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1、第二章第二章第二章第二章 基本概念基本概念基本概念基本概念遥遥 感感 物物 理理第一节第一节第一节第一节 基本定义基本定义基本定义基本定义 2.1.1 2.1.1 表征电磁辐射的物理量表征电磁辐射的物理量表征电磁辐射的物理量表征电磁辐射的物理量 2.1.2 2.1.2 电磁波与介质的相互作用电磁波与介质的相互作用电磁波与介质的相互作用电磁波与介质的相互作用 2.1.3 2.1.3 物体表面的反射特性物体表面的反射特性物体表面的反射特性物体表面的反射特性 2.1.4 2.1.4 遥感数据定标遥感数据定标遥感数据定标遥感数据定标1辐射能量辐射能量辐射能量辐射能量 QQ电磁辐射是具有能量的，它表现在
2、：电磁辐射是具有能量的，它表现在：电磁辐射是具有能量的，它表现在：电磁辐射是具有能量的，它表现在：使被辐照的物体温度升高使被辐照的物体温度升高使被辐照的物体温度升高使被辐照的物体温度升高 改变物体的内部状态改变物体的内部状态改变物体的内部状态改变物体的内部状态 使带电物体受力而运动使带电物体受力而运动使带电物体受力而运动使带电物体受力而运动 辐射能量（辐射能量（辐射能量（辐射能量（QQ）的单位是焦耳（的单位是焦耳（的单位是焦耳（的单位是焦耳（J J）2辐射通量辐射通量辐射通量辐射通量 (radiant flux)(radiant flux)在单位时间内通过的辐射能量称为辐射在单位时间内通过的辐
3、射能量称为辐射在单位时间内通过的辐射能量称为辐射在单位时间内通过的辐射能量称为辐射通量：通量：通量：通量：=Q/Q/t t辐射通量（辐射通量（辐射通量（辐射通量（）的的的的单位是瓦特单位是瓦特单位是瓦特单位是瓦特=焦耳焦耳焦耳焦耳/秒秒秒秒（W=J/SW=J/S）3辐射通量密度辐射通量密度辐射通量密度辐射通量密度 (irradiance)E(irradiance)E、(radiant(radiant exitanceexitance)M)M单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：E
4、E辐照度辐照度辐照度辐照度=/A MA M辐射出射度辐射出射度辐射出射度辐射出射度=/A A辐射通量密度辐射通量密度辐射通量密度辐射通量密度的的的的单位是瓦单位是瓦单位是瓦单位是瓦/米米米米（W/mW/m）辐射源辐射源辐射源辐射源辐照度辐照度辐照度辐照度辐辐辐辐射射射射出出出出射射射射度度度度被被被被辐照物辐照物辐照物辐照物辐射体辐射体辐射体辐射体法向法向法向法向4辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度 (radiant intensity)I(radiant intensity)I辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指辐射
5、强度是描述点辐射源的辐射特性的，指在某一方向上单位立体角内的辐射通量：在某一方向上单位立体角内的辐射通量：在某一方向上单位立体角内的辐射通量：在某一方向上单位立体角内的辐射通量：I=I=/辐射强度（辐射强度（辐射强度（辐射强度（I I）的的的的单位是瓦单位是瓦单位是瓦单位是瓦/球面度（球面度（球面度（球面度（W/SrW/Sr）辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度点点点点辐射源辐射源辐射源辐射源=A/R=A/R22、4 4 各向同性源？各向同性源？各向同性源？各向同性源？5分谱辐射通量分谱辐射通量分谱辐射通量分谱辐射通量辐射通量是波长辐射通量是波长辐射通量是波长辐射通量是波长 的函数，的函数，的函数
6、，的函数，单位波长间隔内单位波长间隔内单位波长间隔内单位波长间隔内的辐射通量称为分谱辐射通量：的辐射通量称为分谱辐射通量：的辐射通量称为分谱辐射通量：的辐射通量称为分谱辐射通量：=/分谱辐射通量分谱辐射通量分谱辐射通量分谱辐射通量的的的的单位是瓦单位是瓦单位是瓦单位是瓦/微米（微米（微米（微米（W/W/mm）辐辐辐辐射射射射通通通通量量量量波长波长波长波长6分谱？分谱？分谱？分谱？分谱辐射通量分谱辐射通量分谱辐射通量分谱辐射通量分谱辐照度、分谱辐射出射度分谱辐照度、分谱辐射出射度分谱辐照度、分谱辐射出射度分谱辐照度、分谱辐射出射度分谱辐射强度分谱辐射强度分谱辐射强度分谱辐射强度“分谱分谱分谱分
7、谱”两字可以忽略两字可以忽略两字可以忽略两字可以忽略7辐射亮度辐射亮度辐射亮度辐射亮度 (radiance)L(radiance)L单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射通量称为辐射亮度：通量称为辐射亮度：通量称为辐射亮度：通量称为辐射亮度：L=L=/A A 辐射亮度（辐射亮度（辐射亮度（辐射亮度（L L）的的的的单位是瓦单位是瓦单位是瓦单位是瓦 /米米米米 微米微米微米微米 球面度球面度球面度球面度（W/mW/m m m SrSr）亮度亮度亮度亮度 L L面辐射源面辐射源面辐射源
8、面辐射源立体角立体角立体角立体角 A A图中出射辐射亮度是多少？图中出射辐射亮度是多少？图中出射辐射亮度是多少？图中出射辐射亮度是多少？8小小小小 结结结结辐辐辐辐 射射射射 度度度度 量量量量 一一一一 览览览览 表表表表辐射量辐射量辐射量辐射量符号符号符号符号定义定义定义定义单位单位单位单位辐射能量辐射能量辐射能量辐射能量QQ焦耳焦耳焦耳焦耳(J)(J)辐射通量辐射通量辐射通量辐射通量 (2)(2)Q/Q/t(t()瓦瓦瓦瓦(W)(W)辐照度辐照度辐照度辐照度E E (2)(2)/A(A()瓦瓦瓦瓦/米米米米(W/m(W/m)辐射出射度辐射出射度辐射出射度辐射出射度MM (2)(2)/A(
9、A()瓦瓦瓦瓦/米米米米(W/m(W/m)辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度I I (2)(2)/()瓦瓦瓦瓦/球面度球面度球面度球面度(W/Sr)(W/Sr)辐射亮度辐射亮度辐射亮度辐射亮度L L 2(3)2(3)/A A ()瓦瓦瓦瓦/米米米米 球面度球面度球面度球面度(W/m(W/m Sr)Sr)9太阳辐射太阳辐射太阳辐射太阳辐射太阳发射的电磁辐射（辐照度）在地球大气太阳发射的电磁辐射（辐照度）在地球大气太阳发射的电磁辐射（辐照度）在地球大气太阳发射的电磁辐射（辐照度）在地球大气顶层随波长的分布称为顶层随波长的分布称为顶层随波长的分布称为顶层随波长的分布称为太阳光谱太阳光谱太阳光谱太阳光谱
10、。极大值位于极大值位于极大值位于极大值位于0.470.47mm，维恩位移定律维恩位移定律维恩位移定律维恩位移定律 maxmaxT=2.8978T=2.8978 1010-3-3mKmK，色温色温色温色温T Tsunsun?Wiens displacement lawWiens displacement law夫琅和费夫琅和费夫琅和费夫琅和费(FraunhoferFraunhofer)吸收线吸收线吸收线吸收线10太阳常数太阳常数太阳常数太阳常数在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的单在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的单在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的单在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的单位
11、面积上的太阳辐射通量称为太阳常数。位面积上的太阳辐射通量称为太阳常数。位面积上的太阳辐射通量称为太阳常数。位面积上的太阳辐射通量称为太阳常数。F F0 0=1353(21)W/m=1353(21)W/m2 2 (1976,NASA)(1976,NASA)太阳常数是对太阳光谱的积分。太阳总辐射和表面辐出度分别是多少？太阳常数是对太阳光谱的积分。太阳总辐射和表面辐出度分别是多少？太阳常数是对太阳光谱的积分。太阳总辐射和表面辐出度分别是多少？太阳常数是对太阳光谱的积分。太阳总辐射和表面辐出度分别是多少？太阳对地球的张角很小太阳对地球的张角很小太阳对地球的张角很小太阳对地球的张角很小(9(9 )，因此
12、太阳光可以认为是平行光束。，因此太阳光可以认为是平行光束。，因此太阳光可以认为是平行光束。，因此太阳光可以认为是平行光束。0左图大气顶的通量密度为左图大气顶的通量密度为左图大气顶的通量密度为左图大气顶的通量密度为 F=FF=F0 0(d(dmm/d)/d)2 2coscos 0 00.9674(d0.9674(dmm/d)/d)2 21.0344界面粗糙度），则反射界面粗糙度），则反射界面粗糙度），则反射界面粗糙度），则反射是镜面的。是镜面的。是镜面的。是镜面的。n n1 1n n2 224菲涅耳公式表征了反射辐射与透射辐射强度：菲涅耳公式表征了反射辐射与透射辐射强度：菲涅耳公式表征了反射辐射
13、与透射辐射强度：菲涅耳公式表征了反射辐射与透射辐射强度：对于水平极化，振幅的反射比：对于水平极化，振幅的反射比：对于水平极化，振幅的反射比：对于水平极化，振幅的反射比：补充知识：任一振动方向的电磁波总可以分解为两个特定补充知识：任一振动方向的电磁波总可以分解为两个特定补充知识：任一振动方向的电磁波总可以分解为两个特定补充知识：任一振动方向的电磁波总可以分解为两个特定的偏振（极化）方向。电矢量的偏振（极化）方向。电矢量的偏振（极化）方向。电矢量的偏振（极化）方向。电矢量E E的振动面垂直入射面的线偏的振动面垂直入射面的线偏的振动面垂直入射面的线偏的振动面垂直入射面的线偏振称为水平极化，平行入射面
14、的线偏振称为垂直极化。振称为水平极化，平行入射面的线偏振称为垂直极化。振称为水平极化，平行入射面的线偏振称为垂直极化。振称为水平极化，平行入射面的线偏振称为垂直极化。对于垂直极化，振幅的反射比：对于垂直极化，振幅的反射比：对于垂直极化，振幅的反射比：对于垂直极化，振幅的反射比：25透射比公式自习透射比公式自习透射比公式自习透射比公式自习电磁波强度正比于振幅的平方，因此两种极化的反射率电磁波强度正比于振幅的平方，因此两种极化的反射率电磁波强度正比于振幅的平方，因此两种极化的反射率电磁波强度正比于振幅的平方，因此两种极化的反射率分别为：分别为：分别为：分别为：R Rh h=(r=(rh h)、R
15、Rv v=(r=(rv v)当当当当电磁波垂直入射时电磁波垂直入射时电磁波垂直入射时电磁波垂直入射时r rh h与与与与r rv v的绝对值相等：的绝对值相等：的绝对值相等：的绝对值相等：当当当当 i i+t t=/2=/2时，垂直极化波出现零反射点，即反射波中时，垂直极化波出现零反射点，即反射波中时，垂直极化波出现零反射点，即反射波中时，垂直极化波出现零反射点，即反射波中没有垂直极化的偏振波，因此用镜面反射的方法可以得没有垂直极化的偏振波，因此用镜面反射的方法可以得没有垂直极化的偏振波，因此用镜面反射的方法可以得没有垂直极化的偏振波，因此用镜面反射的方法可以得到线偏振波束。此时的入射角称为起
16、偏角，又称为布儒到线偏振波束。此时的入射角称为起偏角，又称为布儒到线偏振波束。此时的入射角称为起偏角，又称为布儒到线偏振波束。此时的入射角称为起偏角，又称为布儒斯特（斯特（斯特（斯特（BrewsterBrewster）角：角：角：角：p p=tan=tan-1-1(n(n2 2/n/n1 1)26两种不同相对折射系数（两种不同相对折射系数（两种不同相对折射系数（两种不同相对折射系数（n=3n=3及及及及n=8n=8）介质的反射率与入射角的关系介质的反射率与入射角的关系介质的反射率与入射角的关系介质的反射率与入射角的关系 （实线为水平极化，虚线为垂直极化）（实线为水平极化，虚线为垂直极化）（实线
17、为水平极化，虚线为垂直极化）（实线为水平极化，虚线为垂直极化）若入射辐射无偏振，反射辐射通常是偏振的。若入射辐射无偏振，反射辐射通常是偏振的。若入射辐射无偏振，反射辐射通常是偏振的。若入射辐射无偏振，反射辐射通常是偏振的。水水水水与与与与空气间的相对折射率空气间的相对折射率空气间的相对折射率空气间的相对折射率n n2 2/n/n1 1=1.3=1.3，对应的布儒斯特角约为？对应的布儒斯特角约为？对应的布儒斯特角约为？对应的布儒斯特角约为？27再来看一下从真空中垂直入射物体表面的情况，反射率：再来看一下从真空中垂直入射物体表面的情况，反射率：再来看一下从真空中垂直入射物体表面的情况，反射率：再来
18、看一下从真空中垂直入射物体表面的情况，反射率：R=Rh=Rv=(n-1)/(n+1)以以以以N Nr r和和和和N Ni i分别代表折射系数分别代表折射系数分别代表折射系数分别代表折射系数n n的实部和虚部（的实部和虚部（的实部和虚部（的实部和虚部（n=n=N Nr r+iN+iNi i），），），），则：则：则：则：在在在在远离强吸收带的谱区，远离强吸收带的谱区，远离强吸收带的谱区，远离强吸收带的谱区，N Ni iNNNr r，于是：于是：于是：于是：R 1R=(Nr-1)/(Nr+1)28因此，如果频带较宽的电磁波发生镜面反射时，反射波因此，如果频带较宽的电磁波发生镜面反射时，反射波因此，
19、如果频带较宽的电磁波发生镜面反射时，反射波因此，如果频带较宽的电磁波发生镜面反射时，反射波中含有表面物质吸收带附近相当大部分的谱区能量，这中含有表面物质吸收带附近相当大部分的谱区能量，这中含有表面物质吸收带附近相当大部分的谱区能量，这中含有表面物质吸收带附近相当大部分的谱区能量，这便是余射效应。便是余射效应。便是余射效应。便是余射效应。对于镜面反射，对于镜面反射，对于镜面反射，对于镜面反射，吸收谱线附近的反射能增加吸收谱线附近的反射能增加吸收谱线附近的反射能增加吸收谱线附近的反射能增加对于实际地物反射，对于实际地物反射，对于实际地物反射，对于实际地物反射，吸收谱线附近的反射能降低吸收谱线附近的
20、反射能降低吸收谱线附近的反射能降低吸收谱线附近的反射能降低 0 R 0 R29漫反射漫反射漫反射漫反射实际上多数自然表面对辐射的波长而言都是粗实际上多数自然表面对辐射的波长而言都是粗实际上多数自然表面对辐射的波长而言都是粗实际上多数自然表面对辐射的波长而言都是粗糙表面。当目标物的表面足够粗糙，以致于它糙表面。当目标物的表面足够粗糙，以致于它糙表面。当目标物的表面足够粗糙，以致于它糙表面。当目标物的表面足够粗糙，以致于它对太阳短波辐射的反射辐射亮度在以目标物的对太阳短波辐射的反射辐射亮度在以目标物的对太阳短波辐射的反射辐射亮度在以目标物的对太阳短波辐射的反射辐射亮度在以目标物的中心的中心的中心的
21、中心的22空间中呈常数，即反射辐射亮度不随空间中呈常数，即反射辐射亮度不随空间中呈常数，即反射辐射亮度不随空间中呈常数，即反射辐射亮度不随观测角度而变，我们称该物体为漫反射体，亦观测角度而变，我们称该物体为漫反射体，亦观测角度而变，我们称该物体为漫反射体，亦观测角度而变，我们称该物体为漫反射体，亦称朗伯体。漫反射又称朗伯称朗伯体。漫反射又称朗伯称朗伯体。漫反射又称朗伯称朗伯体。漫反射又称朗伯(Lambert)(Lambert)反射，也反射，也反射，也反射，也称各向同性反射。称各向同性反射。称各向同性反射。称各向同性反射。严格讲自然界中只存严格讲自然界中只存严格讲自然界中只存严格讲自然界中只存在
22、近似意义下的朗伯在近似意义下的朗伯在近似意义下的朗伯在近似意义下的朗伯体。只有黑体才是真体。只有黑体才是真体。只有黑体才是真体。只有黑体才是真正的朗伯体。正的朗伯体。正的朗伯体。正的朗伯体。30回忆辐射亮度：回忆辐射亮度：回忆辐射亮度：回忆辐射亮度：L=L=/A A 关于天顶角关于天顶角关于天顶角关于天顶角 在表述辐射中的作用：在表述辐射中的作用：在表述辐射中的作用：在表述辐射中的作用：若辐射亮度为若辐射亮度为若辐射亮度为若辐射亮度为L L0 0的辐射，以入射角的辐射，以入射角的辐射，以入射角的辐射，以入射角 0 0，辐射到物体表面，辐射到物体表面，辐射到物体表面，辐射到物体表面，则入射辐射亮
23、度则入射辐射亮度则入射辐射亮度则入射辐射亮度L Li i为：为：为：为：L L i i=L=L0 0coscos 0 0设朗伯体反射率为设朗伯体反射率为设朗伯体反射率为设朗伯体反射率为，则出射辐射亮度则出射辐射亮度则出射辐射亮度则出射辐射亮度L Lr r与与与与L L0 0关系为？关系为？关系为？关系为？辐射出射度辐射出射度辐射出射度辐射出射度MrMr与与与与L L0 0？0 0 31方向反射方向反射方向反射方向反射介于漫反射和镜面反射之间反射称为方向反射，介于漫反射和镜面反射之间反射称为方向反射，介于漫反射和镜面反射之间反射称为方向反射，介于漫反射和镜面反射之间反射称为方向反射，也称非朗伯反
24、射。产生方向反射的物体在自然也称非朗伯反射。产生方向反射的物体在自然也称非朗伯反射。产生方向反射的物体在自然也称非朗伯反射。产生方向反射的物体在自然界中占绝大多数，即它们对太阳短波辐射的散界中占绝大多数，即它们对太阳短波辐射的散界中占绝大多数，即它们对太阳短波辐射的散界中占绝大多数，即它们对太阳短波辐射的散射具有各向异性性质。当遥感应用进入定量分射具有各向异性性质。当遥感应用进入定量分射具有各向异性性质。当遥感应用进入定量分射具有各向异性性质。当遥感应用进入定量分析阶段，我们必须抛弃析阶段，我们必须抛弃析阶段，我们必须抛弃析阶段，我们必须抛弃“目标是朗伯体目标是朗伯体目标是朗伯体目标是朗伯体”
25、的假的假的假的假设。设。设。设。目前大部分应用还都采目前大部分应用还都采目前大部分应用还都采目前大部分应用还都采用朗伯近似。用朗伯近似。用朗伯近似。用朗伯近似。描述方向反射不能简单描述方向反射不能简单描述方向反射不能简单描述方向反射不能简单用反射率表述，因为各用反射率表述，因为各用反射率表述，因为各用反射率表述，因为各方向的反射率都不一样。方向的反射率都不一样。方向的反射率都不一样。方向的反射率都不一样。32地物波谱特征与方向谱特征地物波谱特征与方向谱特征地物波谱特征与方向谱特征地物波谱特征与方向谱特征 对非朗伯体而言，它对太阳短波辐射的反射、散射对非朗伯体而言，它对太阳短波辐射的反射、散射对
26、非朗伯体而言，它对太阳短波辐射的反射、散射对非朗伯体而言，它对太阳短波辐射的反射、散射能力不仅随波长而变，同时亦随空间方向而变。能力不仅随波长而变，同时亦随空间方向而变。能力不仅随波长而变，同时亦随空间方向而变。能力不仅随波长而变，同时亦随空间方向而变。所谓地物的波谱特征是指该地物对太阳辐射的反射、所谓地物的波谱特征是指该地物对太阳辐射的反射、所谓地物的波谱特征是指该地物对太阳辐射的反射、所谓地物的波谱特征是指该地物对太阳辐射的反射、散射能力随波长而变的规律。地物波谱特征与地物散射能力随波长而变的规律。地物波谱特征与地物散射能力随波长而变的规律。地物波谱特征与地物散射能力随波长而变的规律。地物
27、波谱特征与地物的组成成份，物体内部的结构关系密切，通俗讲地的组成成份，物体内部的结构关系密切，通俗讲地的组成成份，物体内部的结构关系密切，通俗讲地的组成成份，物体内部的结构关系密切，通俗讲地物波谱特征也就是地物的颜色特征。物波谱特征也就是地物的颜色特征。物波谱特征也就是地物的颜色特征。物波谱特征也就是地物的颜色特征。而地物的方向特征是用来描述地物对太阳辐射反射、而地物的方向特征是用来描述地物对太阳辐射反射、而地物的方向特征是用来描述地物对太阳辐射反射、而地物的方向特征是用来描述地物对太阳辐射反射、散射能力在方向空间变化的，这种空间变化特征主散射能力在方向空间变化的，这种空间变化特征主散射能力在
28、方向空间变化的，这种空间变化特征主散射能力在方向空间变化的，这种空间变化特征主要决定于两种因素，其一是物体的表面粗糙度，它要决定于两种因素，其一是物体的表面粗糙度，它要决定于两种因素，其一是物体的表面粗糙度，它要决定于两种因素，其一是物体的表面粗糙度，它不仅取决于表面平均粗糙高度值与电磁波波长之间不仅取决于表面平均粗糙高度值与电磁波波长之间不仅取决于表面平均粗糙高度值与电磁波波长之间不仅取决于表面平均粗糙高度值与电磁波波长之间的比例关系，而且还与视角关系密切。的比例关系，而且还与视角关系密切。的比例关系，而且还与视角关系密切。的比例关系，而且还与视角关系密切。33双向反射率分布函数双向反射率分
29、布函数双向反射率分布函数双向反射率分布函数 (Bi-directional Reflectance(Bi-directional Reflectance Distribution Function,BRDF)Distribution Function,BRDF)设波长为设波长为设波长为设波长为，空间具有空间具有空间具有空间具有 分布函数的入射辐射，从分布函数的入射辐射，从分布函数的入射辐射，从分布函数的入射辐射，从 (0 0，0 0)方向，以辐射亮度方向，以辐射亮度方向，以辐射亮度方向，以辐射亮度L L0 0(0 0，0 0，)投射向点目标，造成该点投射向点目标，造成该点投射向点目标，造成该点
30、投射向点目标，造成该点目标的辐照度增量为目标的辐照度增量为目标的辐照度增量为目标的辐照度增量为dEdE(0 0，0 0，)=L=L0 0(0 0，0 0，)cos)cos0 0 dd。传感器从方向传感器从方向传感器从方向传感器从方向(，)观察目标物，接收到来自目标物观察目标物，接收到来自目标物观察目标物，接收到来自目标物观察目标物，接收到来自目标物对外来辐射对外来辐射对外来辐射对外来辐射dEdE的反射辐射，其亮度值为的反射辐射，其亮度值为的反射辐射，其亮度值为的反射辐射，其亮度值为dLdL(，)。则则则则定义双向反射率分布函数定义双向反射率分布函数定义双向反射率分布函数定义双向反射率分布函数
31、：34双向反射率分布函数（双向反射率分布函数（双向反射率分布函数（双向反射率分布函数（BRDFBRDF）的物理意义是：来自方向的物理意义是：来自方向的物理意义是：来自方向的物理意义是：来自方向地表辐照度的微增量与其所引起的方向上反射辐射亮度增地表辐照度的微增量与其所引起的方向上反射辐射亮度增地表辐照度的微增量与其所引起的方向上反射辐射亮度增地表辐照度的微增量与其所引起的方向上反射辐射亮度增量之间的比值。量之间的比值。量之间的比值。量之间的比值。对于理想漫反射体（指反射率为对于理想漫反射体（指反射率为对于理想漫反射体（指反射率为对于理想漫反射体（指反射率为100%100%的朗伯体）：的朗伯体）：
32、的朗伯体）：的朗伯体）：对于反射率为对于反射率为对于反射率为对于反射率为 的朗伯体，的朗伯体，的朗伯体，的朗伯体，f=?f=?35这样定义的这样定义的这样定义的这样定义的BRDFBRDF为什么可以恰当地表达地物的非朗伯体为什么可以恰当地表达地物的非朗伯体为什么可以恰当地表达地物的非朗伯体为什么可以恰当地表达地物的非朗伯体特性呢？特性呢？特性呢？特性呢？众所周知，在现实世界中投射到地物表面上的辐射能量众所周知，在现实世界中投射到地物表面上的辐射能量众所周知，在现实世界中投射到地物表面上的辐射能量众所周知，在现实世界中投射到地物表面上的辐射能量往往有两部份组成，即来自太阳的直射辐射与天空散射往往有
33、两部份组成，即来自太阳的直射辐射与天空散射往往有两部份组成，即来自太阳的直射辐射与天空散射往往有两部份组成，即来自太阳的直射辐射与天空散射辐射，而传感器在方向上测得的辐射亮度是空间入射辐辐射，而传感器在方向上测得的辐射亮度是空间入射辐辐射，而传感器在方向上测得的辐射亮度是空间入射辐辐射，而传感器在方向上测得的辐射亮度是空间入射辐射场的综合效应，它不仅与该点地物的反射特性有关，射场的综合效应，它不仅与该点地物的反射特性有关，射场的综合效应，它不仅与该点地物的反射特性有关，射场的综合效应，它不仅与该点地物的反射特性有关，而且与辐射环境（即入射辐射亮度的空间分布函数）有而且与辐射环境（即入射辐射亮度
34、的空间分布函数）有而且与辐射环境（即入射辐射亮度的空间分布函数）有而且与辐射环境（即入射辐射亮度的空间分布函数）有关。关。关。关。（为了摆脱辐射环境的影响，我们采取两个措施：其一，（为了摆脱辐射环境的影响，我们采取两个措施：其一，（为了摆脱辐射环境的影响，我们采取两个措施：其一，（为了摆脱辐射环境的影响，我们采取两个措施：其一，设定入射辐射场为设定入射辐射场为设定入射辐射场为设定入射辐射场为 分布函数，其二，采用比值形式。）分布函数，其二，采用比值形式。）分布函数，其二，采用比值形式。）分布函数，其二，采用比值形式。）36这样定义的这样定义的这样定义的这样定义的 f f 有如下三个特点：有如下
35、三个特点：有如下三个特点：有如下三个特点：与辐射环境无关，它仅与该地物的反射辐射特性与辐射环境无关，它仅与该地物的反射辐射特性与辐射环境无关，它仅与该地物的反射辐射特性与辐射环境无关，它仅与该地物的反射辐射特性有关，并且具有的有关，并且具有的有关，并且具有的有关，并且具有的 (Sr)(Sr)-1-1 因次。因次。因次。因次。它是它是它是它是 0 0，0 0，五个自变量的函数，在五个自变量的函数，在五个自变量的函数，在五个自变量的函数，在2 2 空间中无论是入射还是反射均有无穷多个方向。空间中无论是入射还是反射均有无穷多个方向。空间中无论是入射还是反射均有无穷多个方向。空间中无论是入射还是反射均
36、有无穷多个方向。（从概念上说要完整地表达一个物体的非朗伯体特性需要有无穷多个测量数（从概念上说要完整地表达一个物体的非朗伯体特性需要有无穷多个测量数（从概念上说要完整地表达一个物体的非朗伯体特性需要有无穷多个测量数（从概念上说要完整地表达一个物体的非朗伯体特性需要有无穷多个测量数据，而且这组无穷多个测量数据仅与一个具体对象相联系，例如对某一棵树据，而且这组无穷多个测量数据仅与一个具体对象相联系，例如对某一棵树据，而且这组无穷多个测量数据仅与一个具体对象相联系，例如对某一棵树据，而且这组无穷多个测量数据仅与一个具体对象相联系，例如对某一棵树的的的的BRDFBRDF测量结果一般不同于对另一棵树的测
37、量结果。实际上它使得对物体测量结果一般不同于对另一棵树的测量结果。实际上它使得对物体测量结果一般不同于对另一棵树的测量结果。实际上它使得对物体测量结果一般不同于对另一棵树的测量结果。实际上它使得对物体的非朗伯体的描述几乎成为不可能。所以重要的问题是能否对一类地物建立的非朗伯体的描述几乎成为不可能。所以重要的问题是能否对一类地物建立的非朗伯体的描述几乎成为不可能。所以重要的问题是能否对一类地物建立的非朗伯体的描述几乎成为不可能。所以重要的问题是能否对一类地物建立一种模型，从无穷多个测量数据集中找到一组个数有限的子集，它足以表征一种模型，从无穷多个测量数据集中找到一组个数有限的子集，它足以表征一种
38、模型，从无穷多个测量数据集中找到一组个数有限的子集，它足以表征一种模型，从无穷多个测量数据集中找到一组个数有限的子集，它足以表征这类地物共同的对入射辐射的反射、散射特性，并且它与这类地物的空间结这类地物共同的对入射辐射的反射、散射特性，并且它与这类地物的空间结这类地物共同的对入射辐射的反射、散射特性，并且它与这类地物的空间结这类地物共同的对入射辐射的反射、散射特性，并且它与这类地物的空间结构特征有着稳定的函数关系，我们把这样的特殊子集称之为这类地物的方向构特征有着稳定的函数关系，我们把这样的特殊子集称之为这类地物的方向构特征有着稳定的函数关系，我们把这样的特殊子集称之为这类地物的方向构特征有着
39、稳定的函数关系，我们把这样的特殊子集称之为这类地物的方向谱。谱。谱。谱。）这样定义的这样定义的这样定义的这样定义的BRDFBRDF，虽然从理论上能较好地表征虽然从理论上能较好地表征虽然从理论上能较好地表征虽然从理论上能较好地表征地物的非朗伯体特性，但在实际测量上困难较大，地物的非朗伯体特性，但在实际测量上困难较大，地物的非朗伯体特性，但在实际测量上困难较大，地物的非朗伯体特性，但在实际测量上困难较大，精确测量精确测量精确测量精确测量dEdE(0 0，0 0，)很困难。很困难。很困难。很困难。37双向反射率因子双向反射率因子双向反射率因子双向反射率因子(Bi-directional Reflec
40、tance Factor,(Bi-directional Reflectance Factor,BRF BRF、BDRF)BDRF)定义：在定义：在定义：在定义：在相同的辐照度条件相同的辐照度条件相同的辐照度条件相同的辐照度条件下，地物向下，地物向下，地物向下，地物向(，)方向的方向的方向的方向的反射辐射亮度与一个反射辐射亮度与一个反射辐射亮度与一个反射辐射亮度与一个理想的漫反射体理想的漫反射体理想的漫反射体理想的漫反射体在该方向上的反在该方向上的反在该方向上的反在该方向上的反射辐射亮度之比值，称为双向反射率因子射辐射亮度之比值，称为双向反射率因子射辐射亮度之比值，称为双向反射率因子射辐射亮度
41、之比值，称为双向反射率因子R R：待测目标待测目标待测目标待测目标参考板参考板参考板参考板dLTdLP38对于双向反射率因子（对于双向反射率因子（对于双向反射率因子（对于双向反射率因子（R R）的性质，我们应注意到：的性质，我们应注意到：的性质，我们应注意到：的性质，我们应注意到：我们在给出我们在给出我们在给出我们在给出BRFBRF的定义时，并没有对辐射环境作的定义时，并没有对辐射环境作的定义时，并没有对辐射环境作的定义时，并没有对辐射环境作任何限定，严格讲任何限定，严格讲任何限定，严格讲任何限定，严格讲R R值不仅取决于目标物的非朗伯值不仅取决于目标物的非朗伯值不仅取决于目标物的非朗伯值不仅
42、取决于目标物的非朗伯体特性，而且还与辐射环境有关。因此它并不是一体特性，而且还与辐射环境有关。因此它并不是一体特性，而且还与辐射环境有关。因此它并不是一体特性，而且还与辐射环境有关。因此它并不是一个理想的描述地物非朗伯体特性的物理量。个理想的描述地物非朗伯体特性的物理量。个理想的描述地物非朗伯体特性的物理量。个理想的描述地物非朗伯体特性的物理量。R R与与与与 f f 有原则上的不同，两者的量纲亦不相同，这有原则上的不同，两者的量纲亦不相同，这有原则上的不同，两者的量纲亦不相同，这有原则上的不同，两者的量纲亦不相同，这充分地表明了它们的区别。充分地表明了它们的区别。充分地表明了它们的区别。充分
43、地表明了它们的区别。如果入射（如果入射（如果入射（如果入射（）光源对目标物所张的立体角）光源对目标物所张的立体角）光源对目标物所张的立体角）光源对目标物所张的立体角0 0，以及传以及传以及传以及传感器对目标物所张的立体角感器对目标物所张的立体角感器对目标物所张的立体角感器对目标物所张的立体角都趋于无穷小，则：都趋于无穷小，则：都趋于无穷小，则：都趋于无穷小，则：当当当当0 0与与与与趋近无穷小时，在数值上趋近无穷小时，在数值上趋近无穷小时，在数值上趋近无穷小时，在数值上R R为为为为f f的的的的 倍，这为测定目标倍，这为测定目标倍，这为测定目标倍，这为测定目标物的物的物的物的f f值提供了一
44、条现实可行的通道。值提供了一条现实可行的通道。值提供了一条现实可行的通道。值提供了一条现实可行的通道。39半球反射率（半球反射率（半球反射率（半球反射率（albedoalbedo）定义：目标物的出射度与入射度之比值称为半球反定义：目标物的出射度与入射度之比值称为半球反定义：目标物的出射度与入射度之比值称为半球反定义：目标物的出射度与入射度之比值称为半球反射率，通常用符号射率，通常用符号射率，通常用符号射率，通常用符号 表示表示表示表示在某些问题中我们并不需要知道辐射亮度值及其空在某些问题中我们并不需要知道辐射亮度值及其空在某些问题中我们并不需要知道辐射亮度值及其空在某些问题中我们并不需要知道辐
45、射亮度值及其空间分布，而只需要知道辐射通量密度值，比如在求间分布，而只需要知道辐射通量密度值，比如在求间分布，而只需要知道辐射通量密度值，比如在求间分布，而只需要知道辐射通量密度值，比如在求解辐射热平衡问题中，或者在讨论作物光合作用强解辐射热平衡问题中，或者在讨论作物光合作用强解辐射热平衡问题中，或者在讨论作物光合作用强解辐射热平衡问题中，或者在讨论作物光合作用强度问题时都是如此。度问题时都是如此。度问题时都是如此。度问题时都是如此。半球透射？半球透射？半球透射？半球透射？40严格讲要求解出射度（严格讲要求解出射度（严格讲要求解出射度（严格讲要求解出射度（MM），），），），必须对必须对必须对
46、必须对22空间的空间的空间的空间的L L值进行值进行值进行值进行积分，这几乎是不可能的。因为从个别方向的积分，这几乎是不可能的。因为从个别方向的积分，这几乎是不可能的。因为从个别方向的积分，这几乎是不可能的。因为从个别方向的BRDFBRDF的的的的测值中，我们无法判断目标物在测值中，我们无法判断目标物在测值中，我们无法判断目标物在测值中，我们无法判断目标物在22空间中的反射辐射空间中的反射辐射空间中的反射辐射空间中的反射辐射行为，因此也无法由积分求得半球反射率。行为，因此也无法由积分求得半球反射率。行为，因此也无法由积分求得半球反射率。行为，因此也无法由积分求得半球反射率。目前流行的目标物的半
47、球反射率的测量方法，实际上目前流行的目标物的半球反射率的测量方法，实际上目前流行的目标物的半球反射率的测量方法，实际上目前流行的目标物的半球反射率的测量方法，实际上只是视角取天底角条件下的只是视角取天底角条件下的只是视角取天底角条件下的只是视角取天底角条件下的BRFBRF。如果用此值代替严如果用此值代替严如果用此值代替严如果用此值代替严格意义下的半球反射率，其误差有时可以高达格意义下的半球反射率，其误差有时可以高达格意义下的半球反射率，其误差有时可以高达格意义下的半球反射率，其误差有时可以高达45%45%。方向方向方向方向-半球反射率半球反射率半球反射率半球反射率41反射特性总结：反射特性总结
48、：反射特性总结：反射特性总结：反反反反射射射射分分分分类类类类镜面镜面镜面镜面反射反射反射反射漫反射：朗伯体、漫反射：朗伯体、漫反射：朗伯体、漫反射：朗伯体、F=F=LL方向方向方向方向反射反射反射反射双向反射率分布函数（双向反射率分布函数（双向反射率分布函数（双向反射率分布函数（BRDFBRDF）双向反射率因子（双向反射率因子（双向反射率因子（双向反射率因子（BRFBRF、BRDFBRDF）半球反射率（半球反射率（半球反射率（半球反射率（albedoalbedo）折射定律折射定律折射定律折射定律布儒斯特角布儒斯特角布儒斯特角布儒斯特角42第二章第二章第二章第二章 基本概念基本概念基本概念基本
49、概念遥遥 感感 物物 理理第一节第一节第一节第一节 基本定义基本定义基本定义基本定义 2.1.1 2.1.1 表征电磁辐射的物理量表征电磁辐射的物理量表征电磁辐射的物理量表征电磁辐射的物理量 2.1.2 2.1.2 电磁波与介质的相互作用电磁波与介质的相互作用电磁波与介质的相互作用电磁波与介质的相互作用 2.1.3 2.1.3 物体表面的反射特性物体表面的反射特性物体表面的反射特性物体表面的反射特性 2.1.4 2.1.4 遥感数据定标遥感数据定标遥感数据定标遥感数据定标43辐射定标（辐射定标（辐射定标（辐射定标（calibrationcalibration）定义定义定义定义 辐射定标指将接收
50、的遥感数据，通常是灰度辐射定标指将接收的遥感数据，通常是灰度辐射定标指将接收的遥感数据，通常是灰度辐射定标指将接收的遥感数据，通常是灰度（DNDN）值，转换成实际的物理量（如辐射值，转换成实际的物理量（如辐射值，转换成实际的物理量（如辐射值，转换成实际的物理量（如辐射亮度、反射率等）。亮度、反射率等）。亮度、反射率等）。亮度、反射率等）。通常，遥感器接收到来自目标物的辐射信息后，将通常，遥感器接收到来自目标物的辐射信息后，将通常，遥感器接收到来自目标物的辐射信息后，将通常，遥感器接收到来自目标物的辐射信息后，将其转为灰度值进行存储，是为了节省空间。其转为灰度值进行存储，是为了节省空间。其转为灰