遙感原理與應(yīng)用_第2章_2遙感物理基礎(chǔ)-輻射傳輸基礎(chǔ)

1、S O U T H W E S T J I A O T O N G U N I V E R S I T YS W J T US W J T US W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n遙感物理基礎(chǔ)遙感物理基礎(chǔ)遙感平臺(tái)特點(diǎn)遙感平臺(tái)特點(diǎn)遙感傳感器遙感傳感器影像處理基礎(chǔ)影像處理基礎(chǔ)影像幾何處理影像幾何處理影像輻射處理影像輻射處理遙感影像判讀遙感影像判讀影像識(shí)別分類影像識(shí)別分類遙感技術(shù)應(yīng)用遙感技術(shù)應(yīng)用遙感系遙感系統(tǒng)統(tǒng)影像處影像處理理遙感應(yīng)遙感應(yīng)用用影像處理影像處理遙感遙感遙遙感感原原理

2、理與與應(yīng)應(yīng)用用課課程程框框架架S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n遙遙感感物物理理基基礎(chǔ)礎(chǔ) 遙感電磁輻射基礎(chǔ)遙感電磁輻射基礎(chǔ) 輻射傳輸基礎(chǔ)輻射傳輸基礎(chǔ) 地物波譜特性與遙感光學(xué)基礎(chǔ)地物波譜特性與遙感光學(xué)基礎(chǔ)S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 大氣對(duì)電磁輻射的影響大氣對(duì)電磁輻射的影響 大氣窗口大氣窗口 輻射傳輸方程輻射傳輸方程 電磁波與物體的交互作用電

3、磁波與物體的交互作用輻輻射射傳傳輸輸基基礎(chǔ)礎(chǔ)S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 地球被大氣圈包圍，大氣圈上界無(wú)明顯界線，離地球被大氣圈包圍，大氣圈上界無(wú)明顯界線，離地面越高大氣越稀薄，逐步過(guò)渡到太陽(yáng)系空間。地面越高大氣越稀薄，逐步過(guò)渡到太陽(yáng)系空間。 大氣厚度約大氣厚度約1 1千公里，且在垂直方向自下而上分千公里，且在垂直方向自下而上分為為對(duì)流層對(duì)流層、平流層平流層、電離層電離層、外大氣層外大氣層。大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T

4、UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響 大氣結(jié)構(gòu)大氣結(jié)構(gòu)S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 對(duì)流層：高度在對(duì)流層：高度在712 km，空氣作垂直運(yùn)動(dòng)而形成對(duì)流，熱量，空氣作垂直運(yùn)動(dòng)而形成對(duì)流，熱量的傳遞產(chǎn)生天氣現(xiàn)象。空氣溫度隨高度而降低，天氣變化頻繁的傳遞產(chǎn)生天氣現(xiàn)象?？諝鉁囟入S高度而降低，天氣變化頻繁，航空遙感主要在該層內(nèi)航空遙感主要在該層內(nèi)

5、。 平流層：高度在平流層：高度在1250 km，底部為同溫層（，底部為同溫層（航空遙感活動(dòng)層航空遙感活動(dòng)層），同溫層以上，溫度由于臭氧層對(duì)紫外線的強(qiáng)吸收而逐漸升高，同溫層以上，溫度由于臭氧層對(duì)紫外線的強(qiáng)吸收而逐漸升高。 電離層：高度在電離層：高度在501 000 km，大氣中的，大氣中的O2、N2受紫外線照射受紫外線照射而電離，反射地面發(fā)射的無(wú)線電波，對(duì)遙感波段是透明的，是而電離，反射地面發(fā)射的無(wú)線電波，對(duì)遙感波段是透明的，是陸地衛(wèi)星活動(dòng)空間陸地衛(wèi)星活動(dòng)空間。 大氣外層：大氣外層：80035 000 km ，空氣極稀薄，對(duì)衛(wèi)星基本上沒(méi)有，空氣極稀薄，對(duì)衛(wèi)星基本上沒(méi)有影響。影響。大大氣氣對(duì)對(duì)電電

6、磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 大氣成分大氣成分 不變成分：氮、氧、氬、二氧化碳、甲烷、氧化氮、氫；不變成分：氮、氧、氬、二氧化碳、甲烷、氧化氮、氫；這些氣體在這些氣體在80km以上的以上的相對(duì)比例相對(duì)比例保持不變，稱為不變氣體。保持不變，稱為不變氣體。 可變成分：臭氧、水蒸氣、液態(tài)和固態(tài)水（雨、霧、雪、可變成分：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度、溫度、位置冰等）、鹽粒、塵煙；這些氣體的含量隨高

7、度、溫度、位置而變，稱為可變成分。而變，稱為可變成分。 氣溶膠：氣溶膠：固體或液體分散在氣體中的固體或液體分散在氣體中的分散體系分散體系叫做叫做氣溶膠氣溶膠。 比如，煙、塵、霧、云等都是氣溶膠比如，煙、塵、霧、云等都是氣溶膠 。氣溶膠是氣體和在重。氣溶膠是氣體和在重力場(chǎng)中具有一定穩(wěn)定性和較小沉降速度的物質(zhì)顆粒組成的混力場(chǎng)中具有一定穩(wěn)定性和較小沉降速度的物質(zhì)顆粒組成的混合系統(tǒng)。合系統(tǒng)。大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 大氣對(duì)太陽(yáng)輻

8、射的衰減大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的衰減大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的衰減的三種形式：大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的衰減的三種形式：散射散射、吸收吸收及及反射反射大氣微粒引起電磁波大氣微粒引起電磁波散射散射臭氧、二氧化碳和水臭氧、二氧化碳和水蒸氣蒸氣吸收吸收電磁波能量電磁波能量云層和霧等云層和霧等反射反射阻礙電磁波通過(guò)阻礙電磁波通過(guò) 可見光波段：引起電磁波衰減的主要原因是分子散射?？梢姽獠ǘ危阂痣姶挪ㄋp的主要原因是分子散射。 紫外、紅外與微波區(qū)：引起電磁波衰減的主要原因是大紫外、紅外與微波區(qū)：引起電磁波衰減的主要原因是大氣吸收。氣吸收。大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r

9、 i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n引起大氣吸收的主要成分是氧氣、臭氧、水、二氧化碳等。引起大氣吸收的主要成分是氧氣、臭氧、水、二氧化碳等。l 臭氧臭氧：主要吸收：主要吸收0.3微米以下的紫外區(qū)的電磁波，另外，微米以下的紫外區(qū)的電磁波，另外，9.6微米處有弱吸收。因微米處有弱吸收。因大氣對(duì)紫外線有很強(qiáng)的吸收作用，故大氣對(duì)紫外線有很強(qiáng)的吸收作用，故現(xiàn)階段遙感中很少用到紫外線波段現(xiàn)階段遙感中很少用到紫外線波段。l 二氧化碳二氧化碳：主要吸收帶分別為：主要吸收帶分別為2.602.80微米，吸收峰為微米，吸收峰為2.70微米；微米；

10、4.104.45微米吸收峰為微米吸收峰為4.3微米；微米；9.1010.9微米吸微米吸收峰為收峰為10.0微米；微米；12.917.1微米吸收峰為微米吸收峰為14.4微米，全在微米，全在紅紅外區(qū)外區(qū)。 吸收影響吸收影響大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e nl 水蒸氣水蒸氣：主要吸收帶在：主要吸收帶在0.701.95微米間，最強(qiáng)處為微米間，最強(qiáng)處為1.38微米和微米和1.87微米；微米；2.53.0微米間吸收峰為微米間吸收峰為2.7微米

11、；微米；4.98.7微米間吸收峰為微米間吸收峰為6.3微米；微米；15微米微米1mm間的超遠(yuǎn)紅外區(qū)以間的超遠(yuǎn)紅外區(qū)以及微波中及微波中0.164cm和和1.348cm處。處。l 氧氣氧氣：微波中：微波中0.253cm及及0.5cm處有吸收現(xiàn)象。處有吸收現(xiàn)象。大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l

12、 i n C a i & L i S h e nl大氣中的甲烷、氧化氮，工業(yè)集中區(qū)附近的高濃度一大氣中的甲烷、氧化氮，工業(yè)集中區(qū)附近的高濃度一氧化碳、氨氣、硫化氫、氧化硫等都具有吸收電磁波的氧化碳、氨氣、硫化氫、氧化硫等都具有吸收電磁波的作用，但吸收率很低，可忽略不計(jì)。作用，但吸收率很低，可忽略不計(jì)。l大氣中其他成分的氣體，由于都是大氣中其他成分的氣體，由于都是對(duì)稱分子對(duì)稱分子，無(wú)極性無(wú)極性，因此對(duì)電磁波不存在吸收。因此對(duì)電磁波不存在吸收。l在在可見光波段可見光波段范圍內(nèi)，大氣分子吸收的影響小，主要范圍內(nèi)，大氣分子吸收的影響小，主要是是散射散射引起衰減。引起衰減。l大氣吸收造成遙感影像

13、暗淡。大氣吸收造成遙感影像暗淡。大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n大氣吸收造成遙感影像暗淡大氣吸收造成遙感影像暗淡大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 電磁輻射在傳播過(guò)程中，遇到小微粒而使傳播方向改變，并向各電磁輻射在傳播過(guò)程中，遇到小微粒而使傳播方向改變，并向各個(gè)方向

14、散開，即為散射。個(gè)方向散開，即為散射。(區(qū)別大氣反射區(qū)別大氣反射)散射影響散射影響：使原傳播方向的輻射強(qiáng)度減弱，而增加向其他各方向使原傳播方向的輻射強(qiáng)度減弱，而增加向其他各方向的輻射。盡管強(qiáng)度不大，但太陽(yáng)輻射在照到地面又反射到傳感器的的輻射。盡管強(qiáng)度不大，但太陽(yáng)輻射在照到地面又反射到傳感器的過(guò)程中，二次通過(guò)大氣，在照射地面時(shí)，由于增加了漫入射的成分，過(guò)程中，二次通過(guò)大氣，在照射地面時(shí)，由于增加了漫入射的成分，使地物反射的成分有所改變使地物反射的成分有所改變。l 對(duì)遙感圖像來(lái)說(shuō)，對(duì)遙感圖像來(lái)說(shuō)，增加了信號(hào)中的噪聲成分，降低了傳感器接收增加了信號(hào)中的噪聲成分，降低了傳感器接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，

15、造成圖像模糊不清。，造成圖像模糊不清。l 不同于吸收作用，只改變傳播方向，不能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。不同于吸收作用，只改變傳播方向，不能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。l 大氣的散射是太陽(yáng)輻射衰減的主要原因。大氣的散射是太陽(yáng)輻射衰減的主要原因。l 散射主要發(fā)生在可見光區(qū)散射主要發(fā)生在可見光區(qū)。 散射影響散射影響大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e nl 散射類型散射類型瑞利（瑞利（Rayleigh）散射）散射、米氏米氏(Mie)散射散射、非選擇非選擇性散射（均勻散射

16、）性散射（均勻散射）等。等。瑞利散射：介質(zhì)的不均勻程度瑞利散射：介質(zhì)的不均勻程度a小于入射電磁波波長(zhǎng)的十分小于入射電磁波波長(zhǎng)的十分之一；之一；(氣體分子氣體分子)米氏散射：如果介質(zhì)中不均勻米氏散射：如果介質(zhì)中不均勻顆粒的直徑顆粒的直徑a與入射波長(zhǎng)同數(shù)與入射波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)；量級(jí)；(氣溶膠氣溶膠)非選擇性散射（均勻散射）：非選擇性散射（均勻散射）：當(dāng)不均勻顆粒的直徑當(dāng)不均勻顆粒的直徑a時(shí)時(shí)發(fā)生發(fā)生。(大粒子塵埃大粒子塵埃)大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L

17、 i S h e n大氣散射大氣散射選擇性散射選擇性散射-散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)有關(guān)散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)有關(guān)瑞利散射瑞利散射 dp 大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 光和粒子的相互作用（散射），按粒子同入射波波長(zhǎng)光和粒子的相互作用（散射），按粒子同入射波波長(zhǎng)()的相對(duì)大小不同，可以采用不同的處理方法：的相對(duì)大小不同，可以采用不同的處理方法： 當(dāng)當(dāng)粒子尺度比波長(zhǎng)小得多粒子尺度比波長(zhǎng)小得多時(shí)，可采用比較簡(jiǎn)單的時(shí)，可采用比較簡(jiǎn)單的瑞利瑞利散射散射公

18、式；公式； 當(dāng)當(dāng)粒子尺度與波長(zhǎng)可相比擬粒子尺度與波長(zhǎng)可相比擬時(shí)，要采用較復(fù)雜的時(shí)，要采用較復(fù)雜的米散米散射射公式；公式； 當(dāng)當(dāng)粒子尺度比波長(zhǎng)大得多粒子尺度比波長(zhǎng)大得多時(shí)，則用幾時(shí)，則用幾何光學(xué)處理何光學(xué)處理。大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 一般考慮具有半徑一般考慮具有半徑r的均勻球狀粒子的理想散射的均勻球狀粒子的理想散射時(shí)，時(shí)，常采用無(wú)量綱尺度參數(shù)常采用無(wú)量綱尺度參數(shù)x=2r/作為判別標(biāo)準(zhǔn)：作為判別標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)當(dāng)x 50，可用幾何

19、光學(xué)。，可用幾何光學(xué)。 同一粒子對(duì)不同波長(zhǎng)而言，往往采用不同的散射同一粒子對(duì)不同波長(zhǎng)而言，往往采用不同的散射處理方法，如直徑處理方法，如直徑1微米的云滴對(duì)可見光的散射是微米的云滴對(duì)可見光的散射是米散射；但對(duì)微波，卻可作瑞利散射處理米散射；但對(duì)微波，卻可作瑞利散射處理。大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n瑞利散射的特點(diǎn)瑞利散射的特點(diǎn)瑞利散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的瑞利散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次四次方成反比方成反比l 主要是大氣中由比主要是大氣中由比光波

20、波長(zhǎng)光波波長(zhǎng)還要小的還要小的氣體分子質(zhì)點(diǎn)氣體分子質(zhì)點(diǎn)引起引起。大氣大氣中的瑞利散射對(duì)可見光影響較大，而對(duì)紅外的影響很小，對(duì)微波中的瑞利散射對(duì)可見光影響較大，而對(duì)紅外的影響很小，對(duì)微波基本沒(méi)有影響，微波具有穿透云霧的能力?；緵](méi)有影響，微波具有穿透云霧的能力。l 晴朗的天空呈藍(lán)色，清晨太陽(yáng)呈紅色？晴朗的天空呈藍(lán)色，清晨太陽(yáng)呈紅色？（d ）散射率與波長(zhǎng)沒(méi)有關(guān)系散射率與波長(zhǎng)沒(méi)有關(guān)系大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 反射影響反射影響l

21、由于大氣中有云層，當(dāng)電由于大氣中有云層，當(dāng)電磁波到達(dá)云層時(shí)，就像到達(dá)磁波到達(dá)云層時(shí)，就像到達(dá)其他物體表面一樣，不可避其他物體表面一樣，不可避免地要產(chǎn)生反射現(xiàn)象。各波免地要產(chǎn)生反射現(xiàn)象。各波段受到不同程度的影響，削段受到不同程度的影響，削弱了電磁波到達(dá)地面的程度。弱了電磁波到達(dá)地面的程度。會(huì)使影像模糊。會(huì)使影像模糊。l 應(yīng)選擇無(wú)云的天氣接收遙應(yīng)選擇無(wú)云的天氣接收遙感信號(hào)感信號(hào)。地面目標(biāo)被部分遮蓋，空中云地面目標(biāo)被部分遮蓋，空中云霧的反射也被遙感影像所記錄霧的反射也被遙感影像所記錄大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0

22、 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n云層遮擋嚴(yán)重云層遮擋嚴(yán)重的衛(wèi)星影像的衛(wèi)星影像返回本節(jié)首頁(yè)大大氣氣對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的影影響響S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 大氣窗口大氣窗口電磁波通過(guò)大氣時(shí)，衰減較小，而透過(guò)電磁波通過(guò)大氣時(shí)，衰減較小，而透過(guò)率較高的電磁波波段，稱為大氣窗口。率較高的電磁波波段，稱為大氣窗口。吸收率透射率大大氣氣窗窗口口S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0

23、1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n遙感大氣窗口遙感大氣窗口(Atmospheric window)大大氣氣窗窗口口S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n遙感可用的大氣窗口遙感可用的大氣窗口 0.30 1.15 m ：主要反映地物對(duì)太陽(yáng)光的反射。：主要反映地物對(duì)太陽(yáng)光的反射。通常采用攝影或掃描的方式在白天感測(cè)、收集目標(biāo)通常采用攝影或掃描的方式在白天感測(cè)、收集目標(biāo)信息成像。信息成像。 1.3 2.5 m ：白天夜間都可應(yīng)用，是以掃描

24、的成：白天夜間都可應(yīng)用，是以掃描的成像方式感測(cè)、收集目標(biāo)信息，主要應(yīng)用于地質(zhì)遙感。像方式感測(cè)、收集目標(biāo)信息，主要應(yīng)用于地質(zhì)遙感。 3.5 5.0 m ：含地物反射及發(fā)射光譜，探測(cè)：含地物反射及發(fā)射光譜，探測(cè)高溫高溫目標(biāo)。目標(biāo)。大大氣氣窗窗口口S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 8 14 m熱紅外窗口：屬地物發(fā)射波譜，是熱紅外窗口：屬地物發(fā)射波譜，是常溫常溫下地物熱輻射能量最集中的波段下地物熱輻射能量最集中的波段，所探測(cè)的信息主，所探測(cè)的信息主要反映地物的發(fā)射率及溫度。要

25、反映地物的發(fā)射率及溫度。 1.0 mm 1 m微波窗口：分為毫米波、厘米波、分微波窗口：分為毫米波、厘米波、分米波。常采用被動(dòng)式遙感米波。常采用被動(dòng)式遙感(微波輻射測(cè)量微波輻射測(cè)量)和主動(dòng)式和主動(dòng)式遙感，前者主要測(cè)量地物熱輻射，后者是用雷達(dá)發(fā)遙感，前者主要測(cè)量地物熱輻射，后者是用雷達(dá)發(fā)射系列脈沖，然后記錄地物的回波信號(hào)。射系列脈沖，然后記錄地物的回波信號(hào)。返回本節(jié)首頁(yè)S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 傳感器從高空探測(cè)傳感器從高空探測(cè)地面物體時(shí)，所接收地面物體時(shí)，所接收

26、到的電磁波能量包括：到的電磁波能量包括：l 太陽(yáng)經(jīng)大氣衰減太陽(yáng)經(jīng)大氣衰減后照射地面，經(jīng)地物后照射地面，經(jīng)地物反射后，又經(jīng)大氣第反射后，又經(jīng)大氣第二次衰減進(jìn)入傳感器二次衰減進(jìn)入傳感器的能量；的能量；l 地面物體本身輻地面物體本身輻射的能量經(jīng)大氣后進(jìn)射的能量經(jīng)大氣后進(jìn)入傳感器；入傳感器；l 大氣散射和輻射大氣散射和輻射的能量等。的能量等。輻輻射射傳傳輸輸方方程程S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e nRadiance (LT) from paths 1, 3, and 5 con

27、tains intrinsic valuable spectral information about the target of interest. Conversely, the path radiance (Lp) from paths 2 and 4 includes diffuse sky irradiance or radiance from neighboring areas on the ground. This path radiance generally introduces unwanted radiometric noise in the remotely sense

28、d data and complicates the image interpretation process.dETETLdooovTcos121pTSLLL輻輻射射傳傳輸輸方方程程S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n到達(dá)地面的輻照度到達(dá)地面的輻照度 太陽(yáng)直射輻照度太陽(yáng)直射輻照度 天空漫反射輻照度天空漫反射輻照度 地表與大氣之間的多次散射漫反射輻照度地表與大氣之間的多次散射漫反射輻照度輻輻射射傳傳輸輸方方程程S W J T US W J T UC o p y r i g

29、 h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n均勻一致朗伯體地物的地表與大氣信號(hào)均勻一致朗伯體地物的地表與大氣信號(hào) 觀測(cè)像元經(jīng)大氣光束衰減后的地表反射信號(hào)觀測(cè)像元經(jīng)大氣光束衰減后的地表反射信號(hào) 大氣對(duì)太陽(yáng)光的散射信號(hào)大氣對(duì)太陽(yáng)光的散射信號(hào) 周圍像元的信號(hào)貢獻(xiàn)周圍像元的信號(hào)貢獻(xiàn)返回本節(jié)首頁(yè)輻輻射射傳傳輸輸方方程程S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 太陽(yáng)輻射到達(dá)地表后，一部分反射，一部分吸收，太陽(yáng)輻射到達(dá)地表后，一部分反射

30、，一部分吸收，一部分透射，即一部分透射，即 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量反射能量反射能量吸收能量吸收能量透透射能量射能量 絕大多數(shù)物體對(duì)可見光都不具備透射能力，而有些絕大多數(shù)物體對(duì)可見光都不具備透射能力，而有些物體如水，對(duì)一定波長(zhǎng)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特物體如水，對(duì)一定波長(zhǎng)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特別是別是0. 450. 56m的藍(lán)綠光波段。的藍(lán)綠光波段。一般水體的透射深一般水體的透射深度可達(dá)度可達(dá)1020 m，清澈水體可達(dá)，清澈水體可達(dá)100 m的深度的深度。電電磁磁波波與與物物體體交交互互作作用用 太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射S W J T US W J T UC o p y r i

31、 g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 地表吸收太陽(yáng)輻射后具有約地表吸收太陽(yáng)輻射后具有約300 K的溫度，從而形的溫度，從而形成自身的熱輻射，其峰值波長(zhǎng)為成自身的熱輻射，其峰值波長(zhǎng)為9.66 m，主要集中在，主要集中在長(zhǎng)波，即長(zhǎng)波，即6m以上的熱紅外區(qū)段。就以上的熱紅外區(qū)段。就短波而言，地表短波而言，地表反射的太陽(yáng)輻射稱為地表的主要輻射來(lái)源，而地表自反射的太陽(yáng)輻射稱為地表的主要輻射來(lái)源，而地表自身的輻射可以忽略不計(jì)身的輻射可以忽略不計(jì)。 地表反射地表反射的太陽(yáng)輻射成為的太陽(yáng)輻射成為可見光可見光和和近紅外遙感近紅外遙感記錄記錄的主要

32、輻射能量的主要輻射能量。電電磁磁波波與與物物體體交交互互作作用用S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 根據(jù)界面（反射面）的根據(jù)界面（反射面）的粗糙程度粗糙程度和和反射的反射的方向性方向性分：分：l 鏡面反射：鏡面反射：界面起伏高度相對(duì)入射電磁界面起伏高度相對(duì)入射電磁波波長(zhǎng)而言很?。唇缑婀饣r(shí)產(chǎn)生波波長(zhǎng)而言很?。唇缑婀饣r(shí)產(chǎn)生鏡面反射。鏡面反射。l 漫反射：漫反射：界面起伏高度相對(duì)于入射電磁界面起伏高度相對(duì)于入射電磁波波長(zhǎng)而言比較大（即界面粗糙）時(shí)，波波長(zhǎng)而言比較大

33、（即界面粗糙）時(shí)，產(chǎn)生漫反射。均勻的漫反射面稱為產(chǎn)生漫反射。均勻的漫反射面稱為朗伯朗伯面面，朗伯面反射的電磁波在各個(gè)方向上，朗伯面反射的電磁波在各個(gè)方向上輻射亮度值相同。輻射亮度值相同。電電磁磁波波與與物物體體交交互互作作用用 地物的反射地物的反射S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e nl 方向反射方向反射( (混合反射混合反射) )：當(dāng)界面起伏高度：當(dāng)界面起伏高度介于上述兩種情況之間（中等粗糙），介于上述兩種情況之間（中等粗糙），產(chǎn)生方向反射。實(shí)際地物表面由于地形產(chǎn)生方向反

34、射。實(shí)際地物表面由于地形起伏，在某個(gè)方向上反射最強(qiáng)烈，而在起伏，在某個(gè)方向上反射最強(qiáng)烈，而在其他方向反射較弱，這種現(xiàn)象稱為方向其他方向反射較弱，這種現(xiàn)象稱為方向反射。是鏡面反射和漫反射的結(jié)合。反射。是鏡面反射和漫反射的結(jié)合。 從空間對(duì)地面觀察時(shí)，對(duì)于平坦地區(qū)，從空間對(duì)地面觀察時(shí)，對(duì)于平坦地區(qū)，并且地面物體均勻分布，可以看成漫反并且地面物體均勻分布，可以看成漫反射；對(duì)于地形起伏和地面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地射；對(duì)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。電電磁磁波波與與物物體體交交互互作作用用S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u

35、o l i n C a i & L i S h e n 表面粗糙度及瑞利準(zhǔn)則表面粗糙度及瑞利準(zhǔn)則 地物表面的粗糙度地物表面的粗糙度(Surface Roughness) ：地物：地物表面起伏高差的均方根值。表面起伏高差的均方根值。 電電磁磁波波與與物物體體交交互互作作用用S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n 其中：其中： 為粗糙度；為粗糙度； 為光的入射角；為光的入射角； 為光波長(zhǎng)。為光波長(zhǎng)。兩波差兩波差 相位為相位為完全抵消完全抵消，差，差0 為為完全相重合完全相重合，介乎之間差，介乎之間差 粗糙度推導(dǎo)示意圖4cos2h（光程差）（光程差）（相位差）（相位差）cos8hhh24電電磁磁波波與與物物體體交交互互作作用用S W J T US W J T UC o p y r i g h t 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n瑞利準(zhǔn)則瑞利準(zhǔn)則cos8h當(dāng)相位差小于當(dāng)相位差小于 即即 ，兩波偏于相重合，則呈反，兩波偏于相重合，則呈反射為主、光