地物目标热红外光谱发射率的野外测量方法研究

在航天红外遥感应用中,地物目标光谱发射率是卫星遥感测量地面温度的一个重要参数。野外测量的大气环境、目标背景和地物的热力学特性等因素的影响,使得野外测量地物目标表面光谱发射率变得较为复杂。重点讨论了利用傅里叶变换红外光谱仪野外测量地物目标光谱发射率的方法和程序,介绍了几种正确分离目标温度与发射率的方法。野外测量实验结果表明,按照文中所述的测量方法,测量得到的地物热红外光谱发射率具有良好的一致性,发射率测量误差小于0．02。     

机载热红外多光谱数据定标与温度反演

设计了热红外航空遥感实验,对获取的热红外图像进行了定标,用发射率归一化方法反演了地物的温度和发射率光谱,探讨了利用地物热红外光谱识别地物的可行性.结果表明,基于热红外多光谱数据的发射率归一化方法可以有效地反演地物温度和发射率光谱,所反演的发射率光谱可以比较有效地应用于地物的识别,尤其是对于土壤不同性状的探测识别可以取得良好的结果.     

基于快速傅立叶红外光谱仪的自然地物光谱发射率测量

自然地物的红外特征数据在伪装、遥感等领域有着重要的作用.由于仪器所采集的信号种类繁多,自然地物表面性质复杂,热传导能力较差,难以直接准确获得自然地表物体光谱发射率曲线,需要特殊的算法通过自然地物的辐射亮度曲线间接得到其表面温度和发射率曲线.分离算法主要有最大发射率法、黑体拟合法以及光谱平滑法.光谱平滑法由于操作简单,计算准确,是目前应用最广泛的分离算法.在光谱平滑法的基础上,利用美国D&P公司的Model 102F快速傅立叶变换红外光谱分析仪对3种典型自然地物(裸露的土壤、草地、树木)进行红外特征数据采集.结果表明,自然地物的表面温度随时间变化产生显著的变化,而其发射率水平则近似保持恒定.     

热红外发射率光谱的野外测量方法与土壤热红外发射率特性研究

基于光谱平滑的温度／发射率迭代算法，提出热红外发射率光谱的野外测量与反演方法；分析了不同组分、粒径及含水量土壤的热红外发射率变化规律。结果表明，在8～9．5μm波长范围内土壤的发射率随SiO2含量的增加而降低，随含H2O量的增加而增大；在11～13μm波长范围内土壤的发射率基本保持不变，基于此分析结果，提出利用热红外光谱数据反演土壤含沙量和含水量的方法。     

红外光谱成像仪性能的综合考虑

红外光谱成像仪正在被考虑用 对地的目标探测。红外傅里叶变换光谱仪已经用来对野外目标和背景进行测量,对这些测量的分析表明：目标对背景颜色,高光谱波段地许多背景的波段关系是存在的,因此,与宽波段或单一窄波段红外传感器相反,采用约外光谱传感器可以在高的地物干扰背影中改善对低反差目标的探测。     

红外隐身涂层光谱发射率测量定标研究

受涂覆工艺、物理特性和气动应力等因素影响,飞机红外隐身涂层容易产生裂纹、剥落等损伤.监控涂层光谱发射率是红外隐身涂层状态监控的一种有效手段.光谱发射率监控设备的定标直接影响涂层光谱发射率测量结果的可信度,进而影响飞机红外隐身特性的评估结果.针对光谱发射率测量定标需求,研究了积分球定向积分反射比测量系统定标方法,并开展红...     

基于集成黑体法1000～1500℃石墨材料高温红外光谱发射率测量

建立了基于集成黑体法的材料高温红外光谱发射率测量理论模型,重点讨论了不等温集成黑体空腔有效发射率、观测因子、样品材料外推温降因素的影响。基于集成黑体法搭建了以傅里叶红外光谱仪为红外辐射探测系统的高温红外光谱发射率测量装置。基于蒙特卡罗光线追迹法数值开展了集成黑体有效发射率数值模拟,并进行了实验验证。讨论了辐射源尺寸效应、光谱响应度线性度等非理想因素对集成黑体法高温光谱发射率测量的影响。开展了石墨材料在1 000℃、1 300℃、1 500℃的红外光谱发射率实验研究,并与已公开发表的测量结果进行了比对。本文结果与文献数据优于5%的良好一致性,验证了集成黑体方法在高温发射率测量中的可行性。     

基于集成黑体法的1 000~1 500℃石墨材料高温红外光谱发射率测量

建立了基于集成黑体法的材料高温红外光谱发射率测量理论模型,重点讨论了不等温集成黑体空腔有效发射率、观测因子、样品材料外推温降因素的影响。基于集成黑体法搭建了以傅里叶红外光谱仪为红外辐射探测系统的高温红外光谱发射率测量装置。基于蒙特卡罗光线追迹法数值开展了集成黑体有效发射率数值模拟,并进行了实验验证。讨论了辐射源尺寸效应、光谱响应度线性度等非理想因素对集成黑体法高温光谱发射率测量的影响。开展了石墨材料在1 000℃、1 300℃、1 500℃的红外光谱发射率实验研究,并与已公开发表的测量结果进行了比对。本文结果与文献数据优于5%的良好一致性,验证了集成黑体方法在高温发射率测量中的可行性。     

高光谱遥感的发展及其对军事装备的威胁

高光谱遥感融合了光谱分析和成像遥感的优点,可以利用精细光谱特征分析、识别目标的种类和表面状态,给军事装备带来了新的威胁.介绍了高光谱侦察的基本原理和发展概况.分析了高光谱在军事侦察、伪装识别和热红外探测方面的优势,并指出利用植被的光谱特征识别技术可以有效分辨林地背景中的绿色伪装目标;在热红外波段高光谱可以通过探测目标的真实温度和发射率来检测伪装.     

基于红外光谱偏振度对比度的涂层材质识别研究

为了降低材质红外识别的正确率,较常用的方法是通过在材质表面涂覆涂层,以改变材质的表面发射率。首先通过基于微面元理论的目标材质表面红外辐射偏振传输模型的Stokes表达式,推导分析了目标材质表面发射率对目标材质表面红外偏振特性的影响,结果表明:目标材质表面发射率的改变不影响其表面的红外线偏振度特征;其次,针对材质表面发射率与红外偏振特性的不相关性,文章提出基于光谱偏振度对比度检测涂层材质的方法,并通过相同基底不同表面发射率的涂层材质、不同基底相同发射率的涂层材质的红外高光谱偏振成像特性进行了验证分析,结果表明:改变涂覆材料表面发射率并不影响材质表面的红外光谱偏振度特征;基底材料不同,即使目标材质表面涂覆相同发射率涂层,其表面的光谱偏振度特性将比光谱辐射亮度具有更明显的差异性,研究成果可为红外伪装材质检测识别提供新的途径和方法。     

气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射机理与特性

从分析材料内部热辐射与导热耦合传热温度场、表面反射及折射之间的内在关系出发,建立了气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射模型.采用控制容积法结合蒙特卡罗法和谱带模型,数值模拟了红外辐射能在材料内部的传递及出射过程.引入介质影响因子,分析了材料的红外辐射机理和外部气动热流对材料红外辐射特性的影响.结果表明,高温陶瓷材料内部热辐射的光谱选择性与温度场的耦合,导致高温陶瓷材料的红外发射率随气动热流变化而变化.由于陶瓷材料在紫外和中远红外谱带范围对辐射的吸收非常强,而在近红外和可见光谱带范围对辐射吸收较弱,随气动热流密度增大,对陶瓷材料表面红外辐射产生贡献的内部热辐射区域增大,但材料的红外发射率降低.     

A field-portable thermal infrared grating spectrometer (THIRSPEC)

A thermal infrared grating spectrometer was developed for field studies in the Earth sciences. The design is based on a reflection grating and a 60-element HgCdTe detector array. The useful spectral range of the instrument covers 7.9-11.3 μm with a Nyquist limited resolution of 0.16 μm. The instrument averages over a 12° field of view and compares the exitance of the target to that of an internal black body at ambient temperature. The noise equivalent temperature is approximately 0.06°K over the useful spectral range. Background radiance reflected from the surface of the target can seriously impede the determination of emissivity. This effect is removed from the spectra of geological samples by the use of reference samples     

基于订正ALPHA差值谱的热红外温度与发射率分离算法

与可见光遥感不同,热红外传感器测得的辐射亮度值是温度和发射率的函数,因此,对于热红外遥感,温度和发射率的分离是一个关键问题？本研究从普朗克方程的维恩近似出发,定义并推导出与温度无关的ALPHA差值谱,并进一步提出消除维思近似影响的修正项．以此为基础,在不考虑大气下行辐射影响的条件下,借鉴ALPHA导出发射率法和ASTERTES算法的优点,提出一个新的发射率温度分离算法．与现有发射率温度分离算法相比,该算法的优点是原理清楚,流程简单,求解速度快,结果精度高,并且适用的温度和下垫面范围宽．     

基于标准黑体的物体表面发射率计算方法研究

红外测温仪器的精度和被测物体表面的发射率对测量物体红外辐射特性的准确性影响很大。为了提高物体表面发射率的计算精度,先通过标准黑体对红外热像仪进行标定。然后,利用标定好的红外热像仪测量温度,计算出被测物体表面的发射率。将基于神经网络的红外热像仪标定方法应用到目标发射率的求解方法中,有效地消除了热像仪的系统误差。测试装置简单,测试结果准确。同时,温度和发射率的精确测量为红外隐身材料的研制奠定了基础。     

Spectral mixture analysis of simulated thermal infraredspectrometry data: An initial temperature estimate bounded TESSMA searchapproach

At sensor thermal infrared (TIR) radiation varies depending on the temperature and emissivity of surface materials and the modifying impact of atmospheric absorption and emission. TIR imaging spectrometry often involves extracting temperature, emissivity, and/or surface composition, which are useful in diverse studies ranging from climatology to land use analyses. A two-stage application of temperature emissivity separation (TES) using spectral mixture analysis (SMA) or TESSMA, was employed to characterize isothermal mixtures on a subpixel basis. This two-stage approach first uses the relationship between a virtual cold endmember fraction and surface temperature to extract initial image temperature estimates. Second, an isothermal SMA application searches the region within the maximum temperature error range of the initial estimate, selecting the best subpixel spectral mixture fit. Work presented includes characterizations of synthetically generated temperature and constituent mixture gradient test images, and a discussion of errors associated with selecting temperature search ranges 25% and 75% smaller than the initial temperature calculation error range. Results using this two-stage approach indicate improved overall temperature estimates, constituent estimates, and constituent fraction estimates using simulated TIR data     

Separating temperature and emissivity in thermal infraredmultispectral scanner data: implications for recovering land surfacetemperatures

The accuracy of three techniques for recovering surface kinetic temperature from multispectral thermal infrared data acquired over land is evaluated. The three techniques are the reference channel method, the emissivity normalization method, and the alpha emissivity method. The methods used to recover the temperature of artificial radiance derived from a wide variety of materials. The results indicate that the emissivity normalization and alpha emissivity techniques are the most accurate, and recover the temperature of the majority of the artificial radiance spectra to within 1.5 K; the reference channel method produces less accurate results. The primary advantage of the alpha emissivity method over the emissivity normalization method is that it works well in terrains of widely varying emissivities, e.g.,those dominated by vegetation and igneous rocks. By contrast, the emissivity normalization method works well only if the emissivity used for normalization is close to the maximum emissivity of the spectra in the scene     

我国西北沙源区地表热红外发射率特征分析

沙源区地表热红外发射率特性的研究对地表的组分和物理特征等的研究有重要意义。用102f测量了西北沙源区各类型地表的发射率。将测量结果与ASTER JHU波谱库数据对比,显示了测量的结果可靠性和必要性。分析结果表明,不同地表类型发射率差异显著,同种类型地表发射率因物理特征不同会呈现规律性差异,发射率在时间尺度上具有稳定性。测量的沙源区发射率数据及分析结果对沙尘暴相关研究有重要意义。