遥感反演课程_第四节_反照率
遥感数字图像处理_地表反射率、温度的反演以及植被指数的计算
操作方法及过程1、使用ENVI对landsat 7 ETM+原始数据进行辐射定标：①对1、2、3、4、5、7波段进行辐射定标。
利用ENVI中的File |Open External File |Landsat Geo TIFF with MetaData加载威武市Landsat ETM+原始影像数据中的_MTL文件，再利用Basic Tools |Preprocessing |Calibration Utilities |Landsat Calibration 在弹出的对话对话框中选择包含1、2、3、4、5、7波段的_MTL文件，将Calibration Type选为Radiance，然后选择输出路径保存为radiance。
②对61和62波段进行辐射定标。
步骤和上面的一样，只是选择输入文件时为包含61和62波段的_MTL文件，将结果保存为radiance_band6。
2、将BSQ格式的影像数据转化为BIL：利用Basic Tools |Convert Data，弹出对话框中选择Radiance，Output Interleave中选择BIL，选择输出路径保存为radiance_BIL。
3、使用FLAASH大气辐射校正模型进行地表反射率的计算：①利用Spectral |FLASSH弹出大气校正模型参数设置窗口如下：分别按照以上所示的内容进行参数设置，将输入文件设为radiance_BIL，输出文件设为flassh，设置Scene Center Location时，打开原始影像在头文件中找到行和列，算出中心行和列，利用Pixel Locator工具找到中心点的经纬度。
将Sensor Type设为Landsat TM7。
设置Ground Elevation时，利用裁剪工具在亚洲幅SRTM DEM影像数据中裁剪该地区的DEM数据，再用统计功能算出高程的平均值为2058m。
在头文件中找到Flight Data：1999年8月10日，Flight Time GTM:3时36分39秒。
反照率
行星
由于行星表面物质和结构的不同特点，行星表面反射太阳辐射的能力也不同，反射能力通常用反照率 (albedo)来衡量。美国天文学家邦德(George Phillips Bond，1825—1865)将天体反射的电子辐射与照射到该 天体的总电子辐射之比用来衡量天体的反射特性，后来该系数被称为邦德反射率，在不引起混淆的前提下，简称 反照率。对于太阳系天体而言，反照率是指天体反射的源于太阳的电子辐射与照射到该天体的总电子辐射之比。 由于太阳向外辐射的能量主要集中在可见光波段，所以太阳系天体的邦德反照率主要反映了天体对太阳可见光频 段能量的反射性能。邦德反照率的取值范围为[0,1]，其最初应用于球面天体，后来也推广到不规则物体表面。 另外一个使用较多的反照率是几何反照率。几何反照率是在零相位角方向的真实亮度与同一截面上一个理想的扁 平、全反射面的亮度之比。同一天体的几何反射率往往高于邦德反射率。
几何反射率p和邦德反射率A有如下关系：A=p·q
式中，
相位角α是辐射源-反射目标方向与观测点-反射目标方向之间的夹角。I（α）是相位角方向的散射流量，I （0）为0度相位角方向的散射流量。
谢谢观看Leabharlann 地表地表反照率概念
地表反照率是遥感反演中的第一重要参数，在概念上，反照率(Albedo)是对某表面而言的总的反射辐射通量 与入射辐射通量之比。在一般应用中是指一个宽带，如太阳光谱段(0.3~4.0μm)。对多波段遥感的某个谱段而言， 称为谱反照率(spectralAlbedo)。这都是指向整个半球的反射。对某波段向一定方向的反射，则称为反射率 (Reflectance)。地表反照率(Surface Albedo)是反映地表对太阳短波辐射反射特性的物理参量;
基本概念
它的定义是天体表面全部被照明的部分向各个方向散射的光流φ与入射到该天体表面的光流φ0之比：
遥感数字图像处理_地表反射率、温度的反演以及植被指数的计算
操作方法及过程1、使用ENVI对landsat 7 ETM+原始数据进行辐射定标：①对1、2、3、4、5、7波段进行辐射定标。
利用ENVI中的File |Open External File |Landsat Geo TIFF with MetaData加载威武市Landsat ETM+原始影像数据中的_MTL文件，再利用Basic Tools |Preprocessing |Calibration Utilities |Landsat Calibration 在弹出的对话对话框中选择包含1、2、3、4、5、7波段的_MTL文件，将Calibration Type选为Radiance，然后选择输出路径保存为radiance。
②对61和62波段进行辐射定标。
步骤和上面的一样，只是选择输入文件时为包含61和62波段的_MTL文件，将结果保存为radiance_band6。
2、将BSQ格式的影像数据转化为BIL：利用Basic Tools |Convert Data，弹出对话框中选择Radiance，Output Interleave中选择BIL，选择输出路径保存为radiance_BIL。
3、使用FLAASH大气辐射校正模型进行地表反射率的计算：①利用Spectral |FLASSH弹出大气校正模型参数设置窗口如下：分别按照以上所示的内容进行参数设置，将输入文件设为radiance_BIL，输出文件设为flassh，设置Scene Center Location时，打开原始影像在头文件中找到行和列，算出中心行和列，利用Pixel Locator工具找到中心点的经纬度。
将Sensor Type设为Landsat TM7。
设置Ground Elevation时，利用裁剪工具在亚洲幅SRTM DEM影像数据中裁剪该地区的DEM数据，再用统计功能算出高程的平均值为2058m。
在头文件中找到Flight Data：1999年8月10日，Flight Time GTM:3时36分39秒。
遥感反演及遥感数据产品的生产过程课件PPT
消除大气辐射的影响，恢复大气下界的地面反射率或者地面辐射亮度
未知数：７个通道的发射率、昼夜两个地表温度、昼夜两套大气等效辐射温度和水汽含量
大气水汽含量
经验公式、查找表
L L 例子：GLASS叶面积指数产品生产线
数据信息＋已知参数＋先验约束
toa
0
建立440纳米处地表反射率、气溶胶类型、气溶胶光学厚度、太阳角度、观测角度等自变量与TOA反射率的查找表。
解决病态反演问题的办法，一是扩充信息源，比如综合 使用多源遥感数据或地面观测资料，引入先验知识；二 是控制信息分配，让有限的观测信息尽量分配到目标参 数，抑制反演过程中的误差传播。
4
1. 遥感反演概述
1.3 常见的几种遥感反演方法 经验回归
例如逐步多元回归、神经元
公式推导及线性反演
简化、线性化 ；例如大气校正公式、分裂窗
模型 通过地面观测或者较高质量的遥感产品获得统计知识
这里讨论的是狭义的辐射畸变，即传感器自身特点引起的图像缺陷
大气水汽含量
经验公式、查找表
广泛用于大气、地表、叶片
人工抽查的质量检查方法
例子：GLASS叶面积指数产品生产线
传感器缺陷、地形和光照条件的变化、大气的吸收和散射
遥感反演信息量缺乏问题的解决方法
2
1. 遥感反演概述
1.1 什么是遥感反演
正演
物理参数 遥感信号
3
反演
1. 遥感反演概述
1.2 遥感反演问题的本质和科学问题
遥感的本质是反演，而从反演的数学来源讲，反演研究 所针对的首先是数学模型。……，首先要解决的问题是对 地表遥感像元信息的地学描述。
但陆地遥感反演的根本问题在于定量遥感往往需要用少 量观测数据估计非常复杂的地表系统的当前状态，本质 上是一个病态反演问题。
青藏高原地表月平均反照率的遥感反演
年 代 ，陈 隆 勋 等 ｌ ５就 分 析 计 算 了 青 藏 高 原 地 表 反 ＿ １ ４ ， 照 率 的分 布 。此 后 ，谢 贤群 应 用 青 藏 高 原 气 象 科 学 试 验 资 料 也 对 青 藏 高 原 反 照 率 的 分 布 作 过 系 统 的
维普资讯
第 ２ １巷 第 ： 期
＇ ０ 年 ６月 ２ ＇ ０ ２
高 原 气 象
ＰＩＡ Ｔ ＥＡ Ｕ Ｆ Ｔ Ｅ（ Ｒ（ Ｉ（ Ｇ Ｙ Ｍ ） ） ）
ｖ ０１ １１ ．
Ｎ ０． ３
Ｊ Ｉｃ Ｏ ７ Ｉ １ ，２ ０ Ｉ
文 章 编 号 ：１ ０ — ５ ４（ ０ ２ ０ — ２ ３ ０ ０ ００ ３ ２ ０ ） ３０ ３ — ５
障 ，地 形 极 其 复 杂 ，气 象 要 素 日变 化 很 大 。 作 为一 个 特 殊 的 地 理 类 型 ，青 藏 高 原 的 热 力 作 用 十 分 显
著 ，同 时 也 对 全 球 气 候 影 响极 为 重 要 。在 夏 季 ，青 藏 高 原 总 体 上 相 对 于 四周 自由 大气 起 着 强 大 的 热 源 作 用 ；在 冬 季 ，高 原 的 东 南 部 也 是 一 个 热 源 ，而 在 西 部 和 东 北 部 是 冷 源 还 是 热 源 尚未 定 论 。青 藏 高原 的 热 力 状 况 对 中 国一 些 重 大 天 气 系 统 的生 成 以及 全 球 气 候 变 化 有 十分 重 要 的影 响 ｑ］ 。 我 国学 者 对 青 藏 高 原 的研 究 起 步 较 早 ，而 地 表
等 应 用 青 藏 高 原 各 别 观 测 点 和 各 别 日期 的 地表 和
收 稿 日期 ：２ ０ — ８ ２ ０ ０ ０ — ２；改 回 日期 ：２ ０ — ｌ Ｏ ０ ０ １ —７
从车载遥感观测数据中提取太阳辐射下的地表反照率
从车载遥感观测数据中提取太阳辐射下的地表反照率地表反照率是表征地表反射特性的重要量化指标之一，它表示地表反射辐射能力的大小，通常用反照率值来表示。
反照率主要受到地表覆盖类型、覆盖度、地物结构、季节、天气以及观测时间等多方面因素的影响，因此准确测算地表反照率的方法对于研究气候变化、地表模拟模型等方面具有重要意义。
近年来，遥感技术的迅速发展使得通过遥感观测的手段来获取地表反照率数据变得越来越简单和方便。
在车载遥感技术方面，由于车载观测系统具有高精度、高分辨率、高效率等特点，因此在进行大面积、高分辨率地表反照率观测方面具有天然的优势。
而在车载遥感观测数据中，太阳辐射是非常重要的一种测量指标。
通过太阳辐射数据，我们可以得知遥感系统捕捉地表反射辐射的评估标准，从而为后续地表反照率数据处理提供准确的基础数据。
因此，在车载遥感观测数据中提取太阳辐射下的地表反照率也成为了当前遥感数据处理中极具研究价值的一个领域。
具体来说，车载遥感数据中提取太阳辐射下的地表反照率可以通过基于物理原理和统计学方法两种方式实现，下面简要介绍一下这两种方法的特点。
基于物理原理的方法是运用遥感物理学原理，利用遥感卫星在不同波段的反射率变化规律和地表特征之间的关系来推算地表反照率。
这种方法需要对目标地表进行反射率特性的测量和野外光谱数据的红外波段分析，具有可靠性高、准确性高、信息量丰富等优点。
统计学方法则是在物理原理方法的基础上，运用随机变量理论中的统计分布函数、参数估计、假设检验等数学知识，对遥感数据进行处理和分析，直接从遥感数据中估算地表反照率。
这种方法不需要对地物进行详细的反射率特性测量，但准确性相对物理原理方法略有下降。
不过需要注意的是，任何提取地表反照率的方法都要考虑遥感系统的特点和遥感数据的特征，否则会影响到提取结果的准确性。
因此，在提取太阳辐射下的地表反照率时，需要考虑对比分析不同遥感系统、不同遥感数据来源的数据特征和提取方法，以选择最适合的方法，确保提取结果的准确性。
遥感技术与应用-04遥感图像校正ppt课件
第四章 遥感图像校正
2018/11/26
2
内容简介
遥感图像的辐射畸变 (Radiometric Distortion)
遥感图像的辐射校正 (Correction of Radiometric Distortion)
遥感图像的几何畸变 (Geometric Distortion)
般很难得到这些数据。
波谱测试回归分析法：需要到野外进行与陆地卫星 同步的一致测试。
2018/11/26
8
辐射校正
波段对照法:直方图最小值去除法和回归分析法
直方图最小值去除法
直方图：以统计图的形式表示图像亮度值与像素数之间的关系。在 二维坐标系中，横坐标代表图像中像素的亮度纵坐标代表每一亮度
扫描角越大时，光线路径越长，大气衰减越严重。星（机）下 点位置的地物辐射信息的光线路径最短，大气衰减所产生的影
响也最小。因此辐射量失真最小。
光电变换系统的特性引起的畸变：传感器的光谱响应特性和传 感器的输出有直接的关系。在扫描方式的传感器中，传感器接
收系统收集到的电磁波信号需经光电转换系统变成电信号记录
遥感图像的几何校正 (Correction of Geometric Distortion)
遥感图像配准 (Image Registration)
2018/11/26
3
遥感图像的辐射畸变
辐射畸变：图像数据中各种辐射亮度的失真；
引起辐射畸变的因素
大气层对辐射的影响：进入大气的太阳辐射会发生
反射、折射、吸收、散射和透射。其中对传感器接
或亮度间隔的像素数占总像素数的百分比。
遥感反演课程_第四节_反照率
常见的地表反照率遥感算法 全球反照率产品及其特点 地表反照率研究展望
3
1. 地表反照率的研究意义
1.1 什么是地表反照率
1.2 地表反照率与全球变化
4
1.1 什么是反照率？
反照率通常是指物体反射太阳辐射与该 物体表面接收太阳总辐射的两者比率或 分数度量，也就是指反射辐射与入射总 辐射的比值。(维基百科)
16
2.2 地表的波谱特性和特点
窄波段反照率向宽波段反照率的转换及其原理 转换公式
A c0 ci i
i 1 n
1. 大气下行辐射的波谱分布规律 2. 地物波谱在不同波段的自相关性
主成分分析表明连续的地物波谱的绝大部分信息都可以 由少数几个主成分表达 经过挑选的若干特征窄波段反射率基本就能反映出整个 波谱曲线的形状，因而能够用于估算宽波段反照率
5
1.1 什么是反照率？
不同学科中的反照率
天文学：行星反射率,它包括地面、云和各种大 气成分对太阳辐射的反射能力及其总和 气候学：物体对太阳辐射的反射能力，因光线的 入射角和波长而不同，气候学研究的是太阳辐 射的全波段 遥感科学：宽波段反照率、窄波段反照率、直射 （黑空）反照率、漫射（白空）反照率 单次散射反照率：（辐射传输方程中）微粒对光 线散射的反射部分与反射与吸收之和的比值
18
2.3 地表的二向反射特性
地表的二向反射的基本物理过程
19
2.3 地表的二向反射特性
BRDF的简化替代量——BRF（二向反射因子）
BRF是最接近BRDF的可测量物理量，其定义为直射光入射条件下，某一 观测方向上目标反射的辐射亮度与假定该目标被一理想漫反射表面代替 时反射的辐射亮度之间的比值。
遥感反演课程第四节反照率
大气层顶 方向反射率
地表 白空反照率
地表 二向反射率
晴空的大气层顶反射率与地表反照率之间有确定的函数关 系，气溶胶和水汽是主要变化因子
有云的情况下，大气层顶反照率主要受云影响，数值通常
Fd()
反照率表
地表能量平衡方程：
R n R n s R n l ( 1 ) F d s F d lT 4
反照率
下行短波辐射 下行长波辐射
地表发射率
地表温度
5
1.1 什么是反照率？
不同学科中的反照率
天文学：行星反射率,它包括地面、云和各种大 气成分对太阳辐射的反射能力及其总和
24
2.3 地表的二向反射特性
窄波段地表反照率和二向反射的关系
二向反射分布函数
fr(i,i;r,r;)d dE Lri(( ii,, ii;; r r,, r r;; ))
方向-半球反射率（DHR）
D H R (i,i;2 ) d d r ( i( i,i, i;2 i)) 2 0 0 /2 fr (i,i;r ,r ) s i n r c o sr d r d r
漫射半球-半球反射率（BHR_diff）
B H R _ d i f f ( 2 ;2 ) d d r ( 2 i( 2 ;2 )) 2 0 0 / 2(i,i;2 ) s i n ic o sid id i
半球-半球反射率（BHR）
22
2.3 地表的二向反射特性
反映地表的二向反射的照片
Photograph by Don Deering
23
2.3 地表的二向反射特性
反映地表的二向反射的照片
地表反射率、表观反射率和反照率
地表反射率、表观反射率和反照率遥感反射率的定义：地物表⾯反射能量与到达地物表⾯的⼊射能量的⽐值。
遥感表观反射率的定义：地物表⾯反射能量与近地表太阳⼊射能量的⽐值。
⼤⽓校正就是将辐射亮度或者表观反射率转换为地表实际反射率，⽬的是消除⼤⽓散射、吸收、反射引起的误差。
1、反射率（Reflectance）：是指任何物体表⾯反射阳光的能⼒。
这种反射能⼒通常⽤百分数来表⽰。
⽐如说某物体的反射率是45%，这意思是说，此物体表⾯所接受到的太阳辐射中，有45%被反射了出去。
2、地表反射率（surface albedo）：地⾯反射辐射量与⼊射辐射量之⽐，表征地⾯对太阳辐射的吸收和反射能⼒。
反射率越⼤，地⾯吸收太阳辐射越少；反射率越⼩，地⾯吸收太阳辐射越多。
3、表观反射率（apparent reflectance ）：表观反射率就是指⼤⽓层顶的反射率,辐射定标的结果之⼀，⼤⽓层顶表观反射率，简称表观反射率，⼜称视反射率（=地表反射率+⼤⽓反射率。
所以需要⼤⽓校正为地表反射率）。
“5S”和“6S”模型输⼊的是表观反射率⽽MODTRAN模型要求输⼊的是辐射亮度。
4、⾏星反射率（planetary albedo）：从⽂献“⼀种实⽤⼤⽓校正⽅法及其在ＴＭ影像中的应⽤”中看到“卫星所观测的⾏星反射率（未经⼤⽓校正的反射率）”；在“基于地⾯耦合的TM影像的⼤⽓校正-以珠江⼝为例”⼀⽂有“该⽂应⽤1998年的LANDSAT5 TM影像,对原始数据进⾏定标、辐射校正,求得地物的⾏星反射率”。
因此⾏星反射率就是表观反射率。
5、反照率（albedo）：反照率是指地表在太阳辐射的影响下，反射辐射通量与⼊射辐射通量的⽐值。
它是反演很多地表参数的重要变量，反映了地表对太阳辐射的吸收能⼒。
它与反射率的概念是有区别的：反射率（reflectance)是指某⼀波段向⼀定⽅向的反射，因⽽反照率是反射率在所有⽅向上的积分；反射率是波长的函数，不同波长反射率不⼀样，反照率是对全波长⽽⾔的。
辐射定标(像元亮度值,辐射亮度亮温)、表观反射率、地表反射率、反照率、比辐射率
环境一号卫星光学数据绝对定标环境一号卫星光学数据的遥感器校正分为绝对定标和相对辐射定标。
对目标作定量的描述，得到目标的辐射绝对值。
要建立传感器测量的数字信号与对应的辐射能量之间的数量关系，即定标系数，在卫星发射前后都要进行。
卫星发射前的绝对定标是在地面实验室或实验场，用传感器观测辐射亮度值已知的标准辐射源以获得定标数据。
卫星发射后，定标数据主要采用敦煌外场测量数据，此值一般在图像头文件信息中可以读取。
以下两表为敦煌场地测定的绝对定标数据。
表HJ 1A/B星绝对辐射定标系数（DN/W⋅m-2⋅sr-1⋅μm-1）利用绝对定标系数将DN值图像转换为辐亮度图像的公式为：L=DN/coe式中coe为绝对定标系数，转换后辐亮度单位为W⋅m-2⋅sr-1⋅μm-1。
由于以上定标系数为敦煌场采用单点法对中等反射率目标（戈壁）测定的结果，因此对于太阳反射光谱波段，建议针对中等反射率地物采用上面提供的绝对辐射定标系数。
对于HJ1B的红外相机，近红外波段绝对定标系数为4.2857，短波红外波段绝对定标系数为18.5579。
定标公式同前。
HJ-1B红外相机热红外通道绝对辐射定标系数为：增益53.473，单位：DN/（W⋅m-2⋅sr-1⋅μm-1）；截距26.965，单位：DN。
利用绝对定标系数将DN值图像转换为辐亮度图像的公式为L=（DN-b）/coe，式中coe为绝对定标系数的增益，b为截距，转换后辐亮度单位为W⋅m-2⋅sr-1⋅μm-1。
HJ1B红外相机中红外波段则条带较为严重，不利于定量化应用。
遥感数字图像遥感数字图像是以数字形式记录的二维遥感信息，即其内容是通过遥感手段获得的，通常是地物不同波段的电磁波谱信息。
其中的像素值称为亮度值（或称为灰度值、DN值）。
遥感概念DN值（Digital Number ）是遥感影像像元亮度值，记录的地物的灰度值。
无单位，是一个整数值，值大小与传感器的辐射分辨率、地物发射率、大气透过率和散射率等有关。
遥感反演方法
遥感反演方法嘿，咱今儿个就来唠唠遥感反演方法。
遥感反演啊，就像是给地球做了一次全面的“体检”！你想啊，咱们没办法直接钻进地球里面去看看各种情况吧，那咋办呢？这时候遥感反演就派上大用场啦！它就好像是一双超级厉害的“眼睛”，能够透过层层云雾和距离，看到地球表面和大气层的各种信息。
比如说，通过遥感反演，我们能知道哪里的植被长得好，哪里的土地可能有点问题。
这就好比你远远地看一片树林，就能大概猜到这片树林是生机勃勃呢，还是有点蔫了吧唧的。
遥感反演方法有很多种呢，每种都有它独特的用处。
就好像我们有不同的工具来应对不同的任务一样。
有的方法擅长测量温度，有的擅长分析化学成分，还有的能把地形地貌给描绘得清清楚楚。
那这些方法是怎么做到的呢？其实啊，它们就像是一群聪明的小侦探，通过接收从地球反射回来的各种信号，然后经过一系列复杂的计算和分析，最终得出我们想要的结果。
这过程可不简单呐，就跟你解一道超级难的数学题似的。
比如说，我们想知道某个地方的土壤湿度。
遥感仪器就会发射出一些信号，这些信号碰到土壤后会反射回来，然后遥感反演方法就开始工作啦，根据反射回来的信号特征，就能推算出土壤的湿度啦！是不是很神奇？而且啊，遥感反演方法还在不断发展和进步呢！就跟我们人一样，要不断学习和成长。
随着科技的进步，它们能获取的信息越来越多，分析得也越来越准确。
想想看，以后我们对地球的了解能更加深入和全面，那该多好啊！我们可以更好地保护地球，更好地利用地球的资源。
这遥感反演方法，不就是我们探索地球的得力小助手嘛！总之呢，遥感反演方法是个非常重要且有趣的东西。
它就像一把神奇的钥匙，能打开我们了解地球的大门。
我们可不能小瞧了它呀，说不定未来它还会给我们带来更多的惊喜呢！你说是不是？。
地表反照率反演
几何光学模型
• 几何光学模型从植株等宏观个体入手，将 地面目标假定为一定形状的几何体，引入 四个分量的概念，根据该四个参数在不同 光照和观测条件下的几何光学关系建立二 向反射分布模型。 • 几何光学模型能够解释热点现象，且能够 较好地描述稀疏林地的二向性反征。
计算机模拟模型
计算机模拟模型基本可分为两类: • 一是蒙特卡洛方法与辐射传输思想相结合的模拟 模型； • 另一种所谓的“真实结构模型“，这类模拟基于 计算机图形学产生植被的真实结构，并利用光子 追踪法或辐射通量法来计算植被的反射。 • 其最大的优点是逼真，理论上可以模拟任何植被 结构。 • 计算机模拟的方法可以作为验证其它模型或探索 新的解析近似的工具，但在目前很难应用于实际 的反演。
物理模型
• 物理模型是根据物理学原理建立的模型， 由于模型的参数具有明确的物理含义，得 到了全面深入的研究，是目前二向反射率 反演研究的重点。 物理模型分为： • 辐射传输模型 • 几何光学模型 • 计算机模拟模型。
辐射传输模型
• 辐射传输模型描述基于混浊介质中电磁波 的散射机理，在大气散射等研究中很大成 功。 • 但是该类模型的一个基本假设是冠层可以 近似分解为无限大的水平均匀的薄层，每 一层中的植被单元可以当作小的吸收和散 射微片，本质上忽略了植被的结构特征。 • 较适合于对草地、农作物和密林的描述， 而对植株分布不均匀的疏林则效果较差。
• 绝大部分地物在不同的入射光角度和观测 角度下其反射率不同，且不同地物的二向 反射性质也有所差异。所以，反演地表反 照率，必解决地表覆盖类型及各覆盖类型 的二向反射模型问题。对于平原地区，影 响地物二向反射率性质最重要的因素是植 被，所以植被的二向性反射模型是反照率 反演的基础。
二向性反射模型
LAI与FAPAR反演定量遥感精品课程班讲课文档
• grasses & cereals
• shrubs
• broadleaf crops • savanna
• broadleaf forest • needle forest
对欧洲的植被状况的FAPAR产品算法。
基于：连续植被冠层模型（ Gobron et al., 1997） 6S模型模拟陆地表面特征 （Vermote et al., 1997）
第十九页，共47页。
1199 19
•基于：连续植被冠层模型（Gobron et al., 1997） •6S模型模拟陆地表面特征（Vermote et al., 1997）
• LUT ~ 64MB for 6 biomes
14
第十四页，共47页。
15
第十五页，共47页。
16
第十六页，共47页。
17
第十七页，共47页。
18
第十八页，共47页。
JRC_FPAR 反演方法
JRC_FPAR是欧空局联合研究中心（European commission Joint Research Center）开发的针
碰撞概率在每次碰撞时都是相等的，即
p1p2p3
23
第二十三页，共47页。
•再碰撞概率
Stenberg (2005)
p p m1 a e x x k L pb ) A ( I
Pmax=0.88，k=0.7，b=0.75
假定G=0.5，在太阳天顶角分别为0°，30°，50°时p的经验公式
0 :p 0e .7 xpL (0- A 0 .0 .I e 6 1 )x 6 5 p L 5 (- A 0I.) 71 3:0 p 0.e 7x 1p L (0 - A 0..0 I e 6 )1 x 64 p L (- A 0I.7 ) 8 5:0 p 0e .7 xp L(- A 0.e I6 0 )x 6 1p L(A -0I.)8
遥感辐射反演实验课说明文档
基于landsatETM+数据的成都市地表温度反演1实验说明地表温度的区域分布在气候变化、植被生态、环境监测和城市热岛等研究领域都有着重要的应用价值。
地表温度乂是地表通最(包括显热、潜热和C02等通量)、土壤水分含最、作物估产和作物缺水状况监测等遥感模型中的重要输入参数。
卫星热红外传感器是目前能大范圉获取地表温度空间分布的途径之一，如何从热红外遥感数据反演地表温度一直是众多学者所关注的问题。
本实验是基于landsat ETM+卫星遥感数摒，利用单•窗算法进行成都市地表温度反演。
2数据说明(1)landsatETM+卫星介绍美国陆地卫星7号(Landsat-7)于1999年4月15 口由美国航空航天W(NASA)发射升空, 其携带的主要传感器为增强型主题成像仪(ETM+ ) o Landsat-7除了在空间分辨率和光谱特性等方面保持了与Landsat-5的基本一致外，又增加了许多新的待性，因而受到了各国用户的普遍重视和欢迎。
自发射升空至今，己为用户提供了大量髙质最的图像数据。
Landsat-7每16天扫瞄同一地区，即其16天覆盖全球一次。
Landsat ETM+具有下而的优点：(1)其成像宽度是185 km,只要是晴天，基本能保证16d 获取一景数据，时间分辨率明显优于ASTER： (2)其热红外通道空间分辨率是60m,在城市温度研究中虽然不如ASTER理想，但明显优于MODIS和AVHRR： (3)卫星历史悠久，积累了丰富的图像资料，有利于城市温度的时间动态演变分析研究。
(2)实验数据介绍Landsat7 ETM +的信号处理部分设置了两种状态,即低增益状态(B61闲高增益状态(B62)。
本文最终选择高增益状态來反演地表温度。
3数据处理流程4实验数据数据预处理働崖拯是将传感器记录的电压或数宁值转换成绝对辐射亮度的过程。
简单來说，辐射定标就是将记录的原始DN值转换为大气外层表面反射率，目的是消除传感器本身产生的课差。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
12
2. 反照率的计算和决定因素
2.1 地表反照率的计算 2.2 地表的波谱特性和特点
2.3 地表的二向反射特性
2.4 大气对地表反照率的影响
13
2.1
地表反照率的计算
地物 波谱特性 地物的 二向反射 大气 辐射传输
dLr (i , i ; r , r ) BRF R(i , i ; r , r ) dLid r (i , i )
BRDF BRF
20
2.3 地表的二向反射特性
二向反射的其他图示方法
遥感中常用的二向反射图示方法还有两种：
HBDF
9
1.2 地表反照率和全球变化
July: Variegated darker surface
April: Uniform white surface
Snow
10 10
1.2 地表反照率和全球变化
N. Hemisphere Monthly-Average Sea Ice Extent
23
2.3 地表的二向反射特性
反映地表的二向反射的照片
Photograph by Don Deering
24
2.3 地表的二向反射特性
窄波段地表反照率和二向反射的关系
二向反射分布函数
f r (i , i ; r , r ; ) dLr (i , i ; r , r ; ) dEi (i , i ; r , r ; )
16
2.2 地表的波谱特性和特点
窄波段反照率向宽波段反照率的转换及其原理 转换公式
A c0 ci i
i 1 n
1. 大气下行辐射的波谱分布规律 2. 地物波谱在不同波段的自相关性
主成分分析表明连续的地物波谱的绝大部分信息都可以 由少数几个主成分表达 经过挑选的若干特征窄波段反射率基本就能反映出整个 波谱曲线的形状，因而能够用于估算宽波段反照率
5
1.1 什么是反照率？
不同学科中的反照率
天文学：行星反射率,它包括地面、云和各种大 气成分对太阳辐射的反射能力及其总和 气候学：物体对太阳辐射的反射能力，因光线的 入射角和波长而不同，气候学研究的是太阳辐 射的全波段 遥感科学：宽波段反照率、窄波段反照率、直射 （黑空）反照率、漫射（白空）反照率 单次散射反照率：（辐射传输方程中）微粒对光 线散射的反射部分与反射与吸收之和的比值
常见的地表反照率遥感算法 全球反照率产品及其特点 地表反照率研究展望
3
1. 地表反照率的研究意义
1.1 什么是地表反照率
1.2 地表反照率与全球变化
4
1.1 什么是反照率？
反照率通常是指物体反射太阳辐射与该 物体表面接收太阳总辐射的两者比率或 分数度量，也就是指反射辐射与入射总 辐射的比值。(维基百科)
Z
dLr (i , i ; r , r ; ) f r (i , i ; r , r ; ) dEi (i , i ; r , r ; )
它是光线入射方向、反射方向和波长的函数， 是基于微分面元和微分立体角定义的。
X
dΩi
θi dΩr θr
dA
O
Y
Фi
Фr
6
1.1 什么是反照率？
反照率是地-气系统的不确定因子
• 约有30％的太阳辐射能被地-气系统反射回太
空,其中三分之二是云反射的，其余部分则被 地面反射和被各种大气成分所散射 • 而冰和雪的覆盖状况能引起反射率显著变化。 例如，陆地被雪覆盖或洋面结冰时,将使其反 射率增大30～40％,新雪面更可使反射率增大 60％左右。 • 陆面、土壤的性质和植被类型不同,也能使反 射率改变,但这些差异一般不超过10～20％。
18
2.3 地表的二向反射特性
地表的二向反射的基本物理过程
19
2.3 地表的二向反射特性
BRDF的简化替代量——BRF（二向反射因子）
BRF是最接近BRDF的可测量物理量，其定义为直射光入射条件下，某一 观测方向上目标反射的辐射亮度与假定该目标被一理想漫反射表面代替 时反射的辐射亮度之间的比值。
d r (2 ; 2 ) BHR _ diff (2 ; 2 ) d i (2 )
2 /2
( , ; 2 ) sin cos d d
i i i i i 0 0
i i i i i i i 0 0
i
半球-半球反射率（BHR）
d r (i , i , 2 ;2 ) BHR (i , i , 2 ;2 ) d i (i , i , 2 )
黑空反照率 = 方向-半球反射率（DHR） 白空反照率 = 漫射半球-半球反射率（BHR_diff）
蓝空反照率（也称 真实反照率，表观反照率） = 半球-半球反射率（BHR）
黑空反照率
蓝空反照率
26
2.4 大气对地表反照率的影响
黑空、白空还有蓝空反照率
Data from Scanning Multichannel Microwave Radiometer (SMMR) on NASA’s Nimbus 7 satellite and from Special Sensor Microwave Imagers (SSMI) on Defense Meteorological Satellites. Plot credit: Claire Parkinson, et al., J. Geophys. Res., 1999.
11
1.2 地表反照率和全球变化
1973 1986
Muir Glacier near Juneau in SE Alaska retreated more than 7 km from 1973 to 1986. By 1986, Burroughs Glacier (A), cut off from its source of ice, was collapsing into a melting ice field.
Fu ( ) Fd ( ) (0.25 ~ 5.0 m)
反照率表
地表能量平衡方程：
Rn R R (1 ) F F T
s n l n s d l d
反照率
4
下行短波辐射 下行长波辐射
地表发射率
地表温度
窄波段的黑空反照率与白空反照率由地表BRDF积分得出， 与大气状态无关
真实反照率（蓝空反照率）近似等于黑空反照率与白空反 照率的加权组合，权重因子为天空散射光占太阳总辐射的 比例
反照率的波长积分
波谱反照率 短波反照率：
0.25 ~ 2.5m
可见光反照率：
A( , )
2
1
( , ) Fd ( , )d
2
1
0.4 ~ 0.7m
近红外反照率：
Fd ( , )d
0.7 ~ 2.5m
宽波段反照率
入射辐射
地表宽波段反照率是在一定波长 范围内的地表上行辐射通量与下 行辐射通量的比值
21
2.3 地表的二向反射特性
反映地表的二向反射的照片
Photograph by Don Deering
22
2.3 地表的二向反射特性
反映地表的二向反射的照片
Photograph by Don Deering
方向-半球反射率（DHR）
d r (i , i ;2 ) DHR (i , i ;2 ) d i (i , i )
2 /2
0 0
f r (i , i ; r , r )sin r cos r d r dr
漫射半球-半球反射率（BHR_diff）
7
1.2 地表反照率和全球变化
全球变化的驱动因子
温室气体
云和气溶胶
土地利用 海流
植被状况
地表反照率
海冰
8
1.2 地表反照率和全球变化
地表反照率对气候变化的反馈机制
• 地表反照率的增加，会导致净辐射的减小，感热通 量和潜热通量减少，进而造成大气辐合上升减弱， 云和降水减少，土壤湿度减小，使得地表反照率增 加，形成一个正反馈过程 • 冰雪-反射率-温度之间存在“正反馈过程”,即冰雪 的覆盖增大地表的反照率，使地-气系统吸收的辐射 减少,从而降低气温，而降温又将进一步使冰雪面积 扩展，反照率继续增大，造成温度越来越低 • 极地海冰融化造成反照率的增加，从而更多的吸收 太阳辐射，气温升高，加速海冰的融化
2 /2
( , ;2 ) L ( , )sin cos d d
i 2 /2
i
L ( , )sin cos d d
i i i i i i 0 0
i
25
2.3 地表的二向反射特性
黑空、白空还有蓝空反照率
– 1.2 辐射传输理论
• 典型地表的二向反射模型
• 第二章：叶片及植被冠层模型 • 第三章：热辐射方向性模型
2
本章提纲
第四章：地表反照率遥感
1 地表反照率的研究意义 反照率的计算和决定因素
《课间休息》
2
3 4 5
0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 670nm
SZA=22°
860nm
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 观测天顶角(°)
在主平面上显示的植被冠 层的二向反射特点
(S Sandmeier er al., 1998)