第二章 遥感物理基础

1、遥感原理与应用刘刘 勇勇第二章第二章 电磁波及遥感物理基础电磁波及遥感物理基础 遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。由于不同物体具有各自的电磁波基础上的。由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特性，才可能应用遥感技术探测反射或辐射特性，才可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。理解并掌握地物的电和研究远距离的物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波的传输磁波发射、反射、散射特性，电磁波的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。释遥感数据的基础。 本章主要介绍遥感的物理基础，包括地

2、物的电本章主要介绍遥感的物理基础，包括地物的电磁波特性、太阳辐射、大气对太阳辐射的影响、大磁波特性、太阳辐射、大气对太阳辐射的影响、大气窗口的概念、地物反射太阳光谱的特性、地物的气窗口的概念、地物反射太阳光谱的特性、地物的热辐射、地物与微波的作用机理。热辐射、地物与微波的作用机理。 本章重点是掌握电磁波谱，大气窗口，可见光、本章重点是掌握电磁波谱，大气窗口，可见光、近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱特近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱特征。征。第一节第一节 电磁波与电磁波谱电磁波与电磁波谱电磁学发展w 1845年，关于电磁现象的三个最基本的实验定律：库仑定律（1785年），安培

3、毕奥萨伐尔定律（1820年），法拉第定律（1831-1845年）已被总结出来，法拉第的“电力线”和“磁力线”概念已发展成“电磁场概念”。 w 场概念的产生，也有麦克斯韦的一份功劳，这是当时物理学中一个伟大的创举，因为正是场概念的出现，使当时许多物理学家得以从牛顿“超距观念”的束缚中摆脱出来，普遍地接受了电磁作用和引力作用都是“近距作用”的思想。 w 1855年至1865年，麦克斯韦在全面地审视了库仑定律、安培毕奥萨伐尔定律和法拉第定律的基础上，把数学分析方法带进了电磁学的研究领域，由此导致麦克斯韦电磁理论的诞生。 麦克斯韦方程J.C. Maxwell, 18311879，英国， 是继法拉第之后

4、，集电磁学大成的伟大科学家。1.电学的高斯定理，M氏第一方程：电场性质的描述。表明在任何电磁场中，通过任何闭合曲面的电位移通量等于该闭合曲面内自由电荷的代数和。2.磁学的高斯定理，M氏第二方程：磁场性质的描述。在任何磁场中，通过任何闭合曲面的磁通量为零。3.法拉第电磁感应定律，M氏第三方程：描述了变化的磁场激发电场的规律。在任何电场中，电场强度沿任意闭合回路的线积分等于回路中磁通量对时间的变化率的负值。siiqdSDsdSB0LBdtddlE麦克斯韦方程4.普遍的安培环路定理，M氏第四方程：描述了变化的电场激发磁场的规律。在任何磁场中，磁场强度H沿任意闭合回路的线积分等于回路的全电流。以上是M

5、axwell方程的积分形式，是电磁理论的基础。Maxwell方程与电磁学的关系如同牛顿运动定律与经典力学的关系一样。但不同的是，在物体接近光速时，牛顿定律需要作较大的修改，而麦氏方程无需任何修改。在麦氏预言电磁波存在20多年之后，H.R. Hertz在实验室中产生了电磁波，并证实了电磁波具有麦氏所预言的性质。LDdtdIdlH赫兹电火赫兹电火花实验花实验w 两块边长16 英寸的正方形锌板，每块锌板接上一个12 英寸长的铜棒，铜棒的一端焊上一个金属球，将铜棒与感应圈的电极相连。通电时，如果使两根铜棒上的金属球靠近，便会看到有火花从一个球跳到另一个球。这些火花表明电流在循环不息，在金属球之间产生的

6、这种高频电火花，即电磁波，麦克斯韦的理论认为由此电磁波便会被送到空间去。赫兹为了捕捉这些电磁波，证明它确实被送到了空间，他用一根两端带有铜球的铜丝弯成环状，当作检波器。他把这个检波器放到离电磁波发生器10 米远的地方，当电磁波发生器通电后，检波器铜丝圈两端的铜球上产生了电火花。 电磁波的产生w 电磁波的产生，要有适当的电磁振源：LC振荡电路。LCT2LC21LC振荡电路振荡过程电磁波的发射w 频率必须高w 电路必须开放：LC电路演变成振荡偶极子电磁波的传播w 波是振动在空间的传播，对于机械波必须有传播振动的介质，如真空中就不能传播声波；w 电磁波能在空间传播，主要靠：n变化的磁场激发涡旋电场；

7、n变化的电场激发涡旋磁场。电磁波的传播w 电磁波电磁波 交互变化的电磁场在空间的传播。交互变化的电磁场在空间的传播。w 描述电磁波特性的指标描述电磁波特性的指标 波长、频率、振幅、相位等。波长、频率、振幅、相位等。w 电磁波的特性电磁波的特性 电磁波是横波，不需要媒质也能传播，与物电磁波是横波，不需要媒质也能传播，与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等，质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一规律并遵循同一规律。电磁波的特性（衍射）电磁波的特性（衍射）衍射衍射-光通过有限大小的障碍物时偏离直线光通过有限大小的障碍物时偏离直线 路径的现象。路径的现象。什么是偏振光？自然光线偏振

8、光或面偏振光cHE电磁波的特性（偏振）电磁波的特性（偏振）椭圆偏振光和圆偏振光EExExEyEyE 偏振在微波技术中称为偏振在微波技术中称为“极化极化” 水平极化水平极化- 垂直极化垂直极化-微波的极化特征影像判读意义重大影像判读意义重大电磁波的特性（干涉）电磁波的特性（干涉）波的叠加原理-遥感中的作用波的相干原理-遥感中的作用 按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。波谱。依次为： 射线射线XX射线射线紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线微微波波无线电波。无线电波。 目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。由于它们的

9、波长或频率不同，不同电磁波又表现出各自的特性和特点。可见光、红外和微波遥感，就是利用不同电磁波的特性。电磁波与地物相互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的主要内容。电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱w 从物理角度讲，所有电磁波都具有相同的性质，差别仅在于频率不同，但产生机制有差别。内部状态能量（ev)相应的电磁波 原子核内部的相互作用 内层电子的电离作用 外层电子的电离作用 外层电子的激发 分子振动，晶格振动 分子旋转及反转 电子自旋和磁场相互作用 层磁场的相互作用107105104102102441110-510-410-510-410-510-7射线X射线紫外线可见光红外线微波微波米波v紫外

10、线：紫外线：波长范围为波长范围为0.010.010.38m0.38m，太阳光谱中，只，太阳光谱中，只有有0.30.30.38m0.38m波长的光到达地面，对油污染敏感，波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在但探测高度在2000 m2000 m以下。以下。v可见光：可见光：波长范围：波长范围：0.380.380.76m0.76m，人眼对可见光有，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。v红外线：红外线：波长范围为波长范围为0.760.761000m1000m，根据性质分为近，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。红外、中红外、远

11、红外和超远红外。v微波：微波：波长范围为波长范围为1 1 mmmm1 m1 m，穿透性好，不受云雾的，穿透性好，不受云雾的影响影响。遥感应用的电磁波波谱段遥感应用的电磁波波谱段w 近红外：近红外：0.760.763.0 3.0 m，与可见光相似。，与可见光相似。w 中红外：中红外：3.03.06.0 6.0 m，地面常温下的辐射波长，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。有热感，又叫热红外。w 远红外：远红外：6.06.015.0 15.0 m，地面常温下的辐射波长，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。有热感，又叫热红外。w 超远红外超远红外：15.015.01 000 1 000

12、m，多被大气吸收，遥，多被大气吸收，遥感探测器一般无法探测。感探测器一般无法探测。红外线的划分红外线的划分 任何物体不停地向外辐射能量。地物发射电磁波任何物体不停地向外辐射能量。地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。黑体辐射作为参照标准。黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于收系数等于1 1（100%100%）的物体。）的物体。1.1.黑体辐射黑体辐射(Black Body Radiation )(Black Body Radiation )：黑体的

13、热辐射：黑体的热辐射称为黑体辐射。称为黑体辐射。 第二节第二节 物体的发射辐射物体的发射辐射表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。1/1522)(kTchehcTW、黑体辐射的能量是由温度决定的黑体辐射的能量是由温度决定的（1 1）黑体辐射）黑体辐射黑体辐射的三个特性黑体辐射的三个特性1 1、温度越高，总的辐射通量密度越大，、温度越高，总的辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。不同温度的曲线不同。2 2、随着温度的升高，辐射最大值所对应、随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。的波长向短波方向移动。3 3、辐射通量密度随波长连续变化，每条、辐射通量密度随波长连

14、续变化，每条曲线只有一个最大值。曲线只有一个最大值。4001/1522TdkTchehcW 玻耳兹曼定律 Stefan-Boltzmanns law 即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。温度温度3005001000200030004000500060007000波长波长9.665.802.901.450.970.720.580.480.41维恩位移定律维恩位移定律：Wiens displacement lawbT max620 K380 K瑞里瑞里金斯公式金斯公式 2)(2kTW黑体

15、辐射的微波功率与温度成正比，与波长的平方成反比。微波波段与红外波段发射率的比较：不同地物之间微波发射率的差异比红外发射率要明显得多，因此，在可见光和红外波段中不易识别的地物，在微波波段中则容易识别。辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。大值。太阳辐射：太阳辐射：太阳是被动遥感主要的辐射源，又太阳是被动遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。曲线如图所示。太阳常数：不受大气影响，在距太阳一个天太阳常数：不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳辐射方向，

16、单位面文单位内，垂直于太阳辐射方向，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。（1.360103W/m2） (2) (2)太阳辐射太阳辐射波长(nm)大气上界太阳辐照度海平面太阳辐照度太阳光谱辐照度太阳光谱相当于太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；的黑体辐射；太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 0.76 m的的可见光能量占太阳辐射总能量的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波，最大辐射强度位于波长长0.47 m左右；左右；到达地面的太阳辐射主要集中在到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 3.0 m

17、波段，包括近波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；紫外、可见光、近红外和中红外；经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；各波段的衰减是不均衡的。各波段的衰减是不均衡的。w 大气物理状况的物理量一般有气压，大气温度和大气湿度它们在垂直方向上的变化远远大于水平方向上的梯度，所以在大气效应纠正中大量假定大气具有水平均一，垂直分层结构。w 气压随高度是以负指数形式递减。大气层次与成分 大气是由多种气体及气溶胶所组成的混合物。 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3 气溶胶 大气的成分可分为常定成分（ N2，O2 ，CO2等）与可变成分两个部分（水汽，气溶胶

18、）。 大气成分大气层次大气层次大气厚度约为大气厚度约为1000km,1000km,从地面到大气上界，可垂直分为从地面到大气上界，可垂直分为4 4层：层：对流层对流层：高度在：高度在7 712 km,12 km,温度随高度而降低，空气明显垂直对流，温度随高度而降低，空气明显垂直对流，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随纬度和季节而变天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随纬度和季节而变化。化。平流层平流层：高度在：高度在121250 km50 km，没有对流和天气现象。底部为同温层，没有对流和天气现象。底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上为暖层，温度由于臭氧层对紫（航空遥感活动层）

19、，同温层以上为暖层，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。外线的强吸收而逐渐升高。电离层电离层：高度在：高度在50501 000 km1 000 km，大气中的，大气中的O O2 2、N N2 2受紫外线照射而电受紫外线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。大气外层大气外层：80080035 000 km ,35 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有影空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。响。大气对辐射的吸收v大气中氮气对电磁波的作用都在紫外光以外的范围内（ 时，发生均匀散射，散射强度与波长无关 。B B、米氏、米氏(Mie)(

20、Mie)散射散射 如果介质中不均匀颗粒的直径a与入射波长同数量级，发生米氏散射；散射强度与波长的二次方成反比。 C C、瑞利（、瑞利（RayleighRayleigh）散射）散射 瑞利散射的条件是介质中的不均匀颗粒的直径a远小于入射电磁波波长，散射强度与波长的四次方成反比。瑞利（瑞利（Rayleigh）散射）散射 不均匀颗粒的直径不均匀颗粒的直径入射波长入射波长小于十分之一小于十分之一瑞利散射瑞利散射空气质量好的时候空气质量好的时候v米氏散射：大气中的气溶胶颗粒，云滴，雨云滴等的直径与入射光的波长可以比拟或大于入射光的波长时发生的散射。v米氏散射的特征： （1）电磁波可以穿透介质表面而深入到散

21、射颗粒的内部。 （2）由于颗粒尺度与波长可以比拟，所以颗粒的不同部位往往处在不同的电场强度下，导致诱发电流的产生，一方面这高度电流会产生高变的磁场，另一方面电流的存在意味着焦耳热损耗的出现电磁波的吸收。米氏米氏(Mie)散射散射米氏米氏(Mie)散射散射 不均匀颗粒的直径不均匀颗粒的直径入射波长入射波长同数量级同数量级米氏散射米氏散射较少的时候较少的时候v均匀散射：大气粒子的直径比波长大得多时发生的散射，散射强度与波长无关，在符合无选择散射的条件的波段中，任何波长的散射强度相同。均匀散射均匀散射均匀散射 不均匀颗粒的直径不均匀颗粒的直径入射波长入射波长 均匀散射均匀散射雨天、或空气质量差的时候

22、雨天、或空气质量差的时候大气散射的特点大气散射的特点v群体散射强度是个体散射强度的线性和。v大气散射系数与高度的关系： 大气散射系数由分子散射和气溶胶散射两部分组成。 气溶胶颗粒密度随高度呈指数衰减。 就平均状况而言，4km以下的气溶胶米氏散射占优 势，4km以上的分子散射占相对优势。v分子散射与气溶胶散射光强之比随角度和能见度的变化规律。v太阳辐射经过大气传输时，反射、吸收和散射共同衰减了辐射强度，剩余部分即为透过的部分。v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。v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

23、称为大气窗口。（对地遥感要用的部分）大气窗口大气窗口大气窗口大气窗口波段波段透射率透射率/%/%应用举例应用举例紫外可见光紫外可见光近红外近红外0.30.31.3 m1.3 m9090TM1-4TM1-4、SPOTSPOT的的HRVHRV近红外近红外1.51.51.8 m1.8 m8080TM5TM5近近- -中红外中红外2.02.03.5 m3.5 m8080TM7TM7中红外中红外3.53.55.5 m5.5 m60607070NOAANOAA的的AVHRRAVHRR远红外远红外8 814 m14 m60607070TM6TM6微波微波0.80.82.5cm2.5cm100100Radar

24、satRadarsatv在可见光和近红外波段，太阳辐射30被云或其它粒子反射，22被散射，17被吸收，到达地面能量31。v透过率：通过大气后的辐照度与通过大气前的辐照度之比。v光学厚度：沿某一路径长度的总衰减系数，波长的函数（无因次量）。 大气的总光学厚度：在某一垂直路径上，从大气顶层到地表的总衰减系数。大气透射的定量分析v太阳辐射透过大气并被地表反射（有用的）；v太阳辐射被大气散射后被地表反射（纠正后有用）；v太阳辐射被大气散射后直接进入传感器；v太阳辐射透过大气被地物反射后又被地表发射进入传感器；v被视场以外地物反射后进入视场的交叉辐射项。太阳光在地气系统的吸收、散射过程（3 3）一般地物

25、的发射和基尔霍夫定律）一般地物的发射和基尔霍夫定律 1)发射率发射率(Emissivity )：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。w影响地物发射率的因素：地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。按照发射率与波长的关系，把地物分为：按照发射率与波长的关系，把地物分为：黑体或绝对黑体：发射率为黑体或绝对黑体：发射率为1 1，常数。，常数。灰体：发射率小于灰体：发射率小于1 1，常数，常数选择性辐射体：发射率小于选择性辐射体：发射率小于1 1，且

26、随波长而变化。，且随波长而变化。2 2）基尔霍夫定律）基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W 黑。黑WW黑WW在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率也越大。4TW地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这种特征构成了红外遥感的理论基础。3 3）物体的微波辐射）物体的微波辐射任何物体在一定的温度下，不仅向外发射红外辐射，也发射微波辐射。二者基本相似。但微波是地物低温状态下的重要辐射特性，温度越低，微波辐射越明显。微波辐射比红

27、外辐射弱得多，但技术上可以经过处理来接收。地物的发射光谱地物的发射光谱发射光谱：地物的发射率随波长变化的规律。发射光谱曲线：按照发射率和波长之间的关系绘成的曲线。 亮度温度亮度温度：它是衡量地物辐射特征的重要指标。指当物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度即为亮度温度。 亮度温度与实地温度的关系：总小于实地温度。BTT4TT等效 第三节第三节 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱 (1) 地球的辐射源(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) 地物波谱特性的测量 地球的辐射源地球的辐射源v地球辐射：地球表面和大气电磁辐射的总称。v地球辐

28、射是被动遥感中传递地物信息的载体。v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。被动遥感的辐射源v太阳辐射近似6000K的黑体辐射，能量集中在0.32.5um波段之间。（可见光和近红外）v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）v在0.32.5um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。v在2.56.0um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。v在6.0um

29、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）地球辐射的特性地球辐射的特性了解地球辐射的分段特性的意义了解地球辐射的分段特性的意义v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。v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。v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。v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。v地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表现。v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。 地物波

30、谱的特性地物波谱的特性不同电磁波段中地物波谱特性不同电磁波段中地物波谱特性v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。（树叶苍翠欲滴）v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）v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。可见光和近红外波段地物波谱特征可见光和近红外波段地物波谱特征地物反射波谱特征地物反射波谱特征v太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分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：透射，即： 到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透到达地面的太阳辐射

31、能量反射能量吸收能量透射能量。射能量。v一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而一般而言，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，特别是别是0. 450. 56m的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达达1020 m，清澈水体可达，清澈水体可达100 m的深度。的深度。v地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。v地物的反射：太阳光通过大气层照射到地球表面，地物会发生地物的反射：太阳光通过大气层照射到地球表面

32、，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。发射作用，反射后的短波辐射一部分为遥感器所接收。v反射率反射率地物的反射能量与入射总能量的比，即地物的反射能量与入射总能量的比，即表征物体对电磁波谱的反射能力。表征物体对电磁波谱的反射能力。v反射率是可以测定的。反射率是可以测定的。v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，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。可以判断地物的属性。v反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。地物反射率地物反射率v地物的反射类型：根据地表目标物体表面性质的

33、不同，物体反射大体地物的反射类型：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上可以分为3 3种类型，即镜面反射、漫反射、方向反射种类型，即镜面反射、漫反射、方向反射（1 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）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。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。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，就例子：水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面

34、有时很亮，有时很暗，就是这个原因造成的。是这个原因造成的。物体表面性质对反射的影响物体表面性质对反射的影响（2 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）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。方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的。即当入射辐照度即当入射辐照度I I一定时，从任何角度观察反射面，其反射辐照亮度一定时，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。是一个常数，这种反射面又叫朗伯面。（3 3）方向反射：介于镜面和朗伯面（漫反射）之间的一种反射。自）方向反射：介于镜面和朗伯面

35、（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。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。个方向都有反射能量，但大小不同。1 镜面反射镜面反射2 漫反射漫反射 3 3 方向反射方向反射 从空间对地面观察时，对于平面地区，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；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，对于地形起伏和地

36、面结构复杂的地区，为可以看成方向反射。为可以看成方向反射。v地物反射波谱：是研究地物反射波谱：是研究可见光至近红外波段上地可见光至近红外波段上地物反射率随波长的变化规物反射率随波长的变化规律。律。v表示方法：一般采用二表示方法：一般采用二维几何空间内的曲线表示，维几何空间内的曲线表示，横坐标表示波长，纵坐标横坐标表示波长，纵坐标表示反射率。表示反射率。地物反射波谱地物反射波谱v植被v土壤v水体v岩石常见的几种地物类型波谱特征常见的几种地物类型波谱特征植被的波谱特征v在0.45um附近（蓝色波段）有一个吸收谷；v在0.55um附近（绿色波段）有一个反射峰；v在0.67um附近（红色波段）有一个吸收谷。v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v1.51.9um光谱区反射率增大；v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。植物的光谱曲线植物的光谱曲线