在利用多波段、多时相、高光谱的遥感数据来提高遥感对地物识别能力的同时,人们注意到角度信息在遥感图像识别和分类中所起的影响和贡献,即地物在2π空间上的三维光谱特征。常用两种方法用来刻画地物的角度信息,第一种是基于遥感应用的方法,假定目标地物的反射光谱在2π空间内分布是一致的,即所谓的朗伯体,忽略地物的方向性信息;另一种方法是强调地物在不同光线入射天顶角、探测天顶角和探测方位角等角度信息,二向性反射分布函数(BRDF)就是基于这种思想发展起来的。在反射、散射和透射电磁辐射的过程中,地表或大气中的目标地物将产生与它们自身性质有关的偏振特性。偏振遥感信息在表达暗目标(或低照度)和人工建筑目标方面有更丰富的内涵,并且有着其本身的探测优势,偏振完全可以作为遥感的另一维更有价值的信息来源。多角度对地观测能获得更为详细可靠的地面目标三维空间结构参数,使定量遥感成为可能,对地物的多角度偏振信息探测成为定量遥感的一种新手段。偏振反射是伴随着目标的二向性反射而产生的,在探测目标地物的二向性反射的同时,可以通过偏振器获得目标地物偏振态的三维空间分布。本文从理论上证明了光倾斜入射到地物表面时,其反射光存在偏振现象,并进一步推导了偏振度与太阳高度角之间的函数关系,总结出其中的变化规律;并从多角度偏振遥感机理的角度出发,研究了偏振化二向性反射与二向性反射之间存在的定量关系,并从实验上验证了二向反射、45度偏振、偏振均值三者在2π空间的相应探测方位角、入射天顶角、探测天顶角以及通道上的反射比均相等,通过研究偏振方向反射与二向性反射之间的定量规律,可以为偏振遥感解译提供重要参数,对地物的精确识别和反演有重要的现实意义。根据二者的关系,本文提出一种太阳耀光剥离的新方法,从多角度遥感与偏振光遥感的角度,找出偏振特性与太阳高度角的函数关系,利用偏振方位角和偏振光在布儒斯特角时的特性对耀光进行偏振剥离,为水色遥感消除太阳耀光影响提供技术参考;然后建立了一个新的土壤偏振化二向性反射模型,即BPDF模型,以提高土壤的分类精度和反演精度。