辐射源及其特性 光电成像课件

大气层厚度约为1000Km，垂直方向自下而上分为：对流层、 平流层、中间层、热成层和散逸层
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对流层：地表到平均高度10 km范围内,气压 和温度随高度而降低，空气明显垂直对流， 天气变化频繁，有大量的云团、烟尘存在。
平流层：高度在10～50 km，没有对流和天 气现象。底部为同温层，同温层以上为暖 层，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而 逐渐升高。
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大气辉光和夜天空辐射 太阳发出的紫外辐射与高层大气分子作用
发出的辐射 大气辉光光谱分布中包含多种原子谱线 辐射强度受维度、地磁场分布和太阳活动
等影响
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人工辐射源
➢ 白炽灯——发射连续光谱，在可见光谱段中部与黑体辐 射分布相差0.5%，在整个可见光谱段内与黑体分布平均 相差2%。 真空钨丝白炽灯、充气钨丝白炽灯、各种卤钨灯
大气散射的性质与强度取决于大气分子或气溶胶粒子的半径及被散 射光的波长。
大气散射形式主要有：选择性散射－－瑞利(Rayleigh)散射、米氏 (Mie)散射 无选择性散射
瑞利散射
半径a小于波长的1/10以下的微粒引起的散射。 4
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大气分子对可见光的散射为瑞利散射。 波长愈短，散射能力愈强。 瑞利散射对不同波长的电磁波有不同的散射能力，属于选择性散射。 大气分子的密度、大小随季节、纬度、气候条件而变动，不同地区
中间层：高度在50～85 km，冷层，温度随 高度增加迅速下降。
热成层：高度在80～500 km，又称为电离 层，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离， 对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空 间。
散逸层：500～800 km 以上至星际空间的边 界,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。
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➢ 气体放电灯——根据气压不同，气体发光原理不同，发出 的光辐射性质不同，可以是线光谱，也可以是连续光谱。
分为低压、高压和超高压三类，低压汞灯、镝灯，高压汞 灯，高压氙灯等 ➢ 半导体发光二极管——P型半导体和N型半导体组合而成， 电致发光。
红光二极管、红外发光二极管，白光二极管 ➢ 激光光源——准直单色光
气体： N2、O2 、 H2O 、 CO2 、 O3、CO、CH4等 。 分为常定成分气体和可变成分气体。
气溶胶：大气中有大量的粒度在 0.03 m到2000m之间的固态和 液态微粒，它们大致是尘埃、烟粒、微水滴、盐粒以及有机微生 物等。由于这些微粒在大气中的悬浮呈胶溶状态，所以通常又称 为大气气溶胶。
大气成分随地理位置、季节、时间和温度等有很大变化，对大气 的光学性质有明显影响。
局部区域大气成分只沿高度方向变化。 描述大气特征的物理参数一般有气压、温度、湿度以及它们沿高
度方向分布的垂直廓线。 通过定义标准大气和大气模式来推算大气性能和变化趋势，明确
大气特征。
大气消光和大气窗口
大气对电磁波传输过程的影响包括五个方面：散射(Scattering)、吸收 (Absorption)、扰动(Turbulence)、折射(Refraction)和偏振(Polarization)
主要影响因素是散射和吸收，其作用结果引起电磁波辐射功率在传输 过程中产生衰减。－大气消光
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1、大气散射
电磁波与大气分子和气溶胶粒子相互作用，电磁波偏离原来传播方 向的现象。
大气散射一方面使辐射衰减，另一方面增大背景辐射强度，降低目 标与背景的对比度，降低信噪比。
地球表面热辐射取决于地物的温度 和辐射发射率。 光电成像原理
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月球
月球表面的辐射包含两部分： 反射太阳辐射和自身辐射。
月球的反射辐射分布与太阳辐 射相似，且无凹陷。
月球的自身辐射类似于400K黑 体，峰值波长位于7.24 m 。
月球对地面的照度受月相、 地—月距离、月面反射率、月 球高度以及大气的影响。
辐射传输：电磁波辐射由辐射源(自发射或反射、透射、散射 等)经过传输介质投射到接收系统或探测器上的过程
在辐射传输的路径上，会产生折射、反射、散射、吸收等， 使辐射的空间分布、波谱分布、偏振态、相干性等发生变 化——辐射与介质相互作用
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大气成分和大气层结构
大气是由多种气体及气溶胶粒子组成的混合物。
到达地面的太阳辐射分布与太 阳高度、大气状态等关系很大。
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地球
地球表面的辐射主要由反射和散射 的太阳辐射以及自身热辐射组成。
白天，以反射和散射太阳辐射为主， 地球辐射分布与太阳类似，峰值波 长位于0.5 m 附近，辐射波段集中 在0.3～2.5 m波段。
夜间，以地球自身热辐射为主，峰 值波长位于10 m 附近，辐射波段 集中在8～14m波段。
气体激光器：He-Ne激光器、Ar离子激光器、CO2激光器 固体激光器：红宝石激光器
可调谐激光器、半导光体电激成光像器原理 11
景物目标源：人工目标、自然景物
喷气飞机、直升机和导弹等均属有
动力飞行器，其辐射主要来自排出
的热气流、热发动机部位和气动加
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热表面等。
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第三节 辐射在大气中的传输
面型黑体源— 提供均匀辐射面，采用高导热性材料制作面 型黑体面，并在其表面喷涂高辐射率材料，半导体控温
靶标—高导热性材料上镂刻靶标形 状，靶标背景为环境温度，靶标为 黑体源温度，形成温差对比
靶标轮— 安装多种靶标的支架， 方便切换和调整
红外平行光管— 配合面型差分黑体源，进行红外成像系统 测试
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自然辐射源
太阳
相当于5800 K的黑体辐射；
到达地面的太阳辐射主要集中 在0.3 ～ 3.0 µm波段，约为 98%；在可见光0.38 ～ 0.76 µm 波段，占太阳辐射总能量 的46%，最大辐射强度位于波 长0.47 µm左右；
到达地面的太阳辐射有衰减， 且各波段的衰减不均衡；在多 个波段有凹陷；
辐射源及其特性
辐射源按照其用途分为：
人工标准黑体辐射源
人工标准黑体辐射源 自然辐射源 人工辐射源 目标辐射源
➢ 一个等温密封腔就是黑体；
➢ 在密封腔壁上开一小孔，小孔发出的辐射可以模 拟黑体辐射；
➢ 密封腔要是真正等温的，小孔的面积比密封腔内 表面的面积要小得多。 光电成像原理
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