第三章 辐射源与典型景物辐射
- 格式：ppt
- 大小：3.63 MB
- 文档页数：52
下载文档原格式
合集下载
遥感物理电磁辐射源
基尔霍夫定律
基尔霍夫发现：任何物体在任一给定的温度和波长条件 下，它的辐射通量密度和吸收系数之比是一个常数，并 且等于同一温度波长下，绝对黑体的辐射通量密度。
由此可见：任何物体在给定温度条件下，在某一波长处的发
射系数数值上等于相同条件下的吸收系数 M b (, )
基尔霍夫定律
定义物体的辐射能力与黑体辐射能力之 比为物体的比辐射率或发射率，即：
式中：C—3 1010 cm /秒，光速；h—6.625610-34 瓦.秒2，普适恒量；K—1.38 10-23瓦.秒.K-,玻尔兹曼 常数；—波长；T—绝对温度;
史蒂芬—玻尔兹曼公式
对普朗克公积分得：
式中：0(T) —绝对温度时，黑体单位时间和单位面积上发出的
总辐射能; =（5.6697
,为史蒂
均日—地距离处，垂直于太阳入射光线的单 位面积上，单位时间内接收到的太阳辐射的 总能量. 太阳常数=135.3毫瓦/厘米2=1352w/m2
8/11
太阳辐射
太阳发射的电磁辐射在地球大气顶层随波长的分布 称为太阳光谱。
夫琅和费 (Fraunhofer) 吸收线
极大值位于0.47μm，维恩位移定律λmaxT=2.897810-3mK，色温
到达地球，地球反接收太阳辐射能约二十二亿分 之一。 太阳辐射是一种十分复杂的连续电波光谱，从波 长10-4或更短的X射线延伸到大于100m的无线 电波，但辐射能主要集中在0.31-5.6um波段内。
(二) 太阳辐射与太阳光谱
1 太阳电磁辐射强度 用太阳常数表示。 太阳常数： 日地距离等于地球平均半径时，大气层顶部平
❖ 波长>6m的热红外波段，主要是地表物体 自身的热辐射，太阳辐射的影响几乎可以忽 略不计。
最新[新版]8. 第三章(4) 远感影像辐射校订幻灯片课件
![最新[新版]8. 第三章(4) 远感影像辐射校订幻灯片课件](https://img.taocdn.com/s1/m/274780e567ec102de2bd89e9.png)
畸变，特别是定量遥感。 • 2、太阳辐射引起的辐射误差 • 1）太阳位置引起的辐射误差 • 2）地表地形起伏引起的辐射误差
2、由于大气引起辐射误差校正
一个基本概念 ：
反射率
• 反射率是反射辐射通量与入射通量的比 值，是0-1之间的无量纲的值
• ρλ=Φreflectedλ/ Φiλ
• 通常用反射率描述各种地物的光谱反射 特性。
Eλ为传感器输入辐射度 K λ为传感器的光谱响应系数； ρλ为地物的波谱反射系数； E0为太阳辐射照度 T（Z1，Z2）为Z1到Z2区段的大气层光学厚度 θ为太阳天顶角；ελ为地物的发射率系数 We(λ)为与地物同温度黑体的发射通量密度 H为平台高度；bλ为大气辐射所形成的天空辐射照度
辐射传输方程
进 入 夏 天 ，少 不了一 个热字 当头， 电扇空 调陆续 登场， 每逢此 时，总 会想起 那 一 把 蒲 扇 。蒲扇 ，是记 忆中的 农村， 夏季经 常用的 一件物 品。 记 忆 中 的故 乡 ， 每 逢 进 入夏天 ，集市 上最常 见的便 是蒲扇 、凉席 ，不论 男女老 少，个 个手持 一 把 ， 忽 闪 忽闪个 不停， 嘴里叨 叨着“ 怎么这 么热” ，于是 三五成 群，聚 在大树 下 ， 或 站 着 ，或随 即坐在 石头上 ，手持 那把扇 子，边 唠嗑边 乘凉。 孩子们 却在周 围 跑 跑 跳 跳 ，热得 满头大 汗，不 时听到 “强子 ，别跑 了，快 来我给 你扇扇 ”。孩 子 们 才 不 听 这一套 ，跑个 没完， 直到累 气喘吁 吁，这 才一跑 一踮地 围过了 ，这时 母 亲总是 ，好似 生气的 样子， 边扇边 训，“ 你看热 的，跑 什么？ ”此时 这把蒲 扇， 是 那 么 凉 快 ，那么 的温馨 幸福， 有母亲 的味道 ！ 蒲 扇 是 中 国传 统工艺 品，在 我 国 已 有 三 千年多 年的历 史。取 材于棕 榈树， 制作简 单，方 便携带 ，且蒲 扇的表 面 光 滑 ， 因 而，古 人常会 在上面 作画。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ，实即 今 日 的 蒲 扇 ，江浙 称之为 芭蕉扇 。六七 十年代 ，人们 最常用 的就是 这种， 似圆非 圆 ， 轻 巧 又 便宜的 蒲扇。 蒲 扇 流 传 至今， 我的记 忆中， 它跨越 了半个 世纪， 也 走 过 了 我 们的半 个人生 的轨迹 ，携带 着特有 的念想 ，一年 年，一 天天， 流向长
2、由于大气引起辐射误差校正
一个基本概念 ：
反射率
• 反射率是反射辐射通量与入射通量的比 值，是0-1之间的无量纲的值
• ρλ=Φreflectedλ/ Φiλ
• 通常用反射率描述各种地物的光谱反射 特性。
Eλ为传感器输入辐射度 K λ为传感器的光谱响应系数； ρλ为地物的波谱反射系数； E0为太阳辐射照度 T（Z1，Z2）为Z1到Z2区段的大气层光学厚度 θ为太阳天顶角；ελ为地物的发射率系数 We(λ)为与地物同温度黑体的发射通量密度 H为平台高度；bλ为大气辐射所形成的天空辐射照度
辐射传输方程
进 入 夏 天 ，少 不了一 个热字 当头， 电扇空 调陆续 登场， 每逢此 时，总 会想起 那 一 把 蒲 扇 。蒲扇 ，是记 忆中的 农村， 夏季经 常用的 一件物 品。 记 忆 中 的故 乡 ， 每 逢 进 入夏天 ，集市 上最常 见的便 是蒲扇 、凉席 ，不论 男女老 少，个 个手持 一 把 ， 忽 闪 忽闪个 不停， 嘴里叨 叨着“ 怎么这 么热” ，于是 三五成 群，聚 在大树 下 ， 或 站 着 ，或随 即坐在 石头上 ，手持 那把扇 子，边 唠嗑边 乘凉。 孩子们 却在周 围 跑 跑 跳 跳 ，热得 满头大 汗，不 时听到 “强子 ，别跑 了，快 来我给 你扇扇 ”。孩 子 们 才 不 听 这一套 ，跑个 没完， 直到累 气喘吁 吁，这 才一跑 一踮地 围过了 ，这时 母 亲总是 ，好似 生气的 样子， 边扇边 训，“ 你看热 的，跑 什么？ ”此时 这把蒲 扇， 是 那 么 凉 快 ，那么 的温馨 幸福， 有母亲 的味道 ！ 蒲 扇 是 中 国传 统工艺 品，在 我 国 已 有 三 千年多 年的历 史。取 材于棕 榈树， 制作简 单，方 便携带 ，且蒲 扇的表 面 光 滑 ， 因 而，古 人常会 在上面 作画。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ，实即 今 日 的 蒲 扇 ，江浙 称之为 芭蕉扇 。六七 十年代 ，人们 最常用 的就是 这种， 似圆非 圆 ， 轻 巧 又 便宜的 蒲扇。 蒲 扇 流 传 至今， 我的记 忆中， 它跨越 了半个 世纪， 也 走 过 了 我 们的半 个人生 的轨迹 ，携带 着特有 的念想 ，一年 年，一 天天， 流向长
光电成像原理
大气是辐射传输媒介，大气传输特性影响光电成 像系统探测效果，辐射校正方法
光电成像原理
7
第五章 直视型真空成像器件物理及其成像系统
像管成像物理过程、器件性能参数，微光夜视光电 成像系统构成及特性分析
第六章 固体成像器件物理及其成像系统
CCD器件的物理基础与工作原理、结构特性与性 能参数，电视型光电成像系统特性分析
第七章 红外成像器件物理及其成像系统
红外探测器工作原理、工作条件与性能参数，典 型红外探测器，红外热成像系统构成与特性分析
光电成像原理
8
三、学习要求
参考书
① 白廷柱、金伟其，光电成像原理与技术 光电成像原理与技术， 光电成像原理与技术 北京理工大学出版社 ② 向世明、倪国强，光电子成像器件原理 光电子成像器件原理， 光电子成像器件原理 国防工业出版社 ③ 安毓英、曾小东，光电探测原理 光电探测原理， 光电探测原理 西安电子科技大学出版社 ④ 王庆有，光电技术 光电技术，电子工业出版社 光电技术 ⑤ 常本康、蔡毅，红外成像阵列与系统 红外成像阵列与系统， 红外成像阵列与系统 科学出版社
——对于变像管，输入物理量为红外、紫外、X射 对于变像管，输入物理量为红外、紫外、 射 对于变像管 线等非可见光辐射， 线等非可见光辐射，输出物理量为可见光辐射 数学表达式
荧光屏出射亮度
L G= E
光敏面入射照度
∞ ∂ L= Km M m ∫ K ( λ ) M ( λ ) d λ ∂ω 0 θ = 0
Ri = di dP
分类
或
Ru = du dP
根据输出信号形式：电压灵敏度、 根据输出信号形式：电压灵敏度、电流灵敏度 根据输入辐射：光谱灵敏度、 根据输入辐射：光谱灵敏度、积分灵敏度
光电成像原理
7
第五章 直视型真空成像器件物理及其成像系统
像管成像物理过程、器件性能参数，微光夜视光电 成像系统构成及特性分析
第六章 固体成像器件物理及其成像系统
CCD器件的物理基础与工作原理、结构特性与性 能参数，电视型光电成像系统特性分析
第七章 红外成像器件物理及其成像系统
红外探测器工作原理、工作条件与性能参数，典 型红外探测器，红外热成像系统构成与特性分析
光电成像原理
8
三、学习要求
参考书
① 白廷柱、金伟其，光电成像原理与技术 光电成像原理与技术， 光电成像原理与技术 北京理工大学出版社 ② 向世明、倪国强，光电子成像器件原理 光电子成像器件原理， 光电子成像器件原理 国防工业出版社 ③ 安毓英、曾小东，光电探测原理 光电探测原理， 光电探测原理 西安电子科技大学出版社 ④ 王庆有，光电技术 光电技术，电子工业出版社 光电技术 ⑤ 常本康、蔡毅，红外成像阵列与系统 红外成像阵列与系统， 红外成像阵列与系统 科学出版社
——对于变像管，输入物理量为红外、紫外、X射 对于变像管，输入物理量为红外、紫外、 射 对于变像管 线等非可见光辐射， 线等非可见光辐射，输出物理量为可见光辐射 数学表达式
荧光屏出射亮度
L G= E
光敏面入射照度
∞ ∂ L= Km M m ∫ K ( λ ) M ( λ ) d λ ∂ω 0 θ = 0
Ri = di dP
分类
或
Ru = du dP
根据输出信号形式：电压灵敏度、 根据输出信号形式：电压灵敏度、电流灵敏度 根据输入辐射：光谱灵敏度、 根据输入辐射：光谱灵敏度、积分灵敏度
光电成像原理与技术答案
光电成像原理与技术答案【篇一：光电成像原理与技术总复习】t>一、重要术语光电成像技术、像管、变像管、像增强器、摄像管（器）、明适（响）应、暗适（响）应、人眼的绝对视觉阈、人眼的阈值对比度、人眼的光谱灵敏度（光谱光视效率）、人眼的分辨率、图像的信噪比、凝视、凝视中心、瞥见时间、瞥见孔径、辐射度量、辐射功率、辐射强度、辐亮度、辐照度、辐射出照度、光度量、光能、光能密度、光通量、光亮度、光出射度，照度，发光强度，光亮度；坎（凯）德拉、流明、勒克司、视见函数、朗伯辐射体、气溶胶粒子、云、雾、霾、霭、大气消光、大气散射、大气吸收、大气能见度（能见距离）、大气透明度、电子透镜、光电子图像、亮度增益、等效背景照度、畸变、像管分辨力（率）、正（负）电子亲（素）和势、负电子亲和势、光电发射的极限、电流密度、mcp的饱和电流密度、荧光、磷光、表面态、微光夜视仪、照明系统的光强分布、成像系统的极限分辨力、选通技术、靶、惰性（上升惰性、衰减惰性）、摄像管的分辨力、动态范围、靶网、居里温度、热释电靶的单畴化、ccd的开启电压、ccd的转移效率、界面态“胖0”工作模式、光注入、电注入。
二、几个重要的效应1. 光电转换效应（内/外）2. 热释电能转换效率（应）3. 三环效应4. mcp的电阻效应/充电效应三、几个重要定律1. 朗伯余弦2. 基尔霍夫3. 黑体辐射（共4个）4. 波盖尔15. 斯托列托夫6. 爱因斯坦四、重要结构及其工作原理、特点1. 直视型光电成像器件的基本结构、工作原理2. 非直视型（电视型）光电成像器件的基本结构、工作原理3. 人眼的结构及其图像形成过程4. 大气层的基本构成、结构特点5. 像管的结构及其成像的物理过程6. 光阴极实现辐射图像光电转换的物理过程（光电发射过程）7. 电子光学系统的基本结构及其成像过程8. 荧光屏的结构及其发光过程9. 光谱纤维面板的结构及其成像原理10. 微通道板（mcp的结构及其电子图像的倍增原理）11. 主动红外成像系统结构及其成像过程12. 夜视成像系统结构及其成像过程13. 摄像管的结构及其工作原理14. 光电导摄像管的结构及其工作原理15. 热释电摄像管的结构及其工作原理16. 电子枪的结构及其工作原理17. mos电容器的结构及其电荷存储原理、18. ccd的结构及其电荷传输原理19. 埋沟ccd（bccd）的结构及其工作原理220. 线阵ccd的结构及其成像原理五、关键器件、系统的性能参数1. 表征光电成像器件的性能参数2. 大气辐射传输过程中，影响光电成像系统的因素3. 表征像管的性能参数4. 表征mcp的性能参数5. 微光成像系统的性能影响因素6. 摄像管的主要性能参数7. 热释电靶的主要性能参数8. 表征ccd的物理性能参数六、其他1. 辐射源的辐射能量所集中的波段2. mcp的自饱和特性3. 像管的直流高压电源的要求4. 受激辐射可见光的条件5. 计算第三章、第四章题型及分值分布：1. 术语解释（15分）2. 选择题（20分）3. 简述题（35分）4. 计算题（30分）各章习题：3第一章（29页）：4、5、6、7第二章（53页）：6、9第三章（84页）：2、3、8、9、13、14第四章（106页）：1、6第五章（209页）：1、3、4、8、10第六章（244页）：1、3、5、24、26第七章（295页）：1、2、5、6、7、10、12、16、18第八章（366页）：1、2、4、6、7整理by:??/???4【篇二：《光电成像原理与技术》教学大纲】英文名称：principle and technology of photoelectric imaging学分：3.5 学时：56(理论学时：56)先修课程：半导体物理、电动力学、应用光学、物理光学一、目的与任务本课程为电子科学与技术专业（光电子方向）的专业教育必修课程。
光电成像原理与技术答案
光电成像原理与技术答案【篇一：光电成像原理与技术总复习】t>一、重要术语光电成像技术、像管、变像管、像增强器、摄像管（器）、明适（响）应、暗适（响）应、人眼的绝对视觉阈、人眼的阈值对比度、人眼的光谱灵敏度（光谱光视效率）、人眼的分辨率、图像的信噪比、凝视、凝视中心、瞥见时间、瞥见孔径、辐射度量、辐射功率、辐射强度、辐亮度、辐照度、辐射出照度、光度量、光能、光能密度、光通量、光亮度、光出射度，照度，发光强度，光亮度；坎（凯）德拉、流明、勒克司、视见函数、朗伯辐射体、气溶胶粒子、云、雾、霾、霭、大气消光、大气散射、大气吸收、大气能见度（能见距离）、大气透明度、电子透镜、光电子图像、亮度增益、等效背景照度、畸变、像管分辨力（率）、正（负）电子亲（素）和势、负电子亲和势、光电发射的极限、电流密度、mcp的饱和电流密度、荧光、磷光、表面态、微光夜视仪、照明系统的光强分布、成像系统的极限分辨力、选通技术、靶、惰性（上升惰性、衰减惰性）、摄像管的分辨力、动态范围、靶网、居里温度、热释电靶的单畴化、ccd的开启电压、ccd的转移效率、界面态“胖0”工作模式、光注入、电注入。
二、几个重要的效应1. 光电转换效应（内/外）2. 热释电能转换效率（应）3. 三环效应4. mcp的电阻效应/充电效应三、几个重要定律1. 朗伯余弦2. 基尔霍夫3. 黑体辐射（共4个）4. 波盖尔15. 斯托列托夫6. 爱因斯坦四、重要结构及其工作原理、特点1. 直视型光电成像器件的基本结构、工作原理2. 非直视型（电视型）光电成像器件的基本结构、工作原理3. 人眼的结构及其图像形成过程4. 大气层的基本构成、结构特点5. 像管的结构及其成像的物理过程6. 光阴极实现辐射图像光电转换的物理过程（光电发射过程）7. 电子光学系统的基本结构及其成像过程8. 荧光屏的结构及其发光过程9. 光谱纤维面板的结构及其成像原理10. 微通道板（mcp的结构及其电子图像的倍增原理）11. 主动红外成像系统结构及其成像过程12. 夜视成像系统结构及其成像过程13. 摄像管的结构及其工作原理14. 光电导摄像管的结构及其工作原理15. 热释电摄像管的结构及其工作原理16. 电子枪的结构及其工作原理17. mos电容器的结构及其电荷存储原理、18. ccd的结构及其电荷传输原理19. 埋沟ccd（bccd）的结构及其工作原理220. 线阵ccd的结构及其成像原理五、关键器件、系统的性能参数1. 表征光电成像器件的性能参数2. 大气辐射传输过程中，影响光电成像系统的因素3. 表征像管的性能参数4. 表征mcp的性能参数5. 微光成像系统的性能影响因素6. 摄像管的主要性能参数7. 热释电靶的主要性能参数8. 表征ccd的物理性能参数六、其他1. 辐射源的辐射能量所集中的波段2. mcp的自饱和特性3. 像管的直流高压电源的要求4. 受激辐射可见光的条件5. 计算第三章、第四章题型及分值分布：1. 术语解释（15分）2. 选择题（20分）3. 简述题（35分）4. 计算题（30分）各章习题：3第一章（29页）：4、5、6、7第二章（53页）：6、9第三章（84页）：2、3、8、9、13、14第四章（106页）：1、6第五章（209页）：1、3、4、8、10第六章（244页）：1、3、5、24、26第七章（295页）：1、2、5、6、7、10、12、16、18第八章（366页）：1、2、4、6、7整理by:??/???4【篇二：《光电成像原理与技术》教学大纲】英文名称：principle and technology of photoelectric imaging学分：3.5 学时：56(理论学时：56)先修课程：半导体物理、电动力学、应用光学、物理光学一、目的与任务本课程为电子科学与技术专业（光电子方向）的专业教育必修课程。
辐射源与典型景物辐射
0.59
0.339
0.60
0.456
0.61
0.576
0.62
0.713
0.63
0.842
0.64
0.954 0.995 0.995 0.952 0.70 0.757 0.631 0.503 0.381 0.265 0.175
0.697 0.531 0.365 0.243 0.155 0.0942 0.0561 0.0324 0.0188 0.0105 0.0058
2020/7/27
(m)
0.35 0.36 0.37 0.38
0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49
2020/7/27
V
0.00004 0.00012 0.0004 0.0012 0.004 0.0116 0.023 0.038 0.060 0.091 0.139 0.208
辐射度、光度学的基本概念 黑体辐射定律 辐射源及其特性
2020/7/27
辐射度、光度学的基本概念 黑体辐射定律 辐射源及其特性
2020/7/27
黑体辐射定律
基尔霍夫定律：
热辐射：物体因温度而辐射能量的现象叫热辐射。只要温度高于 绝对零度的物体都将产生辐射。
2020/7/27
黑体辐射定律
基尔霍夫定律：
W (J/s)
辐射出射度 M 源单位表面积向半球空间发射的辐射功率
M P A
W/m2
辐射强度
I
点源向某方面单位立体角发射的辐射功率
I P
W/sr
辐亮度
L
扩展源在某方向上单位投影面积和单位立体角内发 L 2P
射的辐射功率
环境辐射源
环境辐射源
环境辐射源是指自然界或人为活动中产生的放射性物质的来源。
这些辐射源包括：
1. 自然辐射源：自然界中存在的放射性物质，如土壤、岩石、地下水中的放射性元素（如铀、钍、钾）等。
2. 人为放射源：人类活动中引入的放射性物质，如医疗设备使用的放射性同位素、核能产业的废物、核武器测试产生的放射性物质等。
3. 核事故与核灾难：核事故或核灾难中释放的大量放射性物质，如切尔诺贝利核事故和福岛核事故释放的放射性物质。
这些环境辐射源会产生电离辐射，包括阿尔法粒子、贝塔粒子、伽马射线和中子等。
长期暴露于高剂量的环境辐射源可能对人类健康产生负面影响，如引发癌症、遗传损伤和生殖问题等。
因此，需要采取措施来监测、控制和减少环境辐射源的影响。
光电成像原理与技术教学大纲
《光电成像原理与技术》课程教学大纲课程代码：090642001课程英文名称：The Principle Of Photo-electronic Imaging and Technology课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0适用专业：光电信息科学与工程大纲编写（修订）时间：2017.10一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是光电信息科学与工程专业的专业选修课。
本课程是一门多学科交叉、理论性和实践性都很强的综合性课程。
通过本课程的学习，可以培养学生运用所学数理知识和方法认识和分析各种光电成像器件工作机理的能力和创新意识，提高学生对光电成像系统整体技术构成的认识，为他们走上工作岗位从事相关工作奠定基础。
通过对本学科新理论、新器件、新系统的介绍，还可以使学生了解本学科的最新发展动态和技术前沿，为将来从事相关领域的研究或工作奠定基础。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1．通过本科程的学习，使学生掌握光电成像器件的基础理论和光电成像技术的基本原理，并在此基础上掌握光电成像系统的结构以及相关的学科和技术。
2．通过本科程的学习，培养学生应用所学习的基础理论和方法，分析光电成像器件各环节的物理过程，理解和认识光电成像系统的结构、各子系统的作用，掌握光电成像技术的基本理论和思想方法等，逐渐形成观察、思考、分析和解决有关理论和实践问题的能力。
（三）实施说明这个教学大纲是根据光电信息科学与工程专业的特点和学科内容要求而编写的，在执行本大纲时应注意以下几点：1. 在授课过程中要由易到难，循序渐进。
重点是物理概念和物理模型的讲解，其次是数学理论与方法的具体应用；2. 可根据实际情况安排各部分的学时，后面的课时分配表仅供参考；3. 对大纲中内容不相关部分可自行安排讲授顺序。
（四）对先修课的要求本课的先修课程：《光电子学》（五）对习题课、实验环节的要求各章内容学习结束后，根据教材内容选择习题，布置习题作业，根据习题的完成质量，随堂讲解各章重点习题，期末总复习全面讲解。
光源及辐射源
4）激光器：按工作物质分类，可分为气体激光器、固体激光器、 燃料激光器和半导体激光器。
4
1.对光源发光光谱特性的要求
一般的光电检测系统都要求光源特性满足检测需要 为增大光电检测系统的信号和信噪比，这里引入光源和 光电探测器之间光谱匹配系数的概念，以此描述两光谱特性 间的重合程度或一致性。光谱匹配系数α定义为：
式中 Mλ ——波长λ 处的单色辐射出射度； ——波长(m)； h——普朗克常数，其值为6.626×10-34 (J·s)； c——真空中光速，其值为2.998×108(m／s)； k——波尔兹曼常数，其值为1.38×10-23 (J/K)； T——绝对温度(K)；
8
利用上述普朗克公式可以导出以下各实用公式。
图3-10 高压电容火花
18
(3)高压交流电弧
高压交流电弧的简单线路原理如图3-11所示。
图3-11 高压交流电弧
(4)碳弧 炭弧主要用于照明，按其发光类型不同又可分为普通炭弧、火焰炭 弧和高强度炭弧。它们一般都采用直流供电，只有火焰炭弧可用交流供 电。
19
3.3.2 气体灯
照相机 脉冲氖灯
气体灯是将电极间的放电过程密封在泡壳中进行，所以又叫做封闭 式电弧放电光源。
第三章光源及辐射源31光源选择的基本要求和光源的分类32热光源33气体放电光源34固体发光光源35激光光源36新型电调制红外光源按照光波在时间空间上的相位特征一般将光源分成相干光源非相干光源还有低相干光源如图
第三章 光源及辐射源
本章主要内容
3.1 光源选择的基本要求和光源的分类 3.2 热光源 3.3 气体放电光源 3.4 固体发光光源 3.5 激光光源 3.6 新型电调制红外光源
人教版地理选择性必修2：第3章 第1节 城市的辐射功能
三、纽约的辐射功能 1．地位：纽约是“波士华城市带”的核心城市，具有综合性的 城市职能，辐射带动作用强。 2．对周边地区的影响 (1)依托高速公路和轨道交通，纽约与周边地区的人员往来和物 资流通更加便捷，中心城区的居住、生产、服务等功能逐渐分散到 周边 地区。
(2)带动纽约周边许多中小城市的发展，形成60多个具有竞争力 的卫星城市。
高城市等级，扩大辐射范 广阔，辐射范围大，
围，如上海市的城市规模的 发展条件优越，潜力
变化过程与它所处的地理位 大
第三章 城市、产业与区域发展
第一节 城市的辐射功能
课程标准
素养目标 1．举例说明城市与区域发展的关
以某大都市为例，从区域空间组 织的视角出发，说明大都市的辐 射功能。
系。(综合思维) 2．结合资料分析，掌握城市功能 分类及特点。(综合思维) 3．分析具体实例，理解城市的辐
射功能及其影响。(区域认知)
判断下列说法的正误。
(1)纽约是“波士华城市带”的核心城市。 (2)纽约依托航空、水运交通与周边地区联系。 (3)纽约的主导产业是建筑业和有色金属冶炼。 (4)纽约是美国的首都，是最具有影响力的城市。
(√) (×) (×) (×)
(5)纽约在世界上具有政治、经济、金融、文化等多种职能。
(√)
NO.2
提示：青岛位于沿海地区，有便利的海运条件。
1．城市与所在区域的关系
2．城市体系
3．正确理解城市的辐射功能 (1)城市的辐射功能的主要特点 ①城市的辐射功能的前提条件是区域的对外开放和资源的自由 流动。 ②辐射功能的强弱与城市自身的规模等级高低及城市功能有 关。城市的规模越大、等级越高、城市的综合功能越突出，则城市 的辐射功能越强。 ③城市因其辐射功能而获得不断发展的动力。
光电成像原理
光电成像原理
21
光电成像器件特性描述
表征光电转换能力：转换系数、灵敏度 表征时间响应的动态特性：惰性、脉冲响应函数、瞬时 调制传递函数 表征噪声特性：噪声特点、信噪比、噪声等效功率 表征图像分辨特性：分辨力、点扩散函数、光学传递函数
说明各项性能参数的物理意义 给出必要的数学描述
光电成像原理
22
光电成像器件的转换特性
特点
基于外光电效应，即光电发射效应
工作于真空环境下
光电成像原理
20
电视型光电成像器件 — 用于电视摄像和热成像系统中
大多基于内光电效应（光电导、光伏）、光
特点
热效应 将二维空间图像转换为一维视频信号 一维信号重现为二维图像需要显像装置 真空器件：光电摄像管、热释电摄像管……
电视型
固体器件：CCD、CMOS、IRFPA
分类
紫外 辐射特性 可见光 红外 微波
光电成像原理
全色 光谱 激光
18
工作模式
主动
被动
成像特点 凝视
挥扫 扫描 推扫
成像系统形式
折射
反射 折反射
光电成像原理
19
变像管：红外、紫外、X射线
光电成像器件 直视型 像增强器：电子倍增……
电视型
直视型光电成像器件 — 用于人眼直接观察的系统中 器件本身具有图像转换、增强及显示部分
R()~曲线称为光谱灵敏度曲线
光电成像原理
27
R、R以及R() 的关系
以电压响应为例
u R P
0 0
du dP
0
P R d
0
P d
第三章辐射源与典型景物辐射
返回
3.2.2 朗伯体辐射出射度与辐亮度的关 系
如图所示，极坐标内对应球面上微面元dA的立体角dΩ为
d sin a • dad
下一页
返回
3.2.2 朗伯体辐射出射度与辐亮度的关 系
设朗伯微面元ds的亮度为L，则辐射到dA上的辐射通量为
dP=Lcosαsinαdsdαdφ
在半球内发射的总通量P为
Vi Pi
i 1
(3-15)
式中，Pλi和Vλi分别为波长λi Δλ=λi-λi-1 (i=1,2, …,n)为第i个波长区间的宽度(λ1=λa,
λn=λb)。
上一页 下一页
§3.2 朗伯辐射体及其辐射特性
除了漫反射体以外，对于某些自身发射辐射的辐射源，其 辐亮度与方向无关，即辐射源各方向的辐亮度不变，这类
下一页 返回
3.1.1 辐射度量
1. 基本辐射量
辐射度学最基本的物理量是辐射功率。 (1) 辐射功率P (2) 辐射出射度M (3) 辐射强度I (4) 辐亮度L (5) 辐照度E
上一页 下一页
3.1.1 辐射度量
(1) 辐射功率P 辐射功率P是单位时间发射(传输或接收)的辐射能(单位为W,W=J/s)
1 W=5.0340×1018λ
(光子/s)
(3-2)
上一页 下一页
§3.1 辐射度量及光度量
辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。辐射 度学是建立在物理测量基础上的辐射能客观度量，不受人眼主观 视觉的限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围(红外辐射、紫 外辐射等必须采用辐射度学)。光度学建立在人眼对光辐射的主观 感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故其只适用于电磁波谱
上一页 下一页
8.2 景物的反射与辐射特性
涡轮喷气发动机示意图飞机喷口辐射强度的角度分布两种经典飞机喷口的辐射光谱分布米格15m102030405060三叉戟波音707排出气体流的等温线波音707排出气体流辐射随距离的衰减有缘学习更多谓ygd3076考证资料或关注桃报
8.2 景物的反射与辐射特性
辐射源及其特性
◆ 典型人工目标的辐射特性 ◆ 典型自然景物的反射与辐射特性
1.17×10－4 1.88×10－4 2.81×10－3 7.04×10－3 1.21×10－2 1.72×10－2 2.20×10－2 2.63×10－2 2.92×10－2 3.10×10－2
……
3.12×10－5 5.02×10－5 7.49×10－4 1.88×10－3 3.23×10－3 4.58×10－3 5.86×10－3
典型人工目标的辐射特性
◆ 空中目标（飞机、导弹及其他） ◆ 海上目标（舰船） ◆地面目标（建筑物、车辆等地面机
动装置、人与动植物）
典型人工目标的辐射特性
◆ 空中目标（飞机、导弹及其他）：目标速度快、体积小，温度高 能发射很强的红外辐射。
◆比如飞机：尾喷管、排出气流、蒙皮的热辐射。
飞机的辐射特性
70
113
_
_
_
80
120
_
_
_
90
124
_
_
_
阴天和 太阳下
之比
0.50 0.33 0.27 0.26 0.23 0.21 0.20 0.19
_ _ _ _
❖ 地球：主要由反射和散射的太阳光以及自身热辐射组成，有两
个光谱峰值：0.5μm（来自太阳）10μm处的自身辐射。
典 型 地 物 的 光 谱 辐 亮 度
❖ 月球：主要包括反射的太阳辐射和自身的辐射，近似于400K黑 体，峰值在7.24微米。
8.2 景物的反射与辐射特性
辐射源及其特性
◆ 典型人工目标的辐射特性 ◆ 典型自然景物的反射与辐射特性
1.17×10－4 1.88×10－4 2.81×10－3 7.04×10－3 1.21×10－2 1.72×10－2 2.20×10－2 2.63×10－2 2.92×10－2 3.10×10－2
……
3.12×10－5 5.02×10－5 7.49×10－4 1.88×10－3 3.23×10－3 4.58×10－3 5.86×10－3
典型人工目标的辐射特性
◆ 空中目标（飞机、导弹及其他） ◆ 海上目标（舰船） ◆地面目标（建筑物、车辆等地面机
动装置、人与动植物）
典型人工目标的辐射特性
◆ 空中目标（飞机、导弹及其他）：目标速度快、体积小，温度高 能发射很强的红外辐射。
◆比如飞机：尾喷管、排出气流、蒙皮的热辐射。
飞机的辐射特性
70
113
_
_
_
80
120
_
_
_
90
124
_
_
_
阴天和 太阳下
之比
0.50 0.33 0.27 0.26 0.23 0.21 0.20 0.19
_ _ _ _
❖ 地球：主要由反射和散射的太阳光以及自身热辐射组成，有两
个光谱峰值：0.5μm（来自太阳）10μm处的自身辐射。
典 型 地 物 的 光 谱 辐 亮 度
❖ 月球：主要包括反射的太阳辐射和自身的辐射，近似于400K黑 体，峰值在7.24微米。
第三章 天然放射性与人工放射性幻灯片
• 8.2×10-10×3.7×1010×60×103×2×10-3 ＝ 3640Bq ＝ 3.64kBq
6) 天然辐射造成的平均年剂量值
• 人类的实践活动和自然界演变均可能使天然辐射本 底的水平发生变化。自然演变引起的变化通常是一 个缓慢的过程。人类的实践活动，特别是近代工业 的发展，有可能使天然辐射本底水平在较短时间内 发生变化。严格地说，不存在固定不变的天然辐射 水平。这里所说的天然辐射本底水平实际上是指某 一时间范围内天然辐射的水平。
– 1）乘火车引起公众照射集体剂量减少 – 我国进行调查测量结果表明，火车车厢中 辐射剂量率总平均值为
27×10-3μSv/h，而附近田野 辐射剂量率约为61×10-3μSv/h。由于
乘火车而导致乘客所受剂量率的减少约为 34×10-3Sv/h。根据旅客 周转量和火车平均车速推算，全国居民在1988年 乘 火 车 减 小 的 集 体 剂量约为2.8×102人·Sv。
行200小时，其所受剂量就可能超过每年1mSv。
• 地球上每个人受到来自宇宙射线照射的平均剂 量率约为：0.38mSv · a -1
1）宇宙射线（cosmic rays）
• 宇宙射线中的中子与大气层中的氮原子发 生作用时，产生一种非常重要的放射性核 素14C，其反应为14N (n,p) 14C。14C的半 衰期为5692年，它将扩散到低层大气中， 并在那里被生物吸收。
– 因此，内外照射集体剂量共减小111人·Sv。
2） 公众照射
– 4）乘飞机引起公众照射集体剂量增加 –椐有关资料报道，因为空运使我国居民受照集
体剂量增加，1986年为25人·Sv；1988年 为 36人·Sv。
2） 公众照射
2） 公众照射
• 混凝土建筑物引起公众照射的变化
6) 天然辐射造成的平均年剂量值
• 人类的实践活动和自然界演变均可能使天然辐射本 底的水平发生变化。自然演变引起的变化通常是一 个缓慢的过程。人类的实践活动，特别是近代工业 的发展，有可能使天然辐射本底水平在较短时间内 发生变化。严格地说，不存在固定不变的天然辐射 水平。这里所说的天然辐射本底水平实际上是指某 一时间范围内天然辐射的水平。
– 1）乘火车引起公众照射集体剂量减少 – 我国进行调查测量结果表明，火车车厢中 辐射剂量率总平均值为
27×10-3μSv/h，而附近田野 辐射剂量率约为61×10-3μSv/h。由于
乘火车而导致乘客所受剂量率的减少约为 34×10-3Sv/h。根据旅客 周转量和火车平均车速推算，全国居民在1988年 乘 火 车 减 小 的 集 体 剂量约为2.8×102人·Sv。
行200小时，其所受剂量就可能超过每年1mSv。
• 地球上每个人受到来自宇宙射线照射的平均剂 量率约为：0.38mSv · a -1
1）宇宙射线（cosmic rays）
• 宇宙射线中的中子与大气层中的氮原子发 生作用时，产生一种非常重要的放射性核 素14C，其反应为14N (n,p) 14C。14C的半 衰期为5692年，它将扩散到低层大气中， 并在那里被生物吸收。
– 因此，内外照射集体剂量共减小111人·Sv。
2） 公众照射
– 4）乘飞机引起公众照射集体剂量增加 –椐有关资料报道，因为空运使我国居民受照集
体剂量增加，1986年为25人·Sv；1988年 为 36人·Sv。
2） 公众照射
2） 公众照射
• 混凝土建筑物引起公众照射的变化
三章照射
（一）钾-40
天然核素钾同位素有39K、40K、 41K，其中40K是放射性核素，主要产 生β辐射，半衰期为1.28×109a；土壤 中40K放射性活度比铀-238、钍-232平 均高出一个数量级，其在动植物体内大 量存在。它经食入途径进入人体，是造 成内照射剂量最主要的天然辐射源。
（一）钾-40
第三章
人类生活中所受到的 放射性照射
作用于人体的电离辐射源
天然辐射源（national sources）:
天然存在的放射源：宇宙辐射 地球上的放 射性核素；
人工辐射源（artificial sources）:
由人类的实践活动产生的： 核武器爆炸试验 核能生产 医疗照射 核事故等。
人体受到的内照射和外照射
切尔诺贝利核电站事故
切尔诺贝利核电站事故
切尔诺贝利核电站事故
切尔诺贝利核电站事故
切尔诺贝利核电站事故
切尔诺贝利核电站事故
1986年4月26日，世界上最严重的核事故在苏联切 尔诺贝利核电站发生。乌克兰基辅市以北130公里的 切尔诺贝利核电站的灾难性大火造成的放射性物质泄 漏，污染了欧洲的大部分地区，国际社会广泛批评了 苏联对核事故消息的封锁和应急反应的迟缓。在瑞典 境内发现放射物质含量过高后，该事故才被曝光于天 下。
当初级宇宙射线辐射到地球周围时，从赤道算起， 距地球1.2～8个地球半径的高度之间，由于地球磁场 捕获了宇宙射线中许多高能带电粒子等原因所形成了 辐射较高的区域，称为辐射带（radiation belt）， 又称捕获粒子辐射。
初级银河宇宙射线 初级太阳宇宙射线 辐射带
是三种对人类具有潜在危险的主要的宇宙辐射。
X AZ4 Y 4 He Q 2 2
226 222 4 88 Ra 86 Rn 2 He 4.879MeV
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2020/5/19
半实物模拟仿真的关键技术
几种典型的红外目标仿真器 实现红外目标仿真的方法可分为热辐射法和可见光—红外
图像变换法两大类： 热辐射法包括直接产生红外辐射和通过温度控制产生红外
辐射两种； 可见光～红外图像变换法是利用可见光～红外图像变换器
将可见光进行波长变换，生成红外图像。
2020/5/19
物理模拟仿真系统
• 物理（半实物）仿真工作框图
2020/5/19
光电系统的半实物模拟仿真
• 半实物的红外仿真系统主要由仿真计算机、图 形发生计算机、红外目标仿真器、红外场景投影光 学系统、伺服运动控制系统和载机模拟运动飞行转 台组成。
• 其中光电仿真系统可通过两种途径传递场景信 息：一是采用光学投影模式；二是信号直接注入。 信号注入模式是通过界面不经过光学投影系统将场 景信息直接送入光电传感器的电子组件,实现系统的 仿真测试。
• 二维目标运动伺服系统：接受系统仿真计算机
仿真指令，准确地复现火控系统所攻击目标的机动
范围。
•
三轴飞行模拟器：实时模拟系统的载机运动，
完全再现载机空间各种运动姿态。
2020/5/19
光电系统的半实物模拟仿真
• 国外几种典型红外仿真系统有：1.热电阻面阵实时成像仿真系统 W1SP；2.激光二极管面阵实时成像仿真系统；3.滑动变焦式光电仿 真系统；4.多目标点源仿真系统；5.IR-CRT仿真系统；6.IR液晶光 阀仿真系统。其中，后两种是美国早期研制的红外仿真投影系统， 这类系统存在的严重缺点是图像闪烁及帧速低,不能满足武器系统的 仿真需求。现在己成功使用的面阵式目标源,其分辨率达到 512×512，帧速达到100Hz以上,对模拟场景的空间、时间和光谱 分辨率有严格要求,可满足红外制导、前视红外瞄准、红外搜索跟踪 和红外告警等系统仿真的需求。
辐射源及其特性
• 典型军事目标辐射
• 地面目标:目标温度低,辐射能量小,且辐射多集中在8~14微米 • 海上目标：目标排气筒部分温度较高，其余部分温度低，目标与背景辐射
特性差异大。 • 空中目标：目标速度快、体积小，温度高能发射很强的红外辐射。
– 飞机的辐射：尾喷管、排出气流、蒙皮的热辐射 – 海上目标的辐射：舰船的烟囱是较强的辐射源，峰值波长在8微米
由黑体薄膜变换器组成的仿真系统如右图。视频投影仪把 可见光图像投射到真空腔的黑体膜，经黑体薄膜变换成红外 图像。红外准直系统的焦面与黑体薄膜面一致，红外图像对 于被测红外系统如同位于无穷远处。
左右，尽管舰体温度与海水温度相近，但二者的辐射发射率差异大， 且海水的辐射发射率不断变化，易造成目标与背景的大对比度。 – 地面车辆辐射：车辆的排气管最热，其次是发动机外壳，运动中车 辆的传动装置、轮胎等。 – 炮口闪光： – 人体的辐射：在2微米以上的波段辐射与黑体基本一致，峰值波长 在8~14微米波段。
2020/5/19
半实物模拟仿真的关键技术
（3）黑体薄膜变换器 早期的黑体薄膜变换器(如左图)包括一个真空腔，腔上带
一个透可见光的入射窗和一个透红外的出射窗，转换介质是 一层薄膜，其上沉积非常薄的金黑层。工作时，将一幅可见 光图像通过入射窗聚焦到金黑膜层上，其辐射能被金黑膜层 吸收，并通过出射窗转换为反映金黑层的温度和辐射发射率 的红外辐射能量。由于金黑层非常薄，热惰性很小，所以温 度很图快3-就35 黑能体超薄 膜过的环变 换境器温结 构度。图像上亮度比暗点温度高，视频 图像灰度等级分布转换成黑体腔薄膜上的温度分布，使黑体 薄膜产生的红外辐射与真实目标一致。
• 星球：其辐射量对地球很小，用星等来描述星的亮度。 • 大气辉光：产生于70km以上的大气层中，是夜天辐射的主要组成
部分，由不能到达地面的太阳紫外辐射在高层大气中激发原子并 于分子发生低几率碰撞，是其产生的原因。 • 夜天空辐射：由上述各种自然辐射共同构成，除可见光外包含大 量丰富的红外辐射，正是微光夜视系统所利用的波段。
2020/5/19
军事目标辐射源
2020/5/19
涡轮喷气发动机示意图
军事目标辐射源－飞机喷口的辐射强度 角分布
2020/5/19
军事目标辐射源－三叉戟和米格15M 飞机喷口的辐射光谱分布
2020/5/19
军事目标辐射源－波音707排出气体流的 等温线，及辐射随距离的衰减
2020/5/19
军事目标辐射源－炮口闪光的光谱分布
2020/5/19
自然辐射源
• 太阳：射至地球的太阳辐射功率、光谱分布与太阳高度、大气状 态关系很大。
• 地球：主要由反射和散射的太阳光以及自身热辐射组成，有两个 光谱峰值：0.5微米（来自太阳）10微米处的自身辐射。
• 月球：主要包括反射的太阳辐射和自身的辐射，近似于400K黑体， 峰值在7.24微米
– 最大辐射定律：把峰值波长 带入普朗克公式而得。
M0(,T)5exp(cc21/T)1
M0(T)M0(,T)dT4
M 0 (,T ) 0 ,0则 m T 28 (m 9 K 8 )
M 0m (T)M 0(m ,T)B5T
2020/5/19
辐射源及其特性
• 人工目标辐射源 – 腔型黑体辐射源 – 面型黑体辐射源
• 国内的典型红外仿真系统主要有：1. 014中心点源跟踪模拟 仿真系统；2. 航天二院的长波红外跟踪模拟仿真系统等。
2020/5/19
光电系统的半实物模拟仿真
图2 美国陆军高级仿真中心的红外仿真系统
2020/5/19
半实物模拟仿真的关键技术
红外目标发生器
图1 红外目标及干扰产生系统
2020/5/192020/5/源自9光电系统的半实物模拟仿真
•
红外场景生成计算机(CIG)：接受仿真计算机的
指令，根据各种模型或数据库,实时产生实战红外场
景图像，并传给红外目标再现发生器,经转换成为能
被探测器接收的辐射图像。详细地仿真来自天空、
太阳光、目标、地物和大气的辐射分量。解决这一
问题需要若干技术的集成，包括实时IR现像学建模、
第三章 辐射源与典型景物辐射
• 黑体辐射定律 • 辐射源及其特性
2020/5/19
黑体辐射定律
• 基尔霍夫定律：
– 热辐射：物体因温度而辐射能量的现象叫热辐射。只要温度高于绝对零度 的物体都将产生辐射。
– 当辐射能入射到物体表面时，被吸收的能量与入射总能量之比，成为物体 的吸收本领αλ；被反射的能量与入射总能量之比，成为物体的反射本领 ρλ。显然，不透明物体的吸收与反射本领之和为1。
M 11M 22 M0f(T)
2020/5/19
M 11 M 22M 0f(,T)
A B
黑体辐射定律
• 基尔霍夫定律：
– 辐射射体发的射光率谱（辐比射辐出射射率度）与黑ε体λ的：光在谱相辐同射温出度射下度，之辐 比。 • 黑体， ελ ＝1； • 灰体， ελ ＝ ε <1，与波长无关； • 选择体， ελ <1，且随着波长和温度变化。
2020/5/19
在平均地-日距离上太阳的的光谱分布
2020/5/19
典型地物的光谱辐亮度
2020/5/19
月球辐射特性
2020/5/19
星等的概念
• 星的亮度用星等衡量，以在地球大气层外 所接收的星光辐射产生的照度来衡得。
• 规定星等相差五等照度比为100倍，即相邻 两等星得照度比为2.512倍。
半实物模拟仿真的关键技术
（1）电阻元阵列 电阻元阵列的基本原理很简单，电阻元通电后电能转变为热
能，温度升高，导致红外辐射。电阻元阵列(如图)由许多微小 电阻元集成在不良导热体基片上组成，阵列可单片设计，也可 把多个阵列合成大阵列，以提高空间分辨力。电阻元之间通过 基片内部的集成电路网连接，集成电路可调节流过各电阻元的 电流以控制其温度，使电阻元根据需要产生一定强度的红外辐 射。这样，整个阵列就构成了二维的红外辐射源，实现了红外 场景图像的仿真。
– 实验指出，物体的发射本领（即辐射出射度）和吸收本领之间有一定关系。
– 基尔霍夫定律：物体的辐射出射度M和吸收本领α的比值与物体的性质无 关，都等于统一温度下绝对黑体(α=1)的辐射出射度M0。
– 基尔霍夫定律不但对所有波长的全辐射，而且对波长为λ的任何单色辐射 也都正确。它是一切物体热辐射的普遍定律，表明吸收本领大的物体，其 发射本领也大，如物体不能发射某波长的辐射能，则也不能吸收该波长的 辐射能，反之亦然。显然，黑体对于任何波长在单位时间单位面积上发射 或吸收的辐射能都比同一温度下的其它物体高。
• 规定零等星的照度为2.65X10-4lx，比零等星 亮的星等为负。
2020/5/19
大气辉光和夜天光
2020/5/19
光电系统的半实物模拟仿真
其他相关模 型及计算软 件
输出相关数据
目 标 及 背 景 输出图像 模拟仿真器
输出图像 实际成像系
统
输出分析结
图像信息处 果
仿真结果显
理与分析
示
噪 声 模 型 及 输出模拟噪声 仿真软件
e e0
M M0
M (T )M 0 (T )
2020/5/19
黑体辐射定律
• 黑体辐射定律：
– 普朗克定律：描述黑体辐射 出射度随波长和温度的函数 关系。式中c1,c2是第一第二辐 射常数。
– 斯蒂芬－玻尔兹曼定律（全 波长辐射定律）:由普朗克公 式在全波段积分得到。
– 维恩位移定律（峰值波长与 温度的定律）：对普朗克公 式求极值得到。
材料，高于偏置温度(约65℃)时，VO2薄膜显金属性；低于 偏置温度，VO2薄膜显半导体特性且透光。如果用热偏置方 法使温度保持在迟滞回线以内，则可把VO2作为光学存贮介 质，控制存贮在材料中的热能，当激光束扫描薄膜表面时， 由于薄膜吸收能量，在其表面就能获得并存储一帧高分辨力、 高清晰度并且不会消失和减弱的热图像。二氧化钒薄膜变换 器(图如3 - 右3 3 二图氧 )化是钒 薄在膜 一的 传个输 特锗性 衬底上，镀有多层二氧化钒落薄膜，景 物图像写在1英寸的图像调制区。若要抹去这帧图像，只需在 瞬间使整个薄膜温度降到60℃以下即可。目前，国外通常采 用液体制冷流实现冷却功能。为了实现图像的动态变化，必 须不断在薄膜上抹去一写入图像。为了防止抹去一再偏置周 期产生图像闪烁，可采用两个独立图 的3 - 3显4 示二 氧臂化交钒替薄工膜 变作换，器并由 片帧开关控制交替过程。
半实物模拟仿真的关键技术
几种典型的红外目标仿真器 实现红外目标仿真的方法可分为热辐射法和可见光—红外
图像变换法两大类： 热辐射法包括直接产生红外辐射和通过温度控制产生红外
辐射两种； 可见光～红外图像变换法是利用可见光～红外图像变换器
将可见光进行波长变换，生成红外图像。
2020/5/19
物理模拟仿真系统
• 物理（半实物）仿真工作框图
2020/5/19
光电系统的半实物模拟仿真
• 半实物的红外仿真系统主要由仿真计算机、图 形发生计算机、红外目标仿真器、红外场景投影光 学系统、伺服运动控制系统和载机模拟运动飞行转 台组成。
• 其中光电仿真系统可通过两种途径传递场景信 息：一是采用光学投影模式；二是信号直接注入。 信号注入模式是通过界面不经过光学投影系统将场 景信息直接送入光电传感器的电子组件,实现系统的 仿真测试。
• 二维目标运动伺服系统：接受系统仿真计算机
仿真指令，准确地复现火控系统所攻击目标的机动
范围。
•
三轴飞行模拟器：实时模拟系统的载机运动，
完全再现载机空间各种运动姿态。
2020/5/19
光电系统的半实物模拟仿真
• 国外几种典型红外仿真系统有：1.热电阻面阵实时成像仿真系统 W1SP；2.激光二极管面阵实时成像仿真系统；3.滑动变焦式光电仿 真系统；4.多目标点源仿真系统；5.IR-CRT仿真系统；6.IR液晶光 阀仿真系统。其中，后两种是美国早期研制的红外仿真投影系统， 这类系统存在的严重缺点是图像闪烁及帧速低,不能满足武器系统的 仿真需求。现在己成功使用的面阵式目标源,其分辨率达到 512×512，帧速达到100Hz以上,对模拟场景的空间、时间和光谱 分辨率有严格要求,可满足红外制导、前视红外瞄准、红外搜索跟踪 和红外告警等系统仿真的需求。
辐射源及其特性
• 典型军事目标辐射
• 地面目标:目标温度低,辐射能量小,且辐射多集中在8~14微米 • 海上目标：目标排气筒部分温度较高，其余部分温度低，目标与背景辐射
特性差异大。 • 空中目标：目标速度快、体积小，温度高能发射很强的红外辐射。
– 飞机的辐射：尾喷管、排出气流、蒙皮的热辐射 – 海上目标的辐射：舰船的烟囱是较强的辐射源，峰值波长在8微米
由黑体薄膜变换器组成的仿真系统如右图。视频投影仪把 可见光图像投射到真空腔的黑体膜，经黑体薄膜变换成红外 图像。红外准直系统的焦面与黑体薄膜面一致，红外图像对 于被测红外系统如同位于无穷远处。
左右，尽管舰体温度与海水温度相近，但二者的辐射发射率差异大， 且海水的辐射发射率不断变化，易造成目标与背景的大对比度。 – 地面车辆辐射：车辆的排气管最热，其次是发动机外壳，运动中车 辆的传动装置、轮胎等。 – 炮口闪光： – 人体的辐射：在2微米以上的波段辐射与黑体基本一致，峰值波长 在8~14微米波段。
2020/5/19
半实物模拟仿真的关键技术
（3）黑体薄膜变换器 早期的黑体薄膜变换器(如左图)包括一个真空腔，腔上带
一个透可见光的入射窗和一个透红外的出射窗，转换介质是 一层薄膜，其上沉积非常薄的金黑层。工作时，将一幅可见 光图像通过入射窗聚焦到金黑膜层上，其辐射能被金黑膜层 吸收，并通过出射窗转换为反映金黑层的温度和辐射发射率 的红外辐射能量。由于金黑层非常薄，热惰性很小，所以温 度很图快3-就35 黑能体超薄 膜过的环变 换境器温结 构度。图像上亮度比暗点温度高，视频 图像灰度等级分布转换成黑体腔薄膜上的温度分布，使黑体 薄膜产生的红外辐射与真实目标一致。
• 星球：其辐射量对地球很小，用星等来描述星的亮度。 • 大气辉光：产生于70km以上的大气层中，是夜天辐射的主要组成
部分，由不能到达地面的太阳紫外辐射在高层大气中激发原子并 于分子发生低几率碰撞，是其产生的原因。 • 夜天空辐射：由上述各种自然辐射共同构成，除可见光外包含大 量丰富的红外辐射，正是微光夜视系统所利用的波段。
2020/5/19
军事目标辐射源
2020/5/19
涡轮喷气发动机示意图
军事目标辐射源－飞机喷口的辐射强度 角分布
2020/5/19
军事目标辐射源－三叉戟和米格15M 飞机喷口的辐射光谱分布
2020/5/19
军事目标辐射源－波音707排出气体流的 等温线，及辐射随距离的衰减
2020/5/19
军事目标辐射源－炮口闪光的光谱分布
2020/5/19
自然辐射源
• 太阳：射至地球的太阳辐射功率、光谱分布与太阳高度、大气状 态关系很大。
• 地球：主要由反射和散射的太阳光以及自身热辐射组成，有两个 光谱峰值：0.5微米（来自太阳）10微米处的自身辐射。
• 月球：主要包括反射的太阳辐射和自身的辐射，近似于400K黑体， 峰值在7.24微米
– 最大辐射定律：把峰值波长 带入普朗克公式而得。
M0(,T)5exp(cc21/T)1
M0(T)M0(,T)dT4
M 0 (,T ) 0 ,0则 m T 28 (m 9 K 8 )
M 0m (T)M 0(m ,T)B5T
2020/5/19
辐射源及其特性
• 人工目标辐射源 – 腔型黑体辐射源 – 面型黑体辐射源
• 国内的典型红外仿真系统主要有：1. 014中心点源跟踪模拟 仿真系统；2. 航天二院的长波红外跟踪模拟仿真系统等。
2020/5/19
光电系统的半实物模拟仿真
图2 美国陆军高级仿真中心的红外仿真系统
2020/5/19
半实物模拟仿真的关键技术
红外目标发生器
图1 红外目标及干扰产生系统
2020/5/192020/5/源自9光电系统的半实物模拟仿真
•
红外场景生成计算机(CIG)：接受仿真计算机的
指令，根据各种模型或数据库,实时产生实战红外场
景图像，并传给红外目标再现发生器,经转换成为能
被探测器接收的辐射图像。详细地仿真来自天空、
太阳光、目标、地物和大气的辐射分量。解决这一
问题需要若干技术的集成，包括实时IR现像学建模、
第三章 辐射源与典型景物辐射
• 黑体辐射定律 • 辐射源及其特性
2020/5/19
黑体辐射定律
• 基尔霍夫定律：
– 热辐射：物体因温度而辐射能量的现象叫热辐射。只要温度高于绝对零度 的物体都将产生辐射。
– 当辐射能入射到物体表面时，被吸收的能量与入射总能量之比，成为物体 的吸收本领αλ；被反射的能量与入射总能量之比，成为物体的反射本领 ρλ。显然，不透明物体的吸收与反射本领之和为1。
M 11M 22 M0f(T)
2020/5/19
M 11 M 22M 0f(,T)
A B
黑体辐射定律
• 基尔霍夫定律：
– 辐射射体发的射光率谱（辐比射辐出射射率度）与黑ε体λ的：光在谱相辐同射温出度射下度，之辐 比。 • 黑体， ελ ＝1； • 灰体， ελ ＝ ε <1，与波长无关； • 选择体， ελ <1，且随着波长和温度变化。
2020/5/19
在平均地-日距离上太阳的的光谱分布
2020/5/19
典型地物的光谱辐亮度
2020/5/19
月球辐射特性
2020/5/19
星等的概念
• 星的亮度用星等衡量，以在地球大气层外 所接收的星光辐射产生的照度来衡得。
• 规定星等相差五等照度比为100倍，即相邻 两等星得照度比为2.512倍。
半实物模拟仿真的关键技术
（1）电阻元阵列 电阻元阵列的基本原理很简单，电阻元通电后电能转变为热
能，温度升高，导致红外辐射。电阻元阵列(如图)由许多微小 电阻元集成在不良导热体基片上组成，阵列可单片设计，也可 把多个阵列合成大阵列，以提高空间分辨力。电阻元之间通过 基片内部的集成电路网连接，集成电路可调节流过各电阻元的 电流以控制其温度，使电阻元根据需要产生一定强度的红外辐 射。这样，整个阵列就构成了二维的红外辐射源，实现了红外 场景图像的仿真。
– 实验指出，物体的发射本领（即辐射出射度）和吸收本领之间有一定关系。
– 基尔霍夫定律：物体的辐射出射度M和吸收本领α的比值与物体的性质无 关，都等于统一温度下绝对黑体(α=1)的辐射出射度M0。
– 基尔霍夫定律不但对所有波长的全辐射，而且对波长为λ的任何单色辐射 也都正确。它是一切物体热辐射的普遍定律，表明吸收本领大的物体，其 发射本领也大，如物体不能发射某波长的辐射能，则也不能吸收该波长的 辐射能，反之亦然。显然，黑体对于任何波长在单位时间单位面积上发射 或吸收的辐射能都比同一温度下的其它物体高。
• 规定零等星的照度为2.65X10-4lx，比零等星 亮的星等为负。
2020/5/19
大气辉光和夜天光
2020/5/19
光电系统的半实物模拟仿真
其他相关模 型及计算软 件
输出相关数据
目 标 及 背 景 输出图像 模拟仿真器
输出图像 实际成像系
统
输出分析结
图像信息处 果
仿真结果显
理与分析
示
噪 声 模 型 及 输出模拟噪声 仿真软件
e e0
M M0
M (T )M 0 (T )
2020/5/19
黑体辐射定律
• 黑体辐射定律：
– 普朗克定律：描述黑体辐射 出射度随波长和温度的函数 关系。式中c1,c2是第一第二辐 射常数。
– 斯蒂芬－玻尔兹曼定律（全 波长辐射定律）:由普朗克公 式在全波段积分得到。
– 维恩位移定律（峰值波长与 温度的定律）：对普朗克公 式求极值得到。
材料，高于偏置温度(约65℃)时，VO2薄膜显金属性；低于 偏置温度，VO2薄膜显半导体特性且透光。如果用热偏置方 法使温度保持在迟滞回线以内，则可把VO2作为光学存贮介 质，控制存贮在材料中的热能，当激光束扫描薄膜表面时， 由于薄膜吸收能量，在其表面就能获得并存储一帧高分辨力、 高清晰度并且不会消失和减弱的热图像。二氧化钒薄膜变换 器(图如3 - 右3 3 二图氧 )化是钒 薄在膜 一的 传个输 特锗性 衬底上，镀有多层二氧化钒落薄膜，景 物图像写在1英寸的图像调制区。若要抹去这帧图像，只需在 瞬间使整个薄膜温度降到60℃以下即可。目前，国外通常采 用液体制冷流实现冷却功能。为了实现图像的动态变化，必 须不断在薄膜上抹去一写入图像。为了防止抹去一再偏置周 期产生图像闪烁，可采用两个独立图 的3 - 3显4 示二 氧臂化交钒替薄工膜 变作换，器并由 片帧开关控制交替过程。