遥感技术基础第三讲电磁波和地物的相互作用与应用
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电磁波及遥感的物理基础
薛定谔在1926年首先提出了用于描述微观粒子状态随时间变化的状态的波函数所满足 的运动方程，即薛定谔方程，它是坐标和时间的复函数。
海森伯在1927年首先提出了测不准原理，成功得说明了当微观粒子处于某一状态时， 它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值，而具有一系列可能 值，每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时，力学量具有某一可能值的 几率也就完全确定。而在同时，玻尔提出了并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释。
紫外波段
• 波长：0.001—0.38μm
• 特征：1.大气对紫外线吸收较强；
•
2.能使溴化银底片感光；
•
3.太阳光谱中只有0.3~0.38 μm的
光到达地面，对油污染敏感
• 应用：1.用于测定碳酸岩的分布
•
2.用于油污的监测
可见光波段
波长：0.38—0.76μm
特征：1.由红,橙,黄,绿,青,蓝,紫光组成；
23
麦克斯韦 （1831-1879）
波动性
普朗克 （1858-1947）
爱因斯坦 （1879-1955）
粒子性
24
❖叠加原理：
当空间同时存在由两个或两个以上的波源产生的波时，每个波 并不因其它的波的存在而改变其传播规律，仍保持原有的频率 （或波长）和振动方向，按照自己的传播方向继续前进，而空 间相遇点的振动的物理量则等于各个独立波在该点激起的振动 的物理量之和。
❖相干性与非相干性：
由叠加原理可知，当两列频率、振动方向相同，相位相同 或相位差恒定的电磁波叠加时，在空间会出现某些地方的 振动始终加强，另一些地方的振动始终减弱或完全抵消， 这种现象叫电磁波的相干性。没有固定相位关系的两列电 磁波叠加时，没有一定的规律可循，这种现象叫电磁波的 非相干性。
海森伯在1927年首先提出了测不准原理，成功得说明了当微观粒子处于某一状态时， 它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值，而具有一系列可能 值，每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时，力学量具有某一可能值的 几率也就完全确定。而在同时，玻尔提出了并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释。
紫外波段
• 波长：0.001—0.38μm
• 特征：1.大气对紫外线吸收较强；
•
2.能使溴化银底片感光；
•
3.太阳光谱中只有0.3~0.38 μm的
光到达地面，对油污染敏感
• 应用：1.用于测定碳酸岩的分布
•
2.用于油污的监测
可见光波段
波长：0.38—0.76μm
特征：1.由红,橙,黄,绿,青,蓝,紫光组成；
23
麦克斯韦 （1831-1879）
波动性
普朗克 （1858-1947）
爱因斯坦 （1879-1955）
粒子性
24
❖叠加原理：
当空间同时存在由两个或两个以上的波源产生的波时，每个波 并不因其它的波的存在而改变其传播规律，仍保持原有的频率 （或波长）和振动方向，按照自己的传播方向继续前进，而空 间相遇点的振动的物理量则等于各个独立波在该点激起的振动 的物理量之和。
❖相干性与非相干性：
由叠加原理可知，当两列频率、振动方向相同，相位相同 或相位差恒定的电磁波叠加时，在空间会出现某些地方的 振动始终加强，另一些地方的振动始终减弱或完全抵消， 这种现象叫电磁波的相干性。没有固定相位关系的两列电 磁波叠加时，没有一定的规律可循，这种现象叫电磁波的 非相干性。
遥感原理与应用完整版
第一章电磁波及遥感物理基础名词解释：1、电磁波（变化的电场能够在其周围引起变化的磁场，这一变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化电场，并在更远的区域内引起新的变化磁场。
）变化电场和磁场的交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。
2、电磁波谱电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。
3、绝对黑体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体称为绝对黑体。
4、辐射温度如果实际物体的总辐射出射度（包括全部波长）与某一温度绝对黑体的总辐射出射度相等，则黑体的温度称为该物体的辐射温度。
5、大气窗口电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的电磁辐射波段。
6、发射率实际物体与同温下的在相同条件下的辐射能量之比。
7、热惯量由于系统本身有一定的热容量，系统传热介质具有一定的导热能力，所以当系统被加热或冷却时，系统温度上升或下降往往需要经过一定的时间，这种性质称为系统的热惯量。
（地表温度振幅与热惯量P成反比，P越大的物体，其温度振幅越小；反之，其温度振幅越大。
）8、光谱反射率ρλ=Eρλ/ Eλ(物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
)9、光谱反射特性曲线按照某物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。
填空题：1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由、、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等组成。
2、绝对黑体辐射通量密度是温度Ｔ和波长λ的函数。
3、一般物体的总辐射通量密度与绝对温度和发射率成正比关系。
4、维恩位移定律表明绝对黑体的最强辐射波长λ乘绝对温度T 是常数2897.8。
当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向短波方向移动。
5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为 0.47 μm选择题：(单项或多项选择)1、绝对黑体的（②③）①反射率等于1 ②反射率等于0 ③发射率等于1 ④发射率等于0。
2、物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系（②⑥）①反射率②发射率③物体温度一次方④物体温度二次方⑤物体温度三次方⑥物体温度四次方。
遥感技术基础-第03讲(电磁波与地物的作用)
典型地物的反射特性--雪
反射率%
80 60 40 20
雪在可见光波段基本上 是非选择性低吸收体， 即高反射体(80%)，呈耀 眼白色，但在近红外波 段吸收强得多，变成选 择性吸收体。
波长（微米） 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
典型地物的反射特性--水
反射率%
漫发射也是一种极端 情况。
3、方向反射
特点： ◇ 大部分地面物体的反射既不 是镜面反射，也不是漫反射， 而是方向反射。 ◇ 从不同方向看到地物表面的 亮度是不一样的，反射能量 也不一样。 ◇ 各个方向都有反射，但在某 些方向上反射强烈。 ◇ 电磁波照射到非常粗糙的表 面上，会发生方向发射。
方向反射
镜面反射
镜面反射发生的条件？
电磁波照射到光滑 的表面（如光滑的 路面、平静的水面 等）上，会发生镜 面发射。
镜面发射是一种极 端情况。
镜面反射对遥感成像的影响？
反射光具有严格的 方向性，若传感器 的接收系统对准反 射光时，接收的电 磁波能量最强，否 则可能接收不到地 物的反射光而无法 成像，从而导致影 像色调的差异。
本次课小结
主要内容：
1、物体与电磁波间的三种作用形式 2、物体反射电磁波的三种形式 3、地物的波谱反射特性
重点内容：
1、镜面反射、漫反射、方向反射 2、反射率、波谱反射率、波谱反射特性 3、地物波谱特性与遥感影像上对应目标色调 之间的关系。
作业题
名词解释：镜面反射、漫反射、方向反射、反射率、 波谱反射率、波谱反射特性 问答题： 1、当太阳光入射到地面时，为什么会发生三种不同 形式的反射？ 2、结合健康的绿色植被的反射特性曲线，说明在进 行森林普查时为什么要选择近红外波段进行遥感？监测森 林病虫害的原理是什么？ 3、试绘出一些常见的地物（雪地、阔叶树、针叶树、 水体）在可见光和近红外波段的反射波谱特性曲线，并说 明它们的差异对遥感图像色调的影响。
第2章 遥感的物理基础
散射的类型
dp << l dp =l Rayleigh scattering Sr 瑞利散射 Mie scattering Sm 米氏散射
Non-selective scattering Sn dp >> l 非选择性散射
1 瑞利（Rayleigh） 散射
质点的直径 d << λ(电磁波波长)时，一般认为
电磁波的传输满足：
v c
1 ， 1
其中，ε为物质的介电常数，μ为物质的磁导率。
E=h*f
其中h为普朗克常数
2.1.1.2 电磁波的性质
1） 不需要传播介质 2） 横波：质点振动方向与波的传播方向垂直 3） 波动性：电磁波传播到气体、液体、固体介质时，会 发生反射、折射、吸收、透射等现象 4） 粒子性：传播过程中，若碰到会发生散射现象， 从而引起电磁波的强度、方向等发生改变。 5） 叠加原理（干涉Interference和衍射Diffraction）： 两列以上的波在同一空间传播时，空间质点的振动表 现为各单列波质点振动的矢量合成。 6） 偏振(Polarization)（遥感器的几何图象分辨率，波 长越长，偏振现象越显著，偏振摄影和雷达成像）
透射率（τλ） ：入射光透过物体的能量与入射总能 量之比。 举例：
1）水体在蓝绿波段，混水1-2米，一般水体10-20米。
2）微波对地物具有明显的透射能力，由入射波的波长 决定。
3 地物的反射光谱
反射率：物体反射的辐射能量占总入射能 量的百分比 地物反射光谱曲线：是指地物的反射率随 波长的变化而变化的曲线图。通常用平面 坐标曲线表示，横坐标表示波长λ，纵坐 标表示反射率ρ。
当质点直径大于电磁波波长时（d >λ）, 散射率
遥感应用知识体系-地物波谱特性与遥感光学基础
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。
遥感原理与应用
一．绪论1.遥感的定义：遥感即遥远感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。
2.遥感的过程:地物发射或反射电磁波通过介质（大气）被传感器接受，通过传感器获取数据，再经计算机对数据处理后，我们提取有用的信息，最后应用于实践。
（地物发射或反射电磁波→介质（大气）→传感器数据获取→计算机数据处理→信息提取→应用）二．电磁波及物理遥感基础1.电磁波的定义：变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。
2.电磁波的特性：波动性（干涉、衍射、偏振）粒子性（光电转换）3.电磁波谱的定义:按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。
4.（1）地物发射电磁波:①绝对黑体的定义：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。
黑体辐射1.绝对黑体：吸收率α(λ,T)≡1 反射率ρ（λ,T）≡02.绝对白体：吸收率α(λ,T)≡0 反射率ρ（λ,T）≡1 绝对黑体与绝对白体与温度和波长无关。
②遥感的两种形式：被动遥感，主动遥感。
其中太阳是被动遥感最主要的辐射源。
⒈太阳辐射的特点：与黑体特性一致；能量集中在可见光和红外波段。
⒉一般物体的发射辐射：自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体的低。
发射率ε：实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比。
ε= W′/ W（ε是一个介于0和1的数）►绝对黑体ελ＝ε＝1►灰体ελ＝ε但0＜ε＜1►选择性辐射体ε＝ｆ(λ)►理想反射体（绝对白体）ελ＝ε＝0大多数物体可以视为灰体：W'=εW=εσT4（2）地物反射电磁波：①光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
②反射波谱特征曲线：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即为该物体的反射波谱特性曲线。
同一地物时间效应：地物的光谱特性一般随时间季节变化。
遥感的物理基础简PPT课件
❖ 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）
BACK
第32页/共83页
地球辐射的特性
地球辐射的分段特性
❖ 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。
❖ 由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐 射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段 的透射率也各不相同。
❖ 电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射的， 透射率较高的波段称为大气窗口。（对地遥感要用 的部分）
第24页/共83页
大气窗口主要光谱波段
大气窗口
波段
透射率/% 应用举例
紫外可见光 近红外
❖ 地球辐射：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。
第31页/共83页
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）
瑞利散射：d <<λ 米氏散射：d ≈λ 非选择性散射：d >>λ
第18页/共83页
❖ 瑞利散射：由于气体分子的尺度远小于光波的波长时 发生的散射，属小颗粒散射。
❖ 小颗粒散射的特征： （1）散射光强度与波长4次方成反比，由此可以解释 天空为什么呈蓝色。 （2）如果入射光的为自然光，散射光的相函数为（1 ＋cos2Q)。 （3）当Q取0或180°时，散射光的偏振度为0。 （4）当Q取90°时，散射光的偏振度为1（线偏振）， 其它角度为部分偏振光。
BACK
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地球辐射的特性
地球辐射的分段特性
❖ 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。
❖ 由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐 射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段 的透射率也各不相同。
❖ 电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射的， 透射率较高的波段称为大气窗口。（对地遥感要用 的部分）
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大气窗口主要光谱波段
大气窗口
波段
透射率/% 应用举例
紫外可见光 近红外
❖ 地球辐射：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。
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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）
瑞利散射：d <<λ 米氏散射：d ≈λ 非选择性散射：d >>λ
第18页/共83页
❖ 瑞利散射：由于气体分子的尺度远小于光波的波长时 发生的散射，属小颗粒散射。
❖ 小颗粒散射的特征： （1）散射光强度与波长4次方成反比，由此可以解释 天空为什么呈蓝色。 （2）如果入射光的为自然光，散射光的相函数为（1 ＋cos2Q)。 （3）当Q取0或180°时，散射光的偏振度为0。 （4）当Q取90°时，散射光的偏振度为1（线偏振）， 其它角度为部分偏振光。
《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。
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三、地物的波谱反射特性
光谱反射率 地物反射波谱特性 影响地物反射率化的因素
发生作用时遵守的能量守恒定律
入射电磁波 反射部分 吸收部分
透射部分
能量守恒定律： E ＝ Eρ + Eα + Eτ
入反吸透 射射收射 能能能能 量量量量
ρ＝ Eρ / E α＝ Eα / E τ＝ Eτ / E
是镜面反射，也不是漫反射， 而是方向反射。 ◇ 从不同方向看到地物表面的 亮度是不一样的，反射能量 也不一样。 ◇ 各个方向都有反射，但在某 些方向上反射强烈。 ◇ 电磁波照射到非常粗糙的表 面上，会发生方向发射。
为什么会发生不同形式的反射？
光线1
光线2
θ
h 地面
电磁波入射到物体表面后，之 所以产生不同形式的反射，主 要与地表的粗糙程度有关。
E E
光谱反射率（例）
蓝 绿 红 红外 绿
红外
上表皮 栅栏组织 薄壁细胞组织
绿叶反射原理
蓝、红光波段基本被叶绿 素吸收殆尽而进行光合作用；
绿光波段大部分被吸收， 有一部分被发射；
近红外波段可以穿透表皮， 被薄壁细胞组织反射。
绿叶在蓝、绿、红、红外 波段的反射率是不同的。如果 不引入光谱（或波谱）反射率 达概念，就不能准确描述这些 特征。
射能量－地物吸收的能量。 ◇ 经反射后，电磁波的偏振情况
会发生变化，即若入射光为自 然光，则反射光为部分偏振光 （折射光也是部分偏振光）。 ◇ 地面上大部分地物，均不具备 发生镜面反射的条件。
镜面反射发生的条件？
电磁波照射到光滑 的表面（如光滑的 路面、平静的水面 等）上，会发生镜 面发射。
镜面发射是一种极 端情况。
地物反射波谱特性
概念： 地物反射波谱特性：地物波（光）谱反射率随
波长变化而变化的特性称之为地物反射波谱特性。 地物反射特性曲线：将ρλ与λ的关系在直角坐标
系中描绘出的曲线称为地物反射特性曲线。 灰体（亦称消色物体或非选择性反射体）：反
射率不随波长变化而变化的物体。 选择性反射体：反射率随波长的变化而变化的
地表粗糙程度是相对电磁波的 波长和入射角而言的。
瑞利通过试验发现，若两点反 射光线的相位差小于π/2弧度 ，则认为是平滑的，否则是粗 糙的。等价条件如下：
h 8 cos
地物光滑程度判据－－瑞利准则
光线1
光线2
θ h
地面
1971年Peake和Oliver 通过理论推导进一步修 改了瑞利准则，其判断 粗糙程度的条件是：
物体。与灰体相反
典型地物的反射特性--雪
反射率% 80 60 40
雪在可见光波段基本上 是非选择性低吸收体， 即高反射体(80%)，呈耀 眼白色，但在近红外波 段吸收强得多，变成选 择性吸收体。
20 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
波长（微米）
典型地物的反射特性--水
反射率 吸收率 透射率
光谱反射率的定义
通常反射率定义为物体的反射通量（单位时间内
的反射能量）与入射通量之比，即ρ＝Eρ/E。这是
在理想的漫反射情况下的定义，是指在整个电磁波波
长范围的平均反射率。
实际上，地物对不同波长的电磁波是有选择性反
射的。因此，光谱反射率的定义是：地物在某波段的
反射通量与该波段的入射通量之比。
Fundamentals of Remote Sensing
遥感技术基础 第三讲电磁波和地物的相互作
用与应用
主要内容：
一、物体与电磁波的相互作用形式 二、物体反射电磁波的形式 三、地物的波谱反射特性
一、电磁波与物体的作用形式
遥感时，太阳光（或传感器发射的电磁波）照射到地面目标后， 与地面目标之间会发生哪些作用？对遥感成像有何影响？
4.4 c os
h 4.4 cos
光滑 （镜面反射） 中等粗糙（漫反射） 粗糙 （方向反射）
重要结论
地物表面的粗糙程度与入射电磁波 的波长和入射角有关。地物表面的光滑 与粗糙是相对于入射电磁波的波长和入 射角而言的。
当地物表面光滑时，入射到其表面 的电磁波产生镜面反射；否则会产生漫 反射或方向反射。
反射率% 80 60
水在蓝光波段反射率稍 高，约为10%左右，到 0.75微米以后的近红外 波段，变成了全吸收体。
向都有反射光。 ◇ 从任意方向都可观察到反射
面。 ◇ 从各个方向观察到的反射亮
度是相同的。
朗伯定律
无论从哪个方向观测朗伯面（朗伯体是指标准的漫反射 体），看到的朗伯面的亮度是一样的（但不同方向的反射 能量是随θ角变化的。）。
L dI
d
常数
dA cos dA d cos
式中：
电磁波与物体间会发生哪些作用？
作用形式：
1、反射（R） 2、吸收（A） 3、透射（T）
图中“I”表示入射 光
发生作用时遵守的能量守恒定律
入射电磁波 反射部分 吸收部分
透射部分
能量守恒定律： E ＝ Eρ + Eα + Eτ
入反吸透 射射收射 能能能能 量量量量
ρ＝ Eρ / E α＝ Eα / E τ＝ Eτ / E
L 为辐射亮度；
dφ为朗伯表面的辐射通量（单位时间内的辐射能量）
dA 为朗伯表面的面积；
dI 为朗伯表面的辐射强度；
dω为辐射立体角；
θ 为测量方向与表面法线的夹角。
什么时候发生漫反射？
电磁波照射到一定粗 糙程度的表面上，会 发生漫发射。
漫发射也是一种极端 情况。
3、方向反射
方向反射
特点： ◇ 大部分地面物体的反射既不
反射率 吸收率 透射率
只有反射电磁波才能到达传感器
遥感中，只有反射电磁波才有可能到达传感器的接收系 统进行成像，所以此处我们仅介绍电磁波的反射特性。
二、物体反射电磁波的形式
• 镜面反射 • 漫反射 • 方向反射。
1、镜面反射
镜面反射
特点： ◇ 反射方向有严格的方向性，即
反射角等于入射角。 ◇ 对不透明物体，反射能量＝入
镜面反射对遥感成像的影响？
反射光具有严格的 方向性，若传感器 的接收系统对准反 射光时，接收的电 磁波能量最强，否 则可能接收不到地 物的反射光而无法 成像，从而导致影 像色调的差异。
同样是水域，为什么影 像色调不一样？
没有对准反射光 时的水面影像
对准反射光时 的水面影像
2、漫反射
漫反射
特点： ◇ 不论入射方向如何，各个方