热红外遥感基础
遥感专题讲座——热红外遥感
热红外遥感热红外遥感是利用热红外波段研究地球物质特性的技术手段，可以获取地球表面温度，在城市热岛效应、林火监测、旱灾监测等领域有很好的应用价值。
由于热红外遥感涉及知识多而且深，特别是地表温度反演，需要大气传输、几个定律等方面的知识，本文用通俗语言总结了热红外遥感基本原理和方法，能知道热红外遥感怎么回事及简单的应用。
本文主要包括：●基本定义和原理●常见名词●简单应用与温度反演●ENVI下地表温度反演1、基本定义和原理热红外遥感（infrared remote sensing ）是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。
这是一个狭义的定义，只是说明的数据的获取。
另外一个广义的定义是：利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。
热红外遥感的信息源来自物体本身，其基础是：只要其温度超过绝对零度，就会不断发射红外能量，即地表热红外辐射特性。
如下图为黑体的辐射光谱曲线（不同温度下物体辐射能量随波长变化的曲线），常温的地表物体（300K左右）发射的红外能量主要在大于3μm的中远红外区，即地表热辐射。
热辐射不仅与物质温度的表面状态有关，物质内部组成和温度对热辐射也有影响。
在大气传输过程中，地表热辐射能通过3-5μm和8-14μm两个窗口，这也是大多数传感器的设计波段范围。
热红外遥感在地表温度反演、城市热岛效应、林火监测、旱灾监测、探矿、探地热，岩溶区探水等领域都有很广的应用前景。
2、常见名词热红外遥感涉及的知识多而且深，下面来了解热红外遥感中几个基本的名词。
● 辐射出射度单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量称为辐射出射度，单位是 2-⋅m W● 辐射亮度辐射源在某一方向上单位投影表面、单位立体角内的辐射通量，称为辐射亮度 (Radiance)，单位是瓦/平方米*微米*球面度(1-12μm --⋅⋅⋅Sr m W )。
很多地方会将辐射亮度和辐射强度区分，我这里理解的是一个概念。
热红外遥感——精选推荐
热红外遥感147603676 133****************1 2 3 4 51热红外遥感基本理论1.普朗克定律——分谱辐射通量密度，单位（ ）；λ ——波长，单位μm ；h——普朗克常数=6.6256⨯10-34J·s ；c ——光速3⨯108 m/s ；k——玻耳兹曼常数=1.38⨯10-23 J / K ；T——绝对温度K 。
151152,)1()1(22---⋅=-=T c T k ch e c E h c E T λλλλπλ黑体辐射公式是由普朗克于1900年导出的：1.普朗克定律2.1.2.3.4.342.3. 比辐射率获取根据基尔霍夫定律，比辐射率是目标红外特性的重要参数，可通过地面测量得到各类目标的比辐射率。
(,,)(,)(,)(1(,))()t B B s t D W R Lh L T L θλεθλλεθλλ=+-(,,)()(,)(,)()DWR t BB s DWR L T L L T L θλλεθλλλ-=-•大气下行辐射测量•目标辐射测量3. 比辐射率获取2001/04/21 08:002001/04/21 10:002001/04/21 12:002001/04/21 14:002001/04/21 16:002001/04/21 18:002001/04/21 20:002001/04/22 00:00冬小麦辐射方向性分布变化3. 比辐射率获取2 热红外辐射在大气中的传输1. 大气热红外辐射的性质22 36.34.315 9.6外波长区间的大气透射状况1. 大气热红外辐射的性质0.52. 热红外辐射的大气传输方程12345θθθθππλλd L F sin cos )(22/0⋅⋅=⎰θθθϕθϕπλπλd L d F sin cos ),(2/020⋅=⎰⎰λF λL 2. 热红外辐射的大气传输方程L λθϕ12. 热红外辐射的大气传输方程(,)()()(,)()()[1](,)i i s i a i a R f B T d f L d f L d λλλλλλλθϕλετθϕλλλλετθϕλ↑↓=+⋅+-⋅⎰⎰⎰ ↑↓+-+=i i i s i i i i I I T B T B ])1()()[()(εεθτ3 热红外遥感系统地球观测计划红外传感器概览(星载部分)传感器卫星/计划波段数光谱范围( )空间分辨率(水平/垂直)视场(度)瞬时视角mrad用途ASTER高级空间热辐射热反射探测器EOS(美国)148-1290m21urad陆地表面,水和云ATSR纵向扫描辐射仪ERS-1(欧空局)2(MWR)3.7,11.012.01km×1km1km×1km云,海面温度AVHRR甚高分辨率辐射仪NOAA-11(美国)50.58-12.4 1.1km星下点1.4海面温度植被,气溶胶CERES云和地球辐射能系统EOS(美国)30.3-12.021km星下点7824地球辐射平衡HiRDLA高分辨率临界动态分辨仪EOS(美国)21 6.0-18.010km/1km1km×10km大气温度水分及化学GLI全球成像仪ADEOSII(日本)34可见光,近红外,热红外1km碳循环HIRS/21高分辨率红外辐射探测仪NOAA-11(美国)200.69-14.9520.4m大气温度湿度ILAS改进型临边大气光谱仪ADEOS(日本)30.753-11.7713km/2km大气IR-MSS红外多光谱扫描仪CBERS(中国/巴西)40.5-12.578m,156m8.78中等分辨率制图ISTOK-1红外光谱辐射仪系统PRIRODA-1(俄罗斯)640.4-16.00.75-3km大气辐射LISS-3线形成像自扫描传感器3型IRS-1C/1D(印度)40.52-17.523.5m陆地和水资源管理6198592 2.1 3.1 201991651042 5.0CIS中国成像光谱仪12199380 1.2 1.21 619935.0612199478361986905.0 64199140 1.211 50199285.92 2.5 10199370 2.090901989 1.30.5 10019930.70.774 热红外遥感数据预处理()()[]λτεελλλλλλLatm L l T L L sky bb +-+=λελλbb L λsky L λτλatm L●●●●●●●●●1 A. 劈窗算法(,)()s toa L B T L λλλ∆=-(,)(1(0))()s atm L B T L λλλτλ↑∆=--()(,)(0)()toa s atm L B T L λλλτλ↑=+01(,)(1(0))(,())s aL B T B T z d λλλλτλτλτ∆=--⎰01()(,())a atm L B T z d λλτλλτ↑=⎰1(,)(1(0))(,())s a L B T B T z d λλλλτλτλτ∆=--⎰ 1 A. 劈窗算法1((,)(,()))saL B T B T z d λλλτλλτ∆=-⎰dzz k d e )(ρτλλ-=1 A. 劈窗算法此处为水汽的吸收系数，假定它只是波段的函数，不随高度而变，事实上还是气压 和温度的弱函数。
红外遥感简介
比辐射率
无量纲，
取值0 ～ 1之间，是波长的函数，由材料的性质决定！
常见物体的比辐射率
二、红外遥感仪
1、红外扫描成像遥感仪
扫描 反射镜 马达 光学系统 探测器
磁带
辐射
1、红外光谱遥感仪
红外光谱遥感仪以获取地物的红外光谱为目的，用来探知地物的成分。它的 基本原理是目标辐射被汇聚后进入中继光学系统，它从时间上或空间上将辐射按 波长分开，各波长辐射分别进入光电探测器，光电探测器输出的信息由记录仪和 处理电路分别进行记录和处理。
红外遥感技术
内 容 提 要
一、红外遥感的基本理论概述
二、红外遥感器
三、红外遥感技术的应用
一、红外遥感的基本理论概述
1、遥感 遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标反射或者辐 射电磁信息，判认地球环境和资源的技术。
热辐射：任何物体只要处于绝对零度(－273℃)以上，其原子、分子 都在不断地热运动，都会进行红外辐射。
三、红外遥感技术的应用
红外遥感技术广泛应用于农牧业、森林资源的调查、开发和管理及森林火灾的 探测，在地热分布、地震、火山等的研究中都取得了良好的效果。
红外遥感在环境方面的应用
MODIS是搭载在terra和
aqua卫星上的一个重要的
传感器。 基于MODIS影像的8μ m ～
12μ m热红外谱段的光谱
黑体辐射的基本定律
普朗克辐射定律：黑体光谱辐射出射度 的公式： 与波长、热力学温度之间关系
M ( , T )
2hc2
5
*
1 l hc / kT 1
H是普朗克常量，k是波尔兹曼常量。
斯忒藩——波耳兹有曼定律：把 黑体表面的总辐射度。 对波长进行积分。M表示给定温度的
遥感重点知识点总结初中
遥感重点知识点总结初中一、遥感基本概念遥感是通过人工或自然传感器对地球表面地物进行探测、记录、存储、处理和解译的科学技术。
遥感技术可以分为主动遥感和被动遥感两种类型。
主动遥感是指传感器主动向地面发射能量，并接收反射或散射回来的能量信号，如雷达遥感；被动遥感是指传感器接收来自地面目标发射的电磁波能量，并对其进行分析和处理，如光学遥感。
二、遥感技术基本原理1. 电磁波辐射原理：地球表面物体对太阳辐射的反射、辐射和吸收是遥感技术的基础。
2. 光学遥感：通过接收太阳光照射地表后反射、散射的电磁波，在不同波长的电磁波成像可获取地表物体的信息。
3. 热红外遥感：地表物体受太阳辐射后，有自身温度辐射，通过接收地面物体的红外辐射信息，可以获取地表物体的温度等信息。
4. 雷达遥感：通过合成孔径雷达（SAR）等探测手段获取地表地形、地貌等信息。
三、遥感数据获取遥感数据获取的主要手段包括卫星、飞机、无人机等，这些载具可以携带各种类型的传感器，如摄影机、雷达、红外线传感器等，获取不同波段的地表信息。
四、遥感数据处理1. 资料编目和建库：将获取的遥感数据进行整理、编目及存储，形成遥感数据库。
2. 影像地图生成：将遥感数据进行图像处理，生成数字影像地图。
3. 遥感数据融合：将多种遥感数据进行融合，形成多源数据，以获取更为全面的地表信息。
4. 遥感数据解译：通过图像处理技术对遥感数据进行解译，提取地表对象的信息。
五、遥感应用遥感技术在农业、林业、城市规划、环境保护、气象、国土资源调查、地质勘探等领域有着广泛的应用。
例如，在农业方面，可以通过遥感技术对农作物生长情况进行监测和预测，提高农业生产效率；在环境保护方面，可以通过遥感技术监测空气、水质等环境指标，及时发现环境问题，采取相应措施。
六、遥感发展趋势随着科技的不断发展，遥感技术也在不断创新和进步。
未来，遥感技术发展趋势包括高分辨率遥感技术、超分光遥感技术、高性能遥感卫星技术、人工智能与遥感技术相结合等。
遥感物理6.1
首先要介绍如何通过实验测得黑体辐射数据，其次如何从理论上
去导出用与实验结果相符的黑体辐射公式。事实上，在自然界很难找 到一个在所有波段上吸收率均为“1”的物体，不过我们可以制造一个 人造的黑体——孔腔。腔体内壁涂上某种吸收材料，由于孔腔口的面 积比腔体总面积小得多，所以一旦光线射进小孔后，再经腔体内壁多 次反射后，射出小孔的概率几乎可以略去不计，故孔腔的小孔便成为 一个名符其实的黑体，如果孔腔的温度可以被控制，用分光光谱仪对 准小孔测量其光谱数据，便可获得不同温度下的黑体辐射光谱。
一般来说，物体的辐射能量收支并不相等，物体处于非辐射平 衡状态。但是如果辐射热交换过程相当的慢，以致物体中的内能 的分布来得及变化均匀，并继续处于热平衡状态，那这时的辐射 可视为具有准平衡性质。此时，物体的温度是在变化的，但每一 给定的瞬时，物体的状态都可以看作是平衡的，仍可用一定的温 度来描述它。
，其放射能力就强。黑体的吸收率等于1，其放射能力最
大。我们只要知道一物体的吸收光谱，其辐射光谱也就立
刻可以确定。
通常我们把物体的辐射出射度与相同温度下黑体的辐
射出射度的比值，称作物体的比辐射率 ,T
F ,T
E(,T)
，比辐射
率等于吸收率,是物体发射本领的表征。
基尔霍夫定律最初以实验定律提出，事实上它
第六章 热红外遥感
第一节 第二节 第三节 第四节
热红外遥感概论 海面温度遥感 陆面温度遥感 热红外辐射方向性模型
第一节 热红外遥感概论
6.1.1 热辐射的基本定律 6.1.2 地物的红外光谱特性 6.1.3 热红外遥感系统 6.1.4 热红外遥感应用简介
6.1.1 热辐射的基本定律
空间所有的物体都通过辐射方式交换着能量，如果没有其它 方式的能量交换，则一物体热状态的变化就决定于放射与吸收辐 射能量的差值。当物体的辐射能量等于吸收的外来辐射能量，这 时该物体处于热平衡状态，因而我们可以用一函数温度 T 来描写 它。热力学定律可以用于研究平衡辐射的吸收与放射的规律。
《热红外遥感》课程教学大纲
《热红外遥感》教学大纲一、课程基本信息1.课程代码：211183002.课程中文名称：热红外遥感课程英文名称：Infrared Remote Sensing3.面向对象：遥感科学与技术专业本科生4.开课学院（课部）、系（中心、室）：信息工程学院5.总学时数：24讲课学时数：12,实验学时数：126.学分数：L57.授课语种：中文，考试语种：中文8.教材：《热红外遥感》二、课程内容简介《热红外遥感》课程是为地信、遥感、测绘专业本科学生开设的一门专业选修课程，本课程着重阐述了热红外遥感基本原理、算法基础及其应用案例。
三、课程的地位、作用和教学目标通过课程的学习对热红外遥感数据处理涉及的核心算法有较深入的理解，并具有综合运用这些算法解决实际工程和科学研究中相关问题的能力。
四、与本课程相联系的其他课程《遥感原理与应用》、《遥感图像处理》五' 教学基本要求1、掌握高光谱遥感的基本原理，并了解热红外遥感在水体、植被和地质等方面的应用;2、能从热红外的手段进行合理的逻辑推理、相关估计、定性分析并进行实验验证，如热红外遥感地表温度定量反演等；3、对热红外遥感的技术难题能进行系统建模及实验性的探索与分析，如从热红外遥感数据进行动态监测和特征提取等；4、培养创造性思维，能创新性地解决一些思考问题六、考核方式与评价结构比例《热红外遥感》课程的考核由三局部组成。
1、平时成绩20%2、上机实习成绩40%3、课程考核成绩40%七、教学参考资料1、田国良.热红外遥感（第2版）.电子工业出版社.20142、唐伯惠，李召良，吴骅.热红外地表发射率遥感反演研究.科学出版社.2014八、教学进度与内容安排4.5遥感综合反演重点：遥感综合反演。
难点：组分温度的遥感反演。
第五章热红外应用5.1农田蒸散遥感定量监测5.2 土壤水分与旱情遥感监测3城市热环境遥感监测5.4森林火灾遥感监测重点：土壤水分与旱情遥感监测。
热红外遥感的原理及应用
热红外遥感的原理及应用1. 热红外遥感的原理热红外遥感是一种利用物体自身辐射的红外辐射进行探测和观测的技术。
其原理基于热物理学中的黑体辐射定律和斯特藩－玻尔兹曼定律，即物体的温度决定了其辐射的能量和频率分布。
根据这一原理，热红外遥感通过测量地面目标的红外辐射能量，可以获取目标的温度信息以及其他相关的热学参数。
2. 热红外遥感的应用热红外遥感技术在许多领域得到广泛应用，以下列举一些主要应用领域：2.1 军事和安全领域热红外遥感技术在军事和安全领域发挥着重要作用。
通过热红外遥感技术，可以对潜在目标进行侦查和监测，如军事目标、地下设施和边界监控等。
此外，热红外遥感还可用于火灾和爆炸等事故的监测和警报。
2.2 环境监测和资源调查热红外遥感技术在环境监测和资源调查方面具有广泛应用。
通过测量地表温度和地表辐射，可以监测土地利用、植被生长和生态系统变化等。
此外，热红外遥感还可以用于水资源调查、矿产资源勘探和气候变化观测等方面。
2.3 建筑和城市规划热红外遥感技术在建筑和城市规划方面也有广泛的应用。
通过测量建筑物和城市地区的热态，可以分析建筑物的热效应和能耗，进而优化建筑设计和能源利用。
此外，热红外遥感还可以用于城市热岛效应研究、城市规划和交通管理等方面。
3. 热红外遥感的优势和挑战虽然热红外遥感技术具有广泛的应用前景，但也面临一些挑战。
3.1 信号解析和处理热红外遥感技术所获取的数据量庞大，需要进行信号解析和处理才能得到有用的信息。
目前，研究人员正致力于开发高效的算法和技术，以提高数据处理的效率和准确性。
3.2 仪器和设备热红外遥感技术需要借助特殊的仪器和设备进行数据采集和测量。
这些仪器和设备的性能和精度对于数据的质量和可靠性至关重要。
因此，研究人员需要不断改进和优化热红外遥感设备，以满足不同应用领域的需求。
3.3 数据解释和分析热红外遥感技术所获得的数据需要经过解释和分析才能得出准确的结论。
这需要研究人员对数据进行深入的理解和分析，以及对所研究对象的特性有足够的了解。
6.热红外遥感
热红外遥感
1. 地表的热红外辐射特性 2. 红外遥感地面试验 3. 热红外遥感成像系统 4. 热红外遥感应用
1. 地表的热红外辐射特性
热红外遥感:热红外遥感就是利用星载或机
载传感器收集、记录地物的这种热红外信息， 并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表 参数(温度、湿度和热惯量等)。因而,地表热红 外辐射特性是热红外遥感的基础。
何为地学知识 地学知识是地学领域中反映地学属性、现象、过程的描述性信息， 按来源可分为不 同的类别： a．地理信息知识： 来源于地理空间数据， 反映了空间地理现象和 地物的空间分布； b．专家解译知识：专家在目视解译过程中获得的经验性、常识性 知识； c．地物波谱知识：地物的光谱特性； d．空间分布知识： 地物在空间分布上的规律； e．空间关系知识：地物内部或地物与地物之间的空间存在关系； f 地物纹理知识：地物分布的有规律的空间结构特征； g．时相知识： 地物随时间的变化规律。
6374154135km1km49511大气温度湿度aster高级空间热辐射热反射探测器eos美国1481290m无21urad陆地表面水和云atsr纵向扫描辐射仪ers1欧空局mwr371101201km1km1km1k云海面温度avhrr甚高分辨率辐射仪noaa11美国05812411km14海面温度植被气溶胶ceres云和地球辐射能系统eos美国0312021km7824地球辐射平衡hirdla高分辨率临界动态分辨仪eos美国216018010km1km1km10km大气温度水分及化学gli全球成像仪adeosii日本34可见光近红外热红外1km碳循环hirs21高分辨率红外辐射探测仪noaa11美国200691495204m无大气温度湿度ilas改进型临边大气光谱仪adeos日本0753117713km2km大气irmss红外多光谱扫描仪cbers中国巴西0512578m156m无878中等分辨率制图istok1红外光谱辐射仪系统priroda1俄罗斯64041600753km无大气辐射liss3线形成像自扫描传感器3型irs1c1d印度052175235m无陆地和水资源管理现在及将来地球观测计划红外传感器概览星载部分现在及将来地球观测计划红外传感器概览星载部分modis中等高分辨率成像光谱辐射仪eos美国3604145250m500m1km无2505001000m地球物理过程大气海洋陆地scarab辐射收支扫描仪poemenvisat1欧0250060km无1004848全球辐射收支sr扫描辐射仪fy2中国055120573km无160urad气象srom海洋监测光谱辐射仪almazib110405125600m海洋叶绿素生物生产率tmg温室气体干涉监测仪adeos日本03314010km26km10温室气体制图virs可见光红外光扫描仪trmm美国日本3751081202km无云辐射vissr可见光红外光旋转式辐射扫描仪gms日本0507510512512525km无地球制图云覆盖vissr可见光红外光自旋辐射扫描仪meteosa051252525km55km无18014地球大气观测主要的航空成像红外光谱仪瞬时视场mrad85120始于1985年92213
热红外遥感基础
Bisensor ( , ) = [ i ( ) Bi0 (Ts ) +
+
b,i ( , ; , ) Latm ( ) cos Latm i
热红外波段？
6-14微米、3-18微米
热辐射？ 所有的物质，只要其温度超过绝对零度，就会 不断发射红外能量。常温的地表物体发射的红 外能量主要在大于3微米的中远红外区。
§ 3.热红外遥感的复杂性
• 1、热红外遥感的大气影响更为复杂
可见光波段的大气影响？ 热红外光波段的大气影响？
吸收、散射、发射
最主要的影响因素？
水汽、臭氧、二氧化碳
§ 3.热红外遥感的复杂性
• 2、热红外信息，除受大气干扰外，还受地 表层热状况的影响。
主要的影响因素：风速、风向、空气温度、 土壤水分、地形地貌等。
§ 3.热红外遥感的复杂性
• 3、热探测器获得的物体发射辐射包含了两个重要 信息：温度；比辐射率。二者分离非常困难。 物体的温度与图像亮度的关系？
+
1,2e-3 1,0e-3 (W cm-2sr-1um-1 Luminance spectrale 8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6
b, ( , ; , ) Latm ( ) cos d
8
10
12
14
波长 (µm)
+
1,2e-3 1,0e-3
atm b, ( , ; , ) Latm ( ) cos d ] + Latm
(W cm-2sr-1um-1 Luminance spectrale
8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6 8 10 12 14
遥感之热红外遥感
遥感之热红外遥感前段时间有⼈问到关于热红外遥感的相关内容，发现这⼀部分内容还挺杂的，在这⾥对热红外遥感的⼀些概念以及常⽤的⼀些⽅法进⾏说明。
地表热红外辐射及⽐辐射率的⽅向性问题、温度与⽐辐射率的分离问题、⾮同温像元的分解问题等等，⼀直是热红外遥感中⽐较现实的⼀个难点，因此⽬前很多理论和模型，以及⼀些反演结果的精度在实⽤性上还是有很⼤的差距。
概念⽐辐射率：物体发射能⼒的表征，与物体的表⾯组成以及表⾯状态、介电常数都有密不可分的关系。
物体的发射率和它的反射率之间的关系：反射率越低，其发射率越⾼，如⾦属⽚反射热能，因⽽它的发射率⼏乎为1。
热红波段理论上来讲热红外的波段是在3~14um，但是由于⼤⽓的吸收散射，这个波段范围内的很多波谱区间会被完全散射或吸收，根据测定，常⽤的热红外波段的⼤⽓窗⼝分为3~5um、8~14um。
通常这两个波段的应⽤⽅⾯是按照波段的特点来区分的：8~14um主要⽤于调查⼀般物体的热辐射特性，探测常温下的温度分布、⽬标的温度场、进⾏热制图等。
如地热调查、⼟壤分类等⽐较宏观的⼀些调查信息的提取，但是对于⽕线、⽕点信息不是⾮常的敏感。
3~5um短波红外的热红外谱段，对⽕灾、活⽕⼭等⾼温⽬标的识别敏感，常⽤语捕捉⾼温信息进⾏各类⽕灾、活⽕⼭等⾼温⽬标的识别。
地表温度反演算法地表温度的反演⼀直是关于热红外研究的⼀个热点问题，根据学者们对于热红外的研究成果，常⽤的地表温度反演可以分为⼤致的以下⼏类：单通道法、多通道法、单通道多⾓度法、多通道多⾓度算法等。
单通道法单通道法主要是利⽤传感器的单个通道数据，借助于卫星遥感提供的⼤⽓垂直廓线数据如温度、湿度、压⼒等，结合⼤⽓传输⽅程计算⼤⽓透射率等参数，以修正⼤⽓对⽐辐射率的影响，从⽽得到地表温度，这种算法需要地表辐射率、⼤⽓廓线等参数来去获取地表温度。
多通道法（劈窗法）这⾥的意思是利⽤8~14um波谱范围内的⼤⽓窗⼝，通过对⽐10.5~11.5um、11.5~12.5这两个通道对⼤⽓吸收的不同，通过各种组合来剔除⼤⽓的影像，获取真实的地表辐射率等信息，这种⽅法相对来说⽐较常⽤。
热红外遥感
遥感系列讲座之三南京路川信息系统工程有限公司遥感部图1. 黑体所辐射的能量随波长而变化状况，以及热红外波长区间的大气透射状况二、地表温度反演方法大气校正法：需要大气剖面数据来进行大气模拟，估计大气影响。
单窗算法：3个参数：大气平均作用温度、大气透过率和地表比辐射率率。
劈窗算法：2个参数：大气透过率和地表比辐射率。
多通道算法：白天与晚上两景同步反演，还有很多问题，如两景图间像元的几何定位问题。
三、旱情遥感监测1、作物供水指数法：CWSI＝NDVI/TS其中：CWSI是作物供水指数NDVI是归一化植被指数TS是作物叶面温度原理：相同植被密度情况下，叶面温度越高，作物表现出来的缺水情况越大，因此，通过植被绿度值与温度比值，可以大体上反映作物的缺水情度，即作物旱情。
旱情监测结果与当旬降雨量的比较历史降雨因素的考虑不仅考虑当旬，而且还考虑最近8旬（3个月）的降雨影响MSRI=A0*SRI0+A1*SRI1+ A2*SRI2+A3*SRI3+a4*SRI4+….+ a8*SRI8MSRI是考虑降雨因素的干旱指数，0-100SRI0和A0是当旬的降雨距平指数及其权重SRI1-SRI8和A1-A8是历史各旬降雨距平指数的权重当SRI0＝100时，取MSRI＝SRI0，当旬降雨相当多两指数耦合与旱情划分农业旱情指数：作物供水指数和降雨距平指数的耦合DI＝B1*SDI+B2*MSRI其中：DI是农业旱情指数，0－100表示非常干旱到非常湿润SDI是当旬多日合成的标准化作物供水指数，B1是其权重，取0.4MSRI是考虑多旬降雨因素的干旱指数，B2是其权重，取0.6监测结果比较2005年5月下旬降水量分布图遥感影像合成图（改进的方法）谢谢!。
热红外遥感在地震监测中的应用
4
1
2
13
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
4
震前沿青藏高原东缘出 现了绵延近3000KM 的卫 星热红外异常条带。该 条带中段区域（即龙门 山断裂带所在区域）的 西侧紧邻震中，且在经 过南北构造带东经（ 102°~106°）时发生了 中断，中间出现约 (150KM) 宽的不连续区 。
4
1
2
9
三、其他方法 1、断裂带内外亮温差值法
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
研究了2001年11月14日昆仑山8．1级地震。发现震前月平均亮温 相对于2000年同期平均亮温的增温区沿发震断裂呈条带状分布： 从震前1个半月的2001年10月开始．断裂带内外的相对温差发生 明显变化，断裂带内的平均亮温与其外围的平均亮温差从一2 clC增加到1℃ ，相对增温幅度达2℃～3℃左右．地震之后相对 温差又回到正常状态。
地球放气学说：把热红外异常原因解释为地下的CO2
、水蒸气、H2 ： 等气体沿微裂隙溢出地面， 这些气 体易于吸收太阳和地面的红外波段辐射和反射， 产生 局部温室效应， 导致孕震区地面一低层大气增温． 即“ 地球放气说”。
应力致热学说：应力致热学说指在地球介质受到附
加力的作用时， 随着应力的增大， 介质的辐射温度 、红外热像以及波谱特性都可能发生变化， 而这些变 化的物理量均可以成为孕震前兆特征指标而加以跟踪 监测。
4
1
2
12
汶川地震产生原因
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
汶川地震是印度板块向亚洲板块俯冲所 致，由于印度板块由南西向北东方向俯冲挤 压亚洲板块， 造成青藏高原东部边缘以龙 门山构造带为中心向东推移，却遇到四川盆 地地块的强力阻挡，造成挤压构造应力不断 上升，弹性能长期积累，最终在龙门山构造 带中央部位发生断裂失稳，大量能量突然释 放形成巨震。
第7章-热红外遥感
地球热红外辐射
地球热红外辐射由地表辐射率和地表温度两个因素决定。
地表温度与地表反射率、地表热学性质和地表红外比辐射 率相关。
辐射温度和地表温度
辐射温度被定义为所测量的物体的辐射能量所对应的温度 。对于黑体而言，物体的辐射温度等于它的真实温度。但 对于真实物体而言，热遥感器所记录的辐射温度与物体的 地表温度之间的关系可以近似地表示为。
基尔霍夫定律
在任一给定温度下，辐射通量密度与吸收率之比任何材料 都是一个常数，并等于该温度下黑体的辐射通量密度。 W W
W T 4 W T 4
任何材料的发射率都等于其吸收率
根据能量守恒定律 E E E E
1
对于不透射电磁波的物体 0 1
水体
0.99
303
299.97
3、热红外遥感辐射的影响因素
大气热辐射的影响
大气自身热辐射
大气对热红外能量的吸收
大气对太阳辐射的吸收
在紫外、红外与微波区，电磁波衰减的主要原因是大气吸 收。
主要成分：氧气、臭氧、水、二氧化碳。 大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡。 大气对紫外线有很强的吸收作用，因此，现阶段中很少使 用紫外线波段。
黑体是一种理想物体，自然界中并不存在这样的物体，大 多数是灰体。因此地表温度的反演需要考虑比辐射率的影 响。
如果没有大气的影响，地物的真实温度可以直接用比辐射 率求解。
2、热红外遥感辐射源
辐射源
自然辐射源
太阳辐射：可见光和近红外的主要辐射源 常用5900K的黑体辐射来模拟 大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射 3 地球的电磁辐射：近似300K的黑体辐射。小于 m 的波长主要是 太阳辐射的能量；大于6 m 的波长主要是地物自身的热辐射； 6 m 3 之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。
[工程科技]第五章、热红外遥感基础
![[工程科技]第五章、热红外遥感基础](https://img.taocdn.com/s3/m/09f5cc1877c66137ee06eff9aef8941ea76e4b4c.png)
第五章、热红外遥感基础热辐射热红外遥感就是利用星载或机载传感器收集、记录地物的这种热红外信息。
并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数，如温度、湿度和热惯量等td Q =φ是时间的函数与面积无关，任何面积都有辐射能通过！由此来引出另外两个概念：辐射出射度、辐射入射度st d d d M φ=sds t d d d E φ=sd (辐射照度，简称：辐照度)θ法线Ωφ)()(θφθCOS I Ω=LQ0Q RQAQT黑体、灰体、选择性吸收体C；光谱发射率是比值的概念是比值的概念；！是能量的累积！光谱发射度是能量的累积发射度==辐射出射度发射度前提条件：与物体的温度和电磁波的波长无关；黑体的吸收率最大，同时它的发射率也最大；它是理想的辐射体。
黑体概念是理解热红外遥感的基础在任何温度下，对各种波长的电磁辐射能的吸收系数恒等于1的物体称为黑体只是由于热辐射是随着构成物体的物质和条件的不同而变化，因而需要引入黑体这一概念作为热辐射定量研究的基准。
黑色无烟煤记住黑体不一定是黑色的物体，而要看它的发射率是否最大！金属水银灯氙灯()112,/52−•=T hc hc T M λκλλπλl λ——波长黑体辐射公式由此引出了另一个黑体辐射定律温度4)(T d M M σλλ==∫∞绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比！黑体的辐射能量是该黑体表面温度的函数。
——斯忒藩-波耳兹曼常数=5.6697×10-8(Wm -2K -4)T A m =λ在黑体辐射光谱中最强辐射的波长λm 与黑体绝对温度T 成反比。
地球辐射能主要集中在：中红外、远红外物体热辐射的强度和峰值波长都是随物体的温度而变化！但是对非黑体的真实物体，由于比辐射率的影响，要获得地表真实温度的难度便大得多。
石英250 K250 K 黑体黑体石英对应于每一波长的光谱辐射出射度！实际地物辐射出射度与同温下黑体的辐射出射度比值永远小于或接近于1，之间存在一个系数，即，比辐射率ε！TTM T E ,),(λλαλ⋅=它是衡量物体发射本领的参数，它也表明了物体的吸收本领的高低。
- 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)。
§1 热红外遥感的应用
火灾监测
§1 热红外遥感的应用
1989年3月下旬全国旱情分布
旱情监测
March, 1989
Sept. ,1993
§1 热红外遥感的应用
城市热岛监测
§1 热红外遥感的应用
海洋中物种的适宜地 风暴能量的来源 气候变化
§ 2.热红外遥感的基本概念
• 热红外遥感就是利用传感器的热红外波段收集、 记录地物的热辐射信息，并利用这种热辐射信息 来获取目标物的温度信息。
(W cm-2sr-1um-1 Luminance spectrale
8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6 8 10 12 14
波长 (µm)
热红外辐射传输方程sen源自or 0 B ( , ) = [ ( ) B (Ts ) + b, ( s , s ; , ) Es , ( s )
0 = ( ) B (Ts ) +
b, ( s , s ; , ) Es , ( s )
1.2e-3 1.0e-3
(W cm-2sr-1um-1 Luminance spectrale
8.0e-4 6.0e-4 4.0e-4 2.0e-4 0.0 2 4 6 8 10 12 14
波长 (µm)
热红外辐射传输方程
0 surface B ( , ) = ( ) B (Ts ) + b, ( s , s ; , ) Es , ( s )
+
1,2e-3 1,0e-3
b, ( , ; , ) Latm ( ) cos d
§ 3.热红外遥感的复杂性
• 4、热红外遥感图像的空间分辨率一般较低， 混合像元问题非常突出。
可见光、热红外空间分辨率：MODIS，TM
红外辐射传输方程
热红外辐射在大气中的传输
大气热红外辐射的性质
大气的长波辐射性质很复杂，不仅与吸收物质 (水汽， CO2与O2)分布有关，而且与大气温度、 压力有关。 水汽（H2O）在6.3微米有一个较强的吸收带; 二氧化碳 (CO2) 分别在 4.3 微米和 15 微米有较强的 吸收带; O3 在9.6微米处一个窄的吸收带. 所以能称之为窗区的只有3.5—4.0微米，8—9.5微 米和10.5—12.5微米三个波段。
8,0e-4
6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6 8 10 12 14
(W cm-2sr-1um-1 Luminance spectrale
波长 (µm)
热红外辐射传输方程
0 surface B ( , ) = ( ) B (Ts ) + b, ( s , s ; , ) Es , ( s )
热红外辐射在大气中的传输
除非有云或尘埃等大颗粒质点较多时，大气对长波辐射 的散射削弱极小，可以忽略不计。有云时，云中对长波的吸收 作用很大，较薄的云层已可以视为黑体。
大气不仅是削弱热红外辐射的介质，而且它本身也发射 热红外辐射。
总之，热红外辐射在大气中的传输，是一种漫射辐射在 无散射但有吸收又有发射的介质中的传输。
热红外辐射传输方程
sensor 0 B ( , ) = [ ( ) B (Ts ) + ( , ; , ) E ( ) b , s s s , s
+
1,2e-3 1,0e-3
atm , ; , ) Latm ( ) cos d ] b, (
热红外辐射的大气传输方程
（1）地球与大气都是发射红外辐射的辐射源；
（2）通过大气中的任一平面射出的都是具有各个方向的漫射 辐射；
（3）只考虑吸收作用，忽略散射； （4）必须把大气的发射和吸收同时考虑； （5）假定大气是水平均一的。
热红外辐射传输方程
Atmosphere
热红外辐射传输方程
surface B ( , )
+
1,2e-3 1,0e-3 (W cm-2sr-1um-1 Luminance spectrale 8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6
b, ( , ; , ) Latm ( ) cos d
8
10
12
14
波长 (µm)
波长 (µm)
热红外辐射传输方程
中红外波段
Bisensor ( , ) = [ i ( ) Bi0 (Ts ) + b,i ( s , s ; , ) Es ,i ( s )
+
热红外波段
, ; , ) Latm ( ) cos d ] iatm + Latm i i b,i (
热红外波段？
6-14微米、3-18微米
热辐射？ 所有的物质，只要其温度超过绝对零度，就会 不断发射红外能量。常温的地表物体发射的红 外能量主要在大于3微米的中远红外区。
§ 3.热红外遥感的复杂性
• 1、热红外遥感的大气影响更为复杂
可见光波段的大气影响？ 热红外光波段的大气影响？
吸收、散射、发射
最主要的影响因素？
+
1,2e-3 1,0e-3
atm b, ( , ; , ) Latm ( ) cos d ] + Latm
(W cm-2sr-1um-1 Luminance spectrale
8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6 8 10 12 14
Bisensor ( , ) = [ i ( ) Bi0 (Ts ) +
+
b,i ( , ; , ) Latm ( ) cos d ] i i
atm
+ Latm i
水汽、臭氧、二氧化碳
§ 3.热红外遥感的复杂性
• 2、热红外信息，除受大气干扰外，还受地 表层热状况的影响。
主要的影响因素：风速、风向、空气温度、 土壤水分、地形地貌等。
§ 3.热红外遥感的复杂性
• 3、热探测器获得的物体发射辐射包含了两个重要 信息：温度；比辐射率。二者分离非常困难。 物体的温度与图像亮度的关系？