遥感学习笔记（二）——地物反射波谱特征

在可见光与近红外波段（0.3~2.5um），地表物体自身的热辐射几乎为零。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。

1、地物反射率

定义：

物体的反射辐射能量Pρ占总入射能量P0的百分比称为反射率ρ

不同地物的反射率不同，主要取决于物体本身的性质，以及入射电磁波的波长和角度，利用反射率可以判断物体的性质。

影响地物反射率的因素：

太阳位置：太阳高度角和方位角；
传感器位置：传感器的方位角和观测角；
地理位置、地形、季节、大气透明度；
地物本身的变异；
植被病虫害；
土壤含水量；
水中含沙量；
时间推移；
植物生长期的变化；
各种随机因素，包括外界随机因素和机器响应的偏差。

2、物体反射分类

判断物体光滑或粗糙程度的瑞利准则

式中：h为某一平面以上的高度度量，以波长计；

λ为波长；

θ为入射角；

满足以上判别标准的表面为光滑表面，反之为粗糙表面。

根据物体表面粗糙度，反射分为：镜面反射、漫反射、实际物体反射。

（1）镜面反射

物体反射满足反射定律，入射波和反射波在同一平面内，入射角与反射角相等。

例如：对于可见光：镜面、光滑金属表面、平静水体表面；

微波：公路表面

（2）漫反射

是指不论入射方向如何，虽然反射率ρ与镜面反射一样，但反射方向却是四面八方。是把反射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。对漫反射面，当入射辐照度I一定时，从任何角度观察反射面，其反射辐射亮度是一个常数，这种反射面又叫朗伯面。

例：新鲜的氧化镁，硫酸钡，碳酸镁表面，在反射天顶角小于等于45度时，可看成近似朗伯面。

一个完全的漫反射体称为朗伯体，其电磁波的反射服从于朗伯余弦定律。从任何角度观察朗伯表面，其反射辐射能量都相同。

若表面相对于入射波长是粗糙的，即当入射波长比地表高度小或比地表组成物质粒度小时，则表面发生漫反射。

对可见光而言，土石路面、均一的草地表面均属漫射体。

（3）实际物体的反射

实际物体多介于镜面反射与漫反射间。各向都有反射但反射亮度不是常数，而是在某一方向比其他方向强。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与天顶角有关，也与反射方位角与天顶角有关。

3、地物反射波谱曲线

物体反射率随波长变化而改变的特性称为地物反射光谱特性，以地物的光谱反射率作为纵轴，以波长为横轴，在平面坐标系中所描绘出的曲线称为反射波谱曲线。

同种物体的波谱反射曲线反映出不同波段的不同反射率；将其与遥感传感器的对应波段接收的辐射数据对照，可以得到遥感数据与地物的识别规律。

雪在蓝光0.49um附近有个峰值，随着波长增加，反射率逐渐降低，但可见光的蓝绿红波段反射率均较高

小麦在绿光0.54um附近有个峰值，两侧红光和蓝光有明显的吸收，在近红外波段有强反射。

沙漠在橙光0.6um附近有个峰值

湿地反射较弱

在短波红外谱段内（1.3um以外），绿色植物的光谱反射率受到以1.4um、1.9um、2.7um为中心的水吸收带的控制，呈跌落状态的衰减曲线。位于三个吸收带之间的1.6um和2.2um处有两个反射峰。

在可见光波段（0.4~0.76um）有一个小的反射峰，位置在0.55um(绿)处，两侧0.45um(蓝)和0.67um（红）有两个吸收带。这一特征是由于叶绿素的影响，在蓝光和红光波段叶绿素强烈吸收辐射能(>90%)，而成吸收谷。在这两个吸收谷之间吸收相对较少，形成绿色反射峰。

在近红外波段内，植物的光谱特征取决于叶片内部的结构。叶的反射及透射能相近（各占入射能的45%~50%），而吸收能很低（<5%)。在0.74um附近，反射率急剧增加。在近红外0.74~1.3um谱段内形成高反射。这是由于叶子的细胞壁和细胞空隙间折射率不同，导致多重反射引起的。此外，近红外谱段内，植物光谱往往表现出0.96um、1.1um处的两个吸收带。

自然状态下的土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲，土质越细反射率越高，有机质含量越高反射率越低。

含水量越高，反射率越低，此外，土类和肥力也会对反射率产生影响

水中含泥沙时，由于泥沙散射，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。

水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别是到了近红外波段，吸收就更强，一般在遥感影像上，特别是近红外影像上，水体呈黑色。

岩石的反射波谱曲线无统一特征，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、色泽等都会对曲线形态产生影响。