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知识点一:遥感物理基础


 
(a)                                (b)
 
(c)
图1-12  土壤反射光谱特性

土壤水的含量增加,会使反射率曲线平移下降,并有两个明显的水分吸收谷,但当土壤水超过最大毛管持水量时,土壤的反射光谱不再降低,而当土壤水处于饱和状态或过饱和状态,使土壤表面形成一层薄薄的水膜,在地表平坦时,接近于镜面反射,其反射率反而增高(图1-12c)。

影响地物反射率大小的因素包括太阳位置、传感器位置、地理位置、地形、季节、气候变化、大气状况及地物本身的变异等。

太阳位置主要指太阳高度角和方位角。太阳高度角和方位角不同,则地面物体入照度就会发生变化,地物反射率也随之改变。为了尽量减小太阳高度角和方位角引起的反射率变化,遥感的卫星轨道设计大多都在同一个地方时间通过当地上空。但由于季节变化、地理经纬度变化所造成的太阳高度角和方位角的变化是不可避免的。

传感器的位置指传感器的观测角和方位角。一般空间遥感用的传感器大部分设计成垂直指向地面,这样影响较小。但由于卫星姿态引起的传感器指向偏离垂直方向,仍会造成反射率变化。

 
图1-13 太阳辐射入射方向

 

不同的地理位置太阳高度角与方位角不同,海拔高度不同,地理景观不同,大气透明度不同等均会造成反射率变化。地物本身的差异如土壤水分、植物健康与否、水中含沙量、植物生长期变化等均会导致地物光谱反射率发生变化。

1.2.3 地物波谱特性的测量

地物波谱是遥感研究的基础。地物光谱的测试有三方面作用:传感器波段的选择、验证、评价;建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系;建立地物相关和应用模式。反射光谱特性的测量主要通过样品的实验室测量和野外测量两种方法。

地物光谱的测试分实验室测量和野外测量两大类。野外测量又分地面测量和航空测量。仪器有分光光度计、光谱仪、摄谱仪等。实验室测量是在限定的条件下进行,精度较高,但不是在自然状态下进行,所以与实际情况有差别,其数据一般只作参考;野外测量是在实际的自然条件下进行,能反映测量瞬间地物实际的反射特性。其数据是设计传感器时选择波段、飞行时选择合适的飞行时间和飞行方向、以及自动分类中地物属性的识别和区分的基础资料。

 
图1-14 地物光谱测试示意

 

1.3大气对电磁辐射的影响

1.3.1 大气的吸收与散射

1、大气吸收作用

太阳辐射穿过大气层时,大气分子对电磁波的某些波段有吸收作用,吸收作用使辐射能量变成分子的内能,引起这些波段的太阳辐射强度衰减。

(1)氧气:小于0.2 μm;0.155µm为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。

(2)臭氧:大气中数量极少,只占0.01~0.1%,但臭氧吸收很强。吸收波长范围比较复杂。主要吸收波长短于0.32µm的紫外线。由于多种大气成份都吸收紫外线,故在遥感中很少应用紫外外波段。

(3)水:吸收太阳辐射能量最强的介质。水汽吸收的波长很宽,在0.94µm,1.14µm,1.87µm,3.2µm处有中等强度的吸收带,在2.5~3.0µm,5.0~7.5µm两处有极强的吸收带,主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分(0.7~3.0µm)。因此,水对红外遥感有极大的影响。

(4)二氧化碳:量少;主要吸收大于2µm的红外线,位于2.7µm,4.3µm,14.5µm处有很强的红外吸收峰。

 

 
图1-16 大气的吸收(左)和散射(右)

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