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1、第一章第一章第一章第一章 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 1.1.1 1.1.1 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 1.1.2 1.1.2 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 1.1.3 1.1.3 遥感数据定标遥感数据定标遥感数据定标遥感数据定标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：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
2、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）1/13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
3、/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）2/13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 E辐照度辐照度辐照度辐照度=/A MA M辐出度辐出度辐出度辐出度=/A A辐射通量密度辐射通量密度辐射
4、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射照射度辐射照射度辐射照射度辐射照射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3/13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
5、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？4/13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，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
6、：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）1 1-2 2间隔内的间隔内的间隔内的间隔内的 (1 1-2 2)?)?总辐射通量总辐射通量总辐射通量总辐射通量？辐辐辐辐射射射射通通通通量量量量波长波长波长波长5/13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、分谱辐出度分谱辐照度、分谱辐出度分谱辐照度、分谱辐出度分谱辐照度、分谱辐出度分谱辐射强度分谱辐射强度分谱辐射强度分谱辐射
7、强度“分谱分谱分谱分谱”两字可以忽略两字可以忽略两字可以忽略两字可以忽略6/13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）图中入射辐射亮
8、度是多少？图中入射辐射亮度是多少？图中入射辐射亮度是多少？图中入射辐射亮度是多少？7/13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)辐出度辐出度辐出度辐出度MM (2)(2)/A(A()瓦瓦瓦瓦/米米米米(W/m(W/m)辐射强度辐射强度辐射强
9、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)8/13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(2
10、1)W/m=1353(21)W/m2 2 (1976,NASA)(1976,NASA)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 )，因此太阳光可以认为是平行光，因此太阳光可以认为是平行光，因此太阳光可以认为是平行光，因此太阳光可以认为是平行光束。束。束。束。太阳总辐射和表面辐出度分别是多少？太阳总辐射和表面辐出度分别是多少？太阳总辐射和表面辐出度分别是多少？太阳总辐射和表面辐出度分别是多少？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
11、00.9674(d0.9674(dmm/d)/d)2 21.0344界面界面界面界面粗糙度），则反射是镜粗糙度），则反射是镜粗糙度），则反射是镜粗糙度），则反射是镜面的。面的。面的。面的。irtn n1 1n n2 23/16根据菲涅耳公式（此处省略），当根据菲涅耳公式（此处省略），当根据菲涅耳公式（此处省略），当根据菲涅耳公式（此处省略），当 i i+t t=/2=/2时，垂时，垂时，垂时，垂直极化波出现零反射点，即反射波中没有垂直极直极化波出现零反射点，即反射波中没有垂直极直极化波出现零反射点，即反射波中没有垂直极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
12、以得到线化的偏振波，因此用镜面反射的方法可以得到线化的偏振波，因此用镜面反射的方法可以得到线化的偏振波，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偏角，又称为布偏振波束。此时的入射角称为起偏角，又称为布偏振波束。此时的入射角称为起偏角，又称为布偏振波束。此时的入射角称为起偏角，又称为布儒斯特（儒斯特（儒斯特（儒斯特（BrewsterBrewster）角：）角：）角：）角：pp=tan=tan-1-1(n(n2 2/n/n1 1)4/16即使入射辐射无偏振，反射辐射也是偏振的。即使入射辐射无偏振，反射辐射也是偏振的。即使入射辐射无偏振，反射辐射也是偏振的。即使入射辐射无偏振，反射
13、辐射也是偏振的。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？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
14、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
15、，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。真正的朗伯体是体。真正的朗伯体是体。真正的朗伯体是体。真正的朗伯体是不存在的。不存在的。不存在的。不存在的。5/16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，也称非朗伯反射。所有自然界物体的反射都是方也称非朗伯
16、反射。所有自然界物体的反射都是方也称非朗伯反射。所有自然界物体的反射都是方也称非朗伯反射。所有自然界物体的反射都是方向反射，即它们对太阳短波辐射的反射具有各向向反射，即它们对太阳短波辐射的反射具有各向向反射，即它们对太阳短波辐射的反射具有各向向反射，即它们对太阳短波辐射的反射具有各向异性性质。当遥感应用进入定量分析阶段，我们异性性质。当遥感应用进入定量分析阶段，我们异性性质。当遥感应用进入定量分析阶段，我们异性性质。当遥感应用进入定量分析阶段，我们必须抛弃必须抛弃必须抛弃必须抛弃“目标是朗伯体目标是朗伯体目标是朗伯体目标是朗伯体”的假设。的假设。的假设。的假设。目前大部分应用还都采用目前大部分
17、应用还都采用目前大部分应用还都采用目前大部分应用还都采用朗伯近似。朗伯近似。朗伯近似。朗伯近似。描述方向反射不能简单用描述方向反射不能简单用描述方向反射不能简单用描述方向反射不能简单用反射率表述，因为各方向反射率表述，因为各方向反射率表述，因为各方向反射率表述，因为各方向的反射率都不一样。的反射率都不一样。的反射率都不一样。的反射率都不一样。6/16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能力不对非朗伯体而言，它对太阳短波辐射的反射能力不对非朗伯体而言，它对太阳短波辐射的反射能力不对非朗伯体而言，它
18、对太阳短波辐射的反射能力不仅随波长而变，同时亦随反射方向而变。仅随波长而变，同时亦随反射方向而变。仅随波长而变，同时亦随反射方向而变。仅随波长而变，同时亦随反射方向而变。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能力随波长而变的规律。地物波谱特征与地物的组能力随波长而变的规律。地物波谱特征与地物的组能力随波长而变的规律。地物波谱特征与地物的组能力随波长而变的规律。地物波谱特征与地物的组成成份，物体内部的结构关系密切，通俗讲地物波成成份，物体内部的结构关系密切，通
19、俗讲地物波成成份，物体内部的结构关系密切，通俗讲地物波成成份，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。谱特征也就是地物的颜色特征。谱特征也就是地物的颜色特征。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能力在方向空间变化的，这种空间变化特征主要决能力在方向空间变化的，这种空间变化特征主要决能力在方向空间变化的，这种空间变化特征主要决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，
20、它不仅定于两种因素，其一是物体的表面粗糙度，它不仅定于两种因素，其一是物体的表面粗糙度，它不仅定于两种因素，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的比取决于表面平均粗糙高度值与电磁波波长之间的比取决于表面平均粗糙高度值与电磁波波长之间的比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。例关系，而且还与视角关系密切。例关系，而且还与视角关系密切。例关系，而且还与视角关系密切。7/16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 (Bi-directional Reflectance(Bi-directional
21、 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)方方方方向，以辐射亮度向，以辐射亮度向，以辐射亮度向，以辐射亮度L L0 0(0 0，0 0，)投射向目标，造成目标的辐照投射向目标，造成目标的辐照投射向目标，造成目标的辐照投射向目标，造成目标的辐照度为度为度为度为E(E(0 0，0 0，)。传感器从方向。传感器从方向。传感器从方向。传感
22、器从方向(，)观察目标物，接收观察目标物，接收观察目标物，接收观察目标物，接收到来自目标物对外来辐射到来自目标物对外来辐射到来自目标物对外来辐射到来自目标物对外来辐射E E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L(L(，)。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 ：8/16理想漫反射体的理想漫反射体的理想漫反射体的理想漫反射体的BRDFBRDF是多少？是多少？是多少？是多少？9/16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
23、义是：来自方向地表）的物理意义是：来自方向地表）的物理意义是：来自方向地表）的物理意义是：来自方向地表辐照度与其所引起的方向上反射辐射亮度之间的比值。这样定辐照度与其所引起的方向上反射辐射亮度之间的比值。这样定辐照度与其所引起的方向上反射辐射亮度之间的比值。这样定辐照度与其所引起的方向上反射辐射亮度之间的比值。这样定义的义的义的义的BRDFBRDF为什么可以恰当地表达地物的非朗伯体特性呢？为什么可以恰当地表达地物的非朗伯体特性呢？为什么可以恰当地表达地物的非朗伯体特性呢？为什么可以恰当地表达地物的非朗伯体特性呢？众所周知，现实中投射到地物表面上的辐射能量往往有两部份众所周知，现实中投射到地物表
24、面上的辐射能量往往有两部份众所周知，现实中投射到地物表面上的辐射能量往往有两部份众所周知，现实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辐射：组成，即来自太阳的直射辐射与天空散射辐射：组成，即来自太阳的直射辐射与天空散射辐射：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射场的综合效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，而且与辐射环境（即应，它不仅与该点地物的反射特
25、性有关，而且与辐射环境（即应，它不仅与该点地物的反射特性有关，而且与辐射环境（即应，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）有关。入射辐射亮度的空间分布函数）有关。入射辐射亮度的空间分布函数）有关。入射辐射亮度的空间分布函数）有关。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有与辐射环境无关，它仅与该地物的反射辐射特性有与辐射环境无关，它仅与该地物的反射辐射特性有与辐射环境无关，它仅与该地物的反射辐射特性有关，并且具有的关，并且具有的关，并且具有
26、的关，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 空空空空间中无论是入射还是反射均有无穷多个方向。间中无论是入射还是反射均有无穷多个方向。间中无论是入射还是反射均有无穷多个方向。间中无论是入射还是反射均有无穷多个方向。（从概念（从概念（从概念（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，而且这上说要
27、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，例如对某一棵树的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BRDFBRDF测量测量测量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
28、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，它足以表征这类地物共同的对入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构特征有着
29、稳定的函数射辐射的反射、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谱。关系，我们把这样的特殊子集称之为这类地物的方向谱。关系，我们把这样的特殊子集称之为这类地物的方向谱。关系，我们把这样的特殊子集称之为这类地物的方向谱。）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地虽然从理论上能较好地表征地虽然从理论上能较好地表征地虽然从理论上能较好地表征地物的非朗伯体特性，但在
30、实际测量上困难较大，精确物的非朗伯体特性，但在实际测量上困难较大，精确物的非朗伯体特性，但在实际测量上困难较大，精确物的非朗伯体特性，但在实际测量上困难较大，精确测量测量测量测量E(E(0 0，0 0，)很困难。很困难。很困难。很困难。10/16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 Reflectance 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
31、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dLTdLP11/16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
32、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
33、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
34、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。12/1613/16作业：作业：作业：作业：一些文献中，双向反射率因子被写为：一些文献中，双向反射率因子被写为：一些文献中，双向反射率因子被写为：
35、一些文献中，双向反射率因子被写为：请根据其原始定义推导上述公式。请根据其原始定义推导上述公式。请根据其原始定义推导上述公式。请根据其原始定义推导上述公式。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，或称反照率，通常用符号射率，或称反照率，通常用符号射率，或称反照率，通常用符号射率，或称反照率，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
36、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。14/16半球透射？半球透射？半球透射？半球透射？理想反射体？理想
37、反射体？理想反射体？理想反射体？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
38、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
39、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%。15/16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反射特性总结：反射特性总结：反射特性总结：反射特性总结：16/16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
40、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第一章第一章第一章第一章 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 1.1.1 1.1.1 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 1.1.2 1.1.2 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 1.1.3 1.1.3 遥感数据定标遥感数据定标遥感数据定标遥感数据定标辐射定标（辐射定标（辐射定标（辐射定标（calibrationcalibra
41、tion）定义定义定义定义 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亮度信息后，通常，遥感器接收到来自目标物的辐射亮度信息后，通常，遥感器接收到来自目标物的辐射亮度信息后，通常，遥感器接收到来自目标物的辐射亮度信息后，将其转为灰度值进行存储，是为了节
42、省空间。将其转为灰度值进行存储，是为了节省空间。将其转为灰度值进行存储，是为了节省空间。将其转为灰度值进行存储，是为了节省空间。Landsat TM:0-255NOAA AVHRR:0-1023但是，当我们开展定量分析的时候，就必须重新将但是，当我们开展定量分析的时候，就必须重新将但是，当我们开展定量分析的时候，就必须重新将但是，当我们开展定量分析的时候，就必须重新将其转换回实际物理量。其转换回实际物理量。其转换回实际物理量。其转换回实际物理量。1/6L=a*DN+b定标过程一般采取线形公式进行转换：定标过程一般采取线形公式进行转换：定标过程一般采取线形公式进行转换：定标过程一般采取线形公式进
43、行转换：a(gain)a(gain)、b(offset)b(offset)通常可以从遥感数据头文件读出通常可以从遥感数据头文件读出通常可以从遥感数据头文件读出通常可以从遥感数据头文件读出线形区域线形区域线形区域线形区域DNL2/6线形定标公式线形定标公式线形定标公式线形定标公式 F=FF=F0 0(d(dmm/d)/d)2 2coscos 0 0回忆大气顶的通量密度为：回忆大气顶的通量密度为：回忆大气顶的通量密度为：回忆大气顶的通量密度为：各向同性反射时亮度与通量的关系：各向同性反射时亮度与通量的关系：各向同性反射时亮度与通量的关系：各向同性反射时亮度与通量的关系：MM=LLS S3/6辐射亮
44、度定标与反射率定标转换辐射亮度定标与反射率定标转换辐射亮度定标与反射率定标转换辐射亮度定标与反射率定标转换 传感器数据（图象灰度值）经过定标后可以直接得传感器数据（图象灰度值）经过定标后可以直接得传感器数据（图象灰度值）经过定标后可以直接得传感器数据（图象灰度值）经过定标后可以直接得到地表的辐射亮度，设为到地表的辐射亮度，设为到地表的辐射亮度，设为到地表的辐射亮度，设为LsLs，如何得到反射率如何得到反射率如何得到反射率如何得到反射率？因此可以计算得到（大气顶部）反射率：因此可以计算得到（大气顶部）反射率：因此可以计算得到（大气顶部）反射率：因此可以计算得到（大气顶部）反射率：以及半球反射率定
45、义：以及半球反射率定义：以及半球反射率定义：以及半球反射率定义：=M/F=M/F上式假设大气不存在，其结果被广泛用于预处理中的反射率计算。上式假设大气不存在，其结果被广泛用于预处理中的反射率计算。上式假设大气不存在，其结果被广泛用于预处理中的反射率计算。上式假设大气不存在，其结果被广泛用于预处理中的反射率计算。当解算各向同性反射率时，太阳辐射通量与亮度之间可以看成相差当解算各向同性反射率时，太阳辐射通量与亮度之间可以看成相差当解算各向同性反射率时，太阳辐射通量与亮度之间可以看成相差当解算各向同性反射率时，太阳辐射通量与亮度之间可以看成相差 倍。倍。倍。倍。根据上式，可进一步推导辐射亮度定标与反
46、射率定标系根据上式，可进一步推导辐射亮度定标与反射率定标系根据上式，可进一步推导辐射亮度定标与反射率定标系根据上式，可进一步推导辐射亮度定标与反射率定标系数之间的转换公式。数之间的转换公式。数之间的转换公式。数之间的转换公式。设设设设=a=a DN+bDN+b，L LS S=a aL LDN+bDN+bL L，并有：，并有：，并有：，并有：4/6因而最终得到：因而最终得到：因而最终得到：因而最终得到：定标分类定标分类定标分类定标分类 根据定标参数获取的途径和时间，可以分为：根据定标参数获取的途径和时间，可以分为：根据定标参数获取的途径和时间，可以分为：根据定标参数获取的途径和时间，可以分为：发
47、射前定标（发射前定标（发射前定标（发射前定标（prelaunchprelaunch）机（星）上定标（机（星）上定标（机（星）上定标（机（星）上定标（on-boardon-board）地面目标物定标地面目标物定标地面目标物定标地面目标物定标5/6定标时要注意定标时要注意定标时要注意定标时要注意 定标公式针对何种真实物理量定标公式针对何种真实物理量定标公式针对何种真实物理量定标公式针对何种真实物理量 亮度？反射率？亮度？反射率？亮度？反射率？亮度？反射率？a a是负数时，定标前后图象视觉相反是负数时，定标前后图象视觉相反是负数时，定标前后图象视觉相反是负数时，定标前后图象视觉相反 云？云？云？云？计算某一波段的反射率定标参数时，太阳辐射要计算某一波段的反射率定标参数时，太阳辐射要计算某一波段的反射率定标参数时，太阳辐射要计算某一波段的反射率定标参数时，太阳辐射要对波段响应函数积分对波段响应函数积分对波段响应函数积分对波段响应函数积分 响响响响应应应应函函函函数数数数6/6