遥感中的数字量化值DN, 辐射亮度Radiance, 反射率Reflectance,发射率Emissive的意义

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数字量化值（Digital Number ：DN）

像素值的通用术语是数字量化值或DN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。

DN值是卫星接收到辐射进行量化的一个数值，大小与量化深度有关，比如说8bit量化，那么Max(DN) = 255，无单位，无实际意义。

如果你只是想看一个图像,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。

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 辐射亮度值（Radiance）

是辐射定标的结果之一，是星上接收到的辐射亮度值，具体含义是单位面积，单位波长，单位立体角的辐射通量。

通常叫辐射率（radiance pixel values），是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*nm)。是国际制单位的0.1倍。

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，偏移和增益参数一般在元数据文件中可获取。ENVI中提供了图像定标工具，不仅可以将DN图像转成辐射亮度图像，还可以选择辐射亮度图像的单位。

  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。当你查看一个辐射亮度值的像元波谱曲线时候，这个曲线基本就是太阳波谱的整体形状（图1），在绿色波段（500nm左右）具有反射峰。

图1： 太阳辐射光谱

   图2：干草（黑色）、绿草（红色）、水体（绿色）、路面（蓝色）的辐射亮度波谱（左图）和反射率波谱（右图）。注意到所有的辐射亮度波谱在500nm的值较高，因为太阳在500nm具有光谱峰值， 在反射率波谱中看到有些波段被大气强吸收，在图上没有值。

   通常情况下，在对多光谱和高光谱图像数据的定量分析时,辐射亮度图像需要转成反射率图像。

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 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

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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。

又叫做卫星上反射率，大气表层反射率，是未经大气校正的，卫星上接收到的反射率。包括地表反射率以及大气程辐射项。ENVI中可以直接定标至表观反射率，需要在头文件中包括，gains,offset,time,太阳高度角等参数。

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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+。因此，大气校正是获取地表反射率的一种途径。

地表反射率是地物真实反射率，由表观反射率去除大气影像后得到的反射率，可以通过辐射传输模型、统计模型等去除大气影响，精度较高的就是辐射传输模型，典型的商业软件模型有ENVI Flaash（MODTRAN4+模型），Erdas Atcor，6S模型（非商业）。

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 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。

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 亮温（brightness temperature）

是指与黑体具有同样辐射亮度的黑体的温度，可以有普朗克公式求得。经过定量反演，可以得到真实地表反射率，方法主要有劈窗法等。

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。

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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。