【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度減弱，增加了向其他各個方向的輻射，盡管強度不大，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)象只有當大氣中的分子或其它微粒的直徑小于或相當于輻射波長時發(fā)生，大氣的散射現(xiàn)象有以下三種情況： 　?。?）瑞利散射（Rayleigh scattering）。當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。特點是散射強度與波長的四次方成反比?！　。?）米氏散射（Mie scattering）。當大氣中粒子的直徑大于波長1/10到與輻射的波長相當時發(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度更強，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。這種散射的特點是散射強度與波長無關(guān)，任何波長的散射強度相同，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，當波長進入紅外波段后，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；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，散射強度與波長四次方成反比，波長越長，散射強度越小，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。正因為電磁波傳播過程中折射率的變化，使電磁波在大氣中傳播的軌跡是一條曲線，到達地面后，地面接收的電磁波方向與實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，嚴重地削弱了電磁波強度。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。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)教學內(nèi)容與要求： 教學內(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。、教學難點和重點：難點：太陽輻射和地球輻射的相互作用性。重點：反射波譜的基本概念與主要地物反射波譜特征。教學內(nèi)容的知識要點除了太陽以外，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?！　≡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，~，一般水體的透射深度可達10~20m，清澈水體可達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，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)?！　∪N反射狀況：鏡面反射、漫反射、方向反射。當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。橫坐標表示波長λ，縱坐標表示反射率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。除了因為不同地物的反射率不同外，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、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)越細反射率越高，有機質(zhì)含量越低；反射率越高，土壤含水量越低反射率越高。 　?。?）水體　　水體在藍綠光波段有較強反射，在其它可見光波段吸收都很強，在近紅外波段吸收更強。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。 　　（5）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。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?？梢姽夂徒t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)和應用模式。反射光譜特性的測量主要通過樣品的實驗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、文獻等）： 教材： 作者：梅安新《遙感導論》，高等教育出版社 2001實習指導書： 作者：劉慧平《遙感實習教程》，高等教育出版社 2001教學參考書： 作者：呂國楷《遙感概論》 高等教育出版社 1998 作者：尹占娥《現(xiàn)代遙感導論》 科學出版社 2008教學過程設計：復習 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□ 實驗課□ 練習課□ 其他□教學方式（請打√）：講授254。 討論254。 指導□ 其他□教學資源（請打√）：多媒體254。 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其他□第3章 教學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（教學章、節(jié)或主題）：第三章 遙感成像原理與遙感圖像特征教學目的、要求（分掌握、理解、了解三個層次）：通過本門課的教學使學生：? 1．了解主要的遙感平臺及各平臺的工作特點。? 2．掌握評價遙感圖像質(zhì)量的方法。 教學內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）： ? 重點：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：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。實驗：TM/ETM圖像特征。學習本章的意義：學習本章的目的，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；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；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；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；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。第一節(jié)　遙感平臺與傳感器本節(jié)教學內(nèi)容與要求： 教學內(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。、教學難點和重點：難點：遙感平臺與遙感影像的關(guān)系。重點：主要的遙感平臺及各自的特點。教學內(nèi)容的知識要點： 遙感平臺　　　　遙感平臺指放置遙感傳感器的運載工具，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的牽引滑翔機和無線遙