定量遥感-第二章物理基础

《定量遥感技术与应用》后续课程学习内遥感物理基础（电磁波与介质辐射传输（微分形式辐射传输方程（方程求解典型地物分析红外定量遥感

冠层反生化组分遥感土壤二向反射水色模1《定量遥感技术与

第二章遥感大学遥感信√√§2.1表征电磁辐射的物§2.3物体表面的反射§2.4遥感数据3立体冲击立体冲击函c.波段响应4a立体

预备知义为球面对球心的张角，即Ωσ/r2，立体角单位为球面度Sr(steradians)。整个球面对球心所张立体角为4π，半球对球心与初始方向夹角为Ω的某三维计量的方向。5a立体微分立体角

预备知微分立体角dΩ展因此：dσr2dΩ因此：dσr2dΩ=dσ/r2=沿纬线边长：rsinθ6

预备知在定量遥感中通常用来描述物理量只在某一个向上存在，以δ(Ω,Ω’)

常量变量δ Ω

预备知44A()(,')dA('(,')此时冲击(,'),0, 4(,')d函数相乘，并对4π空间积分，则有：8

预备知在遥感器运行过程中，随着仪器的磨损9

预备知OIS32

预备知Γ10 0理想的遥感器（以MODIS32为例 预备知换的工作中，应该利用波段响应函数对待求参数进平均Exp1.求算波段的等效中心波公式2

其中、

2正确公式

等效中心波长 0 预备知 该工作主要方便地面波谱测试数据与遥感数据的对比，也可以应用于高光不同N含量下油菜光谱

预备知Exp2将地面光谱仪测试的一系列窄波段数据拟合 0

预备知 计算某一遥感器波段 辐段上 辐射为F

以上三个例子中的积在数值运算时都可以用加F0

0

代，上下限可以用给出的的上下限替代，dλ用△λ（即函数中的每一小段波长间隔辐辐射辐射辐射辐射辐射能量基辐射能量电电磁辐射是具有能量的，它表现在使被辐改变物使带电物辐射能量（Q）的单位是焦耳辐射(radiantflux辐射(radiantfluxΦ=Q/辐辐射通量（Φ）的单位是瓦特=焦耳/秒辐射辐射辐射通量密度(irradiance)E、(radiantexitance)单单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度E辐照度=Φ/ M辐出度=Φ/被被辐辐射照辐度辐射辐射通量密度的单位是瓦/米法辐射强度(radiantintensity)

基本物理I=I=Φ/辐射强点辐2π、4各向同辐射强度（I）的单位是瓦/球面度分谱辐基本物分谱辐Φλ=Φ/辐射分谱辐射通量的单位是瓦/微米（光视效能分谱基本物理分谱分谱分谱辐分谱辐照度、分谱辐分谱辐一般情况下，“分谱”两字可以辐射亮度(radiance)辐射亮度(radiance)方向空间分布规律L=³Φ/Aλ

θ面辐射源辐射亮度（L）的单位是瓦/米²•微米•（W/m²•μm•辐射度量小

基本物理 辐射通 (2)Q/t( 瓦 (2)Φ/A(λ) ²(W/²辐出 (2)Φ/A( 瓦/米²(W/²辐射强 (2)Φ/Ω( 瓦/球面度辐射亮 2(3)Φ/AΩ( 瓦/米²•球面(W/m²•辐

基本物理发射的电磁辐射（辐照度发射的电磁辐射（辐照度）在地大气顶层随波长的分布光谱极大值位于0.47μm，维恩位移定律λmaxT=2.897810-3mK，色温 常

基本物理在日地平均距离处通过光束垂直单位面积辐射通量称F0=1353(±21) (1976,左图大气顶的通量密度为什么是平方关系F=上式 常数是 光谱的积分 对地• •通量密度很多时候简称常数 辐射亮

基本物理Lλ=³Φ/AλΩ Fλ=²Φ/Aλ因此 的辐射亮度与Ω0方向上的辐射通（ 常数）之间的关系为各向同基本物各向同F2LF/LcossinddF2LF/Lcossinddθ由于dΩdσ/r2通量密度针对垂直穿过某个平面的量，为半球积分基本辐射量总基本辐射量总表征表征辐射的物度、亮度，以及谱（分谱需要注意的是•••文献中的称谓不尽相同，关键看最重要的是密度（通量）和亮凡是涉及面积的都要注意使用法向面积，即§§2.1表征电磁辐射的物√§2.2电磁波与介质的相§2.3物体表面的反射§2.4遥感数电磁波当电磁波在介质中时，会发生散射入 反

吸收使电磁波强度在热红外和微波区域，还质自身发射的电磁波，增强电透 波强度ρ=Lr/透射率 吸收率反射率、透射率、吸收率之间的ρ+τ+α=（介质有无发射是不同的光谱反射率 波长 性的关系光谱曲线地物波谱（特性反反散透吸收（发射率率：以比例形式表征的反射、透射和吸与入射辐射强度ρτα1（无自身发射光谱反射第二章第二章§§2.1表征电磁辐射的物§2.3物体表面的反射§2.4遥感数据一、物体表面的反物体表面对电磁波的反射有三种形式镜面反射(mirror反射能量集中在一个方向，反射角=漫反射(diffuse整个表面都均匀地向各向反射入射光称方向反射(directional镜面反射(mirror漫反射(diffuse方向反射(directional根根据表面光滑或粗 镜面二、瑞利 镜面二、瑞利L.Rayleigh提出表面为光滑或粗糙的当为光滑表8为粗糙表当hcos为粗糙表8方方向反粗糙度推导示意 2hcos4两波差2相位为完2hcos4（光程差

（相位差h8cos其中：h为粗糙度；为光的h8cos二、瑞利如果如果h 两波偏于相重合，则呈反射为主、光滑表面。如果h 两波偏于相抵消，则呈散射为主、粗糙表面。8cos增大，增大有利于形成光滑减小，引出地表粗糙度的概念：在遥感中一个象元覆盖的地面单元内，相邻一个波长距离的平均高差h对于可见光，在m范围内，几乎所有地物都是粗糙面而言非常光滑（λ>>界面 n1折射定律（斯涅耳Snell定律）了入射角与折射角的关n1sinθi=其中n为折此时的入射角称为起偏角，又称为布儒斯漫反实实际上多数自然表面对辐射的波长而言都是粗当目标物的足够

辐射的反射辐射亮度随观测角度我们称该物体为漫反射体(朗伯体漫反射又称朗伯(Lambert)反射，也称各向同黑体才是真正漫反回忆辐射亮度：L=³ΦAλ关于天顶角θ在表述辐射中的作若辐射亮度为L0的辐射，以入射角θ0，辐射体表面，则入射辐射亮度Li为：Li=θ设朗伯体反射率为ρ，则出射辐射亮度Lr与L0Lr=ρ*Li=ρL0方向反短波辐射。当遥感应用进入定量分析阶段 须抛“目标是朗伯体”的假设三、地物波谱特征与方向谱 DistributionFunction,BRDF)设波长为λ，空间具有δ分布函数的入射辐(θ0，υ0)方向，以辐射亮度L0(θ0，υ0，λ)投射向点目标，造成该点目标的辐照度增量为dE(θ0，υ0，λ)=L0θ0，υ0，λ)cosθ0dΩ。传感器从方向(θ，υ)观察目标物，接收到来自目标物对外来辐射dE的反射辐射，其亮度值为dL(θ，υ，λ)。则定义双向反射率分布函数fdL(, 瓦/米²•球面度(W/m²dE(0,0,

瓦/米对于反射率为ρ对于反射率为ρ四、双向反射率分布函数双向反射率分布函数（BR）来自度增量之间的比值。fdLdM/fdLdM/四、双向反射率分布函数BRDF表达地物的非朗伯体特性思路）四、双向反射率分布函数这样定义的f有如下三个特点与辐射环境无关，并且具有(Sr)-1因次它是θ0，υ0，θ，υ，λ五个自变量的函数，在2π空dE(0，υ0，很。五、双向反射率因子(Bi-directionalReflectanceFactor,定义：在相同的辐照度条件下，地物向(θ，υ)方五、双向反射率因子(Bi-directionalReflectanceFactor,RRdLT(,,)dLP(,, 待测目 参考五、双向反射率因子对于双向反射率因子的性质，我们应注环境因BR与BRDF关五、双向反射率因子五、双向反射率因子R

dM/ dE/当当ΔΩ0与ΔΩ趋近无穷小时，在数值上R为f的π为测定目标物的f值提供了一条现实可行的通道半球反射率半球反射率 ME半球反射率半球反射率严格讲要求解出射度（严格讲要求解出射度（2πBRπB4。反射特镜反漫反射特镜反漫反射：朗伯体、F=反双向反射率分布函数折射定布儒斯特§§2.1表征电磁辐射的物§2.3物体表面的反射√§2.4遥感数据§2.4.1定标概农作岩 树§2.4.1定标概 每个像行灰度波段

波§§2.4.1地面布控了白板的原始高光谱影(HyperScan成像光谱仪

不一波不一波 §2.4.1定标概。。概概念：成像光谱仪§2.4.2定标过程的变量分成像光谱传感器入瞳天空

程辐透反射

大

地§2.4.2定标过程的变量分建立起建立起传感器记录值与入瞳辐射值之间的联系

§2.4.3§2.4.31.1.线性方§2.4.3根据定标参数获取的途径和时间，可以定标机（星）上定标（on-场地§2.4.3处于不机上星上场地定所考虑的定定机上机上星上场地定场地定§2.4.3器，成像光谱仪搭载在或发射前称§2.4.3 张不不同波段的影像不同波不同波长的反§2.4.3 §2.4.3 §2.4.3 §2.4.3 §2.4.3

定的响

应 ½§2.4.33

对辐射亮度值L已 积分辐射亮度

§2.4.3§2.4.3§2.4.34思考：有没有其它办§2.4.34新发新发未定已在未定已在标准§2.4.34概念：传感器交叉 提供观测提供观测目标已知辐亮度标准传§2.4.34GG、B未

光谱修正因GG0、B0§2.4.3