大气影响的定性分析：原理与实践

进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射和透射。其中对传感器接收影响较大的是吸收和散射（图6-3）。在没有大气存在时，传感器接收的辐照度，只与太阳辐射到地面的辐照度和地物反射率有关。由于大气的存在，辐射经过大气吸收和散射，此时透过率小于1，因此会减弱原信号的初始强度。另外，大气的散射光也有一部分直接或经过地物反射进入传感器，这两部分辐射又增大了信号。但是大气散射直接进入传感器的信号，尽管起到增大的效果，却是噪声，对影像反而有害。

大气的厚薄、大气中云雾的多少对太阳辐射影响也很大。而大气的散射又与波长有密切的关系，如瑞利散射与米氏散射、无选择性散射。我们知道，电磁波在大气中传输时，受到大气中分子和微小粒子的作用。这些分子和微小粒子对光波多次作用的结果就是散射，它随电磁波波长和散射体大小的不同而不同。

散射又可以分为选择性散射和非选择性散射两种。在选择性散射中，按大气中的颗粒大小的不同，散射分为瑞利散射（Rayleigh）和米氏散射（Mie）。瑞利散射由远小于光波长的气体分子引起，大小与波长的四次方成反比；米氏散射由大小与波长相当的颗粒，如大气中的气溶胶粒子引起，大小与波长的平方成反比。非选择性散射由尘埃、云雾以及大小超过光波长10倍的颗粒引起，对各种波长予以同等散射。

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图6-3　大气对太阳辐射的影响

同时，地物的信号传到传感器的时候，又要经过大气的二次反射、折射、吸收、散射和透射，这使问题变得更为复杂。要想精确地对传感器的信号进行分析，剔除不必要的信号，目前看来不行。很多学者提出了各种模型，目前看来效果也不是很好。但如果抓住信号中的主要成分，对整个传输过程进行定性分析，那么传感器所接收的信号可以分为三个主要部分：

在上式中：Lλ为传感器接收到的辐射；L1λ为目标物对太阳光的反射辐射；L2λ是目标物的对天空光（环境光）的反射辐射；L3λ是大气的程辐射。这就是说，太阳光经过大气散射后，散射光分成两部分，一部分是向上散射，一部分是向下散射。向上散射的散射光通过大气进入传感器的这部分辐射，我们称为程辐射；而散射光向下散射的，我们称为环境光，L2λ就是目标物对环境光的反射辐射。