环境遥感基础

环境遥感基础第一页，共五十一页，编辑于2023年，星期日2.1电磁波辐射与地物光谱特征2.1.1电磁波辐射与电磁波谱第二页，共五十一页，编辑于2023年，星期日2.1电磁波辐射与地物光谱特征2.1.1电磁波辐射与电磁波谱电磁波的波粒二象性

电磁辐射以波的形式在空间传播，因此电磁波具有波动性。波动性就是它的时空周期性，可以用波长、速度、周期和频率来表征；粒子性是指电磁波是由密集的光子微粒组成的，电磁波实质上是电子微粒流的有规律的运动。特定波长的一个光量子的能量：Q=HV第三页，共五十一页，编辑于2023年，星期日2.1电磁波辐射与地物光谱特征2.1.1电磁波辐射与电磁波谱

电磁波辐射源

自然界的任何物体，只要温度高于0K（-273.16℃）就会发生分子运动，只要分子运动就能向外辐射电磁能量，成为电磁波辐射源。

绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，并且又全部辐射出来，则这个物体称为绝对黑体。对于黑体，其辐射系数和吸收系数都为最大值1.第四页，共五十一页，编辑于2023年，星期日2.1电磁波辐射与地物光谱特征第五页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第六页，共五十一页，编辑于2023年，星期日可见光——紫0.38—0.43μm蓝0.43—0.47μm青0.47—0.50μm绿0.50—0.56μm黄0.56—0.59μm橙0.59—0.62μm红0.62—0.76μm第七页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第八页，共五十一页，编辑于2023年，星期日2.1.2太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射太阳常数：是指不受大气影响，在距离太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。太阳光谱第九页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第二节电磁辐射源第十页，共五十一页，编辑于2023年，星期日2.大气的吸收和大气窗口第十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期日大气窗口的主要光谱段：1）0.3－1.3um：以可见光为主体的窗口，是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星传感器扫描成像的常用波段。摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目标电磁波辐射信息。2）1.5－1.8,2.0-3.5um：近、中红外窗口，扫描成像的常用波段，白天记录3）3.5－5.5um：中红外窗口，60％－70％，白天夜间，扫描成像记录4）8－14um：远红外窗口，超过80％，白天夜间，扫描记录5）8－1m：微波窗口，白天夜间，扫描记录，微波雷达,透过率100%。第十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期日

大气的吸收作用：

水吸收带：是吸收太阳辐射能量最强的大气成分，从可见光、红外直至微波波段，都有水的吸收带。水的主要吸收带是0.7-3μm，水对红外遥感有极大的影响；

二氧化碳吸收带：1.3-2.85μm间有三个宽弱吸收带，另外在2.7μm、4.3μm与14.5μm为强吸收带，吸收作用主要在红外区内，但对太阳辐射而言红外区能量很少，可以忽略不计；臭氧吸收带：0.2-0.36μm，0.6μm，数量极少，但吸收很强，对航空遥感影响不大，而主要对航天遥感有影响；

氧气：主要吸收小于0.2μm的太阳辐射能，在0.155μm最强，高空遥感很少使用紫外波段。第十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期日

大气的散射作用：散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开，称散射。散射的实质：电磁波在传输中遇到大气微粒而产生的一种衍射现象。大气散射有三种情况：瑞利散射

发生条件：质点的直径d<<λ(电磁波波长)时，一般认为（d<λ/10）

散射强度与波长的四次方成反比。第十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期日瑞利散射与波长的关系瑞利散射对可见光的影响很大，大气中的气体分子在晴朗的天空为蓝色；出现蓝色蒙雾，紫外区不适于进行遥感。第十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期日2.米氏散射发生条件：质点直径和电磁波波长差不多时（d≈λ）主要是大其中的气溶胶引起的散射。云、雾等的悬浮粒子的直径和0.76－15um之间的红外线波长差不多，所以云雾对红外线的散射主要是米氏散射，因此潮湿天气米氏散射影响较大。

3.无选择性散射发生条件：当质点直径大于电磁波波长时（d>λ）,散射率与波长没有关系

第十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期日3.能量与地球表面特征的相互作用能量守恒定律当电磁波入射任何已知的物体时，存在三种能量和地物特征的相互作用：反射、吸收和透射能量被反射、吸收和透射的比例会随着地物类型和条件的不同而变化即使同一地物类型，被反射、吸收和透射的比例还会随着波长的不同而不同第十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期日

地物的反射波谱曲线特征：反射率：物体反射的辐射能量Pρ占总入射能量P0的百分比,称为反射率ρ:ρ=Pρ/P0×100%不同的物体反射率不同,反射率的范围是ρ≤1.

一般来说，当入射电磁波波长一定时，反射能力强的地物，反射率大，在黑白遥感图像上呈现的色调就浅。反之色调就深第二十页，共五十一页，编辑于2023年，星期日

电磁波反射方式：物体的反射状况分为三种：镜面反射、漫反射和实际物体的反射镜面反射：是指物体的反射满足反射定律。入射波和反射波在同一平面内，入射角与反射角相等。漫反射：是指不论入射方向如何，虽然反射率ρ与镜面反射一样，但反射方向却是“四面八方”。方向反射介于慢反射和镜面反射之间，它在各向都有反射但亮度不是常数，而是在某个方向上的反射比其他方向强。

第二十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第二十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第二十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第二十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第二十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期日土壤

影响土壤反射的主要因素包括：土壤颜色、土壤颗粒尺度、土壤含水量、含铁量及母质成分等。自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土质越细反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低，此外土类和肥力也会对反射率产生影响第二十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期日土壤第二十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第二十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期日水体水体的反射波谱特征主要受水的浑浊度、微生物含量、叶绿素含量、水深及水波浪情况等因素的影响.

清水的反射率在蓝绿可见光部分为4-5%，在0.6μm处降至2-3%，到0.75μm以后的近红外波段则完全吸收。在红外波段识别水体比较容易。第二十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第三十页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第三十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第三十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期日

在遥感中，测量地物的反射波谱特性曲线主要有哪些作用？（1）它是选择遥感波谱段，设计遥感仪器的依据；（2）在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础资料；（3）它是有效地进行遥感图像数字处理的前提之一，是用户判读、识别、分析遥感影像的基础。第三十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期日彩色三要素：（1）明度，是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。

在一般情况下，物体反射率越高，明度就越高。所以白色比灰色明度高。对于光源来说，亮度越大，明度越高。（2）色调，是色彩彼此相互区分的特性。

多数情况下，刺激人眼的光波不是单一波长，而常常是一些波长的组合，对于光源来说，则是不同波长的亮度组合，对于反射物体是不同反射率的不同波长组合，共同刺激人眼产生组合后的颜色感觉。（3）饱和度，是彩色纯洁的程度，也就是光谱中波长是否窄，频率是否单一的表示。

对于光源，发出的若是单色光就是最饱和的彩色。对于物体颜色，如果物体对光谱反射有很高的选择性，只反射很窄的波段则饱和度高。如果光源或物体反射光在某种波长中混有许多其他波长的光或混有白光，则饱和度低。彩色合成原理第三十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期日不同色调的亮度变化相同色调的亮度变化最亮最暗亮暗第三十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期日三基色原理：三基色：若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三基色。红、绿、蓝是最优的三基色。

国际上规定三基色的三个单色光波长为：红-0.7μm，绿-0.5461μm，蓝-0.4358μm。.颜色相加原理两种原色按照等量叠加得到一种补色。三原色等量叠加得到白光。第三十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期日三基色原理：如果两种色光叠加后得到白光（黑光），则称这两种色为互补色。非互补色不等量叠加得到两者之间的中间色。红（多）＋绿（少）＝橙色红（少）＋绿（多）＝黄绿色第三十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第三十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期日三基色原理：颜色相减原理当白光先后通过两块滤光片的过程就是颜色的减法过程。减法三原色：指加法三原色的补色，即黄、品红和青色一般用于颜料的配制、彩色印刷、染印等。染料的颜色是由于染料选择性吸收了白光中的某些波长，反射出白光中未被吸收的色光而产生。黄＝白－蓝＝红＋绿＝黄青＝白－红＝蓝＋绿＝青三种颜料等量混合，白光中的红、绿、蓝全部被吸收，所以呈现黑色

第三十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第四十页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第四十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期日2.2遥感传感器与平台2.2.1传感器（摄影型、扫描型、侧视雷达）2.2.2平台（航空、航天）2.2.3常用的环境遥感卫星数据

NOAA、LandsatTM，中巴资源卫星、SPOT、Terra（MODIS、ASTER）、IKONOS、QiuckBird第四十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期日典型的传感器的介绍

1972年美国发射了第一颗地球资源技术卫星，几年后地球资源卫星改名为陆地资源卫星。至今已发射7颗，其中6发射失败，5和7仍在运行。Landsat陆地资源卫星系列：1.Landsat系列卫星传感器及参数

Landsat系类卫星搭载的传感器共三种：反束光导摄像机（RBV）、多光谱扫描仪（MSS）、专题制图仪（TM）。

Landsat-1，2，3上载有RBV和MSS,Landsat-4,5装载TM和MSS,Landsat-7上装有增强型专题制图仪。第四十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期日传感器波段波长/微米空间分辨率/mMSS40.5-0.6绿色8050.6-0.7红色8060.7-0.8近红外8070.8-1.1近红外80810.4-12.6240TM10.45-0.52蓝色3020.52-0.60绿色3030.63-0.69红色3040.76-0.90近红外3051.55-1.75短波红外30610.4-12.5热红外12072.08-2.35短波红外30第四十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期日覆盖范围波长/微米空间分辨率/m183km×170km0.45-0.52蓝色300.52-0.60绿色300.63-0.69红色300.76-0.90近红外301.55-1.75短波红外3010.4-12.5热红外602.08-2.35短波红外300.52-0.90全色15ETM+的观测参数第四十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期日

TM1属蓝绿光波段，对水体穿透力强，对叶绿素和叶色素浓度敏感

TM2属绿黄光波段，对水有较强的透射能力，水体色调较浅，可反映一定深度水下地形，有利于识别水体浑浊度、沿岸流、砂洲等。叶绿素在此波段有一次反射峰称绿峰，健康植物对绿光有一定反射，影像色调较浅。植被分布范围和生长密度可以得到反映。

TM3属橙红光波段，对水体有一定的透射能力，可反映水中泥沙含量、水下地貌和泥沙流。这一波段也为叶绿素的主要吸收波段,健康植物影像绿色调较深，病害植物伪装的枯树等则呈浅色调。因此可反映不同植物的叶绿素吸收和健康状况。用于区分植物种类和覆盖度。第四十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期日

TM4属摄影红外波段，是水的强吸收和植物的强反射波段。图像清晰、反差大、立体感强，能显示各种地形细节。图像上水体为黑色调，浅层地下水丰富或土壤湿度大的地段、城镇等色调较深。有利于研究水体分布，划分水陆界限，判别河流、冲沟有无流水，寻找浅层地下水，识别与水有关的地质构造和隐伏构造。

TM5属近红外波段，处于水的吸收带内，对地物含水量反映敏感，可用于土壤湿度、植物含水量调查、水分状况研究、作物长势分析等。

第四十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期日第三节遥感卫星运行特征及传感器TM6属热红外波段，根据地物发射辐射差别，可在影像上区分草本植物和木本植物，识别大面积的沙漠化。夜间热红外影像用于区分岩性差异。由于近地表水通常集中在断层面与节理面，故其温度比周围低，因此也可用于查明断裂构造。TM7属近红外波段，这是为地质研究追加的波段。位于水的强吸收带，土壤的发射特征与可见光波段差不