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.     

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。     

中红外双通道夜间数据地表温度反演方法

地表温度反演是红外定量遥感的核心内容之一.与热红外(8~14μm)数据相比,中红外(3~5μm)波谱区大气透过率更高、对发射率的敏感性更低,在温度反演方面具有独特的优势.引入热红外地表温度反演思路,发展了仅利用夜间中红外双通道数据的地表温度反演算法,分析了宽通道组合(3~4μm和4~5μm)和窄通道组合(3.929~3.989μm和4.020~4.080μm)模式下的温度反演精度以及模型对噪声和发射率的敏感性.结果表明,宽、窄两种通道组合模型的温度反演精度分别为~0.5 K和~0.3 K;噪声等效温差和地表发射率误差对窄通道组合模型的影响更大.     

航空热红外多光谱数据的地物发射率谱信息提取模型及其应用研究

基于１３２种地物的实验室光谱曲线,建立适合于模块化机载成像光谱仪（ＭＡＩＳ）热红外多波段的发射率经验关系,以此修正发射率反演方法（ＴＥＳ）中的ＭＭＤ模型。在此基础上选用１９９７年８月在法国ＡＶＩＧＮＯＮ农业区获取的一幅ＭＡＩＳ热红外多光谱图像,在利用ＬＯＷＴＲＡＮ７实现大气初纠正的前提下,应用修正后的ＴＥＳ算法提取发射率谱信息。结果表明：反演所得发射率与实验室光谱在形状上具有很好的一致性,利用发射率谱结合地表亮温信息进行植被分类是可能的。     

基于双谱模型的被动微波遥感土壤湿度反演

利用随机粗糙表面的双谱散射模型计算了粗糙裸土壤表面的发射率,并建立了基于双谱模型的被动微波遥感的土壤湿度的人工神经网络反演方法.结果表明,基于双谱散射模型计算粗糙裸土壤表面发射率是可行的,利用人工神经网络反演方法,仅采用两个发射率的数据组合便可以反演出精度较高的土壤湿度值,且反演方法具有一定的抗噪性能.     

温度与发射率分离模型的改进及其敏感性分析

针对温度与发射率分离模型的缺陷,提出了一种模型改进方法,利用模拟数据对比研究了模型改进前后温度与发射率的反演精度;并从理论分析和模拟计算两个角度探讨了修正前后模型对初始发射率设定的变化、大气下行与上行辐射和大气透过率等校正误差的敏感程度.研究结果表明,修正后模型的反演精度明显高于修正前的模型,除大气下行辐射校正误差外,其它误差都影响着两种模型的反演精度,但修正后的模型对这些误差的敏感性小.     

一种近似用于高发射率城市地表热红外等效发射率的方向性变异核驱动模型及其不确定性分析

地表热红外发射率(8~14μm)的方向性变异为遥感地表温度的反演及应用引入了不确定性,这种问题在城市地表显得尤为突出.发展了一种近似用于高发射率城市地表热红外等效发射率的方向性变异(Urban Surface Emissivity Anisotropy,USEA)核驱动模型,并分析了具体应用时的不确定性,其中USEA用非垂直观测的发射率与垂直观测时的发射率之比定量表示.模型有两个基本假设:(1)白天,USEA具有热点效应,热点位置与太阳位置接近;(2)夜晚,USEA无明显热点效应,且主要与观测天顶角相关.该核驱动模型由各向同性核、多次散射核、以及温差核组成,其中各向同性核为常数1,多次散射核描述了USEA与观测天顶角的关系,温差核描述了USEA的热点效应.基于计算机模拟数据的模型评价结果表明,核驱动模型可以表达USEA的时空变化,但城市地表热惯量会导致模型的适用性降低.该核驱动模型在MODIS等传感器的方向性比辐射率数据上,具有一定的应用潜力.     

非同温对平面混合像元温度发射率分离的影响分析

在热红外光谱区域,假设非同温平面混合像元的发射率为r-emissivity,那么它的辐射温度是随波长变化的.以典型的由土壤和植被组成的非同温平面混合像元为例,分析了非同温对其辐射温度的影响,并给出体现辐射温度变化的可能的方法.利用模拟的热红外高光谱数据对该方法进行了验证,验证结果表明,该方法能够较好地刻画非同温平面混合像元辐射温度随波长的变化,提高了非同温平面混合像元r-emissivity的反演精度.     

分裂窗辐射量线形组合反演陆面温度的影响因子分析

大气特性与地物发射率是影响陆温反演精度的主要因素,不同的分裂窗表达式用于陆温反演存在不同的反演结果,其中两通道辐射量线形组合形式的分裂窗算法受大气影响最小,反演温度的误差也最小.其反演温度的误差与大气透过率和大气向上辐射无关,但与地物的发射率、大气向下辐射相关.分裂窗表达式B(λ,′Ts°)=a.I(λ1)+b.I(λ2)+c中的反演系数a、b与大气向上辐射无关,但分别与通道1、通道2的大气透过率成反比.当定标点发射率不完全一致时,二者还与大气向下辐射相关;相反,如果定标点发射率完全一致,二者与大气向下辐射无关.使用辐射量线性组合的分裂窗形式反演陆温时,当大气向下辐射与地物的P lanck辐射越相近,误差越小.     

光谱发射率测量技术

论述了光谱发射率在航天、航空、国防、军事及国民经济各领域中的实际应用和重要意义.材料光谱发射率的影响因素很多,且应用背景差异较大,各国分别建立了各具特色的发射率测量装置.根据测量特点及应用范围,发射率测量方法分4大类:量热法、反射法、能量法和多波长法.针对每种测量方法介绍了基本原理、装置特点、技术指标和发展现状.简单介绍了基于红外傅里叶分析光谱仪建立的光谱发射率测量系统,进而描述了材料发射率在重要领域的具体应用情况.分析了我国目前在发射率测量技术方面存在的问题,展望了我国发射率测量技术的发展趋势和发射率数据库方面的进一步工作.     

基于MODIS数据的地表温度反演

利用MODIS影像数据,采用劈窗算法来反演安徽地区的地表温度。结合Sobrine、覃志豪等人提出的NDVITEM方法和地物监督分类方法,对地表比辐射率进行了估算,将反演结果与NASA的地表温度产品进行比较,平均误差在1 K左右。同时利用卫星过境当天从安徽省高密度自动监测站获取的实时数据对反演结果进行验证,发现反演温度与地面实测数据的曲线走势具有高度的一致性且有较高的相关性,能直观地反映安徽地区地表温度的空间分布。     

地表波谱比辐射率便携式测量的三种改进方法

针对便携式傅里叶变换红外光谱仪测量比辐射率的不确定性,提出了三种改进的波谱比辐射率测量方法.方法1和方法2借助于附加设备改变环境辐照度实现病态方程可解.方法3基于灰体假设,使用迭代求解获得最接近样品的真实温度的温度解,进而计算得到样品的比辐射率.使用温度测量和傅里叶光谱仪观测计算获得波谱比辐射率作为参考的比辐射率结果,对三种改进的方法进行对比和验证.结果表明,对于高比辐射率的石英板和纸板,三种改进方法的测量结果和参考值吻合较好.而对于低比辐射率的锈铁板和铝板,方法3最为接近参考比辐射率结果,而方法1,方法2由于需要过多的观测环节,存在一定的偏差.此三种方法将为改进便携式傅里叶变换红外光谱仪测量提供依据.     

中红外多波长辐射温度计的设计

介绍了以高信噪比同时测量近室温目标温度和光谱发射率的中红外多波长辐射温度计,详细说明了其光学系统及电气系统设计．采用高像质、大光通量的折反式光学系统和闪耀光栅分光系统,通过多元碲镉汞探测器线列及电气系统,可同时检测目标温度及发射率．内置黑体炉和热管恒温视场光栏和孔径光栏减小了周围环境温度漂移及杂散光对温度测量的影响．     

室温下基于双波段比色法的温度场成像波段选择及仿真

在室温条件下,若处于同一环境下的多个物体,温度不同,发射率不同,当发射率未知时采用单波段辐射的方法难以同时获得不同物体的温度场信息,即使发射率数据可以获取,仍需解决图像物体的匹配问题。文章针对复杂背景下温度场成像的上述问题,应用双波段比色法,依据温度分辨率,分析并选择了双波段比色法的合适光学参数范围,然后仿真了复杂场景下多物体的温度场成像。结果表明:室温条件下,双波段比色法能消除发射率对温度分辨率的影响,区分发射率不同物体的温度信息。     

RBF网络在多光谱测温中的应用研究

介绍了一种人工神经网络在多光谱测温数据处理中的应用。利用人工神经网络,结合多种发射训练样本模型,可以自动辨识被测目标的发射率模型,从而得到目标的真温和光谱发射率。应用二次细分的方法进一步提高了测量精度,并分析了各种测量误差对测温精度的影响。仿真结果表明此方法是获知真温与发射率的一种较好的方法。     

单通道物理法反演海表温度的参数敏感性分析及验证

定量分析了反演海表温度的单通道物理法对海水比辐射率、海面风速、海水盐度、大气透过率、大气上下行辐射等参数的敏感性,发现海水比辐射率、大气透过率对算法精度影响较大,是单通道物理法反演海表温度的主要误差来源.在不同的波段,单通道物理法对参数敏感性也有较大差别,中红外波段的敏感性要小于热红外波段.为了验证单通道物理法的可行性、精度及参数敏感性分析的结果,选择墨西哥湾海域2009年全年夜间MODIS实测数据进行实验.结果表明,中红外波段的单通道物理法反演海表温度的精度高于热红外波段,达到MODIS劈窗算法海表温度标准产品同等精度,这与参数敏感性分析的结果一致.由于中红外波段单通道物理法精度较高,一方面,可以满足常规的业务观测需求,为海表温度反演提供新的技术手段;另一方面,可用来标定劈窗算法系数,弥补海洋现场观测站位空间分布不足的问题.     

微电子器件红外测温中的发射率测量方法研究

为了使红外热像仪能够准确测量微电子器件中微米级发热结构的温度, 并克服由热胀冷缩引起的器件形变问题,提出了一种单温度发射率测量方法。分析了在用传 统的双温度发射率测量方法对微电子器件进行红外检测时热胀冷缩对检测结果的影响。在温度变换过程 中,器件的形变效应会严重影响温度测量结果。提出了一种针对微电子器件显微红外测试 的单温度发射率测量方法。该方法只需将被测件保持在一个固定温度下即可对发射率进行测 量。理论分析结果表明,该方法与双温度法在最终的测量结果上是等效的。单温度发射率测量 方法可以有效避免微电子器件的形变影响,因而可保证温度测量结果的准确性和可靠性。