遥感导论3-1.ppt

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1、第二章 电磁辐射与地物光谱特征地物的反射光谱特征地物的反射光谱特征回顾o电磁波的概念？o电磁波的特性？o电磁波谱的概念？o什么是发射率（比辐射率）？o大气对太阳辐射的影响？o大气中主要的吸收带？o大气散射的种类？o大气窗口的概念？第五节第五节 地物的反射光谱地物的反射光谱本节主要内容本节主要内容:地物的反射类别地物的反射类别地地物的光谱反射特性物的光谱反射特性地物反射光谱特性的测地物反射光谱特性的测量量地物的反射类别地物的反射类别地物对电磁波的反射有三种形式：地物对电磁波的反射有三种形式：n 镜面反射镜面反射(mirror reflection)n 漫漫 反反 射射(diffuse refle

2、ction)n 方向反射方向反射(directional reflection)地物的反射类别地物的反射类别镜面反射镜面反射(mirror reflection)w 反射能量集中在一个方向，反射角反射能量集中在一个方向，反射角=入射角入射角镜面反射镜面反射如果界面相对入射波长如果界面相对入射波长而言非常光滑而言非常光滑（界面粗糙度），则反射是镜面的。界面粗糙度），则反射是镜面的。入射光反射光=地物的反射类别地物的反射类别漫漫 反反 射射(diffuse reflection)w 整个表面都均匀地向各向反射整个表面都均匀地向各向反射入射光，各方向反射亮度相同。入射光，各方向反射亮度相同。w 从空

3、间从空间对地面观察时，对于对地面观察时，对于平面地区，并且地面平面地区，并且地面物体均物体均匀匀分布，可以看成漫反射；分布，可以看成漫反射；入射光入射光地物的反射类别地物的反射类别方向反射方向反射(directional reflection)w 由于地形起伏和地面结构的复杂性，往往在某由于地形起伏和地面结构的复杂性，往往在某些方向上反射最强烈，这种现象称为方向反射。些方向上反射最强烈，这种现象称为方向反射。对于地形起伏和地面对于地形起伏和地面结构复杂地区，为方向反结构复杂地区，为方向反射。射。地物的光谱反射特性地物的光谱反射特性反射率（反射率（reflectivity）：物体反射的辐射能量物

4、体反射的辐射能量P占总入射能量占总入射能量P0的百分的百分比，称为反射率比，称为反射率：不同不同物体的反射率不同，这主要取决于物体本物体的反射率不同，这主要取决于物体本身的性质（表面状况），以及入射电磁波的波身的性质（表面状况），以及入射电磁波的波长和入射角。利用反射率可以判断物体的性质长和入射角。利用反射率可以判断物体的性质地物的光谱反射特性地物的光谱反射特性w地物地物反射率随波长反射率随波长变化而改变的特性变化而改变的特性称之为地物反射光谱特性。称之为地物反射光谱特性。w将地物光将地物光谱反射率与谱反射率与波长的关系在直角坐波长的关系在直角坐标系中描绘出的曲线称为地物反射光谱曲标系中描绘出

5、的曲线称为地物反射光谱曲线（以波长为横坐标，反射率为纵坐标线（以波长为横坐标，反射率为纵坐标）地物的光谱反射特性地物的光谱反射特性w 不同地物不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、在不同波段反射率存在差异：雪、沙漠、湿地、小麦的光谱曲线沙漠、湿地、小麦的光谱曲线w 任何同类地任何同类地物的反射光谱具有相似性，但物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。并且地物的光谱特性具有时也有差异性。并且地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。间特性和空间特性。地物的光谱反射特性地物的光谱反射特性w 同同一物体的波谱曲线反映出不同波段的不一物体的波谱曲线反映出不同波段的不同反射率，将此与遥感传感器的对应波段同反射

6、率，将此与遥感传感器的对应波段接收的辐射数据相对照，可以得到遥感数接收的辐射数据相对照，可以得到遥感数据与对应地物的识别规律。据与对应地物的识别规律。w 任何任何物体的反射性质是揭示目标本质的最物体的反射性质是揭示目标本质的最有用信息。有用信息。同一同一地物的光谱反射特性地物的光谱反射特性春小麦在不春小麦在不同生长同生长阶段的波谱特性曲线阶段的波谱特性曲线 花期花期黄叶期黄叶期灌浆期灌浆期乳熟期乳熟期土壤土壤由这幅图能得到由这幅图能得到什么信息？什么信息？区分春小麦生长区分春小麦生长阶段应选取大于阶段应选取大于0.7m的波段的波段植被反射率高于植被反射率高于土壤土壤不同不同地物的光谱反射特性地

7、物的光谱反射特性四种地四种地物的反射光谱特性物的反射光谱特性曲线曲线四种地物中，应首四种地物中，应首先分离出哪一种？先分离出哪一种？其次应分离出哪一其次应分离出哪一种，选择哪个波段种，选择哪个波段？选择哪个波段，可选择哪个波段，可以区分雪和沙漠？以区分雪和沙漠？不同不同地物的光谱反射特性地物的光谱反射特性四种植四种植物的反射光谱特性物的反射光谱特性曲线曲线应首先分离应首先分离哪种地物？哪种地物？剩下三种如剩下三种如何区分？何区分？不同不同地物的光谱反射特性地物的光谱反射特性植被反植被反射波谱射波谱曲线曲线不同树种如何区分三如何区分三种不同的树种不同的树种？种？不同不同地物的光谱反射特性地物的光

8、谱反射特性w 城市道路、建筑物的波城市道路、建筑物的波谱特性谱特性曲线曲线各种道路的波谱特性各种建筑物顶的波谱特性不同不同地物的光谱反射特性地物的光谱反射特性土壤反射土壤反射波谱波谱曲线曲线不同质地土壤反射光谱曲线由于土由于土壤壤反射反射波谱曲线呈比较平波谱曲线呈比较平滑滑的特的特征，所以在征，所以在不同光谱段的遥感不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮影像上，土壤的亮度区别不明显。度区别不明显。不同不同地物的光谱反射特性地物的光谱反射特性水体反水体反射波谱射波谱曲线曲线不同叶绿素浓度的海水反射光谱曲线水体的反射主要在蓝绿水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波光波段，其他波段吸收都段吸收都很很强，特别强

9、，特别到了近红外波段到了近红外波段，吸收就更强，所以吸收就更强，所以水体在水体在遥遥感影像上常呈黑感影像上常呈黑色。但当水色。但当水中含有其他物质时，中含有其他物质时，反射光反射光谱曲线会发生变化谱曲线会发生变化。水中。水中含含泥沙时，由于泥泥沙时，由于泥沙散射，沙散射，反反射率峰值出现在射率峰值出现在黄红区。黄红区。水水中含叶中含叶绿素时，近红外绿素时，近红外波段波段明显抬升，这些明显抬升，这些都成为都成为影像影像分析的重要依据。分析的重要依据。不同不同地物的光谱反射特性地物的光谱反射特性岩石反射岩石反射波谱波谱曲线曲线岩石的反射波岩石的反射波谱曲线无统一谱曲线无统一的特的特征征，矿物成分、

10、矿，矿物成分、矿物含量物含量、风化程度、风化程度、含水状况、颗粒大含水状况、颗粒大小、表小、表面光滑程度面光滑程度、色泽等色泽等都会对都会对曲线曲线形态产生影响。形态产生影响。几种岩石的反射波谱曲线 影响地物反射率变化的因素影响地物反射率变化的因素w 太阳太阳位置：太阳高度角和方位角；位置：太阳高度角和方位角；w 传感传感器位置：传感器的观测角和方位角；器位置：传感器的观测角和方位角；w 地理地理位置：地理景观；海拔高度；大气透明度位置：地理景观；海拔高度；大气透明度等都不同；等都不同；w 地物本地物本身的变异：如植物病害，如图；身的变异：如植物病害，如图；w 地物地物的含水量，如图的含水量，

11、如图w 时间时间的变化，如图的变化，如图w 植物植物生长期的变化，如图生长期的变化，如图w 各种各种随机因素的影响，如图随机因素的影响，如图不同健康状况的松树反射特性曲线不同健康状况的松树反射特性曲线应选用哪个波段进行应选用哪个波段进行判断？判断？为什么病害会降低反为什么病害会降低反射率？射率？不同含水量（湿度）的砂土的反射波谱特性曲线不同含水量（湿度）的砂土的反射波谱特性曲线含水量越高，反射率越低。含水量越高，反射率越低。为什么陈雪反射率低？新雪和陈雪的反射特性曲线新雪和陈雪的反射特性曲线油松和白蜡在不同生长期的反射特性曲线油松和白蜡在不同生长期的反射特性曲线反射率随季反射率随季节变化有什节

12、变化有什么规律？么规律？为什么有这为什么有这种规律？种规律？在一分钟间隔内两次测定同一麦田的反射在一分钟间隔内两次测定同一麦田的反射率曲线率曲线反射率产生差反射率产生差异的原因可能异的原因可能有哪些？有哪些？应用应用地物波谱特征需要注意的问题地物波谱特征需要注意的问题绝大部分地物的波谱值具有一定的变绝大部分地物的波谱值具有一定的变幅，它们的波谱特征不是一条曲线，而是幅，它们的波谱特征不是一条曲线，而是具有一定宽度的曲带。具有一定宽度的曲带。大豆的反射大豆的反射特性曲线特性曲线 应用应用地物波谱特征需要注意的问题地物波谱特征需要注意的问题地物存在地物存在“同物异谱同物异谱”和和“异物同谱异物同谱

13、”现象。现象。“同物异谱同物异谱”是指同一类型的地物，具有不同是指同一类型的地物，具有不同的波谱特征；的波谱特征；“异物同谱异物同谱”是指不同类型的地物具有相同的是指不同类型的地物具有相同的波谱特征。波谱特征。地物反射波谱特性的测量地物反射波谱特性的测量地物波谱复杂性地物波谱复杂性-遥感数据的不确定性遥感数据的不确定性w 地物波谱地物波谱特性的特点和影响的因素，决定了地特性的特点和影响的因素，决定了地物波谱特性的复杂性，遥感传感器所获取的数物波谱特性的复杂性，遥感传感器所获取的数据的不确定性。据的不确定性。在进行遥感图象解译在进行遥感图象解译的的时候，要充分认识地物波时候，要充分认识地物波谱特

14、性的复杂性，减少外界因素的影响；谱特性的复杂性，减少外界因素的影响；为提高定量遥感精为提高定量遥感精度，度，需要通过大量的地面样本需要通过大量的地面样本分析建立先验知识，确定遥感模型的约束条分析建立先验知识，确定遥感模型的约束条件。件。地物反射波谱特性的测量地物反射波谱特性的测量目的目的w 是选择遥选择遥感波谱段、验证和设计遥感传感器感波谱段、验证和设计遥感传感器的依据；的依据；w 可以为遥感数据为遥感数据大气校正提供参考标准；大气校正提供参考标准；w 建立地建立地物的标准波谱数据，为计算机图像物的标准波谱数据，为计算机图像自动分类和分析提供光谱数据，为遥感图自动分类和分析提供光谱数据，为遥感图像的解译提供依据。像的解译提供依据。地物反射波谱特性的测量地物反射波谱特性的测量方法方法w 实验室测实验室测量量w 野外测野外测量量仪器仪器u分光光度计分光光度计u 光谱仪光谱仪课堂小结o掌握反射率的概念o掌握地物光谱反射特性的概念o了解地物光谱反射特性的用途-区分、识别不同地物。o掌握根据地物反射特性进行地物特征信息提取的原则。o了解同物异谱、同谱异物的概念