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1、一般物体的发射辐射一般物体的发射辐射 自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量 都比相同条件下绝对黑体的要低。实际物都比相同条件下绝对黑体的要低。实际物 体的辐射不仅依赖于波长和温度，还与构体的辐射不仅依赖于波长和温度，还与构 成物体的材料、表面状况等因素有关。成物体的材料、表面状况等因素有关。 发射率就是实际物体与同温度的黑体在相发射率就是实际物体与同温度的黑体在相 同条件下辐射功率之比同条件下辐射功率之比1.2.41.2.41.3 地物的反射辐射地物的反射类别地物的反射类别光谱反射率以及地物的反射光谱特性光谱反射率以及地物的反射光谱特性影响地物光谱反射率变化
2、的因素影响地物光谱反射率变化的因素1.3.1 地物的反射类型镜面反射：是指物体的反射满足反射定律。当发生镜面反射时，对于 不透明物体，其反射能量等于入射能量减去物体吸收的能量。自然界 中真正的镜面很少，非常平静的水面可以近似认为是镜面。 漫反射：如果入射电磁波波长不变，表面粗糙度h逐渐增加，直到h 与同数量级，这时整个表面均匀反射入射电磁波，入射到此表面的方向反射：实际地物表面由于地形起伏，在某个方向上反射最强烈， 这种现象称为方向反射。是镜面反射和漫反射的结合。它发生在地物 粗糙度继续增大的情况下，这种反射没有规律可寻。 从空间对地面观察时，对于平面地区，并且地面物体均匀分布，可以 看成漫反
3、射；对于地形起伏和地面结构复杂的地区，为方向反射。与同数量级，这时整个表面均匀反射入射电磁波。1.3.2光谱反射率以及地物反射光谱特性 反射率是物体的反射辐射通量与入射辐射 通量之比，这个反射率是在理想漫反射体 的情况下，整个电磁波长的反射率EEEE 实际上由于物体固有的结构特点，物体对于不同波 长的电磁波会有选择的反射。 光谱反射率：是物体在特定波长上的反射辐射通 量与入射辐射通量之比。EE绿红紫外 红外反射波谱 反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射能）随 波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵 坐标所得的曲线即称为该物体的反射波谱特性曲 线。 物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤
4、 其是后两个波段。反射波谱 正因为不同地物在不同波段有不同的反射率这一 特性，物体的反射波谱特性曲线才作为判读和分 类的物理基础，广泛地应用于遥感影像的分析和 评价中。01020304050607002468101214波长（um）反射率光滑红瓦煤灰 风化红瓦沥青石子 混凝土铜 白色橡胶覆盖钢水体植被土壤建筑地物的反射辐射典型地物的反射波谱特性曲线植被的反射波谱特性曲线植被的反射波谱特性曲线红外波段绿波段植被的反射波谱特性曲线 植被的光谱反射特性 蓝、红波段为吸收带 绿波段为弱反射带 近红外波段有强反射带,但含水量造成反射吸收水体的反射波谱特性曲线水体的反射波谱特性曲线红外波段绿波段水体的反射
5、波谱特性曲线 水体的光谱反射特性 蓝、绿波段为反射带 近、中红外波段为完全吸收带植被和水体的反射波谱特性曲线比较近红外波段红波段绿波段城市道路、建筑物的反射波谱特性曲线 在城市遥感影像中，通常看到建筑物的顶部、部 分建筑物的侧面、无植被覆盖的道路 建筑材料各不相同城市道路、建筑物的反射波谱特性曲线 城市道路、建筑物的光谱反射特性 红外波段较可见光波段反射强 石棉瓦较其他材料反射强 沥青较其他材料反射弱土壤的反射波谱特性曲线土壤的反射波谱特性曲线 土壤的光谱反射特性 自然状态下土壤表面的反 射率没有明显的峰值和谷 值 。 土壤的反射波谱特性曲线 与土壤质地组成有关 土壤反射波谱特性曲线较 平滑，
6、因此在不同光谱段 的遥感影像上，土壤的亮 度区别不明显。植被、水体、土壤的反射波谱特性曲线1.3.3 影响地物光谱反射率变化的因素太阳高度（日期、时间）大气条件地形（阴影）地形（坡度）气候、植物的病变环境状况太阳高度（日期、时间）大气条件地形（阴影）地形（坡度）气候、植物的病变环境状况电磁波与地表的相互作用电磁波与地表的相互作用EI() = ER()+EA()+ET()入射能入射能 EI反射能反射能 ER吸收能吸收能 EA透射能透射能 ET 反射反射（Reflection） 吸收吸收（Absorption） 透射透射（Transmission）主要有三种基本的物理过程：主要有三种基本的物理过程
7、：1)()(）（其中其中，能量能量 R、A、T 的比例及每个过程的性的比例及每个过程的性 质，对不同的地表特征质，对不同的地表特征 是变化的,它既依赖于是变化的,它既依赖于 地表特征的性质与状态地表特征的性质与状态（如 物质组成如 物质组成、几何特征几何特征、 光照角度等光照角度等），），又依赖于又依赖于 电磁波的波长。电磁波的波长。反射反射 - 指当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时，- 指当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时， 入射能量部分或全部返回原介质的现象入射能量部分或全部返回原介质的现象。反射特征用反射特征用反射率反射率（Reflectivity）表示表示。它是波长的函数它是波
8、长的函数， 又称又称光谱反射率光谱反射率，被定义为被定义为：1.反射反射（Reflection）反射率的大小依赖于物质类别反射率的大小依赖于物质类别、组成组成、结构结构、表面粗糙度表面粗糙度、 含水量含水量、入射角入射角、观测角观测角、波长波长等等，而与入射辐射强度无关。而与入射辐射强度无关。 因此因此，任何物体的反射性质任何物体的反射性质，最能揭示目标的本质，是遥感最能揭示目标的本质，是遥感 采集与研究的最基本信息之一。采集与研究的最基本信息之一。)( 反射的三种形式：镜面反射反射的三种形式：镜面反射、漫反射漫反射、方向反射方向反射。)()(IR EE）（ 入射能反射能以百分数表示，其值在以
9、百分数表示，其值在01之间，为无量纲的量之间，为无量纲的量 .任一表面的反射特性任一表面的反射特性 是与其表面几何形态是与其表面几何形态 粗糙度粗糙度有密切的关系，而 表面粗糙度是有密切的关系，而 表面粗糙度是入射波长入射波长的的 函数，它依据表面几何形函数，它依据表面几何形 态与入射波长的比例关系态与入射波长的比例关系 而定，并与而定，并与入射角入射角关系密关系密 切。切。（a）镜面反射（）镜面反射（b）漫反射）漫反射(c) 方向反射方向反射不同表面粗糙度的三种形式反射不同表面粗糙度的三种形式反射镜面反射镜面反射当入射波长当入射波长 界面粗糙度界面粗糙度（光滑表面光滑表面）时，入射 能量全部
10、或几乎全部按相反方向反射时，入射 能量全部或几乎全部按相反方向反射（反射能量集中在反射能量集中在一个方向一个方向），），且反射角等于入射角，则为镜面反射。且反射角等于入射角，则为镜面反射。（1）镜面反射镜面反射- specular reflection对可见光而言，在镜面对可见光而言，在镜面、光滑金属表面光滑金属表面、平静水体平静水体 表面均可发生镜面反射；表面均可发生镜面反射； 而对微波而言，由于波长 较长，故马路面也符合镜而对微波而言，由于波长 较长，故马路面也符合镜 面反射规律。面反射规律。（2）漫反射漫反射- diffuse reflection当入射波长比地表高度小或比地表组成物质粒
11、度小当入射波长比地表高度小或比地表组成物质粒度小（粗糙表面）（粗糙表面）时，入射能量均匀地向各方向反射，则为时，入射能量均匀地向各方向反射，则为 漫反射漫反射（朗伯反射（朗伯反射-Lambert） ，） ，即即 L 在在2空间上各向同空间上各向同 性性。一个完全的漫射体称为。一个完全的漫射体称为朗伯体朗伯体。漫反射漫反射对可见光而言对可见光而言，土石路面土石路面、 均一的草地表面可属漫射体均一的草地表面可属漫射体。严格讲自然界只存在近似 意义下的朗伯体。只有黑严格讲自然界只存在近似 意义下的朗伯体。只有黑 体才是真正的朗伯体。体才是真正的朗伯体。二向性反射二向性反射 （Bidirectiona
12、l reflection） 指入射指入射、反射方向均以微小反射方向均以微小 立体角定义的方向反射。立体角定义的方向反射。（3）方向反射方向反射- Directional reflection指对入射和反射方向严格定义的反射率，即特定方向反射能量指对入射和反射方向严格定义的反射率，即特定方向反射能量 和特定入射能量之比。自然界大多数地表是介于粗糙的朗伯表和特定入射能量之比。自然界大多数地表是介于粗糙的朗伯表 面面（均匀均匀、各向同性各向同性）与光滑的“镜面” 之间的与光滑的“镜面” 之间的非朗伯表面非朗伯表面（非非 均一均一、各向异性各向异性）。vfvdWvsdWsfs随着太阳入射角及观测角度的
13、随着太阳入射角及观测角度的 变化变化（即空间方向变化），（即空间方向变化），物体表面物体表面 的反射有明显的差异。这种差异的反射有明显的差异。这种差异 不仅与不仅与两种角度两种角度有关，还随物体有关，还随物体 空间结构空间结构要素的变化而变化。要素的变化而变化。反照率与地表反照率反照率与地表反照率反照率反照率（albedo），又称又称半球反射率半球反射率，被定义为目标，被定义为目标 物的出射度与入射度之比物的出射度与入射度之比（即单位时间即单位时间、单位面积上各个方 向出射的总辐射能量单位面积上各个方 向出射的总辐射能量 M 与入射的总辐射能量与入射的总辐射能量 E 之比之比）常用常用 表示为
14、表示为：EM / 地表反照率地表反照率，指以太阳 光作为入射光的指以太阳 光作为入射光的地表半球反地表半球反 射率射率, 即自然物体的, 即自然物体的半球反半球反 射率射率。地表反照率是地表能量 平衡中的一个重要参数。地表反照率是地表能量 平衡中的一个重要参数。Kondratyev (1972) 遥感观测的是辐射亮度值遥感观测的是辐射亮度值 L（即在单位立体角、单位（即在单位立体角、单位 时间内，在单位法向面积上辐射出的辐射能量）时间内，在单位法向面积上辐射出的辐射能量）。但在实际但在实际 应用中，人们常需要的是地面目标入射与反射的辐射通 量密度应用中，人们常需要的是地面目标入射与反射的辐射通
15、 量密度（半球-半球-E 和和M），），而并不是而并不是 L 及它的空间分布。及它的空间分布。因此因此，常需要通过遥感所提供的常需要通过遥感所提供的 L、BRDF，来反来反 演地表反照率演地表反照率。遥感图像所获得的遥感图像所获得的 辐射亮度值辐射亮度值 L 反射率反射率 ， 可通过辐射定标或大气校正模型可通过辐射定标或大气校正模型（如（如Modtran等 ）等 ）实现。实现。地表反照率的测量地表反照率的测量依据地表辐射平衡原理，利用地表辐射仪依据地表辐射平衡原理，利用地表辐射仪-四分量法或四分量法或 反照率表反照率表+高塔高塔，获得地表辐射的四分量获得地表辐射的四分量：太阳总辐射、 地表反射辐射、大气逆辐射、地表发射辐射，太阳总辐射、 地表反射辐射、大气逆辐射、地表发射辐射， 及净辐射及净辐射Rn。sRsRLRLR由此，可求解地表反照率。由此，可求解地表反照率。ssRRsR地表辐射平衡方程：地表辐射平衡方程：LLssnRRRRR=（1）透 射透 射（Transmission）当电磁波入射到两种介质的分界面时，部份入射能穿越当电磁波入射到两种介质的分界面时，部份入射能穿越 两介质的分界面的现象，称为两介质的分界面的现象，称为透射透射。介质透射能量的能力，用介质透射能量的能力，用透射率透射
