地物光谱特征
* 地物光谱特征定义
自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律,如具有反射,吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性,它们又都具有发射某些红外线、微波的特性;少数地物还具有透射电磁波的特性,这种特性称为地物的光谱特性。

当电磁辐射能量入射到地物表面上,将会出现三种过程:一部分入射能量被地物反射;一部分入射能量被地物吸收,成为地物本身内能或部分再发射出来,一部分入射能量被地物透射。具体见如下公式


能量守恒公式能量守恒公式

能量守恒

公式中:E0为入射的总能量;为地物的反射能量;为地物的吸收能量;为地物的透射能量。


  令ρ=Eρ/Eο×100%,即地物反射能量与入射总能量的百分率,称之为反射率;

           α=Eα/Eο×100%,即地物吸收能量与入射总能量的百分率,称之为吸收率;

           τ=Eτ/Eο×100%,即地物透射的能量与入射总能量的百分率,称之为透射率。


则公式改为电磁辐射公式


由此可知:对于某一波段反射率高的地物,其吸收率就低,即为弱辐射体;反之,吸收率高的地物,其反射率就低。


* 地物光谱特征分类

1 地物的反射光谱特性

不同地物对入射电磁波的反射能力是不一样的,通常采用反射率来表示。当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时,入射能量的一部分或全部返回原介质的现象,称之为反射。反射的特征可以通过反射率表示,它是波长的函数,故称为光谱反射率r(l)。
反射率不仅是波长的函数,同时也是入射角,物体的电学性质(电导、介电、磁学性质等)以及表面粗糙度、质地等的函数。一般地说,当入射电磁波波长一定时,反射能力强的地物,反射率大,在黑白遥感图像上呈现的色调就浅。反之,反射入射光能力弱的地物,反射率小,在黑白遥感图像上呈现的色调就深。在遥感图像上色调的差异是判读遥感图像的重要标志。
 

地物的发射光谱特性

发射率 任何地物当温度高于绝对温度0 K时,组成物质的原子、分子等微粒,在不停地做热运动,都有向周围空间辐射红外线和微波的能力。通常地物发射电磁辐射的能力是以发射率作为衡量标准。地物的发射率是以黑体辐射作为基准。上述斯特藩-玻耳兹曼定律、维恩位移定律只适用黑体辐射,但是在自然界中,黑体辐射是不存在的,一般地物辐射能量总要比黑体辐射能量小。如果利用黑体辐射有关公式,则需要增加一个因子,这个因子就是发射率(ελ),或称"比辐射率"。
对于某一波长来说,发射率定义如下:发
射率根据物质的介电常数、表面的粗糙度、温度、波长、观测方向等条件而变化,取0到1之间的值。地物发射率的差异也是遥感探测的基础和出发点。
地物发射光谱 地物的发射率随波长变化的规律,称为地物的发射光谱。按地物发射率与波长间的关系绘成的曲线(横坐标为波长,纵坐标为发射率)称为地物发射光谱曲线。
 

地物的透射光谱特性

当电磁波入射到两种介质的分界面时,部份入射能穿越两介质的分界面的现象。称为透射。透射的能量穿越介质时,往往部分被介质吸收并转换成热能再发射。
介定透射能量的能力,用透射率τ来表示。透射率就是入射光透射过地物的能量与入射总能量的百分比。地物的透射率随着电磁波的波长和地物的性质而不同。例如,水体对0.45~0.56μm的蓝绿光波具有一定的透射能力,较混浊水体的透射深度为1~2m,一般水体的透射深度可达10~20m。又如,波长大于1mm的微波对冰体具有透射能力。
一般情况下,绝大多数地物对可见光都没有透射能力。红外线只对具有半导体特征的地物,才有一定的透射能力。微波对地物具有明显的透射能力,这种透射能力主要由入射波的波长而定。因此,在遥感技术中,可以根据它们的特性,选择适当的传感器来探测水下、冰下某些地物的信息。
对于摄影遥感系统,胶片和滤光片的透射率是个十分关键的参数。自然界中,人们熟悉的是水体的透射能力。这是因为人们可以直接观察到可见光波段辐射能的透射现象。然而,可见光以外的透射,虽人眼看不见,但它是客观存在的,如植物叶子,对于可见光辐射是不透明的,但它能透射一定量的红外辐射。
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