定量遥感_第1张_绪论.ppt

,*,定量遥感,主讲人：鲁蕾,兰州大学资源环境学院,Quantitative Remote Sensing of Land Surfaces,第一章 绪论,Chapter 1 Introduction,什么是遥感？,遥感,（,Remote Sensing,）,遥远的感知,最基本：眼睛、耳朵,照相机、气球摄影,人造卫星、遥感学科,遥感是以电磁波与地球表面物质相互作用为基础，探测、分析和研究地球资源与环境，揭示地球表面各要素的空间分布特征与时空变化规律的一门科学技术。,遥感的优势,提供全球三维同步或准三维同步观测数据，为地球系统科学的形成提供了新的技术手段,为检验地球系统科学模拟的真伪提供最直接、最生动的景观图象,彻底改变了地球科学中传统的点测量状况，代之以从象元到象元的信息获取方式,遥感：全球、重复、面状、数据信息,用于地球系统科学建模、反演、验证,遥感应用是推动遥感发展的原动力,城市规划,自然环境,农业,资源,气象,遥感的主要任务,(,徐希孺，,2007,；李小文，,2005),反照率,地表温度,叶面积指数,叶绿素含量,土壤水分含量,地表蒸发,分 类,参数反演,基于地表目标漫反射的假定，对获取的数据作一些简单校正后利用地面目标的光谱特性作有监督或无监督的最大似然率分类，或经验判读。,定,量,化,干旱地区缺水状况,区域生物碳循环,数值天气预报,全球变化,作物受胁状况及估产,强烈需求,有力推动,遥感反演,什么是反演？,（梁顺林，,2011,）,定量遥感面临的基本理论问题,建模与反演,二向性反射模型（可见光、热红外、微波，陆面与海面）,混合像元分解与信息融合,大气效应纠正,尺度效应（空间上的延伸）和数据同化（时间上的延伸）,课程内容,大气短波辐射传输建模,植被冠层反射模型,土壤和雪的反射模型,卫星遥感辐射定标,光学图像的大气纠正,地形校正方法,地表生物物理量的估计,地面辐射平衡估算,-,宽波段的反照率,地表辐射平衡估算,-,长波,四维数据同化,真实性检验与空间尺度转换,基本概念,电磁波与电磁波谱,电磁辐射,黑体辐射,大气层顶太阳辐照度,二向反射与反照率,绪 论,电磁波与电磁波谱,电磁波,的概念：,交互变化的电磁场在空间的传播,电磁波与电磁波谱,特征,电磁波是横波,电磁波在真空中以光速传播，满足：,电磁波具有波粒二象性：反射、折射、吸收、透 射、散射特性。,电磁波与电磁波谱,电磁波谱,概念：,按电磁波波长的长短（频率的高低），依次排列制成的图表叫电磁波谱。,按波长由短向长排列依次为：,射线、,X,射线、紫外线、,可见光,、,红外线,、微波、无线电波,高,电磁波能量,低,0.4-14,m,基本概念,电磁波与电磁波谱,电磁辐射,黑体辐射,大气层顶太阳辐照度,二向反射与反照率,电磁辐射,辐射源：,太阳,地球,大气,Atmosphere,电磁辐射,辐射能量,电磁辐射源以电磁波的形式向外传送能量，常用,Q,表示，单位为焦耳（,J,）,辐射通量,（,Radiant flux,）,单位时间内通过某一表面的辐射能量，常用,表示，单位为瓦（,W,）,辐射出射度,（,Radiant,exitance,）,又称辐射通量密度，指面辐射源在单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量，常用,M,表示，单位为瓦,/,米,2,（,W,m,-2,）,电磁辐射,辐射照度,（,Irradiance,）,简称辐照度，指面辐射源在单位时间内，从单位面积上接收的辐射能量，即照射到物体单位面积上的辐射通量，常用,E,表示，单位为瓦,/,米,2,（,W,m,-2,）,辐射强度,（,Radiant intensity,）,指点辐射源在单位立体角、单位时间内，向某一方向发出的辐射能量，即点辐射源在单位立体角内发出的辐射通量，常用,I,表示，单位为瓦,/,球面度（,W,sr,-1,）,电磁辐射,辐射亮度,（,Radiance,）,简称辐亮度，指面辐射源在单位立体角、单位时间内，在某一垂直于辐射方向单位面积（法向面积）上辐射出的辐射能量，即辐射源在单位投影面积上、单位立体角内的辐射通量，常用,L,表示，单位为瓦,/,米,2,球面度（,W,m,-2,sr,-1,）,亮度,L,面辐射源,立体角,A,电磁辐射,光谱辐射亮度,（,Radiance,）,指单位立体角，单位面积上和在单位波长上的辐射通量。,数字值,（,Digital number,，,DN,）,波长,：（）,波数,：（）,思考作业题：请写出光谱辐射亮度的公式，并分别给出其波长形式和波数形式的光谱辐亮度单位及单位之间的转换关系。,电磁辐射,立体角,（,Solid angle,）,锥体所拦截的球面积,A,与半径,r,的平方之比,电磁辐射,辐射照度,如果辐射与方向无关（各向同性）,基本概念,电磁波与电磁波谱,电磁辐射,黑体辐射,大气层顶太阳辐照度,二向反射与反照率,黑体辐射,绝对黑体,对任何波长的电磁辐射都,全部吸收的物体，满足：,吸收率：,反射率,：,黑体辐射,几个重要定律：,Max Planck(1858-1947),普朗克公式,斯忒藩,-,玻尔兹曼定律,黑体辐射,维恩位移定律：,黑体辐射,实际物体的辐射,基尔霍夫定律,在一定温度下，任何物体的辐射出射度与其吸收率的比值是一个普适函数，只与温度和波长有关，与物体性质无关,比辐射率,实际物体的辐射出射度与相同温度下黑体的辐射出射度之比,基尔霍夫定律是把实际物体与理想黑体联系的桥梁,黑体辐射,辐射温度,-,亮度温度,-,真实温度,辐射温度：,若实际物体的辐射亮度（包括全部波长）与绝对黑体的总辐射亮度相等，则黑体的温度称为实际物体的辐射温度,亮度温度：,若实际物体在某一波长下的波谱辐射亮度与绝对黑体在同一波长下的波谱辐射亮度相等，则黑体的温度被称为该波长下的亮度温度,基本概念,电磁波与电磁波谱,电磁辐射,黑体辐射,大气层顶太阳辐照度,二向反射与反照率,大气层顶部太阳辐照度,Atmosphere,给定天文距离,D=1,时的大气顶部太阳辐照度 ，则任意某天大气顶部的太阳辐照度,大气层顶部太阳辐照度,更为精确的计算公式为,其中,通道,i,大气顶部平均太阳辐照度,大气层顶部太阳辐照度,将 在整个波长范围内进行积分，可获得常说的太阳常数,Landsat,TM/ETM+,反射通道的大气层顶太阳辐照度,Bands,1,2,3,4,5,7,Pan.,ETM+,1970,1843,1555,1047,227.1,80.53,1368,TM,1954,1826,1558,1047,217.2,80.29,N/A,基本概念,电磁波与电磁波谱,电磁辐射,黑体辐射,大气层顶太阳辐照度,二向反射与反照率,二向反射,地物对电磁波的三种反射形式,镜面反射,漫反射,方向反射,二向反射,当地表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中心的 空间中呈常数，即反射辐射亮度不随观测角度而变，则将该物体称为漫反射体，亦称,朗伯体,。漫反射又称朗伯,（,Lambert,）反射,，也称,各向同性反射,。,介于漫反射和镜面反射之间的反射称为方向反射，也称,非朗伯反射,。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，同时亦随散射方向而变。,二向反射,二向反射率分布函数（,BRDF,）,二向反射,二向反射率因子（,BRF,）,待测目标,参考板,二向反射,理想的漫反射体是指反射率为,100%,的朗伯体，即入射辐照度的微增量 等于岀射辐照度的微增量 。根据漫反射体辐射通量密度值与亮度值的关系，可得,如果入射光源对目标物所张立体角 以及传感器对目标物所张立体角 都趋于无穷小，则,二向反射,当 以及 都趋于无穷小时，在数值上二向反射率因子等于二向反射率分布函数的 倍,二向反射,大气层顶的,表观反射率,（,Apparent reflectance,）,大气层顶表面辐射出射度与该表面入射辐射度之比，一般用表示,如果假定大气层顶表面是一个朗伯体反射面，则表观反射率又可表示为,反照率,波谱反照率,目标物的波谱岀射辐照度与波谱入射辐照度的比值，即向上的波谱辐照度 与向下的波谱辐照度 的比值,黑半球反照率,固定太阳天顶角，在观测的半球空间对二向反射函数积分，也叫直入扇出反照率（李小文等，,2000,），方向,-,半球反射率，,反照率,半球,-,方向反射率,固定观测角度，在太阳入射的半球空间对二向反射函数积分,白半球反照率,在太阳角和观测角的双半球空间积分二向反射函数，亦叫扇入扇出反照率,反照率,宽通道反照率,与反照率的定义类似，宽通道反照率是在某个通道范围内向上的辐射照度与向下的辐射照度之比（,Liang,2000,），这里，必须使向上的辐照度和向下的辐照度分别对波长进行积分。,如果 取值为,0.25-5,，则 表示整个短波宽通道反照率,参考文献,梁顺林，,范闻捷等（译）,.,定量遥感，科学出版社，,2009.,赵英时等,.,遥感应用分析原理与方法，科学出版社，,2003.,李小文,.,定量遥感的发展与创新，河南大学学报（自然科学版），,2005,35,（,4,）：,49-56.,徐希孺,.,遥感物理,