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.     

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(8~14 μm)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。本文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。     

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.     

基于热红外的四种土壤含水量估算方法对比

基于遥感的区域土壤水分反演是流域水资源规划管理、农作物灌溉制度制定、区域旱情监测、农作物估产等方面的基础.本文对四种可见光/热红外土壤水分反演方法进行评估对比,这四种土壤水分估算方法包括基于温度植被干旱指数(TVDI)的土壤水分估算方法和三种基于蒸散比/潜在蒸散比的土壤水分估算方法(EFM1,EFM2和EFM3).基于以上四种土壤水分估算方法,本文使用ASTER数据估算了黑河流域中游地区的土壤水分状况,使用研究区内生态水文无线传感器网络和流域水文气象观测站点的土壤水分观测对四个模型进行了验证评估.结果表明,TVDI方法因其干、湿边确定的经验性,会导致土壤水分估算的误差.而基于蒸散比/潜在蒸散比的土壤水分估算方法会在一定程度改善TVDI方法估算的经验性.通过蒸散比/潜在蒸散比的三种方法对比显示基于EFM1和EFM3方法优于EFM2方法.此外,基于热红外的土壤水分估算方法都需要土壤参数信息,土壤参数的不确定性会导致土壤水分估算的误差,高精度的土壤参数会改善基于热红外的土壤水分估算方法的精度.     

航空红外扫描成像识别碳酸盐岩石的方法研究

本文主要叙述了用DS-1260多光谱扫描仪夜间获取的热图数据(8～14μm),经计算机图像增强处理,区分出未蚀变的白云岩、硅化白云岩以及灰岩。并对这几种岩石的热惯量的几个参数进行了测定,计算出它们的热惯量值,用热惯量这一物理性质和岩石辐射温度测量的结果,结合化学分析,来解释这几种碳酸盐岩石的成像机理。结果表明,白云岩比灰岩的热惯量高,在夜间辐射温度也比较高,所以在热图像上白云岩呈现暖色调(亮色调),灰岩呈稍冷色调(暗色调)。几种碳酸盐岩石中,二氧化硅含量高者,其热惯量值偏低,这是二氧化硅吸收红外的缘故。这对用红外遥感识别有关蚀变带,圈定成矿远景区的应用,是很有意义的。     

土壤热红外辐射及其偏振辐射特性影响因素分析

针对目前地面目标热红外通道辐射特性及其偏振辐射特性的遥感探测需求,将五大典型地面目标之一——土壤作为研究对象,并利用地物热红外多角度偏振遥感测量平台及仪器获取了不同因素影响下的土壤热红外多角度热辐射与偏振辐射数据。分别从探测角、方位角、波段、偏振角和土壤类型五个方面研究了土壤的热辐射特性及其偏振辐射特性。结果表明,当入射光源固定时,土壤的辐射亮度和亮度温度均随探测角的增大而增大;当方位角为180°时,二者均达到最大值;它们随波段变化呈现不同的规律;偏振角以及土壤类型对辐射亮度的影响不显著,而对亮度温度的影响显著。该研究成果可以为开展热红外土壤遥感应用提供新的思路与方法,并可为热红外遥感和偏振遥感的进一步发展提供重要的理论支撑。     

基于遥感反演的空间下视系统红外场景仿真

空间红外下视系统的真实感红外场景仿真一直以来都是研究的一个难点。提出了一种基于卫星红外遥感反演数据的空间下视红外场景仿真方法。利用红外遥感反演数据,通过匹配算法获得仿真波段内地表红外纹理,建立了下视红外观测模型,对地表红外纹理图像在传感器焦平面上重采样,最后按照辐射传输理论,计算生成光学入瞳前红外场景。仿真结果表明:该方法可以逼真地模拟地物场景红外纹理特征。将热红外遥感反演技术应用于红外场景仿真,极大简化了大规模地表场景仿真过程,为空间下视系统红外场景仿真提供了一种直观、有效的新方法。     

基于ANSYS的目标红外特性建模与仿真方法

目标红外仿真建模是实时红外场景仿真的关键部分。为了快速准确的建立目标红外仿真模型,提出一种结合CAD 技术和有限元热分析的目标红外特性通用仿真方法。首先对目标的红外特性进行理论分析。然后使用Solidworks 对目标进行几何建模;将目标模型导入ANSYS 进行有限元热分析;利用热分析获得目标的节点温度点云数据与节点拓扑结构,在仿真软件系统中重建目标的三维红外辐射场分布,并获得了目标的红外目标辐射特征结果。分析结果表明,仿真模型能够很好地逼近实测数据,有效地模拟仿真目标的红外辐射特征。     

相变微胶囊与热红外隐身

在论述了相变微胶囊(PCM)的特点及应用于热红外隐身技术(TIS)的可能性基础上,指出了TIS对PCM的要求、应用条件及困难,首次提出了热反射/温度自适应红外隐身复合涂层(TTC),并对其设计指导思想、涂层结构、涂层功能、实验结果以及在热红外隐身中的应用可能进行了分析.复合涂层面层为降温作用为主的热反射隔热层.中间层为调节温度为主的相变涂层,底层为耐蚀涂层,分析及初步试验结果表明:热反射/温度自适应红外隐身复合涂层在一定温度范围内,具有明显的降温及温度自适应功能,有利于实现目标与背景的红外融合,为对抗双波段红外热像仪反隐身技术提供可能.     

基于SVM模型的单目红外图像深度估计

提出一种通过非线性学习模型来估计单目红外图像深度的算法。该算法首先通过逐步线性回归和独立成分分析(ICA)寻找对于红外图像深度相关性较强的特征,然后以具有核函数的非线性支持向量机(SVM)为模型基础,采用监督学习的方法对红外图像深度特征进行回归分析并训练,在训练过程中通过已知数据回归后的最小均方误差对模型参数进行修正,训练后的模型可对单目红外图像的深度分布进行估计。实验结果证明,利用该模型能较一致地估计单目红外图像的深度信息。     

核驱动BRDF模型RossThick-LiSparseR与RossThick-LiTransitN 的分析

RossThick-LiSparseR模型和RossThick-LiTransitN模型是两种具有代表性的核驱动模型,可以较好地描述地表的方向反射特性。以大豆地、果园、草地、阔叶林和玉米地五种地物为研究对象,采用变分正则化方法,反演得到了红色波段及近红外波段最优的双向反射分布函数（BRDF）模型参数。对比反演结果,分析了两种模型在不同条件下的优势。结果表明,在红色波段和近红外波段,RossThick-LiSparseR模型的数据拟合能力比较强,反演结果更接近真实值,且稳定性高;两种模型在反演黑空反照率上有相同的优势。     

Simulation study of view angle effects on thermal infrared measurements over heterogeneous surfaces

The issue of deriving cross-scale aggregation rules has been extensively investigated over the last two decades. A widely used approach consists of formulating grid-scale surface radiances using the same equations that govern the patch-scale behavior but whose arguments are the aggregate expressions of those at the patch-scale. This approach derives the area-averaged or effective radiative surface temperature as might be observed using low spatial resolution satellite data. The problem however is that such satellite data exhibit large directional effects and no study has addressed this issue. The present work tackles this problem in the thermal infrared domain. The directional effects are studied by modeling. Thus, an infrared sensor observing a two-dimensional (2-D) heterogeneous plane surface is modeled. The 2-D heterogeneous plane surface is simulated by a grid with two homogeneous elements (vegetation-bare soil). The angular properties of the local surfaces, assumed homogeneous, are calculated by a multiple scattering model. The equivalent angular radiance of the complete heterogeneous scene is then determined by applying the aggregation method. This radiance is very sensitive to the surface heterogeneity, especially when the spatial variation of the surface temperature is significant and when the directional behavior of the surface is non-Lambertian. As a result, an angular variation of 6% on radiance was obtained on a heterogenous surface between a zenith angle of 70/spl deg/ and on-nadir measurements.     

参数弱固定法反演地表温度

提出了弱固定敏感参数、控制信息流向目标参数的地表温度反演方法.从热红外辐射传输机理出发,以MODIS为数据源,构建辐射传输方程,同时反演包括地表温度、大气平均温度、中红外(3～5μm)、远红外(8-14.5 μm)6个波段的大气透过率和发射率共计14个参数.以MODTRAN模拟数据和重庆地区MODIS遥感影像为实验数据...     

沙尘气溶胶对热红外分裂窗通道亮温和地表反演温度的影响研究

沙尘气溶胶通过改变地-气系统的热红外辐射传输可引起地表温度遥感探测结果发生变化.较系统地研究了冬季和夏季沙尘气溶胶光学厚度(AOD)变化对热红外分裂窗通道亮温(BT)和地表反演温度(LST)的影响,以及反演结果受大气水汽和地表因素的作用.红外辐射传输模拟计算表明:1)沙尘气溶胶影响下,热红外分裂窗通道亮温差小于零;2)随AOD增大,BT和LST都减小,其中LST减小的速度大于BT;3)不同水汽含量下LST变化不明显;4)当AOD较大时,LST主要反映沙尘层的温度信息.模拟结果与中国北方典型沙尘实例分析结果有较好的一致性.     

梯度温度气体介质的热辐射传递特性研究

高速导弹光学窗口外存在激波层,为高度不均匀的梯度温度气体介质,针对其中的热辐射传递开展一种有效数值求解方法研究.基于离散传递法的思想,利用光线传输模型寻找导引头探测口径内的视线路径,推衍出激波层的热辐射强度计算模型,并研究此模型所得激波层热辐射噪声与来流参数之间的关系,给出经验公式,结果表明,对于3 ～8 μm红外波段...     

中高层大气临边红外辐射的LTE与non-LTE模拟对比

利用战略高空辐亮度代码(Strategic high-altitude radiance code, SHARC) 和通用大气辐射传输代码 (Combined atmospheric radiative transfer, CART) 模拟分析中高层大气临边红外辐射的算法适用范围。 通过模拟结果的对比,初步验证了CART临边模式的有效性。模拟结果表明,在主要的红外波段上,至少45 km以 下的平流层区域内临边红外辐亮度的计算都可以采取局域热力学平衡模式(Local thermodynamics equilibrium, LTE);不同的红外波段在不同的大气条件下,需要采用非局域热力学平衡模式 (Non-local thermodynamics equilibrium, non-LTE)的高度不同,其中15 $\mu$m波段在至少80 km的切点 高度以下都可以使用LTE模式模拟,但是对于CO$_2$ 4.3 $\mu$m带主导的3$\sim$5 $\mu$m波段和O$_3$ 9.6 $\mu$m带 主导的8$\sim$12 $\mu$m波段,在中间层的多数区域内就必须采用non-LTE模式。     

Improved semi-arid community type differentiation with the NOAAAVHRR via exploitation of the directional signal

Mapping semi-arid vegetation types at the community level is extremely difficult for optical sensors with large ground footprints such as the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR). Attempts to use solar wavelength AVHRR data in community type differentiation have often resulted in unacceptable classification errors which are usually attributed to noise from topographic and soil background variations, inaccurate reflectance retrieval and poor registration. One source of variation which is rarely accounted for adequately is the directional signal resulting from the combined effects of the surface bidirectional reflectance distribution function (BRDF) and the variation of viewing and illumination geometry as a function of scan angle, season, latitude and orbital overpass time. In this study, a linear semiempirical kernel-driven BRDF model is used to examine the utility:of the directional signal in community and cover type differentiation over discontinuous but statistically homogeneous semi-arid canopies in Inner Mongolia Autonomous Region, China, and New Mexico, USA. This research shows that the directional signal resulting from the physical structure of the canopy-soil complex can be retrieved to provide information which is highly complementary to that obtained in the spectral domain     

红外加热中物料内部温度场的数值分析

对红外加热技术中物料内部出现温度峰值的条件及响影因素作了探讨,采用了导热与辐射非稳态复合换热的一维模型,对红外加热均匀物性的干物料内温度场作了数值计算。结果表明,物料内部出现温度峰值的主要原因是辐射,并且只有在下列条件同时满足时物料内部才可能出现峰值;(1)表面存在投射辐射;(2)物料表面的透射率不等于零;(3)物料为半透明物料;(4)物料加热表面受到对流冷却,并讨论了物料的吸收系数,折射率,导热系数,换热系数,物料表面辐射特性对温度场的影响。     

Vicarious calibration of ASTER thermal infrared bands

The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) on the Terra satellite has five bands in the thermal infrared (TIR) spectral region between 8-12 /spl mu/m. The TIR bands have been regularly validated in-flight using ground validation targets. Validation results are presented from 79 experiments conducted under clear sky conditions. Validation involved predicting the at-sensor radiance for each band using a radiative transfer model, driven by surface and atmospheric measurements from each experiment, and then comparing the predicted radiance with the ASTER measured radiance. The results indicate the average difference between the predicted and the ASTER measured radiances was no more than 0.5% or 0.4 K in any TIR band, demonstrating that the TIR bands have exceeded the preflight design accuracy of <1 K for an at-sensor brightness temperature range of 270-340 K. The predicted and the ASTER measured radiances were then used to assess how well the onboard calibration accounted for any changes in both the instrument gain and offset over time. The results indicate that the gain and offset were correctly determined using the onboard blackbody, and indicate a responsivity decline over the first 1400 days of the Terra mission.