1.3.5　地物反射特性

当电磁辐射到地物目标时，可能会发生多种相互作用，地物目标反射和发射波谱特征直接反映该目标的物理特性。通常在地物目标表面发生的相互作用称为表面现象，电磁辐射穿入目标体内所产生的作用称为体现象。入射电磁辐射与地物目标表面和体的作用会使入射电磁辐射发生不同的变化（主要变化包括振幅、方向、波长、偏振和相位等）。遥感信息获取就是要感知和测量这些参数的变化，进而形成遥感图像并进行应用处理。可以说，地物目标与电磁辐射之间的相互作用是遥感的基础[2, 12]。

在可见光-近红外波段（波长为0.3～2.5 μm），地物目标的热辐射几乎为零，此时以反射太阳辐射为主。当太阳辐射到达地物目标时，电磁辐射与地物目标相互作用，其能量主要包括3种基本的物理过程：反射、吸收和透射，如图1-18所示，其中反射是最普遍最常用的性质。根据能量守恒定律，三者的关系是

　　（1-15）

式中，为入射能量；为反射能量；为吸收能量；为透射能量。

图1-18　电磁辐射与地物目标相互作用

进一步整理式（1-15），可得

　　（1-16）

式中，为地物反射率；为吸收率；为透射率。

下面两点值得注意。

（1）能量被反射、吸收和透射的比例会随地物目标材料类型和环境变化而变化。因此，在遥感图像处理中，可以根据这种变化差异来解译不同地物目标特征。

（2）地物目标的反射、吸收和透射都随着波长的不同而变化。如果两个地物目标在某一波段内具有不可分性，那么在不同波段间就可能存在可分性，这也是多光谱和高光谱图像进行地物目标解译的基本出发点。

众多遥感成像系统都工作在反射能量波段，所以式（1-16）中的地物反射率尤为重要，即

　　（1-17）

它反映了地物目标的反射特性可以通过入射能量被反射的比例来表示。物体的反射波谱不同，便形成了物体的不同颜色，人类视觉系统也正是利用反射能量强度不同的光谱变化来辨识丰富多彩的物理世界。

在遥感高光谱图像处理中，作为波长函数的物体光谱反射率形成的曲线通常称为光谱反射率曲线，简称光谱曲线。图1-19所示为植被、土壤和水3种典型地物类型的光谱曲线[1]，它们以波长为横坐标，反射率为纵轴的直角坐标系来表示。不同类型的地物目标，其表面形状和成分以及内部结构等特性不同导致其反射光谱特性也不同。或者可以反过来理解，不同地物目标的光谱特性不同，因此通过光谱曲线的形态，可以分析物体的光谱特征，进而实现遥感图像的定量化分析。

图1-19　3种典型地物类型的光谱曲线