雙向反射率BRDF的定義

2021-09-05 21:11:49 字數 3571 閱讀 4351

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自己看書一直沒有這麼明白這個定義,這個部落格解釋的確是很不錯,收藏了。

物體表面對電磁波的反射有三種形式:

"

鏡面反射

(mirror reflection)

反射能量集中在乙個方向,反射角

=入射角

"

漫反射

(diffuse reflection)

整個表面都均勻地向各向反射入射光稱為漫反射

"

方向反射

(directional reflection)

介於漫反射和鏡面反射之間,各向都有反射,

但各向反射強度不均一。

實際上多數自然表面對輻射的波長而言都是粗糙表面。當目標物的表面足夠粗糙,以致於它對太陽短波輻射的反射輻射亮度在以目標物的中心的

2π空間中呈常數,即反射輻射亮度不隨觀測角度而變,我們稱該物體為漫反射體,亦稱朗伯體。漫反射又稱朗伯

(lambert)

反射,也稱各向同性反射。

介於漫反射和鏡面反射之間反射稱為方向反射,也稱非朗伯反射。產生方向反射的物體在自然界中佔絕大多數,即它們對太陽短波輻射的散射具有各向異性性質。當遙感應用進入定量分析階段,我們必須拋棄

目標是朗伯體

的假設。

目前大部分應用還都採用朗伯近似。

描述方向反射不能簡單用反射率表述,因為各方向的反射率都不一樣。

對非朗伯體而言,它對太陽短波輻射的反射、散射能力不僅隨波長而變,同時亦隨空間方向而變。

所謂地物的波譜特徵是指該地物對太陽輻射的反射、散射能力隨波長而變的規律。地物波譜特徵與地物的組成成份,物體內部的結構關係密切,通俗講地物波譜特徵也就是地物的顏色特徵。

而地物的方向特徵是用來描述地物對太陽輻射反射、散射能力在方向空間變化的,這種空間變化特徵主要決定於兩種因素,其一是物體的表面粗糙度,它不僅取決於表面平均粗糙高度值與電磁波波長之間的比例關係,而且還與視角關係密切。

設波長為λ,空間具有δ分布函式的入射輻射,從

(θ

0,φ

0)方向,以輻射亮度

l0 (

θ

0,φ

0,λ

)投射向點目標,造成該點目標的輻照度增量為

de (

θ

0,φ

0,λ

) = l0 (

θ

0,φ

0,λ

) cos

θ

0 dω。感測器從方向

(θ,φ

)觀察目標物,接收到來自目標物對外來輻射

de的反射輻射,其亮度值為

dl (

θ,φ,λ

)

則定義雙向反射率分布函式

雙向反射率分布函式(

brdf

)的物理意義是:來自方向地表輻照度的微增量與其所引起的方向上反射輻射亮度增量之間的比值。

這樣定義的

brdf

為什麼可以恰當地表達地物的非朗伯體特性呢?

眾所周知,在現實世界中投射到地物表面上的輻射能量往往有兩部份組成,即來自太陽的直射輻射與天空散射輻射,而感測器在方向上測得的輻射亮度是空間入射輻射場的綜合效應,它不僅與該點地物的反射特性有關,而且與輻射環境(即入射輻射亮度的空間分布函式)有關。

為了擺脫輻射環境的影響,我們採取兩個措施:其一,設定入射輻射場為δ分布函式,其二,採用比值形式。

這樣定義的

f 有如下三個特點:

"與輻射環境無關,它僅與該地物的反射輻射特性有關,並且具有的

(sr)-1

因次。"

它是θ0,φ0

,θ,φ,λ

五個自變數的函式,在

2π空間中無論是入射還是反射均有無窮多個方向。(從概念上說要完整地表達乙個物體的非朗伯體特性需要有無窮多個測量資料,而且這組無窮多個測量資料僅與乙個具體物件相聯絡,例如對某一棵樹的

brdf

測 量結果一般不同於對另一棵樹的測量結果。實際上它使得對物體的非朗伯體的描述幾乎成為不可能。所以重要的問題是能否對一類地物建立一種模型,從無窮多個測 量資料集中找到一組個數有限的子集,它足以表徵這類地物共同的對入射輻射的反射、散射特性,並且它與這類地物的空間結構特徵有著穩定的函式關係,我們把這 樣的特殊子集稱之為這類地物的方向譜。)"

這樣定義的

brdf

,雖然從理論上能較好地表徵地物的非朗伯體特性,但在實際測量上困難較大,精確測量

de (θ0

,φ0,λ)

很困難。

雙向反射率因子

(bi-directional reflectance factor,   brf)

定義:在相同的輻照度條件下,地物向

(θ,φ

)方向的反射輻射亮度與乙個理想的漫反射體在該方向上的反射輻射亮度之比值,稱為雙向反射率因子r:

DN值,輻射率(Radiance),反射率

dn值 dn值 digital number 是遙感影像像元亮度值,記錄的地物的灰度值。無單位,是乙個整數值,值大小與感測器的輻射解析度 地物發射率 大氣透過率和散射率等有關 畫素值的通用術語是數字量化值或dn值,它通常被用來描述還沒有校準到具有意義單位的畫素值。通常叫輻射亮度值 radiance ...

輻射亮度與表觀反射率的轉換

其他資料 補充相關資料 就是影像灰度值 略大氣層頂的反射率 dn值轉輻射亮度 l gain dn offs etl lambda gain dn offset l ga in d n of fset 式中,l l lambda l 為衛星載荷通道入瞳處等效輻射亮度,單位為w m2 s r m w m...

RS 基礎概念區分 DN 輻射率 反射率

反射率 概念 簡介單位及範圍 求法操作 備註數字量化值 digital number,dn 即為影像的初始畫素值 單位未定標,範圍 0,255 用來描述還沒有校準到具體意義單位的畫素值 輻射率 radiance 輻射亮度值 radiance pixel values 某乙個面積內輻射能量的總和 通常...