紅外遙感系統

紅外遙感系統將紅外遙測探測器的圖像表征，繼而將視覺模型和遙感成像系統聯立，建立起包含成像組件、顯示器圖像、人眼觀測等部件的遙感系統。紅外遙感系統性能預測和圖像分析已成為美國遙感成像領域的研究重點方向之一。

基本介紹

• 中文名：紅外遙感系統
• 外文名：infrared remote sensing system
• 構成：成像組件、顯示器圖像、人眼觀測
• 套用領域：陸地觀測、軍事觀測、資源調查等
• 系統首要工作：地面初級輻射定標
• 套用學科：測繪科學、地址資源、物理學

簡介

紅外遙感系統將紅外遙測探測器的圖像表征，繼而將視覺模型和遙感成像系統聯立，建立起包含成像組件、顯示器圖像、人眼觀測等部件的遙感系統。紅外遙感系統性能預測和圖像分析已成為遙感成像領域的研究重點方向之一。

紅外遙感

紅外遙感（infraredremotesensing）是指感測器工作波段限於紅外波段範圍之內的遙感。電磁波譜中，通常把波長範圍為0.76～1000微米這一波譜區間稱為紅外波譜區。其中，又分為近紅外（0.76～3.0微米）、中紅外（3.0～6.0微米）和遠紅外（6.0～15.0微米）和超遠紅外（15.0～1000微米）。也可把近紅外和中紅外統稱反射紅外；把遠紅外稱為熱紅外（8～14微米）或發射紅外。雖然紅外波譜區很寬，但由於大氣的吸收，實際上僅有幾個紅外“視窗”可利用。常用的紅外波段有近、中紅外的0.3～1.3微米、1.5～1.8微米、2.0～2.6微米、3.0～3.6微米、4.2～5.0微米和遠紅外的7.0～15.0微米。近紅外波段主要用於光學攝影，如紅外或彩色紅外攝影，只能在白天工作；也用於多波段攝影或多波段掃描。遠紅外（熱紅外）由於是地物自身輻射的，主要用於夜間紅外掃描成像。紅外遙感在軍事偵察，探測火山、地熱、地下水、土壤溫度，查明地質構造和污染監測方面套用很廣，但不能在雲、雨、霧天工作。

地面初級輻射定標

定義

地面初級輻射定標是紅外空間遙感系統研製過程中的一項重要工作。所有的紅外遙感儀器，其測量結果及其有效性必須嚴格建立在數據定量化的基礎上，在使用之前，都必須經過地面定標。

空間紅外遙感系統的輻射定標，是一件非常困難和複雜的工作。涉及的方面有:初級與飛行定標技術、標準的建立與傳遞、定標理論與概念、各種源的製作和評價、源輻射理論分析、定標真空設備的研製、誤差校正、源溫度的精確控制等。

輻射定標

這裡討論的輻射定標，限制在熱波段(8~14km)輻射範圍之內、標準和工作黑體大致也限制在中低溫(500K以下)和熱波段範圍之內。

簡單說來，輻射定標是指對輻射測量儀器的輸出數據進行校準並建立可對照量度的過程。用一個輻射源提供已知的入射通量，測出輻射計探測器對此通量的回響信號。在測得回響率值後，依據它對未知源所發出信號的測量，就能正確地推算未知入射通量之值。

輻射定標涉及到二個基本問題:輻射通量的測量與已知輻射源的建立。定標測量同樣是在離已知輻射源一定距離上進行的，輻射計回響的是落在其輸入端(光學孔徑)上的照度，即輻射通量密度。輻照度是輻射計測量的一個基本量。當輻射通量為一平表面截獲時，往往要求知道單位面積所截獲的輻射通量。用所截獲的輻射通量除以平面的面積，就是這一平面上平均的輻射通量密度，如圖。

輻射通量密度的概念 ( 輻照度)

在描述輻射源的發射本領時，還要區分兩種不同的情況:點源和擴展源(面源)。在對紅點源的情況比較簡單，可以用它在某一方向上的單位立體角內所發射的輻射功率來表示源的發射本領，叫做“輻射強度”。換句話說，點源在某一方向上的輻射強度就是在那個方向上單位立體角內源所發射出去的輻射通量。

對於擴展源，則要考慮到源的面積大小和發射方向。我們用在某方向單位立體角內，垂直於該方向平面上的源投影的單位面積所發射的輻射通量來描述擴展源的發射特性，量度稱做“輻射率(輻射亮度)”。輻射率的概念是為了與亮度概念取得一致而提出的。

定標的另一個先決條件是必須建立一台已知分譜輻射率的熱定標源。這種近似環境溫度的定標源還必須有一個已知溫度，並接近黑體(比輻射率、要高，近似於1)。輻射率較高的定標源，比輻射率可以稍低一些，但也必須是已知的。

紅外輻射計的熱定標今天仍廣泛採用的是黑體型輻射源。

套用

遙感技術與日蓬勃發展，在地礦、石油、水文、林業、土地、測繪等領域迅速推廣套用.可見光波段所提供的信息最直觀，且視域廣，獲取資料速度快，是遙感信息套用中最廣泛的一種.

陸地和軍事觀測

80年代初期，美國成功地進行了太空梭多波段紅外輻射計(SMIR)實驗，取得了0.6~2.5協m區域的10個波段的近紅外反射輻射數據，確定了所測輻射數據值與地面測量的反射率數據之間的相關關係，用於評價不同大氣吸收對遙感反射輻射值的影響和選擇確定識別岩石單元、地質填圖的有效波段。

目前除美國外，澳大利亞已研製出實用的4波段的多光譜掃瞄器。我國也研製出多種航空多光譜掃瞄器和成像光譜儀，已進行了成功的飛行試驗。

近年，紅外熱像儀、夜視裝置、機載前視裝置、機載紅外掃描成像實時顯示技術、紅外成像跟蹤制導和紅外輻射特性測量的有關儀器、地面紅外光譜儀、紅外警戒、紅外測溫和紅外測濕等儀器發展很快。這次中東戰爭，美國、西歐、蘇聯發射幾十顆軍事偵察衛星、紅外遙感器是主要偵察手段之一。多國部隊的偵察飛機和相當數量的飛機配備有紅外裝置。可以這樣說，紅外遙感技術是從軍事套用發展起來的，到目前為止最先進的紅外遙感技術仍在軍事上套用。

國際上成像光譜儀是一項遙感前沿技術，它在地學遙感、天文觀測和軍事偵察等方面有廣闊的套用前景，也是未來空間站考慮安裝的遙感器。

大氣、氣象和海洋觀測

遙感器的探測波長區域大多數是以紅外波段為主，探測波長範圍已擴展到40~50μm，探測器類型有紅外掃瞄器、輻射計、自旋掃描輻射計、臨邊掃瞄器、剖面輻射計、千涉儀、光譜儀以及它們的組合型式。將這些類型的紅外遙感器裝載在氣象衛星和太空梭上，對水平和縱向大氣層、陸地、海面和氣象進行觀測。紅外遙感已成為氣象監測和預報必不可少的較為成熟的手段，還可監測臭氧層密度和高度分布以及有害氣體在大氣中的分布。

在海洋研究方面有機載和星載多種紅外遙感器，如機載紫外/紅外掃瞄器(AUV/IRS)、紅外雷射螢光系統、海洋和氣象衛星裝載的可見一熱紅外輻射計(VTIR)、海岸帶彩色掃瞄器等等，主要用於海洋環境、海水污染、近海面葉綠素的豐度和濃度的監測，水的混濁度、海面溫度、海水範圍的調查以及海流圖的編制，為海洋生物學者和漁業提供信息。海洋遙感多與氣象遙感和陸地遙感相結合。

資源調查與環境監測

機載成像光譜儀在前述樣機的基礎上，作為第二代遙感器在90年代儀器將趨於定型，向實用化、商業化方向發展。隨著面陣探測器和紅外敏感元件工藝的提高，每行像元數由AVI/RIS的550將提高到數千個，波段數和解析度也將成倍提高。熱紅外成像光譜儀將開始研製。16~32元線陣探測器熱紅外多光譜掃瞄器將投人試驗和使用，我國成像光譜儀和熱紅外遙感技術也將向世界上最先進的美國靠近。

有源/無源雙工紅外成像系統系一種同時具有有源的紅外雷射成像系統和無源的紅外成像系統兩種功能的機載紅外遙感器。有源系統探測景物的反射率差異，無源系統探測溫度和輻射係數(率)的差異。大多數自然景物和軍事目標的反射率差異多於溫度的差異。

有源成像系統對目標剩餘反射靈敏，而無源系統對燃火和熱輻射靈敏。這台儀器具有兩種系統探測能力的優點，對於識別地面目標是很有利的。另外，應開展有源紅外雷射遙感器研究，它能取得被動系統無法得到的極窄波段的數據。

地球輻射和天文觀測

為了研究地球輻射平衡，美國設計出“地球輻射收支實驗裝置(ERBE)”。它是由兩台儀器組成的8個通道的遙感器。一台儀器是大、中視場儀器，另一台儀器是掃瞄器。大中視場儀器包含5個通道，其中4個通道主要是觀測星下天底點的大地，它安裝在單軸常平架上，當與軌道運動配合使用時，能用於對太陽觀測的純運動進行周期校正。

太空梭紅外望遠鏡裝置(SIRTF)系用於天文觀測的遙感器。它是lm級的雙摺疊式格里高利望遠鏡，次摺疊鏡能夠提供空間遮光和像移補償數據。

成像干涉儀是一種利用可見一近紅外光的米切爾森干涉技術進行光譜分光後再成像的遙感器。光經分光後匯聚到焦平面上，在焦平面上放置42元硫化鉛探測器線陣。探測器將光能轉變成電信號，經電子放大後用顯示器顯示圖像或記錄在磁帶上。