数字数值、辐射亮度与反射率
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数字数值、辐射亮度与反射率
匿名 2013年8月23日 星期五
在 NV5 Geospatial 技术支持部门，我们经常听到用户对影像像素值中存储的具体信息感到困惑，也不清楚如何从现有数值转换到所需数值。我想花几分钟时间来澄清一些常见的疑惑。
数字数值 (DN)
像素值的通用术语是数字数值（Digital Number，简称 DN）。它通常用于描述尚未校准到具有物理意义单位的像素值。
如果您只想查看影像，而不打算根据辐射亮度或反射率（或任何由辐射亮度或反射率衍生的数值，如丰度）等具有物理意义的定量值来解释像素值，那么保持影像的原始 DN 值可能是完全可以的。
辐射亮度
辐射亮度是指来自某个区域的辐射量。要从未经校准的影像推导出辐射亮度影像，必须对像素值应用增益和偏移。这些增益和偏移值通常从影像的元数据中获取，或由数据提供商提供。ENVI 提供了一个名为辐射定标的工具，可以对许多元数据中包含校准增益和偏移值的数据产品，将 DN 值校正为辐射亮度值。
辐射亮度像素值可能使用多种单位，理解您的辐射亮度影像使用何种单位非常重要。例如，用作 ENVI 大气校正模块 中 FLAASH 输入的辐射亮度影像，其单位应为 µW/(cm²·sr·nm)。ENVI 的校准工具允许您控制输出辐射亮度影像的单位。
辐射亮度包括地表反射的辐射、来自邻近像素的散射辐射以及该像素区域上方云层的反射辐射。辐射亮度还受辐射源的影响，对于光学影像而言，辐射源就是太阳。如果您观察一个辐射亮度像素的光谱，会发现它具有太阳光谱的整体形状，其峰值位于绿色波长附近（约 500 nm）。
干草（黑色）、绿草（红色）、水（绿色）和铺砌路面（蓝色）的辐射亮度（左图）和地表反射率（右图）光谱。注意所有辐射亮度光谱在大约 500 nm 处都趋向于较高值，因为太阳光谱的峰值在大约 500 nm。反射率光谱中的间隙表示那些波长的大气吸收很强，因此无法检测到来自地表的信号。图像由 Spectral Sciences Inc. 提供。
通常，对于多光谱或高光谱影像数据的定量分析，辐射亮度影像会被校正为反射率影像。
反射率
反射率是指照射到表面的辐射与从表面反射出去的辐射的比例。一些材料可以通过其反射光谱来识别，因此将影像校正为反射率影像是定位或识别影像中地物的常见第一步。
大气层顶反射率
大气层顶反射率是由位于地球大气层之上的星载传感器测量到的反射率。这些反射率值将包含云层和大气气溶胶及气体的贡献。
地表反射率
地表反射率是地球表面的反射率。云层和其他大气成分不影响地表反射率光谱。通常，地表反射率影像是从经过校准的辐射亮度影像推导而来。从辐射亮度影像推导反射率影像的方法有很多，包括基于模型的大气校正，例如 ENVI 大气校正模块中包含的方法。
总而言之，通常直接从数据提供商处获得的影像是未经校准的，然后将其校准为辐射亮度影像。接着对辐射亮度影像进行大气校正，得到地表反射率影像。至此，反射率影像就可以用来提取地表地物的定量信息了。