BRDF

一. BRDF简介:


BRDF表示的是双向反射分布函数Bidirectional Reflectance Distribution Function),它描述了光线如何在物体表面进行反射,可以用来描述材质属性BRDF的输入参数是入射光的的仰角、方位角、出射光的仰角、方位角,还与入射光的波长相关。BRDF的输出结果是一个数值,表示在给定的入射条件下,出射方向上反射的相对能量,另外一种理解方式是用光子的概念来考虑,BRDF给出了入射光子以特定方向离开的概率。

BRDF有一些重要的属性:1.Helmholtz互异性(Helmholtz Reciprocity):入射角和出射角互换,函数值保持不变。2.能量守恒:出射能量不可能大于入射能量,所以BRDF必须进行归一化处理。

由于BRDF是用于计算反射的函数,那么对于某一个单一点光源的反射光的计算就可以简化为以下方程式:

L(Φoφo) = f(ΦiφiΦoφo)L(Φiφi)cos(Φi); (Φ表示光线仰角,φ表示方位角 i表示入射光o表示反射光L(Φiφi)表示入射光线仰角为Φi方向角为φi的光线辐射强度。f(ΦiφiΦoφo) 表示在入射角Φiφi,反射角Φoφo时的BRDF函数计算结果也就是反射强度cos(Φi)为修正值。L(Φoφo)表示在反射光线仰角为Φi方向角为φi的光线辐射强度)仰角 方位角如下图:


### BRDF在遥感中的应用 #### 定义与重要性 双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function, BRDF)描述了表面如何散射入射光的方向特性。对于给定的入射角和观测角度组合,BRDF定义了单位立体角内的辐射亮度与入射光照强度之间的关系[^1]。 #### 应用场景 在遥感领域,BRDF用于纠正由于不同观察几何条件引起的反射率变化差异。具体来说,在TOA reflectance转为surface reflectance的过程中,除了大气校正外,还需要进行BRDF校正来消除地形起伏以及太阳位置等因素带来的影响。 #### 技术实现 为了更精确地获取地表真实反射情况,通常会采用基于物理模型的方法来进行BRDF建模。这些模型可以模拟植被、土壤等多种自然材料的光学性质,并通过参数化调整以适应特定区域的地物特征。此外,也有研究利用机器学习算法构建经验型或半经验型的BRDF模型,从而提高预测精度并减少计算复杂度。 ```python def brdf_correction(toa_reflectance, solar_zenith_angle, view_zenith_angle): """ A simple function to demonstrate the concept of applying BRDF correction. :param toa_reflectance: Top-of-atmosphere reflectance value :param solar_zenith_angle: Solar zenith angle at the time of acquisition :param view_zenith_angle: View (sensor) zenith angle relative to nadir :return corrected_surface_reflectance: Surface reflectance after BRDF correction applied """ # Placeholder for actual implementation details which would involve complex mathematical operations based on chosen model corrected_surface_reflectance = toa_reflectance * some_brdf_model(solar_zenith_angle, view_zenith_angle) return corrected_surface_reflectance ```
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