第二章遙感圖像基礎(chǔ)

第二章遙感圖像基礎(chǔ)第一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)

地物的波譜特性第二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四一、電磁波電磁波：交互變化的電磁場在空間的傳播。電磁波的四個基本要素： 波長（或頻率）、傳播方向、振幅、極化（或偏振）。第三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四二、電磁波譜按電磁波波長的長短，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—可見光—紅外線—微波—無線電波。

第四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四電磁波譜示圖第五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四遙感應(yīng)用的電磁波波譜段紫外線：波長范圍為0.01～0.38μm，太陽光譜中，只有0.3～0.38μm波長的光到達地面，對油污染敏感，但探測高度在2000m以下。可見光：波長范圍：0.38～0.76μm，人眼對可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。紅外線：波長范圍為0.76～1000μm，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠紅外和超遠紅外。微波：波長范圍為1mm～1m，穿透性好，不受云霧的影響。第六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四三、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+透射能量第七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四1、電磁輻射的反射反射率 當電磁輻射能到達兩種不同介質(zhì)的分界面時，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。第八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四1、電磁輻射的反射物體的反射物體表面的劃分 根據(jù)物體表面對反射的影響，分為兩類：光滑表面和粗糙表面。二者的劃分以入射波波長為標準，是相對概念。第九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四物體表面的劃分 劃分準則：物體表面的劃分一般用瑞利準則，關(guān)系式是： d=λ/8cosθ式中：λ為入射波的波長；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。第十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四物體的反射反射類型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方向，反射角=入射角。θiθr鏡面反射第十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四反射類型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。漫反射第十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四反射類型c.方向反射(directionalreflection) 介于漫反射和鏡面反射之間，各向都有反射，但各向反射強度不均一，也稱非朗伯反射。 方向反射率是指對入射和反射方向有嚴格定義的反射率，即特定反射能量與其面上的特定入射能量之比。方向反射第十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四2、物體的反射波譜特性反射波譜 物體對不同波長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的變化規(guī)律叫做該物體的反射波譜。第十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四反射波譜曲線 物體的反射波譜常用曲線表示，稱為反射波譜曲線。通常用平面坐標曲線表示，橫坐標表示波長λ，縱坐標表示反射率ρ。2、物體的反射波譜特性第十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四植被反射波譜曲線第十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四四、大氣對電磁波傳輸過程的影響 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，其作用強度取決于大氣的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)和通過大氣時的路程長短。第十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四大氣結(jié)構(gòu) 地面到大氣上界，大氣的結(jié)構(gòu)分層為：對流層（7～12km），平流層（12～50km），電離層（50～1000km），大氣外層（800～35000km）。四、大氣對電磁波傳輸過程的影響第十八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四大氣散射 電磁輻射在非均勻介質(zhì)或各向異性介質(zhì)中傳播時，改變原來傳播方向的現(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、大氣對電磁波傳輸過程的影響第十九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四大氣散射主要有以下幾種形式：1）瑞利散射。當引起散射的大氣粒子直徑遠小于入射電磁波波長（d<<λ）時，出現(xiàn)瑞利散射。2)米氏散射。當引起散射的大氣粒子的直徑約等于入射波長（d≈λ）時，出現(xiàn)米氏散射。四、大氣對電磁波傳輸過程的影響第二十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四3）無選擇性散射——散射強度與波長無關(guān) 引起散射的大氣粒子的直徑遠大于入射波長（d>>λ）時，出現(xiàn)無選擇性散射。 大氣中云、霧、水滴、塵埃的散射屬此類。 大氣散射作用是對太陽輻射衰減的主要原因，集中于太陽輻射能量較強的可見光區(qū)。第二十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四四、大氣對電磁波傳輸過程的影響大氣吸收

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。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的太陽輻射能量，在波長0.155μm處吸收最強。因此，在高空遙感中很少應(yīng)用紫外線波段。第二十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四大氣吸收4）二氧化碳（CO2）吸收。吸收帶集中在波長大于2微米的紅外波段。5)塵埃吸收。對太陽輻射有一定的吸收作用，但吸收量很少，當有沙塵暴、煙霧和火山爆發(fā)等發(fā)生時，大氣中塵埃急劇增加，這時它的吸收作用才比較顯著。第二十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四四、大氣對電磁波傳輸過程的影響大氣窗口

大氣對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。第二十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外可見光近紅外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遠紅外8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat第二十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)

遙感圖像的分辨率第二十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四空間分辨率（spatialresolution）像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時視場，或地面物體能分辨的最小單元。輻射分辨率（radiometricresolution）輻射分辨率是指傳感器接受波譜信號時，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。第二十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四光譜分辨率（spectralresolution）波譜分辨率是指傳感器在接受目標輻射的波譜時能分辨的最小波長間隔。間隔愈小，分辨率愈高。傳感器的波段選擇必須考慮目標的光譜特征值。時間分辨率（temporalresolution）時間分辨率指對同一地點進行采樣的時間間隔，即采樣的時間頻率，也稱重訪周期。第二十八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四