中科院遥地所定量遥感_第三讲_光学定量遥感Chapter2_Part2
定量遥感-第二章遥感物理基础
I
L
(2) Φ / Ω ( λ)
2(3) Φ / A Ω ( λ)
瓦/球面度(W/Sr)
瓦/米²•球面度 (W/m² • Sr)
24
• 太阳辐射
基本物理量
太阳发射的电磁辐射（辐照度）在地球 大气顶层随波长的分布称为太阳光谱。
大气顶层 和地表的 差异
夫琅和费 (Fraunhofer) 吸收线
第二章
遥感物理基础
武汉大学遥感信息工程学院 龚 龑
第二章 遥感物理基础
√§2.1 表征电磁辐射的物理量 §2.2 电磁波与介质的相互作用 §2.3 物体表面的反射特性 §2.4 遥感数据定标
3
一、预备知识
•定量遥感定量分析要素
•辐射定量化
•方向定量化
a.立体角
b.冲击函数
•光谱定量化
c.波段响应函数
30
• 电磁波的散射和吸收 当电磁波在介质中传播时，会发生散射 (scattering)和吸收(absorption)，其中散射又 分为反射(reflection)和透射(transmission)。
入射
反射 反射与透射区别在于电磁 波出射的方向：2π？
•吸收使电磁波强度减弱
透射
•在热红外和微波区域，还存在介 质自身发射的电磁波，增强电磁 波强度。
极大值位于0.47μm，维恩位移定律λmaxT=2.897810-3mK，色温Tsun?
Wien’s displacement law
25
• 太阳常数
基本物理量
在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的 单位面积上的太阳辐射通量称为太阳常数。 F0 = 1353(±21) W/m2 (1976, NASA)
中科院,遥感课件及资料
微波波段微波遥感概述微波遥感的特点（相对于光学遥感）Ø全天候、全天时的强大观测能力Ø对植被有一定程度的穿透性Ø对地表具有一定的穿透性微波辐射对云的透射率微波辐射对雨的透射率微波遥感受气象条件影响很小，具有全天候工作能力微波遥感概述§微波遥感的特点Ø2.微波辐射对植被具有一定的穿透性ü波长较长的微波辐射穿透植被的能力比较强ü观测角越小，穿透能力相对越强ü微波在植被层中的透射能力还与植被类型、含水量、植被空间密度等有关微波遥感概述微波遥感的特点Ø3.微波辐射对地表具有一定的穿透性ü体现在微波对固体的不透明的地表也一定的穿透能力22Wurzburg-Riese 雷达站，法国诺曼底23雷达波发射与回波一个雷达脉冲的传播过程(图中指示着时间点1~17时的波前位置)回波信号机载飞机发射的雷达脉冲树的回波房屋的回波房屋的回波树的回波高能量的输出脉冲时间脉冲能量§雷达与侧视雷达最早事十年代开用感。
28是斜距在地球的大地水准面上的投影重采样等处理真实孔径雷达§斜距与地距雷达图像: 斜距均匀采样方式与地距均匀采样方式的比较真实孔径雷达真实孔径雷达的距离向分辨率α雷达到目标的线(LOS)为雷达视线的达视线的冲宽度，分辨率，Δt = t 人们可能更加关心地距分辨率r GR ，§真实孔径雷达的方位向分辨率LHL H R r a ⋅===θλλθβcos )(cos L 为雷达天线真实孔径雷达§真实孔径雷达的分辨单元面积Ø综合两个方向的分辨率，元面积：Hr λ合成孔径雷达§合成孔径的观点Ø记住一个结果：合成向分辨率ra= l/2，l为Ø合成孔径雷达的方位长成正比，要获得高合成孔径雷达§SLAR与SAR的几何分辨率比较真实孔径雷达斜距分辨率2τCØ顶底位移和图像叠掩SAR 图像中的叠掩效应Ø前向压缩和雷达阴影SAR 图像中的前向压缩SAR 图像中的雷达阴影53合成孔径雷达雷达影像的立体量测同光学遥感一样，雷达影像固相对高差产生的像差可以用来体测量，得出地表高程§雷达的极化(Polarization)合成孔径雷达§雷达的极化(Polarization)HH极化HV极化VV极化这是德国南部某地区C波段不同极化方式的雷达图像。
定量遥感-第三章辐射传输方程-2
《定量遥感技术与应用》
第三章 辐射传输方程
武汉大学遥感信息工程学院 龚龑
第三章 辐射传输方程
§3.1 传输方程 §3.2 源函数中散射的表达 §3.3 辐射传输方程的解
§3.3.1 源函数J与待求强度I无关时的解 §3.3.2 单次散射解 §3.3.3 散射逐次计算法 §3.3.4 二流 (two-stream) 近似
请根据前面的推导过程，自行推导上述方程的解。
11
小结
辐射传输方程的求解是对 τ 的积分，而J 与I 是否 有关决定了求解难易，除上述J 与I 无关解以外： • 不考虑源函数的解为比尔定律 • 只考虑发射的解相对简单 • 辐射传输方程中单次散射项也与I 无关
dI(, ) I(, ) F0e / 0P(, 0)
2
§3.3.1 源函数J与待求强度I无关时的解
普遍传输方程
dI I J kds
不考虑源函数J 时
dI I kds
I(s1) I(0)eku 比尔定律
不考虑源函数J 时传输方程的解是极不准确的
3
§3.3.1 源函数J与待求强度I无关时的解 仍考虑平面平行介质，其传输方程为：
dI(, ) I(, ) J(, ) d
dI ( , ) e / I ( , )( 1 )e / 1 J ( , )e /
d
d[I(, )e/ ] 1 J(, )e/
d
5
§3.3.1 源函数J与待求强度I无关时的解
d[I ( , )e / ] 1 J ( , )e /d
两边对 τ 积分，即可求得带有源函数的传输方程
明确：传输方 程自变量和应变量 是什么？
0
I(0, ) I(0, )e0 / 1 0 J(, )e(0) / d
中科院遥地所定量遥感_第一讲_光学遥感基础
1.1 方向性反射光谱的定义与测量
(3) 方向－半球反射率波谱：入射能量照明方式为平行直射光，没有
或可以忽略散射光；波谱测定仪器测定的半球空间的平均反射能量。利用 积分球原理测定的物体反射率波谱就是方向－半球反射率波谱。
Lu (i , i ) 0 E (i , i )
2
Reflectance (%)
2003-07-19
Reflectance (%)
20 15 10 5 0 350 R01-G R01-H R01-Z
20 15 10 5 0
01漫 01-G 01-H 01-Z
850
1350 1850 Wavelength (nm) 2003-07-28
2350
350 40 35 30 25 20 15 10 5 0 350
第一讲 光学遥感概述与基础
第1节 光学遥感与反射率 第2节 典型光学成像系统 第3节 遥感数据资源 第4节 光学遥感瓶颈问题与挑战
刘良云
2014年4月1日
第一节 光学遥感与反射率
Wave model of electromagnetic Radiation
Q1：电磁波作为横波，与纵波相比，什么信息在遥感中能够发掘？
L( r , r ) (i , i , r ,r ) E (i , i )
dLT ( r , r , ) BRDF( i , i , r , r , ) dE( i , i , )
1.1 方向性反射光谱的定义与测量
(2)半球－方向反射率波谱：入射能量在半球空间内分布，波谱测定仪
L
E
由于测定方式的差异，反射率波谱又可以根据入射能量的照明方式及反射能 量测定方式给定如下4种定义：
遥感地学分析PPT整理
第一章绪论第一讲1.遥感的概念：广义的遥感：广义的角度来理解遥感，泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震）等的探测。
狭义的遥感：狭义的角度来理解遥感，指应用探测仪器，不与探测目标接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
遥感是一种以物理手段、数学方法和地学分析为基础的综合性应用技术2.遥感技术系统一般由四部分组成：遥感平台、传感器、遥感数据接收与处理系统、遥感资料分析处理系统。
3.遥感的特点：大面积的同步观测遥感平台越高，视角越宽广，可以同步探测到的地面范围越大，从而可观测地物的空间分布规律。
时效性遥感技术可以在短时间内对同一地区进行重复探测。
数据的综合性和可比性遥感技术获取的数据反映地表的综合特性，包括自然、人文等方面。
经济性可节省大量的人力、物力和财力。
局限性波谱的有限性、电磁波段的准确性、空间分辨率低等4.遥感信息源的综合特征1、多源性多平台多波段多视场2、空间宏观性遥感影像覆盖范围大、视野广，具有概括性3、遥感信息的时间性瞬时特征时效性重返周期与多时相4、综合性、复合性多种地理要素的综合反映多分辨率遥感信息的综合5、波谱、辐射量化性地物波谱反射、辐射的定量化记录第一章绪论第二讲1空间分辨率（Spatial resolution）像元大小（pixel size）：针对传感器或图像而言，指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小地面分辨率（Ground resolution）：针对地面而言，指可以识别的最小地面距离或最小目标物的大小2、光谱分辨率传感器记录的电磁光谱中特定波长的范围和数量。
传感器所选用的波段数量的多少、各波段的波长位置、及波长间隔的大小（带宽）光谱分辨率在遥感中的意义v1.0 可编辑可修改–开拓遥感应用领域–专题研究中波段选择针对性–图像处理中多波段的应用提高判识效果3、时间分辨率对同一地区遥感影像进行重复探测，相邻两次探测的时间间隔时间分辨率的意义–动态监测与预报；–自然历史变迁和动力学分析；–利用时间差提高遥感的成像率和解像率；–更新数据库4、辐射分辨率（Radiant resolution）辐射分辨率指传感器对光谱信号（电磁辐射）强弱的敏感程度、区分能力。
遥感科学与定量遥感
遥感科学与定量遥感作者：李小文来源：《地理教育》2010年第07期遥感科学是在地球科学与传统物理学、现代高科技基础上发展起来的一门新兴交叉学科。
遥感科学的发展由技术驱动、需求牵引,提出定量遥感基础研究的科学问题。
20世纪80年代初美国NASA发起了遥感科学计划,随着地球系统科学的提出,遥感科学的重心转向了以促进地球系统科学发展为目标,以定量遥感为主要标志,注重多学科交叉综合,从整体上观测研究地球。
目前在国际上,越来越多的学者们认识到遥感科学在地学从传统定点观测数据到不同空间范围多尺度空间转换和地球系统科学研究中的不可替代作用。
而遥感科学能够在多源数据综合集成及地学应用方面对地球系统科学研究发挥决定性作用。
定量遥感或称遥感定量化研究主要指从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数的技术和方法研究,区别于仅依靠地图判读经验的人工解译定性识别地物的方法。
定量遥感基础研究,强调在遥感像元的观测尺度上,建立对遥感面状信息的地学理解,对局地尺度上定义的概念,总结、推导出的定律、定理的适用性进行检验和纠正,发展遥感模型与地表参数的提取方法,形成地球表面时空多变要素的遥感数据产品,为大气、海洋、生态环境、农业、林业、矿产等研究领域和相关行业提供可用的遥感数据。
2002年发表在Remote Sensing of Environment上的论文“First operational BRDF,albedo nadir reflectance products from modis”汇集了多国科学家20多年来在建立地表二向性反射(BRDF)模型和地表反照率参数提取方面的研究成果,论述了采用搭载美国对地观测系统卫星的MODIS传感器数据生成地表二向性反射、反照率等系列数据产品的基本算法和模型,并对产品质量进行了评价,举例说明了数据产品在全球和区域尺度上的应用。
其中,由中国科学家为主发展的Li-Stralher几何光学模型和核驱动模型是该数据产品算法采用的主要模型。
定量遥感分析方法-赵英时
二、定量遥感的基本概念 -- 续
如：反推植被参数 C = g (R、a、b、d、e) + ε。 为了求出{C}，往往需要对系统参数{ a、b、d、e } 假设为 或可测或已知，或对于复杂过程进行分解简化 --- 如通过辐射 纠正、大气校正分别解决{e}、{b}的影响，而大气校正又与 {c } 、{d } 相关。
Washington, D.C.
Landsat/TM（30m）＋ KVR-1000 （2m）
IRSA CAS
新疆 吐鲁番地区 火焰山
CBERS-1多光谱数据（20m）与 SPOT全色数据（10m）高通滤波融合结果
遥感所
TM 543 (RGB)
1997.9.18
Radarsat / SAR
1997.9.6
观测角度对表面温度的影响
1. 方向性与多角度遥感 – 续 （2）多角度遥感 多角度遥感 实现了对地面目标的多方向观察，可以获 得多角度数据。通过反射与发射辐射的方向性BRDF模型
（如 RT 模型、GO 模型、Ambrals 模型及物体热辐射方向性模 型等）的研究和应用。我们可以从多角度遥感数据中，反
* 参考教材：赵英时等，遥感应用分析原理与方法（第二版），科学出版社，2013
一、遥感面临的问题
EOS 2000G / 天
需要 认识
？
海量遥感数据
利用率仅达 5%左右
改善遥感 监控作物生长需要 LAI、 数据源 Cab 、Ws、Wv等；但 目前遥感所能提供的 供需矛盾 VI 、CWSI 等难以满 发展数据 ？ 足农学、生态学模型的 处理方法 需求。
2013 全国遥感研究生暑期班
定量遥感分析方法
赵英时
中国科学院大学
2013 年 7 月 17日
定量遥感的定义
定量遥感的定义定量遥感的定义定量遥感随着经济和科技的发展，国家的宏观决策、资源调查、环境及灾害监测等影响国民经济发展的关键领域急需数据支持，要求数据具有空间上的宏观性，时间上的连续性和可获取数据的全面性。
而遥感技术正具备这一能力，它能够以不同的时空尺度不断地提供多种地表特征信息。
但是与遥感卫星获取数据的能力相比，遥感数据的自动、定量化处理乃至对遥感数据信息的理解能力与对遥感数据的有效利用却远远不足，这也是目前制约遥感发挥作用的瓶颈问题。
因此，定量遥感逐渐成为遥感发展的主要方向。
定义定量遥感或称遥感量化遥感研究，主要指从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数的技术和方法研究，区别于仅依靠经验判读的定性识别地物的方法。
它有两重含义：遥感信息在电磁波的不同波段内给出的地表物质的定量的物理量和准确的空间位置；从这些定量的遥感信息中，通过实验的或物理的模型将遥感信息与地学参量联系起来，定量的反演或推算某些地学或生物学信息。
建模装置在星体上的传感器，它的可测参数一般为电磁波的属性参数，也就是电磁辐射强度、偏振度、相位差等，而我们的目的是要从这些可测参数中获得有关目标的物理的、地理的、化学的、甚至生物学的状态参数，所以在可测参数与目标状态参数间建立某种函数关系是实现目标参数反演的关键一步，我们称它为建模。
遥感模型一般分为三种：1.统计模型(即经验模型)：基于陆地表面变量和遥感数据的相关关系，对一系列的观测数据做经验性的统计描述或者进行相关性分析，构建遥感参数与地面观测数据之间的线性回归方程。
优点：参数少；容易建立且可以有效概括从局部区域获取的数据，简便，适用性强；缺点：有地域局限性，所以可移植性差；理论基础不完备，缺乏对物理机理的足够理解和认识，参数之间缺乏逻辑关系。
2.物理模型：其模型参数具有明确物理意义，并试图对作用机理进行数学描述。
优点：精度高，可移植性强；缺点：此模型通常为非线性的，所以方程复杂，实用性较差；并且在复杂问题考虑中会产生大量参数，其中有些参数无法获取，从而采取近似，会产生误差，而对非主要因素有过多忽略或假定也会产生误差。
定量遥感
第二章光学遥感与热红外遥感模型2.3 植被冠层反射模型2.3.5 光学图像的大气影响订正（大气纠正）遥感模型描述地表参量和地表反射率之间的关系，从遥感传感器接收的大气层顶的辐射亮度（表观反射率）中得到地表反射率，需要对大气影响的订正。
大气纠正包括：大气参数估计，地表反射率的反演。
假定地表像元为朗伯体表面，已知大气参数，可以从星下点成像的光学遥感数据反演地表反射率。
大气效应包括分子和气溶胶的散射和气体的吸收。
对分子散射和气体吸收的纠正比较容易，因其浓度在时间和空间上都比较稳定。
困难的是从图像上直接估算气溶胶和水汽的空间分布。
大气对太阳入射的衰减(据(Vermote, 2000)2.3 植被冠层反射模型2.3.5 光学图像的大气影响订正（大气纠正）光学图像的大气纠正方法：－大气参数估计－分子和气溶胶散射－水汽、气溶胶、臭氧、氧气等气体吸收－地表反射率反演－查找表法－从图像本身估计大气参数2.3 植被冠层反射模型2.3.5 光学图像的大气影响订正（大气纠正）1. 单视角（天顶观测）图像的纠正方法－基于辐射传输模型模拟方法－基于“不变地物”的方法－直方图匹配法－暗目标法－对比度降低法－类型匹配法2.3.5 光学影像的大气纠正1. 单视角图像的纠正方法基于“不变地物”的方法：假设一幅图像中有些像元的地面反射率在时间序列上是很稳定的，其遥感的表观反射率的差异主要反映大气条件的变化。
基于这些“不变”像元表观反射率，建立起不同时间图像像元与地表反射率的线性关系，可用来消除由于大气干扰所造成的差异，估算同幅不同时相图像的地表反射率。
要求：有与遥感成像同步的地表反射率测量，获得不同亮度（黑－灰－白）的像元反射率波谱。
2.3.5 光学影像的大气纠正1. 单视角图像的纠正方法直方图匹配法：假设清晰和模糊区域的地表反射率直方图是相同的。
先在一幅图像上辨认出清晰和模糊的区域，然后匹配模糊小区域和清晰区域的反射率直方图，以此确定模糊小区域的大气能见度。
中科院遥地所定量遥感_第二讲_光学定量遥感Chapter2_Part1
P(, ' ) I( , ' ) 4
则多次散射产生的源函数为来自所有方向、并经 散射，到方向Ω的辐射总和。即上式对方向Ω’在 4π空间的积分，即：
P(, ' ) 4 I(, ' ) 4 d'
21
平面平行介质（大气）中的传输方程为：
dI I J d
θ为辐射方向与分层方向法线的夹角。 天顶角 θ
z
dI I J kds
dI cos I J k dz
13
光学厚度 (optical thickness, optical depth) 定义点s1和s2之间的介质的光学厚度为：
kds ' kds '
s1 s2
s2
s1
并有：
dτλ(s) = -kλρds (对大气如此) 因此传输方程可以写为：
dI I J d
在实际应用中，τ的定义使τ永远是正数。 而且I与τ的关系一般为exp(-τ0)。
14
对于平面平行大气，且忽略大气中的多次散射和发射， 则传输方程为：
dI I d
The light waves can pass though the object. Think of a pane of glass. The light waves can be scattered in all directions. We refer to this as diffuse reflection. A sheet of white paper is a good example of an object that diffuses light. The light waves can be absorbed, and converted to heat. If you place a white object and a black object in the sun, the black object will feel hotter. The reason for this is that the black object absorbs the light from the sun, turning it into heat, while the white object reflects the light in all directions, and stays cool. Most real world objects cause not just one, but a combination of the above effects.
第三章遥感光学基础
13
遥感图像的显示
ETM+各波段设置
波 光谱范围 地面
段 ( m )
分辨率( m )
波长描述
1 0.45-0.52
30
蓝（青）
2 0.52-0.60
30
绿（黄、橙）
3 0.63-0.69
30
红
4 0.76-0.90
30
近红外
5 1.55-1.75
30
短波红外
6 10.4-12.5
60
热红外
7 2.08-2.35
16
遥感图像彩色合成
自然色（quasi- nature color，似真彩色） 即合成彩色与人眼看到的自然景物近似。 (TM321（RGB）——RGB)
假彩色(false color) 除植被外，其它地物 合成彩色与自然色近似，植物变为 鲜明红 色（饱和度很高的红） (标准假彩色： TM432（NIR、R、G）——RGB)，人眼 对红光敏感，突出植被信息，其他地物也 还接近人眼看到地面实际场景的颜色 。
2、当CCD曝光后，光电二极管受到光线 的激发释放出电荷，产生感光元件的电 信号。
3、CCD控制芯片利用感光元件中的控制 信号线路对光电二极管产生的电流进行 控制，由电流传输电路输出，CCD将一 次成像产生的电信号收集起来，统一输 出到放大器。
42
4、经过放大和滤波后的电信号，由A/D将 电信号（此时为模拟信号）转换为数字 信号，数值的大小和电信号的强度即电 压的高低成正比。 5、输出到数字信号处理器（DSP）。在 DSP中，这些图像数据被进行色彩校正 、白平衡处理等后期处理，编码为DC所 支持的图像格式、分辨率等数据格式 6、最后，图像文件就被写入到存储器上 （内置或外置存储器）。
第三章遥感地学分析地物光谱分析ppt课件
.
地物的发射波谱特性曲线
3.1.1 遥感图像地物特征
太 阳 辐 射
.
3.1.1 遥感图像地物特征
3、地物的透射光谱特性
透射率 即地物透射的能量与入射总能量的百分率，
称之为投射率
τ=Eτ/Eο×100%
.
3.1.2 典型地物的反射光谱特征
.
3.1.2 典型地物的反射光谱特征
水体的反射光谱特征
.
3.2 遥感图像目视解译
目视解译是用肉眼或借助于简单的工 具如放大镜、立体镜、投影观察器等， 直接由肉眼来识别图像特性，从而提 取有用信息，即人把物体与图像联系 起来的过程 。 具备的基本知识：
– 专业知识、 – 地理区域知识、 – 遥感系统知识。
– STEP2: 根据此灰雾值的幅度确定大气类型（选择 合适的散射模型）；
– STEP3: 根据模型和初始灰雾值预测其它波段的灰 雾值；
– STEP4: 对每个波段进行大气纠正。
.
3.3.2 遥感数字图像处理
地形辐射纠正
– 需要DEM – 简单的处理方法
比值法：有效消除阴影的影响。
光照状况 TM 1 阳坡 28 阴坡 22
遥感资料的选择
– 资料类型选择 – 波段选择 – 时间选择 – 比例尺选择
遥感图像的处理
– 影像放大 – 影像数字化 – 图像处理
.
3.2.2 遥感图像解译方法与步骤
目视解译的方法
直判法
– 是根据遥感影像目视判读直接标志，直接确定 目标地物属性与范围的一种方法。
对比分析法
– 对比分析法包括同类地物对比分析法、空间对 比分析法和时相动态对比法。不仅是同一遥感 影像图进行对比，而且要借助不同时相的遥感 影像图之间进行对比。
遥感专题——定量遥感(二、传感器定标)
传感器定标我们常用影像的像元值大多是经过量化的、无量纲的DN值，而进行遥感定量化分析时，常用到辐射亮度值、反射率值、温度值等物理量。
传感器定标就是要获得这些物理量的过程。
本专题叙述的主要是卫星传感器的定标，航空传感器有很多相似地方。
本专题包括以下内容：∙ ∙●传感器定标概念∙ ∙●传感器定标类型∙ ∙●ENVI下的传感器定标1 传感器定标概念传感器定标很多地方又名为辐射定标，严格意义上讲，辐射定标是传感器定标的一部分内容。
以下是国内的定义，如赵英时等《遥感应用分析原理与方法》上描述：定标是将遥感器所得的测量值变换为绝对亮度或变换为与地表反射率、表面温度等物理量有关的相对值的处理过程。
或者说，遥感器定标就是建立遥感器每个探测器输出值与该探测器对应的实际地物辐射亮度之间的定量关系；建立遥感传感器的数字量化输出值DN与其所对应视场中辐射亮度值之间的定量关系（陈述彭）。
辐射亮度的典型的单位为：W/cm2.μm.sr（瓦特/平方厘米.微米.球面度）我们总结以上的定义，通俗的说法：传感器定标就是将图像的数字量化值（DN）转化为辐射亮度值或者反射率或者表面温度等物理量的处理过程。
其中反射率又分为大气外层表观反射率和地表实际反射率，后者又属于大气校正的范畴，有的时候也会将大气校正纳入传感器定标的一种途径。
2 传感器定标类型传感器定标可分为绝对定标和相对定标。
绝对定标是获取图像上目标物的绝对辐射值等物理量；相对定标是将图像目标物辐射量归一化某个值范围内，比如以其他数据作为基准。
传感器定标可分为三个阶段或者说三个方面内容：①发射前的实验室定标；②基于星载定标器的星上定标；③发射后的定标（场地定标）。
一、实验室定标在遥感器发射之前对其进行的波长位置、辐射精度、光谱特性等进行精确测量，也就是实验室定标。
它一般包含两部分内容：∙ ∙●光谱定标确定遥感传感器每个波段的中心波长和带宽，以及光谱响应函数。
∙ ∙●辐射定标在模拟太空环境的实验室中，建立传感器输出的量化值（DN）与传感器入瞳处的辐射亮度之间的模型，一般用线性模型表示。
定量遥感_北师大_T8 中科院南地所_刘元波
1.现存理论方法与问题
1.3 遥感数据局限性：时间分辨率
瞬时观测值 时间尺度转换 时间单元变量
evaporative flux ratio (EFR): EF LE /( Rn G)
ES LE / S
(Brutsaert & Sugita 1992 Crago 1996 Lhomme & Elguero 1999)
*
ea : saturated vapor pressure at Ta Rn : net radiation ea : vapor pressure at Ta G : soil heat flux rs : surface resistance Ta : air temperature ra : aerodynamic resistance : psychometric constant Δ: slope of saturated vapor pressure at Ta
• 连续变化过程与瞬时观测结果的不确定性？
1.现存理论方法与问题
1.3 遥感数据局限性：空间分辨率
异质· 连续· 地表分布 像元· 离散· 地表反映
Landsat TM: 30m MODIS: 250m, 500m
1.现存理论方法与问题
1.3 遥感数据局限性：空间分辨率
空间尺度转换 像元观测值 scaling function for evaporation 异质性地表 理论成立条件
• N-1问题：阻抗参数化最大温度确定（物理意义的明晰性? ） • 误差达100Wm-2(Verstraeten et al 2005)，边界确定具主观性(Carlson 2007)
1.现存理论方法与问题
1.3 遥感数据局限性：时间分辨率
中国科学院大学(国科大)843遥感概论考研(历年真题+答案+梅安新、赵英时笔记)复试分数线
3、中科院资源与环境学院
2013 年硕士研究生招生复试分数线 ……………… 2012年硕士研究生招生复试分数线 ……………… 2011年硕士研究生招生复试分数线 ………………
三、中科院大学初试真题《遥感概论》答案详解（2012-2013）
答案参考书 赵英时版《遥感应用分析原理与方法》 ，科学出版社； 《遥感与图像解译》 ，T.M.Lillesand，彭望禄等译； 梅安新版《遥感导论》 高教出版社 孙家炳版《遥感技术与应用》 ，武汉大学出版社 黄家柱版《环境遥感》 ，科学出版社 说明： 1、在本部分只给出了最近二年的试题解析。只是因为中国科学院只是从 2012 年才开始对 外统一命题和招生。 说明： 2、关于名词解释 对于这种基本概念，最好是能直接回答定义。但很有可能是无法确切的知道其定义，书本 上没有确切的或者是自己记不全了，可以按自己的理解来答。对于一些新型的概念，可以 分解回答，先回答自己的熟悉的部分，再加上新的定语。也可以举出具体的例子。考试中 尽量去答，老师都会给分的。虽然考试时无内容长度的要求，但名解这块，也别回答的太 过于简单，最少两行吧，合适的内容限制是三到四行。 3、关于简答题、分析题 简答题、分析论述的答题要点简单来说是熟记答题要点，然后将自己对要点进行细节补充。 题目其实很多时候只是换了一个说法或出题的角度。而知识点并没变。研究生的试题很多 都没有标准答案，需要的是考生自己的理解。不过要注意两点，一是简答题，要注意简答 二字，做到简明和逻辑清晰；二是要注意专业术语的应用，尽量避免完全用白话表达自己 意思。下述答案仅供参考。
定量遥感
植被指数类型
• 1、比值植被指数（Ratio Vegetation Index——RVI） •
RVI
RED
NIR
• 其中： NIR 和 RED 代表近红外波段和红光波段的反射率 的值介于 -1和1之间。
• 该植被指数能够充分表现植被在红光和近红外波段反射 率的差异，能增强植被与土壤背景之间的辐射差异。
1．绿色健康植被覆盖地区的RVI远大于1，而无植被覆盖 的地面（裸土、人工建筑、水体、植被枯死或严重虫害） 的RVI在1附近。植被的RVI通常大于2； 2．RVI是绿色植物的灵敏指示参数，与LAI、叶干生物量 (DM)、叶绿素含量相关性高，可用于检测和估算植物生物 量 3．植被覆盖度影响RVI，当植被覆盖度较高时，RVI对植 被十分敏感；当植被覆盖度<50%时，这种敏感性显着降 低； 4．RVI对大气状况很敏感，而且当植被覆盖小于50%时， 它的分辨能力显著下降。只有在植被覆盖浓密的情况下效 果最好。大气效应大大降低对植被检测的灵敏度，所以在 计算前需要进行大气校正，或用反射率计算RVI。
• 6、土壤调整植被指数（Soil-Adjusted Vegetation Index— —SAVI） • NIR RED SAVI (1 L) NIR RED L • 其中，L是一个土壤调节系数，该系数与植被浓度有关， 由实际区域条件确定，用来减小植被指数对不同土壤反 射变化的敏感性。当L=0是，SAVI就是NDVI；对于中等植 被覆盖区，L的值一般接近于0.5。乘法因子（1+L）主要 是用来保证最后的SAVI值介于-1和1之间。该指数能够降 低土壤背景的影响，但可能丢失部分植被信号，使植被 指数偏低。
植被指数
植被指数定义
• 植被指数（Vegetation Index) 利用卫星不同波段探测数据组合而成的，能反映植物生长 状况的指数。植物叶面在可见光红光波段有很强的吸收特 性，在近红外波段有很强的反射特性。 植被指数主要是反映植被在可见光、近红外反射与土壤背 景之间差异的指标，这是植被遥感监测的物理基础，通过 这两个波段测值的不同组合可得到不同的植被指数。
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GS=tan(FOV/2) altitude 2
FOV
32
（3）调制传递函数 (MTF)
调制传递函数反映遥感相机对景物（或图像）的光学对比度与空间频率的关系
系统的MTF总: MTF总=MTF1·MTF2……MTFn
33
（3）调制传递函数 (MTF):
NEXT
调制传递函数和空间分辨率的关系:设调制传递函数值等于0.5时对应的空间频 率为VN ，则相机的有效瞬时视场（EIFOV）等于：
Ross Thick-Li Sparse R核算法
6
其他请参考梁顺林：定量遥感
BRDF Applications
• Deriving various reflectance quantities, such as albedo (Lucht et al.,2000; Strahler et al.,1995) • Characterize the surface energy budget
4.1 遥感器系统指标
14
典型遥感器载荷参数
T is the maximum integration time and frame rate is decided by 1/T
15
Basic System Capabilities
光谱：
Spectral Range
Spectral Sampling Interval
• Factors affecting spatial resolution 图像
– Atmosphere, haze, smoke, low light, particles or blurred sensor systems
Available Resolution
• Satellites: ~ .41 m to > 1 km • Air photos ~ <0.6 m to large.
Spectral Resolution 空间： Spatial Resolution or Instantaneous FOV or Ground Sample Distance (GSD) Field-of-View (FOV) or Swath Width on the Ground 辐射： Dynamic Range or Signal-to-Noise Ratio (SNR)
(Dickinson1983,1990)
• Correction of view and illumination angle effects
(Roy et al., 2002, Schaaf et al., 2002)
• Land cover classification (Friedl et al.,2002) • Vegetation Phenology (Zhang 2003,2006…) • Cloud detection (Roy et al.,2006) • Atmospheric correction (Hu et al.,1999)
0.6 0.4 0.2
在不同波长位置上的加权均值：
0 350 450 550 650 波长（nm） 750 850 950
Landsat5 TM4
19
Spectral Resolution Trade-Offs
• • • • Data Volume! Signal to Noise Ratio Processing complexity (time) Money
21
Spatial Resolution
• The dimension of a single pixel • The extent of the smallest object on the ground that can be distinguished in the imagery • Determined by the Instantaneous Field of View of satellite instruments (IFOV) • Determined by altitude and film characteristics for air photos.
图像地面采样间隔（ground spatial distance，GSD）：标准图像产品的每个
像元对应的地面大小，同景图像（或同级别图像）的每个像元的GSD大小一致。
根据瞬时视场角和遥感器距地面高度计算图像空间分辨率：
GR=2tg(IFOV/2) altitude
25
Spatial Resolution
• Data volume • Signal to Noise Ratio
– Dwell Time
• “Salt and Pepper” • Money
Swath Width
Swath Width
遥感器视场角（Angular Field of View，FOV）： FOV＋H >>> 地面扫描幅宽（Ground Swath，GS）。
（1）光谱响应函数（Spectral Response）：
L接收
max
min
L入射( ) f ( )d
f ( ) ：光谱响应函数
光谱范围 光谱分辨率 中心波长 光谱间隔
17
（1）光谱响应函数（Spectral Response）：
（1）光谱响应函数（Spectral Response）： 归一化光谱响应函数：降低光谱响应函数不同的影响 波段等效的计算
M3 Optical Configuration
25 degree FOV unobscured F/3.5 TMA Telescope
Single spherical mirror
JPL e-beam curved grating
Slit
OS Filter 640 cross-track MCT Detector 400 to 3000 nm
光学定量遥感理论与应用
———遥感器成像过程
张文娟 2014年11月23日
1
一、辐射传输过程 二、大气传输 三、地表特性 四、遥感器 五、图像模拟
2
三、地表特性
3.1 典型地物光谱特性：植被、水体、土壤等
3.2 典型BRDF模型
3
3.2 典型BRDF模型
4
基于地物光学模型的：辐射传输、几何光学等。
• Semi-empirical models
– Based on physical principles, with empirical linkages – „Right sort of‟ functional form – Better behaviour in integration/extrapolation (?)
EIFOV
图像的空间分辨率也可以根据图像的清晰度来计算。图像视觉清晰度可以用 MTF平方的频率积分来描述，即：
1 2VN
Ne [MTF ( f )]2 df
0
基于MTF的图像补偿（MTFC）：
1 MTF (u, v) 2 p(u, v) ) K w
• Medium spatial resolution: 4 - 30 m
– » ASTER – » LANDSAT 8 – » CBERS-2、HJ-1
• Low spatial resolution: 30 - > 1000 m
– SeaWiFS – GOES
Spatial Resolution Trade-offs
四、遥感器成像系统
4.1 指标
4.2 空间成像
4.3 分光器件
4.4 探测器件
8
入瞳辐亮 度数据
? 遥感器
图像
图像采集和处理的过程，最基本的是要把信号尽 量真实地反映到虚拟的图像上
入瞳辐亮度：at-sensor radiance.
9
全色 Panchromatic
高光谱 Hyperspectral
针对特定地物的。
• BRDF effects from wide FOV sensors
– MODIS, AVHRR, VEGETATION, MERIS
• Empirical models
– – – – E.g. polynomials E.g. describe BRDF by polynomial Need to „guess‟ functional form OK for interpolation
MODIS,CBERS,TM前4个波段光谱响应函数比较 1 0.8
光谱响应
MODIS1 MODIS2 MODIS3 MODIS4 CBERS2 CCD1 CBERS2 CCD2 CBERS2 CCD3 CBERS2 CCD4 Landsat5 TM1 Landsat5 TM2 Landsat5 TM3
13
1) Telescope mirrors aligned to machine tolerance w/ shims 2) Spectrometer components held to machine tolerance w/ shims plus fine rotation only on grating and detector.
• The fineness of detail visible in an image.
– (course) Low resolution – smallest features not discernable – (fine) High resolution – small objects are discernable
IFOV
IFOV以毫弧度
（mrad）为计
量单位。IFOV 所对应的地面 大小被称为地 面分辨单元 （Ground Resolution Cell）。