，从而可以得到被测物体的吸收率，反射率。

4、地物波谱特性的测量工作原理传感器阵列由若干个独立的探测象元（通道）按直线排列而成，我们给每一个探测象元一个固定的地址，X1,X2,X3,…,X512,…。不同地址上的探测像元分别响应不同波长的光信号，并将光信号转换为模拟信号输送到Ａ／Ｄ转换卡。由探测像元得到的模拟信号经由Ａ／Ｄ转换卡转为数字