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DN/Radiance/TOA/SR/Emissive/BT

已有 11265 次阅读 2020-6-28 12:51 |个人分类:遥感专业知识|系统分类:科研笔记

1.数字量化值(Digital Number)

    DN值是遥感影像像元亮度值,记录的地物的灰度值,它通常被用来描述还没有校准到具有意义单位的像素值。无单位,是一个整数值,值大小与传感器的辐射分辨率、地物发射率、大气透过率和散射率等有关。DN值通常被用来描述还没有校准到具有意义单位的像素值。如果只是想看一个图像,和不打算解释像素值的物理意义,那么就可以以DN值的方式来保存。

    所有遥感影像原始数据都是DN值,要经过辐射定标转换成具有实际物理含义的表观反射率(光学)或后向散射系数(SAR)。DN值范围的不同是因为不同传感器量化级不同,就是存储数据时将传感器接收电平的量化级,有的是8bit量化,则DN值范围是0-255,有的是16 bit量化(如高分辨的Worldview-2卫星),范围为0-65535,还有12bit量化的。GF-1号好像是10bit量化,理论上DN值范围为0-1024

2.辐射率(Radiance)

      通常叫辐射亮度值(radiance pixel values),是某一个面积辐射能量的总和,其具体含义是单位面积,单位波长,单位立体角的辐射通量(或称辐射功率)。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:W/(cm2*sr*nm)

    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。

    将未定标的DN图像转成辐射亮度值图像,通常只用一个线性转换公式及偏移和增益就可以完成,偏移和增益系数一般在元数据文件中获取。转换公式如下:

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    需要注意的是,上式得到的结果是大气顶层的辐射亮度DN值和辐射亮度值是有关系的,DN值是记录在遥感图像上的像素值,而辐射亮度值是光的能量,辐射亮度值经过量化得到DN值。DN值是不具有物理意义的,但是从DN转换得到的辐射亮度值是具有物理意义的,辐射亮度值表示从物体表面反射回卫星的能量的强弱即具体能量值。

3.反射率(Reflectance

    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。
    反射率图像包括两种:大气表观反射率和地表反射率。

3.1 大气表观反射率(Top of Atmosphere Reflectance

       TOA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。

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3.2 地表反射率(Surface Reflectance

     SR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+,此外还有6S大气校正模型。因此,大气校正是获取地表反射率的一种途径。

4. 发射率(Emissive

    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ModisL1B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。

5. 亮温(brightness temperature

    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。

6. 辐射强度、辐亮度、辐照度区别

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    一个是光源的出射、一个是物体表面的接收,光源的出射与两个量的度量有关辐射强度辐亮度物体表面的接收和一个量的度量有关辐照度。而这里更不好理解的是辐射强度出射时按照立体角进行定量的,而辐照度则没有提及立体角而只是针对的单位面积

    这里需要强调的是:

    出射针对的是光源点光源需要考虑立体角和面积,面光源则需要考虑面积。

    入射针对接收辐射的表面,而没有考虑光源,辐照度这里的P可能来自单光源,可能来自多光源,可能来自点光源指定方向的立体角辐射,也可能来自面光源投来的准直光。

    而在图像研究领域一个比较通用的业内说法,图像中的灰度值也就是图像接收到的光使用I来表示的,这里的l如果理解为辐射强度显然是不对的。斟酌考虑,这个只是作为业内通用的标记,而和实际所说的辐射强度并非同一概念。

    辐亮度是随波长变化,且具有方向性,与方位角、观测角有关,与距离无关。辐照度与检测器与光源距离有关,与方位角和观测角无关(不考虑环境影响)。遥感观测的是辐亮度而不是辐照度。


【参考】

https://www.cnblogs.com/wynnchen/p/11846465.html

https://blog.csdn.net/qq_33356563/java/article/details/86325162

https://blog.csdn.net/a6333230/article/details/82968484

http://blog.sina.com.cn/s/blog_95be28d30102vu4a.html

       

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https://wap.sciencenet.cn/blog-3428464-1239692.html

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