Электрооптические системы. Инфракрасные системы формирования изображения (VIR), страница 6

Спектральное разрешение и чувствительность

Системы формирования изображения в тепловом инфракрасном диапазоне должны обладать высоким пространственным разрешением. На практике тепловой инфракрасный диапазон от 3 до 15 мкм делится фильтрами на несколько каналов (как правило, на два канала) шириной 1 мкм. Центры каналов располагаются на волнах 4 мкм и 10 мкм.

Чувствительность системы для определенной длины волны на излучение черного тела с температурой Т вычисляется в соответствии с законом Планка:

График функции S изображен на рис. 6.11 для температуры 280 К. Как видно из графика, чувствительность в три раза больше на длине волны 4 мкм, чем чувствительность на длине волны 10 мкм. По этой причине для системы формирования изображения в тепловом инфракрасном диапазоне предпочтительней использовать диапазон от 3 до 5 мкм. Однако на рис. 6.11 изображен также график спектрального излучения _____________ для черного тела при температуре 5800 К. _____________в 50 раз больше на длине волны 4 мкм, чем _______________ на длине волны 10 мкм. Поэтому при измерениях на длине волны 4 мкм есть риск загрязнения измерений солнечным излучением. В результате измерения в дневное время лучше проводить на длине волны 8—14 мкм, а измерения в ночное время и измерения вулканов проводятся на длине волны 4 мкм.

Так как целью теплового инфракрасного наблюдения является измерение яркостной температуры ___________ излучения, падающего на датчик системы, важно рассмотреть, как распознается мощность излучения. На определенном расстоянии она распознается чувствительностью датчика S в соответствии с уравнением (6.3). Кроме этого, применяется спектральное распознавание. Специальный прибор собирает излучение в телесном угле _________ над площадью А. Суммарная мощность Р излучения черного тела определяется из уравнения:

где f() — функция фильтрования излучения длины воны , присущая прибору. Если f() = 1 (без фильтрации), интеграл будет равен:

и получаемая энергия будет изменяться в зависимости от ______________. Это соответствует законам излучения абсолютно черного тела. Следующим шагом анализа является выбор функции f(). Предположим, она равна 1 при длине волны от 8 до 14 мкм и равна нулю для других волн. То есть в системе используется простейший фильтр. На рис. 6.12 изображены графики суммарного излучения абсолютно черного тела L и излучения ___________________ после фильтрации как функций яркостной температуры в диапазоне от 250 до 300 К. Следует отметить, что ______________ вычисляется по методу, описанному в п. 2.6. Очевидно, что L изменяется в зависимости от _____________, a _____________ — в зависимости от________________.

Основные области применения изображений в тепловом инфракрасном диапазоне

Калиброванные изображения в тепловом инфракрасном диапазоне указывают яркостную температуру излучения, зафиксированного датчиком. Яркостная температура состоит из трех компонентов: температуры поверхности, излучательной способности поверхности и эффектов распространения излучения в атмосфере. В большинстве случаев изображения в тепловом инфракрасном диапазоне используются для установления поверхностной температуры. Причем это применение классифицируется на две основные области — определение температуры природных объектов и определение температуры искусственных объектов, например температуры воды на тепловых электростанциях. Как правило, системы определения температуры с помощью изображений в тепловом инфракрасном диапазоне бывают бортовыми.

Примерами использования изображений в тепловом инфракрасном диапазоне (TIR) в области наблюдений за природными объектами являются регистрация облачности и определение температуры водной поверхности морей.