遥感物理答疑章.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,遥感物理答疑章,小 结,辐 射 度 量 一 览 表,辐射量,符号,定义,单位,辐射能量,Q,焦耳(J),辐射通量,(2),Q/t(),瓦(W),辐照度,E,(2),/A(),瓦/米,(W/m,),辐出度,M,(2),/A(),瓦/米,(W/m,),辐射强度,I,(2),/(),瓦/球面度(W/Sr),辐射亮度,L,2(3),/A (),瓦/米,球面度(W/m,Sr),基本辐射量总结：,表征辐射的物理量很多：能量、通量、密度、强度、亮度，以及谱（分谱）,需要注意的是：,文献中的称谓不尽相同，关键看单位,最重要的是密度（通量）和亮度,凡是涉及面积的都要注意使用法向面积，即cos,第一章 基本概念,遥 感 物 理,第一节 基本定义,1.1.1,表征电磁辐射的物理量,1.1.2,电磁波与介质的相互作用,1.1.3,物体表面的反射特性,1.1.4,遥感数据定标,电磁波与介质的相互作用总结：,作用类型,散射,吸收（发射）,反射,透射,率：以比例形式表征的反射、透射和吸收强度,与入射辐射强度无关,+=,1（无自身发射）,光谱、地物光谱特性,第一章 基本概念,遥 感 物 理,第一节 基本定义,1.1.1,表征电磁辐射的物理量,1.1.2,电磁波与介质的相互作用,1.1.3,物体表面的反射特性,1.1.4,遥感数据定标,反射特性总结：,反射分类,镜面反射,漫反射：朗伯体、F=,L,方向反射,双向反射率分布函数（BRDF）,双向反射率因子（BRF、BRDF）,半球反射率（albedo）,折射定律,布儒斯特角,第一章 基本概念,遥 感 物 理,第一节 基本定义,1.1.1,表征电磁辐射的物理量,1.1.2,电磁波与介质的相互作用,1.1.3,物体表面的反射特性,1.1.4,遥感数据定标,定标时要注意,定标公式针对何种真实物理量,密度？亮度？反射率？,a是负数时，定标前后图象视觉相反,云？,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,响应函数,第一章 基本概念,遥 感 物 理,第二节 辐射传输 (radiance transfer),1.2.1,传输方程,1.2.2,源函数中散射的表达,总结,两个概念：光学厚度、平面平行介质,一组不同表达形式的传输方程：,传输方程的简单解（比尔定律）：e的指数形式,第一章 基本概念,遥 感 物 理,第二节 辐射传输 (radiance transfer),1.2.1,传输方程,1.2.2,源函数中散射的表达,总结,两个概念：散射相函数、单次散射反射率,考虑散射与发射源函数的传输方程：,传输方程中的散射表达是导致方程复杂化的根本原因，也是辐射传输过程的魅力所在。,第一章 基本概念,遥 感 物 理,第三节 辐射传输 方程的解,(Resolution of RT Equations),1.3.1,源函数J与待求强度I无关时的解,1.3.2,单次散射解与散射逐次计算法,1.3.3,二流(two-stream)近似,总结,辐射传输方程的求解是对,的积分，而J 与I 是否有关决定了求解难易。,不考虑源函数的解为比尔-布格-朗伯定律，只考虑发射的解也相对简单。,注意辐射传输方程中单次散射项也与I 无关：,下一小节将重点解决该问题。,(2)/A(),第二章 植被遥感模型,1 表征电磁辐射的物理量,2 偏振测量结果与分析,+=1（无自身发射）,Radiance Transfer Model,Canopy Reflectance(CR)Model,3 植被辐射传输方程及解,单次散射解中的第 1 项反映了比尔-布格-朗伯定律，有时也称为零次散射解，而将第 2项，即对源函数的积分结果称为单次散射解。,+=1（无自身发射）,最重要的是密度（通量）和亮度,4 NilsonKuusk模型,由于以上两小节推导的冠层反射率与冠层上方入射方向和出射方向均有关系，所以这是一个二向反射模型。,Geometric-Optical Model,凡是涉及面积的都要注意使用法向面积，即cos,树冠遮挡、双向投影重叠、天空散射光等在模型中的复杂表述。,但是如果要开展深层次的工作，还需要阅读大量文献，掌握这一领域的最新动态。,单次散射解中的第 1 项反映了比尔-布格-朗伯定律，有时也称为零次散射解，而将第 2项，即对源函数的积分结果称为单次散射解。,浓密分布的非随机性研究,第一章 基本概念,遥 感 物 理,第三节 辐射传输 方程的解,(Resolution of RT Equations),1.3.1,源函数J与待求强度I无关时的解,1.3.2,单次散射解与散射逐次计算法,1.3.3,二流(two-stream)近似,总结,在辐射传输方程中，单次散射源函数J 与待求强度I 无关，可以求出解析解。,单次散射解中的第 1 项反映了比尔-布格-朗伯定律，有时也称为零次散射解，而将第 2项，即对源函数的积分结果称为单次散射解。,利用逐次计算方法可以依次得到各次散射的源函数和强度，进而求出考虑多次散射的方程解。,第一章 基本概念,遥 感 物 理,第三节 辐射传输 方程的解,(Resolution of RT Equations),1.3.1,源函数J与待求强度I无关时的解,1.3.2,单次散射解与散射逐次计算法,1.3.3,二流(two-stream)近似,总结 1,利用二流近似方法可以求解多次散射影响，尤其适合于通量密度的解算。,3 个关键步骤：,与方位无关时辐射传输方程的简化去掉,勒让德多项式展开将,与,分开,高斯公式展开将,积分换成求和,流数（双数）增多将使精度提高；传输方程变成方程组，方程个数与流数相等。,总结 2,不考虑源函数、源函数与待求强度无关（只考虑发射 或/和 单次散射）、考虑多次散射，这三种情况的解由易到难。,对多次散射的考虑，构成辐射传输求解中最具活力的一部分，相关新方法和手段层出不穷。,辐射传输方程在不同介质中应用时，关键是要确定散射相函数 P(,)、,、,的形式，以及如何将它与介质的一些参数建立联系。,遥 感 物 理,第四节 遥感数据基本特征,1.4.1,电磁波特性,1.4.2,遥感数据的五种基本特征,1.4.3,遥感数据角度特征,第一章 基本概念,第二章 植被遥感模型,遥 感 物 理,第一节 混合象元模型,2.1.1,概念的提出,2.1.2,线型模型,2.1.3,线型模型反演,总之：,当我们关注象元时，我们用混合象元或纯象元等名词。,当我们关注象元内部时，我们用端元或子象元等名词。通常，端元的含义与子象元的含义相同。,混合象元分解也称为子象元分解，主要目的就是为了求算各子象元（端元）所占的面积（比例）。当然，子象元（端元）的精确位置是无法通过分解确定的。,第二章 植被遥感模型,遥 感 物 理,第一节 混合象元模型,2.1.1,概念的提出,2.1.2,线型模型,2.1.3,线型模型反演,第二章 植被遥感模型,遥 感 物 理,第一节 混合象元模型,2.1.1,概念的提出,2.1.2,线型模型,2.1.3,线型模型反演,第二章 植被遥感模型,遥 感 物 理,第二节 冠层反射率模型-几何光学模型,Canopy Reflectance(CR)Model,Geometric-Optical Model,2.2.1,稀疏分布林冠椭球模型,2.2.2,浓密分布条件下的模型,2.2.3,进一步的讨论,总 结,模型成立的条件：稀疏分布。,几何光学模型假设地表被观测地物（不仅限于树冠）有一定的几何形状。本小节采用椭球近似，并通过坐标转换，变为球型，以简化表达式。,模型建立的关键是明确光照树冠、阴影树冠、光照背景、阴影背景等四分量的面积比例。,模型中引入了林业调查中所关心的、具有实际统计意义的 2 个参量，,和R，使反演成为可能。,模型还做了 2 个假设：R,C,、R,T,、R,G,、R,Z,具有朗伯性质；只考虑直射光，忽略天空散射光,第二章 植被遥感模型,遥 感 物 理,第二节 冠层反射率模型-几何光学模型,Canopy Reflectance(CR)Model,Geometric-Optical Model,2.2.1,稀疏分布林冠椭球模型,2.2.2,浓密分布条件下的模型,2.2.3,进一步的讨论,总 结,布尔模型给出了间隙概率公式，成功地引入 e，使其有可能与辐射传输的解接轨。,浓密条件下的模型与树冠的几何形状依然有关，但是公式相对复杂得多；稀疏模型可以看作是浓密模型的近似。以上两小节给出的模型都是很初步的。,以上两小节推导的模型除了前面总结中提到的两个假设外，还均假设树冠是刚体，即光线只在树冠表面反射，而没有穿透后的多次散射过程。,由于以上两小节推导的冠层反射率与冠层上方入射方向和出射方向均有关系，所以这是一个二向反射模型。,第二章 植被遥感模型,遥 感 物 理,第二节 冠层反射率模型-几何光学模型,Canopy Reflectance(CR)Model,Geometric-Optical Model,2.2.1,稀疏分布林冠椭球模型,2.2.2,浓密分布条件下的模型,2.2.3,进一步的讨论,传输方程的简单解（比尔定律）：e的指数形式,2 浓密分布条件下的模型,2 浓密分布条件下的模型,3 植被辐射传输方程及解,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,混合象元分解也称为子象元分解，主要目的就是为了求算各子象元（端元）所占的面积（比例）。,3 二流(two-stream)近似,2 单次散射解与散射逐次计算法,第二节 冠层反射率模型-几何光学模型,1 源函数J与待求强度I无关时的解,Geometric-Optical Model,Canopy Reflectance(CR)Model,2 源函数中散射的表达,第三章 土壤和冰雪遥感,第二章 植被遥感模型,进一步的讨论,前面两小节给出的模型都是比较简单、初步的，通过它们可以掌握冠层二向反射的几何光学模型的大致脉络和思路。但是如果要开展深层次的工作，还需要阅读大量文献，掌握这一领域的最新动态。需要关注的有：,树冠的非刚体性研究,浓密分布的非随机性研究,核驱动模型研究,树冠遮挡、双向投影重叠、天空散射光等在模型中的复杂表述。,第二章 植被遥感模型,遥 感 物 理,第三节 冠层反射率模型辐射传输模型,Canopy Reflectance(CR)Model,Radiance Transfer Model,2.3.1,冠层反射率模型,2.3.2,植被辐射传输中常用参数,2.3.3,植被辐射传输方程及解,2.3.4,NilsonKuusk模型,总 结,植被指数（0 维）-混合象元（2维）-冠层反射率（3维）,纹理-象元-端元-组分-材料,叶片尺度与取向造成植被辐射传输的特殊性,第二章 植被遥感模型,遥 感 物 理,第三节 冠层反射率模型辐射传输模型,Canopy Reflectance(CR)Model,Radiance Transfer Model,2.3.1,冠层反射率模型,2.3.2,植被辐射传输中常用参数,2.3.3,植被辐射传输方程及解,2.3.4,NilsonKuusk模型,总 结,叶面积密度分布、G函数和,函数均为表征叶片群体特征的统计量。,叶面积密度分布可以与叶面积指数挂钩。,G函数为植被传输中所特有，可以与叶倾角LAD挂钩。,函数是植被辐射传输方程中的散射相函数。,第二章 植被遥感模型,遥 感 物 理,第三节 冠层反射率模型辐射传输模型,Canopy Reflectance(CR)Model,Radiance Transfer Model,2.3.1,冠层反射率模型,2.3.2,植被辐射传输中常用参数,2.3.3,植被辐射传输方程及解,2.3.4,NilsonKuusk模型,总 结,植被中的辐射传输方程：,G、,均不随高度变化时，植被冠层零、单次反射率：,植被冠层反射率 R=R,0,+R,1,+R,m,第二章 植被遥感模型,遥 感 物 理,第三节 冠层反射率模型辐射传输模型,Canopy Reflectance(CR)Model,Radiance Transfer Model,2.3.1,冠层反射率模型,2.3.2,植被辐射传输中常用参数,2.3.3,植被辐射传输方程及解,2.3.4,NilsonKuusk模型,不 考,第三章 土壤和冰雪遥感,遥 感 物 理,第一节 土壤二向反射特性,3.1.1,几何光学模型,3.1.2,辐射传输模型,3.1.3 经验模型,第三章 土壤和冰雪遥感,遥 感 物 理,第一节 土壤二向反射特性,3.1.1,几何光学模型,3.1.2,辐射传输模型,3.1.3 经验模型,第三章 土壤和冰雪遥感,遥 感 物 理,第一节 土壤二向反射特性,3.1.1,几何光学模型,3.1.2,辐射传输模型,3.1.3 经验模型,总结,土壤表面粗糙度,Cierniewski模型,密实散射体,相干后向散射,Hapke模型,Walthall模型,第三章 土壤和冰雪遥感,遥 感 物 理,第二节 土壤与植被的偏振特性,3.2.1,偏振基本概念,3.2.2,偏振测量结果与分析,总结,研究偏振要考虑电磁波的波动性,电磁波波动可以分解为X分量和Y分量，根据截面形状定义3种偏振形态，即：,椭圆偏振、线偏振、圆偏振,混合波分为：,自然光偏振度为0,部分偏振光偏振度介于0和1之间,斯托克斯参数是用来描述电磁波偏振特性的,