地物光譜特徵

地物光譜特徵

  • 地物光譜特徵定義

     自然界中任何地物都具有其自身的電磁輻射規律,如具有反射,吸收外來的紫外線、可見光、紅外線和微波的某些波段的特性,它們又都具有發射某些紅外線、微波的特性;少數地物還具有透射電磁波的特性,這種特性稱為地物的光譜特性。

     當電磁輻射能量入射到地物表面上,將會出現三種過程:一部分入射能量被地物反射;一部分入射能量被地物吸收,成為地物本身內能或部分再發射出來,一部分入射能量被地物透射。具體見如下公式

能量守恆公式

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能量守恆
公式中:E0為入射的總能量;為地物的反射能量;為地物的吸收能量;為地物的透射能量。
  令ρ=Eρ/Eο×100%,即地物反射能量與入射總能量的百分率,稱之為反射率;
           α=Eα/Eο×100%,即地物吸收能量與入射總能量的百分率,稱之為吸收率;
           τ=Eτ/Eο×100%,即地物透射的能量與入射總能量的百分率,稱之為透射率。

則公式改為
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由此可知:對於某一波段反射率高的地物,其吸收率就低,即為弱輻射體;反之,吸收率高的地物,其反射率就低。


 

  • 地物光譜特徵分類


1 地物的反射光譜特性
不同地物對入射電磁波的反射能力是不一樣的,通常採用反射率來表示。當電磁輻射能到達兩種不同介質的分介面時,入射能量的一部分或全部返回原介質的現象,稱之為反射。反射的特徵可以通過反射率表示,它是波長的函數,故稱為光譜反射率r(l)
反射率不僅是波長的函數,同時也是入射角,物體的電學性質(電導、介電、磁學性質等)以及表面粗糙度、質地等的函數。一般地說,當入射電磁波波長一定時,反射能力強的地物,反射率大,在黑白遙感圖像上呈現的色調就淺。反之,反射入射光能力弱的地物,反射率小,在黑白遙感圖像上呈現的色調就深。在遙感圖像上色調的差異是判讀遙感圖像的重要標誌。
 
2.地物的發射光譜特性
發射率 任何地物當溫度高於絕對溫度0 K時,組成物質的原子、分子等微粒,在不停地做熱運動,都有向周圍空間輻射紅外線和微波的能力。通常地物發射電磁輻射的能力是以發射率作為衡量標準。地物的發射率是以黑體輻射作為基準。上述斯特凡-波茲曼定律(Stefan-Boltzmann law)、維恩位移定律(Wien's displacement law)只適用黑體輻射,但是在自然界中,黑體輻射是不存在的,一般地物輻射能量總要比黑體輻射能量小。如果利用黑體輻射有關公式,則需要增加一個因數,這個因數就是發射率(ελ),或稱"比輻射率"
對於某一波長來說,發射率定義如下:發
射率根據物質的介電常數、表面的粗糙度、溫度、波長、觀測方向等條件而變化,取01之間的值。地物發射率的差異也是遙感探測的基礎和出發點。
地物發射光譜 地物的發射率隨波長變化的規律,稱為地物的發射光譜。按地物發射率與波長間的關係繪成的曲線(橫坐標為波長,縱坐標為發射率)稱為地物發射光譜曲線。
 
3.地物的透射光譜特性
當電磁波入射到兩種介質的分介面時,部份入射能穿越兩介質的分介面的現象。稱為透射。透射的能量穿越介質時,往往部分被介質吸收並轉換成熱能再發射。
介定透射能量的能力,用透射率τ來表示。透射率就是入射光透射過地物的能量與入射總能量的百分比。地物的透射率隨著電磁波的波長和地物的性質而不同。例如,水體對0.450.56μm的藍綠光波具有一定的透射能力,較混濁水體的透射深度為12m,一般水體的透射深度可達1020m。又如,波長大於1mm的微波對冰體具有透射能力。
一般情況下,絕大多數地物對可見光都沒有透射能力。紅外線只對具有半導體特徵的地物,才有一定的透射能力。微波對地物具有明顯的透射能力,這種透射能力主要由入射波的波長而定。因此,在遙感技術中,可以根據它們的特性,選擇適當的感測器來探測水下、冰下某些地物的資訊。
對於攝影遙感系統,膠片和濾光片的透射率是個十分關鍵的參數。自然界中,人們熟悉的是水體的透射能力。這是因為人們可以直接觀察到可見光波段輻射能的透射現象。然而,可見光以外的透射,雖人眼看不見,但它是客觀存在的,如植物葉子,對於可見光輻射是不透明的,但它能透射一定量的紅外輻射。