地物光谱特征及地面光谱数据采集.ppt

第2节 地物光谱特征及地面光谱数据采集武汉大学遥感信息工程学院龚 龑 太阳辐射能到达地表后会发生什么？ 而有些物体，例如水，对一定波长的电磁波则透射能力较强，特别是0.45～0.56μm的蓝、绿光波段，一般水体的透射深度可达 10～20m，混浊水体则为1～2m，清澈水体甚至可透到100m的深度。 利用这一特性制作成功的超长波探测装置探测地下的超长波辐射，可以不破坏地面物体而探测地下层面情况，在遥感界和石油地质界取得了令人瞩目的成果。 微波遥感 嫦娥一号 月壤探测 在物体反射、吸收、透射等物理性质中，使用最普遍最常用的仍是反射这一性质，也是本节的主要内容。 物体反射的辐射能量Pρ占总入射能量P0的百分比，称为反射率ρ ： (b)物体的反射类型 物体的反射状况根据其表面状况的不同分为三种： 特点：整个表面都均匀地向各向反射入射光，不论入射方向如何，反射方向是“四面八方”。 多数都处于两种理想模型之间，即介于镜面和朗伯面（漫反射面）之间。一般讲，实际物体表面在有入射波时各个方向都有反射能量，但大小不同。 设φi、θi分别为入射方向的方位角和天顶角，φr、θr分别为某一反射方向的方位角和天顶角。那么方向反射因子ρ’可以表示为： 入射辐照度Ii应该由两部分组成: 太阳的直接辐射 太阳辐射经过大气散射后又漫入射到地面的部分 反射波谱——地物反射率随波长的变化规律 除随不同地物（反射率）不同外，同种地物在不同内部结构、观测方向和外部条件下形态表现（反射率）也不同。地物反射率随波长变化有规律可循，为高光谱遥感影像分析的提供依据。 叶绿素浓度：水中的叶绿素浓度是影响水体光谱特性的另一个重要因素。 叶绿素浓度增加时，蓝光反射率显著下降，绿光反射率显著上升。 除了悬浮泥沙和叶绿素等因素外，许多天然及人造物质对水体的光谱特征也有影响。如河流中高浓度的丹宁(tannin)引起水体的棕黄色。 雪的反射率明显高于水体 雪粒大小 雪花絮状形态 积雪松紧程度 可见光波段（0.4～0.76μm）有一个小的反射峰，两侧有两个吸收带。这是因为叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，而对绿光吸收作用相对较弱。 植物波谱具有上述的基本特征，但仍有细部差别，这种差别与植物种类、季节、病虫害影响、含水量多少等有关系。 9月20日玉米、大豆 自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲有机质含量越高和含水量越高反射率越低，此外土类和肥力也会对反射率产生影响。 岩石的反射波谱曲线无统一的特征。矿物成分、矿物含量、风化程度、含水状况、颗粒大小、表面光滑程度、色泽等都会对曲线形态产生影响。 1. 风化对岩石光谱反射率的影响 水化作用 削弱矿物光谱特征差异 2. 岩石表面结构对光谱反射率的影响 粒度 3. 岩石表面状况对光谱反射率的影响 成分 杂质 有机质 (a)双向反射分布函数（BRDF） 对于地物表面dA，入射时辐照度为dIi(φi,θi)，在φr和θr方向上，由dIi产生的反射亮度为dLr，随着入射方向和反射方向的不同，产生一个函数fr，称双向反射分布函数，简称BRDF，表示为： 对于给定的入射角和反射角，这一函数值表示在给定方向上每单位立体角内的反射率。fr还是波长的函数。BRDF完全描述了反射空间分布特性的规律。 但是由于BRDF函数值本身是两个无穷小量的比，且实际想要测量dIi也十分困难，因此实际测量中很少采用。 这一函数比较容易测量，其定义是，在给定的立体角锥体所限制的方向内，在一定辐照度和观测条件下，目标的反射辐射通量与处于同一辐照度和观测条件下的标准参考面的反射辐射通量之比。而这一标准参考面即为前面讲过的朗伯反射面。 (a)样品的实验室测量 实验室测量常用分光光度计，仪器由微机控制，测量数据也直接传给计算机。分光光度计的测量条件是一定方向的光照射，半球接收，因此获得的反射率与野外测定有区别。室内测量时要有严格的样品采集和处理过程。 (b)野外测量 垂直测量所用标准板通常用硫酸钡或氧化镁制成，在反射天顶角≤45o时，接近朗伯体，并且经过计量部门标定，其反射率为已知值。 非垂直测量： 在野外更精确的测量是测量不同角度的方向反射比因子，考虑到辐射到地物的光线由来自太阳的直射光（近似定向入射）和天空的散射光（近似半球入射），因此方向反射比因子取两者的加权和。 非垂直测量步骤 自然光照射时测量一次为I值； 用挡板遮住太阳光使阴影盖过标准板，再测一次为ID； 自然条件下选择太阳方向和观测角在同一地面