遥感应用知识体系-地物波谱特性与遥感光学基础
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《遥感技术基础》第2章 电磁波与地物电磁波特性
基尔霍夫定律:
MM0
M为实际物体辐射出射度 M0为黑体辐射出射度
ε为比辐射率或发射率
2020/10/24
例题一：
已知由太阳常数推算出太阳表面的辐射出射度 M=6.284107W/m2；求太阳的有效温度和太阳光谱中辐射 最强波长λmax。
解：根据玻尔兹曼定律： MT4
根据维恩位移定律： bmaxT
• 原理：植物中生化成份的分子结构中的化学键在一定辐 射水平的照射下发生振动，引起某些波长的光谱发射和吸 收，从而形成不同的光谱反射率。
2020/10/24
光谱获取
Reflectance(%)
探
50
头
40
30
20
10
0 350
850
1350
1850
Wavelength(nm)
2350
2020/10/24
2020/10/24
地物反射
➢ 3种形式：镜面反射、漫反射、方向反射
2020/10/24
➢ 光谱特征或波谱特征
• 定义：物质在电磁波相互作用下，由于电子跃迁，原子，
分子振动与转动等复杂作用，会在某些特定的波长位置形 成反映物质成份和结构信息的光谱吸收和反射特征。
• 作用：遥感方法探测各种物质性质和形状的重要依据； 植物光谱诊断的基础。
难点
同物异谱、异物同谱
2020/10/24
End!
2020/10/24
Reflectance(%)
50 观测时间 7-8 7-19 7-28 8-6 8-11 8-20 8-29 9-8
LAI 0.969 2.516 6.133 7.043 6.616 6.682 6.653 6.104
遥感原理与应用_第2章_2遥感物理基础-辐射传输基础
a小于入射电磁波波长的十分 之一；(气体分子)
• 米氏散射：如果介质中不均匀
颗粒的直径a与入射波长同数 量级；(气溶胶)
• 非选择性散射（均匀散射）：
当不均匀颗粒的直径a>>λ时
发生。(大粒子尘埃)
C o p y r i g h t © 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n
遥感影像判读
遥感平台特点
遥感
影像识别分类
遥感物理基础
遥感技术应用
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SWJTU
遥 1 2感 3物 4 5理 6基 7 础
遥感电磁辐射基础 辐射传输基础
地物波谱特性与遥感光学基础
C o p y r i g h t © 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n
SWJTU
大 大气成分 气 不变成分：氮、氧、氩、二氧化碳、甲烷、氧化氮、氢； 对 这些气体在80km以上的相对比例保持不变，称为不变气体。 1 2 电 可变成分：臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、 3磁 4 冰等）、盐粒、尘烟；这些气体的含量随高度、温度、位置 5辐 6 射 而变，称为可变成分。 7 的 气溶胶：固体或液体分散在气体中的分散体系叫做气溶胶。 影 比如，烟、尘、雾、云等都是气溶胶 。气溶胶是气体和在重 响 力场中具有一定稳定性和较小沉降速度的物质颗粒组成的混
散射影响：使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其他各方向
的辐射。尽管强度不大，但太阳辐射在照到地面又反射到传感器的 过程中，二次通过大气，在照射地面时，由于增加了漫入射的成分， 使地物反射的成分有所改变。 对遥感图像来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传感器接收 数据的质量，造成图像模糊不清。 不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。
• 米氏散射：如果介质中不均匀
颗粒的直径a与入射波长同数 量级；(气溶胶)
• 非选择性散射（均匀散射）：
当不均匀颗粒的直径a>>λ时
发生。(大粒子尘埃)
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遥感影像判读
遥感平台特点
遥感
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遥感物理基础
遥感技术应用
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遥 1 2感 3物 4 5理 6基 7 础
遥感电磁辐射基础 辐射传输基础
地物波谱特性与遥感光学基础
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大 大气成分 气 不变成分：氮、氧、氩、二氧化碳、甲烷、氧化氮、氢； 对 这些气体在80km以上的相对比例保持不变，称为不变气体。 1 2 电 可变成分：臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、 3磁 4 冰等）、盐粒、尘烟；这些气体的含量随高度、温度、位置 5辐 6 射 而变，称为可变成分。 7 的 气溶胶：固体或液体分散在气体中的分散体系叫做气溶胶。 影 比如，烟、尘、雾、云等都是气溶胶 。气溶胶是气体和在重 响 力场中具有一定稳定性和较小沉降速度的物质颗粒组成的混
散射影响：使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其他各方向
的辐射。尽管强度不大，但太阳辐射在照到地面又反射到传感器的 过程中，二次通过大气，在照射地面时，由于增加了漫入射的成分， 使地物反射的成分有所改变。 对遥感图像来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传感器接收 数据的质量，造成图像模糊不清。 不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。
遥感地质学-第04讲 遥感物理基础之三_地球辐射与地物波谱
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土壤波谱特征
土壤粉况砂下波土光谱壤谱特不反同 射征含率基水曲本量线情图的影响因素有腐殖质和 ◆土氧壤化表面铁反的射含光谱量曲、线湿比较度平、滑粒，没度有大明小显的、峰矿谷物。一成般情 况◆土下分壤，、含土质水盐越量分细对和反土射壤表率反土越射结高光，谱构有曲。机线质的含影量响越土低壤，含反水射量率增越加高，，土
朗★实了伯际解面物物：体对体反于反射漫射（反类混射型合面的反，意射当义）入：是射处照于度镜一面定反时射，和从漫任反何射角之度间观 察1的、反一遥射种感面反器，射获其。取反其的射特辐亮点射度是亮是这度一种与个反物常射体数面的，对反这太射种阳类反辐型射射密面的切称反相朗射关伯具。面辐。射 如亮有新度各鲜既向的与异M辐性g射，O入、即射B实a方际S位O物4角体、有的M关表gC，面O也在3表与有面反入。射射太方波阳向时在的，天方各顶位个角角方有向关。 θ2都≤、4有在5°反遥时射感地能器面量成近，像似但时为大间朗小选伯不择反同上射。，面应。避免中午成像，防止在遥感 图像上形成镜面反射。
三、地球辐射与地物波谱特征
（一）太阳辐射与地表的相互作用 （二）地表自身的热辐射 （三）地物波谱特征
本节主要内容
• 地表物体的辐射 •◆地可物见光波与谱近曲红外线波（段反遥感射图波像谱上的、信发息射来自波地谱物）反射特 •性 ◆ 地 水有是较典。物中低强波型红反反谱外射射地：体，波物物，在段纯其体的遥净它在感波水可同图的 见谱一反 光像时射 波特上率 段间既征随 吸、有波 收空地长 都间增 很表条加 强反而 ，件射减 至下太小 红，阳。 外其水几辐发体乎射在全射的蓝部、信绿被反息光吸射波收，、段。 •也 吸 反 水地有收射体地和波波物球 透 谱 谱波自射：特谱身电是征热磁某的辐波物时射的体空的特的信性反效息是射应。波率长（的或函反数射，辐以射横能坐）标随代波表长波变
土壤波谱特征
土壤粉况砂下波土光谱壤谱特不反同 射征含率基水曲本量线情图的影响因素有腐殖质和 ◆土氧壤化表面铁反的射含光谱量曲、线湿比较度平、滑粒，没度有大明小显的、峰矿谷物。一成般情 况◆土下分壤，、含土质水盐越量分细对和反土射壤表率反土越射结高光，谱构有曲。机线质的含影量响越土低壤，含反水射量率增越加高，，土
朗★实了伯际解面物物：体对体反于反射漫射（反类混射型合面的反，意射当义）入：是射处照于度镜一面定反时射，和从漫任反何射角之度间观 察1的、反一遥射种感面反器，射获其。取反其的射特辐亮点射度是亮是这度一种与个反物常射体数面的，对反这太射种阳类反辐型射射密面的切称反相朗射关伯具。面辐。射 如亮有新度各鲜既向的与异M辐性g射，O入、即射B实a方际S位O物4角体、有的M关表gC，面O也在3表与有面反入。射射太方波阳向时在的，天方各顶位个角角方有向关。 θ2都≤、4有在5°反遥时射感地能器面量成近，像似但时为大间朗小选伯不择反同上射。，面应。避免中午成像，防止在遥感 图像上形成镜面反射。
三、地球辐射与地物波谱特征
（一）太阳辐射与地表的相互作用 （二）地表自身的热辐射 （三）地物波谱特征
本节主要内容
• 地表物体的辐射 •◆地可物见光波与谱近曲红外线波（段反遥感射图波像谱上的、信发息射来自波地谱物）反射特 •性 ◆ 地 水有是较典。物中低强波型红反反谱外射射地：体，波物物，在段纯其体的遥净它在感波水可同图的 见谱一反 光像时射 波特上率 段间既征随 吸、有波 收空地长 都间增 很表条加 强反而 ，件射减 至下太小 红，阳。 外其水几辐发体乎射在全射的蓝部、信绿被反息光吸射波收，、段。 •也 吸 反 水地有收射体地和波波物球 透 谱 谱波自射：特谱身电是征热磁某的辐波物时射的体空的特的信性反效息是射应。波率长（的或函反数射，辐以射横能坐）标随代波表长波变
遥感技术应用_02电磁辐射与地物光谱特征
3 大气对太阳辐射的影响
• 太阳辐射的衰减过程：30%被云层反射回；17%被 大气吸收；22%被大气散射；31%到达地面。 • 大气的透射率公式：透射率与路程、大气的吸收、 散射有关。
（一）大气的吸收作用
A. 氧气：小于0.2 μm；0.155为峰值。高空遥感
很少使用紫外波段的原因。 B. 臭氧：数量极少，但吸收很强。主要吸收0.3 μm 以下紫外；对航空遥感影响不大。 C. 水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都 是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光 的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的 影响。 D. 二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。 可以忽略不计。
波长 Wavelength(nm)
植被的反射光谱
50
10
40
反射率 Reflectance (%)
⑤ ④ ③ ② ①
①
8
② ③ ④ ⑤
30
6
20
4
10
2
0 350
550
750
950 1150 1350 1550 1750 1950 2150 2350
0 350
400
450
500
550
600
650
波段 Wavelength (nm)
2、遥感常用的电磁波波段的特性
紫外线(UV)：0.01-0.4μm，碳酸盐岩分布、
水面油污染。
可见光：0.4-0.76 μm，鉴别物质特征的主
要波段；是遥感最常用的波段。
红外线(IR) ：0.76-1000 μm。近红外0.76-
3.0 μm’中红外3.0-6.0 μm；远红外6.0-15.0 μm；超远红外15-1000 μm。（近红外又称光 红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外。 微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动 之分；具有穿透能力；发展潜力大。
《遥感技术基础》第2章 电磁波与地物电磁波特性
2020/7/24
பைடு நூலகம்
2020/7/24
温度下的黑体波谱辐射曲线
斯忒藩－玻耳兹曼定律：
：为斯忒藩一玻耳兹曼常数 T ：为绝对黑体的绝对温度（K）
2020/7/24
维恩位移定律:
分谱辐射能量密度的峰值波长 随温度增加向短波方向移动 黑体的绝对温度增高时，它的最大辐射本领向短波方向位移
2020/7/24
2020/7/24
地物反射
➢ 3种形式：镜面反射、漫反射、方向反射
2020/7/24
➢ 光谱特征或波谱特征
• 定义：物质在电磁波相互作用下，由于电子跃迁，原子，
分子振动与转动等复杂作用，会在某些特定的波长位置形 成反映物质成份和结构信息的光谱吸收和反射特征。
• 作用：遥感方法探测各种物质性质和形状的重要依据； 植物光谱诊断的基础。
《遥感技术基础》第2章 电磁波与地 物电磁波特性
本节主要内容
▪ 电磁波与电磁辐射 ▪ 太阳辐射及大气对辐射的影响 ▪ 地球的辐射及地物波谱
2020/7/24
电磁波
▪ 电磁波：当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了
涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁 振荡在空间传播。
▪ 电磁波在传播中遵循波的反射、折射、衍射、干涉、
2020/7/24
2020/7/24 ASD FieldSpec Pro FRTM光谱仪
冠层光谱测定
光谱观测时间为 10:30~14:00
2020/7/24
多方位、多角度光谱测定
2020/7/24
地物反射率公式 ：
2020/7/24
反射波谱特性曲线的应用举例
2020/7/24
➢地物的光谱特性一般随时间季节变化，为时间效应； ➢处在不同区域的同种地物具有不同的光谱，为空间效应。
பைடு நூலகம்
2020/7/24
温度下的黑体波谱辐射曲线
斯忒藩－玻耳兹曼定律：
：为斯忒藩一玻耳兹曼常数 T ：为绝对黑体的绝对温度（K）
2020/7/24
维恩位移定律:
分谱辐射能量密度的峰值波长 随温度增加向短波方向移动 黑体的绝对温度增高时，它的最大辐射本领向短波方向位移
2020/7/24
2020/7/24
地物反射
➢ 3种形式：镜面反射、漫反射、方向反射
2020/7/24
➢ 光谱特征或波谱特征
• 定义：物质在电磁波相互作用下，由于电子跃迁，原子，
分子振动与转动等复杂作用，会在某些特定的波长位置形 成反映物质成份和结构信息的光谱吸收和反射特征。
• 作用：遥感方法探测各种物质性质和形状的重要依据； 植物光谱诊断的基础。
《遥感技术基础》第2章 电磁波与地 物电磁波特性
本节主要内容
▪ 电磁波与电磁辐射 ▪ 太阳辐射及大气对辐射的影响 ▪ 地球的辐射及地物波谱
2020/7/24
电磁波
▪ 电磁波：当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了
涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁 振荡在空间传播。
▪ 电磁波在传播中遵循波的反射、折射、衍射、干涉、
2020/7/24
2020/7/24 ASD FieldSpec Pro FRTM光谱仪
冠层光谱测定
光谱观测时间为 10:30~14:00
2020/7/24
多方位、多角度光谱测定
2020/7/24
地物反射率公式 ：
2020/7/24
反射波谱特性曲线的应用举例
2020/7/24
➢地物的光谱特性一般随时间季节变化，为时间效应； ➢处在不同区域的同种地物具有不同的光谱，为空间效应。
02_遥感技术导论_第二章 电磁辐射及物体的波谱特性
第二章 遥感的理论基础—电磁辐射与地物光谱特性
电磁波性质： 电场矢量E和磁场矢量B互相垂直，且都垂直于电磁波传播方向V，因此， 电磁波是横波。（声波是典型的纵波） 在真空中以光速传播 电磁波的几个主要参量：周期（T），频率（f），波长（），C=f=/T 其中，C为真空中的光速，C=3×1010cm/s 电磁波具有波粒二象性
第二章 遥感的理论基础—电磁辐射与地物光谱特性
大气折射：电磁波穿过大气层时，还会出现折射。大气的折射与大气密度有 关，密度越大。折射率越大，离地面越高，折射率越小。 折射改变了太阳辐射的方向，但不改变太阳辐射的强度。 大气反射：电磁波传播过程中，若通过两种介质的交界面，还会发生反射现 象。反射主要发生在云层顶部。由于反射的存在，削弱了电磁波到达地面的 强度。 大气窗口的定义： 电磁波在大气中传输时，通过大气层未被反射、吸收和散射的那些透射 率高的波段范围，称为大气窗口。 目前，遥感技术选用的大气窗口，多为下表所列光谱段。在这六个光谱段 内各种地物的反射和发射光谱可以很明显地区别开来。
第二章 遥感的理论基础—电磁辐射与地物光谱特性
地物的反射率： 地物的反射能量与入射的总能量之比。 辐射能量入射到任何地物表面上，会出现三种过程：反射、吸收、透射。 根据能量守恒定律： P=P+P+P ① 其中：P为入射总能量；P为地物的反射能量；P为地物的吸收能量； P为地物的透射能量。 由①式可得：1= P/P+ P/P+ P/P 设： =P/P100%， =P/P 100%， =P/P 100%， 因此1=++，对于不透明的地物=0， 则=1 ② ②式表明：反射率高的地物，吸收率低。地物的反射率可以测定，吸收 率通过反射率推求。 地物的反射光谱曲线： 地物的反射率随入射波长变化的规律。 以波长为横坐标，反射率为纵坐标，绘成的曲线图称为地物反射光谱曲 线。
地物的反射光谱与地物波谱特性
（2）相同地物光谱曲线有相似性，但是也存在差异性（如患虫害的小麦与正常小麦的光谱曲线） 物体是反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤其是后两波段。 美国NASA于70年代初就初步建立了地球资源信息系统（ERSIS）。
有效的进行遥感图像数字处理的前提之一， 没有明显的波峰和波谷。
✓ 通过地物反射光谱曲线的不同辨别地物是遥感识别地物性质的基本原理 。
曲线的作用： 在外业测量中，是选择合适的飞行时间的基础材料。
地物波谱特性是遥感探测的基础，遥感优化组合的依据，是定量遥感的技术与应用发展的先决条件，但我国在地物波谱特性研究中还 存在在很多问题，尽管我国近年引进了一大批代表国际前沿的地物波谱测试的设备，但其辅助装置不完善等很多问题仍然缺乏一套系 统的、规范的我国典型地物的波普数据。 国外地物波谱库研究现状
（3）地物光谱特征具有事件性和空间性（不同时间与空间光谱特征不同 不同的地物在不同波段反射率存在差异。
地物的反射光谱用有如户下特征判： 读，识别，分析遥感影像的基础。
地物波谱特性发展现状
遥感波谱范围不断拓宽，空间、波谱和时间 分辨率不断提高，遥感影像处理，地物识别和信 息提取技术不断完善，遥感数据获取由多光谱， 高光谱至超高光谱，信息挖掘由“粗糙”到“精 细”，遥感地物识别由间接到直接，遥感应用已 逐渐摆脱“看图识字”的阶段，越来越依赖于地 物波谱特性的研究和发展。
地物波谱特性
地物波谱也称地物光谱。 地物波谱特性是指各种地物各自所具有
的电磁波特性（发射辐射或反射辐射）。 在遥感技术中各国都十分重视地物波谱
特征的测定。
地物波谱特性
选择遥感波谱段，设计遥感仪器的依据
在遥感中，测量地物反射波普特性 1μm附近有一个峰值，形成植被的独有特征。
有效的进行遥感图像数字处理的前提之一， 没有明显的波峰和波谷。
✓ 通过地物反射光谱曲线的不同辨别地物是遥感识别地物性质的基本原理 。
曲线的作用： 在外业测量中，是选择合适的飞行时间的基础材料。
地物波谱特性是遥感探测的基础，遥感优化组合的依据，是定量遥感的技术与应用发展的先决条件，但我国在地物波谱特性研究中还 存在在很多问题，尽管我国近年引进了一大批代表国际前沿的地物波谱测试的设备，但其辅助装置不完善等很多问题仍然缺乏一套系 统的、规范的我国典型地物的波普数据。 国外地物波谱库研究现状
（3）地物光谱特征具有事件性和空间性（不同时间与空间光谱特征不同 不同的地物在不同波段反射率存在差异。
地物的反射光谱用有如户下特征判： 读，识别，分析遥感影像的基础。
地物波谱特性发展现状
遥感波谱范围不断拓宽，空间、波谱和时间 分辨率不断提高，遥感影像处理，地物识别和信 息提取技术不断完善，遥感数据获取由多光谱， 高光谱至超高光谱，信息挖掘由“粗糙”到“精 细”，遥感地物识别由间接到直接，遥感应用已 逐渐摆脱“看图识字”的阶段，越来越依赖于地 物波谱特性的研究和发展。
地物波谱特性
地物波谱也称地物光谱。 地物波谱特性是指各种地物各自所具有
的电磁波特性（发射辐射或反射辐射）。 在遥感技术中各国都十分重视地物波谱
特征的测定。
地物波谱特性
选择遥感波谱段，设计遥感仪器的依据
在遥感中，测量地物反射波普特性 1μm附近有一个峰值，形成植被的独有特征。
实验报告范例-遥感地物波谱特性分析
二、遥感数据地物波谱特性分析
1．“L7ETM+_121-032_123457”遥感数据地物波谱特性分析
要求：以“L7ETM+_121-032_123457（200210）”为数据源，进行典型地物水体的波谱特性分析（要求选取两种或两种以上含沙量不同的水体像元点，依托Excel表格绘制其波谱特性曲线，并分析水体在不同条件下的波谱曲线特性差异）。
清水对光的反射率低，沙子能增强对光的反射率。故含沙量越高对光的反射率高，含沙量低的对光的反射率低。
2．“L7ETM+_116-031_123457”遥感数据地物波谱特性分析
要求：以“L7ETM+_116-031_123457（199909）”为数据源，进行典型地物植被的波谱特性分析（要求选取三种或三种以上不同树种的像元点，依托Excel表格绘制其波谱特性曲线，并分析植被不同种类之间的波谱曲线特性差异）。
基本要求与说明：
1．实验原理部分文字阐述要简洁明了，可附相应公式、图解；
2．实验步骤与方法请尽量详细叙述，如果有必要请附相应图形、图像；
3．表格大小和所列条目数可以根据实际情况进行调整与增删。
实验报告
实验目的
1．掌握遥感图像地物波谱辐射特性
理解色彩三要素，三间色，三基色，互补色，标准假彩色合成的原理
2．掌握典型地物（水体、植被、新鲜雪）的反射波谱曲线特征
3．掌握地物波谱特性的分析方法
4．Байду номын сангаас
主要实验内容
一、地物波谱曲线
要求：说明什么是地物波谱曲线。
物体在同一时间、空间条件下，其反射、发射、吸收和透射电磁波特性是波长的函数。通常以横坐标表示波长，以纵坐标表示地物辐射电磁波的能量（反射率、发射率或亮度系数）作出的相关曲线，就是地物的波谱曲线。
1．“L7ETM+_121-032_123457”遥感数据地物波谱特性分析
要求：以“L7ETM+_121-032_123457（200210）”为数据源，进行典型地物水体的波谱特性分析（要求选取两种或两种以上含沙量不同的水体像元点，依托Excel表格绘制其波谱特性曲线，并分析水体在不同条件下的波谱曲线特性差异）。
清水对光的反射率低，沙子能增强对光的反射率。故含沙量越高对光的反射率高，含沙量低的对光的反射率低。
2．“L7ETM+_116-031_123457”遥感数据地物波谱特性分析
要求：以“L7ETM+_116-031_123457（199909）”为数据源，进行典型地物植被的波谱特性分析（要求选取三种或三种以上不同树种的像元点，依托Excel表格绘制其波谱特性曲线，并分析植被不同种类之间的波谱曲线特性差异）。
基本要求与说明：
1．实验原理部分文字阐述要简洁明了，可附相应公式、图解；
2．实验步骤与方法请尽量详细叙述，如果有必要请附相应图形、图像；
3．表格大小和所列条目数可以根据实际情况进行调整与增删。
实验报告
实验目的
1．掌握遥感图像地物波谱辐射特性
理解色彩三要素，三间色，三基色，互补色，标准假彩色合成的原理
2．掌握典型地物（水体、植被、新鲜雪）的反射波谱曲线特征
3．掌握地物波谱特性的分析方法
4．Байду номын сангаас
主要实验内容
一、地物波谱曲线
要求：说明什么是地物波谱曲线。
物体在同一时间、空间条件下，其反射、发射、吸收和透射电磁波特性是波长的函数。通常以横坐标表示波长，以纵坐标表示地物辐射电磁波的能量（反射率、发射率或亮度系数）作出的相关曲线，就是地物的波谱曲线。
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量互相关。反射总量是叶内水分含
量以及叶片厚度的函数。
由于植物叶子内水的强烈吸收，在 1.45 μm ，1.95 μm ，2.7 μm处有吸 收带。
植被 (Vegetation)
植被 (Vegetation)
归一化植被指数
NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)，检测植被生长状态、植被 覆盖度和消除部分辐射误差。 为什么NDVI检测植被有效？ 健康的绿色植被在NIR和R的反射差异比较大，原因 在于R对于绿色植物来说是强吸收的，NIR则是高反 射高透射的。所以NDVI越大，植被长势越好。
瑞利准则
当相位差小 即
光滑表面。
4
h
，两波偏于相重合，则呈反射为主、 8 cos
4
h 8 cos
增大， 增大， 有利于形成光滑表面。
减小， 减小，有利于形成粗糙表面。
对于可见光， 在 m 范围内，所有地物都是粗糙面，而对 在 cm 到 m 之间，地物表面呈粗糙与光滑临界状态。 于微波，
在近红外波段，植被的反射光谱取决于叶片内部的细
胞结构。
0.7 μm 1.3 μm ：吸收能量少，反射来自叶片内部结 构，形成强反射。 因叶片内部结构差别大，植被在近红外的反射差异比 可见光区域大，所以在近红外波段内测量植物的反射 率来区别不同的植物。
在短波红外波段
植物基本上吸收或反射电磁波能量， 透射很少。 植物的光谱特性受叶片总含水量的 控制，叶片的反射率与叶内总含水
• 光谱反射率：地物对应于某个波长电磁波的反射率。 • 反射波谱: 地物的反射系数（率）随入射波长的变化
规律叫做该地物的反射波谱。
• 反射波谱特性曲线: 以波长为横坐标，反射率为纵坐
标所得的曲线称为物体的反射波谱特性曲线。
二、反射波谱特性曲线
• 反射波谱特性曲线：反射波谱是某物体的反射率（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 纵坐标所得的曲线。
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不同含水量对土壤反射率的影响
(3) 植被的反射波谱
在可见光波段，健康的绿色植被的反射波谱特性取决
于叶片成分。
反射峰值在0.55 μm ，叶绿素对绿光反射强烈，而对 蓝光波段和红光波段强烈吸收 (0.45 μm ，0. 67 μm) 如果植物的叶绿素含量下降，植物变为黄色或红色， 其反射波谱特性随之改变。
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水体光谱特性受叶绿素浓度的影响
水体在遥感图像上的表现
(2) 土壤的反射波谱
土壤本身是一种复杂的混合物， 由物理和化学性质各不相同的物 质组成，会不同程度的影响土壤 的反射和吸收光谱特征。 土壤的光谱特性曲线与一些因素有关：土壤类别、含水量、 有机质含量、砂、土壤表面的粗糙度、粉砂相对百分含量等。 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 的反射率一般随波长的增加而增加，土壤对所有的入射能均 吸收或反射，无透射。
• 反射系数（反射率）——反射辐射通量/入射辐射通量
*100%。它是波长、入射角、地物的质地及朝向、粗
糙度、地物介电常数、磁导率等的函数。假设地物是 漫反射作为前提。
不同的地物对不同波段的电磁波具有不同的反射
率。同一地物对不同波长的电磁波有选择地反射，即 地物对电磁波的反射能力（反射系数）随波长变化。
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地物反射波谱曲线的特点
• 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。
• 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受的辐射数据相对照，可
以得出遥感数据与对应地物的识别规律，作为遥感影像 判读依据。
• 任何物体的反射性质是揭示目标本质的最有用信息。
三、典型地物反射波谱特性
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10～20 m，清澈水体可达100 m的深度。
地表吸收太阳辐射后具有约300 K的温度，从而形成自身的热辐射，其 峰值波长为9.66 μm，主要集中在长波，即6μm以上的热红外区段。就 短波而言，地表反射的太阳辐射称为地表的主要辐射来源，而地表自 身的辐射可以忽略不计。
地表反射的太阳辐射成为可见光和近红外遥感记录的主要辐射能量。
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地物的反射
根据界面（反射面）的粗糙程度和反射的方向性分：
镜面反射：界面起伏高度相对入射电磁波波长而
言很小（即界面光滑）时产生镜面反射。 漫反射：界面起伏高度相对于入射电磁波波长而 言比较大（即界面粗糙）时，产生漫反射。均匀 的漫反射面称为朗伯面，朗伯面反射的电磁波在 各个方向上辐射亮度值相同。 方向反射(混合反射)：当界面起伏高度介于上述 两种情况之间（中等粗糙），产生方向反射。实 际地物表面由于地形起伏，在某个方向上反射最 强烈，而在其他方向反射较弱，这种现象称为方 向反射。是镜面反射和漫反射的结合。 从空间对地面观察时，对于平坦地区，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，为方向反射。
(1) 水体的反射波谱
如果水底部分影响可以忽略，水 体的反射特性不仅与水体本身， 也与水中的物质相关。 纯净水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收率很强， 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，因此在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓。 水的浑浊度的变化，叶绿素浓度的变化，对反射率都有影响。
地物波谱特性与遥感光学基础
一、电磁波与物体的交互作用 二、反射波谱特性曲线
三、典型地物反射波谱特性
四、遥感光学基础
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一、电磁波与物体的交互作用
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
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
表面粗糙度及瑞利准则
• 地物表面的粗糙度(Surface Roughness) ：地物表面起伏高差
的均方根值。
h
粗糙度推导示意图
两波差 相位为完全抵消，差0 为完全相重合，介乎之间差 2 4
2 h co s
（光程差）
4 （相位差）
h
其中：
8 cos
为粗糙度； 为光的入射角； 为光波长。