現(xiàn)代遙感導論22

1、第二章 遙感電磁輻射基礎本章提要本章提要()()1 電磁波譜2 輻射基本定律3 太陽輻射4 太陽輻射與大氣的相互作用5 太陽輻射與地面的相互作用6 三種遙感模式 本章主要介紹遙感的物理基礎，包括地物的電磁波特性、輻射基本定律、太陽輻射、大氣和地面與太陽輻射的相互作用、大氣窗口的概念、地物反射太陽光譜的特性、三種遙感模型等。1 電磁波譜電磁波 交互變化的電磁場在空間的傳播描述電磁波特性的指標 波長、頻率、振幅、位相等電磁波的特性 電磁波是橫波，傳播速度為3108 m/s， 不需要媒質也能傳播，與物質發(fā)生作用時 會有反射、吸收、透射、散射等，并遵循 同一規(guī)律。電磁波傳播示意圖幾個重要性質n干涉n衍

2、射n偏振干涉n凡是單色波都是相干波。 n微波遙感中的雷達也是應用了干涉原理成像的,其影像上會出現(xiàn)顆粒狀或斑點狀的特征，這是一般非相干的可見光影像所沒有的，對微波遙感的判讀意義重大。nINSAR利用干涉原理成像。 衍射n光通過有限大小的障礙物時偏離直線路徑的現(xiàn)象稱為光的衍射。 n研究電磁波的衍射現(xiàn)象對設計遙感傳感器和提高遙感圖像的幾何分辨率具有重要意義。偏振n橫波在垂直于波的傳播方向上，其振動矢量偏于某些方向的現(xiàn)象。n偏振在微波技術中稱為“極化”，一般有四種極化方式。n遙感技術中的偏振攝影和雷達成像就利用了電磁波的偏振這一特性。 電磁波譜電磁波譜 按電磁波波長的長短，依次排列制成的圖按電磁波波長

3、的長短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。表叫電磁波譜。 依次為： r r射線射線x x射線射線紫外線紫外線可見光可見光紅外紅外線線微波微波無線電波。無線電波。 電磁波譜示圖電磁波譜示圖電磁波譜n遙感信息獲取，一般指收集、探測、記錄地物的電磁波特征，即地物的發(fā)射、輻射或反射電磁波特性。由于電磁波傳播的是能量，實際上也是記錄輻射能量的過程。n電磁波具有不同的頻率和波長，因而具有不同的特性。Gamma? 射線X 射線紫外線可見光可見光紅外線微 波無線波紫藍綠黃紅頻率波長各電磁波段主要特性紫外線：紫外線：波長范圍為0.010.38m，太陽光譜中，只有0.30.38m波長的光到達地面，對油污染敏感，但探測

4、高度在2000 m以下?？梢姽猓嚎梢姽猓翰ㄩL范圍：0.380.76m，人眼對可見光有敏銳的感覺，是遙感技術應用中的重要波段。紅外線紅外線：波長范圍為0.761000m，根據(jù)性質分為近紅外、中紅外、遠紅外和超遠紅外。微波：微波：波長范圍為1 mm1 m，穿透性好，不受云霧的影響。無線電波：無線電波：波長范圍10-3 104m之間，主要用于廣播、通信等方面。紅外線的劃分近紅外：近紅外：0.763.0m，與可見光相似。中紅外：中紅外：3.06.0m，地面常溫下的輻射波長，有熱感，又叫熱紅外。遠紅外：遠紅外：6.015.0m，地面常溫下的輻射波長，有熱感，又叫熱紅外。超遠紅外超遠紅外：15.01000

5、m，多被大氣吸收，遙感探測器一般無法探測。遙感應用的光譜范圍n電磁波譜的范圍非常寬，從波長最短的射線到最長的無線電波，波長之比高達10的22次方n遙感采用的電磁波段可以從紫外線一直到微波波段n遙感就是根據(jù)感興趣的地物的波譜特性，選擇相應的電磁波段，通過傳感器探測不同的電磁波譜的發(fā)射或反射能量而成像的。電磁輻射的度量 輻射能量Q：物體以電磁波形式向外傳輸?shù)哪芰浚瑔挝皇荍/cal。 輻射通量：輻射功率，單位時間內，通過某一表面的輻射能量，單位是W，即J/s。 輻射出射度M：輻射通量密度，面輻射源在單位時間內，從單位面積上輻射出的輻射能量，單位是 W/m2。 輻射照度E：輻照度，面輻射源在單位時間內

6、，從單位面積上接收的輻射能量，單位是W/m2。 輻射強度I：點輻射源在單位立體角、單位時間內，向某一方向發(fā)出的輻射能量，單位是W/sr。 輻射亮度L：面輻射源在單位立體角、單位時間內，法向面積上輻射出的輻射能量，單位是W/(m2*sr)。 光譜輻射通量：單位波長間隔內的輻射通量。2 輻射基本定律n黑體輻射n普朗克輻射(Planck)定律n斯特潘-玻耳茲曼(Stefan-Boltzmann) 定律 n基爾霍夫（Kirchho)輻射定律n維恩(Wien)位移定律黑體輻射n黑體是絕對黑體的簡稱，指在任何溫度下，對各種波長的電磁輻射的吸收系數(shù)恒等于1（100%）的物體。黑體的熱輻射稱為黑體輻射。 黑體

7、模型普朗克輻射(Planck)定律n普朗克定義了一個常數(shù)(h)，給出了黑體輻射的能量（Q）與頻率（）之間的關系： Q=h nh普朗克常數(shù)，6.62610-34 焦秒（JS）斯特潘-玻耳茲曼(Stefan-Boltzmann) 定律n對普朗克定律在全波段內積分，得到斯特潘玻爾茲曼定律。輻射通量密度隨溫度增加而迅速增加，輻射通量密度隨溫度增加而迅速增加，與溫度的與溫度的4次方成正比。次方成正比。TbW4: 斯特潘玻爾茲曼常數(shù)，5.66970.00297）108 W/(m2 K4 )紅外裝置測試溫度的理論根據(jù)。基爾霍夫（Kirchho)輻射定律n給定溫度下，任何地物的輻射通量密度W與吸收率之比是常數(shù)

8、，即等于同溫度下黑體的輻射通量密度。),(),(),(TMTMTb發(fā)射率等于吸收率。好的吸收體也是好的發(fā)射體，如果不吸收某些波長的電磁波，也不發(fā)射該波長的電磁波。維恩(Wien)位移定律n黑體輻射的峰值波長max與絕對溫度T的乘積是常量 ，即：bT maxb : 常數(shù)，2897.80.4 m K黑體溫度增加時，其輻射曲線的峰值波長向短波方向移動。 分光譜輻射通量密度w（瓦/厘米2微米）00.20.40.60.824681012900k800k700k600k500k波長（m）3 太陽輻射n在大氣上界測得的太陽輻射光譜曲線為平滑的連續(xù)的光譜曲線，它近似于6000K的黑體輻射曲線。 太陽輻射光譜及

9、大氣的作用 太陽輻射能量分布波長/m波段名稱能量比例/%小于103X、射線0.021030.2遠紫外0.200.31中紫外1.950.310.38近紫外5.320.380.76可見光43.500.761.5近紅外36.801.55.6中紅外12.005.61000遠紅外0.41大于1000微波太陽光譜曲線太陽光譜曲線n太陽光譜相當于6000 K的黑體輻射；n太陽輻射的能量主要集中在可見光，其中0.38 0.76 m的可見光能量占太陽輻射總能量的46%，最大輻射強度位于波長0.47 m左右；n到達地面的太陽輻射主要集中在0.3 3.0 m波段，包括近紫外、可見光、近紅外和中紅外；n經(jīng)過大氣層的太

10、陽輻射有很大的衰減；n各波段的衰減是不均衡的。4 太陽輻射與大氣的相互作用n大氣概況n大氣的吸收作用n大氣的散射作用n大氣窗口n大氣校正大氣結構從地面到大氣上界，大氣的結構分層為：從地面到大氣上界，大氣的結構分層為：對流層：高度在712 km,溫度隨高度而降低，天氣變化頻繁，航空遙感主要在該層內。平流層：高度在1250 km，底部為同溫層（航空遙感活動層），同溫層以上，溫度由于臭氧層對紫外線的強吸收而逐漸升高。電離層：高度在501 000 km，大氣中的O2、N2受紫外線照射而電離，對遙感波段是透明的，是陸地衛(wèi)星活動空間。大氣外層：80035 000 km ,空氣極稀薄，對衛(wèi)星基本上沒有影響。

11、大氣成分n大氣主要由氣體分子、懸浮的微粒、水蒸氣、水滴等組成。氣體：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3懸浮微粒：塵埃大氣的吸收作用大氣的吸收作用：大氣的吸收作用：大氣中的各種成分對太陽輻射有選擇性吸收，形成太陽輻射的大氣吸收帶。O2吸收帶0.2m，0.155m最強O3吸收帶0.20.36m，0.6mH2O吸收帶0.50.9m , 0.952.85m，6.25mCO2吸收帶1.352.85m, 2.7m,4.3m,14.5m塵埃吸收量很小大氣的散射作用n不同于吸收作用，只改變傳播方向，不能轉變?yōu)閮饶?。n大氣的散射是太陽輻射衰減的主要原因。n對遙感圖像來說，降低了傳感器接收數(shù)據(jù)的質量，

12、造成圖像模糊不清。n散射主要發(fā)生在可見光區(qū)。n大氣發(fā)生的散射主要有三種： 瑞利散射：d 大氣窗口n概念：概念：由于大氣層的反射、散射和吸收作用，使得由于大氣層的反射、散射和吸收作用，使得太陽輻射的各波段受到衰減的作用輕重不同，因而太陽輻射的各波段受到衰減的作用輕重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我們就把受到大氣衰各波段的透射率也各不相同。我們就把受到大氣衰減作用較輕、透射率較高的波段叫減作用較輕、透射率較高的波段叫大氣窗口。n透射率%近紅外可見光主要大氣窗口與遙感應用 大氣窗口波段透射率/%應用舉例紫外可見光近紅外031.3m大于90TM1-4、SPOT的HRV近紅外1.51.8m80TM

13、5近中紅外2.03.5m80TM7中紅外3.55.5mNOAA的AVHRR遠紅外（熱紅外）814m6070TM6微波0.82.5cm100Radarsat大氣校正n概念：概念：為消除由大氣的吸收、散射等引起失真的輻射校正，稱作大氣校正。 n大氣對遙感圖像的影響與波長、時間、地點、大氣條件、大氣厚度、太陽高度角等因素有關。n按照校正的過程，可以分為間接大氣校正方法和直接大氣校正方法。直接大氣校正是指根據(jù)大氣狀況對遙感圖像測量值進行調整，以消除大氣影響。間接大氣校正指對一些遙感常用函數(shù)，如NDVI 進行重新定義，形成新的函數(shù)形式，以減少對大氣的依賴。5 太陽輻射與地面的相互作用n反射作用n反射率的

14、概念n反射光譜曲線n常見地物的光譜曲線n吸收作用n透射作用反射作用鏡面反射 漫反射實際地面反射反射率的概念n地物在不同波段的反射率是不同的。n反射率是可以測定的。n反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關。n地物的反射光譜曲線：反射率隨波長變化的曲線。反射光譜曲線n地物反射率隨波長是變化的，我們以波長作為橫坐標，反射率作為縱坐標，將地物反射率隨波長的變化繪制成曲線，即地物的反射率隨波長變化的曲線，叫地物的反射光譜曲線反射光譜曲線。不同地物的該曲線是不同的。 不同地物反射波譜曲線分析 常見地物的光譜曲線n植物光譜曲線n水體光譜曲線n土壤光譜曲線n巖石光譜曲線吸收作用n太陽輻射到達地面，一部分

15、能量被地物吸收并且轉換成熱能，使地表具有一定溫度再發(fā)射，被稱為“熱輻射”。n發(fā)射率是地物的輻射能量與相同溫度下黑體輻射能量之比，又叫比輻射率。n溫度一定時，地物的發(fā)射率隨波長變化的曲線，叫地物的發(fā)射光譜曲線。n地表的輻射溫度，也叫亮度溫度或表征溫度，是指能輻射出與觀測地物相等輻射能量的黑體溫度。 back物質典型平均比輻射率814m物質典型平均比輻射率814m清水0.980.99干礦物質土0.920.94濕雪0.980.99水泥混凝土0.920.94人的皮膚0.970.99油漆0.900.96粗冰0.970.98干植被0.880.94健康綠色植被0.960.99干雪0.850.90濕土0.95

16、0.98花崗巖0.830.87瀝青混凝土0.940.97玻璃0.770.81磚0.930.94粗鐵片0.630.70木0.930.94光滑金屬0.160.21玄武巖0.920.96鋁箔0.030.07亮金0.020.03 常見地物的發(fā)射率（趙英時，2003） back 各類巖漿巖的發(fā)射率（梅安新等，2001） back透射作用n太陽輻射到達地面時，能穿透地面一定深度，這種現(xiàn)象叫透射。 n自然界絕大多數(shù)地物對可見光沒有透射能力。 n紅外線只對具有半導體特性的地物，才有一定的透射能力。 n微波對地物具有明顯的透射能力，其透射深度由入射微波的波長決定。 n水體對可見光波段的電磁波透射能力較強 。 6

17、 三種遙感模式依據(jù)傳感器探測能量的波長和研究需要，一般有三種基本的遙感模式： n可見光/近紅外遙感 n熱紅外遙感n主動遙感傳感器記錄地球表面反射太陽輻射的能量，此類遙感主要集中在可見光和近紅外波段 傳感器記錄地表自身所發(fā)射的輻射能量，此類遙感主要集中在熱紅外波段 傳感器自身發(fā)射出能量，然后探測并記錄地表對該能量的反射 1.1.1 電磁波n麥克斯韋電磁場理論麥克斯韋電磁場理論n電磁波是一種橫波電磁波是一種橫波幾個重要性質n單色波可以用波函數(shù)來描述，是一個時空周期性函數(shù)，振幅、相位、波長 一般成像：記錄振幅 全息成像：記錄振幅和相位n干涉n衍射n偏振干涉n凡是單色波都是相干波。 n微波遙感中的雷達

18、也是應用了干涉原理成像的,其影像上會出現(xiàn)顆粒狀或斑點狀的特征，這是一般非相干的可見光影像所沒有的，對微波遙感的判讀意義重大。nINSAR利用干涉原理成像。 衍射n光通過有限大小的障礙物時偏離直線路徑的現(xiàn)象稱為光的衍射。 n研究電磁波的衍射現(xiàn)象對設計遙感傳感器和提高遙感圖像的幾何分辨率具有重要意義。偏振n橫波在垂直于波的傳播方向上，其振動矢量偏于某些方向的現(xiàn)象。n偏振在微波技術中稱為“極化”，一般有四種極化方式。n遙感技術中的偏振攝影和雷達成像就利用了電磁波的偏振這一特性。 1.1.2 電磁波波譜n遙感信息獲取，一般指收集、探測、記錄地物的電磁波特征，即地物的發(fā)射、輻射或反射電磁波特性。由于電磁

19、波傳播的是能量，實際上也是記錄輻射能量的過程。n電磁波具有不同的頻率和波長，因而具有不同的特性。Gamma? 射線X 射線紫外線可見光可見光紅外線微 波無線波紫藍綠黃紅頻率波長遙感應用的光譜范圍名稱名稱波長范圍波長范圍紫外線紫外線0.0010.4m紫紫 0.380.43m可見光可見光0.40.7m藍藍 0.430.47m紅紅外外線線近紅外近紅外0.763.0m青青 0.470.50m中紅外中紅外36m綠綠 0.500.56m遠紅外遠紅外615m黃黃 0.560.60m超遠紅外超遠紅外151000m橙橙 0.600.63m微微波波毫米波毫米波110mm紅紅 0.630.76m厘米波厘米波110c

20、m分米波分米波10cm1m遙感應用的光譜范圍n電磁波譜的范圍非常寬，從波長最短的射線到最長的無線電波，波長之比高達10的22次方n遙感采用的電磁波段可以從紫外線一直到微波波段n遙感就是根據(jù)感興趣的地物的波譜特性，選擇相應的電磁波段，通過傳感器探測不同的電磁波譜的發(fā)射或反射能量而成像的。1.2 物體的發(fā)射輻射黑體輻射太陽輻射大氣對輻射的影響一般物體的發(fā)射輻射 1.2.1 黑體輻射n1860年基爾霍夫：好的吸收體也是好的輻射體n絕對黑體任何波長的電磁輻射全部吸收n一個不透明的物體，對入射到它上面的電磁波只有光譜吸收率(,T)和光譜反射率(,T)，二者之和恒等于1。n絕對黑體： (,T)=1， (,

21、T)=0n絕對白體： (,T)=0， (,T)=1普朗克定律n1900年普朗克用量子理論推導出普朗克定律n黑體輻射通量密度與溫度、波長的關系滿足普朗克定律：W() 分譜輻射通量密度，單位W（cm2m）； 波長，單位是m； h 普朗克常數(shù)(6.625610-34Js)； c 光速(31010cm/s)； k 玻耳茲曼常數(shù)(1.3810-23JK)； T 絕對溫度，單位是K。黑體輻射特性（1）n與曲線下的面積成正比的總輻射通量密度W是隨溫度T的增加而迅速增加?？傒椛渫棵芏萕可在從零到無窮大的波長范圍內。n對普朗克公式進行積分，可得到從1cm2面積的黑體輻射到半球空間里的總輻射通量密度的表達式為：

22、 為斯忒藩玻耳茲曼常數(shù)，T為絕對黑體的絕對溫度（K）。443245152TThckW從上式可以看出：絕對黑體表面上，單位面積發(fā)出的總輻射能與絕對溫度的四次方成正比，稱為斯忒藩玻耳茲曼公式。對于一般物體來講，傳感器檢測到它的輻射能后就可以用此公式概略推算出物體的總輻射能量或絕對溫度（T）。熱紅外遙感就是利用這一原理探測和識別目標物的。黑體輻射特性（2）n分譜輻射能量密度的峰值波長隨溫度的增加向短波方向移動?？晌⒎制绽士斯剑⑶髽O值。稱維恩位移定律。它表明：黑體的絕對溫度增高時，它的最大輻射本領向短波方向位移。若知道了某物體溫度，就可以推算出它所輻射的波段。在遙感技術上，常用這種方法選擇遙感器和

23、確定對目標物進行熱紅外遙感的最佳波段。 黑體輻射特性（3）n每根曲線彼此不相交，故溫度T越高所有波長上的波譜輻射通量密度也越大。n在波長大于1mm的微波波段，hv99）來源于太陽n 太陽輻射: 5% 紫外線45% 可見光50% 紅外線輻射源n自然輻射源：自然輻射源：太陽輻射：是可見光和近紅外的主要輻射源；常用5900K的黑體輻射來模擬。大氣層對太陽輻射的吸收、反射和散射。地球的電磁輻射：近似300K的黑體輻射。小于3m的波長主要是太陽輻射的能量；大于6m的波長主要是地物本身的熱輻射；3-6m之間，太陽和地球的熱輻射都要考慮。n人工輻射源：人工輻射源：微波輻射源：0.8-30cm激光輻射源：激光

24、雷達(測定衛(wèi)星的位置、高度、速度、測量地形等)。太陽輻射照度分布曲線n太陽常數(shù)：指不受大氣影響，在距離太陽一個天文單位內，垂直于太陽光輻射的方向上，單位面積單位時間黑體所接收的太陽輻射能量：I=135.3 mW/m2n太陽輻射的光譜是連續(xù)的，它的輻射特性與絕對黑體的輻射特性基本一致。 被動遙感主要利用可見光、紅外等穩(wěn)定輻射，因而太陽的活動對遙感的影響沒有太大影響可以忽略。 太陽輻射的特點n太陽光譜是連續(xù)的。n輻射特性與黑體基本一致。n紫外到中紅外波段區(qū)間能量集中、穩(wěn)定。n主要利用可見光、紅外波段等穩(wěn)定輻射。n海平面處的太陽輻射照度分布曲線與大氣層外的曲線有很大不同，這主要是地球大氣層對太陽輻射

25、的吸收和散射造成的。1.2.3 大氣對輻射的影響(1)大氣的垂直分布(2)大氣對太陽輻射的吸收n在紫外、紅外與微波區(qū)，電磁波衰減的主要原因是大氣吸收n主要成分：氧氣、臭氧、水、二氧化碳n大氣吸收的影響主要是造成遙感影像暗淡。n大氣對紫外線有很強的吸收作用，因此，現(xiàn)階段中很少使用紫外線波段。(2)大氣對太陽輻射的散射n在可見光波段范圍內，大氣分子吸收的影響很小，主要是散射引起的衰減。n太陽輻照到地面又反射到傳感器的過程中，二次通過大氣，傳感器所接收到的能量除了反射光還增加了散射光。這二次影響增加了信號中的噪聲部分，造成遙感影像質量的下降。 n散射的方式隨電磁波波長與大氣分子直徑、氣溶膠微粒大小之

26、間的相對關系而變, 主要有米氏(Mie)散射、均勻散射、瑞利（Rayleigh）散射等。 氣溶膠n氣溶膠粒子是指懸浮在大氣中的直徑千分之一微米到一百微米的固體、液體位子。n大氣中的氣溶膠粒子的自然來源主要是海洋、土壤和生物園以及火山等。n氣溶膠大多集中在底層大氣0-4km范圍內。n由于地球重力作用，氣溶膠顆粒密度隨高度呈指數(shù)衰減，氣溶膠顆粒尺度與可見光波長相當，故它對光的散射作用屬于米氏散射。氣溶膠圖散射類型n介質中不均勻顆粒的直徑a與入射波長同數(shù)量級時，發(fā)生米氏散射 n介質中不均勻顆粒的直徑a入射波長時，發(fā)生均勻散射 n介質中不均勻顆粒的直徑a小于入射波長的十分之一時，發(fā)生瑞利散射散射強度與

27、波長的關系42sin2sEI藍光散射較強紅光散射較弱 (2)大氣對太陽輻射的反射n由于大氣中有云層，當電磁波到達云層時，就象到達其他物體界面一樣，不可避免的要產(chǎn)生反射現(xiàn)象，這種反射同樣滿足反射定律。n各波段受到不同程度的影響，削弱了電磁波到達地面的程度。因此應盡量選擇無云的天氣接收遙感信號。四川省江油市四川省江油市(3)大氣窗口n太陽輻射在到達地面之前穿過大氣層，大氣折射只是改變太陽輻射的方向，并不改變輻射的強度。但是大氣反射、吸收和散射的共同影響卻衰減了輻射強度，剩余部分才為透射部分。n不同電磁波段通過大氣后衰減的程度是不一樣的，因而遙感所能夠使用的電磁波是有限的。有些大氣中電磁波透過率很小

28、，甚至完全無法透過電磁波。這些區(qū)域就難于或不能被遙感所使用，稱為“大氣屏障”；n反之，有些波段的電磁輻射通過大氣后衰減較小，透過率較高，對遙感十分有利，這些波段通常稱為“大氣窗口”。n研究和選擇有利的大氣窗口、最大限度地接收有用信息是遙感技術的重要課題之一。 可以用作遙感的大氣窗口 n0.30 1.15m大氣窗口：這個窗口包括全部可見光波段、部分紫外波段和部分近紅外波段，是遙感技術應用最主要的窗口之一。 n1.32.5m大氣窗口：屬于近紅外波段。n3.55.0m大氣窗口：屬于中紅外波段。n814m熱紅外窗口：熱紅外窗口，透射率為80%左右，屬于地物的發(fā)射波譜。 n1.0mm1m微波窗口。 (4

29、)輻射傳輸方程n傳感器從高空探測地面物體時，所接收到的電磁波能量包括：太陽經(jīng)大氣衰減后照射地面，經(jīng)地物反射后，又經(jīng)大氣第二次衰減進入傳感器的能量 地面物體本身輻射的能量經(jīng)大氣后進入傳感器 大氣散射和輻射的能量等 (4)輻射傳輸方程n電磁波輻射與大氣相互作用的復雜性，從遙感應用角度需要簡化n假設1：忽略大氣折射、湍流和偏振n假設2：天空為均勻朗伯體，各向同性輻射；地表為均質朗伯體，各向同性反射。(4)輻射傳輸方程 dgdVdgdVgsLLLEELLLsecexpsecexpcossecexp220傳感器入瞳輻射亮度地面輻射亮度向上大氣光譜輻射亮度地表反射率大氣層外太陽輻射照度太陽天頂角光學厚度（

30、介質厚度和折射率的乘積 ）大氣向地面散射輻射照度傳感器觀測角大氣透過率1.2.4 一般物體的發(fā)射輻射n自然界中實際物體的發(fā)射和吸收的輻射量都比相同條件下絕對黑體的要低。n不僅依賴于波長和溫度，還與構成物體的材料、表面狀況等因素有關。n我們用發(fā)射率來表示它們之間的關系：= W/ W。發(fā)射率就是實際物體與同溫度的黑體在相同條件下輻射功率之比。 發(fā)射率n按照發(fā)射率與波長的關系，把地物分為：黑體或絕對黑體：發(fā)射率為1，常數(shù)?；殷w：發(fā)射率小于1，常數(shù)。選擇性輻射體：反射率小于1，且隨波長而變化。理想反射體：反射率等于0。n影響地物發(fā)射率的因素：地物的性質、表面狀況、溫度（比熱、熱慣量）：比熱大、熱慣量大

31、，以及具有保溫作用的地物一般發(fā)射率大，反之發(fā)射率就小。主要地物發(fā)射率等效黑體溫度n實際測定物體的光譜輻射通量密度曲線并不像描繪的黑體光譜輻射通量密度曲線那么光滑 n常常用一個最接近灰體輻射曲線的黑體輻射曲線作為參照，這時的黑體輻射溫度稱為等效黑體輻射溫度（或稱等效輻射溫度） 4TWWTT4等效基爾霍夫定律n在任一給定溫度下，輻射通量密度與吸收率之比對任何材料都是一個常數(shù)，并等于該溫度下黑體的輻射通量密度。 WW4TW4TW任何材料的發(fā)射率等于其吸收率 基爾霍夫定律n根據(jù)能量守恒定理，入射在地表面的輻射功率等于吸收功率、透射功率和反射功率三個分量之和。n對于不透射電磁波的物體 EEEE1011.

32、3 地物的反射輻射地物的反射類別地物的反射類別光譜反射率以及地物的反射光譜特性光譜反射率以及地物的反射光譜特性影響地物光譜反射率變化的因素影響地物光譜反射率變化的因素 1.3.1 地物的反射類型n鏡面反射：是指物體的反射滿足反射定律。當發(fā)生鏡面反射時，對于不透明物體，其反射能量等于入射能量減去物體吸收的能量。自然界中真正的鏡面很少，非常平靜的水面可以近似認為是鏡面。 n漫反射：如果入射電磁波波長不變，表面粗糙度h逐漸增加，直到h與同數(shù)量級，這時整個表面均勻反射入射電磁波，入射到此表面的電磁輻射按照朗伯余弦定律反射。 n方向反射：實際地物表面由于地形起伏，在某個方向上反射最強烈，這種現(xiàn)象稱為方向

33、反射。是鏡面反射和漫反射的結合。它發(fā)生在地物粗糙度繼續(xù)增大的情況下，這種反射沒有規(guī)律可尋。 n從空間對地面觀察時，對于平面地區(qū)，并且地面物體均勻分布，可以看成漫反射；對于地形起伏和地面結構復雜的地區(qū)，為方向反射。 1.3.2光譜反射率以及地物反射光譜特性 n反射率是物體的反射輻射通量與入射輻射通量之比，這個反射率是在理想漫反射體的情況下，整個電磁波長的反射率EEEEn實際上由于物體固有的結構特點，物體對于不同波長的電磁波會有選擇的反射。n光譜反射率：是物體在特定波長上的反射輻射通量與入射輻射通量之比。EE綠紅紫外 紅外反射波譜n反射波譜是某物體的反射率（或反射輻射能）隨波長變化的規(guī)律，以波長為

34、橫坐標，反射率為縱坐標所得的曲線即稱為該物體的反射波譜特性曲線。 n物體的反射波譜限于紫外、可見光和近紅外，尤其是后兩個波段。反射波譜n正因為不同地物在不同波段有不同的反射率這一特性，物體的反射波譜特性曲線才作為判讀和分類的物理基礎，廣泛地應用于遙感影像的分析和評價中。 01020304050607002468101214波長（um）反射率光滑紅瓦煤灰風化紅瓦瀝青石子混凝土銅白色橡膠覆蓋鋼水體植被土壤建筑地物的反射輻射典型地物的反射波譜特性曲線植被的反射波譜特性曲線植被的反射波譜特性曲線紅外波段綠波段植被的反射波譜特性曲線n植被的光譜反射特性藍、紅波段為吸收帶綠波段為弱反射帶近紅外波段有強反射帶,但含水量造成反射吸收水體的反射波譜特性曲線水體的反射波譜特性曲線紅外波段綠波段水體的反射波譜特性曲線n水體的光譜反射特性藍、綠波段為反射帶近、中紅外波段為完全吸收帶植被和水體的反射波譜特性曲線比較近紅外波段紅波段綠波段城市道路、建筑物的反射波譜特性曲線n在城市遙感影像中，通?？吹浇ㄖ锏捻敳俊⒉糠纸ㄖ锏膫让?、