第六讲.农业遥感技术知识 计算机农林应用课件.pptVIP

TM图像光谱效应 五、植被指数模型 植被指数 植被指数是指由多光谱数据，经线性和非线性组合构成的对植被有一定指示意义的各种数值。植物光谱中红波段和近红外波段反射率及其相互关系，是构成各种植被指数的核心。红波段被植物叶绿素强吸收，进行光合作用制造干物质，它是光合作用的代表波段；近红外波段是叶子健康状况最灵敏的标志，它对植被差异及植物长势反映敏感，指示着光合作用能否正常进行。它们的各种组合构成的植被指数，是植物光合作用能力（即植物生产力）的精良监测器。 归一化差值植被指数（Normalization Difference Vegetation Index-NDVI） ND被定义为近红外波段与可见光红波段数值之差和这两个波段数值之和的比值，即ND=（IR-R）/（IR+R）。在陆地卫星MSS中，ND=（M7-M5）/（M7+M5）；在气象卫星AVHRR中，ND=（CH2-CH1）/（CH2+CH1）。其中，Ｃｈ1为可见光通道,Ｃｈ2为近红外通道。它在植被研究以及植物物候研究中得到广泛应用。它是植物生长状态及植物空间分布密度的最佳指示因子，与植物分布密度呈线性相关，因此又称为生物量（Biomass）指标。 实验证明，ND对土壤背景的变化较为敏感。当植物覆盖度小于15%时，数值高于ND值；而植物覆盖度为25~80%时，ND值随植被量呈线性增加；当植被覆盖度大于80%时，ND对植被检测灵密度下降。因此，ND很适合于早期发展极端或低覆盖度植被的检测。 比值植被指数（Ratio Vegetation Index-RVI） 是指近红外波段与可见光红波段数值的比值，即RVI=IR/R。在陆地卫星MSS中，RVI=M7/M5；在气象卫星AVHRR中，RVI=CH2/CH1。 RVI是绿色植被的一个灵敏指示者。它与叶面积指数（LAI）、叶干生物量、叶绿素含量相关最好。当植被覆盖小于50%时，RVI不能很好地识别植物密度差异；但在高覆盖度下，RVI将变得非常敏感，与生物量的相关性最好。因而，RVI更使用于植被旺盛、具有高覆盖度的植物的监测。RVI对大气状况极为敏感，极大地降低了它对植物检测的灵敏度，尤其在RVI值高时，大气效应影响相当显著，因此，最好运用经大气校正的数据。 早在1860年基尔霍夫（Kirchhoff?C）就提出用黑体这个词来说明能全部吸收入射辐射能量的地物。因此，黑体是一个理想的辐射体，黑体也是一个可以与任何地物进行比较的最佳辐射体。所谓黑体是“绝对黑体”的简称，指在任何温度下，对于各种波长的电磁辐射的吸收系数恒等于1（100%）的物体。黑体的热辐射称为黑体辐射。显然，黑体的反射率ρ=0，透射率=0。 自然界并不存在绝对黑体，实用的黑体是由人工方法制成的。这种理想黑体模型的建立，是为了参照计算一般物体的热辐射而设计的。黑体模型种类较多，基本结构为能保持恒定温度的空腔。黑体即能全部吸收进入腔体内的各种波长的电磁辐射，又能100%地发射某一波长的辐射。 　 下图表示太阳辐射光谱与黑体辐射光谱的比较，上面那条连续曲线给出了地球大气上界的粗略光谱辐照度,其最大值位于470nm处，虚线代表温度为5900Ｋ黑体辐照度，最下面的曲线表示海平面上阳光直射时的辐照度，两条连续曲线间的差值代表大气散射和吸收引起的衰减，而斜线部分则表示吸收造成的损失。 大气窗口 大气对电磁波衰减较小，透射率较高的波段叫“大气窗口”。因此要从空中遥感地面目标，传感器的工作波段应在大气窗口处,才能接收到地面目标的电磁波信息。目前已知的主要大气窗口分布范围如下图： (１)可摄影窗口 波长范围为0.3～1.3微米，通过这个窗口的电磁波信息皆属地面目标的反射光谱，可以用摄影的方法来获取和记录地物的电磁波信息。这个窗口包括全部可见光（0.38～0.76微米）和部分紫外线（波长0.3～0.38微米）以及部分近红外波段（0.76～1.3微米），其短波一端由于臭氧的强烈吸收而截止于0.3微米，长波一端则终止于感光胶片最大感光波长1.3微米处。这个窗口对电磁波的透射率在90％以上，仅次于微波窗口，是目前遥感上应用最广的窗口，被气象卫星、陆地卫星及其它遥感探测所使用。除了摄影方法外，还可以用扫描仪、光谱仪、射线仪等来探测记录地物的电磁波信息。 （２）短波红外窗口 波长范围为1.5～2.4微米，通过这个窗口的电磁波信息仍然属于地面目标的反射光谱，但不能用胶片摄影，只可用扫描仪和光谱仪来测量和记录。这个窗口的两端主要受大气中的水汽和二氧化碳的吸收作用所控制，而且由于水汽在1.8 微米处有一个吸收带，所以本