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1、第二章遥感图像基础第二章遥感图像基础本讲稿第一页，共二十九页第一节第一节地物的波谱特性地物的波谱特性本讲稿第二页，共二十九页一、电磁波一、电磁波l电磁波：交互变化的电磁场在空间的传播。电磁波：交互变化的电磁场在空间的传播。l电磁波的四个基本要素：电磁波的四个基本要素：波长（或频率）、传播方向、振幅、极化波长（或频率）、传播方向、振幅、极化（或偏振）。（或偏振）。本讲稿第三页，共二十九页二、电磁波谱二、电磁波谱按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。磁波谱。依次为：依次为：射线射线XX射线射线紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线微波微波无线电波
2、。无线电波。本讲稿第四页，共二十九页电磁波谱示图电磁波谱示图本讲稿第五页，共二十九页遥感应用的电磁波波谱段遥感应用的电磁波波谱段紫外线：紫外线：波长范围为波长范围为0.010.010.38m0.38m，太阳光谱中，只有，太阳光谱中，只有0.30.30.38m0.38m波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000 m2000 m以下。以下。可见光：可见光：波长范围：波长范围：0.380.380.76m0.76m，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。感技术应用中的重要波段。红外线红外线：波长范围为
3、波长范围为0.760.761000m1000m，根据性质分为近红外、中红，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。外、远红外和超远红外。微波微波：波长范围为波长范围为1 mm1 mm1 m1 m，穿透性好，不受云雾的影响。，穿透性好，不受云雾的影响。本讲稿第六页，共二十九页三、电磁波与地物之间的相互作用三、电磁波与地物之间的相互作用电磁辐射与物体相互作用，使得入射的电磁辐射受电磁辐射与物体相互作用，使得入射的电磁辐射受到反射、透射和吸收。到反射、透射和吸收。根据能量守恒定律有：根据能量守恒定律有：入射能量入射能量=反射能量反射能量+吸收能量吸收能量+透射能量透射能量本讲稿第七页，共二十九
4、页1、电磁辐射的反射、电磁辐射的反射反射率反射率当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时，入射当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时，入射能量的一部分或全部返回原介质的现象，称之为能量的一部分或全部返回原介质的现象，称之为反反射射。反射率是波长的函数，故称之为光谱反射率反射率是波长的函数，故称之为光谱反射率()，被定义为物体反射的辐射能量，被定义为物体反射的辐射能量P占总入射能量占总入射能量P0的百分比。的百分比。本讲稿第八页，共二十九页1、电磁辐射的反射、电磁辐射的反射物体的反射物体的反射物体表面的划分物体表面的划分根据物体表面对反射的影响，分为两类：光滑根据物体表面对反射的影响，分为两类：光
5、滑表面和粗糙表面。表面和粗糙表面。二者的划分二者的划分以入射波波长为标以入射波波长为标准，准，是相对概念是相对概念。本讲稿第九页，共二十九页物物体表面的划分体表面的划分划分准则：物体表面的划分一般用瑞利准则，划分准则：物体表面的划分一般用瑞利准则，关系式是：关系式是：d=d=/8cos/8cos式中：式中：为入射波的波长；为入射波的波长；为入射角。为入射角。如果物体表面的起伏度如果物体表面的起伏度hdhd，则该表面为光滑表面，则该表面为光滑表面镜面；如果镜面；如果hdhd，则为粗糙表面。，则为粗糙表面。本讲稿第十页，共二十九页物体的反射物体的反射反射类型反射类型a.镜面反射镜面反射(mirro
6、r reflection)由光滑表面产生的反射，其反射方向遵守反射由光滑表面产生的反射，其反射方向遵守反射定律。定律。反射能量集中在一个方向，反射角反射能量集中在一个方向，反射角=入射角。入射角。ir镜面反射镜面反射本讲稿第十一页，共二十九页反射类型反射类型b.b.漫反射漫反射(diffuse reflection)(diffuse reflection)粗糙表面产生的反射，其反射方向不遵守反射粗糙表面产生的反射，其反射方向不遵守反射定律。整个表面都均匀地向各向反射入射光称为定律。整个表面都均匀地向各向反射入射光称为漫反射。漫反射又称朗伯漫反射。漫反射又称朗伯(Lambert)(Lambert
7、)反射，也称各反射，也称各向同性反射。向同性反射。漫反射漫反射本讲稿第十二页，共二十九页反射类型反射类型c.c.方向反射方向反射(directional reflection)(directional reflection)介于漫反射和镜面反射之间，各向都有反射，介于漫反射和镜面反射之间，各向都有反射，但各向反射强度不均一，也称非朗伯反射。但各向反射强度不均一，也称非朗伯反射。方向反射率是指对入射和反射方向有严格定方向反射率是指对入射和反射方向有严格定义的反射率，即特定反射能量与其面上的特定入义的反射率，即特定反射能量与其面上的特定入射能量之比。射能量之比。方向反射方向反射本讲稿第十三页，共二
8、十九页2 2、物体的反射波谱特性、物体的反射波谱特性反射波谱反射波谱物体对不同波长的电磁辐射反射能力的变物体对不同波长的电磁辐射反射能力的变化，亦即物体的反射率随入射波长的变化化，亦即物体的反射率随入射波长的变化规律叫做该物体的反射波谱。规律叫做该物体的反射波谱。本讲稿第十四页，共二十九页反射波谱曲线反射波谱曲线物体的反射波谱常用曲线表示，称为反射波谱物体的反射波谱常用曲线表示，称为反射波谱曲线。曲线。通常用平面坐标曲线表示，横坐标表示波通常用平面坐标曲线表示，横坐标表示波长长，纵坐标表示反射率，纵坐标表示反射率。2、物体的反射波谱特性、物体的反射波谱特性本讲稿第十五页，共二十九页植被反射波谱
9、曲线植被反射波谱曲线本讲稿第十六页，共二十九页四、大气对电磁波传输过程的影响四、大气对电磁波传输过程的影响电磁辐射与大气相互作用主要有三种方式：散电磁辐射与大气相互作用主要有三种方式：散射、吸收和透射，其作用强度取决于大气的物质射、吸收和透射，其作用强度取决于大气的物质成分、结构和通过大气时的路程长短。成分、结构和通过大气时的路程长短。本讲稿第十七页，共二十九页大气结构大气结构地面到大气上界，大气的结构分层为：对流层（地面到大气上界，大气的结构分层为：对流层（7 712 km 12 km），平流层（），平流层（12 1250 km 50 km），电离层），电离层（50 501 000 km 1
10、 000 km），大气外层（），大气外层（80080035 000 35 000 kmkm）。四、大气对电磁波传输过程的影响四、大气对电磁波传输过程的影响本讲稿第十八页，共二十九页大气散射大气散射电磁辐射在非均匀介质或各向异性介质中传播电磁辐射在非均匀介质或各向异性介质中传播时，改变原来传播方向的现象称为时，改变原来传播方向的现象称为散射散射。大气散射大气散射是电磁辐射能受到大气中微粒（大气是电磁辐射能受到大气中微粒（大气分子或气溶胶等）的影响，而改变传播方向的现分子或气溶胶等）的影响，而改变传播方向的现象。象。四、大气对电磁波传输过程的影响四、大气对电磁波传输过程的影响本讲稿第十九页，共二十
11、九页大气散射主要有以下几种形式：大气散射主要有以下几种形式：1）瑞利散射瑞利散射。当引起散射的大气粒子直径远小于当引起散射的大气粒子直径远小于入射电磁波波长（入射电磁波波长（d ）时，出现无选择性散射。）时，出现无选择性散射。大气中云、雾、水滴、尘埃的散射属此类。大气中云、雾、水滴、尘埃的散射属此类。大气散射作用是对太阳辐射衰减的主要原因，大气散射作用是对太阳辐射衰减的主要原因，集中于太阳辐射能量较强的可见光区。集中于太阳辐射能量较强的可见光区。本讲稿第二十一页，共二十九页四、大气对电磁波传输过程的影响四、大气对电磁波传输过程的影响大气吸收大气吸收大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，大气中
12、的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带。形成太阳辐射的大气吸收带。1 1）水汽水汽（H H2 2O O）吸收。吸收带集中在中红外波段。）吸收。吸收带集中在中红外波段。2 2）臭氧臭氧（O O3 3）吸收。吸收带集中在紫外波段。）吸收。吸收带集中在紫外波段。3 3）氧气氧气(O(O2 2）吸收。主要吸收小于）吸收。主要吸收小于0.2m0.2m的太阳辐的太阳辐射能量，在波射能量，在波 长长0.155m0.155m处吸收最强。因此，处吸收最强。因此，在高空遥感中很少应用紫外线波段。在高空遥感中很少应用紫外线波段。本讲稿第二十二页，共二十九页大气吸收大气吸收4）二氧化碳二氧化碳（C
13、O2）吸收。吸收带集中在波长大于）吸收。吸收带集中在波长大于2微米的红外波段。微米的红外波段。5)尘埃尘埃吸收。对太阳辐射有一定的吸收作用，但吸吸收。对太阳辐射有一定的吸收作用，但吸收量很少，当有沙尘暴、烟雾和火山爆发等发生收量很少，当有沙尘暴、烟雾和火山爆发等发生时，大气中时，大气中 尘埃急剧增加，这时它的吸收作用才尘埃急剧增加，这时它的吸收作用才比较显著。比较显著。本讲稿第二十三页，共二十九页四、大气对电磁波传输过程的影响四、大气对电磁波传输过程的影响大气窗口大气窗口大气对电磁辐射的吸收和散射都很小，而透射率大气对电磁辐射的吸收和散射都很小，而透射率很高的的很高的的波段波段叫大气窗口。叫大
14、气窗口。本讲稿第二十四页，共二十九页大气窗口大气窗口波段波段透射率透射率/%/%应用举例应用举例紫外可见光紫外可见光近红外近红外0.30.31.3 m1.3 m9090TM1-4TM1-4、SPOTSPOT的的HRVHRV近红外近红外1.51.51.8 m1.8 m8080TM5TM5近近-中红外中红外2.02.03.5 m3.5 m8080TM7TM7中红外中红外3.53.55.5 m5.5 mNOAANOAA的的AVHRRAVHRR远红外远红外8 814 m14 m60607070TM6TM6微波微波0.80.82.5cm2.5cm100100RadarsatRadarsat本讲稿第二十五
15、页，共二十九页第二节第二节遥感图像的分辨率遥感图像的分辨率本讲稿第二十六页，共二十九页空间分辨率（空间分辨率（spatial resolutionspatial resolution）像素所代表像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。面物体能分辨的最小单元。辐射分辨率（辐射分辨率（radiometric resolutionradiometric resolution）辐射分辐射分辨率是指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辨率是指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射辐射度差。在
16、遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。量化级。本讲稿第二十七页，共二十九页光谱分辨率（光谱分辨率（spectral resolutionspectral resolution）波谱分辨率波谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最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。间隔愈小，分辨率愈高。传感器的小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高。传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值。波段选择必须考虑目标的光谱特征值。时间分辨率（时间分辨率（temporal resolutiontemporal resolution）时间分辨率时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时指对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。间频率，也称重访周期。本讲稿第二十八页，共二十九页 航空影像航空影像(0.5m)IKONOS(1.0m)SPOT-4(10m)QuickBird(0.61m)SPOT-5(2.5m)Landsat-7 ETM+(15m)小街区：24,000m2在1/3000比例尺下，六种影象上提取的小块街区不同空间分辨率的影像比较不同空间分辨率的影像比较本讲稿第二十九页，共二十九页