第二章遥感图像基础

第二章遥感图像基础第一页，共二十九页，2022年，8月28日第一节

地物的波谱特性第二页，共二十九页，2022年，8月28日一、电磁波电磁波：交互变化的电磁场在空间的传播。电磁波的四个基本要素： 波长（或频率）、传播方向、振幅、极化（或偏振）。第三页，共二十九页，2022年，8月28日二、电磁波谱按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。依次为：γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。

第四页，共二十九页，2022年，8月28日电磁波谱示图第五页，共二十九页，2022年，8月28日遥感应用的电磁波波谱段紫外线：波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱中，只有0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000m以下。可见光：波长范围：0.38～0.76μm，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。红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。微波：波长范围为1mm～1m，穿透性好，不受云雾的影响。第六页，共二十九页，2022年，8月28日三、电磁波与地物之间的相互作用电磁辐射与物体相互作用，使得入射的电磁辐射受到反射、透射和吸收。根据能量守恒定律有： 入射能量= 反射能量+吸收能量+透射能量第七页，共二十九页，2022年，8月28日1、电磁辐射的反射反射率 当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时，入射能量的一部分或全部返回原介质的现象，称之为反射。 反射率是波长的函数，故称之为光谱反射率ρ(λ)，被定义为物体反射的辐射能量Pρ占总入射能量P0的百分比。第八页，共二十九页，2022年，8月28日1、电磁辐射的反射物体的反射物体表面的划分 根据物体表面对反射的影响，分为两类：光滑表面和粗糙表面。二者的划分以入射波波长为标准，是相对概念。第九页，共二十九页，2022年，8月28日物体表面的划分 划分准则：物体表面的划分一般用瑞利准则，关系式是： d=λ/8cosθ式中：λ为入射波的波长；θ为入射角。如果物体表面的起伏度h≤d，则该表面为光滑表面——镜面；如果h>d，则为粗糙表面。第十页，共二十九页，2022年，8月28日物体的反射反射类型a.镜面反射(mirrorreflection)

由光滑表面产生的反射，其反射方向遵守反射定律。反射能量集中在一个方向，反射角=入射角。θiθr镜面反射第十一页，共二十九页，2022年，8月28日反射类型b.漫反射(diffusereflection) 粗糙表面产生的反射，其反射方向不遵守反射定律。整个表面都均匀地向各向反射入射光称为漫反射。漫反射又称朗伯(Lambert)反射，也称各向同性反射。漫反射第十二页，共二十九页，2022年，8月28日反射类型c.方向反射(directionalreflection) 介于漫反射和镜面反射之间，各向都有反射，但各向反射强度不均一，也称非朗伯反射。 方向反射率是指对入射和反射方向有严格定义的反射率，即特定反射能量与其面上的特定入射能量之比。方向反射第十三页，共二十九页，2022年，8月28日2、物体的反射波谱特性反射波谱 物体对不同波长的电磁辐射反射能力的变化，亦即物体的反射率随入射波长的变化规律叫做该物体的反射波谱。第十四页，共二十九页，2022年，8月28日反射波谱曲线 物体的反射波谱常用曲线表示，称为反射波谱曲线。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。2、物体的反射波谱特性第十五页，共二十九页，2022年，8月28日植被反射波谱曲线第十六页，共二十九页，2022年，8月28日四、大气对电磁波传输过程的影响 电磁辐射与大气相互作用主要有三种方式：散射、吸收和透射，其作用强度取决于大气的物质成分、结构和通过大气时的路程长短。第十七页，共二十九页，2022年，8月28日大气结构 地面到大气上界，大气的结构分层为：对流层（7～12km），平流层（12～50km），电离层（50～1000km），大气外层（800～35000km）。四、大气对电磁波传输过程的影响第十八页，共二十九页，2022年，8月28日大气散射 电磁辐射在非均匀介质或各向异性介质中传播时，改变原来传播方向的现象称为散射。

大气散射是电磁辐射能受到大气中微粒（大气分子或气溶胶等）的影响，而改变传播方向的现象。四、大气对电磁波传输过程的影响第十九页，共二十九页，2022年，8月28日大气散射主要有以下几种形式：1）瑞利散射。当引起散射的大气粒子直径远小于入射电磁波波长（d<<λ）时，出现瑞利散射。2)米氏散射。当引起散射的大气粒子的直径约等于入射波长（d≈λ）时，出现米氏散射。四、大气对电磁波传输过程的影响第二十页，共二十九页，2022年，8月28日3）无选择性散射——散射强度与波长无关 引起散射的大气粒子的直径远大于入射波长（d>>λ）时，出现无选择性散射。 大气中云、雾、水滴、尘埃的散射属此类。 大气散射作用是对太阳辐射衰减的主要原因，集中于太阳辐射能量较强的可见光区。第二十一页，共二十九页，2022年，8月28日四、大气对电磁波传输过程的影响大气吸收

大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带。1）水汽（H2O）吸收。吸收带集中在中红外波段。2）臭氧（O3）吸收。吸收带集中在紫外波段。3）氧气(O2）吸收。主要吸收小于0.2μm的太阳辐射能量，在波长0.155μm处吸收最强。因此，在高空遥感中很少应用紫外线波段。第二十二页，共二十九页，2022年，8月28日大气吸收4）二氧化碳（CO2）吸收。吸收带集中在波长大于2微米的红外波段。5)尘埃吸收。对太阳辐射有一定的吸收作用，但吸收量很少，当有沙尘暴、烟雾和火山爆发等发生时，大气中尘埃急剧增加，这时它的吸收作用才比较显著。第二十三页，共二十九页，2022年，8月28日四、大气对电磁波传输过程的影响大气窗口

大气对电磁辐射的吸收和散射都很小，而透射率很高的的波段叫大气窗口。第二十四页，共二十九页，2022年，8月28日大气窗口波段透射率/%应用举例紫外可见光近红外0.3～1.3μm＞90TM1-4、SPOT的HRV近红外1.5～1.8μm80TM5近-中红外2.0～3.5μm80TM7中红外3.5～5.5μmNOAA的AVHRR远红外8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat第二十五页，共二十九页，2022年，8月28日第二节

遥感图像的分辨率第二十六页，共二十九页，2022年，8月28日空间分辨率（spatialresolution）像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。辐射分辨率（radiometricresolution）辐射分辨率是指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。第二十七页，共二十九页，2022年，8月28日光谱分辨率（spectralresolution）波谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高。传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值。时间分辨率（temporalresolution）时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。第二十八页，共二十九页，2022年，8月28日

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