第八章、热红外遥感信息模型简介
一方面是数据资源的浪费；另一方面是有效数据的匮乏”（如：表面温度、BRDF、反照率、地表粗糙度、植被覆盖度等，无法直接从遥感数据得到！）
基本理论问题
统计模型、物理模型（数学物理模型）、半经验模型
（不同地点、不同时间、不同条件等往往得出不同统计结果）
可参考的。
再有对参数的产生机理没完全搞清楚。
土壤光谱特征组分定量分析
褐土性土淋溶褐土滨海潮
土潮棕壤棕壤水稻土褐土
河潮土棕壤性土亚
类水稻土褐土潮土类棕壤土类土
类
潮棕壤亚类
反射率一阶微分反射率对数一阶微分
762nm、874nm、1667nm反射率对数一阶微分
Rahman 的地表二向反射模型IR
NIR IR NIR NDVI +−=
二向性反射分布函数BRDF
()()()
i i i r r r y r i i I L BRDF θφθφθφθφ=,φ——是方位角
L r ——为观测方向上的反射辐射照度
成像
通常将植被遥感系统分为5个方面：
射特性，用{b}表示其吸收特性和参数组合。
从地表参数向上推图像上的数据值为正演
从图像上的数据值向下反推地表参数为反演
传导对流辐射
4
ERROR: limitcheck OFFENDING COMMAND: string STACK:66038 33018 32512 33019。
热红外遥感图像典型目标识别技术研究
热红外遥感图像典型目标识别技术研究一、本文概述随着遥感技术的迅速发展，热红外遥感图像在军事侦察、环境保护、城市规划等领域的应用越来越广泛。
然而，由于热红外遥感图像的特殊性质，如低分辨率、低信噪比、复杂的背景干扰等，使得图像中的目标识别成为一项具有挑战性的任务。
因此，研究热红外遥感图像典型目标识别技术，对于提高遥感图像解译的准确性和效率具有重要意义。
本文旨在探讨热红外遥感图像典型目标识别技术的研究现状和发展趋势，分析现有方法的优缺点，并提出一种基于深度学习的热红外目标识别方法。
我们将对热红外遥感图像的特点和难点进行深入分析，为后续的目标识别算法提供理论支持。
我们将介绍目前常用的热红外目标识别方法，包括基于特征提取的传统方法和基于深度学习的现代方法，并评估它们的性能表现。
我们将提出一种基于深度学习的热红外目标识别框架，通过改进网络结构、优化损失函数等方法提高目标识别的准确率和鲁棒性。
本文的研究成果将为热红外遥感图像的目标识别提供新的思路和方法，有望为相关领域的发展做出贡献。
二、热红外遥感图像特性分析热红外遥感图像是利用热红外传感器捕获地表物体因热辐射产生的红外辐射信息而形成的图像。
与可见光遥感图像相比，热红外遥感图像具有其独特的特性，这些特性在目标识别技术中起到了至关重要的作用。
热红外遥感图像具有全天候的工作能力。
由于热红外辐射是地表物体自身发出的，不受光照条件的影响，因此热红外遥感图像可以在夜间或恶劣天气条件下获取。
这使得热红外遥感在军事侦察、灾害监测等领域具有广泛的应用前景。
热红外遥感图像对地表物体的热特性敏感。
不同的地表物体由于其物理和化学特性的差异，在热红外波段会表现出不同的辐射特性。
这种特性差异为我们在热红外遥感图像中识别典型目标提供了可能。
热红外遥感图像还具有空间分辨率和温度分辨率的双重特性。
空间分辨率决定了图像中地表物体的细节表现能力，而温度分辨率则反映了图像中物体温度的测量精度。
这两个分辨率的合理搭配对于准确识别典型目标至关重要。
遥感专题讲座——热红外遥感
热红外遥感热红外遥感是利用热红外波段研究地球物质特性的技术手段，可以获取地球表面温度，在城市热岛效应、林火监测、旱灾监测等领域有很好的应用价值。
由于热红外遥感涉及知识多而且深，特别是地表温度反演，需要大气传输、几个定律等方面的知识，本文用通俗语言总结了热红外遥感基本原理和方法，能知道热红外遥感怎么回事及简单的应用。
本文主要包括：●基本定义和原理●常见名词●简单应用与温度反演●ENVI下地表温度反演1、基本定义和原理热红外遥感（infrared remote sensing ）是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。
这是一个狭义的定义，只是说明的数据的获取。
另外一个广义的定义是：利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。
热红外遥感的信息源来自物体本身，其基础是：只要其温度超过绝对零度，就会不断发射红外能量，即地表热红外辐射特性。
如下图为黑体的辐射光谱曲线（不同温度下物体辐射能量随波长变化的曲线），常温的地表物体（300K左右）发射的红外能量主要在大于3μm的中远红外区，即地表热辐射。
热辐射不仅与物质温度的表面状态有关，物质内部组成和温度对热辐射也有影响。
在大气传输过程中，地表热辐射能通过3-5μm和8-14μm两个窗口，这也是大多数传感器的设计波段范围。
热红外遥感在地表温度反演、城市热岛效应、林火监测、旱灾监测、探矿、探地热，岩溶区探水等领域都有很广的应用前景。
2、常见名词热红外遥感涉及的知识多而且深，下面来了解热红外遥感中几个基本的名词。
● 辐射出射度单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量称为辐射出射度，单位是 2-⋅m W● 辐射亮度辐射源在某一方向上单位投影表面、单位立体角内的辐射通量，称为辐射亮度 (Radiance)，单位是瓦/平方米*微米*球面度(1-12μm --⋅⋅⋅Sr m W )。
很多地方会将辐射亮度和辐射强度区分，我这里理解的是一个概念。
热红外遥感的原理及应用
热红外遥感的原理及应用1. 热红外遥感的原理热红外遥感是一种利用物体自身辐射的红外辐射进行探测和观测的技术。
其原理基于热物理学中的黑体辐射定律和斯特藩－玻尔兹曼定律，即物体的温度决定了其辐射的能量和频率分布。
根据这一原理，热红外遥感通过测量地面目标的红外辐射能量，可以获取目标的温度信息以及其他相关的热学参数。
2. 热红外遥感的应用热红外遥感技术在许多领域得到广泛应用，以下列举一些主要应用领域：2.1 军事和安全领域热红外遥感技术在军事和安全领域发挥着重要作用。
通过热红外遥感技术，可以对潜在目标进行侦查和监测，如军事目标、地下设施和边界监控等。
此外，热红外遥感还可用于火灾和爆炸等事故的监测和警报。
2.2 环境监测和资源调查热红外遥感技术在环境监测和资源调查方面具有广泛应用。
通过测量地表温度和地表辐射，可以监测土地利用、植被生长和生态系统变化等。
此外，热红外遥感还可以用于水资源调查、矿产资源勘探和气候变化观测等方面。
2.3 建筑和城市规划热红外遥感技术在建筑和城市规划方面也有广泛的应用。
通过测量建筑物和城市地区的热态，可以分析建筑物的热效应和能耗，进而优化建筑设计和能源利用。
此外，热红外遥感还可以用于城市热岛效应研究、城市规划和交通管理等方面。
3. 热红外遥感的优势和挑战虽然热红外遥感技术具有广泛的应用前景，但也面临一些挑战。
3.1 信号解析和处理热红外遥感技术所获取的数据量庞大，需要进行信号解析和处理才能得到有用的信息。
目前，研究人员正致力于开发高效的算法和技术，以提高数据处理的效率和准确性。
3.2 仪器和设备热红外遥感技术需要借助特殊的仪器和设备进行数据采集和测量。
这些仪器和设备的性能和精度对于数据的质量和可靠性至关重要。
因此，研究人员需要不断改进和优化热红外遥感设备，以满足不同应用领域的需求。
3.3 数据解释和分析热红外遥感技术所获得的数据需要经过解释和分析才能得出准确的结论。
这需要研究人员对数据进行深入的理解和分析，以及对所研究对象的特性有足够的了解。
热红外遥感图像温度反演
M s (T , ) (T , ) M b (T , )
2.3 真实物体的辐射——比辐射率
典型平均比辐射率 物质 清水 湿雪 人的皮肤 粗冰 健康绿色植被 湿土 沥青混凝土 砖 木 玄武岩 干矿物质 8‐14μm 0.98‐0.99 0.98‐0.99 0.97‐0.99 0.97‐0.98 0.96‐0.99 0.95‐0.98 0.94‐0.97 0.93‐0.94 0.93‐0.94 0.92‐0.96 0.92‐0.94 物质 水泥混凝土 油漆 干植被 干雪 花岗岩 玻璃 粗铁片 光滑金属 铝箔 亮金 典型平均比辐射率 8‐14μm 0.92‐0.94 0.90‐0.96 0.88‐0.94 0.85‐0.90 0.83‐0.87 0.77‐0.81 0.63‐0.70 0.16‐0.21 0.03‐0.07 0.02‐0.03
第三讲 热红外遥感图像温度反演
胡德勇 deyonghu@
《遥感图像处理》课程内容
第一讲 第二讲 第三讲 第四讲 第五讲 第六讲 第七讲 第八讲 概论（遥感数字图像基础） 遥感图像辐射校正 热红外遥感图像温度反演 遥感图像几何纠正 遥感数字图像增强 遥感图像融合 遥感图像模式识别与分类 遥感图像变化检测
2、温度反演的基本原理
2.2 Planck's Radiation Law for Blackbodies
辐射出射度
(w m -2 )
M , T 和辐射亮度L的关系
(w m -2 sr -1 m -1 )
L, T ,
表示为辐射出射度形式：
M , T L( , T , )d L
热红外遥感
遥感系列讲座之三南京路川信息系统工程有限公司遥感部图1. 黑体所辐射的能量随波长而变化状况，以及热红外波长区间的大气透射状况二、地表温度反演方法大气校正法：需要大气剖面数据来进行大气模拟，估计大气影响。
单窗算法：3个参数：大气平均作用温度、大气透过率和地表比辐射率率。
劈窗算法：2个参数：大气透过率和地表比辐射率。
多通道算法：白天与晚上两景同步反演，还有很多问题，如两景图间像元的几何定位问题。
三、旱情遥感监测1、作物供水指数法：CWSI＝NDVI/TS其中：CWSI是作物供水指数NDVI是归一化植被指数TS是作物叶面温度原理：相同植被密度情况下，叶面温度越高，作物表现出来的缺水情况越大，因此，通过植被绿度值与温度比值，可以大体上反映作物的缺水情度，即作物旱情。
旱情监测结果与当旬降雨量的比较历史降雨因素的考虑不仅考虑当旬，而且还考虑最近8旬（3个月）的降雨影响MSRI=A0*SRI0+A1*SRI1+ A2*SRI2+A3*SRI3+a4*SRI4+….+ a8*SRI8MSRI是考虑降雨因素的干旱指数，0-100SRI0和A0是当旬的降雨距平指数及其权重SRI1-SRI8和A1-A8是历史各旬降雨距平指数的权重当SRI0＝100时，取MSRI＝SRI0，当旬降雨相当多两指数耦合与旱情划分农业旱情指数：作物供水指数和降雨距平指数的耦合DI＝B1*SDI+B2*MSRI其中：DI是农业旱情指数，0－100表示非常干旱到非常湿润SDI是当旬多日合成的标准化作物供水指数，B1是其权重，取0.4MSRI是考虑多旬降雨因素的干旱指数，B2是其权重，取0.6监测结果比较2005年5月下旬降水量分布图遥感影像合成图（改进的方法）谢谢!。
热红外
浅谈热红外遥感及其运用一、概念：热红外遥感即通过热红外探测器收集、记录地物辐射出来的人眼看不到的热红外辐射信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数（如温度、发射率、湿度、热惯量等）。
热红外遥感技术的发展是为了获取地物的热状况信息，从而推断地物的特征及其与环境相互作用的过程，并为科学和生产所应用。
简而言之，热红外遥感即确定地表温度和发射率及其应用!二、常用波段及特点：0.76 ~ 1000 μm ：红外辐射（红外谱段）；其中0.76 ~ 3.0 μm ：反射红外波段 3.0 ~ 14 μm ：发射红外波段3 to 5 μm 、8 to 14 μm8 to 14 μm ：波段范围较宽，因此对于许多特定的物质类型，它的发射率较稳定，但还是有细微差异（10.5~11.5μm、11.5~12.5μm ）。
用于调查地表一般的热辐射特性，探测常温下物体温度分布、目标的温度场从而进行热制图。
3 to 5 μm：对高温目标物的识别敏感，常用于获取高温目标的信息由于被遥感的物体在任何时间都在不断地向外辐射热红外线，热红外遥感可以在白天或黑夜无人造光源的条件下实施，它是一种全天时的遥感手段。
优点——夜间成像、浅层探测、地物热特性。
局限性——空间分辨率低、光谱分辨率低、易受环境影响、混合像元问题、温度与发射率分离问题。
三、三大定律：（一）黑体辐射定律1.普朗克公式（Plank）M——黑体辐射出射度T——温度h ——普朗克常数，6.626´10-34J·Sk——波耳滋曼常数，1.3806 ´10-23J·k-1C——光速，2.998´108m/sl——波长2.斯忒藩——波耳兹有曼定律（Stefen-Boltzmann）任何给定温度的黑体表面的总辐射度，可由其光谱辐射度曲线与波长轴围成的面积给出。
即，在所有波长范围内，如果一个传感器能测量黑体辐射度，记录的信号与在给定温度下黑体辐射度曲线下面积与波长轴围成的面积成正比，斯忒藩——波耳兹曼定律给出了该面积的数学表达式：s——斯忒藩-波耳兹曼常数=5.6697´10-8(Wm-2K-4)斯忒藩——波耳兹曼定律绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比！黑体的辐射能量是该黑体表面温度的函数。
红外遥感的原理及应用
红外遥感的原理及应用1. 红外遥感的原理红外遥感是一种通过探测和测量物体反射或辐射出的红外辐射来获取信息的技术。
它利用物体在红外波段的辐射能量，通过不同的波长和强度来获取 target 对象的特征和状态。
红外辐射主要包括热辐射和反射辐射两种形式。
在红外遥感中，热红外辐射主要指物体自身的红外辐射，而反射红外辐射则是指物体对外部热源的反射红外辐射。
根据电磁辐射波长的不同，红外辐射又分为近红外、中红外和远红外。
常用于红外遥感的技术包括热像仪、红外传感器和红外光谱仪等。
热像仪利用测量物体辐射出的红外能量来生成热图像，可用于检测目标的表面温度和热分布。
红外传感器则通过检测红外辐射能量的变化来获得目标物体的信息。
而红外光谱仪则可以通过红外光的吸收、散射和反射等特性来分析物体的组成和结构。
2. 红外遥感的应用2.1 军事与安全领域红外遥感在军事和安全领域有着广泛的应用。
利用红外遥感技术，可以通过探测目标的红外辐射来实现目标的探测、识别和跟踪。
在夜间和复杂天气条件下，红外遥感可以发挥重要作用，帮助军事人员进行侦察、目标定位和战术决策。
同时，红外遥感还可以应用于边境监控、防火预警和恐怖袭击预防等安全领域。
2.2 环境监测与资源调查红外遥感在环境监测和资源调查中也起到重要的作用。
通过红外遥感技术，可以实时监测大气成分、气候变化和海洋温度等环境参数，为环境保护和气候研究提供数据支持。
此外，红外遥感还可以用于土地利用、植被监测和农作物遥感等领域，帮助进行资源调查和管理。
2.3 电力和能源领域红外遥感在电力和能源领域也有着广泛的应用。
通过红外遥感技术，可以实时监测电力设备的温度、故障和负载情况，及时发现问题并进行维修。
此外，红外遥感还可以应用于太阳能、风能等新能源的开发和监测，提高能源利用效率和可持续发展水平。
2.4 医疗与健康领域红外遥感在医疗和健康领域也有着重要的应用。
通过红外热像仪，可以实时监测人体的体温分布和热损失情况，帮助医生进行早期诊断和治疗。
热红外遥感技术在测绘中的应用与优势
热红外遥感技术在测绘中的应用与优势热红外遥感技术是一种基于物体自身热辐射的遥感手段，通过探测物体在热红外波段的辐射能量来获取目标物体的温度信息以及其他辐射特征。
在测绘领域中，热红外遥感技术具有广泛的应用与优势。
本文将就热红外遥感技术在测绘中的应用与优势展开论述。
首先，热红外遥感技术在地表温度测量方面具有独特的优势。
传统的地表温度测量手段主要依赖于接触式测温，不仅不方便，而且往往只能测量局部点的温度值。
而热红外遥感技术能够基于目标物体的热辐射能量，通过遥感平台对大面积的地表温度进行非接触式测量，实现对地表温度的全面观测。
这为土地资源的管理和城市热岛效应的研究提供了有力的支持。
其次，热红外遥感技术在环境监测中有着广泛的应用前景。
环境监测是保护生态环境的重要手段，传统的环境监测手段主要依赖于人工采样和实地监测，操作繁琐且费时费力。
而热红外遥感技术能够通过测量物体的热辐射来获取环境参数，如水体表面温度、植被覆盖度、土地利用状况等。
利用热红外遥感技术，可以实现对大范围区域的环境参数进行准确快速的监测，为环境保护决策提供科学依据。
此外，热红外遥感技术在农业生产中也发挥着重要作用。
农业是国民经济的重要组成部分，农作物的生长状态和病虫害的发生与否对粮食生产和农田管理至关重要。
传统的农业监测手段主要依赖于实地调查和人工抽样，不仅工作量大，而且容易出现误差。
而热红外遥感技术通过测量农田的热辐射能量，可以实时获取农田的生长状态和病虫害的分布情况。
这对农民合理调整农田管理措施，提高农作物产量具有重要意义。
此外，热红外遥感技术在城市规划与管理中也具有重要价值。
随着城市化进程的加速，城市规划和管理对于城市的可持续发展至关重要。
而热红外遥感技术可以通过测量城市区域的热辐射分布来获取城市的热环境状态，如热岛效应的强度、城市热通量的分布等。
这为城市规划和管理者提供了可靠的信息，可以为城市的建设和管理提供科学依据。
值得一提的是，热红外遥感技术在灾害监测与评估中也有着重要的应用。
遥感之热红外遥感
遥感之热红外遥感前段时间有⼈问到关于热红外遥感的相关内容，发现这⼀部分内容还挺杂的，在这⾥对热红外遥感的⼀些概念以及常⽤的⼀些⽅法进⾏说明。
地表热红外辐射及⽐辐射率的⽅向性问题、温度与⽐辐射率的分离问题、⾮同温像元的分解问题等等，⼀直是热红外遥感中⽐较现实的⼀个难点，因此⽬前很多理论和模型，以及⼀些反演结果的精度在实⽤性上还是有很⼤的差距。
概念⽐辐射率：物体发射能⼒的表征，与物体的表⾯组成以及表⾯状态、介电常数都有密不可分的关系。
物体的发射率和它的反射率之间的关系：反射率越低，其发射率越⾼，如⾦属⽚反射热能，因⽽它的发射率⼏乎为1。
热红波段理论上来讲热红外的波段是在3~14um，但是由于⼤⽓的吸收散射，这个波段范围内的很多波谱区间会被完全散射或吸收，根据测定，常⽤的热红外波段的⼤⽓窗⼝分为3~5um、8~14um。
通常这两个波段的应⽤⽅⾯是按照波段的特点来区分的：8~14um主要⽤于调查⼀般物体的热辐射特性，探测常温下的温度分布、⽬标的温度场、进⾏热制图等。
如地热调查、⼟壤分类等⽐较宏观的⼀些调查信息的提取，但是对于⽕线、⽕点信息不是⾮常的敏感。
3~5um短波红外的热红外谱段，对⽕灾、活⽕⼭等⾼温⽬标的识别敏感，常⽤语捕捉⾼温信息进⾏各类⽕灾、活⽕⼭等⾼温⽬标的识别。
地表温度反演算法地表温度的反演⼀直是关于热红外研究的⼀个热点问题，根据学者们对于热红外的研究成果，常⽤的地表温度反演可以分为⼤致的以下⼏类：单通道法、多通道法、单通道多⾓度法、多通道多⾓度算法等。
单通道法单通道法主要是利⽤传感器的单个通道数据，借助于卫星遥感提供的⼤⽓垂直廓线数据如温度、湿度、压⼒等，结合⼤⽓传输⽅程计算⼤⽓透射率等参数，以修正⼤⽓对⽐辐射率的影响，从⽽得到地表温度，这种算法需要地表辐射率、⼤⽓廓线等参数来去获取地表温度。
多通道法（劈窗法）这⾥的意思是利⽤8~14um波谱范围内的⼤⽓窗⼝，通过对⽐10.5~11.5um、11.5~12.5这两个通道对⼤⽓吸收的不同，通过各种组合来剔除⼤⽓的影像，获取真实的地表辐射率等信息，这种⽅法相对来说⽐较常⽤。
热红外遥感机理及应用
1
1
2zsat
1 z0
B(Tai[rz])zdzd
式中z是高度(z0表示地表面，zsat表示卫星高度)；是大气的总光谱透过率； A是大气的向下光谱辐射量。公式右边第1项表示地表面的光谱辐射量， 第2项是地表面反射回来的太阳和大气辐射量，第3项是大气的向上辐射 对卫星遥感器所接收到的辐射信号的贡献。由于大气质量的分层性，大 气对遥感器信号的贡献主要来自大气低层，即接近地球表面的低层大气 的作用明显大于大气上层的作用。
Remote Sensing of LST
A tm osp h eric em ittan ce
2
3
4
Ground surface
Remote sensor
1 Ground emittance
Thermal radiance transfer equation
Bi(Ti)=i()[iBi(Ts)+(1-i)Ii]+Ii
SCARAB辐射收支扫描仪
POEM/WNVISA
4
T-1(欧)
0.2-50.0
60km
全球辐射收支
SR扫描辐射仪
FY-2中国
3
0.55-12.0
5.73km
气象
SROM海洋监测光谱扫描仪 TMG温室气体干涉检测仪
ALMAZ-1B(中/ 俄)
ADEOS (日本)
11
0.405-12.5 600m星下点 海洋、叶绿素、生物生
• 2.1热红外大气窗口和热红外波段
2.2热红外遥感成像
热红外扫描仪示意图
2.3地球温度与热辐射峰值
2.4地球表面的热量特征
• 海洋表面温度：相对均质； • 陆地表面温度：物质非均质性，导致地表