德国物理技术研究院(PTB)的同步辐射辐射度学研究

近十几年来 ,同步辐射源作为一种新型的光源在工农业生产和科学技术中得到了广泛的应用。它有连续宽广的光谱范围 ,覆盖了从红外、可见、近紫外、真空紫外到软X射线的光谱范围 :它有辐射强度大、方向性好及高度偏振等特点。德国物理技术研究院 (PTB)在这方面投入了大量的资金和研究力量 ,建立了两套电子储存环BASSYⅠ和BESSYⅡ ,在该领域中居国际领先水平。其中柏林实验室将电子储存环BASSYⅠ作为真空紫外和软X射线的光谱辐射计量基准 ,其光谱辐射功率可以用经典电动力学理论计算 ,用于标定辐射源。用低温辐射计SYRES作为探测器辐射基准 ,来标定半导体二极管探测器 ,发光二极管以及其他各类型的光电记数探测器。建立的反射率计系统可标定光学元件在真空紫外和软X射线光谱范围的特性。

基于辐射度学的隧道洞外亮度及色温动态变化规律研究

论文是国家自然科学基金资助项目"视觉理论在公路隧道照明节能中的应用研究"(批准号:50878217)、"基于人眼适应的公路隧道入口段亮度研究"(批准号:50908240)和"公路隧道照明察觉对比设计方法研究"(批准号:51278507)的研究分课题,旨在设计之初就能获知隧道洞外亮度及色温取值及其变化规律,为隧道照明设计提供更为详尽和可靠的基准数据,优化隧道各加强段的照明及控制,节约照明设备初期投资以及后续运营能耗,实现隧道照明节能。隧道洞外光度及色度是隧道洞外光环境的两个方面,在此前的研究中,国内外学者主要集中在洞外的光度方面,即一直比较关注隧道洞内外亮度变化的适应关系;而对色度方面的研究较为缺乏,尚未考虑隧道洞内外色温变化的适应关系。因此,本文首次引入洞外色温的概念,在太阳辐射、大气科学等相关理论及研究成果的基础上,提出了基于辐射度学的隧道洞外亮度及色温研究方法,并以此来研究其动态变化的规律。为隧道照明设计标准的完善和隧道照明设计的实践提供理论依据。论文第二章主要梳理和界定了隧道洞外亮度L20 (S)和隧道洞外色温TC20 (S)的概念及其确定方法,并梳理了与之相关的太阳辐射、色度学等方面的理论知识,论证了开展隧道洞外色温基础研究的重要意义,提岀采用明视觉10°视场的光谱光视效率函数和CIE1964标准色度学系统进行隧道洞外亮度和色温研究更为合适,为后续研究明确了方向及理论依据。论文第三章通过现场调研、理论分析及隧道标准研究,分析和明确了影响隧道洞外亮度及色温的3个主要因素,即:1)20°视场范围内隧道洞外景物的类型及面积百分比;2)入射天然光的光谱功率分布;3)洞外景物表面的光谱反射率。并通过对这3个影响因素的深入剖析,确定了隧道洞外各景物表面所接受太阳总光谱辐射照度的理论计算模型,实测了四类主要典型景物和材料的光谱反射特征。论文第四章正式提出了基于辐射度学的隧道洞外亮度及色温理论研究方法。从辐射度学理论出发,利用大气传递系数法先建立太阳光谱辐射照度理论模型,再根据景物光谱反射率求解出景物的光谱辐射亮度,通过“辐射-光度”和“辐射-色度”的转换计算出隧道洞外亮度及色温,从而建立岀一整套基于辐射度学的隧道洞外亮度及色温理论模型。同时,以重庆、拉萨及乌鲁木齐3个典型地区不同状态下的典型隧道为例,进行洞外亮度及色温的理论计算,并对不同状态下的计算结果进行了分析总结。论文第五章根据上述理论模型,分别对重庆、拉萨和乌鲁木齐3个典型地区南北东西4个典型洞口朝向的隧道,进行全天各时段及全年各月典型日的隧道洞外亮度及色温模拟计算。根据模拟结果,分析总结了隧道洞外亮度及色温的特点,并研究其日变化和年变化的规律。论文第六章对重庆市两条不同洞口朝向的隧道,进行了隧道洞外亮度及相关指标全天候(间隔1h)的现场实测,并根据实测隧道的现场情况及测试内容修正了理论模型,通过将修正后的理论模型计算结果与实测结果对比分析,验证了理论模型建立总体思路的正确性,明确了隧道洞外亮度及色温理论模型的适用范围,为该模型的合理使用和评价提供了科学依据。在3项国家自然科学基金资助项目的研究框架内,论文的主要创新点如下:1)首次提出了隧道洞外色温的概念及其确定方法,对隧道洞外光环境研究进行了补充,为今后隧道洞内外色适应方面的研究提供技术支撑。2)创新性地提出了基于辐射度学的隧道洞外亮度及色温研究方法,直接从光度学及色度学的本质出发,建立隧道洞外景物光谱辐射模型,通过“辐射-光度”和"辐射-色度”的转换来研究隧道洞外亮度及色温。并利用VBA编程建立具体的数值计算模型。3)采用CIE明视觉10°视场的光谱光视效率函数V10 (λ)和CIE 1964标准色度学系统,理论研究了 3个典型地区4个洞口朝向下,隧道洞外亮度及色温的日变化及年变化规律。

可在轨溯源的太阳反射波段光学遥感仪器辐射定标基准传递链路

分析了现行光学遥感仪器辐射定标方法的局限性,以满足定量化遥感的精度及多数据融合比对研究的需求。设计了以空间低温辐射计为初级辐射基准,以太阳为光源,包括太阳单色仪、太阳光谱仪、传递辐射计、太阳漫反射板等组件在内的可在轨溯源的光学遥感仪器辐射定标基准传递链路。首先以低温辐射计和太阳光源建立的光谱辐射基准定标传递辐射计和太阳光谱仪;然后利用传递辐射计定标太阳漫反射板,建立对地光谱辐亮度基准;继而将基准传递至地球光谱成像仪作为对地观测标准,从而实现对其它卫星光学遥感器的交叉定标。对光学遥感仪器辐射定标基准传递链路各个环节的分析显示,辐射定标基准传递链路的测量相对不确定度为0.75%。结果表明,以此辐射基准传递链路构建覆盖我国空天一体的遥感定标网络可为建立平行于地面基准体系的空间数据质量保障体系奠定技术基础。

计量学的世纪变迁 光度单位坎德拉定义的历史、现状和发展趋势(四)

系一、辐射度学与光度学的关系 辐射度学与光度学都是对电磁辐射能量进行计量的学科。进行客观计量的称为辐射度学：考虑到人眼视觉的主观因素后的相应计量称为光度学。在测量中，引入一系列物理量来定量评估辐射能的发射、传递和吸收。其中，单色辐射的各个量均与波长的贡献有关，称为光谱量：对多色辐射的贡献求和的相应量称为非光谱量或积分量。

“光度学”教学初探

针对学生在学习“光度学”时对基本概念易于产生张冠李戴的情况,本文从人眼对不同波长的光具有不同的视觉灵敏度和不同的科技部门有不同的需要出发,阐述了建立关于光能计量的两种标准的必要性和必然性。然后根据光源、传播路径和被照物等不同的针对对象,对“光度学”中的基本概念列表进行区分;对于具有对应关系的物理量,则主张采用与习惯讲法不同的“面碰面”类比教学法,以求缩小学生发挥类比和联想思维功能的时空差距。最后概括出两种标准的唯一差别,乃是由于存在一个视见函数,因而在视觉标准中以光通量代替了能量标准中的辐通量。由此引出结论:视觉标准中的各物理量是能量标准中各物理量乘以视见函数的结果。

辐射定标的新型参考光源技术

参考光源是辐射定标系统中的关键设备之一。近年来不同光谱分辨率、不同工作方式光电探测器的发展,需要参考光源在具备稳定性、均匀性等基本特性的同时,能够实现光谱匹配、大动态范围调节和宽波段精细扫描等新的功能。结合以LED为发光单元的可调光谱参考光源和利用宽调谐激光器的单色面光源技术,介绍了新型参考光源的设计、主要性能和部分前期的应用效果。新型参考光源可以与近年发展起来的基于探测器的标准传递技术相结合,在保障和提高绝对定标精度的同时,满足特定的定标技术要求。

自校准型光谱辐亮度标准光源

针对高精度空间光学定量遥感的需求,研制了一种采用数字微镜器件的自校准型光谱辐亮度标准光源。该光源具有两种工作模式:在窄带工作模式下,由Gershun管辐射计和CAS光谱辐射计自校准;在宽带工作模式下,作为光谱辐亮度标准光源用于地面或空间遥感仪器的光谱辐亮度响应度定标。以光谱辐照度标准光源和Spectralon标准漫反射板组成光谱辐亮度标准光源为CAS光谱辐射计定标,测得自校准光源的光谱辐亮度。又以标准探测器定标的Gershun管辐射计测量自校准光源,采用迭代法得到自校准光源的光谱辐亮度。窄带模式下两种不同定标方法对自校准光源的光谱辐亮度测量结果在测量不确定度允许范围内一致。不确定度分析显示:基于标准光源和基于标准探测器的自校准光源光谱辐亮度测量不确定度分别为1.41%~2.09%和1.28%~1.61%。实验及不确定度分析结果表明,该光源可以满足高精度空间光学定量遥感的使用要求。

FY-2多通道扫描辐射计的可见光外场定标

可见光定标是FY-2气象卫星多通道扫描辐射计研制的关键技术之一,发射前的精确定标是气象资料定量化和数字化应用的主要依据。基于Beer定理,详细说明定标的原理,摸索出一套适合于FY-2扫多通道描辐射计的可见光外场定标方法,建立起定标的规范程序,并对误差来源进行了分类和分析。通过在昆明的多次外场试验,获取了良好的定标结果,验证了这一方法的正确可行。

基于图形的黑体辐射三大基本定律关系阐述

运用Matlab可视化语言编程,绘制了表征普朗克辐射公式物理意义的图形.通过对该图形曲线的深入分析,直观地阐明了维恩位移定律和斯忒藩-玻尔兹曼定律与普朗克辐射公式的关系及这两个定律的物理含义;又从图形出发,采用数值计算方法,求解得到工程实践中所关心的波段辐射出射度参数,以及光电探测器优化选择的策略.

空间紫外遥感光谱辐射计光谱辐亮度定标三种方法的比较

应用基于spectralon平面漫反射板和两种基于积分球的辐亮度共三种定标方法,标定了空间紫外遥感光谱辐射计的辐亮度响应度。初步尝试分析了每种方法的相对不确定度,指出漫反射板双向反射分布函数(BRDF)的测量不确定度和平面漫反射板亮度的计算不确定度是这三种定标方法比对中不一致的主要原因。定标数据比对显示,使用这三种定标方法得到的光谱辐射计辐亮度响应度在各自给定的相对不确定度范围以内(约3%)相符合。

《三度学及其测量》课程建设的探索与实践

辐射度学、光度学和色度学(以下简称"三度学")是现代光电信息转换、传输、存储、显示、测量和计量的基础,随着光电信息技术、图像技术的发展和应用的扩展,"三度学"及其测量技术已成为光电工程领域科研和应用人员必备的专业基础知识和技术,在国内还没有完全类似的教材和课程设置。以往教学中仅在某些课程中部分涉及辐射度学和光度学的概念,难以使学生全面地掌握和应用相关的知识,至于色度学则更少涉及,系统讲授的课程大多安排在研究生阶段,但也较少涉及相关的实验仪器和技术的讲授。从光电信息科学与工程类专业知识体系结构的角度出发,总结了多年教学科研的经验,探索了以"三度学"作为教学内容,通过配合相关测量的实验,开展了"三度学"课程建设的探索。

光谱辐射度计量及其应用

一、光谱辐射度计量简介 物体发出辐射主要有两种形式：一种是热辐射;另一种是光辐射。任何物体都会发射热辐射。温度低的物体,发出看不见的红外辐射,随着温度的升高,物体发出的辐射在短波方向加强,逐渐呈现暗红、偏黄和白色。光辐射是依靠非热激发方式来维持辐射的,如电致发光、光致发光和化学发光等。

光谱可调积分球光源的光谱匹配算法研究

基于光谱匹配算法是可调光源产生种类多样光谱分布的必要手段,提出LevenbergMarquardt算法作为光谱匹配算法。利用峰值位置等间隔均匀分布的理想高斯曲线作为LED发光光谱,借助该设定的一系列曲线仿真模拟目标光谱,实验表明,利用该算法模拟太阳、沙漠、海洋和植被的相对光谱分布,相对光谱差异分别为2.17%、1.76%、2.03%、1.7%。利用实验室现有LED的发光光谱进行验证实验,匹配3种目标光谱的相对差异均小于5%。实验结果表明,Levenberg-Marquardt算法可应用于光谱可调积分球光源的光谱匹配。

光谱辐射度计量及其应用

一、光谱辐射度计量简介物体发出辐射主要有两种形式:一种是热辐射;另一种是光辐射。任何物体都会发射热辐射。温度低的物体,发出看不见的红外辐射,随着温度的升高,物体发出的辐射在短波方向加强,逐渐呈现暗红、偏黄和白色。光辐射是依靠非热激发方式来维持辐射的,如电致发光、光致发光和化学发光等。光谱辐射度学是有关光辐射的测量理论和技术的一门学科。

探测器绝对响应率的定标

本文简要回顾了探测器绝对响应率定标中所涉及到的基本标准、标准传递和标准实现问题。

关于光强等几个概念问题

本文指出某些书中用辐照度代替光强使用的不妥之处,并对光强与发光强度、光照度以及光亮度的区别与联系进行讨论。 光强是光学书中长期使用的重要物理量。但它又是一个容易与其亡概念相混淆的物理量,特别是近些年来,一些光学中川辐照度、光照度,甚至还有用亮度等术语来代替光强使用,更会使人们产生某些误解,因此很有讨论的必要。

眼光路光学器具光危害的系统评价方法研究

基于光辐射危害的算法,建立眼光路中外加光学器具的光辐射危害降低量分析基础。通过引入起比较作用的原器具概念,建立相对光辐射危害降低量和绝对光辐射危害降低量的概念和表达式,以及两者间的换算关系。根据人眼瞳孔的限光机理,推导了人眼瞳孔前和瞳孔后组织各自的光辐射危害降低量算法,介绍了实际应用方法;通过视觉应用分析,提出暗光效增率的概念来评价视明度水平,同时在暗光效增率的表达式基础上导出实用算法;通过光源变换分析,得出了运用光源显色性评价方法可评价色觉水平的结论,同时给出了评价显色性的显色指数Ra应用标准。最后以举例形式说明,该方法可实现系统评价目的。

基于合作目标的空间目标尺寸反演模型

传统基于亮度的空间目标尺寸反演方法需结合探测器响应,其误差会影响尺寸反演的精度。为了解决这一问题,文章提出引入合作目标亮度信息来辅助尺寸反演的方法,将合作目标亮度信息与空间目标进行比对,消去误差较大的探测器响应,转化成精度更高的合作目标位置信息,从而实现反演精度的提高。首先建立了基于合作目标亮度和位置信息的空间目标观测模型,然后依据辐射度学推导空间目标尺寸反演解析式,给出计算误差,最后结合实例对模型进行验证。结果显示基于合作目标亮度信息的尺寸反演精度较传统方法提高约46.9%,说明引入合作目标辅助尺寸反演能够有效提升反演精度。

省质监局组织的赴英国、瑞典考察团考察纪实

由省质量技术监督局组织的由省、市、县局有关部门负责人参加的出国考察团于2005年8月24日至9月6 日分别赴英国的国家物理研究院、瑞典的国家计量研究院进行了实地考察。考察团成员受益匪浅,现将考察情况简介如下: