Электрооптические системы. Инфракрасные системы формирования изображения (VIR), страница 9

Вторым методом является метод разделенного окна, разработанный Де шампом и Фулпином в 1980 г. В этом методе, который широко применяется, яркостные температуры Тb1 и Тb2 измеряются в двух разных, но близко расположенных спектрах. Например, на 11 мкм и 12 мкм. Яркостная температура Тb0 излучения на исследуемой поверхности определяется по формуле:

Коэффициенты а0, а1 и а2 определяются эмпирически. Так как отражению излучения в атмосфере свойственно различное влияние днем и ночью, то коэффициенты а0, а1 и а2 имеют различное значение для дневных и ночных наблюдений. Данный метод характеризуется достаточно высокой точностью — 0,5 К, правда, если исследуемая поверхность имеет постоянную излучательную способность. Как известно, такой излучательной способностью обладает морская поверхность, а поверхность суши не всегда. Поэтому применение данного метода при исследовании поверхности суши значительно ограничено.

Третий метод называется двойным обзором. Каждая точка обзора измеряется дважды под двумя разными углами. Например, радиометр ATSR, применяемый на спутниках ERS-1 и ERS-2, использует технику конического сканирования таким образом, что каждая точка обзора измеряется по надиру (т. е. вертикально) и под углом 52° к надиру. Так как _________________, то наклонный обзор производится через слой атмосферы, который в 1,6 раза больше, чем при вертикальном обзоре. Следовательно, влияние атмосферы при наклонном обзоре будет больше. В результате сравнения полученных двух яркостных температур можно установить величину поправки на влияние атмосферы и сделать такую поправку в итоговой карте.

На рис. 6.17 представлена принципиальная схема двойного обзора для определения поправки на влияние атмосферы при термальном инфракрасном измерении. Яркостная температура Тb0 излучения на исследуемой поверхности не зависит от направления, а отражение в атмосфере незначительное. Яркостные температуры Тb1 и Тb2 достигают датчика в положении 1 и 2 соответственно. С Тb0 они связаны уравнением переноса энергии излучением (см. п. 3.4.1). Чтобы упростить это уравнение, можно пренебречь рассеиванием излучения, так как поглощающий материал имеет постоянное значение Ta и так как Тbo и Тa практически одинаковые и одинаково зависят (через функцию Bf) от температуры __________________(см. уравнение (3.72)). Таким образом, при вертикальном обзоре получаем:

где _____________ — оптическая толщина атмосферы при распространении луча вертикально. А при наклонном обзоре это уравнение будет иметь вид:

Следует отметить, что угол ___________ не равен 90°. В уравнениях (6.14) и (6.15) Та, Тb1 и Тb2 известны, следовательно, можно вычислить ________ и Тb0.

6.4. Приборы для получения теплового инфракрасного изображения

Разработано и применяется огромное количество разнообразных электрооптических систем для получения изображений в видимом, ближнем инфракрасном и тепловом инфракрасном спектрах излучения. Поэтому ограничимся описанием космических бортовых систем.

Электрооптические бортовые системы получения изображений можно разделить на категории в соответствии с их пространственным разрешением. Самая высшая категория таких систем имеет пространственное разрешение от 5 до 50 м с шириной охвата от 30 до 200 км. Следует отметить, что существуют приборы с более высоким пространственным разрешением, разработанные в начале двадцать первого века. Например, система на спутнике Ikonos дает черно-белое изображение с разрешением 1 м, а цветное изображение — с разрешением 4 м. Изображения высшей категории используются для изучения поверхности суши Земли, в основном в картографии. Системы высшей категории — это, как правило, системы видимого и ближнего инфракрасного спектра излучения. Иногда применяются системы высшей категории теплового инфракрасного спектра излучения. Примером системы высшей категории может служить Thematic Mapper (ТМ), которой оборудованы спутники Landsat-4 и Landsat-5. Основан прибор на принципе механического сканирования в семи диапазонах: 0,45—0,52 мкм (голубой), 0,52—0,60 мкм (зеленый), 0,60—0,69 мкм (красный), 0,76—0,90 мкм (ближний инфракрасный), 1,55—1,75 мкм (ближний инфракрасный для дифференциации снега и облаков), 2,08—2,35 мкм (средний инфракрасный), 10,4—12,5 мкм (тепловой инфракрасный). Система была разработана для использования на высоте 705 км с шириной охвата 185 км х 185 км. При этом единичный элемент, которому соответствует 1 пиксель изображения, имеет размеры 30 м х 30 м (для теплового инфракрасного диапазона — 120 м х 120 м). На вставке 4 представлено типичное изображение системы Landsat ТМ, а на рис. 6.18— увеличенный фрагмент другого изображения в одном из диапазонов.