遙感數(shù)字圖像處理_02遙感數(shù)字圖像的獲取和存儲

1、第2講課 題： 遙感數(shù)字圖像的獲取和存儲目的要求：了解遙感圖像的獲取過程、遙感的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢、遙感的物理基礎(chǔ)教學(xué)重點：遙感圖像的獲取過程教學(xué)難點：遙感的物理基礎(chǔ)教學(xué)課時：2課時教學(xué)方法：授課為主、鼓勵課堂交流本次課涉及的學(xué)術(shù)前沿：遙感技術(shù)的發(fā)展方向一一 什么是什么是遙感遙感 (REMOTE SENSING) 遙感即遙遠(yuǎn)感知，是在不直接接觸的情況下，遙感即遙遠(yuǎn)感知，是在不直接接觸的情況下，對目標(biāo)或自然現(xiàn)象遠(yuǎn)距離探測和感知的一種技術(shù)對目標(biāo)或自然現(xiàn)象遠(yuǎn)距離探測和感知的一種技術(shù) 1 遙感系統(tǒng)遙感系統(tǒng)：是一個從地面到空中乃至整個空間，是一個從地面到空中乃至整個空間，從信息收集、存儲、傳輸、處理到分析

2、、判讀、從信息收集、存儲、傳輸、處理到分析、判讀、應(yīng)用的技術(shù)體系，應(yīng)用的技術(shù)體系，主要包括遙感試驗、信息獲取主要包括遙感試驗、信息獲?。▊鞲衅?、遙感平臺）、信息傳輸、信息處理、（傳感器、遙感平臺）、信息傳輸、信息處理、信息應(yīng)用等信息應(yīng)用等5個部分。個部分。 2 遙感的過程遙感的過程 發(fā)射率發(fā)射率= W/ W 發(fā)射率發(fā)射率 為實際物體與同溫度的黑體在相同為實際物體與同溫度的黑體在相同條件下輻射功率之比條件下輻射功率之比 物體溫度的振幅取決于物體熱慣物體溫度的振幅取決于物體熱慣量量P,可以通過熱紅外影像、測量地可以通過熱紅外影像、測量地物物 的周日變化和輻射特性、借助的周日變化和輻射特性、借助熱模

3、型計算出來。熱模型計算出來。 應(yīng)用應(yīng)用: 用用MODIS影像白天和夜間影像灰度影像白天和夜間影像灰度- 熱慣量熱慣量P-裸露土壤含水量裸露土壤含水量-干旱干旱監(jiān)測監(jiān)測 熱紅外影像熱紅外影像-城市城市熱島熱島監(jiān)測監(jiān)測 NDVI=(NDVI=(熱紅外熱紅外-紅波段紅波段)/ ( (熱紅外熱紅外+紅波段紅波段) 植被植被檢測檢測 B:地物的反射輻射地物的反射輻射 物體的反射波譜限于物體的反射波譜限于紫外、可見光和近紫外、可見光和近紅外，紅外，尤其是后兩個波段。尤其是后兩個波段。 物體對入射輻射的選擇性作用受物體的物體對入射輻射的選擇性作用受物體的組成成分、結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)以及物體所處組成成分、結(jié)構(gòu)、表

4、面狀態(tài)以及物體所處環(huán)境環(huán)境的控制和影響。在漫反射的情況下，的控制和影響。在漫反射的情況下，組成成分和結(jié)構(gòu)是控制因素。組成成分和結(jié)構(gòu)是控制因素。 -同一地物的波譜特性相近同一地物的波譜特性相近 -不同地物的波譜特性相差很大不同地物的波譜特性相差很大 應(yīng)用應(yīng)用 : 利用地物的波譜特性利用地物的波譜特性 -波譜特性曲線波譜特性曲線- 地物分類識別地物分類識別大氣的影響 吸收 + 散射 + 反射通過大氣后衰減較小，透過率較高，對遙感十分有通過大氣后衰減較小，透過率較高，對遙感十分有利的電磁輻射利的電磁輻射 波段通常稱為波段通常稱為“大氣窗口大氣窗口”. 研究大氣對電磁波的影響 作用：作用： 確定大氣窗

5、口確定大氣窗口-波段選擇波段選擇( (用戶用戶) ) 感興趣目標(biāo)感興趣目標(biāo) 衛(wèi)星傳感器波段設(shè)計的依據(jù)衛(wèi)星傳感器波段設(shè)計的依據(jù) 不能透過的波段不能透過的波段-大氣研究大氣研究( (天氣預(yù)報天氣預(yù)報) 平臺及平臺及及傳感器及傳感器特點特點 三高三高(高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率) 5M以下以下 5-6nm,600波段波段 1-3d空間分辨率：指遙感圖像上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小目標(biāo)的尺寸或大小?？臻g分辨率：指遙感圖像上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小目標(biāo)的尺寸或大小。光譜分辨率：指傳感器記錄的電磁光譜中特定波長的范圍和數(shù)量，波長范圍越窄光譜分辨率：指傳感器記錄的電磁

6、光譜中特定波長的范圍和數(shù)量，波長范圍越窄 光譜分辨率越高，波段數(shù)越多光譜分辨率越高。光譜分辨率越高，波段數(shù)越多光譜分辨率越高。時間分辨率：對同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)探測時，相鄰兩次探測的時間間隔稱為時間分時間分辨率：對同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)探測時，相鄰兩次探測的時間間隔稱為時間分辨率。辨率。 三多三多(多平臺、多傳感器、多角度多平臺、多傳感器、多角度) (4) (4) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 A:遙感影像輻射處理遙感影像輻射處理 遙感圖像的輻射誤差主要包括：遙感圖像的輻射誤差主要包括： - 傳感器本身的性能引起的輻射誤差傳感器本身的性能引起的輻射誤差 -地形影響和光照條件的變化引起的地形影響和光照條件的變化引起的

7、 輻射誤差輻射誤差 -大氣的散射和吸收引起的輻射誤差大氣的散射和吸收引起的輻射誤差 輻射處理輻射處理 B: 遙感圖像的幾何處理 遙感圖像構(gòu)像方程遙感圖像構(gòu)像方程 遙感圖像的幾何變形遙感圖像的幾何變形 -傳感器成像方式引起的圖像變形傳感器成像方式引起的圖像變形 -傳感器外方位元素變化的影響傳感器外方位元素變化的影響 -地形起伏引起的像點位移地形起伏引起的像點位移 -地球曲率引起的圖像變形地球曲率引起的圖像變形 -地球自轉(zhuǎn)的影響地球自轉(zhuǎn)的影響 :遙感圖像的幾何處理遙感圖像的幾何處理 - 遙感圖像的遙感圖像的粗加工粗加工處理處理 -遙感圖像的遙感圖像的精糾正精糾正處理處理 -圖像間圖像間的的自動配準(zhǔn)

8、和數(shù)字鑲嵌自動配準(zhǔn)和數(shù)字鑲嵌(5) 信息提取信息提取 特征特征-光譜特征、空間特征、時間特征和光譜特征、空間特征、時間特征和 極化特征極化特征 特征變換特征變換 特征選擇特征選擇 目標(biāo)提取與分類 (6) 應(yīng)用應(yīng)用 在測繪中的應(yīng)用在測繪中的應(yīng)用 在環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用在環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用 在地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用在地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用 在農(nóng)林牧等方面的應(yīng)用在農(nóng)林牧等方面的應(yīng)用1、發(fā)展過程 1962年年 密執(zhí)安大學(xué)密執(zhí)安大學(xué)第一屆第一屆遙感討論會遙感討論會 1971年第一屆年第一屆國際國際遙感討論會遙感討論會 1972年年ERTS-1（Landsat-1)發(fā)射成功發(fā)射成功 20世紀(jì)世紀(jì)80年代年代第二

9、代第二代遙感衛(wèi)星上天遙感衛(wèi)星上天 Landsat-4/5 SPOT1 20世紀(jì)世紀(jì)90年代至今年代至今第三代第三代 Landsat-7 SPOT2-5 RadarSat CBERS IRS-1B/C/D IRS-P 2 為什么上世紀(jì)為什么上世紀(jì)60年代年代迅速發(fā)展迅速發(fā)展?2、20世紀(jì)60年代遙感技術(shù)迅速發(fā)展的原因 （1）傳感器的發(fā)展 攝影: 紫外波段-可見光-近紅外波段 黑白影像-多光譜影像 掃描儀:多光譜-中遠(yuǎn)紅外-微波 雷達(dá):微波 被動式-主動式（2） 空間技術(shù)的發(fā)展 衛(wèi)星-宇宙飛船(航天飛機(jī))-空間站 -小衛(wèi)星群（3）計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 （4）數(shù)學(xué)、物理及專業(yè)理論的發(fā)展 3、 遙感技術(shù)的

10、主要發(fā)展趨勢遙感技術(shù)的主要發(fā)展趨勢遙感技術(shù)從上世紀(jì)遙感技術(shù)從上世紀(jì)60年代提出至今，經(jīng)年代提出至今，經(jīng)歷了歷了40年的發(fā)展后，已成為一門集空間科年的發(fā)展后，已成為一門集空間科學(xué)技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等技術(shù)以學(xué)技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等技術(shù)以及跨地球科學(xué)、電子科學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科及跨地球科學(xué)、電子科學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科的新興科學(xué)與技術(shù)。的新興科學(xué)與技術(shù)。(1). 概念的發(fā)展概念的發(fā)展 a). 攝影測量（攝影測量（photogrammetry，150年前）年前）遙感（遙感（remote sensing，40年前）年前） 攝影測量與遙感（攝影測量與遙感（remote sensing & ph

11、otogrammetry，20年年前）前） 遙感科學(xué)與技術(shù)（遙感科學(xué)與技術(shù)（remote sensing science and technology，當(dāng)代）當(dāng)代）b). 狹義地，遙感科學(xué)與技術(shù)屬于對地觀狹義地，遙感科學(xué)與技術(shù)屬于對地觀測（測（Earth observation）體系的組成）體系的組成部分部分(2). 平臺與觀測技術(shù)的發(fā)展平臺與觀測技術(shù)的發(fā)展 三多（多平臺、多傳感器、多角度）三多（多平臺、多傳感器、多角度） 三高（高空間分辨率、高光譜分辨率和三高（高空間分辨率、高光譜分辨率和高時相分辨率）高時相分辨率） 民用空間分辨率可高達(dá)0.62m，軍用的高 達(dá)10cm； 光譜分辨率可達(dá)nm

12、級； 小衛(wèi)星群的重訪周期為13天； 機(jī)載、星載SAR衛(wèi)星日益普及，提供全天候、全天時的觀測能力(3). 定位技術(shù)的發(fā)展（）定位技術(shù)的發(fā)展（）a)利用機(jī)載和地面利用機(jī)載和地面GPS接收機(jī)進(jìn)行載波相接收機(jī)進(jìn)行載波相位差分位差分GPS定位以確定傳感器的空間位定位以確定傳感器的空間位置，實現(xiàn)攝影測量與遙感定位。可大量置，實現(xiàn)攝影測量與遙感定位?？纱罅棵獬巴庾鳂I(yè)。免除野外作業(yè)。b) 利用利用DGPS(差分全球定位系統(tǒng)差分全球定位系統(tǒng)Differential Position System)與與INS慣導(dǎo)系統(tǒng)，可以慣導(dǎo)系統(tǒng)，可以獲得航空航天影像傳感器的位置與姿獲得航空航天影像傳感器的位置與姿態(tài)，實現(xiàn)定點

13、攝影和無地面控制的高精態(tài)，實現(xiàn)定點攝影和無地面控制的高精度對地觀測和三維重建。度對地觀測和三維重建。c) 將將DGPS、INS和和LIDAR集成，可實集成，可實現(xiàn)無地面控制的實時三維測量?，F(xiàn)無地面控制的實時三維測量。 a) ：利用三軸穩(wěn)定裝置，星相儀，GPS等輔助下，無地面控制點的定位精度：1723米b) ：法國在全球設(shè)54個站點（中國設(shè)在南京紫金山天文臺），利用Doppler頻移以精確解求衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，對Topes/Poseidon衛(wèi)星的高度測量，精度達(dá)3cm，對SPOT5直接進(jìn)行無地面控制的正射影像制作，精度可以達(dá)到15m，完全滿足國家安全的要求。(4). 處理技術(shù)的發(fā)展處理技術(shù)的發(fā)展a

14、) 影像識別和分類不再限于統(tǒng)計分影像識別和分類不再限于統(tǒng)計分類，基于結(jié)構(gòu)和紋理的分析方法類，基于結(jié)構(gòu)和紋理的分析方法正被引入；正被引入；b) 目標(biāo)識別從傳統(tǒng)的目視判讀到目前常用目標(biāo)識別從傳統(tǒng)的目視判讀到目前常用的人機(jī)交互判讀，正在向自動化和智能的人機(jī)交互判讀，正在向自動化和智能化方向發(fā)展；化方向發(fā)展；d) 影像融合技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)繼續(xù)影像融合技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)繼續(xù)成熟；成熟；e) 大規(guī)模影像庫的建設(shè)帶來影像檢索大規(guī)模影像庫的建設(shè)帶來影像檢索技術(shù)和無縫影像庫的發(fā)展；技術(shù)和無縫影像庫的發(fā)展；f) 空間數(shù)據(jù)挖掘用于遙感圖象解譯空間數(shù)據(jù)挖掘用于遙感圖象解譯(5). 遙感應(yīng)用領(lǐng)域的拓展遙感應(yīng)用領(lǐng)域的拓

15、展a）利用多時相影像發(fā)現(xiàn)土地利用變化、農(nóng)）利用多時相影像發(fā)現(xiàn)土地利用變化、農(nóng)業(yè)作物估產(chǎn)、林業(yè)資源調(diào)查、自然災(zāi)害監(jiān)業(yè)作物估產(chǎn)、林業(yè)資源調(diào)查、自然災(zāi)害監(jiān)測、全球和局部環(huán)境監(jiān)測；測、全球和局部環(huán)境監(jiān)測； b）利用高分辨率影像提取城市信息）利用高分辨率影像提取城市信息(交通交通道路網(wǎng)絡(luò)道路網(wǎng)絡(luò))； c）軍事應(yīng)用越來越重要：重要目標(biāo)定位與）軍事應(yīng)用越來越重要：重要目標(biāo)定位與偵察、導(dǎo)航與武器制導(dǎo)、偵察、導(dǎo)航與武器制導(dǎo)、 打擊效果評估、打擊效果評估、戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)測等等；戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)測等等；d）高光譜遙感在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用）高光譜遙感在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用e）在建設(shè)數(shù)字城市、數(shù)字省區(qū)和數(shù)字中國）在建設(shè)數(shù)字城市、數(shù)字省

16、區(qū)和數(shù)字中國中的應(yīng)用：，和。中的應(yīng)用：，和。(6).遙感基礎(chǔ)理論的發(fā)展遙感基礎(chǔ)理論的發(fā)展a) 從影像的幾何與物理方程出發(fā)，開展從影像的幾何與物理方程出發(fā)，開展全定量化，遙感反演遙感正經(jīng)歷著由全定量化，遙感反演遙感正經(jīng)歷著由定性定性定量的發(fā)展；定量的發(fā)展；b) 研究成象機(jī)理、地物波譜特性、各研究成象機(jī)理、地物波譜特性、各大氣層和氣溶膠對電磁波譜的吸收和大氣層和氣溶膠對電磁波譜的吸收和散射特征、不同地物對電磁波的吸收、散射特征、不同地物對電磁波的吸收、發(fā)射和散射特征等發(fā)射和散射特征等 三、遙感的應(yīng)用三、遙感的應(yīng)用 測繪測繪: 快速成圖快速成圖 地圖修測地圖修測 困難地區(qū)測圖困難地區(qū)測圖 農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè):

17、 作物長勢監(jiān)測作物長勢監(jiān)測(病蟲害病蟲害) 估產(chǎn)估產(chǎn) 林業(yè)林業(yè): 森林火災(zāi)森林火災(zāi) 森林調(diào)查、管理森林調(diào)查、管理 森林病蟲害森林病蟲害 水水: 水災(zāi)水災(zāi) 水資源水資源 水土流失水土流失 海洋: 海岸帶灘涂 海溫、海流 導(dǎo)航 水產(chǎn)資源 赤潮 環(huán)境: 兩極環(huán)境(冰雪融化、o3) 全球環(huán)境(大氣、水、陸地污染) 氣象: 臺風(fēng)、天氣預(yù)報、大氣環(huán)境 地質(zhì): 找礦 地震 考古: 古遺址 軍事: 揭露偽裝 衛(wèi)星定位 情報快速獲取 思考題: 1:什么是遙感及主動遙感?什么是遙感系統(tǒng)?名詞解釋：論述題：2:遙感的發(fā)展趨勢.四、電磁波四、電磁波 變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，以有限的變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，以有限的

18、速度由近及遠(yuǎn)在空間內(nèi)傳播的過程稱為電速度由近及遠(yuǎn)在空間內(nèi)傳播的過程稱為電磁波。磁波。 射線、射線、X射線、紫外線、可見光、紅射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波等都是電磁波。外線、微波、無線電波等都是電磁波。 電磁波是一種橫波電磁波是一種橫波 電磁波具有波動性與粒子性電磁波具有波動性與粒子性 波動性波動性形成了光的形成了光的干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象等現(xiàn)象 (1)干涉干涉:由兩個（或兩個以上）頻率、振動方向由兩個（或兩個以上）頻率、振動方向相同、相位相同或相位差恒定的電磁波在空相同、相位相同或相位差恒定的電磁波在空間疊加時，合成波振幅為各個波的振幅的矢間疊加時，合成波振幅為

19、各個波的振幅的矢量和。因此會出現(xiàn)交疊區(qū)某些地方振動加強(qiáng)，量和。因此會出現(xiàn)交疊區(qū)某些地方振動加強(qiáng)，某些地方振動減弱或完全抵消的現(xiàn)象。某些地方振動減弱或完全抵消的現(xiàn)象。 微波遙感中的雷達(dá)也是應(yīng)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。(2)衍射衍射:光通過有限大小的障礙物時偏離直光通過有限大小的障礙物時偏離直線線 路徑的現(xiàn)象路徑的現(xiàn)象 研究電磁波的衍射現(xiàn)象對設(shè)計遙感儀器和提高遙感圖像幾何分辨率具有重要意義。另外在數(shù)字影像的處理中也要考慮光的衍射現(xiàn)象。 (3)偏振偏振:指電磁波傳播的方向性指電磁波傳播的方向性 電磁波有偏振、

20、部分偏振和非偏振波，電磁波有偏振、部分偏振和非偏振波，許多散射光、反射光、透射光都是部分偏許多散射光、反射光、透射光都是部分偏振光。振光。 偏振在微波技術(shù)中稱為“極化”。遙感技術(shù)中的偏振攝影和雷達(dá)成像就利用了電磁波的偏振這一特性。 五、 電磁波譜 按電磁波在真空中傳播的波長或頻率遞增或遞減順序排列，就能得到電磁波譜 射線射線、X射線射線、紫外線紫外線、可見光、可見光、紅外線紅外線、微波微波、無線電波無線電波 低低 能量能量 高高 紅 0.62 0.76m 可見光 綠 0.50 0.56m 藍(lán) 0.43 0.47m 遠(yuǎn)紅外處 6 15m 紅外波段 中紅外 3 6m 近紅外 0.76 3m 微波

21、1 mm 1m（一）黑體輻射黑體輻射 1 絕對黑體絕對黑體: 對任何波長的電磁輻射都全部吸收的物體對任何波長的電磁輻射都全部吸收的物體 絕對黑體的吸收率絕對黑體的吸收率 (,T)1 反射率反射率（,T）0 絕對白體則能反射所有的入射光絕對白體則能反射所有的入射光 反射率反射率（,T）1，吸收率，吸收率(,T)0 與溫度和波長無關(guān)與溫度和波長無關(guān)2黑體輻射定律 W 分譜輻射通量密度 h 普朗克常數(shù) C 光速 K 玻耳茲曼常數(shù) T 絕對溫度3 黑體輻射波譜曲線 黑體輻射的三個特性黑體輻射的三個特性 :(1)總輻射通量密度總輻射通量密度W是隨溫度是隨溫度T的增加而迅速增加的增加而迅速增加 斯忒藩玻耳

22、茲曼公式斯忒藩玻耳茲曼公式:單位面積發(fā)出的總輻射能單位面積發(fā)出的總輻射能與與絕對溫度的四次方成正比絕對溫度的四次方成正比 (2）分譜輻射能量密度的峰值波長）分譜輻射能量密度的峰值波長 隨溫度的增加向隨溫度的增加向短波方向移動短波方向移動 維恩位移定律維恩位移定律 :若知道了某物體溫度，就可以推若知道了某物體溫度，就可以推算出它所輻射的波段算出它所輻射的波段 (3)每根曲線彼此不相交每根曲線彼此不相交 溫度溫度T越高所有波長上的波譜輻射通量密度也越大越高所有波長上的波譜輻射通量密度也越大 （二）一般物體的發(fā)射輻射（二）一般物體的發(fā)射輻射 發(fā)射率發(fā)射率= W/ W 是一個介于是一個介于0和和1的數(shù)

23、的數(shù) 即：發(fā)射率即：發(fā)射率就是實際物體與同溫度的黑體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。在相同條件下輻射功率之比。絕對黑體 1灰 體 但01選擇性輻射體 ()理想反射體（絕對白體） 0大多數(shù)物體可以視為灰體大多數(shù)物體可以視為灰體 為了便于分析，常常用一個最接近灰體輻射曲線為了便于分析，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），寫為為等效黑體輻射溫度（或稱等效輻射溫度），寫為T等效等效 式中 為實際物體的輻射溫度 （一）地物的反射類別（一）地物的反射類別(三種形式三種

24、形式) 1:鏡面反射鏡面反射 2:漫反射漫反射 3:方向反射方向反射 從空間對地面觀察時，對于平面地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，可以看成區(qū)，并且地面物體均勻分布，可以看成漫反射漫反射； 對于地形起伏和地面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地對于地形起伏和地面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū)，為方向反射。區(qū)，為方向反射。（二）光譜反射率以及地物的反射光譜特性（二）光譜反射率以及地物的反射光譜特性 1 1 光譜反射率光譜反射率: 物體的反射輻射通量與入射輻射通量之比物體的反射輻射通量與入射輻射通量之比 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。 一個物體的反射波譜的特征主要取決于該物體與入射輻射

25、相互作用的波長選擇 四種地物的反射波譜特性曲線 四種地物的反射波譜特性曲線 （三）影響地物光譜反射率變化的因素 太陽位置、傳感器位置、地理位置、 地形、季節(jié)、氣候變化、地面濕度變化、 地物本身的變異、大氣狀況等 八、八、 地物波譜特性的測定地物波譜特性的測定 （一）地物波譜特性：（一）地物波譜特性：指各種地物各自所具指各種地物各自所具有的電磁波特性（發(fā)射輻射或反射輻射）有的電磁波特性（發(fā)射輻射或反射輻射） （二）測定原理（二）測定原理 :用光譜測定儀器（置于不同用光譜測定儀器（置于不同波長或波譜段）分別探測地物和標(biāo)準(zhǔn)板，波長或波譜段）分別探測地物和標(biāo)準(zhǔn)板，測量、記錄和計算地物對每個波譜段的測量

26、、記錄和計算地物對每個波譜段的反射率，其反射率的變化規(guī)律即為該地反射率，其反射率的變化規(guī)律即為該地物的波譜特性。物的波譜特性。 （三）測定地物反射波譜特性的儀器分為: 分光光度計、光譜儀、攝譜儀等 302型野外分光光度計結(jié)構(gòu)原理圖 （四）測量的步驟：（四）測量的步驟：(1) 架設(shè)好光譜儀，接通電源并進(jìn)行預(yù)熱架設(shè)好光譜儀，接通電源并進(jìn)行預(yù)熱 (2) 安置波長位置，調(diào)好光線進(jìn)入儀器的狹縫安置波長位置，調(diào)好光線進(jìn)入儀器的狹縫 寬度；寬度； (3)將照準(zhǔn)器分別照準(zhǔn)地物和標(biāo)準(zhǔn)板，并測量將照準(zhǔn)器分別照準(zhǔn)地物和標(biāo)準(zhǔn)板，并測量和記錄地物、標(biāo)準(zhǔn)板在波長和記錄地物、標(biāo)準(zhǔn)板在波長1 ，2，n處的觀測值處的觀測值I和

27、和I0 A : 先測量地物的反射輻射通量密度先測量地物的反射輻射通量密度 物體的光譜反射輻射通量密度 物體的光譜反射率 太陽入射在地物上的光譜照度 大氣光譜透射率 光度計視場角 光度計有效接收面積 單色光波長寬度 ( 經(jīng)光電管轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鲝?qiáng)度在電表上指示讀數(shù)經(jīng)光電管轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鲝?qiáng)度在電表上指示讀數(shù) ，它與它與 關(guān)系為：關(guān)系為： B :測量標(biāo)準(zhǔn)板的反射輻射通量密度測量標(biāo)準(zhǔn)板的反射輻射通量密度 標(biāo)準(zhǔn)板為一種理想的漫反射體，它一標(biāo)準(zhǔn)板為一種理想的漫反射體，它一般由硫酸鋇或石膏之類做成。般由硫酸鋇或石膏之類做成。 C :地物的電流強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)板的電流強(qiáng)度相比地物的電流強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)板的電流強(qiáng)度相比 (4)繪制出

28、地物的反射特性曲線繪制出地物的反射特性曲線 根據(jù)所測結(jié)果，以根據(jù)所測結(jié)果，以為縱坐標(biāo)軸，為縱坐標(biāo)軸，為為橫坐標(biāo)軸畫出地物反射波譜特性曲線橫坐標(biāo)軸畫出地物反射波譜特性曲線 注注:由于地物波譜特性的變化與太陽和測試儀器的位置、地由于地物波譜特性的變化與太陽和測試儀器的位置、地理位置、時間環(huán)境（季節(jié)、氣候、溫度等）和地物本身有理位置、時間環(huán)境（季節(jié)、氣候、溫度等）和地物本身有關(guān)，所以應(yīng)記錄觀測時的地理位置、自然環(huán)境（季節(jié)、氣關(guān)，所以應(yīng)記錄觀測時的地理位置、自然環(huán)境（季節(jié)、氣溫、溫度等）和地物本身的狀態(tài)，并且測定時要選擇合適溫、溫度等）和地物本身的狀態(tài)，并且測定時要選擇合適的光照角，正因為波譜特性受多

29、種因素的影響，所測的反的光照角，正因為波譜特性受多種因素的影響，所測的反射率定量但不唯一射率定量但不唯一 （一）地球大氣（一）地球大氣 從垂直方向可劃分成四層，對流層、平流層、從垂直方向可劃分成四層，對流層、平流層、電離層電離層和外大氣層和外大氣層. 大氣成分主要有大氣成分主要有: 氮、氧、氬、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氧、氬、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氫（這些氣體在氮、氫（這些氣體在80km以下的相對比例保持不以下的相對比例保持不變，稱不變成分）變，稱不變成分） 臭氧、水蒸氣、液態(tài)和固態(tài)水（雨、霧、臭氧、水蒸氣、液態(tài)和固態(tài)水（雨、霧、雪、冰等）、鹽粒、塵煙（這些氣體的含量隨高雪、冰等）、

30、鹽粒、塵煙（這些氣體的含量隨高度、溫度、位置而變、稱為可變成分）等。度、溫度、位置而變、稱為可變成分）等。 （二）大氣對太陽輻射的吸收、散射及反射（二）大氣對太陽輻射的吸收、散射及反射作用作用 (分子散射) 紫外線、 可見光、 紅外線、 微波 (大氣吸收)1 大氣吸收大氣吸收 大氣吸收的主要成分是氧氣、臭氧、水、二氧化碳等大氣吸收的主要成分是氧氣、臭氧、水、二氧化碳等 氧氣氧氣(微波中微波中0.253cm，0.5cm ) 臭氧臭氧(0.3m以下的紫外區(qū)以下的紫外區(qū)) 水水 0.701.95m 2.5 3.0m 4.98.7m 15m1mm間的超遠(yuǎn)紅外區(qū)間的超遠(yuǎn)紅外區(qū) 二氧化碳二氧化碳(紅外區(qū)紅外區(qū))2 大氣散射大氣散射 電磁波在傳播過程中遇到小微粒而使傳電磁波在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向發(fā)