朗伯反射率

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反射率测量与应用

作者：蔡晓东 李剑锋 黄国香

来源：《科技风》2019年第18期

摘 要：反射率光谱测量是光谱学研究和物质光谱学中一种重要的测量方式，对物质的反射率光谱进行测量，通过反射光谱进行材料光学特性的分析和物质成分的鉴定，是一种常见的光学检测方式。反射率测量系统的原理是光源通过光纤把光源传输照射到物质表面，物质表面反射的光谱通过光纤传输到光谱仪器进行收集，再通过软件显示出来，分析物质在受电磁波辐射后不同能级的吸收波带情况，从而对物质进行检测鉴定。

关键词：漫反射;光谱仪;反射光谱

Abstract：Reflectance spectroscopy is an important measurement method in spectroscopy and

material spectroscopy.It is a common optical detection method to measure the reflectance spectra of

materials，analyze the optical properties of materials and identify the composition of materials

through reflection spectroscopy.The principle of the reflectivity measurement system is that the light

source is transmitted to the material surface by optical fiber，and the reflected spectrum of the

material surface is collected by optical fiber transmission to the spectrometer，and then displayed by

表观反射率（反射率、反照率）的计算

第一步、分别计算各个波段每个像元的辐射亮度L值：

L=Gain*DN+Bias

或者

minminminmaxminmax)(*LQCALQCALQCALQCALLLL

式中，QcaL为某一像元的DN值，即QCAL=DN。 QCALmax为像元可以取的最大值255。QCALmin为像元可以取的最小值。如果卫星数据来自LPGS(The level 1 product

generation system)，则QCAL=1(Landsat-7数据属于此类型)。如果卫星数据来自美国的NLAPS ( National Landsat Archive Production System )，则QCALmin=0 (Ldsat-5的TM数据属于此类型)。

根据以上情况，对于Landsat-7来说，可以改写为(QCALmin=1)：

minminmax)1(*254LDNLLL

对于Landsat-5来说，可以改写为(QCALmin=0)：

minminmax*255LDNLLL

表1 Iandsa-7 ETM+各个反射波段的Lmax和Lmin值

Table1The values of Lmmax and Lmin for reflecting bands of Landsat-7

ETM+(W˙m-2-sr-1˙μm-1)

波段

Band 2000年7月1日之前 2000年7月1日之后

低Gain 高Gain 低Gain 高Gain

Lmin Lmax Lmin Lmax Lmin Lmax Lmin Lmax

1 -6.2 297.5 -6.2 194.3 -6.2 293.7 -6.2 191.6

2 -6.0 303.4 -6.0 202.4 -6.4 300.9 -6.4 196.5

3 -4.5 235.5 -4.5 158.6 -5.0 234.4 -5.0

反射率、地表反照率、⽐辐射率等⼤全

⼀、反射率1.反射率

⼜称光谱反射率，是波长的函数，⼜称为光谱反射率ρ(λ)，定义为反射能与⼊射能之⽐： 2.⽅向反射率

实际物体反射具有⽅向性，对⼊射和反射⽅向严格定义的反射率，为⽅向反射率。辐射⽅向的定义有微⼩⽴体⾓、任意⽴体⾓、半球全⽅向等。当⼊射与反射⽅向定义为微⼩⽴体⾓时，成为⼆向性反射。3.⼆向性反射率分布函数BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)

是描述表⾯反射特性空间分布的基本参数。

⼆向性反射率因⼦(BRF)，⼜称双向反射⽐因⼦，是在⼀定的辐照和观测条件下，⽬标地物的反射辐射通量与同条件下标准参考⾯（理想朗伯反射⾯）的反射辐射通量之⽐。

4.反照率(albedo)

⼜称半球反射率，定义为⽬标物的反射出射度与⼊射度之⽐，即单位时间、单位⾯积上各个⽅向出射的总辐射能量M与⼊射的总辐射能量E之⽐，表⽰为：α=M/E。地表反照率，即⾃然地物的半球反射率。可以通过遥感成像提供的辐射亮度值L或反射率ρ，⼆向性反射率分布函数BRDF来获得。5.⽅向-⽅向反射率

⼊射能量照明⽅式为平⾏直射光，没有或可以忽略散射光；某个特定⽅向的反射能量与⼊射能量之⽐。地物双向反射特性主要就是研究⽅向－⽅向反射率波谱。其定义如下： 6半球-⽅向反射率

⼊射能量在2p半球空间内均匀分布，与⼊射能量之⽐。定义如下：

7⽅向-半球反射率(DHR)

⼊射能量照明⽅式为平⾏直射光，没有或可以忽略散射光； 2p半球空间的平均反射能量与⼊射能量之⽐。定义如下：

式中 为2p半球空间内表⾯反射的平均辐亮度值。8半球-半球反射率

就是反照率。⼊射能量在2p半球空间内均匀分布， 2p半球空间的平均反射能量与⼊射能量之⽐。若将不严格要求⼊射能量在2p半球空间内均匀分布，半球－半球反射率就是地物反照率。定义如下：

⼆、⽐辐射率⽐辐射率即物体的出射度与同温度的⿊体出射度之⽐：

煤镜质组反射率在鉴别混煤、解释焦化企业来煤的异常现象、煤岩配煤等方面起着其它指标无法替代的作用。HY-3型全自动显微镜光度计作为煤岩参数的自动测定设备，克服了人工测定费时、费力、测定结果不统一的缺点。国内外的资料表明，自动测定煤镜质组最大反射率的平均值一般较人工测定值小，反射率分布图较人工测定的分布范围宽。分析产生这两种测定结果差异的原因，找出自动测定与人工测定结果高度相关的测定条件与数据处理方法，不但具有理论意义，也使习惯于人工测定结果的焦化工作者可利用自动测定结果来指导生产。

1 人工测定的特点及问题

人工测定煤镜质组反射率的优点在于由人眼辨认测定对象、分辨率高、不受其它组分、煤光片中的划痕、麻点等干扰。可完全满足国标(GB6948-86)规定的只有无结构镜质体中的均质镜质体和基质镜质体才能用于煤镜质组反射率测定的条件。人工测定对于显微镜焦距的变化也能及时调节，保证测值的准确。

人眼辨认测定对象与测定者的经验有关。在变质程度不太高的气、肥煤中，显微煤岩组分之间的差异明显，容易辨认；在变质程度较高的焦、瘦煤中，这种差异已不太明显，准确辨认需有丰富的经验与一定的熟练程度。此外，也并非所有的煤都存在适合测定的均质镜质体，均质镜质体和基质镜质体的反射率也有一定差异。人工测定由于测点少，不易均匀布满整个煤光片。

冶金系统在1992年进行了有20个单位参加的第三次统检煤样测定，结果见表1。从表1可以看出，五个样品中有四个测定离散值超过0.35。国际标准（IS07404/5 1984-12-01）中规定：离散值0.35～0.70之间时，需要500个测点，离散＞0. 70时，至少需要1000个测点。可见，在测定同一煤样离散值这样大的情况下按国标规定测100点是不够的。比较五个单位使用MPV3型显微光度计测定的结果，发现离散值在0.

181～0.310，不能令人满意。

表1 煤镜质组最大反射率人工测定结果