【文章內(nèi)容簡介】 播過程中遇到小微粒會使傳播方向改變，并向各個方向散開，稱為散射。散射的作用使在原傳播方向上的輻射強(qiáng)度減弱，增加了向其他各個方向的輻射，盡管強(qiáng)度不大，從遙感數(shù)據(jù)角度分析，太陽輻射在照到地面又向回反射到航空或航天傳感器的過程中，二次通過大氣。在照射地面時，由于散射增加了漫入射的成分，使反射的輻射成分有所改變；返回到傳感器的時候，除反射光外還增加了散射光進(jìn)入傳感器。通過二次散射影響，增加了信號中的噪聲成分，造成遙感圖像的質(zhì)量下降。散射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是電磁波傳輸中遇到大氣微粒產(chǎn)生的一種衍射現(xiàn)象。因此，這種現(xiàn)象只有當(dāng)大氣中的分子或其它微粒的直徑小于或相當(dāng)于輻射波長時發(fā)生，大氣的散射現(xiàn)象有以下三種情況： 　　（1）瑞利散射（Rayleigh scattering）。當(dāng)大氣中粒子的直徑小于波長1/10或更小時發(fā)生的散射，由大氣中原子、分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起。特點(diǎn)是散射強(qiáng)度與波長的四次方成反比。　?。?）米氏散射（Mie scattering）。當(dāng)大氣中粒子的直徑大于波長1/10到與輻射的波長相當(dāng)時發(fā)生的散射，由煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等引起。米氏散射的散射強(qiáng)度與波長的二次方成反比，且散射光的向前方向比向后方向的散射強(qiáng)度更強(qiáng)，方向性較明顯。云、霧的粒子大小與紅外線（~15μm）的波長接近，所以云霧對紅外線的散射主要是米氏散射。因此，潮濕天氣米氏散射影響較大?！　。?）無選擇性散射（Nonselective scattering）。當(dāng)大氣中粒子的直徑大于波長時發(fā)生的散射。這種散射的特點(diǎn)是散射強(qiáng)度與波長無關(guān)，任何波長的散射強(qiáng)度相同，因此稱為無選擇性散射?！　∮梢陨戏治隹芍?，散射造成太陽輻射的衰減，但是散射強(qiáng)度遵循的規(guī)律與波長密切相關(guān)。而太陽的電磁波輻射幾乎包括電磁輻射的各個波段。因此，在大氣狀況相同時，同時會出現(xiàn)各種類型的散射。對于大氣分子、原子引起的瑞利散射主要發(fā)生在可見光和近紅外波段。波長超過1μm后，瑞利散射的影響則大大減弱。對于大氣微粒引起的米散射從近紫外到紅外波段都有影響，當(dāng)波長進(jìn)入紅外波段后，米散射的影響超過瑞利散射。對于大氣中的云層，小雨滴的直徑相比大氣中的其它微粒最大，對于可見光而言只有無選擇性散射發(fā)生，云層越厚，對可見光的無選擇散射越強(qiáng)；而對微波而言，微波波長比粒子的直徑大很多，則屬于瑞利散射的類型，散射強(qiáng)度與波長四次方成反比，波長越長，散射強(qiáng)度越小，所以在這一條件下，微波可能有最小散射，最大透射，而被稱為具有穿云透霧的能力。 大氣窗口及透射分析 　　電磁波穿過大氣層時會發(fā)生折射現(xiàn)象。大氣的折射率與大氣密度直接相關(guān)，大氣密度越大，折射率越大?？諝庠较”?、折射也越小。正因?yàn)殡姶挪▊鞑ミ^程中折射率的變化，使電磁波在大氣中傳播的軌跡是一條曲線，到達(dá)地面后，地面接收的電磁波方向與實(shí)際上太陽輻射的方向相比偏離了一個角度稱為折射值R＝θ－θ。當(dāng)太陽垂直入射時，天頂距為0折射值R為零；隨太陽天頂距加大，折射值增加；天頂距為45176。時，折射值R＝1’；天頂距為90176。時，折射值R＝35’。這時折射值達(dá)到最大?！　‰姶挪▊鞑ミ^程中通過兩種介質(zhì)的交界面上時，還會出現(xiàn)反射現(xiàn)象。而通過大氣時，氣體、塵埃反射作用很小，反射現(xiàn)象主要發(fā)生在云層頂部，取決于云量和云霧，而且各個波段均受到不同程度的影響，嚴(yán)重地削弱了電磁波強(qiáng)度。因此，如果不是專門研究云層，盡量選擇無云的天氣接收遙感信號，則不用考慮大氣的反射。 　　　　由于大氣層的反射、散射和吸收作用，使得太陽輻射的各波段受到衰減的作用輕重不同，因而各波段的透射率也各不相同。對遙感傳感器而言，只能選擇透過率高的波段，才對遙感觀測有意義。我們就把受到大氣衰減作用較輕、透射率較高的波段叫大氣窗口?！　≈饕拇髿獯翱诠庾V段有：　　，即紫外、可見光、近紅外波段。這一波段是攝影成像的最佳波段，也是許多衛(wèi)星傳感器掃描成像的常用波段。比如，Landsat 衛(wèi)星的TM的14波段，SPOT衛(wèi)星的HRV波段等。 　　 ，即近、短波、中紅外波段，在白天日照條件好的時候掃描成像常用這些波段，比如TM的7波段等用以探測植物含水量以及云、雪或用于地質(zhì)制圖等。 　　 ，即中紅外波段，物體的熱輻射較強(qiáng)。這一區(qū)間除了地面物體反射光譜反射太陽輻射外，地面物體也有自身的發(fā)射能量。，獲得晝夜云圖。　　 814μm，即遠(yuǎn)紅外波段。主要來自物體熱輻射的能量，適于夜間成像，測量探測目標(biāo)的地物溫度。 　　 , 即微波波段，由于微波穿云透霧的能力，這一區(qū)間可以全天候工作。而且工作方式為主動遙感。，3cm，5cm，10cm等等, ?！　?　　太陽的電磁輻射經(jīng)過大氣時，被云層或其它粒子反射回去的部分比例最大，就可見光和近紅外而言，約占30％，其次為散射的作用，約占22％，占第三位是吸收，約占17％，這樣，透過大氣到達(dá)地面的能量僅占入射總能量的31％。這僅僅是一般地對透過率（透過大氣的輻照度與入射大氣前的輻照度之比）的粗略估計。實(shí)際上，除氣象衛(wèi)星必須探測云層外，大多數(shù)遙感被動傳感器都選擇無云天氣情況下的數(shù)據(jù)資料使用。這時大氣對太陽輻射的衰減就只計算散射和吸收二種作用產(chǎn)生的影響了。第三節(jié)　地球的輻射與地物波譜本節(jié)教學(xué)內(nèi)容與要求： 教學(xué)內(nèi)容：（1）太陽輻射和地球輻射的分段性。（2）地表自身熱輻射。（3）地物反射波譜特征。（4）地物波譜特性的測量。 教學(xué)要求：（1）了解太陽輻射和地球輻射的分段性。（2）了解地表自身熱輻射的變化規(guī)律。（3）掌握反射波譜的基本概念與主要地物反射波譜特征。（4）了解地物波譜特性的測量方法。、教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)：難點(diǎn)：太陽輻射和地球輻射的相互作用性。重點(diǎn)：反射波譜的基本概念與主要地物反射波譜特征。教學(xué)內(nèi)容的知識要點(diǎn)除了太陽以外，遙感探測中被動遙感的輻射源還來自地球。 太陽輻射和地球輻射的分段性　　太陽輻射主要集中于波長較短的部分，從紫外、可見光到近紅外區(qū)域，在這一波段地球的輻射主要是反射太陽的輻射。地球自身發(fā)出的輻射主要集中在波長較長的部分，即6μm以上的熱紅外區(qū)段。，地球?qū)μ栞椪盏姆瓷浜偷乇砦矬w自身的熱輻射均不能忽略。 地表自身熱輻射　　地表各種物體都具有發(fā)射電磁波的能力。由地表物體發(fā)射的電磁波一般稱為地表熱輻射。地表物體的自身熱輻射由比輻射率、溫度、波長決定：M(λ，T)=ε(λ，T)*M0(λ，T)(M=ε*M0, 基爾霍夫定律) 。由于公式中的溫度指地表面的溫度，而這一溫度與地面以上和地下深部的溫度不同，同時還隨著一天內(nèi)時間的變化和季節(jié)的變化而變化。所以在測量中常用紅外輻射計來探測地表物體的溫度。 在溫度一定的情況下，物體的比輻射率隨波長變化。比輻射率（發(fā)射率）波譜特性曲線的形態(tài)特征可以反映地面物體本身的特性，包括物體本身的組成和溫度、表面粗糙度等物理特性有關(guān)。特別是曲線形態(tài)特殊時可以用發(fā)射率曲線來識別地面物體。尤其是在夜間，太陽輻射消失后，地面發(fā)出的能量以發(fā)射光譜為主，探測其紅外輻射及微波輻射并與同樣溫度條件下的比輻射率（發(fā)射率）曲線比較，是識別地物的重要方法之一。 地物反射波譜特征　　地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波長改變而變化的規(guī)律，稱為地物波譜。地物波譜是電磁輻射與地物相互作用的結(jié)果。不同的物質(zhì)反射、透射、吸收、散射和發(fā)射電磁波的能量是不同的，它們都具有本身特有的變化規(guī)律，表現(xiàn)為地物波譜隨波長而變的特性，這些特性叫做地物波譜特性。地物的波譜特征是遙感識別地物的基礎(chǔ)?！　≡诳梢姽馀c近紅外波段，地表物體自身的輻射幾乎等于零。地物發(fā)出的波譜主要以反射太陽輻射為主，太陽輻射到達(dá)地面之后，物體除了反射作用外，還有對電磁輻射的吸收作用。電磁輻射未被吸收和反射的其余部分則是透過的部分，即：到達(dá)地面的太陽輻射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量。一般而言，絕大多數(shù)物體對可見光都不具備透射能力，而有些物體如水，對一定波長的電磁波透射能力較強(qiáng)，~，一般水體的透射深度可達(dá)10~20m，清澈水體可達(dá)100m的深度。對于一般不能透過可見光的地面物體，波長5cm的電磁波卻有透射能力，如超長波的透射能力就很強(qiáng)，可以透過地面巖石和土壤?！　》瓷渎手阜瓷淠芰颗c總?cè)肷淠芰康陌俜直圈?（Pρ/P0）*100%，反射率大小與物體本身的性質(zhì)和表面狀況、波長、入射角等有關(guān)。　　三種反射狀況：鏡面反射、漫反射、方向反射。當(dāng)入射波和反射波在同一平面內(nèi)，且入射角與反射角相等時，稱為鏡面反射。當(dāng)反射波方向與入射波方向無關(guān)，且從任何角度觀察 反射面，其反射輻射亮度為一常數(shù)時，稱為漫反射。漫反射的反射面稱為朗伯面。朗伯面：對于漫反射面，當(dāng)入射照度一定時，從任何角度觀察反射面，其反射亮度是一個常數(shù)，這種反射面稱朗伯面?，F(xiàn)實(shí)生活中的反射大多數(shù)處于上述兩種理想反射模型之間，通常稱為實(shí)際物體反射。 　　地物的反射波譜是研究地面物體反射率隨波長的變化規(guī)律。通常用二維幾何空間內(nèi)的曲線表示。橫坐標(biāo)表示波長λ，縱坐標(biāo)表示反射率ρ。地物反射曲線的形態(tài)很不相同，表明反射率隨波長變化的規(guī)律不同。除了因?yàn)椴煌匚锏姆瓷渎什煌?，同種地物在不同的內(nèi)部和外部條件下反射率也不同。一般說來，地物反射率隨波長的變化，有規(guī)律可循。從而為遙感影像的判讀提供依據(jù)。 　?。?）植被　　，位于綠色波段（），兩邊（藍(lán)、紅）為吸收帶（凹谷）；，；，吸收率增加，反射率下降，形成幾個低谷。　?。?）土壤　　土壤表面反射光譜曲線比較平滑，沒有明顯的峰谷。一般情況下，土質(zhì)越細(xì)反射率越高，有機(jī)質(zhì)含量越低；反射率越高，土壤含水量越低反射率越高。 　?。?）水體　　水體在藍(lán)綠光波段有較強(qiáng)反射，在其它可見光波段吸收都很強(qiáng)，在近紅外波段吸收更強(qiáng)。水體中含有其它物質(zhì)時，水體的反射光譜曲線會發(fā)生 變化，如含有泥沙時反射峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)，含有葉綠素 時近紅外波段反射率明顯增加?！　。?）巖石　　巖石反射光譜因礦物成分、礦物含量、風(fēng)化程度、含 水狀況、顆粒大小、表面光滑度、色澤等而異，無統(tǒng)一特征。 　?。?）常見地物的光譜曲線比較　　影響地物反射光譜的主要因素：（1）地物電磁學(xué)性質(zhì)；（2）表面粗糙度；（3）電磁波入射角；（4）環(huán)境因素（溫度、濕度、緊密度、季節(jié)等）。 地物波譜特性的測量 　　地物波譜是遙感研究的基礎(chǔ)。在電磁波中只有可見光和近紅外波段（－）是以地球表面反射為主的區(qū)間，多數(shù)傳感器使用這一區(qū)間，作為目前和今后研究地球表面特性的主要波段。可見光和近紅外地物光譜的測試可以有三方面作用：傳感器波段的選擇、驗(yàn)證、評價；建立地面、航空和航天遙感數(shù)據(jù)的定量關(guān)系；建立地物相關(guān)和應(yīng)用模式。反射光譜特性的測量主要通過樣品的實(shí)驗(yàn)室測量和野外測量兩種方法。討論、思考題、作業(yè)：什么是遙感地物光譜曲線？什么遙感大氣窗口？說明遙感按內(nèi)容和按數(shù)據(jù)特征的分類。參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等）： 教材： 作者：梅安新《遙感導(dǎo)論》，高等教育出版社 2001實(shí)習(xí)指導(dǎo)書： 作者：劉慧平《遙感實(shí)習(xí)教程》，高等教育出版社 2001教學(xué)參考書： 作者：呂國楷《遙感概論》 高等教育出版社 1998 作者：尹占娥《現(xiàn)代遙感導(dǎo)論》 科學(xué)出版社 2008教學(xué)過程設(shè)計：復(fù)習(xí) 分鐘，授新課160分鐘，安排討論15分鐘，布置作業(yè)5分鐘授課類型（請打√）：理論課254。 討論課□ 實(shí)驗(yàn)課□ 練習(xí)課□ 其他□教學(xué)方式（請打√）：講授254。 討論254。 指導(dǎo)□ 其他□教學(xué)資源（請打√）：多媒體254。 模型□ 實(shí)物□ 掛圖□ 音像□ 其他□第3章 教學(xué)整體安排授課時間第5周 星期五 第12節(jié)第6周 星期五 第12節(jié)課時數(shù)4節(jié)授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：第三章 遙感成像原理與遙感圖像特征教學(xué)目的、要求（分掌握、理解、了解三個層次）：通過本門課的教學(xué)使學(xué)生：? 1．了解主要的遙感平臺及各平臺的工作特點(diǎn)。? 2．掌握評價遙感圖像質(zhì)量的方法。 教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)）： ? 重點(diǎn)：攝影成像的基本原理及圖像特征、評價遙感圖像質(zhì)量的方法? 難點(diǎn)：中心投影的原理? 基本內(nèi)容： 攝影成像的基本原理及圖像特征。 掃描成像的基本原理及掃描圖像的特征。 微波成像與攝影、掃描成像的區(qū)別。 評價遙感圖像質(zhì)量的方法。實(shí)驗(yàn)：TM/ETM圖像特征。學(xué)習(xí)本章的意義：學(xué)習(xí)本章的目的，主要使讀者了解遙感成像的原理和遙感圖像的特征？它們主要包括哪些內(nèi)容？本章內(nèi)容主要有：三大遙感平臺的特點(diǎn)；攝影與掃描成像的基本原理，攝影像片的幾何特征；像片比例尺的計算方法；微波、微波遙感，微波遙感的特點(diǎn)；微波遙感的方式（主動與被動）及其傳感器，距離分辨力和方位分辨力；圖像的空間分辨率、波譜分辨率、輻射分辨率與時間分辨率。本章內(nèi)容主要涉及：三大遙感平臺的特點(diǎn)；攝影與掃描成像的基本原理，兩者所形成的圖像的區(qū)別；攝影像片的幾何特征；像片比例尺的計算方法； 微波、微波遙感的基本概念，微波遙感的特點(diǎn)；微波遙感的方式（主動與被動）的區(qū)別及其傳感器，距離分辨力和方位分辨力的基本概念；圖像的空間分辨率、波譜分辨率、輻射分辨率與時間分辨率的基本概念與特點(diǎn)。第一節(jié)　遙感平臺與傳感器本節(jié)教學(xué)內(nèi)容與要求： 教學(xué)內(nèi)容：（1）、遙感平臺。（2）、衛(wèi)星軌道。（3）、遙感平臺與遙感影像的關(guān)系。（4）、傳感器的一般組成與特征 教學(xué)要求：（1）掌握遙感平臺基本概念與主要種類。（2）了解衛(wèi)星軌道的主要參數(shù)及其對遙感的影響。（3）、掌握遙感平臺與遙感影像的關(guān)系。（4）、了解傳感器的四個組成部分與特征對遙感構(gòu)像的影響。、教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)：難點(diǎn)：遙感平臺與遙感影像的關(guān)系。重點(diǎn)：主要的遙感平臺及各自的特點(diǎn)。教學(xué)內(nèi)容的知識要點(diǎn)： 遙感平臺　　　　遙感平臺指放置遙感傳感器的運(yùn)載工具，是遙感中“遙”字的體現(xiàn)者。遙感平臺按高度及載體的不同可分為地面平臺、航空平臺、航天平臺三種?！　。ǎ保┙仄脚_指遙感器搭載的遙感平臺距離地面高度在800m以下，包括系留氣球（500800m）、50m至500m的牽引滑翔機(jī)和無線遙