第二章：基本概念.ppt

1、第二章基本概念、遥感物理、第一节基本定义、2.1.1电磁辐射的物理量2.1.2电磁辐射与介质的相互作用2.1.3物体表面反射特性2.1.4遥感数据的定标、2、辐射能量q、电磁辐射具有能量， 辐射能量(q )的单位为焦耳(j )、3、辐射通量(radiantflux)，单位时间内通过的辐射能量为辐射通量：=q/t、辐射通量的单位为瓦特=焦耳/秒(W=J/S )、4、辐射通量密度(irradiance)E、(radiantexitance)M单位面积的辐射通量密度称为辐射通量密度： e辐射度=/am辐射度=/a，辐射通量密度的单位为瓦特/米(W/m )、法线、5、 放射强度(radiantintensity)I，放射强度描述点辐射源的放射特性，某方向的每单位立体角的放射束： i=/，放射强度(I )的单位为瓦特/球面度(W/Sr )，=A/R2，4各向同性源？ 6、光谱辐射束、辐射束是波长的函数，单位波长间隔内的辐射束称为光谱辐射束：=/，光谱辐射束的单位为瓦特/微米(W/m )、7，分光？ 光谱辐射束、光谱辐射度、光谱辐射强度、光谱文字可忽略，8、辐射亮度(radiance)L、单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射束称为辐射亮度： l=/a，辐射亮度(l )的单位为瓦特/微米球面度(w/msr )， 图中的辐射亮度是多少？9、总结辐射量一览表、10、太阳辐射、太阳辐射的电磁辐射(辐射度)沿着波长分布在地球大气的顶部称为太阳光谱。 极大值位于0.47m，维也纳位移定律maxT=2.897810-3mK，色温Tsun？ 以Wiensdisplacementlaw、夫琅和费(Fraunhofer )的吸收线、11、太阳常数、日地平均距离通过与太阳光束垂直的单位面积的太阳辐射束称为太阳常数。 F0=1353(21)W/m2(1976，NASA )，太阳常数是太阳光谱的积分。 太阳总辐射和表面辐射度分别是多少？因为太阳对地球的张角小(9)，所以太阳光可以认为是平行光。 左图大气顶的通量密度为f=f0(dm/d)2cos0、0.9674(dm/d)2界面粗糙度)，反射为镜面。 n1、n2、25、菲涅耳式反射辐射和透射辐射强度：水平极化波，振幅反射比：补充知识：任何振动方向的电磁波都总能分解为两个特定的极化波(极化波)方向。 电矢量e的振动面的垂直入射面的直线偏振光称为水平偏振光，平行入射面的直线偏振光称为垂直偏振光。 垂直极化波、振幅反射比：26、透射率式的自控、电磁波强度与振幅的平方成比例，因此两个极化波的反射率分别为Rh=(rh )、Rv=(rv )，电磁波垂直入射时rh与rv的绝对值相等：i t=/2时，垂直极化波出现零反射点、即反射波中没有垂直极化波的极化波此时入射角称为偏角，也称为布氏(Brewster )角：p=tan-1(n2/n1)、27、两种不同的相对折射系数(n=3及n=8)介质的反射率与入射角的关系(实线为水平偏振波，虚线为垂直偏振波)，如果入射放射没有偏振波，则反射放射通常为偏振波。 水和空气间的相对折射率n2/n1=1.3，对应的布儒斯特角约为？ 28、若再次从真空中垂直入射到物体的表面的情况，则反射率：R=Rh=Rv=(n-1)/(n 1)，用Nr和Ni表示折射率n的实部和虚部(n=Nr iNi )，在远离强吸收带的光谱区域、NiNr中，r1、R=(Nr-1)/(Nr 1)，因此， 频带宽的电磁波进行镜面反射时，反射波中包含表面物质吸收带附近的相当大的光谱区域的能量，这是仿射效果。对于镜面反射，邻近光谱的反射能量增加，而对于实际地物反射，邻近光谱的反射能量降低；30 .在漫反射中，实际上许多自然表面是对于辐射波长的粗糙表面。 为了使对象的表面在作为对象的中心的2空间中相对于太阳短波辐射的反射辐射亮度是恒定的，即，反射辐射亮度不取决于观测角度，我们将该对象称为漫反射体并且也称为朗伯(labert )体。 漫反射也称为朗伯(Lambert )反射，并且也称为各向同性反射。 严格地说，自然界中只存在近似意义上的朗伯体。 只有黑体才是真正的朗伯体。 31、回忆放射亮度： l=/a、天顶角在标记放射中的作用：放射亮度为L0的放射以入射角0向物体表面放射时，若入射放射亮度Li为Li=L0cos0、朗伯体反射率，则出射放射亮度Lr与L0的关系为？ 放射出射度Mr和L0？ 32 .定向反射、漫反射和镜面反射之间的反射称为定向反射，并且也称为非朗伯反射。 产生方向反射的物体在自然界中占绝大多数，即太阳短波辐射的散射具有各向异性。 遥感应用进入定量分析阶段，我们必须抛弃“目标是朗伯体”的假设。 目前，大多数应用采用朗伯近似。 记述方向反射是因为各方向的反射率不同，所以不能单纯地用反射率来表现。 33、地物的光谱特征和方向光谱特征对于非朗伯体来说，对太阳短波辐射的反射、散射能力不仅随波长变化，还随空间方向变化。 地物的光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化的规律。 地物的光谱特征与地物的构成成分、物体内部的构造关系密切，一般是地物的光谱特征，即地物的颜色特征。 地物的方向特性记述地物相对于太阳辐射反射，散射的能力在方向空间中变化，该空间变化特性主要决定为两个要素。 一个是物体的表面粗糙度，不仅表面的平均粗糙度高度值和电磁波的波长的比例关系，还与视角有密切的关系。 34、双向反射率分布函数(bi-directionalreflectancescontributionfunction，BRDF )以波长为，在空间中具有分布函数的入射辐射从(0，0 )方向以辐射亮度L0(0，0，)朝向点目标，该点目标的辐射强度增大传感器从方向(，)观察对象物，接受来自对象物的外来放射dE的反射放射，其亮度值为dL(，)。 定义双向反射率分布函数：35，双向反射率分布函数(BRDF )的物理意义是来自地表的辐射强度的微小增加与由此引起的双向反射辐射亮度的增加之比。 理想漫反射体(指反射率为100%的朗伯体):对于反射率为的朗伯体，f=？ 36、这样定义的BRDF为什么能够恰当地表现地物的非平衡特性？ 已知现实世界中投影到地物表面的辐射能量常常由两部分构成，来自太阳的直射辐射和天空散射辐射，传感器在方向上测量的辐射亮度是空间入射辐射场的综合效应，不仅该点地物的反射特性，还与辐射环境(即入射辐射亮度的空间分布函数)有关。 (为了消除辐射环境的影响，一种是将入射辐射场设定为分布函数，二种是采用比例形式。 37 )以此方式定义的f有三个特征：与辐射环境无关，仅与地物的反射辐射特性有关，并且具有(Sr)-1因子。 这是0、0、这5个参数的函数，在2空间中，入射和反射都有无限的方向。概念上，需要无限数目的测量数据来完全表示某一物体的非平衡-不平衡特性，且此无限数目的测量数据仅与一个特定物体相关联。 例如，一棵树的BRDF测量结果通常不同于另一棵树的测量结果。 实际上，物体的非朗伯体的描述几乎是不可能的。 因此重要的问题在于能否对某种地物构建模型，从无限多个测量数据中找出有限的子集，足以表达对这种地物共同入射辐射的反射、散射特性，而且与这种地物的空间结构特征有稳定的函数关系，我们发现了这种特殊的子集)这样定义的BRDF，理论上地形物的非朗伯体的特性良好，但实际上很难测定，很难正确地测定dE(0，0，)。 38、双向反射率因子(bi-directionalreflectancesfactor，BRF，BDRF )在相同放射条件下，将地物向(，)方向的反射放射亮度与理想的扩散反射体向同一方向的反射放射亮度之比作为双向反射率因子r :测定对象、参考板、39双向反射率因子(r ) 对于其他性质，我们在给出BRF的定义时，应当注意到辐射环境没有任何限制，严格来说，r值不仅与所关注的对象的非朗伯本身的特性有关，而且与辐射环境也有关。 因此，不是描述地物非朗伯体特性的理想物理量。 r和f有原则上的不同，两者的维度也不同，这充分显示了它们的不同。 此外，如果入射光()相对于物体延伸的立体角0和传感器相对于物体延伸的立体角无限小，则在0和接近无限小的情况下，r数值上是f的倍，这为了测量物体的f值提供真实通道。 40、半球反射率(albedo )、定义：对象物的出射度与入射度之比被称为半球反射率，用通常符号表示，在某个问题中不需要知道放射亮度值及其空间分布，在解决放射热平衡问题或讨论作物光合成强度问题等情况下，仅知道放射通量密度值。 半球透射？ 41、严格来说，要求求解辐射度(m )并且必须对2空间的l值进行积分几乎是不可能的。 因为无法根据单独方向上的BRDF测量值来确定对象在2空间中的反射辐射行为，所以也不能从积分中获得半球反射率。 现在流行的对象物的半球反射率的测定方法，实际上只取视角下的BRF。 将该值换算成严格意义上的半球反射率的话，误差有时会达到45%。 方向-半球反射率42，反射特性总结：43，第二章基本概念，遥感物理，第一节基本定义，2.1.1表示电磁辐射物理量的2.1.2电磁波与介质的相互作用2.1.3物体表面的反射特性2.1.4遥感数据缩放，44， 将接收到的遥感数据转换成实际的物理量(例如，辐射亮度、反射率等)，通常具有灰度(DN )值。 通常，遥感是为了节省空间而从物体接收辐射信息，并将该辐射信息转换成灰度值以及将该灰度值存储。 landatstm :0-255 noavhrr :0-1023进行定量分析时，需要恢复到实际的物理量。45，L=a*DN b，定标过程通常以线性格式转换： a(gain )，b(offset )通常可以从遥感数据报头文件中读出，线性定标方程式，46，F=F0(dm/d)2cos0，令人联想到的大气顶部通量密度为： 以及太阳常数与太阳辐射亮度的关系： F0=L0，辐射亮度缩放和反射率缩放变换，传感器数据(图像灰度值)缩放后可直接得到地表的辐射亮度，作为Ls，如何得到反射率？ 因此，能够计算(