第二章遙感圖像基礎(chǔ)

第二章遙感圖像基礎(chǔ)第1頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)

地物的波譜特性第2頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、電磁波電磁波：交互變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播。電磁波的四個(gè)基本要素： 波長(zhǎng)（或頻率）、傳播方向、振幅、極化（或偏振）。第3頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、電磁波譜按電磁波波長(zhǎng)的長(zhǎng)短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。依次為：γ射線—X射線—紫外線—可見(jiàn)光—紅外線—微波—無(wú)線電波。

第4頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三電磁波譜示圖第5頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感應(yīng)用的電磁波波譜段紫外線：波長(zhǎng)范圍為0.01～0.38μm，太陽(yáng)光譜中，只有0.3～0.38μm波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感，但探測(cè)高度在2000m以下?？梢?jiàn)光：波長(zhǎng)范圍：0.38～0.76μm，人眼對(duì)可見(jiàn)光有敏銳的感覺(jué)，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。紅外線：波長(zhǎng)范圍為0.76～1000μm，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。微波：波長(zhǎng)范圍為1mm～1m，穿透性好，不受云霧的影響。第6頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、電磁波與地物之間的相互作用電磁輻射與物體相互作用，使得入射的電磁輻射受到反射、透射和吸收。根據(jù)能量守恒定律有： 入射能量= 反射能量+吸收能量+透射能量第7頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、電磁輻射的反射反射率 當(dāng)電磁輻射能到達(dá)兩種不同介質(zhì)的分界面時(shí)，入射能量的一部分或全部返回原介質(zhì)的現(xiàn)象，稱之為反射。 反射率是波長(zhǎng)的函數(shù)，故稱之為光譜反射率ρ(λ)，被定義為物體反射的輻射能量Pρ占總?cè)肷淠芰縋0的百分比。第8頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、電磁輻射的反射物體的反射物體表面的劃分 根據(jù)物體表面對(duì)反射的影響，分為兩類(lèi)：光滑表面和粗糙表面。二者的劃分以入射波波長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)，是相對(duì)概念。第9頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三物體表面的劃分 劃分準(zhǔn)則：物體表面的劃分一般用瑞利準(zhǔn)則，關(guān)系式是： d=λ/8cosθ式中：λ為入射波的波長(zhǎng)；θ為入射角。如果物體表面的起伏度h≤d，則該表面為光滑表面——鏡面；如果h>d，則為粗糙表面。第10頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三物體的反射反射類(lèi)型a.鏡面反射(mirrorreflection)

由光滑表面產(chǎn)生的反射，其反射方向遵守反射定律。反射能量集中在一個(gè)方向，反射角=入射角。θiθr鏡面反射第11頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反射類(lèi)型b.漫反射(diffusereflection) 粗糙表面產(chǎn)生的反射，其反射方向不遵守反射定律。整個(gè)表面都均勻地向各向反射入射光稱為漫反射。漫反射又稱朗伯(Lambert)反射，也稱各向同性反射。漫反射第12頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反射類(lèi)型c.方向反射(directionalreflection) 介于漫反射和鏡面反射之間，各向都有反射，但各向反射強(qiáng)度不均一，也稱非朗伯反射。 方向反射率是指對(duì)入射和反射方向有嚴(yán)格定義的反射率，即特定反射能量與其面上的特定入射能量之比。方向反射第13頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、物體的反射波譜特性反射波譜 物體對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁輻射反射能力的變化，亦即物體的反射率隨入射波長(zhǎng)的變化規(guī)律叫做該物體的反射波譜。第14頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反射波譜曲線 物體的反射波譜常用曲線表示，稱為反射波譜曲線。通常用平面坐標(biāo)曲線表示，橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)λ，縱坐標(biāo)表示反射率ρ。2、物體的反射波譜特性第15頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三植被反射波譜曲線第16頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、大氣對(duì)電磁波傳輸過(guò)程的影響 電磁輻射與大氣相互作用主要有三種方式：散射、吸收和透射，其作用強(qiáng)度取決于大氣的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)和通過(guò)大氣時(shí)的路程長(zhǎng)短。第17頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三大氣結(jié)構(gòu) 地面到大氣上界，大氣的結(jié)構(gòu)分層為：對(duì)流層（7～12km），平流層（12～50km），電離層（50～1000km），大氣外層（800～35000km）。四、大氣對(duì)電磁波傳輸過(guò)程的影響第18頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三大氣散射 電磁輻射在非均勻介質(zhì)或各向異性介質(zhì)中傳播時(shí)，改變?cè)瓉?lái)傳播方向的現(xiàn)象稱為散射。

大氣散射是電磁輻射能受到大氣中微粒（大氣分子或氣溶膠等）的影響，而改變傳播方向的現(xiàn)象。四、大氣對(duì)電磁波傳輸過(guò)程的影響第19頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三大氣散射主要有以下幾種形式：1）瑞利散射。當(dāng)引起散射的大氣粒子直徑遠(yuǎn)小于入射電磁波波長(zhǎng)（d<<λ）時(shí)，出現(xiàn)瑞利散射。2)米氏散射。當(dāng)引起散射的大氣粒子的直徑約等于入射波長(zhǎng)（d≈λ）時(shí)，出現(xiàn)米氏散射。四、大氣對(duì)電磁波傳輸過(guò)程的影響第20頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3）無(wú)選擇性散射——散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān) 引起散射的大氣粒子的直徑遠(yuǎn)大于入射波長(zhǎng)（d>>λ）時(shí)，出現(xiàn)無(wú)選擇性散射。 大氣中云、霧、水滴、塵埃的散射屬此類(lèi)。 大氣散射作用是對(duì)太陽(yáng)輻射衰減的主要原因，集中于太陽(yáng)輻射能量較強(qiáng)的可見(jiàn)光區(qū)。第21頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、大氣對(duì)電磁波傳輸過(guò)程的影響大氣吸收

大氣中的各種成分對(duì)太陽(yáng)輻射有選擇性吸收，形成太陽(yáng)輻射的大氣吸收帶。1）水汽（H2O）吸收。吸收帶集中在中紅外波段。2）臭氧（O3）吸收。吸收帶集中在紫外波段。3）氧氣(O2）吸收。主要吸收小于0.2μm的太陽(yáng)輻射能量，在波長(zhǎng)0.155μm處吸收最強(qiáng)。因此，在高空遙感中很少應(yīng)用紫外線波段。第22頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三大氣吸收4）二氧化碳（CO2）吸收。吸收帶集中在波長(zhǎng)大于2微米的紅外波段。5)塵埃吸收。對(duì)太陽(yáng)輻射有一定的吸收作用，但吸收量很少，當(dāng)有沙塵暴、煙霧和火山爆發(fā)等發(fā)生時(shí)，大氣中塵埃急劇增加，這時(shí)它的吸收作用才比較顯著。第23頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、大氣對(duì)電磁波傳輸過(guò)程的影響大氣窗口

大氣對(duì)電磁輻射的吸收和散射都很小，而透射率很高的的波段叫大氣窗口。第24頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外可見(jiàn)光近紅外0.3～1.3μm＞90TM1-4、SPOT的HRV近紅外1.5～1.8μm80TM5近-中紅外2.0～3.5μm80TM7中紅外3.5～5.5μmNOAA的AVHRR遠(yuǎn)紅外8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat第25頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)

遙感圖像的分辨率第26頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三空間分辨率（spatialresolution）像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時(shí)視場(chǎng)，或地面物體能分辨的最小單元。輻射分辨率（radiometricresolution）輻射分辨率是指?jìng)鞲衅鹘邮懿ㄗV信號(hào)時(shí)，能分辨的最小輻射度差。在遙感圖像上表現(xiàn)為每一像元的輻射量化級(jí)。第27頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三光譜分辨率（spectralresolution）波譜分辨率是指?jìng)鞲衅髟诮邮苣繕?biāo)輻射的波譜時(shí)能分辨的最小波長(zhǎng)間隔。間隔愈小，分辨率愈高。傳感器的波段選擇必須考慮目標(biāo)的光譜特征值。時(shí)間分辨率（temporalresolution）時(shí)間分辨率指對(duì)同一地點(diǎn)進(jìn)行采樣的時(shí)間間隔，即采樣的時(shí)間頻率，也稱重訪周期。第28頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期三