遙感使用多個波段的原因是什麼?

時間 2021-05-06 16:27:17

1樓:深空遙望

遙感是20世紀60年代發展起來的對地觀測綜合性技術,是指通過某種裝置,不直接接觸被研究目標、區域或現象來獲取其有關資料,並對所獲取的有關資料進行分析從而得到所需要資訊的一種科學和技術。

遙感按照光譜解析度通常分為多光譜遙感、高光譜遙感、超光譜遙感。以a表示波長,一般認為,光譜解析度在a/10數量級範圍內的遙感稱為多光譜遙感;光譜解析度在a/100數量級範圍內的遙感稱為高光譜遙感,光譜解析度在a/1000數量級範圍內的遙感稱為超光譜遙感。目前應用最為廣泛的就是多光譜遙感。

根據麥克斯韋的電磁場理論,變化的電場在其周圍產生變化的磁場,而變化的磁場又在其周圍產生變化的電場。變化的電磁場在空間以一定的速度傳播,就形成了電磁波。電磁波的傳播不依賴任何媒介,可以在真空中以光速傳播。

電磁波的範圍很廣,但其本質是相似的,都遵守基本波動理論,只是由於頻率的不同而顯示不同的特性。電磁波根據波長由長到短包含無線電(長波、中波、短波、超短波、微波)、紅外(超遠紅外、遠紅外或稱熱紅外、中紅外、近紅外)、可見光(紅、橙、黃、綠、青、藍、紫)、紫外線、X射線、Gamma射線等。其中紅外又可分為短波紅外、中波紅外和長波紅外。

下圖為太陽輻射照度分布曲線,可以看出太陽輻射從紫外線開始,到中紅外結束。

平常我們人眼所能感受到的只是包含380nm-760nm之間的可見光部分。但是地物的完整的反射光譜中包含著更多的資訊,如果單從乙個波段的影象是沒辦法解析出這些資訊的。下圖是歐空局哥白尼計畫Sentinel-2A星的光譜響應函式影象,該感測器共包含十三個波段,其中8和8A波段的光譜響應函式範圍重疊,中心波長接近,因此在使用時往往根據需要選取乙個使用。

下圖是典型的植被的光譜。

400nm-700nm:在550nm處有乙個反射峰,該峰形成於葉子內部的葉綠素a,b以及在450nm與640nm-680nm為中心有兩個強烈的吸收帶,以及胡蘿蔔素葉黃素在430nm-480nm有強烈的吸收帶所致,這也是葉片表現為綠色的原因。在這波段範圍內,植被的波譜特徵基本上被葉綠素、胡蘿蔔素所控制,前者佔總吸收量的65%-75%,後者佔總吸收量的25%-35%。

700nm-800nm:該部分形成乙個強烈的陡坡,是由於葉片的柵欄組織結構導致的強反射形成的,是植被特有的光譜特徵,稱為「紅邊」,紅邊的陡峭程度決定了植被葉片的健康程度。Sentinel-2也是目前唯一乙個在植被紅邊處有三個波段的感測器。

800nm-1100nm:這一波段葉片的吸收作用基本可以忽略,散射作用佔據了主導地位,投入葉子內部的光線,因細胞壁與細胞孔腔的折射率有明顯的差異,而造成光線在葉子內部的多次反射與折射,向上折射穿出上表皮層便構成反射光,向下折射穿出下表皮層便形成透射光,這一過程具有明顯的隨機性質,因此反射率與透射率是相近的。這一波段範圍內具有很寬很強的反射峰是植被所獨有的光譜特徵,在葉子發生枯萎或因缺水而凋謝,便意味著細胞的萎縮,折射率差異的減少,其巨集觀表現為這一波段的反射率值明顯下降。

1100nm-2500nm:這一波段的波譜特徵基本上被液態水的吸收特性所控制,對可見光而言,液態水是相當透明的,但在近紅外波段它存在兩個強烈的吸收峰,中心分別為1420nm和1960nm,這就造成了葉子在這兩個中心帶上存在兩個強烈的吸收谷,其谷深與液態水的含量有關。除兩個大吸收谷外,在980nm和1140nm處還存在兩個小吸收谷,也與葉片的含水量有關。

高光譜由於光譜解析度高,波段數多,因此可以繪製出較為完整的光譜曲線,在礦物研究領域有著較廣泛的應用。根據不同地物的吸收反射特性,進行不同的RGB波段組合,我們就可以輕鬆的對地物進行識別了。

最後,放一張假彩色合成的TM影象,圖中亮紅色部分和暗紅色部分均為植被。

其真彩色對照圖如下所示:

模擬真彩色(看起來更鮮豔,但不是真實顏色)對照圖如下所示

2樓:

某些物體只對特定的波段有反應(指被觀測到)。

例如1-10號物體分別對應1~10波段有反應,只用1個波段就只能觀測到乙個物體,所以多個波段才能觀測的更加全面

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