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遥感中DN值、Radiance、Reflectance、Emissive的意义

admin2年前 (2020-03-06)遥感1090

DN(Digital Number)数字量化值

      传感器直接接受的未经过处理的原始值,不代表物理意义。如果只是想看一个图像,不打算解释像素的物理意义,可以用DN值的方式来保存。

Radiance 辐射亮度值

      通常叫辐射率(radiance pixel values ),某一个面积辐射能量的总和。辐射亮度值有单位标识,如W/(cm2*μm*sr)(瓦特/(平方厘米*微米*球面度)),以及ENVI FLAASH工具中要求的辐射亮度值单位为:µW/(cm2*sr*n)。将DN值转为辐亮度需要一个线性转换公式 ,知道增益和偏移就可以转换,这两个参数在头文件中可以找到 ,DN值转辐亮度值的过程也是辐射定标的过程。

      辐射亮度值包括物体反射的辐射能量,还包括临近地物的贡献值,也包含云层的影响。同时,辐射亮度值也会受到辐射源的影响,如光学遥感中的太阳。

Reflectance 反射率

      反射率是物体表面所能反射的辐射量和它所接受的辐射量的比值,一般在[0,1]范围,有的时候为了储存方便而扩大一定的倍数,如放大一万倍[0,10000]。一些材料可以通过他们的反射光谱来识别,因此,为了更好的识别图像特征,我们通常将图像定标为反射率图像。

      反射率包括两种:大气表观反射率和地表反射率

(1)大气表观反射率(Top of Atmosphere Reflectance)

      大气表观反射率(简称TOA reflectance)是飞行在大气层之外的航天传感器量测的反射率。这种反射率包括云层、气溶胶和气体的贡献。

      大气表观反射率通过辐射亮度定标参数,太阳辐照度,太阳高度角和成像时间等几个参数计算得到。

(2) 地表反射率(Surface Reflectance)

      地表反射率是地球表面的反射率,它没有云层和大气组分的影响。通常情况,地表反射率是从辐射亮度图像中计算得到,有很多的计算模型,如辐射传输模型,其实就是去除云层、大气组分、临近地物等因素影响的过程。ENVI中的大气校正模块就是采用辐射传输模型的MODTRAN4+,大气校正是获取地表反射率的一个过程。

Emissive 发射率

      通常叫比辐射率,是指物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比称为该物体的发射率,一般在[0,1]范围,用来描述热红外图像特征。

      比辐射率也包括大气表观比辐射率和地表比辐射率,意义和反射率类似。

      将未定标的DN图像转成发射率图像,通常采用线性变换模型计算。如ENVI中打开Modis的L1B级数据,自动将热红外波段定标为比辐射率数据,当然这个是大气表观比辐射率图像。

Brightness Temperature 亮温

      当一个物体的辐射亮度与某一黑体的辐射亮度相等时,该黑体的物理温度就被称之为该物体的“亮度温度”,所以亮度温度具有温度的量纲,但是不具有温度的物理含义,它是一个物体辐射亮度的代表名词。单位是开尔文或者摄氏度,是一个广义的温度定义,这个温度是由很多因素造成的,比如大气下行、上行辐射等。

      可以通过普朗克方程,将热红外辐射亮度图像转成亮温图像。

     与亮温相对应的就是地表温度,简单的理解就是消除大气上行、下行等因素影响的亮温,常用的方法包括大气校正法、单窗法、劈窗法等。

     总结一下,通常我们直接从数据提供商获取未定标的DN图像,然后定标为辐射亮度图像,对辐射亮度图像进行大气校正得到地表反射率图像。对于热红外图像,定标为发射率或者辐射亮度图像,之后通过反演模型转化为地表温度图像。一般我们是在反射率图像上获取地表定量信息。


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