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Jan 01, 2016
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.1 、太阳辐射与地表的相互作用
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.1 、太阳辐射与地表的相互作用
波段名称 可见光与近红外
中红外 远红外
波长 0.3-2.5μm 2.5-6 μm >6 μm
辐射特性 地表反射太阳辐射为主
地表反射太阳辐射和自身热辐射
地表物体自身热辐射为主
地球辐射的分段特性
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.2 、地表自身热辐射
地表物体的辐射遵循基尔霍夫定律:
),(),(),( 0 TMTTM
地球辐射接近于 300K 黑 体辐射,但由于大气影响(主要是吸收),实际的辐射曲线未不平滑的折线。
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.2 、地表自身热辐射
发射波谱曲线:温度一定时,物体的比辐射率随波长变化,表示这种变化的曲线称物体的发射波谱曲线。
发射波谱曲线,是识别地物的重要方法之一。
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.3 、地物反射波谱特征
• 研究地物反射光谱的意义: – 被动遥感在遥感探测中占重要地位,主要为反射太阳
辐射– 可准确识别地面目标
• 到达地面的太阳辐射能量( I )可分为三部分:反射( R )、吸收( A )、透射( T )
• 绝大多数物体对可见光不具备透射能力。有些物体对特定波长电磁波具有透射能力。
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.3 、地物反射波谱特征
反射率:反射能量与总入射能量的百分比
= ( P/P0 ) *100%
反射率大小与物体本身的性质和表面状况、波长、入射角等有关
三种反射状况:镜面反射、漫反射、方向反射
朗伯面:对于漫反射面,当入射照度一定时,从任何角度观察反射面,其反射亮度是一个常数,这种反射面称朗伯面
实际物体多数为方向反射,介于镜面和朗伯面间
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Perfect Specular Reflector Near-Perfect Specular Reflector
Perfect Diffuse Reflector A Lambertian Surface
Specular Versus Diffuse Reflectance
d.
Angle of Incidence
Angle of Exitance
Angle of Incidence
Angle of Exitance
a. c.
smooth water
Near-Perfect Diffuse Reflector
b.
Perfect Specular Reflector Near-Perfect Specular Reflector
Perfect Diffuse Reflector A Lambertian Surface
Specular Versus Diffuse Reflectance
d.
Angle of Incidence
Angle of Exitance
Angle of Incidence
Angle of Exitance
a. c.
smooth water
Near-Perfect Diffuse Reflector
b.
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.3 、地物反射波谱特征
实际物体的反射,介于镜面反射和漫反射之间。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与天顶角有关。
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入射辐照度 Ii 由两部分组成,一部分是太阳的直接辐射,其辐照度大小与太阳天顶角 θi 和日地距离 D 有关;另一部分是太阳辐射经过大气散射后又漫入射到地面的部分,其辐照度与入射角无关。
),(),()( ' DIL iirriirrr Drr I)("
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.3 、地物反射波谱特征
反射波谱:研究地物反射率随波长的变化规律
识别地物
地物反射曲线的形态相差很大,表明反射率随波长变化的规律不同
图:植被、水体、干的土壤
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.3 、地物反射波谱特征
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.3 、地物反射波谱特征
植被的光谱曲线:
可分为三段:0.4-0.76m: 有一个小的反射峰,位于绿色波段( 0.55 m ),两边(蓝、红)为吸收带(凹谷)
0.76-1.3 m: 高反射,在 0.7 m 处反射率迅速增大,至 1.1 处有峰值
1.3-2.5 m: 受植物含水量影响,吸收率增加,反射率下降,形成几个低谷
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影响植被波谱特征的主要因素影响植被波谱特征的主要因素
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.3 、地物反射波谱特征
土壤:没有明显的波峰波谷土质越细反射率越高,有机质含量越高含水量越高,反射率越低
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.3 、地物反射波谱特征
水体:反射主要在蓝绿波段,其它波段吸收都很强,近红外吸收更强。水中含泥沙时,可见光波段反射率会增加,峰值出现在黄红区。水中含叶绿素时,近红外波段明显抬升。
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.3 、地物反射波谱特征
不同叶绿素含量时水体的波谱曲线
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.3 、地物反射波谱特征
岩石:形态各异,没有统一的变化规律
18岩石的光谱反射率
岩石的反射波谱曲线受:
矿物成分
矿物含量
风化程度
含水状况
颗粒大小
表面光滑程度
色泽等影响
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.4 、地物波谱特性的测量—测量理论
( 1 )双向反射分布函数 BRDF( bidirectional reflectance distribution function)
);(
); ;( ); , ;,(
iii
rriirrriir dI
dLf
意义: 引起反射的增量 / 入射有一微增量
七十年代初 Nicodemus 给出了二向性反射分布函数的迄今最完善的定义
入射辐射天顶角;入射辐射天顶角; 入射辐射方位角;入射辐射方位角;
反射辐射天顶角;反射辐射天顶角; 反射辐射方位角;反射辐射方位角;
分子分母均为两个无穷小量,实际测量中很少采用。
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.4 、地物波谱特性的测量—测量理论
( 2 )二向反射因子( BRF )BRFBRF :在给定的立体角锥体所限制的方向内,在一定的辐:在给定的立体角锥体所限制的方向内,在一定的辐照度和观测条件下,目标的反射辐射通量与处于同一辐照度和观测条件下,目标的反射辐射通量与处于同一辐照度和观测条件的标准参考面(理想朗伯反射面)的反照度和观测条件的标准参考面(理想朗伯反射面)的反射辐射通量之比。射辐射通量之比。
);(
);(
rp
rT
dL
dLR
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.4 、地物波谱特性的测量—测量方法
( 1 )样品的实验室测量,常用分光光度计,应用不广泛。
( 2 )野外测量,采用比较法。
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辐射传输模型 传感器从高空探测地面物体时,所接收到的电磁
波能量包括:( 1)地物直接反射的太阳辐射 IS ;( 2 )漫入射辐射射入地面,又反射到大气中,再进入传感器 ID ;( 3 )由于大气散射没有到达地面就直接进入传感器的部分 IO (程辐射)。
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.4 、地物波谱特性的测量—测量方法
1 )垂直测量:使所得数据能与航空、航天传感器所获得的数据进行比较。认为实际目标与标准板的测量值之比就是反射率之比。
没有考虑入射角度变化时造成的反射辐射值的变化,对实际地物在一定程度上取近似朗伯体。
)(
)(
)(
)(
SS V
V
:被测物体的反射率;:标准板的反射率;:分别为测量物体和标准板的仪器测量值。
)()( S
)(\)( SVV
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.4 、地物波谱特性的测量—测量方法2 )非垂直测量:测量不同角度的方向反射比因子。因为辐射到地物的光线由来自太阳的直射光(近似定向入射)和天空的散射光(近似半球入射),方向反射比因子取两者的加权和。
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iiD
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2.3 2.3 地球的辐射与地物波谱地球的辐射与地物波谱2.3.4 、地物波谱特性的测量—测量方法
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实验(地物波谱测量)
ISI921VF 野外地物光谱辐射计
地物测量
软件制图
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实验步骤实验步骤
( 1 )地物光谱辐射计充电
( 2 )安装光谱辐射计
( 3 )测量地物光谱 ( 4 )安装软件
( 6 )数据分析、写实验报告 ( 5 )数据传输
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实验安排实验安排
时间:时间: 99 月月 1818日(周一)早上日(周一)早上 88:: 0000
地点:地点: 1212号楼前面路边草坪(号楼前面路边草坪( 88:: 0000 前在前在1212号楼前集合)号楼前集合)
人数:人数: 4040 人,共分人,共分 88组(每组组(每组 55 人)人)
上机: 上机: 99 月月 1818日(周一)上午日(周一)上午 1010:: 00~1200~12 ::0000在在 3S3S实验室(实验室( 331331机房)机房)