遙感物理答疑章

遙感物理答疑章第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章基本概念遙感物理第一節(jié)基本定義√§1.1.1表征電磁輻射的物理量

§1.1.2電磁波與介質(zhì)的相互作用

§1.1.3物體表面的反射特性

§1.1.4遙感數(shù)據(jù)定標(biāo)第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)輻射度量一覽表輻射量符號定義單位輻射能量Q焦耳(J)輻射通量Φ(2)Q/t(λ)瓦(W)輻照度E(2)Φ/A(λ)瓦/米2(W/m2)輻出度M(2)Φ/A(λ)瓦/米2(W/m2)輻射強(qiáng)度I(2)Φ/Ω(λ)瓦/球面度(W/Sr)輻射亮度L2(3)Φ/AΩ(λ)瓦/米2?球面度(W/m2?Sr)第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月基本輻射量總結(jié)：表征輻射的物理量很多：能量、通量、密度、強(qiáng)度、亮度，以及譜（分譜）……需要注意的是：文獻(xiàn)中的稱謂不盡相同，關(guān)鍵看單位最重要的是密度（通量）和亮度凡是涉及面積的都要注意使用法向面積，即cosθ第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章基本概念遙感物理第一節(jié)基本定義

§1.1.1表征電磁輻射的物理量√

§1.1.2電磁波與介質(zhì)的相互作用

§1.1.3物體表面的反射特性

§1.1.4遙感數(shù)據(jù)定標(biāo)第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波與介質(zhì)的相互作用總結(jié)：作用類型散射吸收（發(fā)射）反射透射率：以比例形式表征的反射、透射和吸收強(qiáng)度與入射輻射強(qiáng)度無關(guān)

ρ+τ+α=1（無自身發(fā)射）光譜……、地物光譜特性第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章基本概念遙感物理第一節(jié)基本定義

§1.1.1表征電磁輻射的物理量

§1.1.2電磁波與介質(zhì)的相互作用√§1.1.3物體表面的反射特性

§1.1.4遙感數(shù)據(jù)定標(biāo)第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月反射特性總結(jié)：反射分類鏡面反射漫反射：朗伯體、F=πL方向反射雙向反射率分布函數(shù)（BRDF）雙向反射率因子（BRF、BRDF）半球反射率（albedo）折射定律布儒斯特角……第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章基本概念遙感物理第一節(jié)基本定義

§1.1.1表征電磁輻射的物理量

§1.1.2電磁波與介質(zhì)的相互作用

§1.1.3物體表面的反射特性

√§1.1.4遙感數(shù)據(jù)定標(biāo)第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月定標(biāo)時要注意

定標(biāo)公式針對何種真實(shí)物理量密度？亮度？反射率？

a是負(fù)數(shù)時，定標(biāo)前后圖象視覺相反云？計算某一波段的反射率定標(biāo)參數(shù)時，太陽輻射要對波段響應(yīng)函數(shù)積分λ響應(yīng)函數(shù)第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章基本概念遙感物理第二節(jié)輻射傳輸(radiancetransfer)√§1.2.1傳輸方程

§1.2.2源函數(shù)中散射的表達(dá)第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)兩個概念：光學(xué)厚度、平面平行介質(zhì)一組不同表達(dá)形式的傳輸方程：傳輸方程的簡單解（比爾定律）：e的指數(shù)形式第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章基本概念遙感物理第二節(jié)輻射傳輸(radiancetransfer)

§1.2.1傳輸方程√

§1.2.2源函數(shù)中散射的表達(dá)第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)兩個概念：散射相函數(shù)、單次散射反射率考慮散射與發(fā)射源函數(shù)的傳輸方程：傳輸方程中的散射表達(dá)是導(dǎo)致方程復(fù)雜化的根本原因，也是輻射傳輸過程的魅力所在。第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章基本概念遙感物理第三節(jié)輻射傳輸方程的解

(ResolutionofRTEquations)√§1.3.1源函數(shù)J與待求強(qiáng)度I無關(guān)時的解

§1.3.2單次散射解與散射逐次計算法

§1.3.3二流(two-stream)近似第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)輻射傳輸方程的求解是對τ的積分，而J與I是否有關(guān)決定了求解難易。不考慮源函數(shù)的解為比爾-布格-朗伯定律，只考慮發(fā)射的解也相對簡單。注意輻射傳輸方程中單次散射項也與I無關(guān)：下一小節(jié)將重點(diǎn)解決該問題。第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章基本概念遙感物理第三節(jié)輻射傳輸方程的解

(ResolutionofRTEquations)

§1.3.1源函數(shù)J與待求強(qiáng)度I無關(guān)時的解√§1.3.2單次散射解與散射逐次計算法

§1.3.3二流(two-stream)近似第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)在輻射傳輸方程中，單次散射源函數(shù)J與待求強(qiáng)度I無關(guān)，可以求出解析解。單次散射解中的第1項反映了比爾-布格-朗伯定律，有時也稱為零次散射解，而將第2項，即對源函數(shù)的積分結(jié)果稱為單次散射解。利用逐次計算方法可以依次得到各次散射的源函數(shù)和強(qiáng)度，進(jìn)而求出考慮多次散射的方程解。第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章基本概念遙感物理第三節(jié)輻射傳輸方程的解

(ResolutionofRTEquations)

§1.3.1源函數(shù)J與待求強(qiáng)度I無關(guān)時的解

§1.3.2單次散射解與散射逐次計算法√§1.3.3二流(two-stream)近似第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)1利用二流近似方法可以求解多次散射影響，尤其適合于通量密度的解算。3個關(guān)鍵步驟：與方位無關(guān)時輻射傳輸方程的簡化——去掉φ

勒讓德多項式展開——將μ與μ’分開高斯公式展開——將μ’積分換成求和流數(shù)（雙數(shù)）增多將使精度提高；傳輸方程變成方程組，方程個數(shù)與流數(shù)相等。第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)2不考慮源函數(shù)、源函數(shù)與待求強(qiáng)度無關(guān)（只考慮發(fā)射或/和單次散射）、考慮多次散射，這三種情況的解由易到難。對多次散射的考慮，構(gòu)成輻射傳輸求解中最具活力的一部分，相關(guān)新方法和手段層出不窮。輻射傳輸方程在不同介質(zhì)中應(yīng)用時，關(guān)鍵是要確定散射相函數(shù)P(Ω,Ω’)、τ、ω的形式，以及如何將它與介質(zhì)的一些參數(shù)建立聯(lián)系。第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月遙感物理第四節(jié)遙感數(shù)據(jù)基本特征√§1.4.1電磁波特性

§1.4.2遙感數(shù)據(jù)的五種基本特征

§1.4.3遙感數(shù)據(jù)角度特征第一章基本概念第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章植被遙感模型遙感物理第一節(jié)混合象元模型√§2.1.1概念的提出

§2.1.2線型模型

§2.1.3線型模型反演第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總之：當(dāng)我們關(guān)注象元時，我們用混合象元或純象元等名詞。當(dāng)我們關(guān)注象元內(nèi)部時，我們用端元或子象元等名詞。通常，端元的含義與子象元的含義相同?；旌舷笤纸庖卜Q為子象元分解，主要目的就是為了求算各子象元（端元）所占的面積（比例）。當(dāng)然，子象元（端元）的精確位置是無法通過分解確定的。第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章植被遙感模型遙感物理第一節(jié)混合象元模型§2.1.1概念的提出√

§2.1.2線型模型

§2.1.3線型模型反演第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章植被遙感模型遙感物理第一節(jié)混合象元模型§2.1.1概念的提出

§2.1.2線型模型√§2.1.3線型模型反演第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章植被遙感模型遙感物理第二節(jié)冠層反射率模型--幾何光學(xué)模型

CanopyReflectance(CR)Model–Geometric-OpticalModel√§2.2.1稀疏分布林冠橢球模型

§2.2.2濃密分布條件下的模型

§2.2.3進(jìn)一步的討論第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)

模型成立的條件：稀疏分布。幾何光學(xué)模型假設(shè)地表被觀測地物（不僅限于樹冠）有一定的幾何形狀。本小節(jié)采用橢球近似，并通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，變?yōu)榍蛐?，以簡化表達(dá)式。模型建立的關(guān)鍵是明確光照樹冠、陰影樹冠、光照背景、陰影背景等四分量的面積比例。模型中引入了林業(yè)調(diào)查中所關(guān)心的、具有實(shí)際統(tǒng)計意義的2個參量，λ和R，使反演成為可能。模型還做了2個假設(shè)：RC、RT、RG、RZ具有朗伯性質(zhì)；只考慮直射光，忽略天空散射光第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章植被遙感模型遙感物理第二節(jié)冠層反射率模型--幾何光學(xué)模型

CanopyReflectance(CR)Model–Geometric-OpticalModel§2.2.1稀疏分布林冠橢球模型√

§2.2.2濃密分布條件下的模型

§2.2.3進(jìn)一步的討論第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)

布爾模型給出了間隙概率公式，成功地引入e，使其有可能與輻射傳輸?shù)慕饨榆墶饷軛l件下的模型與樹冠的幾何形狀依然有關(guān)，但是公式相對復(fù)雜得多；稀疏模型可以看作是濃密模型的近似。以上兩小節(jié)給出的模型都是很初步的。以上兩小節(jié)推導(dǎo)的模型除了前面總結(jié)中提到的兩個假設(shè)外，還均假設(shè)樹冠是剛體，即光線只在樹冠表面反射，而沒有穿透后的多次散射過程。由于以上兩小節(jié)推導(dǎo)的冠層反射率與冠層上方入射方向和出射方向均有關(guān)系，所以這是一個二向反射模型。第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章植被遙感模型遙感物理第二節(jié)冠層反射率模型--幾何光學(xué)模型

CanopyReflectance(CR)Model–Geometric-OpticalModel§2.2.1稀疏分布林冠橢球模型

§2.2.2濃密分布條件下的模型√§2.2.3進(jìn)一步的討論第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月進(jìn)一步的討論前面兩小節(jié)給出的模型都是比較簡單、初步的，通過它們可以掌握冠層二向反射的幾何光學(xué)模型的大致脈絡(luò)和思路。但是如果要開展深層次的工作，還需要閱讀大量文獻(xiàn)，掌握這一領(lǐng)域的最新動態(tài)。需要關(guān)注的有：√樹冠的非剛體性研究√濃密分布的非隨機(jī)性研究√核驅(qū)動模型研究樹冠遮擋、雙向投影重疊、天空散射光等在模型中的復(fù)雜表述。第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章植被遙感模型遙感物理第三節(jié)冠層反射率模型—輻射傳輸模型

CanopyReflectance(CR)Model–RadianceTransferModel√§2.3.1冠層反射率模型

§2.3.2植被輻射傳輸中常用參數(shù)

§2.3.3植被輻射傳輸方程及解

§2.3.4Nilson–Kuusk模型第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)植被指數(shù)（0維）--混合象元（2維）--冠層反射率（3維）紋理-象元-端元-組分-材料葉片尺度與取向造成植被輻射傳輸?shù)奶厥庑缘?4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章植被遙感模型遙感物理第三節(jié)冠層反射率模型—輻射傳輸模型

CanopyReflectance(CR)Model–RadianceTransferModel§2.3.1冠層反射率模型√§2.3.2植被輻射傳輸中常用參數(shù)

§2.3.3植被輻射傳輸方程及解

§2.3.4Nilson–Kuusk模型第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)葉面積密度分布、G函數(shù)和函數(shù)均為表征葉片群體特征的統(tǒng)計量。葉面積密度分布可以與葉面積指數(shù)掛鉤。G函數(shù)為植被傳輸中所特有，可以與葉傾角LAD掛鉤。函數(shù)是植被輻射傳輸方程中的散射相函數(shù)。第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章植被遙感模型遙感物理第三節(jié)冠層反射率模型—輻射傳輸模型

CanopyReflectance(CR)Model–RadianceTransferModel§2.3.1冠層反射率模型

§2.3.2植被輻射傳輸中常用參數(shù)√

§2.3.3植被輻射傳輸方程及解

§2.3.4Nilson–Kuusk模型第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)植被中的輻射傳輸方程：G、Γ均不隨高度變化時，植被冠層零、單次反射率：植被冠層反射率R=R0+R1+Rm第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章植被遙感模型遙感物理第三節(jié)冠層反射率模型—輻射傳輸模型

CanopyReflectance(CR)Model–RadianceTransferModel§2.3.1冠層反射率模型

§2.3.2植被輻射傳輸中常用參數(shù)

§2.3.3植被輻射傳輸方程及解√§2.3.4Nilson–Kuusk模型不考第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章