遥感导论复习重点(2)

3. 非选择性散射：

条件：当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射； 特点：散射强度与波长无关 。 ? 瑞利散射主要发生在可见光和近红外波段；

? 米氏散射发生在近紫外 ~ 红外波段，但在红外波段米氏散射的影响超过瑞利散射； ? 大气云层中小雨滴的直径相对其他微粒较大，对可见光只有无选择性散射，对各波段 的散射强度相同，因而云层呈现白色； ? 在微波波段，由于微波波长远大于云层中水滴的直径，因而属于瑞利散射类型，此时，散射强度与波长的四次方成反比，散射强度相对很弱，透射能力很强，故微波具有最小散射、最大透射，具有穿云透雾的能力。

六、大气透射及大气窗口

大气窗口：将电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的、透过率较高的波段称为大气窗口。

大气窗口的光谱段主要有：(P32)

? 0.3～1.3μｍ,紫外～近红外，摄影成像最佳波段，如TM1～4

? 1.5～1.8和2.0～3.5μｍ,近～中红外,日照充足时扫描成像常用波段，如TM5，7等，探测植物含水量以及云、雪，或地质制图

? 3.5～5.5μｍ,中红外，除反射外，还有地物自身热辐射 ? 8～14μｍ,远红外，主要是来自地物的热辐射能量

? 0.8～2.5cｍ,微波，有穿云透雾能力，是主动遥感，如侧视雷达

§2-5 地物的反射波谱及其测量

I（到达地面的太阳辐射总能量）=R（反射能量）+A（吸收能量）+T（透射能量） 即E入射能=E反射能+E吸收能+E透射能 或

I=ρ（λ，T）+α（λ，T）+τ（λ，T）

在一般遥感中，τ（λ，T）=0，α（λ，T）=ε（λ，T） 则上式变为：ε（λ，T）+ρ（λ，T）=1

一、地物的反射

1.反射率：物体反射的辐射能量R占入射总能量I的百分比，称为反射率ρ。 ρ=R/I*100%

影响地物反射率大小的因素：

? 入射电磁波的波长 ? 入射角的大小

? 物体本身的性质：地表颜色与粗糙度 利用反射率可以判断物体的性质。

2.物体的反射

自然界物体的反射状况可以分为三种：镜面反射；漫反射；实际物体的反射

观察方向的反射亮度:Lr(Фrθr)=ρ’（Фiθi，Фrθr）×Ii（θi,D）+ρ’’(Фrθr)×ID 简化为Lr=ρ’×Ii+ρ’’×ID *D是下标 二、地物的反射波谱曲线

1.反射波谱：是指地物反射率随波长的变化规律。

地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。

地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。

不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙漠、湿地、小麦的光谱曲线

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利用反射率随波长的变化规律可以识别和区分物体。

1.同一物体的波谱曲线反映了物体在不同波段的反射率，将此与传感器的对应波段接收的辐射数据相对照，可以得到遥感数据与对应地物的识别规律。 2.不同地物有不同的反射波谱曲线

（见P38-41植被、土壤、水体、岩石的反射波谱曲线特征）；

3.同种地物在不同内部结构和外部条件下，其反射波谱曲线也有差异。根据这一点，可以识别不同的地物及同一地物的不同表现形式。

4.同一地物不同时间的反射光谱曲线不同。 2.几种典型地物的反射波谱曲线

植被的反射波谱曲线：

土壤的反射波谱曲线

水体的反射波谱曲线

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岩石的反射波谱曲线

三、地物波谱特性的测量

地物波谱特性测量的目的

1、传感器波段选择、验证、评价的依据； 2、建立地面、航空和航天遥感数据的关系；

3、将地物光谱数据直接与地物特征进行相关分析并建立应用模型； （一）地物反射波谱测量理论：

双向反射分布函数（BRDF） 双向反射比因子R（BRF）：

（二）地物光谱的测量方法 1、样品的实验室测量

2、野外测量：

垂直测量： ρ（λ）=V（λ）×ρs(λ)/Vs(λ)

非垂直测量： R（Фiθi，Фrθr）=K1RS（Фiθi，Фrθr）+K2RD（Фrθr）

复习题

1.电磁波及其性质；电磁波谱；辐射通量Φ ；辐射通量密度E；辐照度I；辐射出射度M；辐射亮度L；黑体与灰体；比辐射率ε ；太阳常数；大气窗口；双向反射比因子R 2.斯忒藩——波尔兹曼定律；维恩位移定律；基尔霍夫定律 3.瑞利散射；米氏散射；无选择性散射

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4.发射波谱曲线

5.太阳及地球的光谱特征

6.被动遥感主要的辐射源是什么？遥感研究他们哪些波段的波谱特征，为什么？ 7.试述在遥感探测过程中大气对太阳辐射的影响。

8.从地球辐射的分段特性说明为什么对于卫星影像解译必须了解地物反射波谱特性。 9.结合遥感探测过程谈谈大气窗口在地学遥感中的作用 。

第三章 遥感的探测基础

§3-1 传感器

传感器是直接获得目标物信息的仪器，用以测量和记录目标物的电磁辐射强度和特性，是遥感技术系统的重要组成部分。 一、传感器组成

传感器通常由收集器、探测器、信号处理器和输出设备组成，如下图所示。

二、传感器的分类

按工作方式分：被动式、主动式

按工作波段分：紫外、可见光、红外、微波、多波段传感器等 按数据记录方式分：成像式、非成像式传感器 按成像原理分：摄影方式、扫描方式传感器 三、摄影式和扫描式传感器

1.摄影方式传感器：快门打开瞬间收集目标信息。（P54） 摄影方式传感器主要是摄影机。

如框幅摄影机、缝隙摄影机、全景摄影机（缝隙式、镜头转动式）、多光谱摄影机等 2.扫描方式传感器：逐点逐行收集目标信息。（P67） ⑴ 对目标面扫描的传感器 ⑵ 对影像面扫描的传感器

四、成像光谱仪 （P70）

成像光谱技术：将传统的空间成像技术与地物光谱技术有机地结合在一起，实现对同一地区同时获取几十

个到几百个波段的地物反射光谱图像。

成像光谱：就是在特定光谱域以高光谱分辨率同时获得的连续地物光谱图像，使得遥感应用可以在光谱维

上进行空间展开，定量分析地球表层生物物理化学过程与参数。 成像光谱仪按其结构可分为两种类型:

1.面阵探测器加推扫式扫描仪的成像光谱仪 2.线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪

1.集光系统要求尽量使用反射式光学系统，并且要求具有消去球面像差、像散差及畸变像差的非球面补偿镜头的光学系统。

2.分光系统，分色滤光片和干涉滤光片改为由狭缝、平行光管、棱镜以及绕射光栅组成的分光方式，绕射光栅能对由光导纤维导入的各波谱带的入射光进行高精度的分光，能用于从紫外至红外范围

3.探测器敏感元件，要求由成千上万个探测元件组成的线阵，并且能够感受可见光和红外谱区的电磁波。 关键技术

⑴超多维光谱图象信息的显示：如图象立方体的生成；

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⑵光谱重建：成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图象-光谱转换； ⑶光谱编码：尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征参数的算法； ⑷基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法；

⑸混合光谱分解模型；

⑹基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算法。 成像光谱的特点

1. 波段数量多（几十至几百个）、波段窄、数据量大。

2. 高的光谱分辨率：可获得可见光、近红外、中红外、热红外波段多而窄的连续的光谱。波段间隔毫微米（纳米），一般10—20个纳米，个别2.5纳米。 3. 图谱合一：在获得数十、数百个光谱图象的同时，可以显示影像中每个像元的连续光谱。它所提供的这种每个像元或像元组的连续光谱，可以较客观的反映地物光谱特征以及光谱特征的微弱变化，进行波谱形态分析，与实验室、野外及光谱数据库进行匹配，从而检测具有诊断意义的地物光谱特征，至使利用光谱信息直接识别地物。

4. 高的空间分辨率：一般瞬时视场IFOV以1.0—3.0mrad，空间分辨率几米到几十米不等。

5. 高的辐射分辨率和信噪比（S/N）：用仪器的噪声等效反射比表示，通常用信噪比（S/N）。信噪比的高低直接影响成像光谱图象对地物的识别能力。

§3-2 传感器的性能

传感器的性能指标表现在很多方面，其中最具有实用意义的指标是传感器的分辨率。 空间分辨率 时间分辨率 光谱分辨率 辐射分辨率 温度分辨率 一、空间分辨率：

遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离，是用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标。即像素所代表的地面范围的大小，扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。

通常用像元大小、像解率和视场角表征。

像元（pixel）

像解率：单位为线/毫米或线对/毫米。一个线对为一对能分辨的明暗相间的线。 视场角（FOV）：指传感器的张角，即传感器的瞬时视域。 对于摄影影像：（线对/毫米）；

对于扫描影像：瞬时视场角（IFOV）（毫弧度），即像元，是扫描影像中能够分辨的最小面积。 空间分辨率数值在地面上的实际尺寸称为地面分辨率。 对于摄影影像，用线对在地面的覆盖宽度表示（米）； 对于扫描影像，是像元所对应的地面实际尺寸（米）。

空间分辨率是评价传感器性能和遥感信息的重要指标之一，也是识别地物形状大小的重要依据。 二、时间分辨率

根据回归周期的长短，时间分辨率可分为三种类型：

1.超短周期时间分辨率： 2.中周期时间分辨率：

3.长周期时间分辨率：

利用时间分辨率可以进行动态监测和预报。

三、光谱分辨率

光谱分辩率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。

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