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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
1.光谱特征概要 • 太阳辐射能到达地表后会发生什么？
到达地面的太阳辐射能量 = 反射能量 + 吸收能量 + 透射能量
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
1.光谱特征概要
• 关于透射 一般来说，绝大多数物体对可见光都不具 备透射能力。
•
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.
对可见光而言，其它方向上应该是黑的。
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全站仪棱镜
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (c)镜面反射和漫反射 • 漫反射
当目标物的表面足够粗糙，以致于它对太阳短波 辐射的反射辐射亮度在以目标物的中心的2π空间中呈 常数，即反射辐射亮度不随观测角度而变，我们称该 物体为漫反射体，亦称朗伯体。
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。
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一、地物反射光谱特征
1.光谱特征概要
• 关于透射 对于一般不能透过可见光的地面物体对波长 5 cm的电磁波则有透射能力，例如，超长波的 透过能力就很强，可以透过地面岩石、土壤。 • 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

P P0
100%
不同物体的反射率也不同，这主要取决于 物体本身的性质（表面状况），以及入射电磁 波的波长和入射角度。反射率的范围总是≤1， 利用反射率可以判断物体的性质。
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一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (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：
• 如果 h

8 cos
•两波偏于相抵消，则呈散射为主、粗糙表面。
增大， 增大， 有利于形成光滑表面。 减小， 减小，有利于形成粗糙表面。
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一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (d) 瑞利判据分析
引出地表粗糙度的概念：在遥感中一个象元覆 盖的地面面积单元内，相邻一个波长距离的平均高 差 h 。 对于可见光， 在 m 范围内，几乎所有地 物都是粗糙面，而对于微波， 在 cm 到 m 之间， 地物表面呈粗糙与光滑临界状态。
第二章 第2节 地物光谱特征及地面光谱数据采集
《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征 二、典型地物反射波谱特征 三、地物光谱特征采集
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
1.光谱特征概要
• 什么决定了地物的光谱特征？ 回顾物质结构与光谱产生机理，可以看出，地 物光谱特征与地物本身的物理化学特性有关，物质 的微观结构和宏观特性决定着地物的光谱特征。
两波差
（光程差）
相位为完全抵消，差0
为完全相重合，介乎之间差 4
2h cos

4
（相位差）

h

8 cos
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其中：h 为粗糙度； 为光的入射角； 为光波长。
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一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱
(d) 瑞利判据分析
• 如果 h 8 cos 两波偏于相重合，则呈反射为主、光滑表面。
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一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (e) 实际物体反射
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。 在入射辐照度相同时，反射辐射亮度 的大小既与入射方位角和天顶角有关，也 与反射方向的方位角和天顶角有关。
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一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (c)镜面反射和漫反射 • 漫反射
自然界中真正的朗伯面也很少，新鲜的氧化镁 （MgO）、硫酸钡（BaSO4）、碳酸镁（MgCO3）表面， 在反射天顶角≤45o时，可以近似看成朗伯面。
严格讲只有黑体才是真正的朗伯体。
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镜面反射
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实际物体 反射
漫反射
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一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (c)镜面反射和漫反射 • 镜面反射
是指物体的反射满足反射定律。入射波和反 射波在同一平面内，入射角与反射角相等。
• 当镜面反射时， 如果入射波为平行入 射，只有在反射波射 出的方向上才能探测 到电磁波，而其他方 向则探测不到.
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一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (d) 瑞利判据分析 —瑞利判据 目的：判断物体表面对特定光到底是那 种反射主导。
思考：从哪里入手进行判断、如何判断？
决定反射状况的宏观因素：
表面状况 粗糙度
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一、地物反射光Βιβλιοθήκη 特征2.反射率和反射光谱 (d) 瑞利判据分析 • 根据表面光滑或粗糙
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一、地物反射光谱特征
1.光谱特征概要
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。
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (a)反射率 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 ：
漫反射又称朗伯(Lambert)反射，也称各向同性反射。
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (c)镜面反射和漫反射 • 漫反射
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”。
设平面的总反射率为ρ，某一方向上的反射 因子为ρ’，则： ρ=πρ’ ρ’为常数，与方向角或高度角无关。 也就是把反射出来的能量分散到各个方向， 因此从某一方向看反射面，其亮度一定小于镜面 反射的亮度。
θi θr
L.Rayleigh提出表面为光滑或粗糙的标准为：
•当 h cos 8 •当 h cos 8
为光滑表面 为粗糙表面
镜面反射
漫反射
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方向反射
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一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (d) 瑞利判据分析

h
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粗糙度推导示意图