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：
1.1 方向性反射光谱的定义与测量
(1) 方向－方向反射率波谱：入射能量照明方式为平行直射光，没有
或可以忽略散射光；波谱测定仪器仅测定某个特定方向的反射能量。地物 双向反射特性主要就是研究方向－方向反射率波谱。晴天条件下，以太阳 光为照明光源，利用野外便携式地物光谱仪测定的地物反射率波谱就可以 近似为方向－方向反射率波谱。方向－方向反射率的定义BRDF基本一致， 其定义如下，
式中定义的半球－半球反射率就是反照率（albedo），全球变化遥 感的热点！！！
1.1 方向性反射光谱的定义与测量
(1) 方向－方向反射率波谱：入射能量照明方式为平行直射光，没有
或可以忽略散射光；波谱测定仪器仅测定某个特定方向的反射能量。地物 双向反射特性主要就是研究方向－方向反射率波谱。晴天条件下，以太阳 光为照明光源，利用野外便携式地物光谱仪测定的地物反射率波谱就可以 近似为方向－方向反射率波谱。
LRef ( ) E ( ) Ref ( )
* d
根据方向反射率定义和公式，太阳辐照度光谱测定后，只要同步测定目标 反射的辐亮度光谱，就可以计算目标的光谱反射率，
t ( r , r , )
Lt ( r , r , )
* Ed
Lt ( r , r , ) Ref ( ) LRef ( r , r , )
1.1 方向性反射光谱的定义与测量
反射率（Reflectance）定义为物体表面反射能量与到达物体表面入射能量的 比值。光谱反射率（Spectral Reflectance）为某个特定波长间隔下测定的 物体反射率，连续波长测定的物体反射率曲线构成反射率波谱（Reflectance Spectrum）。
双向反射率分布函数 （BRDF）的物理意义是：
来自方向地表辐照度的微增 量与其所引起的方向上反射 辐射亮度增量之间的比值。
Q1: BRDF如何直接测量？
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
FLAASH
植被 裸土 水体
辐射校正后-TOC 辐射校正前-TOA
植被 裸土 水体
TOA和TOC表观反射率光谱差异
表观反射率(红)与真实反射率（黑）
TOA和TOC表观反射率光谱差异
TOA和TOC表观反射率光谱差异
不同光谱分辨率条件下观测的冠层表观反射率光谱曲线 (Meroni & Colombo，2006)
Electromagnetic Spectrum
遥感波谱范围
根据大气窗口和反射/辐射情况,将 光学遥感波段划分为 可见光：0.4-0.7 m 近红外：0.7-1.35 m 短波红外：1.45-2.5 m 中红外：3-5 m 热红外：8-14 m 远红外：14-100 m
遥感成像基本原理
植被冠层光谱反射率测量
拍摄1.6米冠层光谱测定及参考板校正
Step1：测量参考般的辐亮度光谱； Step2：测量冠层反射的辐亮度光谱； Step3：测量参考般的辐亮度光谱； Step4：测量天空散射光光谱；
Field Spectroscopy measurement
夏玉米不同生育期冠层光谱
30 25 2003-07-08 30 25
L L L L L L L L
s su sd sp
e
eu
ed
ep
大气辐射传输示意图(左边为可见/近红外波段，右边为热红外波段)
遥感成像基本原理
普朗克定律或黑体辐射定律
遥感成像基本原理
反射率光谱
1.1 方向性反射光谱的定义与测量 1.2 地物光谱测量原理
1.1 方向性反射光谱的定义与测量
器仅测定某个特定方向的反射能量。
( r , r )
L( r , r )
Ed


0
2

L( r , r )
2
0
E (i , i ) cosi sin i d ii
全阴天条件下，以太阳散射光为照明光源，利用野外便携式地物光谱仪测定的地 物反射率波谱就可以近似为半球－方向反射率波谱。
0.07
0.06
0.05
0.04 0.03
0.2 0.1 0
0 20 40 60
0.02
0.01
0
-60 -40 -20
At 12:24 on May 4, 2013 (left, SZA=24.36, SAA=187.78)
叶片光谱测量
光源 光源
积分球
光谱 仪探 头
积分球
光谱叶片半球反射辐亮度测量
(b) 光源辐照度光谱测量 利用积分球测定叶片反射率
(Is - Id)Rr Rs = (Ir - Id)
Ts=
Is× Rr Ir
叶片光谱测量
2、表观反射率光谱
反射率（Reflectance）：定义为
物体表面反射能量与到达物体表面入 射能量的比值。 表观反射率(Apparent reflectance )： 定义遥感器观测的辐射信号与太阳入射 辐射信号比值。 可见光波段还有植被光合作用荧光。
双向反射率因子(Bi-directional Reflectance Factor, BRF)
定义：在相同的辐照度条件下，地物向(θ，φ)方向的反射辐射亮度与一个理想 的漫反射体在该方向上的反射辐射亮度之比值，称为双向反射率因子R：
LT ( r , r , ) BRF(i , i , r , r , ) BRDF LP (i , i , )
At 12:24 on May 4, 2013 (left, SZA=24.36, SAA=187.78)
0.07 0.06 0.05
0.04
0.03 0.02 0.01 0.00 -60 -40 -20 0 20 40 60
RED
RED-Modelled 0.08
NIR
NIR-modelled 0.6 0.5 0.4 0.3
0.03 0.02 0.01 0.00 -60 -40 -20 0 20 40 60
At 16:08 on May 4, 2013 (right, SZA=56.40, SAA=262.73).
Blue
RED
NIR 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00
850
1350 1850 Wavelength(nm) 2003-08-11
2350
40 35
Reflectance (%)
Refletance (%)
30 25 20 15 10 5 0 350 850 1350 1850 Wavelength (nm) 2350 01-m 01-g 01-h 01-z
01-m 01-g 01-h 01-z
850
1350 1850 Wavelength (nm)
2350
BRDF reflectance
BRDF reflectance
BRDF reflectance
Blue 0.07 0.06 0.05
0.04
RED
NIR 0.47 0.46 0.45 0.44 0.43 0.42 0.41 0.40 0.39 0.38
第2节 植被遥感数据获取基础
Passive vs. Active Sensors
卫星遥感的表观反射率光谱
TOA辐亮度光谱、辐照度光谱
TOC辐亮度光谱、辐照度光谱
TOA表观反射率光谱
TOC表观反射率光谱
卫星遥感的表观反射率光谱
TOA辐亮度光谱、辐照度光谱
TOC辐亮度光谱、辐照度光谱
TOA表观反射率光谱
TOC表观反射率光谱
FLAASH、ATREM、ACORN
TOA和TOC表观反射率光谱差异
(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
器仅测定某个特定方向的反射能量。全阴天条件下，以太阳散射光为照明光源，