23地物的反射辐射

第二章遥感物理基础主要内容电磁波谱与电磁辐射物体的发射辐射地物的反射辐射大气对电磁波传输的影响2.3地物的反射辐射2.3.1电磁波传输的过程太阳辐射地物辐射电磁波Astheelectromagneticwavestravelthroughspace,theirenergyinteractswithmatter:(1)reflectionofftheobject;(2)absorptionbytheobject;(3)Transmission(透射)throughtheobject.太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量。2.3.1电磁波传输的过程一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波则透射能力较强，特别是0.45～0.56μm的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达10～20m，清澈水体可达100m的深度。地物的反射：太阳光通过大气层照射到地球表面，地物会发生反射作用，反射后的短波辐射一部分为遥感器所接收。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地物的反射类型：根据地表目标物体表面性质不同，物体反射大体可以分为3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。（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。物体表面性质对反射的影响（3）实际物体反射(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。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遥感图像上记录的辐射亮度，既与辐射入射方位角和天顶角有关，也与反射方向的方位角和天顶角有关。由于镜面反射会造成太阳光直接进入遥感器，在成像时间选择上，应避免中午成像，防止形成镜面反射。否则水体会形成非常亮的耀斑，周围地物的反射信息有受到干扰和削弱。地物反射通量＝地物入射通量入射能量反射能量透射能量吸收能量EEEE2.3.2地物反射波谱反射率：地物的反射能量与入射总能量的比，即ρ=(Pρ/P0)×100%。表征物体对电磁波谱的反射能力。2.3.2地物反射波谱反射率是在理想的漫反射情况下定义的，是指在整个电磁波波长范围的平均反射率。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。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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。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。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。2.3.2地物反射波谱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大气状况等2.3.2地物反射波谱2.3.3典型地物波谱反射特性2.3.3典型地物波谱反射特性：植被可见光波段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。近红外波段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。一、绿色植被反射波谱特性曲线2.3.3典型地物波谱反射特性：植被2.3.3典型地物波谱反射特性：植被近红外波段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。一、绿色植被反射波谱特性曲线2.3.3典型地物波谱反射特性：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典型地物波谱反射特性：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典型地物波谱反射特性：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2.3.3典型地物波谱反射特性：植被一、水体反射波谱特性曲线Ocean2.3.3典型地物波谱反射特性:水体纯净水体的反射主要在可见光中的蓝绿光波段，在可见光其它波段的反射率很低。近红外和中红外纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于0。Band1[0.45-0.52μm]Band2[0.52-0.60μm]Band3[0.63-0.69μm]Band4:[0.76-0.90μm]Band5:[1.55-1.75μm]Band7:[2.08-2.35μm]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。①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。②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典型地物波谱反射特性: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典型地物波谱反射特性: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典型地物波谱反射特性:土壤一、土壤反射波谱特性曲线Soil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。2.3.3典型地物波谱反射特性:土壤一、土壤反射波谱特性曲线Soil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。2.3.3典型地物波谱反射特性: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典型地物波谱反射特性: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典型地物波谱反射特性: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蒙脱石伊利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。39野外地物光谱辐射计地物测量软件制图2.3.4地物反射光谱测量