高辐射分辨率成像遥感新方法：偏振机理及相关特性应用研究

高辐射分辨率是成像遥感“四高”指标之一。当光被地物反射或折射时，偏振具有在各个方向光强分布不等的特性，即偏振可具有高辐射分辨率特征，因此偏振成为传统遥感方式一个有益的补充，在实际应用中有很大发展潜力。目前正在更宽的波段收集不同目标的偏振特性数据, 对其进行分析并最终了解偏振度随目标、天气、地点、太阳高度角、观测角等因素的变化规律，是国际上偏振遥感研究的重要内容。

我们以岩石和土壤为样本，系统地测定了多角度、多偏振态光谱和高光谱，研究了地物偏振反射的机理和模型。发现了多角度偏振二向反射比和二向反射比的定量关系；推导了偏振度与表面密度的定量关系；通过研究岩石在不同波段，不同入射角，不同探测角下的多角度偏振反射光谱特征和影响因子的交互作用，发现入射高度角、探测高度角、探测相对方位角、含水量、表面粗糙度等均对岩石的偏振反射光谱有影响，而且单独考虑各因素是不全面的，不同因素的交互作用也会产生显著的影响；总结了岩石和土壤随光线入射高度角和探测高度角及探测方位角的改变的反射光谱及偏振光谱的变化特征；分析了偏振反射光谱与岩石表面粗糙度和化学成分的关系。

水在传统光学遥感图像上总是表现为暗色调。该暗色调对水体遥感识别带来了很大困难。我们测量了对应不同天顶角的可见光及近红外偏振光谱和普通光谱。当天顶角大于30度时，偏振度要远大于普通反射率。在一些波段甚至达到好几倍。同样情形下偏振度影像上亮度要远大于普通光强度影像。该发现并经PARASOL多角度偏振卫星影像验证。我们首次发现水体的该多角度偏振特性，揭示了利用多角度偏振遥感进行水体识别的优势。该方法解决了水色遥感中低反射分辨的难题，将会极大促进水体遥感识别的能力，提高水体特性的反演精度。

本章将主要介绍四个方面。1）偏振机理分析；2）利用偏振度推导地物表面密度；3）偏振度与一些岩石特性的关系；4）偏振在水色识别中的应用。 
关键词：高辐射分辨率，遥感成像，偏振，地表密度，岩石光谱，水色识别 
研究项目资助：
1）国家自然科学基金：遥感多角度偏振反射光谱分析理论及岩体密度探测机理研究
项目编号：40572167/D0217
2）国家自然科学基金：一种测定月球表面密度的新方法探索与研究
项目编号：40802083/D0215