基于溫度的熱紅外波段選擇的簡單分析

袁德寶，崔希民，邱亞輝，王果，賈西茜，范冬麗，郎 博

（1.中國礦業大學（北京），北京 100083；2.國核電力規劃設計研究院，北京 100094）

1 引言

從黑體輻射出發，估測黑體的輻射亮度值范圍，根據基爾霍夫定律導出實測物體的輻亮度并分析目標地物輻射特性，在一定的模式下求解大氣的路徑輻射亮度作為地物輻射的亮度對比背景，對比大氣和目標物體的輻射特性及在大氣分層中的傳輸模型，得出信噪比較高的波譜范圍。

2 黑體輻射特性分析

以下為黑體分別在273K、280K、285K、290K、295K、300K、305K、315K、320K溫度時，輻射亮度隨波長的變化：

圖1 黑體在不同溫度下隨時間的輻射亮度

黑體的輻射亮度隨波段的變化近似輻射拋物線，最大值集中在一定的波段區間。

3 目標地物輻射及傳輸模型

3.1 目標地物熱輻射

熱紅外遙感的主要發射源來自于目標地物的自身熱輻射，傳感器所接收輻射的能量為目標地物輻射的能量經過大氣消減后的輻射亮度值，考察目標地物一天內在不同時刻不同溫度下的輻射亮度值，并根據普朗克公式可以求得目標地物的輻射亮度值。

3.2 輻射傳輸模型

該層氣體對輻射的吸收率：

經過該層氣體后輻射亮度的變化為：

若將大氣分為十層則對每一層分別積分可以得到輻射亮度經過十層大氣的變化值。

4 目標—背景對比度

目標-背景對比度為［6］：

由公式的結果可以看出，大氣外目標背景對比度與目標固有輻射亮度和觀測者所看到的背景天空亮度及觀察路徑的透過率有關。

5 實例分析

目標地物選擇裸土、水體、居民地（水泥建筑）、柏油路面和植被。

大氣模式：中緯度大氣廓線，傾斜路徑；

氣溶膠及臭氧模式：使用用戶定義的氣溶膠及臭氧剖面；

實測數據：地表反照率及一天內目標地物溫度曲線數據。

5.1 目標地物輻射亮度曲線

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

5.2 根據MODTRAN得出大氣透過率曲線：

圖7 水汽的吸收譜線

圖8 吸收譜線

圖9 大氣總吸收譜線

5.3 目標—背景對比度曲線

圖10 大氣的輻射亮度曲線

圖11 背景—大氣對比度

6 結論

（1）目標物體在一天內不同溫度下輻射亮度峰值的波譜范圍為。

綜合考慮以上分析，得出一條透過率較高、輻射相對較強、背景-目標區分度相對較大的波譜區間為。

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