一种新的适用于不同温度状态下岩石温度与发射率分离的平滑度函数

岩石的温度和发射率光谱数据在岩性、构造和蚀变矿物等成矿要素信息识别中具有重要的应用价值,但实现岩石热辐亮度数据的温度和发射率高精度分离,是困扰地学工作者的技术难题。本次研究基于光谱平滑迭代法的数学原理,设计了一种新的可实现岩石温度和发射率高精度分离的WJH平滑度函数。以野外采集的石英脉岩石样品为实验样本,使用102F傅立叶变换光谱仪采集了该样品在常温及加热升温4种不同温度状态下的热红外辐亮度数据,基于WJH平滑度函数实现了该样品在4种不同温度下的温度和发射率分离。通过与测温仪实测温度数据相比,基于WJH平滑度函数分离的温度与测量值相差均小于0.6℃。分离的发射率曲线与标准矿物光谱库发射率曲线基本一致,而且随着样品温度的升高,分离的发射率数据信噪比更高,说明了基于WJH平滑度函数分离的温度和发射率数据准确可靠。研究表明:设计的WJH平滑度函数可替代当今流行的Borel、Bower等国外学者提出的平滑度函数,实现岩石在不同温度状态下温度和发射率的高精度分离,在基础地质调查和矿产勘查领域具有广阔的应用前景。

温度与发射率分离模型的改进及其敏感性分析

针对温度与发射率分离模型的缺陷,提出了一种模型改进方法,利用模拟数据对比研究了模型改进前后温度与发射率的反演精度;并从理论分析和模拟计算两个角度探讨了修正前后模型对初始发射率设定的变化、大气下行与上行辐射和大气透过率等校正误差的敏感程度.研究结果表明,修正后模型的反演精度明显高于修正前的模型,除大气下行辐射校正误差外,其它误差都影响着两种模型的反演精度,但修正后的模型对这些误差的敏感性小.

基于订正ALPHA差值谱的热红外温度与发射率分离算法

与可见光遥感不同,热红外传感器测得的辐射亮度值是温度和发射率的函数,因此,对于热红外遥感,温度和发射率的分离是一个关键问题?本研究从普朗克方程的维恩近似出发,定义并推导出与温度无关的ALPHA差值谱,并进一步提出消除维恩近似影响的修正项.以此为基础,在不考虑大气下行辐射影响的条件下,借鉴ALPHA导出发射率法和ASTERTES算法的优点,提出一个新的发射率温度分离算法.与现有发射率温度分离算法相比,该算法的优点是原理清楚,流程简单,求解速度快,结果精度高,并且适用的温度和下垫面范围宽.

基于相关性的中红外温度与发射率分离算法

温度和发射率是耦合在一起的。在精确获得大气参数的情况下,由传感器的辐射测量反演地表的温度与发射率,仍然是一个病态问题,必须采取一定的策略进行温度与发射率的分离。因此,温度与发射率的分离是红外遥感的核心问题。文章在分析无太阳直射光影响时大气下行辐射和含有大气残留的地表发射率之间关系的基础上,提出了一个针对野外测量中红外高光谱数据的温度与发射率分离算法。该算法利用大气下行辐射和含有大气残留的地表发射率之间的相关性作为判据来优化地表温度,进而获得地表发射率。基于模拟的中红外高光谱数据,对算法的精度进行评价。结果表明,该算法能够获得较高的地表温度和发射率反演精度;具有较广的适用范围;对测量过程中大气下行辐射变化不敏感;同时算法具有一定的抗噪性。

基于相关性的热红外温度与发射率分离算法

在分析地面测量大气下行辐射和地表发射率之间关系的基础上，给出了针对热红外高光谱数据温度与发射率分离过程中地表温度优化的相关性判据，提出了基于相关性的温度与发射率分离算法（the Correlation Based Temperature Emissivity Separation Algorithm，CBTES）。该算法利用大气下行辐射和地表发射率之间的相关性优化地表温度，进而获得地表发射率。基于模拟的热红外高光谱数据，对CBTES算法的精度进行分析，结果表明CBTES算法具有较高的温度与发射率反演精度；并与光谱迭代平滑温度发射率分离算法（ISSTES）进行比较，发现CBTES算法具有和ISSTES算法相当的精度。此外，CBTES算法具有一定的抗噪性，对测量过程中大气下行辐射的变化不敏感；对于非同温像元，当其发射率定义为r-emissivity时，其辐射温度是对波数缓慢变化的，假设在比较窄的光谱区间内辐射温度近似不变，可以用CBTES算法反演非同温像元在窄光谱区间内的等效温度，在714-1250cm^-1。光谱区间内多个窄光谱区间反演的等效温度可以较好的刻画非同温像元辐射温度的变化趋势。

基于多通道温度与发射率分离算法的敦煌场地红外特性研究

采用多通道式热红外辐射计CE312开展敦煌辐射校正场红外特性的研究,通过测量场地目标和红外标准板获取地表辐射亮度和大气下行辐射亮度,再采用多通道温度与发射率分离算法得到场地通道发射率和场地温度,最后利用最优偏移量法得到场地发射率光谱;将其与利用102F傅里叶变换红外光谱仪对相同目标区域进行测量,并采用光谱迭代平滑温度与发射率分离算法分离出的结果进行比较,两种算法获得的通道发射率最大偏差在0.011以内,场地温度偏差在0.104 K以内,说明采用多通道式热红外辐射计可以实现场地温度和发射率的分离,获得高精度的热红外场地参数。本试验为基于敦煌辐射校正场开展卫星遥感器热红外波段场地自动化观测绝对辐射定标提供了参考。

高分五号全谱段光谱成像仪地表温度与发射率反演

地表温度在全球能量平衡和气候变化研究中具有重要意义。中国新一代高分辨率卫星高分五号卫星(GF-5)搭载的全谱段成像光谱仪有4个40 m空间分辨率的热红外波段,可以提供高空间分辨率的地表温度信息。本文提出了适用于全谱段成像光谱仪的温度与发射率分离TES(Temperature and Emissivity Separation)算法同时反演地表温度和发射率,为了提高大气校正精度,算法加入了水汽缩放WVS(Water Vapor Scaling)大气校正方法。首先利用Seebor V5.0全球大气廓线库构建模拟数据对算法精度进行了评价;然后利用张掖地区11景ASTER影像作为替代数据和同步的地面实测数据对算法精度进行了验证。模拟数据结果表明加入WVS方法后TES算法反演地表温度的RMSE由2.59 K降低到1.54 K,4个波段地表发射率的RMSE分别从0.122、0.12、0.102和0.037降低到0.042、0.04、0.028和0.026;地表验证结果表明本文算法反演的地表温度与站点实测值具有更好的一致性,平均Bias由1.08 K降低到0.47 K,RMSE由2.17 K降低到1.7 K;反演的各波段地表发射率与地面实测结果误差均小于1%。因此,本文提出的温度与发射率分离算法具有较高精度,可以利用GF-5数据获取高精度高空间分辨率的地表温度和发射率数据,服务于其他相关研究。

基于红外技术的超速离心机测温系统研究与设计

超速离心机转子需要在高真空环境下高速运行,传统的接触式测温会产生较大的误差。根据红外测温的原理,采用红外热电堆传感器测量转子的温度,介绍了红外测温系统的总体设计和测量电路硬件设计,并重点研究了环境温度与转子材料发射率对测量精度的影响,采用了相应的补偿算法来提高精度.经仿真实验和实际测试表明:该系统能满足超速离心机的温控要求。

基于ISSTES算法的敦煌场地红外特性研究

敦煌场地光谱发射率和温度是基于敦煌辐射定标场开展卫星遥感器热红外波段在轨辐射定标的重要参数。利用便携式傅里叶变换红外光谱仪(D&P 102F)和红外标准板在2018年8月对敦煌辐射校正场地表发射率光谱进行了不同时间和观测条件下的多次测量。基于光谱多次迭代平滑温度与发射率分离算法(ISSTES),通过设置不同精度的温差间隔,对测得的野外光谱数据进行多次迭代平滑分析处理,实现了敦煌场地光谱发射率与温度的分离。与采用多通道法温度与发射率分离算法获得的CE312通道发射率进行比较,结果表明各个通道发射率的误差均在0.011以内,验证了试验获得的敦煌场地光谱发射率和温度具有较好的精度。本试验为基于敦煌定标场开展卫星遥感器热红外通道在轨辐射定标提供参考。