遙感物理地物波譜特征

1、 地物波譜特征波譜特征：物體反射、發(fā)射、透射和散射電磁波的本領(lǐng)隨入射波長(zhǎng)的改變而改變的特性，稱地物的波譜特征。波譜信息是一切其它遙感信息的基礎(chǔ)。一、電磁輻射產(chǎn)生的微觀機(jī)制簡(jiǎn)介二、地物的反射波譜特征三、幾種典型地物的波譜特征四、地物發(fā)射波譜一、電磁輻射產(chǎn)生的微觀機(jī)制簡(jiǎn)介 光的吸收與發(fā)射：電子、原子核、分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)都有能級(jí)，當(dāng)入射光子能量與這些能級(jí)的某兩級(jí)的能量差相當(dāng)時(shí)，就會(huì)被吸收，且發(fā)出相應(yīng)的能及躍遷；而由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，就會(huì)發(fā)射電磁輻射。其頻率由兩級(jí)的能量差決定。所以不同的能級(jí)躍遷的就會(huì)產(chǎn)生不同譜段的電磁輻射。任何物體任何時(shí)候所發(fā)射的都是一系列波長(zhǎng)的電磁波。微觀機(jī)制2、反射：物體內(nèi)部

2、粒子吸收光子后，由基態(tài)躍遷為激發(fā)態(tài)，通常粒子的這種激發(fā)態(tài)極短，約10-8秒，之后隨發(fā)射與吸收光子頻率相同的光子后，粒子又復(fù)原來(lái)的能量狀態(tài)，溫度并無(wú)變化，這個(gè)過(guò)程就是反射，即反射：吸收光子 高能級(jí)躍遷快速低能級(jí)躍遷 放出光子微觀機(jī)制吸收：吸收光子 高能級(jí)躍遷熱能 ( + 化學(xué)能 + 生物能 )3、熒光效應(yīng)某些物質(zhì)中的粒子（電子）吸收光子進(jìn)入激發(fā)態(tài)后，可以級(jí)聯(lián)方式躍遷回基態(tài)，因而可以吸收某一波長(zhǎng)的能量，再發(fā)出另一不同波的光子。這就是熒光效應(yīng)。如：熒石、紅寶石1.概念2.決定反射波譜的基本因素3.地物表面構(gòu)造對(duì)反射的影響4.地物反射波譜的測(cè)量二、地物的反射波譜特征電磁輻射射到物體上有三個(gè)分量：反射、

3、吸收和透射，各分量大小取決于物體性質(zhì)。反射率：透射率：吸收率：自然界中，大部分物體是不透明的，即，則有：所以高反射率的物體是弱發(fā)射體，同時(shí)也說(shuō)明對(duì)絕大部分地物，只要測(cè)定其反射率就可以推算其發(fā)射率。1.概念反射波譜：某物體的反射率（或反射輻射）隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律，用一曲線來(lái)表示，此曲線即稱為該物體的反射波譜.物體的反射波譜限于紫外、可見(jiàn)光和近紅外波段。概念2.決定反射波譜的基本因素物體的組成成份結(jié)構(gòu)表面狀態(tài)所處環(huán)境在漫反射情況下，物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)是影響反射光譜的主要因素。地物表面構(gòu)造對(duì)反射的影響電磁波從較稀疏的空氣介質(zhì)進(jìn)入到較緊密的物體介質(zhì)的界面上時(shí)，將產(chǎn)生反射。依照界面的平滑程度不同，發(fā)生鏡面反射

4、，漫反射和混合反射，而界面的平滑程度是相對(duì)的，由入射電磁波的波長(zhǎng)與界面起伏高度之比來(lái)確定。地物表面構(gòu)造對(duì)反射的影響.鏡面反射：界面起伏高度相對(duì)入射電磁波波長(zhǎng)而很小時(shí)產(chǎn)生，反射的電磁波具有方向性，即反射角=入射角。其相位相干并有偏振現(xiàn)象。.漫反射：界面起伏高度相對(duì)入射波波長(zhǎng)而言較大（即界面很粗糙）時(shí)發(fā)生，電磁波被向各方面均勻反射出去，各方向上反射的亮度值是一樣的，相位不相干，也無(wú)偏振現(xiàn)象，這樣的界面叫朗伯面。.混合反射：界面起伏界于上述兩種情況之間，即界面起伏高度相對(duì)波長(zhǎng)具有中等粗糙度；將入射電磁波向各方向反射出去，但不同方向亮度值不同，一般在入射方向及其附近輻射亮度較強(qiáng)，其它方向較弱。3.地物

5、表面構(gòu)造對(duì)反射的影響不同界面可產(chǎn)生不同反射，同一界面對(duì)不同波長(zhǎng)的入射電磁波也可能產(chǎn)生不同的反射。例如平坦的沙地表面，對(duì)可見(jiàn)光將產(chǎn)生漫反射，而對(duì)微波則可能產(chǎn)生鏡面反射。在實(shí)際遙感當(dāng)中，以混合反射最為常見(jiàn)。 鏡面反射 漫反射混合反射4.朗伯地物反射波譜的測(cè)量假設(shè)：地物為朗伯體方法： 采用0.32.5的光輻射計(jì)來(lái)測(cè)量，測(cè)定的方法是將地物與已知反射率的白板（標(biāo)準(zhǔn)板）相比較，求出地物反射率R式中：L測(cè)得地物反射輻亮度；R0 白板反射率（已知) ； L0 測(cè)得白板反射輻亮度；朗伯地物反射波譜的測(cè)量方式：室內(nèi)測(cè)量：將樣品拿到實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，結(jié)果精度高，但不反映實(shí)際狀態(tài)。野外測(cè)量：將儀器拿到實(shí)地測(cè)量，結(jié)果較反映地

6、物自然狀態(tài)的波譜特征。三、幾種典型地物的波譜特征水體的波譜特征(清潔的深水)植被的波譜特征土壤的波譜特征水體的波譜特征(清潔的深水)反射率在各波段內(nèi)都低（一般在3%左右），在可見(jiàn)光部分為4-5%，在0.6處降至2-3%，到0.75以后的近紅外波段，水成了全吸收體。水體反射光譜曲線植被的波譜特征1）不同種類(lèi)的植物均具有相似的反射波譜曲線2）可見(jiàn)光區(qū)域，由于葉綠素的強(qiáng)烈吸收，植物的反射、透射率均低，僅在0.55附近有一10-20%的反射峰而呈綠色。3）近紅外區(qū)域，在0.71.3之間形成50-60%的強(qiáng)反射峰，由于不同種植物的葉內(nèi)細(xì)胞結(jié)構(gòu)差異大，不同種植物的反射率在該波段具有最大的差值，故是區(qū)分植物

7、種類(lèi)的最低波段。4）1.45、1.95、2.7為中心的三個(gè)吸收帶為水吸收帶，高斯曼發(fā)現(xiàn)，這三個(gè)吸收帶之間的兩個(gè)反射峰（1.65及2.2）上，各值與非多汁植物反射率差別非常明顯。植物反射光譜曲線植被的波譜特征植被的反射率土壤的波譜特征反射率：與土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、氧化含量和含水量及鹽份等因素有關(guān)；粉砂砂土腐質(zhì)土。反射光譜曲線由可見(jiàn)光到紅外呈舒緩向上的緩傾延伸土壤反射光譜曲線土壤的反射率四、地物的發(fā)射波譜發(fā)射率：地物光譜輻射率與黑體光譜輻射率之比發(fā)射波譜： 物體輻射發(fā)射率隨波長(zhǎng)而變化的曲線即發(fā)射波譜亮溫：如黑體的輻射發(fā)射量與某溫度條件下的物體的輻射發(fā)射量相同，該黑體的溫度即為該物體的亮溫 TBT TB 物體亮溫，物體發(fā)射率，T物體溫度因0 1，因此，地物的亮溫總是小于其實(shí)際溫度。地物波譜是時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng)。時(shí)間效應(yīng)：指同一地物的波譜特征隨時(shí)間的推移而產(chǎn)生一定的變化空間效應(yīng)：由于空間（地理）位置不同而導(dǎo)致同類(lèi)地物之間波譜特征的變化。當(dāng)然，對(duì)于同一類(lèi)地物，特別是狀態(tài)穩(wěn)定