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《东北师范大学》 2012年
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水体的偏振特性研究

吕云峰  
【摘要】:地球表面的水体约占总面积的70%以上,针对水体监测成为全球环境研究的重要的组成部分,而利用遥感技术对水体的监测也伴随着遥感科学技术的快速发展成为一项至关重要和有效可行的技术。在遥感技术背景的讨论前提下,水体表面的反射辐射强度与其它地物类型相比是较小的,但是仍然包含很多水体的特征信息,例如:水体泡沫、水面溢油、水中悬浮泥沙、水中浮游生物等,这些都可以通过水体的光学特性直接或者间接地反映出来。 但是在实际水体遥感中,想要获取真正的水体反射信息要受到很多条件的制约。主要表现在大气的影响、太阳入射角度变化的影响、探测器观测方位的影响、水面状态的影响。其中,大气的影响是不可避免的,而且随时间变化大气状态的变化非常迅速。无论是在可见光还是红外光谱范围内,进入到传感器内的大气反射发射辐射信息往往会将水体信息淹没。而太阳角度变化、探测器观测方位的变化与水面状态变化将共同影响传感器获取真实的水体反射与发射信息。其中最为常见的就是镜面反射引起的耀斑的影响,这会使在耀斑覆盖的范围内得到的反射信息比正常的高出几十倍甚至更多,传感器因为达到饱和状态而不能得到水体的信息。 尤其在可见光范围,水体遥感必须避免太阳直射的反射方向(也就是镜面方向)才能得到真正的水体信息。如果能够将耀斑从总反射部分消除,那么水体遥感中反演水中叶绿素、悬浮泥沙等的精度就会得到很大的提升。从而也使得现有的多角度传感器可以在更多角度进行水体观测。在红外波段,太阳耀斑依然对水体的发射辐射会有影响,而这种影响主要是在镜面反射中体现的。正是在镜面反射方向,无论是可见光还是红外波段都会产生由水面特征决定的偏振光。从而使偏振技术在常规遥感中无法实现的范围起到一定的作用。利用偏振探测技术可以将反射光分解成不同的分量,从而,目标偏振程度的测量不依赖于校准传感器,而且不需对反射信息标准化就可以计算出来;在获取偏振测量结果的同时,还能得到辐射测量的信息。 本论文主要以辐射传输理论、菲涅尔理论、入射辐射场与斯托克斯参量之间的关系为理论依据,结合不同探测角度、入射角度信息与偏振信息,从可见光到近红外再到热红外波段分析了水体表面反射辐射和发射辐射的偏振态。同时分析了油膜、大气与水面耀斑对偏振反射的影响。最后,利用斯托克斯参量与菲涅尔反射折射定律建立了基于平静水面利用偏振测量方法在不同角度获取水体反射信息的模型,并证明了离水辐射亮度信息的偏振度为零的假设是可行的,同时将计算值与实际测量值进行了对比分析,两者的差异较小,可以满足离水辐射测量的精度。 水体偏振反射的研究不仅对水的辐射传输过程的描述更加详细,也为水体遥感提供了一种额外的辅助手段,可以结合现有多角度传感器不用避免太阳直射而在较大观测范围内实现水体反射信息的获取,从而使遥感技术能更好的为水环境监测服务。
【关键词】:遥感 反射过程 发射 偏振 水体反射与发射信息
【学位授予单位】:东北师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P237
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-8
  • 目录8-11
  • 第一章 绪论11-21
  • 1.1 研究背景与意义11-14
  • 1.1.1 研究背景11-13
  • 1.1.2 研究意义13-14
  • 1.2 国内外研究现状14-21
  • 1.2.1 水体光学特性的研究现状14-18
  • 1.2.2 偏振遥感技术的研究现状18-19
  • 1.2.3 水体偏振研究现状19-21
  • 第二章 偏振遥感理论基础21-37
  • 2.1 地物偏振反射形成的理论21-27
  • 2.1.1 偏振反射光21-22
  • 2.1.2 偏振反射产生的必要条件22-24
  • 2.1.3 反射光中偏振程度表示方法24-27
  • 2.2 水的理论反射过程27-28
  • 2.3 偏振反射与菲涅尔理论28-29
  • 2.4 斯托克斯参数与偏振反射29-30
  • 2.5 布儒斯特定律与马吕斯定律30-31
  • 2.5.1 布儒斯特定律30-31
  • 2.5.2 马吕斯定律31
  • 2.6 偏振测量基本方法31-33
  • 2.7 本文偏振测量系统介绍33-36
  • 2.8 本章小结36-37
  • 第三章 影响水体反射的外界因素分析37-48
  • 3.1 水体表面反射的方向特征37-42
  • 3.1.1 水面反射的二向性特征37-39
  • 3.1.2 太阳入射天顶角对水面反射的影响39-41
  • 3.1.3 探测角度对离水辐射率的影响41-42
  • 3.2 水面对反射的影响分析42-46
  • 3.2.1 波浪对反射的影响42-43
  • 3.2.2 水面油膜对反射的影响43-46
  • 3.3 水面反射的其他问题46-47
  • 3.4 本章小结47-48
  • 第四章 水体偏振反射信息影响因素分析48-77
  • 4.1 角度对偏振信息的影响48-50
  • 4.1.1 入射与探测角度对偏振的影响48-49
  • 4.1.2 方位角度偏振信息的影响49
  • 4.1.3 棱镜偏振角对反射信息的影响49-50
  • 4.2 波段与偏振信息之间的关系分析50-66
  • 4.2.1 水体在可见光范围的偏振反射分析及其与密度之间的关系50-57
  • 4.2.2 水体在红外波段的反射与发射信息的偏振研究57-64
  • 4.2.3 大气、耀斑、波浪影响忽略情况下水体在热红外波段的发射偏振特性64-66
  • 4.3 油膜对偏振反射信息的影响66-75
  • 4.3.1 油膜厚度与偏振信息之间的关系66-72
  • 4.3.2 偏振信息反映油膜特性的波段选择72-73
  • 4.3.3 影响水面油膜偏振反射特性因子交互作用分析73-75
  • 4.4 本章小结75-77
  • 第五章 利用偏振技术获取水体反射信息研究77-84
  • 5.1 布儒斯特角方向水体反射信息与发射信息的偏振特性77-79
  • 5.2 利用偏振测量方法在布儒斯特角获取水体反射信息的研究79-81
  • 5.3 不同入射角度利用偏振技术消除反射耀斑分析81-83
  • 5.4 本章小结83-84
  • 第六章 基于偏振方法在不同角度获取平静水面高光谱反射信息模型84-93
  • 6.1 镜面反射方向形成的耀斑对水体反射信息的影响84-85
  • 6.2 离水辐射亮度的偏振态分析85-86
  • 6.3 基于菲涅尔反射理论的偏振模型86-89
  • 6.3.1 基于斯托克斯参量表示偏振度方法86-88
  • 6.3.2 菲涅尔公式与偏振度之间的关系88-89
  • 6.3.3 水体偏振反射模型的建立89
  • 6.4 水体偏振反射模型的计算值与实际值比较分析89-91
  • 6.5 本章小结91-93
  • 第七章 结论与展望93-96
  • 7.1 结论93-94
  • 7.2 展望94-96
  • 参考文献96-102
  • 致谢102-103
  • 在学期间公开发表论文及著作情况103

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵云升,金伦,张洪波,宋开山;土壤的偏振反射特征研究[J];东北师大学报(自然科学版);2000年04期
2 赵云升,金伦,宋开山,王维民;液体表面偏振反射特征研究[J];东北师大学报(自然科学版);2000年04期
3 李素菊,吴倩,王学军,朴秀英,戴永宁;巢湖浮游植物叶绿素含量与反射光谱特征的关系[J];湖泊科学;2002年03期
4 乔延利,杨世植,罗睿智,王乐意,荀毓龙;对地遥感中的光谱偏振探测方法研究[J];高技术通讯;2001年07期
5 王丽,卓林,何鹰,赵英,李伟,王小如,Frank Lee;近红外光谱技术鉴别海面溢油[J];光谱学与光谱分析;2004年12期
6 陆应诚;田庆久;齐小平;王晶晶;王向成;;海面甚薄油膜光谱响应研究与分析[J];光谱学与光谱分析;2009年04期
7 罗杨洁;赵云升;胡新礼;吴太夏;;偏振与多角度遥感中的太阳耀光剥离[J];光学技术;2006年02期
8 孙仲秋;赵云升;阎国倩;卢泰男;;利用偏振光技术计算海水密度的深入研究[J];光学学报;2010年08期
9 张永宁,丁倩,高超,段岩燕;油膜波谱特征分析与遥感监测溢油[J];海洋环境科学;2000年03期
10 赵冬至,张丰收,赵玲,丛丕福;近岸海域叶绿素和赤潮的AVHRR波段比值探测方法研究[J];海洋环境科学;2003年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 魏义永;;例析Matlab软件融入光学教学课堂[J];合肥师范学院学报;2011年03期
2 金泽安;;夜视技术[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2007年06期
3 蓝海江;;日光光谱的计算机重现与仿真[J];安徽农业科学;2010年14期
4 江辉;周文斌;;青山湖水体总悬浮物浓度的高光谱遥感反演[J];安徽农业科学;2011年15期
5 解华明;潘法康;舒莹;黄明;;巢湖蓝藻水华时空分布特征遥感监测研究[J];安徽农业科学;2011年21期
6 廖步岩;张正竹;夏涛;朱博;阎守和;宛晓春;;近红外光谱分析技术在茶叶品质属性甄别中的应用[J];安徽农业大学学报;2009年02期
7 王鑫;张运林;赵巧华;;水体各组分吸收系数的测量方法研究[J];安全与环境学报;2007年04期
8 姜丽娜;;单缝夫琅和费衍射光强分布的3种计算方法[J];辽宁科技大学学报;2011年02期
9 李美玲,单筱攸;浅谈光的衍射[J];鞍山师范学院学报;2002年03期
10 王宏明;李金宝;;静电场中电位移线在界面上折射的原因[J];白城师范学院学报;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 汪震;洪津;张冬英;罗军;;液晶可调谐滤光片在遥感探测中的应用研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 秦朝阳;刘雪华;赵金博;;不同磷浓度培养条件下铜绿微囊藻高光谱特征研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
3 赵彩凤;郭建中;;基于机械扫描的声波干涉测量研究[A];第二届西安-上海两地声学学术会议论文集[C];2011年
4 郑影卓;关桂霞;;偏振遥感中偏振度随太阳高度角的变化规律研究[A];2008通信理论与技术新进展——第十三届全国青年通信学术会议论文集(上)[C];2008年
5 韩修林;丁智勇;;分光计实验中望远镜调节整难点剖析[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(上册)[C];2010年
6 戴瑞;张瑛;赵立竹;姚成顺;;薄凹透镜的物像关系[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(下册)[C];2010年
7 陈晓玲;袁中智;宋红;侯英姿;田礼乔;徐占华;刘洪华;张宝军;;基于空间与统计分析的海岸带水环境管理及其时空格局研究[A];中国科协2004年学术年会14分会场海洋开发与可持续发展论文汇编[C];2004年
8 张永宁;白春江;;大连海域船舶溢油遥感监测分析[A];2008船舶防污染管理论文集[C];2008年
9 张永宁;白春江;;大连海域船舶溢油遥感监测分析[A];1995-2009航海技术论文选集(第2集)[C];2010年
10 王自荣;孙晓泉;;热红外伪装对材料伪装性能的要求[A];中国化学会第二届隐身功能材料学术研讨会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张帆;全景视觉图像质量优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王春艳;浓度参量荧光光谱油种鉴别技术研究[D];中国海洋大学;2010年
3 徐洪梅;水下非均匀光场的目标探测研究[D];中国海洋大学;2009年
4 王云飞;东海赤潮监测卫星遥感方法研究[D];中国海洋大学;2009年
5 马丽珍;自由空间量子通信中偏振光子传输和操控的理论与模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
6 陈国庆;荧光光谱技术在食品安全监控中的应用研究[D];江南大学;2010年
7 夏天;基于高光谱遥感的区域冬小麦生物量模拟及粮食安全评价[D];华中师范大学;2011年
8 雷惠;基于固有光学量的东海赤潮遥感提取算法研究[D];浙江大学;2011年
9 肖剑伟;水表薄油膜厚度的辐射传输模型及遥感估算研究[D];南京大学;2011年
10 贺双颜;东中国海大气气溶胶模型和海水后向散射模型[D];中国海洋大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘振宇;塔玛亚历山大藻光学性质分析与光谱模拟[D];山东科技大学;2010年
2 阳光辉;多普勒全光纤速度传感器的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王培红;水下运动目标大范围远距离成像技术研究[D];中国海洋大学;2010年
4 谢晓梦;水下目标激光扫描深度探测精度分析[D];中国海洋大学;2010年
5 范圣法;偶氮光敏材料的光学性质及潜在应用[D];华东理工大学;2011年
6 牛生辉;浮子式光纤Bragg光栅密度传感器[D];昆明理工大学;2010年
7 李琼;SAR图像海面油膜提取与分类研究[D];中国地质大学(北京);2011年
8 李蜜;南海近岸水域藻类叶绿素a浓度遥感反演模型[D];中国地质大学(北京);2011年
9 赵瑞冬;电子散斑相移测量物体三维形貌[D];山东师范大学;2011年
10 唐淑君;新课程标准下高中物理与大学物理的衔接研究[D];山东师范大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵云升,金伦,宋开山,王维民;液体表面偏振反射特征研究[J];东北师大学报(自然科学版);2000年04期
2 赵虎,晏磊,赵云升;橄榄岩的多角度偏振反射光谱研究[J];地质与勘探;2004年02期
3 黄韦艮,张鸿翔;美国SeaStar海洋水色卫星简介[J];国土资源遥感;1995年01期
4 谈小生,葛成辉;太阳角的计算方法及其在遥感中的应用[J];国土资源遥感;1995年02期
5 王丽,卓林,何鹰,赵英,李伟,王小如,Frank Lee;近红外光谱技术鉴别海面溢油[J];光谱学与光谱分析;2004年12期
6 徐大琦;倪国强;沈渊婷;贺金平;蒋丽丽;;利用地表土壤的反射光谱勘探油气的方法研究[J];光谱学与光谱分析;2007年03期
7 孙玮,刘政凯,单列;利用偏振技术识别人造目标[J];光学技术;2004年03期
8 冯巍巍;魏庆农;汪世美;吴云智;刘世胜;伍德侠;刘增东;王东方;;涂层表面偏振双向反射分布函数的模型研究[J];光学学报;2008年02期
9 张晶晶;方勇华;;基于可见光的多波段偏振图像融合新算法[J];光学学报;2008年06期
10 程天海;陈良富;顾行发;余涛;田国良;;基于多角度偏振特性的云相态识别及验证[J];光学学报;2008年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 丛丕福;水色遥感机理与悬浮物的卫星遥感信息识别研究[D];大连海事大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙仲秋;赵云升;阎国倩;李少平;;海面油膜的偏振高光谱反射特性分析[J];科学通报;2010年Z2期
2 韩燕;崔玉民;;浅谈遥感技术在环境监测中的应用[J];阜阳师范学院学报(自然科学版);2007年01期
3 陈立刚;洪津;乔延利;宋志平;张冬英;李文涛;裘祯炜;;非理想正交反射镜消偏性能的模拟研究[J];应用光学;2008年04期
4 谢欢;童小华;;水质监测与评价中的遥感应用[J];遥感信息;2006年02期
5 刘影;范娜;于秀波;夏少霞;齐述华;;基于RS和GIS的鄱阳湖天然湿地边界确定及季节变化分析[J];资源科学;2010年11期
6 郭之怀,战英豪;遥感技术在天津城市环境监测中的应用[J];遥感学报;1986年04期
7 张碧帆;遥感技术在城市研究方面的应用探讨[J];现代测绘;2005年03期
8 宋昕;陈龙乾;冯建美;;徐州市土地利用遥感动态监测分析[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年09期
9 曹云刚;;多时相ASAR数据的地表覆盖分类研究[J];测绘科学;2007年05期
10 马安青;胡泓;袁道伟;胡婷;;基于遥感技术对黄河口水色与岸线季相变化特征研究[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2008年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 乌日娜;娜日苏;史志敏;庄肃明;;利用MODIS资料监测居延海湖水体变化[A];农业生态与卫星遥感应用技术学术交流会论文摘要集[C];2006年
2 王心源;陆应诚;何慧;;基于遥感技术的皖东南圩田结构特征研究[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
3 赵继成;;遥感技术在土地利用动态监测中的应用[A];中国感光学会第六次全国感光(影像)科学大会暨第五届青年学术交流会论文摘要集[C];2001年
4 夏希纳;毕庆泗;郑孝玉;周坚华;;应用遥感技术初步分析园林主要蚧虫种群消长规律[A];昆虫学创新与发展——中国昆虫学会2002年学术年会论文集[C];2002年
5 王东启;陈振楼;许世远;孙玮玮;叶明武;;富营养化的水体与温室气体排放[A];中国地理学会百年庆典学术论文摘要集[C];2009年
6 张妙玲;;遥感技术在农业和土地资源上的应用[A];中国土地学会1987年学术讨论会论文选集[C];1987年
7 全为民;严力蛟;;富营养化水体生物净化效应的研究进展[A];2004年浙江省科协重点学术研讨项目(4)——瓯江河口综合考察论文集[C];2004年
8 李荷漾;杨勇;杨海宁;王轩;徐仁英;杨孟铭;田红;;水中多环芳烃类化合物(PAHs)液相色谱荧光检测分析[A];第十五次全国色谱学术报告会文集(下册)[C];2005年
9 初娜;赵元艺;李德先;;德兴铜矿大坞河流域环境特征[A];第八届全国矿床会议论文集[C];2006年
10 冯凯龙;马国欣;;遥感技术在环境监测中的应用及其原理[A];第一届中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 卓宝熙;遥感技术与西部大开发[N];科技日报;2005年
2 牟雪江;遥感技术成为油气勘探好帮手[N];中国石化报;2007年
3 新疆遥感中心 夏黎;遥感技术在农业生产中的应用(下)[N];新疆科技报(汉);2007年
4 刘红;先进遥感技术装备应用于地质调查[N];地质勘查导报;2008年
5 童国庆;国外利用遥感技术在水资源管理方面的新进展[N];中国水利报;2006年
6 记者 李晓明 吴岗;全国遥感技术学术交流大会在京召开[N];地质勘查导报;2007年
7 记者 滕艳;遥感技术洞悉植被覆盖区地质信息[N];地质勘查导报;2008年
8 本报记者 冷文生;遥感技术国际领先[N];科技日报;2001年
9 记者 李晓明 吴岗;遥感技术要为解决资源问题发挥作用[N];中国国土资源报;2007年
10 春晓;遥感飞机:全天候监测灾情[N];中国国防报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕云峰;水体的偏振特性研究[D];东北师范大学;2012年
2 边振;基于遥感技术的荒漠化监测方法研究[D];北京林业大学;2011年
3 李鹍;基于遥感与CFD仿真的城市热环境研究[D];华中科技大学;2008年
4 寇晓霞;水体和贝类中食源性病毒分子检测研究及污染调查[D];中国科学院研究生院(武汉病毒研究所);2007年
5 杨澍;基于遥感技术的三江平原生态地质环境综合研究[D];吉林大学;2005年
6 周强;陆域天然气水合物遥感探测研究[D];中国地质大学(北京);2006年
7 苗群;南四湖水环境质量评价研究[D];青岛大学;2008年
8 沈宁泽;基于MODIS数据的植被生长与东亚飞蝗发生关系的研究[D];南京师范大学;2005年
9 龚斌;基于遥感技术的黑河下游水资源与生态环境研究[D];中国地质大学(北京);2006年
10 雷少刚;荒漠矿区关键环境要素的监测与采动影响规律研究[D];中国矿业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周迎秋;基于遥感的巢湖流域环境变化研究[D];安徽师范大学;2005年
2 刘伟;基于人工神经网络的遥感影像模式分类研究[D];沈阳工业大学;2005年
3 李开丽;东亚飞蝗生境的遥感分类研究[D];南京师范大学;2005年
4 徐艳;高科技园区规划与开发研究[D];成都理工大学;2006年
5 贾萍;北京主要河流湿地近十年环境变化研究[D];首都师范大学;2004年
6 芮杰;遥感影像数字判绘系统的设计与实现[D];中国人民解放军信息工程大学;2005年
7 马小峰;海岸线卫星遥感提取方法研究[D];大连海事大学;2007年
8 王栋梁;遥感震害指数与地面调查震害指数关系的定量研究[D];中国地震局地震预测研究所;2007年
9 吴琴;基于遥感的黄陵县土地利用/土地覆盖动态监测[D];西北农林科技大学;2007年
10 赵希;基于遥感技术的四平市农用地动态监测及驱动力分析[D];吉林大学;2008年
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