( 一) 电磁波反射方式
物体对电磁波的反射有三种形式: 镜面反射、漫反射及方向反射 ( 图 2-13) 。镜面反射对于不透明物体而言，其反射的能量等于入射能量减去物体吸收的能量; 对于透明物体则反射能量除了从入射能维县德群量中减去物体吸收的能量外，还应减去透射的能量。镜面反射能量集中在一个方向上，反射方向可根据入射的方向求取，反射角等于入射角。漫反射是指整个表面都均匀地反射入射光。方向反射介于漫反射和镜面反射之间，它在各向都有反射但亮度 L 不是常数，而是在某个方向上的反射比其他方向强。
图 2-13 几种反射形式
( 二) 兴装抓专力视地物的反射波谱曲线特困细钱认燃迅海难征
不同地物由于物质组成和结构不同具有不同的反射光谱特性，通常采用反射率 ( 或反来自射系数或亮度系数) 来表示。反射率是地物对某一波段电磁波的反射能360问答量与入射的总能量之比，其数值银令负控步后没独员益万用百分率表示。地物的反射率的大小，与入射电磁波的波长、入射角的大小以及地物表面颜色和粗糙度等有关。一般来说，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，反射率小再高苦，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。
地物的反射率随入射波长变化的规律，称为地物反射波谱。烧卷青结次朝居换候x聚按地物反射率与波长之间的关系绘成的曲线 ( 横坐标为话波长，纵坐标为反射率) ，称为地物反射波谱曲线。下面将简要介绍几种典型地物的反射波谱曲线特征。
1. 水体的反射波谱特征
地球表面分为陆地和海洋两部分，海洋占地球面积的 71%。陆地上有河、湖、池望奏静计示根取器拉塘和水库等水体。由于水体和陆地的反射、吸收和透笑别督呼持胜助企射特征不同，在遥感图像上的影像特征也迥然不同，水陆界线异常清楚。各种水体在遥游它式等势张毛六跳季信感图像上有共同特征，但在不同波段的遥感图金求训接义像上其影像仍有差别。
图 2-14 是不同水体的反射波谱特征曲线，曲线表明水体的反射波谱主要受水的混浊度、微生物含量、叶绿素含量、水深及水波浪情况等因素的影响。
清水的反射率一般在可见光部分为 4% ～ 5%，在 0. 6μm 处下降至 2% ～ 3%，到0. 75μm 以后的近红外波段，水成了全吸收体。混浊水的波谱曲线整次基力要把后条永体偏高，随着悬浮省置解凯条制等不曾轻泥沙浓度及悬浮泥沙粒径的增加而增高，反射峰向长波方向移动，称为红移。在彩色红外像片上，悬造走单浮泥沙浓度由大到小，色调由蓝色玉外载带宣坏买延到黑色。含叶绿素的清水，反射峰值在绿光波段，水体叶绿素越多，峰值越高，这可用来监测水藻的浓度。不同工矿污染导致的污染水水质复杂，色泽不一，其光谱特性也相应发生变化，形成有别于清洁水体的曲线形态，有待从事水体污黑断花米士间怀果刚序困染遥感监测的科技人员深入研究。
冰雪作为一种固态的水，其光谱反射特性与反射曲线形态与一般材模乐头表审目水体相比，有许多类似之处，反射率都是从可见光的短波处随波长增加而逐渐降低，以至到红外区几乎被全吸收 ( 图 2-15) 。但是冰雪的总反射率要比一般水体高得多，特别是新降落的雪，在可见光区的反射率甚至可高达 90% 以上。随着时间的推移，降雪经历融化与冻结交替的过程，雪的晶体变粗，容重增大，尤其当积雪处于融化状态时，反射率会迅速下降。据测定，陈旧雪在可见光区的反射率可降到 60%，甚至更低。
图 2-14 水体的反射波谱特征图
图 2-15 新雪和陈雪的反射特性曲线
2. 植被的反射波谱特征
植被是陆地表面分布最广的地物，由于植物的叶绿体、水分、结构及生长发育的不同阶段的一系列变化，形成特殊的光谱效应。因而植被在遥感图像上较易识别，并且成为指示自然地理环境 ( 如气候、水分等) 的最好标志。
当太阳光照射绿色植物时，蓝、红光波段的光辐射被叶绿素全吸收进行光合作用; 绿光中的大部分被吸收，小部分被反射，所以叶子呈绿色。
图 2-16 表明，尽管植物种类不同，但仍有相似的反射波谱曲线。植物的基本波谱特征是: 在可见光绿波段 0. 55μm 附近有 10% ～20%的反射峰; 近红外 0. 8 ～1. 0μm 间具有50% ～ 60% 的强反射峰，直至 3. 0μm 部分是衰减曲线; 在红光波段 0. 7μm 和近红外波段1. 5μm 和 1. 9μm 附近具有强烈吸收。究其原因，红光波段的吸收是由叶绿素吸收引起的，近红外波段的吸收是由细胞液和细胞膜的水分吸收形成的。
图 2-17 表示健康状况不同的植物具有不同的反射率。从图中看出: 在可见光范围内，健康的松树反射率稍低于有病虫害的松树; 在近红外部分健康的松树具有高反射率，相反松树病虫害程度越高，在近红外部分的反射率越低。此外，不同植被类型在可见光区的反射率彼此差异小，曲线几乎重叠在一起，进入红外区，反射率的差异就扩大了，彼此容易区分。故 0. 8μm，1. 7μm，2. 3μm 都是识别不同植被类型的最佳波段。
图 2-16 不同植物的光谱曲线比较
图 2-17 不同健康状况松树光谱曲线特征
3. 土壤的反射波谱特征
土壤是岩矿的风化产物，其主要物质组成与岩矿有直接联系，因而土壤和岩矿的光谱反射特性在整体上基本一致，即反射率从可见光的短波段起随波长的增加而逐渐抬升( 图 2-18) 。但土壤是岩矿经历不同的风化过程，又是在不同的生物气候因子和人类长期耕作活动的共同作用下形成的，因此，土壤类别是多种多样的，其光谱反射特性也必然相应地发生许多变化。
总的来说，土壤光谱反射特性的差异与变化都取决于土壤的组成与表面状态，如腐殖质、氧化铁的含量、湿度、粒度大小、矿物成分、盐分和表土结构等，这些差异造成土壤的波谱反射率不同。其中最为重要的是腐殖质含量，含量愈高，反射率愈低，光谱的曲线愈趋低平 ( 图 2-19) 。当土壤中碳酸盐、可溶盐和硅等浅色矿物质的含量高时，必然会大大提高其反射率，并出现明显的 CO2 －3，SO2 －4等特征谱带的影响。铝铁与硅之比很高的红壤类土壤则将明显降低蓝紫光区的反射率而大大提高橙红光区的反射率，并出现 Fe3 +特征谱带的影响。
图 2-18 四大类土壤的光谱反射曲线
图 2-19 不同的火山灰土的光谱反射曲线
图 2-20 盐渍土的野外反射波谱
土壤的机械组成即质地与表面状况对光谱反射率也有明显影响。一般颗粒细、表面平滑板结的土壤其反射率都会不同程度地增高。如盐渍土的野外反射波谱在 0. 4 ～1. 05μm 间，波谱 曲 线 在 总 轮廓 上是上升的，盐渍土的反射率要比非盐渍土高得多，并随着盐渍程度的加重，曲线向上平移 ( 图 2-20) 。此外，土壤湿度对反射特性的巨大影响也不能忽视，干燥残积土的反射率要比基岩的高; 当残积土比较湿润时，其反射率则比湿润基岩的低。
4. 城市地物的反射波谱特征
随着国民经济的发展，城市出现了建设、规划、污染、环保等一系列问题，因而遥感在城市地物波谱特征的研究受到广泛重视。城市地物主要有水体、植被、人工建筑物等几种。水体和植被的波谱特征前已论及，这里仅讨论城市建筑物、道路和垃圾 ( 城市废物) 的波谱特征。
由于遥感图像反映的是一个俯视的平面图，因此在遥感图像上见到的建筑物只是它的屋顶。建筑物屋顶的波谱特征主要受建筑材料的影响。由图 2-21 所示，灰白色的石棉瓦反射率最高。沥青沙石房顶由于表面铺盖着土黄色沙石，该色调决定了其反射率高于灰色的水泥平顶。铁皮屋顶表面呈灰黑色，反射率低且平坦。绿色塑料顶棚的波谱曲线在绿波段有一反射峰，这与植被的相似，但是它没有植被 0. 68μm 的吸收峰和近红外波段的强反射峰，依此区别于植被。
道路的波谱特征主要受其铺设材料类型的影响，按其所用建筑材料不同，可分为水泥路、沥青路、土路等。水泥路反射率最高，其次为土路、沥青路，它们的波谱曲线形状大体相似 ( 图 2-22) ，0. 4 ～0. 6μm 波段缓慢上升，0. 6μm 之后转向平缓变化，0. 9μm 开始下降。
图 2-21 建筑物屋顶的波谱曲线
城市垃圾分为工业垃圾和生活垃圾。工业垃圾常指工业固体废弃物，如钢渣、矾土渣、煤矸石粉煤灰等。如图 2-23 所示，工业垃圾波谱曲线比较平坦，冶金工业的冶炼渣 ( 如钢渣、炉渣) 反射率较低，而采煤业的煤矸石、粉煤灰反射率较高。生活垃圾由于成分较杂，曲线不规则。根据城市垃圾的波谱曲线可大致判别工业类型和进行城市环境遥感调查。
图 2-22 各种道路的波谱曲线
图 2-23 城市垃圾的波谱曲线
5. 岩石的反射波谱的特征
大多数岩石都是一种以上矿物的集合体。岩石在可见光和近红外波段的波谱特征十分复杂，难于直接用它来鉴定岩石。岩石矿物在 0. 4 ～2. 5μm 之间具有一系列可诊断波段，带宽多在 10 ～20nm 之间，成像波谱图像以其三维谱像信息的特点使我们能在光谱维上进行矿物成分信息的展开。地物波谱却能充分反映它的基本物质成分和结构特点，是识别和区分岩类的重要依据。
岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类的地物波谱特征，在第七章相应章节内具体说明，在此简述其基本特点: ①影响岩石反射强度变化的因素很多。主要有岩石的物质组分、结构、构造、岩石表面粗糙度、裂隙发育度、湿度、颜色、风化程度等。岩石表面粗糙、裂隙发育、湿度大、颜色暗、风化较深的反射强度偏低。②在反射强度上，岩浆岩的反射率随 SiO2含量的减少而降低，其规律性强; 沉积岩以碳酸盐岩反射强度较大，碎屑岩次之，黏土岩类尤其含铁离子及有机物质黏土岩类反射强度最低; 区域变质岩类反射强度变化规律不明显。③岩石的反射波谱特征与矿物晶体中电子跃迁和分子晶格振动有关。其中岩浆岩波谱与铁离子、羟基和水关系密切; 沉积岩则除上述因素外，还与碳酸根等阴离子团有关; 变质岩的波谱除上述因素外，还与铁、铝、钼等金属离子有关，并在某些波长范围内产生明显的吸收谷。
