1、中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所1高光谱遥感高光谱遥感 李希灿李希灿 2011-02中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所2课程性质：课程性质：专业选修课专业选修课学时学分：学时学分：45学时，学时，2.5学分学分（实验实验16学时学时）主要内容：主要内容：原理、方法、应用。原理、方法、应用。中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所3 课程地位课程地位-专业选修课专业选修课一级学科一级学科二级学科（学位授予点）二级学科（学位授予点）对应本科专业对应本科专业测绘科学与技术测绘科学与技术（Geomatics）（2010年年,硕士点硕士点）大地测量学与测量工程大地测
2、量学与测量工程测绘工程测绘工程(代码：代码：080901)2003年年摄影测量与遥感摄影测量与遥感 遥感科学与技术遥感科学与技术（代码：（代码：080902）2008年年地图制图与地理信息工程地图制图与地理信息工程（2007年，硕士点）年，硕士点）地理信息系统地理信息系统（代码：（代码：080903）（2002年，资环）年，资环）中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所4主要参考教材主要参考教材：1 张良培，张立福张良培，张立福.高光谱遥感，武汉大学出版社，高光谱遥感，武汉大学出版社，2005.2 浦瑞良，宫浦瑞良，宫 鹏鹏.高光谱遥感及其应用，高等教育出版社，高光谱遥感及其应用，高等
3、教育出版社，2000.中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所5讲课提纲讲课提纲：高光谱遥感发展概述1.高光谱遥感的理论基础高光谱遥感的理论基础 1.1 遥感电磁波理论基础 1.2 电磁波与物质的相互作用 1.3 典型地物的光谱特性 1.4 地面光谱测量2.高光谱遥感成像机理与成像光谱仪高光谱遥感成像机理与成像光谱仪 2.1 基本概念 2.2 高光谱遥感成像特点 2.3 高光谱遥感成像关键技术 2.4 高光谱遥感图像数据表达 2.5 成像光谱仪的空间成像技术 2.6 成像光谱仪的光谱成像技术 2.7 成像光谱仪系统介绍中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所6讲课提纲讲课提纲：
4、3.高光谱遥感图像辐射与几何校正高光谱遥感图像辐射与几何校正 3.1 成像光谱仪定标 3.2 大气辐射传输理论 3.3 高光谱遥感图像大气辐射校正 3.4 高光谱遥感图像几何纠正4.光谱特征分析模型与方法光谱特征分析模型与方法 4.1 光谱特征选择 4.2 光谱特征提取 4.3 地物类型序列光谱分析5.光谱分解与图像分类光谱分解与图像分类 5.1 混合光谱模型 5.2 线性光谱解混 5.3 遥感图像分类概述 5.4 高光谱图像分类算法 5.5 高光谱图像地物识别与目标探测中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所7讲课提纲讲课提纲：6.高光谱数据综合分析与系统构建高光谱数据综合分析与系统
5、构建 6.1 高空间分辨率与高光谱数据融合 6.2 空间信息辅助下的高光谱数据分析 6.3 时间信息辅助下的高光谱数据分析 6.4 高光谱数据处理与分析系统7.高光谱遥感应用高光谱遥感应用 7.1 高光谱遥感应用精准农业 7.2 高光谱遥感应用植被生态 7.3 高光谱遥感应用内陆水质 7.4 高光谱遥感应用地质矿产 7.5 高光谱遥感应用大气环境中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所8高光谱遥感发展综述一、高光谱遥感的基本概念二、高光谱遥感的主要特点三、高光谱遥感发展历程四、高光谱遥感的典型应用简介中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所9高光谱遥感发展综述一、高光谱遥感的基
6、本概念二、高光谱遥感的主要特点三、高光谱遥感发展历程四、高光谱遥感的典型应用简介中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所10遥感遥感（Remote Sensing）：通过电磁波与地物的相互作）：通过电磁波与地物的相互作用，以波谱和空用，以波谱和空 间两维成像方式来探测地物特性的技术。间两维成像方式来探测地物特性的技术。遥感探测谱段：可见光与近红外遥感探测谱段：可见光与近红外 电磁波与物质的相互作用形式电磁波与物质的相互作用形式紫紫 蓝蓝 青青 绿绿 黄黄 橙橙 红红中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所11光学遥感技术的发展光学遥感技术的发展光谱分辨率的不断提高光谱分辨率的不
7、断提高全色全色Panchromatic高光谱高光谱Hyperspectral多光谱多光谱Multispectral彩色彩色color photography主要通过形状（空间信主要通过形状（空间信息）识别地物息）识别地物主要通过光谱信主要通过光谱信息识别地物息识别地物增加了颜色的感知增加了颜色的感知一、高光谱遥感（一、高光谱遥感（Hyperspectral Remote Sensing）基本概念）基本概念加强型的加强型的颜色感知颜色感知中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所12高光谱分辨率遥感（高光谱分辨率遥感（Hyperspectral Remote Sensing）：）：用很窄（
8、用很窄（/100或或10-2 ）而连续的光谱通道对地物持续遥感而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。在成像的技术。在可见光到短波红外波段可见光到短波红外波段其光谱分辨率高达纳其光谱分辨率高达纳米米(nm)数量级，通常具有波段多的特点，光谱通道数多达数数量级，通常具有波段多的特点，光谱通道数多达数十甚至数百个以上，而且各光谱通道间往往是连续的，因此十甚至数百个以上，而且各光谱通道间往往是连续的，因此高光谱遥感又通常被称为成像光谱（高光谱遥感又通常被称为成像光谱（Imaging Spectrometry）遥感。遥感。一、高光谱遥感（一、高光谱遥感（Hyperspectral Remote Se
9、nsing）基本概念）基本概念光学遥感技术的发展光学遥感技术的发展：全色（黑白）彩色摄影多光谱扫描成像高光谱遥感全色（黑白）彩色摄影多光谱扫描成像高光谱遥感超光谱超光谱。10-1 10-2 10-3 中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所13一、高光谱遥感（一、高光谱遥感（Hyperspectral Remote Sensing）基本概念）基本概念高光谱遥感的高光谱遥感的直观特点直观特点：波段窄：波段窄：/100，在可见光到短波红外波段其光谱分辨率高达纳在可见光到短波红外波段其光谱分辨率高达纳米米(nm)数量级数量级波段多：波段多：数十甚至数百个以上数十甚至数百个以上波段连续：波段连
10、续：非点测量；每个像元可提取一个光谱曲线；且非点测量；每个像元可提取一个光谱曲线；且具有空间可识别性具有空间可识别性可提取连续的光谱曲线可提取连续的光谱曲线可成像：可成像：中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所14一、高光谱遥感（一、高光谱遥感（Hyperspectral Remote Sensing）基本概念）基本概念波段窄：波段窄：波段多：波段多：波段连续：波段连续：可成像：可成像：更接近于成像光谱的概念，高光谱的含义应更接近于成像光谱的概念，高光谱的含义应该更宽广，只要光谱分辨率高，即可认为是该更宽广，只要光谱分辨率高，即可认为是高光谱。（高光谱。（超光谱超光谱）波段之间具有一
11、定的相关性，出现数据冗余问波段之间具有一定的相关性，出现数据冗余问题，还需进行波段选择及合并题，还需进行波段选择及合并（光谱特征分析光谱特征分析）某些应用中仅需几个特征波段即可识别地物，些应用中仅需几个特征波段即可识别地物，并非必须获取连续的光谱曲线并非必须获取连续的光谱曲线（光谱特征提取光谱特征提取）成像的方式多种多样，并不一定必须同时成像，成像的方式多种多样，并不一定必须同时成像，可通过点测量后的扫描成像，比如摆扫式成像可通过点测量后的扫描成像，比如摆扫式成像光谱仪、激光雷达等。（光谱仪、激光雷达等。（空间分布展示空间分布展示）高光谱的首要特点高光谱的首要特点（与通过门缝看遍人不同与通过门
12、缝看遍人不同）中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所15一、高光谱遥感（一、高光谱遥感（Hyperspectral Remote Sensing）基本概念）基本概念高光谱图像结构高光谱图像结构 中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所16高光谱遥感发展综述一、高光谱遥感的基本概念二、高光谱遥感的主要特点三、高光谱遥感发展历程四、高光谱遥感的典型应用简介中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所17二、高光谱遥感的主要特点二、高光谱遥感的主要特点1.图谱合一图谱合一一个数据立方体包含百一个数据立方体包含百万条的地物光谱曲线万条的地物光谱曲线塑料膜干燥植被绿色植被方解石白云
13、石高岭石中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所182.光谱分辨率高光谱分辨率高二、高光谱遥感的主要特点二、高光谱遥感的主要特点多光谱多光谱 高光谱高光谱中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所19光谱分辨率高光谱分辨率高二、高光谱遥感的主要特点二、高光谱遥感的主要特点 不同分辨率的不同分辨率的水铝矿水铝矿的光谱反射曲的光谱反射曲线光谱吸收带光谱吸收带4nm300个数据8nm150个数据16nm75个数据32nm38个数据64nm19个数据128nm10个数据256nm6个数据512nm3个数据通道宽，反映不灵敏通道宽，反映不灵敏中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所
14、20高光谱遥感发展综述一、高光谱遥感的基本概念二、高光谱遥感的主要特点三、高光谱遥感发展历程四、高光谱遥感的典型应用简介中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所21三、高光谱遥感发展历程（三、高光谱遥感发展历程（国际国际）20 世纪世纪 80 年代兴起的新型对地观测技术年代兴起的新型对地观测技术高光谱遥感高光谱遥感技术技术，始于始于成像光谱仪成像光谱仪(Imaging Spectrometer)的研究计划。的研究计划。该 计 划 最 早 由 美 国 加 州 理 工 学 院 喷 气 推 进 实 验 室该 计 划 最 早 由 美 国 加 州 理 工 学 院 喷 气 推 进 实 验 室(J
15、e t Propulsion Lab,JPL)的一些学者提出的一些学者提出,并在美国宇航局并在美国宇航局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)的支的支持下持下,相继推出了系列成像光谱仪产品相继推出了系列成像光谱仪产品(叶荣华叶荣华,2001),如如机载机载航空成像光谱仪航空成像光谱仪(Airborne Imaging Spectrometer,AIS)系列系列,航空航空可见光可见光/红外成像光谱仪红外成像光谱仪(Airborne visible/Infrared Imaging Spectrometer,AVIRISh);星载星
16、载中分辨率成像光谱仪中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS),高分辨率高分辨率成像光谱仪成像光谱仪(High Resolution Imaging Spectrometer,HIRIS),等等。等等。中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所22三、高光谱遥感发展历程（三、高光谱遥感发展历程（国内国内）它是指在特定光谱域以高光谱分辨率同时获得连续的地物它是指在特定光谱域以高光谱分辨率同时获得连续的地物光谱图像光谱图像,使得遥感应用可以在使得遥感应用可以在光谱维上进行空间展开光谱维上进行空间展开,定量分定量
17、分析地球表层生物物理化学过程与参数。析地球表层生物物理化学过程与参数。之后之后,成像光谱技术的研究进入了一个高速发展期成像光谱技术的研究进入了一个高速发展期,各国纷各国纷纷投入资金加大成像光谱仪的研究己加拿大、日本、澳大利亚纷投入资金加大成像光谱仪的研究己加拿大、日本、澳大利亚等国等国,相继研制出了不同应用目的的成像光谱仪。相继研制出了不同应用目的的成像光谱仪。我国在成像我国在成像光谱仪的研究开发方面也取得了引人瞩目的成绩光谱仪的研究开发方面也取得了引人瞩目的成绩,相继成功研相继成功研制出制出n机载机载成像光谱仪成像光谱仪MAIS(Modular Airborne Imaging Spectr
18、ometer)；n航空航空成像光谱仪成像光谱仪OMIS(Operational Modular Imaging Spectrometer)系列系列；n星载星载高光谱成像光谱仪高光谱成像光谱仪 C-HRIS(China High Resolution Imaging Spectrometer)等等中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所23三、高光谱遥感发展历程（国际）三、高光谱遥感发展历程（国际）20世纪世纪70年代末期，成像光谱概念形成初期（美国年代末期，成像光谱概念形成初期（美国GER的航空光谱研究，的航空光谱研究，美国喷气推进实验室美国喷气推进实验室JPL的航天飞机多光谱红外辐射
19、计的航天飞机多光谱红外辐射计SMIRR）1983年，第一台高分辨力航空成像光谱仪年，第一台高分辨力航空成像光谱仪（Airborne Imaging Spectrometer，AIS-1），JPLGER的航空光的航空光谱仪成功地检谱仪成功地检测到了植物光测到了植物光谱红边谱红边“蓝移蓝移效应效应”SMIRR则首次则首次从空间轨道上从空间轨道上直接鉴别了粘直接鉴别了粘土矿物和碳酸土矿物和碳酸盐矿物盐矿物 1.22.4微米，微米，128个波个波段，段，3.7度视场度视场20世纪世纪80年代末到年代末到21世纪初，成像光谱蓬勃发世纪初，成像光谱蓬勃发展展机载成像光谱仪器：机载成像光谱仪器：美国美国：A
20、IS-2、GERIS、AVIRIS、MIVIS、DAIS-7915、HYDICE、Probe、TEEMS、SEBASS加拿大加拿大：FLI/PML、CASI、SASI、TABI澳大利亚澳大利亚：Geosan MarkII、HyMap德国德国：ROSIS法国法国：IMS星载成像光谱仪器：星载成像光谱仪器：美国：美国：MODIS、EO-1（ALI、Hyperion、LAC）、）、Might-Sat美日合作：美日合作：ASTER欧空局：欧空局：CHRIS、ENVISAT（MERIS）、）、澳大利亚：澳大利亚：ARIES日本：日本：ADEOS-2（GLI）中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究
21、所24三、高光谱遥感发展历程（三、高光谱遥感发展历程（国内国内）20世纪世纪80年代中后期，发展高光谱成像系统年代中后期，发展高光谱成像系统“七五期间七五期间”多波段扫描仪多波段扫描仪IR/UV双波段，双波段，VIR/MIR/IR三波段，三波段，6波段细分红外光谱波段细分红外光谱扫描仪（扫描仪（FIMS），），热红外多光谱扫描仪热红外多光谱扫描仪（ATIMS），），DGS 8波段多光谱扫描仪，波段多光谱扫描仪，AMS 19波段多光谱波段多光谱扫描仪，扫描仪，“八五期间八五期间”新型模块化航空新型模块化航空成像光谱仪成像光谱仪MAIS技物所：技物所：PHI、OMIS（I、II）、）、WHI西安光
22、机所：多种类型傅立叶变西安光机所：多种类型傅立叶变换光谱仪（嫦娥、环境星）换光谱仪（嫦娥、环境星）北京理工大学：傅立叶变换光谱北京理工大学：傅立叶变换光谱仪研究仪研究“九五之后九五之后”中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所25三、高光谱遥感发展历程三、高光谱遥感发展历程JPL实验室实验室1988年开发了第一个专门处理成像光谱仪图像的年开发了第一个专门处理成像光谱仪图像的软软件包件包SPAM 1991年科罗拉多大学的年科罗拉多大学的CSES研究中心采用交互式研究中心采用交互式语言（语言（IDL），研制成了基于），研制成了基于UNIX工作站的成像光工作站的成像光谱处理系统谱处理系统SI
23、PS JPL和和USGS开发的开发的SIS、ENVI软软件件 加拿大的加拿大的PCI软件中软件中的高光谱分析模块的高光谱分析模块 中科院遥感应用研究所开发的高光谱图中科院遥感应用研究所开发的高光谱图像处理系统像处理系统HIPAS 地矿部航空物探遥感中心开发的成像光谱数据地矿部航空物探遥感中心开发的成像光谱数据处理分析系统处理分析系统ISDPS 中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所26三、高光谱遥感发展历程三、高光谱遥感发展历程高光谱图像处理系统名称高光谱图像处理系统名称研发机构研发机构国家HIPAS中科院遥感所中科院遥感所中国中国ISDPS 地矿部航空物探遥感中心地矿部航空物探遥感
24、中心中国中国SPAMThe Spectral Analysis Manager-JPL美国美国ISISIntegrated Software for Imaging Spectrometers-USGS Flagstaff美国美国HIPSHyperspectral Image Processing System美国美国SIPSThe Spectral Image Processing System University of Colorado美国美国HYDICEThe HYDICE Starter Kit-Naval Research Lab美国美国GenisisGeneral Imaging
25、 Spectrometry Interpretation System-WTJ systems美国美国MIDASMIDAS TASC 美国美国ENVIThe Environment for Visualizing Images,Research Systems Inc美国美国ERDASERDAS-Hyperspectral Data Analysis Package美国美国TETRACORDERU.S.Geological Survey美国美国ISDASImaging Spectrometer Data Analysis System-CCRS加拿大加拿大PCIPCI-ERDAS-Hypers
26、pectral Data Analysis Package加拿大加拿大The Spectral GeologistCommonwealth Scientific and Industrial Research Organization(CSIRO)澳大利亚澳大利亚现有高光谱图像处理系统列表现有高光谱图像处理系统列表中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所27三、高光谱遥感发展历程三、高光谱遥感发展历程应用研究应用研究（高光谱数据的广（高光谱数据的广泛应用推广）泛应用推广）基础研究基础研究（数据处理、分析算法及模型，（数据处理、分析算法及模型，载荷关键技术及器件，软件研发）载荷关键技术及
27、器件，软件研发）载荷研制载荷研制（高光谱遥感器及相（高光谱遥感器及相关辅助设备）关辅助设备）指明高光谱遥感应用方向指明高光谱遥感应用方向引导高光谱遥感器的技术发展引导高光谱遥感器的技术发展相辅相成，共同发展相辅相成，共同发展中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所28高光谱遥感发展综述一、高光谱遥感的基本概念二、高光谱遥感的主要特点三、高光谱遥感发展历程四、高光谱遥感的典型应用简介中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所29四、高光谱遥感的典型应用典型地物的光谱特性典型应用示例中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所304.1 典型地物的光谱特性 岩矿的光谱特性植被的光
28、谱特性土壤的光谱特性水体和雪的光谱特性城市目标的光谱特性中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所314.1.1 岩矿的光谱特性在在0.41.3m的光谱特性主要取决于矿物晶格结构中存在的光谱特性主要取决于矿物晶格结构中存在的铁、铜、镍、锰等过渡性金属元素的电子跃迁的铁、铜、镍、锰等过渡性金属元素的电子跃迁1.32.5m的光谱特性是由矿物组成中的碳酸根（的光谱特性是由矿物组成中的碳酸根（CO32）、羟基（）、羟基（OH）及可能存在的水分子（）及可能存在的水分子（H2O）决定的）决定的35m的光谱特性是由的光谱特性是由Si-O、Al-O等分子键的振动模式等分子键的振动模式决定的决定的中国科学
29、院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所324.1.1 岩矿的光谱特性阳离子阳离子(cation)吸收峰位置吸收峰位置（m）Fe2+0.43,0.45,0.51,0.55,1.01.1,1.81.9Fe3+0.40,0.45,0.49,0.52,0.7,0.87Ni2+0.4,0.75,1.25Cu2+0.8Mn2+0.34,0.37,0.41,0.45,0.55Cr3+0.4,0.55,0.7Ti4+0.45,0.55,0.60,0.64La2+0.5,0.6,0.75,0.8常见阳离子光谱特征常见阳离子光谱特征 高光谱遥感识别矿物主要依赖于矿物成分的高光谱遥感识别矿物主要依赖于矿物成分的吸
30、收特征吸收特征 中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所334.1.1 岩矿的光谱特性振动基团振动基团(vibrational radical)吸收峰位置吸收峰位置(m)H2O1.875,1,454,1.38,1.135,0.942，主要为，主要为1.4和和1.9.OH-1.40,2.20(Al-OH),2.30(Mg-OH)CO32-2.55,2.35,2.16,2.00,1.90NH4+2.02,2.12C-H1.70,2.30常见振动光谱特征常见振动光谱特征 中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所344.1.1 岩矿的光谱特性矿物粒度和温度矿物粒度和温度：矿物粒度和温度
31、都会影响到矿物的波谱特性。矿物粒度和温度都会影响到矿物的波谱特性。研究表明，反射率随矿物研究表明，反射率随矿物颗粒颗粒增大而下降（增大而下降（Clark R N.，1999），矿物粒度一般只影响反射率的大小，而不会改变），矿物粒度一般只影响反射率的大小，而不会改变矿物的光谱吸收特征。矿物的光谱吸收特征。温度温度会影响分子振动速率，从而影响矿物光谱特征会影响分子振动速率，从而影响矿物光谱特征（Pieters C M et al.，1993），如赤铁矿的），如赤铁矿的F3+F3+吸收峰随温吸收峰随温度升高向长波段方向偏移。度升高向长波段方向偏移。中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所35
32、4.1.1 岩矿的光谱特性岩石的光谱特征：岩石的光谱特征：岩石的光谱表现非常复杂，其中最重要的原因是岩石光谱岩石的光谱表现非常复杂，其中最重要的原因是岩石光谱本质上是矿物的混合光谱，其光谱特征受本质上是矿物的混合光谱，其光谱特征受成分、结构、构成分、结构、构造和表面状态造和表面状态等因素的影响，并且研究表明，这种混合效等因素的影响，并且研究表明，这种混合效应为非线性的（应为非线性的（HapkeHapke B B，19811981）。这对高光谱遥感图像的）。这对高光谱遥感图像的数据处理和岩矿信息提取带来了不便。同时，由于可见光数据处理和岩矿信息提取带来了不便。同时，由于可见光和红外的穿透能力只有
33、几个厘米，因此在分析岩石光谱特和红外的穿透能力只有几个厘米，因此在分析岩石光谱特性与成分关系时，样品表面风化、结构和颜色非常重要，性与成分关系时，样品表面风化、结构和颜色非常重要，特别是在野外自然情况下特别是在野外自然情况下。中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所364.1.1 岩矿的光谱特性以青紫泥以青紫泥(Blue clayey Paddy soil,BP)和红黄泥和红黄泥(Red Paddy soil,RP)为例为例,研究发育研究发育于不同母质的于不同母质的水稻土高光谱水稻土高光谱和和SOM 含量光谱参数模型的差异性。（含量光谱参数模型的差异性。（周清，周清，2004）中国科学
34、院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所374.1.2 植被的光谱特性叶绿素反射峰红边，植物曲线最明显的特征水的吸收带植被叶绿素浓度的增加，植被光学作用增强，植被叶绿素浓度的增加，植被光学作用增强，消耗更多的长波光子消耗更多的长波光子中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所384.1.2 植被的光谱特性对植被对植被光谱特征的影响因素光谱特征的影响因素可概括为以下几个方面：可概括为以下几个方面：1.植被是由有限的一些光谱敏感成份所组成；植被是由有限的一些光谱敏感成份所组成；2.植被自身生长状态及其环境变化导致植被组成部分含量植被自身生长状态及其环境变化导致植被组成部分含量 的变化，并进而
35、影响植被光谱；的变化，并进而影响植被光谱；3.植被的外形结构对其反射光谱特征有强烈的影响；植被的外形结构对其反射光谱特征有强烈的影响；4.植被的光谱特征与光谱测量的空间尺度有很大的关系；植被的光谱特征与光谱测量的空间尺度有很大的关系；5.植被可见光和近红外（植被可见光和近红外（350800nm）反射光谱特性差异）反射光谱特性差异 主要来源于植物体内叶绿素和其它色素成份主要来源于植物体内叶绿素和其它色素成份中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所394.1.2 植被的光谱特性对植被对植被光谱特征的影响因素光谱特征的影响因素可概括为以下几个方面：可概括为以下几个方面：6.植被近红外（植被近
36、红外（8001000nm）反射光谱特性差异主要来源于植物细胞）反射光谱特性差异主要来源于植物细胞 组织散射组织散射；7.植被短波红外（植被短波红外（10002500nm）光谱特性主要由植物细胞组织内的）光谱特性主要由植物细胞组织内的 液态水吸收决定液态水吸收决定；8.植被短波红外（植被短波红外（8002500nm）光谱的其它影响因子还包括与淀粉）光谱的其它影响因子还包括与淀粉 (Starches)、蛋白质、蛋白质(Proteins)、油质、油质(Oils)、糖、糖(Sugars)、木质素、木质素 (Lignin)和纤维素和纤维素(Cellulose)有关的有关的CH、NH等等；9.植被中红外波
37、段对入射能量的吸收程度，是叶子水分百分含量和叶植被中红外波段对入射能量的吸收程度，是叶子水分百分含量和叶 子厚度的函数子厚度的函数。10.就单一植被叶片光谱而言，它们均具有非常相似的光谱吸收特征，就单一植被叶片光谱而言，它们均具有非常相似的光谱吸收特征，但却具有不同的吸收深度但却具有不同的吸收深度。中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所404.1.2 植被的光谱特性当叶绿素浓度增加时，可见当叶绿素浓度增加时，可见波段蓝光波段蓝光部分的反射率显著下降，部分的反射率显著下降，但但绿光部分绿光部分的反射率上升。的反射率上升。中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所414.1.3 土
38、壤的光谱特性水的吸收带水的吸收带中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所424.1.3 土壤的光谱特性土壤的光谱特性土壤的光谱特性土壤中的土壤中的原生矿物原生矿物：石英、长石、白云母、少量的角闪石、辉石、磷：石英、长石、白云母、少量的角闪石、辉石、磷灰石、赤铁矿、黄铁矿等。灰石、赤铁矿、黄铁矿等。土壤中的石砾、砂粒几乎全是由原生矿物所组成，多以石英为主。土壤中的石砾、砂粒几乎全是由原生矿物所组成，多以石英为主。粉粒绝大多数也是由石英和原生硅酸盐矿物组成。粉粒绝大多数也是由石英和原生硅酸盐矿物组成。土壤中的土壤中的次生矿物次生矿物主要有以下几类：主要有以下几类：简单的盐类，如碳酸盐、硫酸
39、盐和氯化物等；简单的盐类，如碳酸盐、硫酸盐和氯化物等；含水的氧化物，如氧化铁、氧化铝、氧化硅等；含水的氧化物，如氧化铁、氧化铝、氧化硅等；次生层状铝硅酸盐，如高岭石、蒙脱石和水化云母类等。次生层状铝硅酸盐，如高岭石、蒙脱石和水化云母类等。中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所434.1.3 土壤的光谱特性土壤水分土壤水分是土壤的重要是土壤的重要组成部分，组成部分，当土壤的含水当土壤的含水量增加时，土壤的反射率量增加时，土壤的反射率就会下降就会下降，在水的各个吸，在水的各个吸收带处（收带处（1400nm，1900nm和和2700nm），反），反射率的下降尤为明显。射率的下降尤为明显。对
40、于植物和土壤，造成这对于植物和土壤，造成这种现象显然是同一种原因，种现象显然是同一种原因，即入射辐射在水的特即入射辐射在水的特定吸收带处被水强烈吸收定吸收带处被水强烈吸收所致所致.图中含水量图中含水量，A：0.32；B：0.25；C：0.14；D：0.07中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所444.1.3 土壤的光谱特性土壤有机质土壤有机质是指土壤中那些生物来源（主要是植物和微生物）的物质，是指土壤中那些生物来源（主要是植物和微生物）的物质，其中腐殖质是土壤有机质的主体，腐殖质可分为其中腐殖质是土壤有机质的主体，腐殖质可分为胡敏酸胡敏酸和和富里酸富里酸。胡敏酸的反射能力特别低，几乎
41、在整个波段为一条平直线，呈黑色。胡敏酸的反射能力特别低，几乎在整个波段为一条平直线，呈黑色。富里酸则在黄红光部分开始强反射，呈棕色。富里酸则在黄红光部分开始强反射，呈棕色。有机质的影响主要是在有机质的影响主要是在可见光和近红外波段可见光和近红外波段，而影响最大的是在，而影响最大的是在0.60.8m之间。之间。一般来说，随土壤有机质的增加，土壤的光谱反射率减小。一般来说，随土壤有机质的增加，土壤的光谱反射率减小。除有机质含量外，土壤腐殖质中胡敏酸和富里酸的除有机质含量外，土壤腐殖质中胡敏酸和富里酸的比值比值（HF）是影）是影响土壤光谱反射特性的另一个重要因素。响土壤光谱反射特性的另一个重要因素。
42、地处不同地带的土壤，尽管其有机质含量相同，但由于地处不同地带的土壤，尽管其有机质含量相同，但由于HF的比值不的比值不同，土壤的光谱反射特性也会不同。同，土壤的光谱反射特性也会不同。因此，不仅有机质的含量影响土壤光谱反射特性，而且其不同的组成因此，不仅有机质的含量影响土壤光谱反射特性，而且其不同的组成也同样有显著的影响也同样有显著的影响中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所454.1.3 土壤的光谱特性在在350-600nm反射特性增加快，反射特性增加快，600-2100nm缓慢，之后下降，缓慢，之后下降，2个水吸收峰个水吸收峰中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所464.1
43、.3 土壤的光谱特性二般情况下：光谱特性出现混沌现象？二般情况下：光谱特性出现混沌现象？中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所474.1.3 土壤的光谱特性铁铁在土壤中的存在形式主要是在土壤中的存在形式主要是氧化铁氧化铁，氧化铁是影响土壤光谱反射特性的重，氧化铁是影响土壤光谱反射特性的重要土壤成分，其含量的增加会使反射率减小。要土壤成分，其含量的增加会使反射率减小。一般来说，土壤的氧化铁含量一般来说，土壤的氧化铁含量与反射率之间是存在一定的负相关，但在波段与反射率之间是存在一定的负相关，但在波段0.50.7 m的相关性却不明显的相关性却不明显。土壤氧化铁含量增加时土壤氧化铁含量增加时
44、，可见光与近红外部分吸收增强，而在，可见光与近红外部分吸收增强，而在0.50.7 m波波段的吸收增强幅度不很大，因此土壤出现黄红色。段的吸收增强幅度不很大，因此土壤出现黄红色。在旱作土壤中，氧化铁随结晶水的多少不同而表现出不同颜色。当土壤处于在旱作土壤中，氧化铁随结晶水的多少不同而表现出不同颜色。当土壤处于还原状态时，土壤呈现出蓝绿、灰蓝等色，当土壤处于氧化状态时，土壤呈还原状态时，土壤呈现出蓝绿、灰蓝等色，当土壤处于氧化状态时，土壤呈现出红、黄等颜色。现出红、黄等颜色。铁的影响主要也在铁的影响主要也在可见光和近红外波段可见光和近红外波段，由于土壤中有机质与氧化铁对土壤，由于土壤中有机质与氧化
45、铁对土壤的光谱反射特性影响都很大，故定量区分有机质和氧化铁对光谱反射率的贡的光谱反射特性影响都很大，故定量区分有机质和氧化铁对光谱反射率的贡献难度较大，这给精确估算土壤氧化铁含量带来一定困难。献难度较大，这给精确估算土壤氧化铁含量带来一定困难。中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所484.1.3 土壤的光谱特性陕西省横山县土壤含铁量的光谱特性陕西省横山县土壤含铁量的光谱特性吸收区域吸收区域中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所494.1.3 土壤的光谱特性土壤质地土壤质地是指土壤中各种粒径的颗粒所占的是指土壤中各种粒径的颗粒所占的相对比例相对比例。它对土壤光谱反射特。它对土
46、壤光谱反射特性的影响，主要表现在两个方面：性的影响，主要表现在两个方面：一是影响土壤持水能力，进而影响土壤光谱反射率；一是影响土壤持水能力，进而影响土壤光谱反射率；二是土壤颗粒大小本身也对土壤的反射率有很大影响二是土壤颗粒大小本身也对土壤的反射率有很大影响对于土壤粒径较小的粘粒部分，由于其很强的吸湿作用，它在对于土壤粒径较小的粘粒部分，由于其很强的吸湿作用，它在1.4，1.9，2.7等处的水吸收带异常明显。等处的水吸收带异常明显。随土壤颗粒变小，颗粒间的空隙减少，比表面积增大，表面更趋平滑，使土随土壤颗粒变小，颗粒间的空隙减少，比表面积增大，表面更趋平滑，使土壤中粉砂粒的反射率比砂粒高，但当颗
47、粒细至粘粒时，又使土壤持水能力增壤中粉砂粒的反射率比砂粒高，但当颗粒细至粘粒时，又使土壤持水能力增加，反而降低了反射率。加，反而降低了反射率。此外，土壤质地影响反射特性的因素不仅是粒径组合及其表面状况，还与不此外，土壤质地影响反射特性的因素不仅是粒径组合及其表面状况，还与不同粒径组合物质的化学组成密切有关。同粒径组合物质的化学组成密切有关。土壤的光谱特性土壤的光谱特性影响因素影响因素：成土矿物、含水量、有机物、氧化铁和质地等。：成土矿物、含水量、有机物、氧化铁和质地等。中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所504.1.3 土壤的光谱特性成土母质成土母质决定了土壤反射光谱的基本特征决定
48、了土壤反射光谱的基本特征;有机质是小于有机质是小于1 000 nm 范围黑范围黑土反射光谱特征的决定因素土反射光谱特征的决定因素,同时由于有机质与土壤水分、机械组成的相同时由于有机质与土壤水分、机械组成的相关关系关关系,间接影响着大于间接影响着大于1 000nm 的波谱范围（的波谱范围（刘焕军，刘焕军，2009）.蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石去包络线去包络线混合矿物混合矿物中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所514.1.4 水体和雪的光谱特性水体的光谱特性水体的光谱特性 地表较纯洁的自然水体对地表较纯洁的自然水体对0.42.5波段的电磁波吸收明显高于绝大多数其波段的电磁波吸收明显高于绝
49、大多数其它地物。它地物。在可见光波段内，水体中的能量在可见光波段内，水体中的能量-物质相互作用比较复杂，光谱反射特性可物质相互作用比较复杂，光谱反射特性可能包括来自三方面的贡献：能包括来自三方面的贡献：(1)水的表面反射水的表面反射;(2)水体底部物质的反射水体底部物质的反射;(3)水中悬浮物质的反射。水中悬浮物质的反射。光谱吸收和透射特性不仅与水体本身的性质有关，而且还明显地受到水中光谱吸收和透射特性不仅与水体本身的性质有关，而且还明显地受到水中各种类型和大小的物质各种类型和大小的物质有机物和无机物的影响。有机物和无机物的影响。中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所524.1.4
50、水体和雪的光谱特性在光谱的近红外和中红外波段，水几乎吸收了其全部的能量，即纯净的自然在光谱的近红外和中红外波段，水几乎吸收了其全部的能量，即纯净的自然水体在近红外波段更近似于一个水体在近红外波段更近似于一个“黑体黑体”，因此，在，因此，在1.12.5m波段，较纯波段，较纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零 中国科学院遥感应用研究所中国科学院遥感应用研究所534.1.4 水体和雪的光谱特性雪虽然是水的一种固态形式，但它与水的光谱特性截然不同，地表雪被的光雪虽然是水的一种固态形式，但它与水的光谱特性截然不同，地表雪被的光谱反射率明显高于自然水体。雪光谱反射
