遥感原理与方法9课件

第9章

高光谱与微波遥感

第9章

高光谱与微波遥感第9章高光谱与微波遥感内容提要：高光谱、多角度和微波遥感是遥感技术的发展方向，本章内容包括高光谱遥感，多角度遥感和微波遥感。重点：高光谱遥感的原理与本质，双向反射的概念、模型和反演方法，微波遥感的特性、侧视雷达影像的几何特征。第9章高光谱与微波遥感内容提要：

9.1高光谱遥感

①高光谱遥感的基本概念

定义：高光谱遥感是高光谱分辨率遥感(HyperspectralRemoteSensing)的简称，是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。目前，一般将波长间隔10nm以下，波段数36个以上的遥感系统定义为高光谱遥感。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感定义：高光谱遥感是高光谱

9.1高光谱遥感

①高光谱遥感的基本概念

传感器：高光谱遥感的传感器是成像光谱仪(ImagingSpectrometer)，它为每个像元提供数十至数百个窄波段（通常波段宽度＜10nm）的光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲线。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感传感器：高光谱遥感的传感

9.1高光谱遥感

①高光谱遥感的基本概念成像光谱系统获得的连续波段宽度一般在10nm以内，这种数据能以足够的光谱分辨率区分出那些具有诊断性光谱特征的地表物质。应用高光谱分辨率数据也能将混合矿物或矿物像元中混有植被光谱的情形，在单个像元内计算出各种成分的比例。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感成像光谱系统获得的连续

9.1高光谱遥感

②高光谱遥感的应用●在地质调查中的应用地质是高光谱遥感应用中最成功的一个领域。主要用于区域地质制图和矿产勘探。各种矿物和岩石在电磁波谱上显示的诊断光谱特性(diagnosticspectralfeature)可以帮助人们识别不同矿物成分。这些诊断性光谱特征只有利用高光谱遥感数据才有可能被探测到。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感●在地质调查中的应用第9章高光谱与微

9.1高光谱遥感

②高光谱遥感的应用●在植被研究中的应用高光谱遥感在植物生态学研究中主要涉及以下几个方面：植物群落、种类的识别、冠层结构、状态或活力的评价、冠层水文状态的评价和冠层生物化学成分的估计。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感●在植被研究中的应用第9章高光谱与微

9.1高光谱遥感

②高光谱遥感的应用●在其它领域中的应用大气遥感

目前用高光谱研究大气，主要目标是水蒸气、云和气溶胶研究。水温与冰雪

利用高光谱成像仪可以测定沿海、江河、湖泊中的叶绿素、浮游生物、有机质、悬浮物和水生植物等以及他们的分布。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感●在其它领域中的应用第9章高光谱与微

9.1高光谱遥感

②高光谱遥感的应用●在其它领域中的应用环境与灾害

高光谱图像可以用来探测危险环境因素。例如：编制酸性矿物分布图，特殊蚀变矿物分布图，评价野火危险的等级。土壤调查高光谱土壤遥感可以提供土壤表面状况和性质的空间信息，空间差异性。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感●在其它领域中的应用第9章高光谱与微

9.1高光谱遥感

②高光谱遥感的应用●在其它领域中的应用城市环境高光谱和高空间分辨率遥感数据的结合，有可能细分出城市地物和人工目标。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感●在其它领域中的应用第9章高光谱与微

9.1高光谱遥感

③高光谱遥感的发展前景将来高光谱卫星传感器将以AVIRIS的工作方式测量太阳反射光谱。它们将提供多时相全球各个区域的高光谱图像(Green等，1998)。美国宇航局计划将两个成像光谱仪作为地球观测系统(EOS)的传感器——中等分辨率成像光谱仪(MODIS)和高分辨率成像光谱仪(HIRIS)。其中，中等分辨率成像光谱仪(MODIS)上一章已经进行了介绍。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感将来高光谱卫星传感器将以

9.1高光谱遥感

③高光谱遥感的发展前景HIRIS将有30m的空间分辨率，获取0.4—2.5μm波长范围的10nm宽的192个连续光谱段。它是AVIRIS的继承者。HIRIS将获取沿飞行方向前后+60～-30及横向24的图像。虽然它的周期为16天，但由于它的指向能力，对于一些特殊区域，其覆盖频率将会更高。HIRIS数据将用于识别表面物质、测量小目标物的二向性反射分布函数(BBDF)及执行小空间范围的生态学过程的详细研究。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感HIRIS将有30m的空

9.1高光谱遥感

③高光谱遥感的发展前景与此同时，NASA计划发射试验卫星EO—1，携带Hyperion(高光谱成像仪)、ALI(先进的陆地成像仪)等高光谱传感器和大气纠正仪(AtmosphericCorrector)。这些计划的最终目的是评价各种地球系统过程，包括水文过程、生物地球化学过程、大气过程及固体地球过程。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感与此同时，NASA计划

9.1高光谱遥感

③高光谱遥感的发展前景现有的航空成像光谱仪技术系统的完善。例如，在传感器方面：改善其获取数据的性能，提高图像数据的信噪比，增强机上实时数据处理能力。

数据分析处理方面：强调大气订正、信息提取技术，发展新算法和完善已有的算法，并向构成标准化应用处理算法软件包方向努力，特别是发展针对高光谱海量数据和丰富光谱信息特点的算法和软件，以提高高光谱数据处理效率及其分析、研究和应用水平。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感现有的航空成像光谱仪技术

9.2多角度遥感

理想光滑表面的反射是镜面反射，理想粗糙表面的反射是漫反射（朗伯反射）。传统的遥感技术主要采取垂直观测方式，以获得地表二维信息，对获取的数据则基于地面目标漫反射的假定，作一些简单校正后，利用地面目标的光谱特性进行解译。然而，通过这种遥感手段所获得的信息是以垂直反射光谱为基调的，没有涉及太阳光入射角度及观测角度的影响因素。这些在遥感技术发展的初期是合理的，也取得了很大的成功。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感理想光滑表面的反射是镜

9.2多角度遥感

随着遥感技术的发展及其面临的各种新的要求，人们越来越迫切需要弄清各种地物与光辐射之间相互作用的机理。事实在遥感图象上，自然地表的表观亮度除取决于所测地物的几何形态特征和光谱性质外，在很大程度上还与入射光方向和观测方向有关。这两个方向的差异，明显地引起地表（冠层）反射的差别，这种差别不仅随着标志这两个方向的双种角度的变化而变化，而且随着地表（冠层）结构要素变化而变化。基于此，在遥感领域中，多角度遥感特别是植被双向反射的研究就异军突起，迅速发展起来。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感随着遥感技术的发展及其面

9.2多角度遥感

①双向反射概念

双向性反射是自然界中物体表面反射的基本宏观现象，即反射不仅具有方向性，这种方向性还依赖于入射的方向而异。

双向反射函数（即只是入射方向与反射方向夹角的函数）就是用来描述第五的这种双向反射性的。BRDF(θi,φi,θr,φr)=第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感双向性反射是自然界中物体

9.2多角度遥感

①双向反射概念

第9章高光谱与微波遥感BRDF中的参量图示XYZdAOdΩrRθrdΩiIθiφrφi9.2多角度遥感第9章高光谱与微波遥

9.2多角度遥感

①双向反射概念式中θi（天顶角）和φi（方位角）确定入射方向；θr和φr描述某一反射方向；dΩr、dΩi相应表示在反射和入射方向上的两个非常小的（微分）立体角；dE(Ωi)表示在一个微分面积元dA（为叙述方便计，假定水平放置）之上，由于dΩi这个微分立体角内辐照度L(Ωi)的增量所引致的dA上辐亮度的增量；dL(Ωr)则是由于增量dE(Ωi)引起的Ωr方向上辐照度的增量。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感式中θi（天顶角）和φi（方位角）确定入

9.2多角度遥感

②双向反射模型●模型种类：在地物双向反射光谱的研究中，最基础的工作是建立计算地物BRDF的数学模型，到现在为止，已建立了近百种不同的数学模型。一般说来，模型可分为经验(统计)模型和物理模型两种。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●模型种类：在地物双向反射光谱的研究中，

9.2多角度遥感

②双向反射模型

★经验（统计）模型

一般是描述性的，对观测到的数据作经验性的统计描述，或者进行相关分析，形成作为班球上观测方向和入射方向天顶角、方位角经验函数的BRDF模型。

优点：简单、直观。缺点：应用有局限。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感★经验（统计）模型第9章

9.2多角度遥感

②双向反射模型

★物理模型

基于物理基础建立的模型，通常试图找出产生地面非郎伯体特性及观测数据的原因。

优点：简单、可靠。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感★物理模型第9章高光②

双向反射模型

几何光学模型辐射传输模型概

况代表模型

原始理论基础模型专业来源Li—Strahler模型

遥感像元分解理论遥感像元分解理论Ross—Nilson—Kuusk模型SAIL模型植被辐射传输理论植被生理、植被生态初期模型采用介质单元单次散射解释多次散射解释热点现象解释植株个体（如树冠）有无有叶片有有无现有模型单次散射介质多次散射介质热点产生根源模型适用范围植株叶片植株形状、尺度与分布由稀疏分布的致密个体组成的群体（如森林）叶片叶片叶片形状、尺度与分布任意状况、更适于均匀、不间断植被（如农作物）第9章高光谱与微波遥感②双向反射模型

几何光学模型辐射传输模型概代表模型L

9.2多角度遥感

②双向反射模型●几何光学模型以几何光学原理为基础的经典模型。假定植被是由具有已知几何形状和光学性质、并按一定方式排列的几何体所组成，通过分析这些几何体对光线的截获和遮阴及地表面的反射来确定植被的反射系数。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●几何光学模型第9章高光谱与微波遥感

9.2多角度遥感

②双向反射模型●混浊介质模型这类模型起源于随机介质（即混浊介质）中的辐射传输方程。假设植被的各组分（叶、茎、花或穗等）为已知光学性质和取向小的吸收和散射体，群体是由它们在水平方向按随机分布方式组成的平面平行层（Plane-ParallelLayer）的集合，把叶面积指数（LAI）、叶角分布函数（LAD）等作为群体的基本结构参数来考虑群体结构对其垂直辐射场的影响。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●混浊介质模型第9章高光谱与微波遥感

9.2多角度遥感

②双向反射模型●混浊介质模型辐射传输模型以研究辐射在冠层中薄层或单元中的传输过程为基础，对辐射传输方程求解，推算辐射与冠层相互作用，由此解释辐射在冠层中的传输机理，进而得到冠层及其下垫面对入射辐射的吸收、透过和反射的方向和光谱特性。混浊介质模型是目前水平均匀群体中应用最广泛的模型。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●混浊介质模型第9章高光谱与微波遥感

9.2多角度遥感

②双向反射模型●混合模型混合模型充分利用几何光学模型和辐射传输模型上的优势，是几何光学模型和混浊介质模型的综合。对群体的每一组分的处理类似于混浊介质模型，被认为是光学性质已知的、小的吸收和散射体；而整个群体仍同几何模型一样，被处理成具有几何形状和空间分布特征植株的集合，联系两者的关键是间隙率模型。此类模型是通用模型，也是最复杂的BRDF模型。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●混合模型第9章高光谱与微波遥感

9.2多角度遥感

②双向反射模型●计算机模拟模型计算机模拟模型能更灵活、更详细、更真实地处理非均匀群体问题。它能同时真实地考虑植被各组分的大小、形状和任意的空间分布方式对群体BRDF的影响，模拟出群体内、外辐射场的统计特征，确定出可获得最大光合效能的最佳群体结构特征；研究群体中辐射与植株间的相互作用过程以及这些过程与群体结构参数之间的关系。计算机模拟模型主要有两种方式：结构真实模型和蒙特卡洛方法。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●计算机模拟模型第9章高光谱与微波遥

9.2多角度遥感

③双向反射模型反演法自20世纪70年代以来，许多研究结果表明，同垂直测量相比，非垂直的多角度测量对于估算地物（特别是植被）的结构特征具有很大的优越性。对建立的物理模型，从逆过程分析，可以获得更丰富的冠层结构信息，因而，地物双向反射物理模型反演技术的研究也是当前地物双向反射特性研究中的一个重要内容。目前用得较多的是最优化法、表搜索法、神经网络反演法等反演技术。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感自20世纪70年代以来，许

9.3微波遥感

微波是电磁辐射中波长范围1mm—1m的电磁波段，频率300GHz—300MHz。微波遥感是以微波为信息传播媒介的遥感，它通过微波传感器获取目标物发射或反射的微波辐射，经过图像分析解译来识别地物。微波遥感分为无源（被动）微波遥感和有源（主动）微波遥感两大类。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感微波是电磁辐射中波长范围1

9.3微波遥感

第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

★无源微波遥感：所用的传感器本身不发射电磁波，只靠接收目标和背景所发射的微波能量来探测目标特性。它所收到的电磁波信号强度与目标的发射率有关，也与目标、背景的温度、性质，特别是目标物的表面温度密切相关。因此，其辐射测量等效于估计温度。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感★无源微波遥感：所用的传感器本身不发射电磁

9.3微波遥感

★有源微波遥感：所用的传感器本身发射微波去照射目标，然后接收目标反射或散射回来的微波信号，通过检测、分析回来的信号，确定目标的各种特性及目标对传感器的距离和方位。有源微波传感器记录的有关目标和背景的图像或数据，与目标、背景的发射率无关，也与日照变化无关，图像较稳定、清晰，易识别。如果合理的选择频率、极化方式和波束照射角，可获得较好的遥感效果。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感★有源微波遥感：所用的传感器本身发射微波去

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波的衰减使用卫星和飞机上的微波传感器进行观测成像时，由于微波要通过位于传感器和目标之间的大气，所以会受到大气分子的吸收和散射，结果引起衰减。衰减强度与传输距离成指数关系。对应于单位距离的衰减量叫衰减系数(attenuationcoefficient)。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波的衰减第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波的辐射根据辐射原理，地球表面除辐射可见光、红外线以外，也辐射微弱的微波。黑体的辐射用普朗克定律表示，普通的物体不一定是黑体，从热辐射中测量物理温度时必须用发射率ε进行修正。因此，目标的物理温度T和被测的亮度温度TB的关系是TB=ε1/4T。物体的发射率为0≤ε≤1，随物体的介电常数及表面的粗糙度等物理性质和频率、偏振特性、入射角、方位角而变化。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波的辐射第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波的辐射微波辐射计可以测量的是亮度温度，而与测量目标物的性质及状态直接联系的是发射率和物理温度。为此必须把发射率和物理温度分开，或者研究出把亮度温度中包含的大气辐射成分分开的算法。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波的辐射第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波的表面散射在两个介质的分界面上，当电磁波从一个介质中射入时，会在分界面上产生散射，这种散射叫表面散射。表面散射的强度随介质表面的复介电常数的增加而增大，其散射角特性由表面的粗糙度决定。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波的表面散射第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波遥感的特点

1)全天时工作，不受时间限制，即使在夜间也能工作。这是由于微波传感器利用大地辐射中微波成分或雷达发射的微波来进行遥感，与太阳辐射无关。

2)全天候工作，不受云、雾和小雨的影响。这是由于微波能穿透云、雾和小雨。

3)对某些地物有一定的穿透能力，可在一定程度上获取隐伏的信息。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波遥感的特点第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波遥感的特点

4)微波传感器的天线方向可调整，这样可增多所获地表特性。例如，适当调节天线的主向，可在图像上产生适量的阴影，以突出地貌的形态特征和敏感地形的细节。

5)微波传感器接收到的微波信号与物质组成、结构有关，能反映出被探测物体在微波波段表现的特征，这是同在可见光、红外、紫外波段所表现的特征完全不同的。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波遥感的特点第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波遥感的特点

6)微波传感器可采用多种频率、多种极化方式、多个视角进行工作，来获取目标的空间关系、形状尺寸、表面粗糙度、对称性和复介电特性等方面的信息。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波遥感的特点第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波遥感的特点

微波遥感的弱点：1）不能记录与颜色有关的信息，人们解译识别较为困难;2)设备大而复杂，价格昂贵，相应的微波遥感资料的商品化程度低，获取较为困难;3)图像有特有的畸变，校正过程复杂，技术难度高。按照不同微波传感器所使用的电磁波谱段，可将整个微波分为8个频段。不同国家、不同部门的划分方式并不完全相同。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波遥感的特点第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的结构及工作原理微波传感器统称为雷达（Radar），是“无线电探测和测距”（RadioDetectionandRanging）的缩写词。雷达最早出现于20世纪30年代，目前已成为获取遥感信息的重要方式之一，被广泛地应用于军事与国民经济的各个部门。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波传感器的结构及工作原理第9章高光

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的结构及工作原理★雷达的结构：雷达的种类很多，但其基本结构和工作原理大体相同。以主动式传感器为例，主要由收发定时转换开关、天线、发射机、脉冲发生器、接收机、显示器所组成。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波传感器的结构及工作原理第9章高光

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的结构及工作原理★雷达的工作原理：首先由脉冲发生器发出特定频率和振幅的矩形脉冲，通过调制发射机发出微波振荡；收发定时器转换开关以一定的时间间隔从天线向目标发出离散的微波波束，微波波束射到目标后，产生散射，由目标返回的散射回波在两次发射的间隔期内被天线接收；经接收机调解后送至显示器，在显示器荧光屏上便呈现出目标的回波影像，也可经过转换，形成胶片影像或数字图像。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波传感器的结构及工作原理第9章高光第9章高光谱与微波遥感②微波传感器及其分类●微波传感器结构及工作原理

第9章高光谱与微波遥感②微波传感器及其分类

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的结构及工作原理

★雷达的工作原理：由于目标至天线的距离不同，接收到回波信号的时间不一样，根据接收时间的先后可确定不同目标物的空间位置；回波信号的强弱则取决于目标对微波的反（散）射强度，用于确定目标物的性质。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波传感器的结构及工作原理第9章高光

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的结构及工作原理

★微波波束：微波波束是一种脉冲信号，每一脉冲的持续时间叫脉冲宽度，常用τ表示。微波波束的形状像一朵不对称的花，其中伸得最长的花瓣叫主瓣，β角称波束角，在主瓣方向上微波强度(功率)最大；伸得短的花瓣叫副瓣或旁瓣，副瓣也要辐射一部分能量。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波传感器的结构及工作原理第9章高光

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的结构及工作原理

★微波波束：波束角β是决定雷达性能很重要的指标之一，β角度数值越小，雷达的方向性越精确，主瓣的功率也越大，识别目标物的能力越强。波束角的大小近似地与发射微波的波长λ成正比，与天线的有效孔径ｄ成反比，即有：β＝λ／ｄ第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波传感器的结构及工作原理第9章高光

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的类型微波传感器的种类如表所示，其中微波散射计和雷达高度计只能测量目标物散射回来的微波信号强度，测定目标物与传感器之间的距离，进而准确测量地表面高度的变化，记录的是点状或线状目标物的数据，但是不能形成影像；侧视雷达和微波辐射计是成像类型传感器，能够接收和记录目标物反射或发射的微波辐射信号，形成可视的区域遥感影像或者是数字图像。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波传感器的类型第9章高光谱与微波遥

●微波传感器的类型

传感器种类观测对象被动传感器passivesensor微波辐射计microwaveradiometer固定视场，扫描式海面状态，海面温度，海风，海水盐分浓度，海冰水蒸气量，云层含水量降水强度大气温度，风臭氧，气溶胶，Nox，其它大气微量成分主动传感器activesensor微波散射计microwavescatterometer土壤水分，地表面的粗糙度湖冰，海冰分布，积雪分布植被密度，海浪，海风，风向，风速雷达高度计microwavealtimeter海面形状，大地水准面海流，中规模旋涡，潮汐，风速侧视雷达imagingradar合成孔径，真实孔径地表的影像海浪、海风地形，地质海冰，雪冰的监测●微波传感器的类型

传感器种类观测对象被动传感器

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●侧视雷达定义侧视雷达SLAR（sidelookingairborneradar）是指向平台行进的垂直方向的一侧或两侧发射微波，然后接收目标返回的后向散射波，并以图像的形式进行记录的雷达系统。这种地物对雷达波的响应就作为我们辨别各种地物的根据。侧视雷达按其天线工作方式的不同，可以分为真实孔径雷达（RAR:realapertureradar）和合成孔径雷达(SAR：syntheticapertureradar)两类。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●侧视雷达定义第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●真实孔径雷达★成像过程：真实孔径雷达是对平台的行进方向发射宽度很窄的微波脉冲，然后接收从目标物返回的后向散射波，从接收的信号中可以获得地表的图像。如图所示，按照反射脉冲返回的时间排列可以进行距离方向扫描；通过平台的前进，扫描面在地表上移动，可以进行航线方向的扫描。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●真实孔径雷达第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像●真实孔径雷达——成像过程第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●真实孔径雷达★距离分辨率：也称射程分辨率，是指分辨相同方向上距离不同的两个目标物的能力，它取决于发射的微波的脉冲宽度。要分辨同一方向上距离不同的两个目标，在理论上回波的时间间隔要等于脉冲宽度τ。根据电磁波传播的速度，两个目标之间的距离应该不小于Cτ,其中C为微波的传播速度。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●真实孔径雷达第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像●真实孔径雷达—距离分辨率

第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●真实孔径雷达——距离分辨率由此得出雷达的距离分辨率为：Ro是指沿天线到待测目标的斜射程（SlantRange），转化为地面距离就是：α为俯角(或仰角)是连接目标和天线的直线与水平面间的夹角。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●真实孔径雷达——距离分辨率第9章高光

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●真实孔径雷达——距离分辨率由此可知，脉冲宽度越短，距离分辨率越高，要提高距离分辨率，必须缩短脉冲宽度。但是，脉冲宽度过小则发射功率下降，反射脉冲的信噪比（S/N）降低。现在，利用脉冲压缩技术解决这一问题。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●真实孔径雷达——距离分辨率第9章高光

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●真实孔径雷达★方向分辨率：也称方位分辨率，是指分辨航向上距离相同而方向不同的两个目标物的能力。在航向上，两个目标要能区分开来，就不能位于同一波束内，这就是说，方向分辨率取决于微波的波束角β。如图所示，方向分辨率可用下列公式表示：Rα＝GR·β＝GR·λ/d＝Ｈ·λ/d·ctgαλ：微波的波长，d：天线孔径，GR：雷达到目标间的地面射程，H：航高，α：俯角。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●真实孔径雷达第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像●真实孔径雷达——方向分辨率第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●真实孔径雷达★方向分辨率：由公式看出，天线的孔径越大，发出的微波波长越短，则波瓣越窄，方位分辨率越高；反之，则分辨率愈低。同时，方位分辨率沿射程方向也有变化，近距离处高于远距离处。方位分辨率提高：1)缩短波长，尽量使用波长较短的微波；2)加大天线长度，但是天线长度的增加在平台上受到严重限制。因此，出现了合成孔径技术。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●真实孔径雷达第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●合成孔径雷达★概念：合成孔径雷达(SAR)是20世纪60年代研制作成功的一种能获取高空间分辨率地面图像的主动型微波系统。特点是，在距离向上与真实孔径雷达相同，采用脉冲压缩来实现高分辨率；在方位向上通过合成孔径原理来改善分辨率。通过对在位置不断变化的同时所接收的包含相位的信号进行记录、处理，就可以得到比采用实际天线更长的假设的天线长度（合成孔径长度）进行观测的同样效果。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●合成孔径雷达第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●合成孔径雷达★成像原理及过程：下图为合成孔径雷达扇形扫描示意图，飞机以航高Ｚ沿ｘ方向作等速直线飞行，天线装在机身旁侧以一个俯角θ发射扇形波束，波束在舷向(即Y方向)扫描地面，其瞬间辐照地面的面积为XbYb,Xb、Yb分别代表X轴(航向)和Y轴(舷向)方向的辐照长度。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●合成孔径雷达第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像●合成孔径雷达

★成像原理及过程：第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●合成孔径雷达★成像原理及过程：则：Xb＝Ｓ·βx＝Ｓ·λ／DxYb＝Ｃ·τ／2cosθ式中：S为斜距，βx为天线波束的航向角；Dx为天线沿航向（ｘ轴）的孔径，τ脉冲宽度，θ为俯角，Xb、Yb实际上是侧视雷达扇形扫描在航向和舷向的地面分辨元线度。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●合成孔径雷达第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●合成孔径雷达★成像原理及过程：合成孔径如图所示，飞机以航高Ｚ、航速Ｗ作等高、等速直线飞行，自ａ至ｅ。在扫描区中有一个目标U，只有等到飞机飞到ｂ点，U才进入主瓣辐照区，飞到c点U在主瓣中心，飞到ｄ点离开主瓣。所以对U来说，只有飞机飞在bcd航段上才有可能与SAR的天线发生联系。由此可见从ｂ到ｄ就好象排满了SAR天线，形成了一个线性天线阵，在bd段都能直接接收U的回波信号。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●合成孔径雷达第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●合成孔径雷达★成像原理及过程：合成孔径长度Ls为：Ls＝Xb＝S·βxLs＝S·λ／Dx式中：λ为微波波长；Dx实际天线孔径的航向长度。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●合成孔径雷达第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●合成孔径雷达★成像原理及过程：飞机飞过bd段的时间Ts，为合成孔径长度除以航速，所以：在该段时间内，SAR天线对目标U不断取样接收，形成一个天线阵列。U的有效信息已被记录在胶片上了，飞机飞回地面后，再从胶片上读取信息，并进行成像处理。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●合成孔径雷达第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像●合成孔径雷达

第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●合成孔径雷达★分辨率：由真实孔径雷达的分辨率公式可认为，合成孔径的等效波束角βｓ≈λ／Ls，所以合成孔径雷达在航向上的地面分辨元线度Δｘ应为斜距与等效波束角的乘积：Δｘ≈S·βs＝S·λ／Ls＝Dx该式说明：SAR航向分辨元线度和实际孔径长度成正比，对点源式天线Dx→０，则理论上Δx→０，航向分辨率为无限大且与距离无关。这是合成孔径侧视雷达极为重要的特点。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●合成孔径雷达第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●合成孔径雷达★合成孔径雷达的特征：1）与光学成像仪相匹敌的分辨力和微波特性。2）可利用多个频率带。3）多极化方式，多通道观测。4）立体观测功能。5）大视场扫描式合成孔径雷达。6）SAR数据应用方法亟待研究。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●合成孔径雷达第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的几何特性★射程显示的近距离压缩由前述距离分辨率计算公式显示，地面上相同大小的地物，在射程方向上的图像则大小不同：距离雷达（航线）较近的地物，图像变小，被压缩了；距离雷达（航线）较远的地物，图像变大。这与扫描得到的影像变形方向刚好相反。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的几何特性第9章高光谱与微波

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的几何特性雷达是斜着照射地表的，所以，如果地形有起伏就会产生图像失真，或存在微波照射不到的部分。微波传感器的入射角是观测目标表面的法线方向与微波的入射方向所夹的角度，它与方位角存在补角的关系；入射角越小，传感器测量的后向散射强度越大。偏天底角是微波的投射方向与传感器的垂直向下（天底：nadir）的方向所夹的角度，它与俯角存在补角的关系。如图所示：第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的几何特性第9章高光谱与微波③侧视雷达及其图像

●雷达图像的几何特性

第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的几何特性★透视收缩和图像叠掩

当波束照射到传感器一侧的斜面时，其到达斜面顶部的斜距SR与到达底部的斜距之差ΔR比水平距离GR之差ΔX要小，所以在图像上斜面的长度被缩短了，这种现象称为透射收缩（foreshortening）。透射收缩进一步发展，当波束到达斜面顶部的斜距比到达底部的斜距更短时，顶部与底部颠倒显示，这种现象称顶底位移（layover），也叫图像叠掩。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的几何特性第9章高光谱与微波③侧视雷达及其图像

●雷达图像的几何特性

★透视收缩和图像叠掩

第9章高光谱与微波遥感③侧视雷达及其图像第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的几何特性★透视收缩和图像叠掩

当地形起伏越大，或波束的照射方向与垂直方向所夹的天底角越小时，这些现象越容易产生。以上可知，由于起伏地形的前斜面长度在图像上被缩短了，从而造成图像失真，造成解译斜面形状及坡度角的困难。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的几何特性第9章高光谱与微波

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的几何特性★雷达阴影如果波束照射到有起伏的地形时，在山的背后往往存在电波不能到达的阴影部分，这种现象即为雷达阴影（radarshadow）。如图所示，当与传感器相背的后斜面的坡度角A与天底角θ之间满足（a+θ）>90°的关系时，就会产生雷达阴影。雷达阴影的斜距长度用h*secθ求出。这里，h为斜面的相对高度。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的几何特性第9章高光谱与微波●雷达图像的几何特性SAR图像几何特征的地形影响示意图●雷达图像的几何特性

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的影像特征接收微波雷达形成的后向散射波，从还原的图像特征中测定目标的性质，这是微波遥感的主要目的。了解具有不同的微波后向散射特性的目标物性质及其对微波特性后向散射的影响，对于解释雷达图像的特征是非常重要的。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的影像特征第9章高光谱与微波

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的影像特征微波特性包括频率（波长）特性和极化特性。在雷达遥感中，所用的微波波长从1cm到30cm附近，广泛使用的是L波段、C波段、X波段，有时也用P波段。对于特定波长来说，表面光滑时镜面反射多，后向散射成分少，图像较暗；当表面粗糙时，由于各向同性散射，后向散射成分较大，所以图像亮一些。因此，根据波长的不同可以测量表面的粗糙度。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的影像特征第9章高光谱与微波

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的影像特征极化表示电磁波的电场振动方向，雷达发射和接收的都是极化了的微波。在合成孔径雷达中，可以组成4种极化类型。地表地形的后向散射特性依赖于极化，极化方式不同，就会出现容易区分和很难区分的情况。为此，利用极化特性可进行散射体的性质及形状识别以及消除降雨影响等的研究。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的影像特征第9章高光谱与微波

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的影像特征产生微波后向散射差异的重要原因之一是目标物的形状差别。首先，入射角的不同影响雷达图像的特征。在面向微波传感器的地形隆起的背面，后向散射微弱，实质上图像是暗黑的，形成很大的阴影效果。微波后向散射之所以能增强显示出表面形状就是由于这种阴影效果的作用。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的影像特征第9章高光谱与微波

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的影像特征在微波传感器的近距离点，天底角小，如果表面是水平的，则入射角小，阴影效果也小，但是在远距离点，由于天底角和入射角增大，阴影效果也增大。传感器的高度越低，随距离的不同引起的入射角的差异也越大，所以即使近距离点和远距离点的距离很小，其阴影效果也能明显识别出来。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的影像特征第9章高光谱与微波

9.3微波遥感

③侧视雷达及其图像●雷达图像的影像特征

当形状差比微波波长更大时，就会产生透射收缩引起的雷达图像失真。由于这种影响，容易产生把对称的斜面误认为地层缓斜面的可能性。产生透射收缩时，因地形隆起造成的后向散射增大，可以得到棱角清晰的雷达图像。利用这一性质，从地形的高差和阴影增强的图像中，通过各种线性提取及纹理分析处理，可以提取目标物的形状特征。这对于存在微妙的地形差别的断裂、凹陷及矿脉的调查、活火山的变动、滑坡、活动构造观测等场合是非常有效的。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●雷达图像的影像特征第9章高光谱与微波第9章

高光谱与微波遥感

第9章

高光谱与微波遥感第9章高光谱与微波遥感内容提要：高光谱、多角度和微波遥感是遥感技术的发展方向，本章内容包括高光谱遥感，多角度遥感和微波遥感。重点：高光谱遥感的原理与本质，双向反射的概念、模型和反演方法，微波遥感的特性、侧视雷达影像的几何特征。第9章高光谱与微波遥感内容提要：

9.1高光谱遥感

①高光谱遥感的基本概念

定义：高光谱遥感是高光谱分辨率遥感(HyperspectralRemoteSensing)的简称，是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。目前，一般将波长间隔10nm以下，波段数36个以上的遥感系统定义为高光谱遥感。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感定义：高光谱遥感是高光谱

9.1高光谱遥感

①高光谱遥感的基本概念

传感器：高光谱遥感的传感器是成像光谱仪(ImagingSpectrometer)，它为每个像元提供数十至数百个窄波段（通常波段宽度＜10nm）的光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲线。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感传感器：高光谱遥感的传感

9.1高光谱遥感

①高光谱遥感的基本概念成像光谱系统获得的连续波段宽度一般在10nm以内，这种数据能以足够的光谱分辨率区分出那些具有诊断性光谱特征的地表物质。应用高光谱分辨率数据也能将混合矿物或矿物像元中混有植被光谱的情形，在单个像元内计算出各种成分的比例。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感成像光谱系统获得的连续

9.1高光谱遥感

②高光谱遥感的应用●在地质调查中的应用地质是高光谱遥感应用中最成功的一个领域。主要用于区域地质制图和矿产勘探。各种矿物和岩石在电磁波谱上显示的诊断光谱特性(diagnosticspectralfeature)可以帮助人们识别不同矿物成分。这些诊断性光谱特征只有利用高光谱遥感数据才有可能被探测到。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感●在地质调查中的应用第9章高光谱与微

9.1高光谱遥感

②高光谱遥感的应用●在植被研究中的应用高光谱遥感在植物生态学研究中主要涉及以下几个方面：植物群落、种类的识别、冠层结构、状态或活力的评价、冠层水文状态的评价和冠层生物化学成分的估计。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感●在植被研究中的应用第9章高光谱与微

9.1高光谱遥感

②高光谱遥感的应用●在其它领域中的应用大气遥感

目前用高光谱研究大气，主要目标是水蒸气、云和气溶胶研究。水温与冰雪

利用高光谱成像仪可以测定沿海、江河、湖泊中的叶绿素、浮游生物、有机质、悬浮物和水生植物等以及他们的分布。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感●在其它领域中的应用第9章高光谱与微

9.1高光谱遥感

②高光谱遥感的应用●在其它领域中的应用环境与灾害

高光谱图像可以用来探测危险环境因素。例如：编制酸性矿物分布图，特殊蚀变矿物分布图，评价野火危险的等级。土壤调查高光谱土壤遥感可以提供土壤表面状况和性质的空间信息，空间差异性。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感●在其它领域中的应用第9章高光谱与微

9.1高光谱遥感

②高光谱遥感的应用●在其它领域中的应用城市环境高光谱和高空间分辨率遥感数据的结合，有可能细分出城市地物和人工目标。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感●在其它领域中的应用第9章高光谱与微

9.1高光谱遥感

③高光谱遥感的发展前景将来高光谱卫星传感器将以AVIRIS的工作方式测量太阳反射光谱。它们将提供多时相全球各个区域的高光谱图像(Green等，1998)。美国宇航局计划将两个成像光谱仪作为地球观测系统(EOS)的传感器——中等分辨率成像光谱仪(MODIS)和高分辨率成像光谱仪(HIRIS)。其中，中等分辨率成像光谱仪(MODIS)上一章已经进行了介绍。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感将来高光谱卫星传感器将以

9.1高光谱遥感

③高光谱遥感的发展前景HIRIS将有30m的空间分辨率，获取0.4—2.5μm波长范围的10nm宽的192个连续光谱段。它是AVIRIS的继承者。HIRIS将获取沿飞行方向前后+60～-30及横向24的图像。虽然它的周期为16天，但由于它的指向能力，对于一些特殊区域，其覆盖频率将会更高。HIRIS数据将用于识别表面物质、测量小目标物的二向性反射分布函数(BBDF)及执行小空间范围的生态学过程的详细研究。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感HIRIS将有30m的空

9.1高光谱遥感

③高光谱遥感的发展前景与此同时，NASA计划发射试验卫星EO—1，携带Hyperion(高光谱成像仪)、ALI(先进的陆地成像仪)等高光谱传感器和大气纠正仪(AtmosphericCorrector)。这些计划的最终目的是评价各种地球系统过程，包括水文过程、生物地球化学过程、大气过程及固体地球过程。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感与此同时，NASA计划

9.1高光谱遥感

③高光谱遥感的发展前景现有的航空成像光谱仪技术系统的完善。例如，在传感器方面：改善其获取数据的性能，提高图像数据的信噪比，增强机上实时数据处理能力。

数据分析处理方面：强调大气订正、信息提取技术，发展新算法和完善已有的算法，并向构成标准化应用处理算法软件包方向努力，特别是发展针对高光谱海量数据和丰富光谱信息特点的算法和软件，以提高高光谱数据处理效率及其分析、研究和应用水平。第9章高光谱与微波遥感9.1高光谱遥感现有的航空成像光谱仪技术

9.2多角度遥感

理想光滑表面的反射是镜面反射，理想粗糙表面的反射是漫反射（朗伯反射）。传统的遥感技术主要采取垂直观测方式，以获得地表二维信息，对获取的数据则基于地面目标漫反射的假定，作一些简单校正后，利用地面目标的光谱特性进行解译。然而，通过这种遥感手段所获得的信息是以垂直反射光谱为基调的，没有涉及太阳光入射角度及观测角度的影响因素。这些在遥感技术发展的初期是合理的，也取得了很大的成功。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感理想光滑表面的反射是镜

9.2多角度遥感

随着遥感技术的发展及其面临的各种新的要求，人们越来越迫切需要弄清各种地物与光辐射之间相互作用的机理。事实在遥感图象上，自然地表的表观亮度除取决于所测地物的几何形态特征和光谱性质外，在很大程度上还与入射光方向和观测方向有关。这两个方向的差异，明显地引起地表（冠层）反射的差别，这种差别不仅随着标志这两个方向的双种角度的变化而变化，而且随着地表（冠层）结构要素变化而变化。基于此，在遥感领域中，多角度遥感特别是植被双向反射的研究就异军突起，迅速发展起来。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感随着遥感技术的发展及其面

9.2多角度遥感

①双向反射概念

双向性反射是自然界中物体表面反射的基本宏观现象，即反射不仅具有方向性，这种方向性还依赖于入射的方向而异。

双向反射函数（即只是入射方向与反射方向夹角的函数）就是用来描述第五的这种双向反射性的。BRDF(θi,φi,θr,φr)=第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感双向性反射是自然界中物体

9.2多角度遥感

①双向反射概念

第9章高光谱与微波遥感BRDF中的参量图示XYZdAOdΩrRθrdΩiIθiφrφi9.2多角度遥感第9章高光谱与微波遥

9.2多角度遥感

①双向反射概念式中θi（天顶角）和φi（方位角）确定入射方向；θr和φr描述某一反射方向；dΩr、dΩi相应表示在反射和入射方向上的两个非常小的（微分）立体角；dE(Ωi)表示在一个微分面积元dA（为叙述方便计，假定水平放置）之上，由于dΩi这个微分立体角内辐照度L(Ωi)的增量所引致的dA上辐亮度的增量；dL(Ωr)则是由于增量dE(Ωi)引起的Ωr方向上辐照度的增量。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感式中θi（天顶角）和φi（方位角）确定入

9.2多角度遥感

②双向反射模型●模型种类：在地物双向反射光谱的研究中，最基础的工作是建立计算地物BRDF的数学模型，到现在为止，已建立了近百种不同的数学模型。一般说来，模型可分为经验(统计)模型和物理模型两种。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●模型种类：在地物双向反射光谱的研究中，

9.2多角度遥感

②双向反射模型

★经验（统计）模型

一般是描述性的，对观测到的数据作经验性的统计描述，或者进行相关分析，形成作为班球上观测方向和入射方向天顶角、方位角经验函数的BRDF模型。

优点：简单、直观。缺点：应用有局限。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感★经验（统计）模型第9章

9.2多角度遥感

②双向反射模型

★物理模型

基于物理基础建立的模型，通常试图找出产生地面非郎伯体特性及观测数据的原因。

优点：简单、可靠。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感★物理模型第9章高光②

双向反射模型

几何光学模型辐射传输模型概

况代表模型

原始理论基础模型专业来源Li—Strahler模型

遥感像元分解理论遥感像元分解理论Ross—Nilson—Kuusk模型SAIL模型植被辐射传输理论植被生理、植被生态初期模型采用介质单元单次散射解释多次散射解释热点现象解释植株个体（如树冠）有无有叶片有有无现有模型单次散射介质多次散射介质热点产生根源模型适用范围植株叶片植株形状、尺度与分布由稀疏分布的致密个体组成的群体（如森林）叶片叶片叶片形状、尺度与分布任意状况、更适于均匀、不间断植被（如农作物）第9章高光谱与微波遥感②双向反射模型

几何光学模型辐射传输模型概代表模型L

9.2多角度遥感

②双向反射模型●几何光学模型以几何光学原理为基础的经典模型。假定植被是由具有已知几何形状和光学性质、并按一定方式排列的几何体所组成，通过分析这些几何体对光线的截获和遮阴及地表面的反射来确定植被的反射系数。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●几何光学模型第9章高光谱与微波遥感

9.2多角度遥感

②双向反射模型●混浊介质模型这类模型起源于随机介质（即混浊介质）中的辐射传输方程。假设植被的各组分（叶、茎、花或穗等）为已知光学性质和取向小的吸收和散射体，群体是由它们在水平方向按随机分布方式组成的平面平行层（Plane-ParallelLayer）的集合，把叶面积指数（LAI）、叶角分布函数（LAD）等作为群体的基本结构参数来考虑群体结构对其垂直辐射场的影响。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●混浊介质模型第9章高光谱与微波遥感

9.2多角度遥感

②双向反射模型●混浊介质模型辐射传输模型以研究辐射在冠层中薄层或单元中的传输过程为基础，对辐射传输方程求解，推算辐射与冠层相互作用，由此解释辐射在冠层中的传输机理，进而得到冠层及其下垫面对入射辐射的吸收、透过和反射的方向和光谱特性。混浊介质模型是目前水平均匀群体中应用最广泛的模型。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●混浊介质模型第9章高光谱与微波遥感

9.2多角度遥感

②双向反射模型●混合模型混合模型充分利用几何光学模型和辐射传输模型上的优势，是几何光学模型和混浊介质模型的综合。对群体的每一组分的处理类似于混浊介质模型，被认为是光学性质已知的、小的吸收和散射体；而整个群体仍同几何模型一样，被处理成具有几何形状和空间分布特征植株的集合，联系两者的关键是间隙率模型。此类模型是通用模型，也是最复杂的BRDF模型。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●混合模型第9章高光谱与微波遥感

9.2多角度遥感

②双向反射模型●计算机模拟模型计算机模拟模型能更灵活、更详细、更真实地处理非均匀群体问题。它能同时真实地考虑植被各组分的大小、形状和任意的空间分布方式对群体BRDF的影响，模拟出群体内、外辐射场的统计特征，确定出可获得最大光合效能的最佳群体结构特征；研究群体中辐射与植株间的相互作用过程以及这些过程与群体结构参数之间的关系。计算机模拟模型主要有两种方式：结构真实模型和蒙特卡洛方法。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感●计算机模拟模型第9章高光谱与微波遥

9.2多角度遥感

③双向反射模型反演法自20世纪70年代以来，许多研究结果表明，同垂直测量相比，非垂直的多角度测量对于估算地物（特别是植被）的结构特征具有很大的优越性。对建立的物理模型，从逆过程分析，可以获得更丰富的冠层结构信息，因而，地物双向反射物理模型反演技术的研究也是当前地物双向反射特性研究中的一个重要内容。目前用得较多的是最优化法、表搜索法、神经网络反演法等反演技术。第9章高光谱与微波遥感9.2多角度遥感自20世纪70年代以来，许

9.3微波遥感

微波是电磁辐射中波长范围1mm—1m的电磁波段，频率300GHz—300MHz。微波遥感是以微波为信息传播媒介的遥感，它通过微波传感器获取目标物发射或反射的微波辐射，经过图像分析解译来识别地物。微波遥感分为无源（被动）微波遥感和有源（主动）微波遥感两大类。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感微波是电磁辐射中波长范围1

9.3微波遥感

第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

★无源微波遥感：所用的传感器本身不发射电磁波，只靠接收目标和背景所发射的微波能量来探测目标特性。它所收到的电磁波信号强度与目标的发射率有关，也与目标、背景的温度、性质，特别是目标物的表面温度密切相关。因此，其辐射测量等效于估计温度。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感★无源微波遥感：所用的传感器本身不发射电磁

9.3微波遥感

★有源微波遥感：所用的传感器本身发射微波去照射目标，然后接收目标反射或散射回来的微波信号，通过检测、分析回来的信号，确定目标的各种特性及目标对传感器的距离和方位。有源微波传感器记录的有关目标和背景的图像或数据，与目标、背景的发射率无关，也与日照变化无关，图像较稳定、清晰，易识别。如果合理的选择频率、极化方式和波束照射角，可获得较好的遥感效果。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感★有源微波遥感：所用的传感器本身发射微波去

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波的衰减使用卫星和飞机上的微波传感器进行观测成像时，由于微波要通过位于传感器和目标之间的大气，所以会受到大气分子的吸收和散射，结果引起衰减。衰减强度与传输距离成指数关系。对应于单位距离的衰减量叫衰减系数(attenuationcoefficient)。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波的衰减第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波的辐射根据辐射原理，地球表面除辐射可见光、红外线以外，也辐射微弱的微波。黑体的辐射用普朗克定律表示，普通的物体不一定是黑体，从热辐射中测量物理温度时必须用发射率ε进行修正。因此，目标的物理温度T和被测的亮度温度TB的关系是TB=ε1/4T。物体的发射率为0≤ε≤1，随物体的介电常数及表面的粗糙度等物理性质和频率、偏振特性、入射角、方位角而变化。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波的辐射第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波的辐射微波辐射计可以测量的是亮度温度，而与测量目标物的性质及状态直接联系的是发射率和物理温度。为此必须把发射率和物理温度分开，或者研究出把亮度温度中包含的大气辐射成分分开的算法。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波的辐射第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波的表面散射在两个介质的分界面上，当电磁波从一个介质中射入时，会在分界面上产生散射，这种散射叫表面散射。表面散射的强度随介质表面的复介电常数的增加而增大，其散射角特性由表面的粗糙度决定。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波的表面散射第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波遥感的特点

1)全天时工作，不受时间限制，即使在夜间也能工作。这是由于微波传感器利用大地辐射中微波成分或雷达发射的微波来进行遥感，与太阳辐射无关。

2)全天候工作，不受云、雾和小雨的影响。这是由于微波能穿透云、雾和小雨。

3)对某些地物有一定的穿透能力，可在一定程度上获取隐伏的信息。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波遥感的特点第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波遥感的特点

4)微波传感器的天线方向可调整，这样可增多所获地表特性。例如，适当调节天线的主向，可在图像上产生适量的阴影，以突出地貌的形态特征和敏感地形的细节。

5)微波传感器接收到的微波信号与物质组成、结构有关，能反映出被探测物体在微波波段表现的特征，这是同在可见光、红外、紫外波段所表现的特征完全不同的。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波遥感的特点第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波遥感的特点

6)微波传感器可采用多种频率、多种极化方式、多个视角进行工作，来获取目标的空间关系、形状尺寸、表面粗糙度、对称性和复介电特性等方面的信息。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波遥感的特点第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

①微波遥感特性●微波遥感的特点

微波遥感的弱点：1）不能记录与颜色有关的信息，人们解译识别较为困难;2)设备大而复杂，价格昂贵，相应的微波遥感资料的商品化程度低，获取较为困难;3)图像有特有的畸变，校正过程复杂，技术难度高。按照不同微波传感器所使用的电磁波谱段，可将整个微波分为8个频段。不同国家、不同部门的划分方式并不完全相同。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波遥感的特点第9章高光谱与微波遥感

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的结构及工作原理微波传感器统称为雷达（Radar），是“无线电探测和测距”（RadioDetectionandRanging）的缩写词。雷达最早出现于20世纪30年代，目前已成为获取遥感信息的重要方式之一，被广泛地应用于军事与国民经济的各个部门。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波传感器的结构及工作原理第9章高光

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的结构及工作原理★雷达的结构：雷达的种类很多，但其基本结构和工作原理大体相同。以主动式传感器为例，主要由收发定时转换开关、天线、发射机、脉冲发生器、接收机、显示器所组成。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波传感器的结构及工作原理第9章高光

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的结构及工作原理★雷达的工作原理：首先由脉冲发生器发出特定频率和振幅的矩形脉冲，通过调制发射机发出微波振荡；收发定时器转换开关以一定的时间间隔从天线向目标发出离散的微波波束，微波波束射到目标后，产生散射，由目标返回的散射回波在两次发射的间隔期内被天线接收；经接收机调解后送至显示器，在显示器荧光屏上便呈现出目标的回波影像，也可经过转换，形成胶片影像或数字图像。第9章高光谱与微波遥感9.3微波遥感●微波传感器的结构及工作原理第9章高光第9章高光谱与微波遥感②微波传感器及其分类●微波传感器结构及工作原理

第9章高光谱与微波遥感②微波传感器及其分类

9.3微波遥感

②微波传感器及其分类●微波传感器的结构及工作原理

★雷达的工作原理：由于目标至