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1、1定量遥感技术与应用定量遥感技术与应用定量遥感技术与应用定量遥感技术与应用后续课程学习内容后续课程学习内容后续课程学习内容后续课程学习内容遥感物理基础（电磁波与介质）遥感物理基础（电磁波与介质）辐射传输（微分形式）辐射传输（微分形式）辐射传输方程（方程求解）辐射传输方程（方程求解）典型地物分析模型典型地物分析模型红外定量遥感模型红外定量遥感模型微波辐射模型（微波辐射模型（VRT）冠层反射率模型冠层反射率模型冠层反射率模型冠层反射率模型 叶片光学特性模型叶片光学特性模型叶片光学特性模型叶片光学特性模型 生化组分遥感反演生化组分遥感反演生化组分遥感反演生化组分遥感反演 土壤二向反射特性土壤二向反射
2、特性土壤二向反射特性土壤二向反射特性 水色模型水色模型水色模型水色模型1/27第二章第二章 遥感物理基础遥感物理基础 武汉大学遥感信息工程学院武汉大学遥感信息工程学院龚龚 龑龑定量遥感技术与应用定量遥感技术与应用3第二章第二章第二章第二章 遥感物理基础遥感物理基础遥感物理基础遥感物理基础2.1 2.1 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 2.2 2.2 电磁波与介质的相互作用电磁波与介质的相互作用电磁波与介质的相互作用电磁波与介质的相互作用 2.3 2.3 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 2.4 2.4 遥
3、感数据定标遥感数据定标遥感数据定标遥感数据定标4一、预备知识一、预备知识一、预备知识一、预备知识立体角立体角立体角立体角波段响应函数波段响应函数波段响应函数波段响应函数冲击函数冲击函数冲击函数冲击函数5武汉大学预备知识预备知识 立体角是球坐标系中重要的度量参数之一，其定义为球面对球心的张角，即=/r=/r2 2，立体角单位为球面度球面度Sr(steradians)。整个球面对球心所张立体角为整个球面对球心所张立体角为4，半球对球心，半球对球心所张立体角为所张立体角为2。定量遥感中也常用指代方向，如方向等，即与初始方向夹角为 的某三维计量的方向。微分立体角元：微分立体角元：d d=d/r=d/r
4、2 2=dcosd=dcosd=sindd=sindd a 立体角立体角6微分立体角微分立体角d展开展开沿经线边长：沿经线边长：沿经线边长：沿经线边长：r dr d ；沿纬线边长：沿纬线边长：沿纬线边长：沿纬线边长：r sinr sin d d 因此：因此：因此：因此：d=r2 sinsin d d d d d d=d/r=d/r2 2=sindd=sindd rd预备知识预备知识d d 7 b b 波段响应函数波段响应函数波段响应函数波段响应函数 波段响应函数波段响应函数波段响应函数波段响应函数()是遥感器的固有参数。仪是遥感器的固有参数。仪是遥感器的固有参数。仪是遥感器的固有参数。仪器出厂
5、时，厂家会给出遥感器各器出厂时，厂家会给出遥感器各器出厂时，厂家会给出遥感器各器出厂时，厂家会给出遥感器各个波段的响应个波段的响应个波段的响应个波段的响应函数曲线函数曲线函数曲线函数曲线.在遥感器运行过程中，随着仪器的磨损，在遥感器运行过程中，随着仪器的磨损，在遥感器运行过程中，随着仪器的磨损，在遥感器运行过程中，随着仪器的磨损，包括波段响应函数在内的许多光学参数都可能包括波段响应函数在内的许多光学参数都可能包括波段响应函数在内的许多光学参数都可能包括波段响应函数在内的许多光学参数都可能发生变化。发生变化。发生变化。发生变化。预备知识预备知识8 遥感器的某一波段可以探测一段波谱范围的信号，遥感
6、器的某一波段可以探测一段波谱范围的信号，遥感器的某一波段可以探测一段波谱范围的信号，遥感器的某一波段可以探测一段波谱范围的信号，例如例如例如例如MODIS 32MODIS 32通道可以感应通道可以感应通道可以感应通道可以感应11.77-12.2711.77-12.27 mm的信号。的信号。的信号。的信号。例：例：例：例：MODIS 32MODIS 32（11.77-12.2711.77-12.27 mm）波段响应函数）波段响应函数）波段响应函数）波段响应函数 b b 波段响应函数波段响应函数波段响应函数波段响应函数预备知识预备知识9 理想的遥感器应该是理想的遥感器应该是理想的遥感器应该是理想的
7、遥感器应该是“方波方波方波方波”，即对小于，即对小于，即对小于，即对小于11.7711.77 mm，大于大于大于大于12.2712.27 mm的波谱信号响应度为的波谱信号响应度为的波谱信号响应度为的波谱信号响应度为0 0，而在两者之间的信，而在两者之间的信，而在两者之间的信，而在两者之间的信号响应度为号响应度为号响应度为号响应度为1 1。1 111.7711.7712.2712.27 0 0理想的遥感器（以理想的遥感器（以理想的遥感器（以理想的遥感器（以MODIS 32MODIS 32为例）为例）为例）为例）但是限于工艺水平，制作时只能尽量接近但是限于工艺水平，制作时只能尽量接近但是限于工艺水
8、平，制作时只能尽量接近但是限于工艺水平，制作时只能尽量接近“方波方波方波方波”，实际的遥感器波段响应均有一定误差。，实际的遥感器波段响应均有一定误差。，实际的遥感器波段响应均有一定误差。，实际的遥感器波段响应均有一定误差。b b 波段响应函数波段响应函数波段响应函数波段响应函数预备知识预备知识10 波段响应函数表征了遥感器的某一波段对各个波段响应函数表征了遥感器的某一波段对各个波段响应函数表征了遥感器的某一波段对各个波段响应函数表征了遥感器的某一波段对各个精精精精细的电磁波谱的感应程度细的电磁波谱的感应程度细的电磁波谱的感应程度细的电磁波谱的感应程度。因此在很多涉及到光谱转。因此在很多涉及到光
9、谱转。因此在很多涉及到光谱转。因此在很多涉及到光谱转换的工作中，应该利用波段响应函数对待求参数进行换的工作中，应该利用波段响应函数对待求参数进行换的工作中，应该利用波段响应函数对待求参数进行换的工作中，应该利用波段响应函数对待求参数进行加权平均。加权平均。加权平均。加权平均。Exp1.Exp1.求算波段的等效中心波长：求算波段的等效中心波长：求算波段的等效中心波长：求算波段的等效中心波长：公式公式公式公式1 1：正确公式：正确公式：正确公式：正确公式：b b 波段响应函数波段响应函数波段响应函数波段响应函数预备知识预备知识11Exp2 Exp2 将地面光谱仪测试的一系列窄波段数据拟合将地面光谱
10、仪测试的一系列窄波段数据拟合将地面光谱仪测试的一系列窄波段数据拟合将地面光谱仪测试的一系列窄波段数据拟合到某一遥感器波段数据到某一遥感器波段数据到某一遥感器波段数据到某一遥感器波段数据 该工作主要为了方便该工作主要为了方便该工作主要为了方便该工作主要为了方便地面波谱测试数据与遥感数地面波谱测试数据与遥感数地面波谱测试数据与遥感数地面波谱测试数据与遥感数据的对比据的对比据的对比据的对比，也可以应用于高光谱数据与，也可以应用于高光谱数据与，也可以应用于高光谱数据与，也可以应用于高光谱数据与TMTM、NOAANOAA等宽波段数据的对比。等宽波段数据的对比。等宽波段数据的对比。等宽波段数据的对比。窄波
11、段数据可以假设为方波，假设光谱仪测试窄波段数据可以假设为方波，假设光谱仪测试窄波段数据可以假设为方波，假设光谱仪测试窄波段数据可以假设为方波，假设光谱仪测试的反射率数据为的反射率数据为的反射率数据为的反射率数据为()，则拟合到具有响应函数，则拟合到具有响应函数，则拟合到具有响应函数，则拟合到具有响应函数()的的的的某一宽波段上的反射率为：某一宽波段上的反射率为：某一宽波段上的反射率为：某一宽波段上的反射率为：b b 波段响应函数波段响应函数波段响应函数波段响应函数预备知识预备知识12Exp3 Exp3 计算某一遥感器计算某一遥感器计算某一遥感器计算某一遥感器波段波段波段波段的太阳辐射的太阳辐射
12、的太阳辐射的太阳辐射 由于遥感器接收的是地物的辐射亮度，因此该由于遥感器接收的是地物的辐射亮度，因此该由于遥感器接收的是地物的辐射亮度，因此该由于遥感器接收的是地物的辐射亮度，因此该工作主要用于推导某一遥感器波段上的地物反射率。工作主要用于推导某一遥感器波段上的地物反射率。工作主要用于推导某一遥感器波段上的地物反射率。工作主要用于推导某一遥感器波段上的地物反射率。反射率定标过程中离不开这一方法。假设已知反射率定标过程中离不开这一方法。假设已知反射率定标过程中离不开这一方法。假设已知反射率定标过程中离不开这一方法。假设已知太阳辐射分布太阳辐射分布太阳辐射分布太阳辐射分布F F0 0()，则在具有
13、响应函数则在具有响应函数则在具有响应函数则在具有响应函数()的某一波的某一波的某一波的某一波段上的太阳辐射为：段上的太阳辐射为：段上的太阳辐射为：段上的太阳辐射为：b b 波段响应函数波段响应函数波段响应函数波段响应函数 以上三个例子中的积分式以上三个例子中的积分式以上三个例子中的积分式以上三个例子中的积分式在数值运算时都可以用加法替在数值运算时都可以用加法替在数值运算时都可以用加法替在数值运算时都可以用加法替代，上下限可以用给出的代，上下限可以用给出的代，上下限可以用给出的代，上下限可以用给出的()的上下限替代，的上下限替代，的上下限替代，的上下限替代，d d 用用用用（即（即（即（即 函数
14、中的每一小段波长间隔）函数中的每一小段波长间隔）函数中的每一小段波长间隔）函数中的每一小段波长间隔）替代。替代。替代。替代。预备知识预备知识13 b b 冲击冲击冲击冲击(激激激激)函数函数函数函数（Impulse FunctionImpulse Function）冲击函数冲击函数冲击函数冲击函数 是是是是狄拉克狄拉克狄拉克狄拉克最初提出并定义的，所以又最初提出并定义的，所以又最初提出并定义的，所以又最初提出并定义的，所以又称狄拉克函数。在信号处理中被广泛应用，反映一种称狄拉克函数。在信号处理中被广泛应用，反映一种称狄拉克函数。在信号处理中被广泛应用，反映一种称狄拉克函数。在信号处理中被广泛应
15、用，反映一种持续时间极短、函数值极大的信号类型。持续时间极短、函数值极大的信号类型。持续时间极短、函数值极大的信号类型。持续时间极短、函数值极大的信号类型。在定量遥感中通常用来描述物理量只在某一个方在定量遥感中通常用来描述物理量只在某一个方在定量遥感中通常用来描述物理量只在某一个方在定量遥感中通常用来描述物理量只在某一个方向上存在，以向上存在，以向上存在，以向上存在，以(,)表示。表示。表示。表示。变量？变量？变量？变量？常量？常量？常量？常量？预备知识预备知识14此时冲击函数单位为球面度此时冲击函数单位为球面度此时冲击函数单位为球面度此时冲击函数单位为球面度SrSr的倒数，具有性质：的倒数，
16、具有性质：的倒数，具有性质：的倒数，具有性质：积分结果得到了函数积分结果得到了函数积分结果得到了函数积分结果得到了函数 A(A()在在在在 方向（冲击方向）方向（冲击方向）方向（冲击方向）方向（冲击方向）的函数值，即将该函数在该方向的值抽取出来，因此的函数值，即将该函数在该方向的值抽取出来，因此的函数值，即将该函数在该方向的值抽取出来，因此的函数值，即将该函数在该方向的值抽取出来，因此称为抽样特性。称为抽样特性。称为抽样特性。称为抽样特性。冲击函数具有抽样特性。设某函数冲击函数具有抽样特性。设某函数冲击函数具有抽样特性。设某函数冲击函数具有抽样特性。设某函数 A(A()与冲击函与冲击函与冲击函与冲击函数相乘，并对数相乘，并对数相乘，并对数相乘，并对 4 4 空间积分，则有空间积分，则有空间积分，则有空间积分，则有：b b 冲击冲击冲击冲击(激激激激)函数函数函数函数（Impulse FunctionImpulse Function）预备知识预备知识15二、描述辐射的基本物理量二、描述辐射的基本物理量二、描述辐射的基本物理量二、描述辐射的基本物理量 辐射能量辐射能量辐射能量辐射能量 辐射
