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程洁-热红外发射率

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石墨烯红外发热材料红外波长范围检测 法向发射率检测

石墨烯红外发热材料红外波长范围检测 法向发射率检测

石墨烯红外发热材料红外波长范围检测法向发射率检测石墨烯红外发热材料是一种具有优异红外发射性能的新型材料，被广泛应用于红外热成像、红外线探测、夜视仪器等领域。

其独特的红外发热性能使得石墨烯在红外波长范围的检测中具有很高的应用潜力。

石墨烯是由单层碳原子组成的二维薄膜，其结构特殊，具有良好的热导性、电导性和光学性能。

这使得石墨烯可以快速将电能转变为热能，并在红外波长范围内发射辐射。

具体来说，石墨烯的红外发热主要是通过电子跃迁来实现的。

当石墨烯材料受到外界电场激发时，电子会从低能级跳跃到高能级，同时释放出红外辐射。

这种红外发射机制使得石墨烯能够在红外波长范围内发射出较为强烈的热辐射。

石墨烯红外发热材料在波长范围检测方面具有很重要的意义。

红外波长范围通常被定义为1-1000微米，涵盖了长波红外、中波红外和短波红外等不同红外波段。

红外辐射具有很高的能量和辐射穿透力，因此可以通过红外成像设备直接观测到目标物体的红外辐射信息。

而石墨烯红外发热材料可以提供较高的红外辐射能量，能够增强红外成像的灵敏度和分辨率，从而有效提高红外波长范围的检测效果。

在石墨烯红外发热材料的红外波长范围检测中，法向发射率是一个重要的参数。

法向发射率是指材料在给定波长下，以法向角度发射的辐射功率与理想黑体辐射功率之间的比值。

对于红外发热材料而言，法向发射率可以反映材料在红外波长范围内的发射性能。

较高的法向发射率表示材料在红外波段内会有更高的辐射功率发射，表现出更好的红外发热性能。

石墨烯红外发热材料的法向发射率通常通过实验测量来获取。

常见的实验方法包括红外辐射光谱测试和热辐射测温技术。

红外辐射光谱测试通过测量材料在不同波长下的辐射功率来得到材料的法向发射率。

石墨烯红外发热材料的法向发射率通常会随着波长的增加而逐渐增大，呈现出明显的红外辐射特性。

热辐射测温技术则是利用石墨烯材料的红外发射能力来进行温度测量，通过测量红外辐射功率和温度之间的关系来推导出材料的法向发射率。

低红外发射率聚乙烯功能材料的研究

低红外发射率聚乙烯功能材料的研究

西北工业大学硕士学位论文低红外发射率聚乙烯功能材料的研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：***20070301西北Ｔ业大学Ｔ学硕十学付论文结果与讨论图３—１不同聚合物的发射率曲线ＰＰ及ＨＤＰＥ由于高的结晶度和少、短的支链结构，也具有相对较低的发射率。

ＬＬＤＰＥ分子链较为规整，支链短且少，相对于支链较多、分子链结构不够规整的ＬＤＰＥ也具有较低的发射率。

这些大分子链结构上的区别是影响发射率变化的根本原因。

但是聚四氟乙烯加工性能很差且成本很高，聚丙烯光、热老化性能很差，均不利于作为长期户外使用的热红外伪装材料的最终应用。

因此，本文最终选用聚乙烯作为低发射率材料的研究对象。

３．２颜料对发射率的影响本文研究的材料主要是应用于山林地区的背景中作为伪装材料使用，试验所选用的颜料为总后建工所多年来研制的军用绿色无机粉体颜料，该颜料的光谱反射曲线几乎与绿色植物达到了“同色同谱”的程度，且能顺利通过美军军标ＭＩＬ．Ｃ．４６１６８０（ＭＥ）绿色光谱反射限定通道【帅】，见图３－２。

同时无机颜料又具有耐侯性好和伪装寿命长的特点。

在此次研究中，同时用到了金属颜料（ＡＬ粉），目的是用来进一步降低体系的发射率。

以下是颜料对体系发射率影响的分析结果。

两北Ｔ业大学Ｔ学硕士学侍论文结果与讨论图３－３颜料的粒径分布曲线表３～１觑料粒径与红外发射率的关系从表３—１可以看出：随着颜料粉体粒径的减小，在８／ａｍ～１４９ｉｎ波段的红外发射率也随着降低。

根据红外辐射理论ｆ４舢，朝颜料粉体内漫射的红外辐射，将受到两个因素的影响而衰减：①在颜料粉体内被吸收；②被分布在颜料粉体内的散射粒子所散射。

当颜料内球状粒子的散射比较大，吸收比较小时，整个系统的红外辐射（红外辐射流）发生弥散和改变方向。

而根据Ｋｉｒｅｈｈｏ腚律，吸收小的材料，其发射率也比较ｄ，ｔ４５１。

由红外公式Ｈ６１得：，，（们＝胛２ＭＳ（Ａ，）（３—１）在（３．１）式中：ｒ（Ａ）为散射系数；ｒ为粒子半径；Ｍ为散射粒子浓度；ｓ（Ａ）为散射平均总截面积。

红外物体发射率汇总

红外物体发射率汇总
20 20 100 1000 1000
0.3 0.5 0.75～0.85 0.4 0.6 0.8～0.85
抛光未氧化 抛光微氧化 抛光严重氧化 粗加工未氧化 粗加工轻微氧化 粗加工严重氧化
0.3 0.5 0.8～0.9 0.45 0.7 0.8～0.9
抛光未氧化 抛光微氧化 抛光严重氧化 粗加工未氧化 粗加工轻微氧化 粗加工严重氧化
0.3
锰
固态 0.59 液态 0.59
蒙乃尔 （镍、铜、铁、
锰合金）
抛光未氧化 0.25 抛光微氧化 0.45 抛光严重氧化 0.7 粗加工未氧化 0.3 粗加工轻微氧化 0.6 粗加工严重氧化 0.8
氧化铝
粒度1～2微米 粒度10～100微米
0.2～0.4
石灰石 氧化锆 氧化镍 氧化铁 氧化铝 氧化钴 氧化铀 氧化镁 氧化铜 氧化钍 氧化锡
王龙刚
发射率表
材料与状态
发射率（1um 附近）
抛光未氧化 0.05～0.1
抛光轻微氧化 0.45
钢
粗加工未氧化 0.25～0.35 粗加工轻微氧化 0.5～0.6
严重氧化 0.8～0.95
液态 0.35～0.45
温度范围（℃） 100～1200
铸铁
抛光未氧化 抛光轻微氧化 粗加工未氧化 粗加工轻微氧化
20～400
黑色纳氧化钴
0.9~0.95
500
汞（液态）
0.2~0.25
铋
0.34
王龙刚
材料与状态 铱
发射率（1um 附近） 温度范围（℃） 0.25~0.3
钇
0.3~0.35
铀
0.5~0.55
钯 锑 氮化钛
0.33 0.5～0.65 0.3～0.4

基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别算法

基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别算法

基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别算法
武春风;张伟;丛明煜;吴刚
【期刊名称】《红外与毫米波学报》
【年(卷),期】2003(022)004
【摘要】提出了一种基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别新算法.根据目标、背景和干扰物的红外多光谱特征信息(辐射强度、光谱分布)构造出目标场景的红外多光谱特征矩阵;采用最大距离法分割图像,融合空间和光谱信息重构出研判目标的
红外多光谱特征矩阵;根据研判目标的光谱辐射差异特性建立了红外多光谱图像相
关识别准则.实验表明,该识别算法正确可行.
【总页数】4页(P265-268)
【作者】武春风;张伟;丛明煜;吴刚
【作者单位】哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔
滨工业大学空间光学工程研究中心,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学空间光
学工程研究中心,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TN21
【相关文献】
1.基于小波Contourlet系数相关性的红外图像增强算法 [J], 万智萍
2.基于小波Contourlet系数相关性的红外图像增强算法 [J], 万智萍;
3.基于相关性的中红外温度与发射率分离算法 [J], 程洁;聂爱秀;杜永明
4.基于支持向量机的红外成像自动目标识别算法 [J], 范彬;冯云松;杨丽;杨华
5.基于预测和JPEG2000的MODIS红外辐射多光谱图像无损压缩算法 [J], 殷亚男;王晓东;李丙玉
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1071粘合剂在3～5μm波段耐高温低发射率涂层抗热震性能研究

1071粘合剂在3～5μm波段耐高温低发射率涂层抗热震性能研究

1071粘合剂在3～5μm波段耐高温低发射率涂层抗热震性能研究钱雪;徐国跃;谭淑娟;马志远;刘凯;王文弟【摘要】为了提高3～5 μm波段耐高温低发射率涂层的抗热震性能,研究了添加剂MgO含量对涂层抗热震性能的影响.采用DIL 402C热膨胀仪测定涂层的热膨胀系数,用IR-2型发射率测试仪测定涂层在3～5 μm波段的发射率,并用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)对样品进行了表征.结果表明,当加入3％的MgO时,涂层与基板的热膨胀系数差最小,抗热震性能最优,达到50次;并且加入添加剂后的涂层仍然满足低发射率的要求,发射率最低为0.212.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2016(048)001【总页数】5页(P48-52)【关键词】涂层;MgO;抗热震性能;热膨胀系数;低发射率【作者】钱雪;徐国跃;谭淑娟;马志远;刘凯;王文弟【作者单位】211106;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,【正文语种】中文【中图分类】TQ637随着航空航天技术的发展，耐高温的低发射率涂料在航天军事方面的应用越来越广。

飞机发动机热零部件在3～5 μm波段的红外发射率普遍较高，解决该问题的主要途径是在其表面涂覆一层耐高温低发射率涂层，通过降低发动机热零部件的红外特征达到红外隐身的目的，同时该涂层具有制作简单、不受部件大小形状限制和对飞行器性能影响小等优点，是现代武器红外隐身研究的重要部分[1-2]。

飞机发动机部件还常常受到急冷急热的热冲击作用，抗热震性能就成为评定耐高温涂层寿命的重要指标 [3-4]。

因此研究高温粘合剂在3～5 μm波段耐高温低发射率涂层的抗热震性能具有重要的意义，而国内外对于耐高温低发射率涂层的抗热震性能研究相对较少。

根据作者课题组前期对耐高温低发射率涂层的研究，CeO2粉体制备的涂层在3～5 μm波段具有较低发射率，但在800 ℃空冷情况下抗热震性能差，第5次后就全部崩裂脱落[5]。

星载高光谱红外传感器反演大气痕量气体综述

星载高光谱红外传感器反演大气痕量气体综述

星载高光谱红外传感器反演大气痕量气体综述程洁;柳钦火;李小文【期刊名称】《遥感信息》【年(卷),期】2007(000)002【摘要】利用遥感监测全球尺度上的痕量气体分布以及动态变化,对于理解对流层大气化学以及温室气体的源与汇具有重要的意义.本文首先介绍了国内外用于痕量气体探测的高光谱红外传感器的发展,由辐射传输方程出发分析了大气痕量气体遥感反演的特点,从前向模型、先验知识和最小化代价函数方案三个方面阐述了大气痕量气体遥感反演方案,最后指出了目前利用星载高光谱红外遥感数据反演大气痕量气体存在的一些问题以及可能的解决方案.【总页数】8页(P90-97)【作者】程洁;柳钦火;李小文【作者单位】中国科学院遥感应用研究所,遥感科学国家重点实验室,北京,100101;中国科学院研究生院,北京,100039;中国科学院遥感应用研究所,遥感科学国家重点实验室,北京,100101;中国科学院研究生院,北京,100039;中国科学院遥感应用研究所,遥感科学国家重点实验室,北京,100101;北京师范大学,北京,100875【正文语种】中文【中图分类】P237.9【相关文献】1.地基红外高光谱遥感大气温湿廊线反演研究综述 [J], 黄威;高太长;刘磊2.高光谱大气红外探测仪（犃犐犚犛）反演大气不稳定度指数在强对流天气个例中的应用试验 [J], 刘辉;寿亦萱;漆成莉3.METOP星载干涉式超高光谱分辨率红外大气探测仪(IASI)及其产品 [J], 张磊;董超华;张文建;张鹏4.红外高光谱大气探测仪星载固定点黑体辐射源的研制 [J], 胡朝云;郝小鹏;宋健;文平;常稼强;顾明剑;丁雷5.星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测试转台结构设计 [J], 朱磊;司福祺;陈军;刘凤垒;赵敏杰;邱晓晗因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种近似用于高发射率城市地表热红外等效发射率的方向性变异核驱动模型及其不确定性分析

（ＳｕＭ）模型¨“、ＴｈｅⅡＩｌａｌｉｎｆｒａｒｅｄ
ｗｉｔｈ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｒａｄｉａｎｃｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 量
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｏｄｅｌ
ｔｏ
ｍｏｄｅｌｉｎｇ（ｒ兀ＴＡＮ）模型¨６｜、以及 Ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ Ｔｈｅ珊ａｌ ＩⅢｈｒｅｄ Ｒａ－
ｔａｒｇｅｔｓ（ｃｏＭＳｆｎＲ）模型Ｌ１２ ３等．但
孙
灏１，
陈云浩１木，
占文凤１一，
王萌杰１，
马
伟３
１００８７５；
（１．北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室资源学院，北京
２．南京大学江苏省地理信息技术重点实验室国际地球系统科学研究所，江苏南京２１００９３； ３．中国冶金地质总局矿产资源研究院，北京１０００２５） 摘要：地表热红外发射率（８—１４¨ｍ）的方向性变异为遥感地表温度的反演及应用引入了不确定性，这种问题在城 市地表显得尤为突出．发展了一种近似用于高发射率城市地表热红外等效发射率的方向性变异（ｕｒｂａｎ Ｓｕ血ｃｅ Ｅｍ・
１０００２５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ａＩｌｉｓｏ仃ｏｐｙ ｏｆ ｌａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｎｄ ｓｌｌｒｆ如ｅ
ｔｌｌｅ咖ａｌ ｅＩＩｌｉｓｓｉｖｉ哆（８～１４Ⅲｍ）ｒｅｄｕｃｅｓ
ｍｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔ量ｌｅ ｒｅｍｏｔｅｌｙ ｓｅｎｓｅｄ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＬＳＴ）锄ｄ
第３４卷第ｌ期 ２０１５年２月 文章编号：１００１—９０１４（２０１５）叭一００６６—０８
红外与毫米波学报
Ｊ．ＩＩｌｆｈｒｅｄ
Ｖ０１．３４．Ｎｏ．１ Ｆｅｂｍａｒｙ，２０１５
Ｍｉｌｌｉｍ．Ｗａｖｅｓ
ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１０．２０１５．０００６６

航空发动机涡轮叶片发射率测量

航空发动机涡轮叶片发射率测量熊兵;石小江;陈洪敏;徐凤花【摘要】对于复杂环境下的涡轮叶片表面温度场测量,红外测温技术是目前该领域最佳方法之一,而发射率的准确测量是红外测温的关键.本文针对涡轮叶片发射率的测量,阐述了热电偶对比法的原理和技术细节,并根据某型发动机涡轮转子叶片温度场试验测试的需求,在600-800℃温度范围内进行了发射率测量.试验数据分析表明,其发射率为0.914,可作为ROTAMAPⅡ辐射高温计的预先设定值.而误差分析表明,该方法具有较高的精度.【期刊名称】《燃气涡轮试验与研究》【年(卷),期】2011(024)002【总页数】4页(P45-48)【关键词】辐射测温;发射率;涡轮叶片【作者】熊兵;石小江;陈洪敏;徐凤花【作者单位】中国燃气涡轮研究院,四川,江油,621703;中国燃气涡轮研究院,四川,江油,621703;中国燃气涡轮研究院,四川,江油,621703;中国燃气涡轮研究院,四川,江油,621703【正文语种】中文【中图分类】V241.061 引言物体的发射率表征了该物体表面辐射能力的强弱，任何物体的发射率都等于它在相同温度和相同条件下的吸收率。

红外辐射测温技术作为涡轮叶片温度场测量的有效手段，已取得很好的应用效果[1]。

红外高温计测量涡轮转子叶片温度场采用的是全发射率，而叶片发射率作为红外测温系统的一个输入参数，需要先确定，才能在试验中准确测出叶片的真实温度。

发射率的测量误差直接影响红外高温计测温的精度，因此必须准确测量。

2 全辐射测温与发射率的关系全辐射测温理论上是测量所有波长的辐射能量，当真实温度为T的待测物体与温度为Tb的绝对黑体在整个光谱范围内总的辐射能量相等时，温度Tb就定义为待测物体的辐射温度。

由普朗克定律可知，绝对黑体在温度Tb下的全辐射功率Mb 为：式中：λ 为波长；Tb为黑体辐射温度；c1、c2分别为普朗克第一和第二辐射常数，c1=3.741833×10-16W·m2，c2=1.438832×10-2m·K；σ 为斯蒂芬-玻尔茨曼常数，且σ=5.67×10-8W·m-2·K-4。

低红外发射率涂层的力学性能研究

低红外发射率涂层的力学性能研究陈慧敏;王雅君;徐国跃;余慧娟;邵春明;胡晨【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2010(018)006【摘要】以铝粉为主要填料,以环氧改性有机硅树脂为粘合剂,制备了发射率低至0.10的环氧有机硅低红外发射率涂层.研究了分散剂、滑石粉和固化温度对涂层力学性能的影响,并对其在涂料中的作用机理进行了探讨.结果表明,当滑石粉的质量加入量为2%、分散剂的加入量为2%、热处理温度为200℃时,制得的涂层能在保持低红外发射率的同时具有最佳的力学性能.【总页数】5页(P873-877)【作者】陈慧敏;王雅君;徐国跃;余慧娟;邵春明;胡晨【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,211100【正文语种】中文【中图分类】TQ324.2;TQ323.5【相关文献】1.聚氨酯基低红外发射率涂层的力学性能研究 [J], 陈慧敏;徐国跃;王雅君;李九芬;陈砚朋2.1种低红外发射率涂层耐热性能研究 [J], 肖圣荣;丁鹤雁;王智勇;张桐;刘鹏瑞3.三种聚氨酯基低红外发射率涂层的防腐蚀效果研究 [J], 张驰;李澄;周康达;徐国跃4.超疏水低红外发射率复合涂层的制备及性能表征 [J], 张伟钢;郑梦影;吕丹丹5.8～14μm波段低红外发射率与低光泽度兼容涂层的制备方法初探 [J], 徐飞凤;徐国跃;谭淑娟;陈砚朋;郭腾超;李泉灵;郭一辰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于MLX90614红外温度计的发射率在线测量系统

基于MLX90614红外温度计的发射率在线测量系统吉珊珊;葛俊锋;叶林;闫泽豪;贾诚安【摘要】为了实现对物体表面发射率的快速在线测量,设计了一种基于MLX90614红外温度计的发射率在线测量系统,并通过黑体等效法验证了系统的准确度,系统的测量精度可达±0.05.同时,对影响试验结果的因素进行了实验验证,证明距离与传感器冷端温度对测量结果的影响不明显.对于标准样板的发射率测量实验也表明:该系统能满足在线测量发射率的要求.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)004【总页数】4页(P89-92)【关键词】发射率;在线测量;黑体等效法;MLX90614【作者】吉珊珊;葛俊锋;叶林;闫泽豪;贾诚安【作者单位】华中科技大学自动化学院,湖北武汉430074;华中科技大学自动化学院,湖北武汉430074;华中科技大学自动化学院,湖北武汉430074;华中科技大学自动化学院,湖北武汉430074;华中科技大学自动化学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TP212.9发射率是表征物质表面辐射本领的物理量[1]。

在非接触测温技术中，物体表面发射率未知或经常变化一直是影响这种方法测量精度的重要因素，因此，获得目标物体的准确发射率对辐射测温技术和目标物热辐射特性的研究具有重要意义。

目前，测量物体发射率的方法主要有量热法、反射率法、辐射能量法和多波长法等[2～4]。

其中，量热法只能对物体的全光谱发射率进行测量[5]；反射法和辐射能量法可测量物体的光谱发射率，但是结构复杂，需要反射计腔或者参考黑体等[6]；多波长法能测量物体的波段发射率，然而，该方法的理论还不是很完善，测量精度不高，适用性较差。

这几种方法是都有一定的局限性，不便于在线测量或便携式测量[7]。

近年来，也涌现出了几种比较新型的发射率在线测量方法，包括哈尔滨工业大学的宋扬、戴景民等人[8]研制的前置反射器发射率在线测量装置，华中科技大学的陈斌[9]研究开发了双罩法发射率在线测量系统以及华中科技大学的江先军[10]研究的单罩比值法在线测量发射率等，这些方法都较高精度地实现了发射率在线测量。

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感热和潜热通量对于区域以至全球的气候变化有着 巨大的影响。
提
纲
1 2 3 4 5
背 景 窄波段发射率测量与反演 宽波段发射率反演 结 论
2. 窄波段发射率测量与反演

热红外辐射传输方程 发射率野外测量方法 发射率反演方法
• • •
多光谱方法 高光谱方法 NDVI阈值法
2.1 热红外辐射传输方程
L2 = B (Ts )
L1 = ε s B (Ts ) + (1 − ε s ) B (Th )
L3 = B (Th )
εs =
L3 − L1 L3 − L2
2.3 窄波段发射率反演方法——多光谱方法
参考波段法(Kahle et al. 1980)
假定图像的某个波段的发射率为一常数，且先验已知，减少了观测方 程组中的未知数个数，使方程组能得到确定解。假定的合理性来源于 多种物质发射率的统计规律：它们会在某个较窄的波长范围内聚集， 并体现出较高的发射率值。例如对大多数硅酸盐类(Lyon，1965), 发 射率的最大值约为0.95，并且出现在热红外大气窗口的一侧（约11-13 µm）。 参考波段法的原理简单，计算方便。存在的最大问题在于，实际中不 可能找到一个发射率，使它能够代表各种类型地物，高估或低估发射 率现象非常常见。因此通常使用此方法获取温度和发射率的初值。
2.2 窄波段发射率野外测量
假设：（1）热箱盖为同温黑体，在几次测量时 温度不变；（2）箱壁和冷箱盖表面为理想的完 全反射；（3）圆孔足够小以至于在计算箱内的 辐射传输时可以忽略，但又足够大不至于妨碍 到辐射计对位于箱底部目标的观测；（4）在进 行L1的测量时，目标物接受的环境辐射的亮度 等于热箱盖的黑体辐射亮度；（5）目标物 均 匀同温，且在进行L1的测量时，目标物的温度 还 等于L2测量时的温度。
Self-emission Atmospheric upward radiance
L j (θ r , φr ) = τ j (θ r , φr )ε j (θ r , φr ) B j (Ts ) + Latm↑, j (θ r , φr ) +τ j (θ r , φr ) ∫ ρb ,i (θi , φi , θ r , φr ) Latm↓, j (θi , φi ) cos θi d Ωi
第三届陆表卫星遥感数据反演理论与方法暑期讲习班
热红外发射率
程 洁
brucechan2003@
2013年7月15日
提
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纲
背 景 窄波段发射率测量与反演 宽波段发射率反演 结 论
提
纲
1 2 3 3 4 4
背 景 窄波段发射率测量与反演 宽波段发射率反演 结 论
1. 背 景
2π
Atmospheric downward radiance
假设地表朗伯，大气效应有效去除
L js = ε j B j (Ts ) + (1 − ε j ) Latm↓, j
Ground-leaving radiance N个观测值求解N+1个未知数 ，必须采用一些策略构造多余观测，使方程组完 备。
发射率归一化法（NEM）
它是参考波段法的改进，也叫黑体曲线拟合方法。它不固定哪个波 段的发射率为最高，可以选择最为合适的波段作为发射率值最高的 波段，算法的弹性较大，能适合更加复杂的地物光谱(Gillespie 1985) 。 该方法基于地物发射率信息的先验知识，对于一个像元的所有波 段，给定一个最大发射率值，由这个最大发射率、地表出射辐射和 大气下行辐射，求得每个波段对应的温度，取其最大值作为地表的 估计，用于地表发射率计算。算法的精度在很大程度上取决于先验 知识的准确性。单一值的最大发射率很难照顾到所有的地物种类， 所以在保证地质目标有较高反演精度的情况下，对于灰体的结果就 会有较大的误差，难以兼顾。NEM方法的效果主要取决于假定的最 大发射率值的合理性。
发射率是波长的函数
发射率是观测角度的函数
fine
medium
coarse Snow directional emissivity
crust
含水量对发射率的影响
Mira et al., 2011.
Hulley et al., 2010.
地表发射率是地表的固有特性，可用于地表以及行星的地质 研究、基岩绘图和资源开发利用。
逐步求精算法
前面两种算法的共同特点给定地表温度初值，由辐射测量值计 算发射率光谱，根据提炼的准测确定合适的地表温度估值。对 于平滑算法奇异发射率的存在会使算法失效(Cheng et al. 2008a; Cheng et al. 2008b)。Cheng等提出逐步求精算法 (2008c;2010)，能够克服由奇异发射率引起的算法失效，同时 具有较高的温度与发射率反演精度。
Wang and Liang, 2009
2.3 窄波段发射率反演方法——高光谱方法
平滑算法 下行辐射残余指标法 逐步求精算法
平滑算法
基于自然地表热红外发射率光谱比大气下行辐射平滑的假 设，Borel (1998, 2008)提出针对热红外高光谱数据的光谱 迭代平滑温度与发射率（the Iterative Spectrally Smooth (ISS) temperature and emissivity separation algorithm）
1 0.98 0.96 0.94 0.92 0.9 0.88 0.86 0.84 0 0.05 0.1 0.15 0.2 发射率反差(MMD) 0 a + b ∗ MMD
由光谱库样本拟合的发射率均值与反差之间的经验关系散点图
ASTER的TES法
针对ASTER热红外波段数据的TES算法，它综合利用NEM方法、 光谱比值方法、MMD方法的优势，增加一些外部约束，通过不断迭 代优化，从而达到逐步求精的效果（Gillespie et al., 1998）。 由四个模块组成
其中，V1,V2和V3表示相邻的三个波段，其中V2位于大气发射率的位置， ε1,ε2和ε3为对应的发射率估计值。当地表温度估值不准确时，计算的发射 率含有大气发射线残留，呈现出下图中所示的形状。通过计算DRRI，可以 判断地表温度估值的精度。在估算的整条发射率曲线上会有多处大气下行 辐射残余特征，选择其中最合适的处，累加得到最终的DRRI。具有最小 DRRI的温度对应的发射率即为所求的地表发射率，对于温度也是如此。
0.06 0.05
均方根误差
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
温度偏差(K)
RMSE T bias
0.04 0.03 0.02 0.01 0.00
土壤发射率反演中不同的最大发射率对应的均方根误差和温度偏差 不同的最大发射率对应的均方根误差和温度偏差
0.950 0.955 0.960 0.965 0.970 0.975 0.980 0.985 0.990 0.995 1.000
The combined mean emissivity difference between NAALSED and the laboratory results for all nine validation sites and all five ASTER TIR bands was 1.6%.
L j − Latm↓, j B j (T j ) − Latm↓, j
εj =
L j − Latm↓, j B j (T j ) − Latm↓, j
εj =
光谱迭代平滑算法描述。左图为模拟的土壤和大气下行辐射亮度曲线， 右图为不同土壤温度对应的发射率曲线。地表真实温度为300 K
εj =
L j − Latm↓, j B j (T j ) − Latm↓, j
发射率最大值
平均-最小最大发射率差方法（MMD）
Matsunaga于1994年给出了波段平均发射率和发射率光谱的反差 （最小发射率-最大发射率之差，MMD）之间的经验关系，并用它 来提取地物的发射率信息(Matsunaga 1994)。 算法的第一步采用一定的方法由辐射测量得到发射率的初始猜测值， 再根据拟合的经验关系对初始猜测值进行调整，用调整后的发射率 结合辐射测量计算出目标各个波段的温度，取其均值作为目标的温 度。不断迭代，直到相邻两次计算得到的目标温度差小于仪器的噪 声等效温差为止。由最终的目标温度和辐射测量得到地物的发射率。 算法的精度主要取决于经验关系的准确性和仪器的噪声水平。
ε (λ , T ) =
M (λ , T ) M b (λ , T )
（1）
遥感获取的两种发射率:窄波段发射率（包括发射率光谱）和宽 波段发射率。
ε BB ε λ Bλ (T )d λ ∫ λ = λ ∫λ Bλ (T )d λ
1 s 2 1 s
λ2
（2）
地表发射率是波长和观测角度的函数，受地表的组成成分、含 水量和粗糙度等影响。 可用于地质填图、地表温度反演、地表能量平衡估算等。
Longwave downward radiation
净辐射是驱动大气运动的主要能量，它是气候变化 乃至全球变化的重要驱动力，陆地表面进行分配
R n = H + LE + Qs + St
其中，R n 地表净辐射
Qs 向下地表热通量，
St
地表生物物理化学过程储存的能量通量， H 向上的感热通量， E 地面蒸发蒸腾速率， L 蒸发潜热。
下行辐射残余指标法
Wang等(Wang et al. 2008;)提出了下行辐 射残余指标法。与ISS算法一样，从一般 性的假设出发，即地表发射率光谱比大气 下行辐射光谱，构建了一个用于描述发射 率估值谱线中带有大气下行辐射光谱特征 强弱的量DRRI，
v −v v −v DRRI = ε 2 − ( 3 2 ε1 + 2 1 ε 3 ) v3 − v1 v3 − v1