尺度问题作为对地观测的主要挑战和遥感科学的核心问题, 一直以来备受关注.国内外学者对这一问题进行了大量的基础理论研究和科学验证工作, 探讨和解决了许多与遥感尺度相关的核心问题.当然, 在遥感探测内容中, 发射率和温度遥感中也存在明显的尺度问题.以往混合像元发射率尺度问题的研究往往集中于地球表面, 幸运的是, 月球为我们研究这一问题提供了绝佳的对象.同时, 伴随着Diviner热辐射探测器月表测量数据的不断更新, 混合像元中发射率尺度问题的具体研究及其定量描述逐渐变为可能.本文以月表Diviner热红外测量数据为基础, 在充分研究和分析Diviner数据特征和发射率计算方法的前提下, 以不同尺度下的Apollo 15登月区或者登月点热红外发射率为研究对象, 依据混合像元发射率定义, 分析和研究了混合像元中发射率的尺度转换和尺度效应两个问题, 从发射率数值角度出发讨论和验证了尺度变换和尺度效应的一般规律, 并给出定量描述, 希望能够为尺度变换和尺度效应等问题的研究提供理论支持和实验依据.

基于GEOEYE-1多光谱影像、以归一化差分植被指数(NDVI)为研究对象继续就分形方法在高空间分辨率基础图影像中的适用性进行研究，并就分形模型构建最合理尺度层级的确定进行细致探讨.实验表明，基于分形理论的NDVI连续空间尺度转换模型构建方法适用于高空间分辨率遥感影像； 在给定的条件下，NDVI尺度转换分形模型构建时最合理尺度层级存在且可计算.研究使得分形方法所适用的反演量类型及基础图空间分辨率范围皆有大的扩展.

尺度效应是遥感领域的一个非常重要的科学问题。 定量遥感尺度转换研究可用于解决如定量遥感反演产品真实性检验等诸多颇具挑战性的问题。 传统升尺度转换研究方法无法得到连续空间尺度上反演量的变化特性; 且面临不同传感器间几何、 光谱等特性参数校正问题的干扰, 尺度转换研究精度受到影响。 为此, 基于分形理论利用单一传感器影像解决这些问题。 基于Enhanced Thematic Mapper Plus （ETM+）数据, 以NDVI（利用其地表辐亮度计算模型）为研究对象, 建立了一个可参考的反演量连续空间尺度转换模型研究流程。 结果表明: (1)NDVI升尺度转换中存在尺度效应, 且此效应可由尺度转换分形模型定量描述; (2)此分形模型适用于NDVI产品的真实性检验中。 这表明分形作为一种有效的方法, 可用于定量遥感尺度转换研究中。

地物光谱特性是遥感应用的基础。本文以渭干河－库车河三角洲绿洲为研究区，首先选取裸土、植被两类地物作为研究对象，通过 TM传感器的光谱响应函数，实现了将野外实测端元光谱拟合为多光谱离散光谱。其次在对 TM图像的光谱波段进行细分的基础上，利用光谱知识库的数据支持来模拟获取具有更高光谱分辨率的细分光谱光学遥感图像，深入开展两种尺度相互转换的研究。结果表明：一、拟和的多光谱与 TM像元光谱具有很好的相关性，在此基础上，采用线性算法建立端元光谱与遥感图像像元光谱的转换模型，实现了从实测端元光谱尺度向遥感多光谱像元尺度的定量光谱转换，为遥感定量分析奠定了一定基础。二、细分光谱模拟图像的方法能够较为可靠的模拟出真实高光谱分辨率图像的信息，模拟方法可信，达到了推广和验证的效果。

地物光谱特性是遥感应用的基础。 然而, 在基于野外实测端元光谱的遥感应用中, 由于测量尺度不同, 导致同一地物光谱形态和反射率值存在很大差异, 为遥感信息的定量反演带来困难。 文章以新疆塔里木盆地北缘渭干河-库车河绿洲为研究区, 选取裸土、 植被两类地物作为研究对象, 首先通过AVNIR-2传感器的光谱响应函数, 实现了将野外实测端元光谱拟合为多光谱离散光谱, 通过实例数据表明, 拟和的多光谱与AVNIR-2像元光谱具有很好的相关性, 在此基础上, 采用线性算法建立端元光谱与遥感图像像元光谱的转换模型, 实现了从实测端元光谱尺度向遥感多光谱像元尺度的定量光谱转换, 为遥感定量分析奠定了一定基础。

大面积区域作物叶面积指数遥感反演，对指导作物管理具有非常重要的意义，验证和发展基于物理叶面积指数遥感反演可避免基于经验模型的缺点。以北京地区青云店、魏善庄和高丽营为研究区，采用MODIS和ASTER两类不同空间分辨率遥感数据，探讨PROSAIL物理模型反演冬小麦叶面积指数的可行性，尤其在不同空间分辨率遥感数据上的稳定性，并与经验模型进行了对比分析。与经验模型相比，物理模型模拟LAI值更具真实性；用线性组分加权的方法，对小尺度物理模型反演LAI进行尺度扩展并与基于大尺度遥感数据的LAI物理反演结果相对比，相差不大，说明LAI物理反演方法在空间尺度上的稳定性。