fizikai alapjai
Fizikai alapján távérzékelési a termikus infravörös tartományban
Tulajdonságok hősugárzás
Az összes objektum a világ, feletti hőmérsékleten abszolút nulla (0 K vagy -273 ° C-on), van egy véletlenszerű mozgás anyag részecskék - molekulákat. Az energia a molekulák véletlenszerű mozgásban hívják kinetikus energia. Amikor a molekulák ütköznek, meg tudják változtatni az energia állam és bocsátanak ki elektromágneses sugárzást. Ezt a sugárzást nevezik termikus.
Fusion előforduló a Sun, termel egy erős fluxus a sugárzás széles tartományban, amely többek között a rövidhullámú látható fény. Ennek egy részét rövidhullámú sugárzás áthalad a légkörön, és elnyelődik a föld felszínén és átalakított kinetikus energia a földi objektumok, azaz a melegíti őket. Ez, valamint a különféle ember alkotta (gyártás, közművek) és a természetes folyamatok (szeizmikus aktivitás, feldolgozza mineralogenesis) egyesítik feltételeinek megteremtése a kialakulását az áramlás a természetes elektromágneses sugárzás létesítmények. Így az összes földfelszíni kibocsátó tárgyak hőenergia, lehet két csoportra oszthatók - amelynek van egy belső hőforrás és a fűtés hatására folyamatosan változó napsugárzás. Tárgyak, azzal jellemezve, az intenzitás a hőmérsékleti sugárzás, jelentősen eltér a termikus sugárzás intenzitása a környező terület objektumot körülvevő (mint a legtöbb, és az alsó oldalán), általában az úgynevezett termikus anomáliák. Állítsa be a termikus anomália alkotnak geotermikus mező területen.
Az elektromágneses sugárzás által kibocsátott tárgyak különböző hőmérsékletek a föld, a legtöbb esetben hosszúhullámú (1 mm). Része ennek a kibocsátott hosszúhullámú sugárzás áthalad a légkör és lehet rögzített infravörös érzékelő (a másik része megmarad a légkörben). Ez az a hosszú hullámú sugárzás érzékelők rögzítik, és tájékoztatást nyújt a hőtani jellemzői a földfelszín és tárgyakat.
Minden objektum a földön, természetes vagy ember által, infravörös hullámokat sugároznak hőt, ami a lehetőségét távérzékelési a termikus tartományban. A termikus infravörös sávban mögött található a látható, a közeli és középső infravörös része az elektromágneses spektrum (3-1000 mikron). A távérzékelési a Föld űrből hotartományú értetődő szűkebben, mivel a légkör megtartja a legtöbb sugárzás, és így a vétel a termikus sugárzás végzik csak egyes részein a spektrum, megfelelő ablakok légköri átláthatóság (lásd. Ábra. 1). Használt tartományok 3,0-5,0 um, és 8,0-14,0 mikron.
Ábra. 1 légköri átláthatóság ablakok
Tartományban 8,0-14,0 mm ózonréteg a Föld légkörének (O3) elnyeli a nagy mennyiségű hő hullámhosszú sugárzást a 9,2 mikron 10,2 mikron. Ezért műholdas rendszerek infravörös hőérzékelő adatok rögzítésre csak a szünetekben 8,0-9,2 mm és 10,5-12,5 mm kivételével ez a szakasz az abszorpciós az elektromágneses hullámok. Például, az első három csatorna Radiometer termikus ASTER (10-12) tartományban 8,125-9,275 mikron, és a 13 és 14 - 10,25-11,65 mikrométer.
fizikai törvények
Megmagyarázni a törvényi hősugárzás a XIX században, a koncepció a feketetest vezették be. amely úgy értendő, mint egy idealizált modell a sugárzó test. Feketetest (vagy feketetest) elnyeli a sugárzást, az összes, az összes energia, ami a felszínre, függetlenül a hullámhosszt bármilyen kívánt hőmérsékleten anélkül, tükröző semmit. Így feketetest bocsáthatnak ki hullámok minden frekvencián. Az elmélet a hősugárzás feketetest fogalmát használjuk összehasonlító értékelése sugárzási tulajdonságainak valódi testek. Az egyik fő jellemzője a relatív létrehozó kapcsolat a termikus jellemzői feketetest és valódi testek, és értékelje az igazi szervezet képességét, hogy sugárzik az emissziós. Emissziós - aránya az energia fluxus által kibocsátott szerinti test, az energia kibocsátott fényáram teljesen fekete test ugyanazon a hőmérsékleten.
Hősugárzás még ugyanazon a hőmérsékleten áll „készletek” sugárzások különböző hullámhosszúságú. A bevonásának mértéke különböző hullámhosszúságú az áramlás a hősugárzás test, melegítjük, egy bizonyos hőmérséklet által leírt Planck egyenlet:
ahol u - emissziós feketetest, c - fénysebesség, λ - hullámhossz, T - a hőmérséklet.
Megfogalmazott 1900-Planck-féle törvény figyelembe veszi a kvantum fény természete ettől a minta jelenik meg, és nyissa meg a korábban Stefan-Boltzmann-törvény, Wien, Kirchhoff et al.
A alapfrekvencia a kibocsátott sugárzás növeli a hőmérséklet növekedésével. Például, melegítjük egy piros objektum több kisugároz hosszú hullámhosszú része a látható részét a spektrum, és miért úgy tűnik, piros. Ha az objektum melegítjük erősebben, az alapfrekvencia sugárzás eltolódik a középső része a látható spektrum sugárzott frekvencia ad a felfogást, a fűtött tárgy fehér. Ez a minta jól illusztrálja a stabil expresszió „van hevítve fehér meleg.” A függőség a megfelelő hullámhosszúságú a maximális sugárzás, azaz a az alapfrekvencia a kibocsátott sugárzás, az abszolút hőmérséklet, által leírt Wien-féle eltolódási törvény.
Ábra. 2. Wien-féle eltolódási törvény
2. ábra a maximális érték az egyes görbe balra mozog a rövidebb hullámhosszak a hőmérséklet növekedésével. Megtalálása a domináns hullámhossz ad értékes információkat tartományban a hősugárzás infravörös része a spektrum használt a tanulmány a kívánt objektumot. Így tüzek erdőkben a hőmérsékletet körülbelül 800 K, szerinti Wien-törvény, a domináns hullámhossz 3,62 mikron, majd a legmegfelelőbb tartomány érzékelő 3-5 mikron. Ha mi érdekli feltárása a talaj, a víz, kőzet (amely hőmérséklet körülbelül 300 K egy domináns hullámhossz 9,67 mikron), míg a legmegfelelőbb tartományban a tanulmány tartomány 8-15 mikron.
Összesen sugárzás minden frekvencián nagyon gyorsan növekszik a hőmérséklet emelkedésével. Az energia spektruma által kibocsátott sugárzás egy fekete test felülete egység, arányos a negyedik hatványával annak hőmérsékletét. Például, egy objektum, amelynek a hőmérséklete konyha sütők (ami 2-szer magasabb mint a szobahőmérséklet abszolút hőmérsékleti skála - 600 300 K elleni K) bocsát ki, 16-szor több energiát egységnyi területen. Ez a minta az úgynevezett Stefan-Boltzmann-törvény. P = εσT 4. ahol σ - állandó, T - abszolút hőmérséklet, ε - emissziós. Így szerint a Stefan-Boltzmann törvény, a tényleges különbségek a sugárzás földfelszín társított objektumok különbségek értékeinek nem csak a hőmérséklet, hanem a emissziós. Ezért, ha dolgozik, távérzékelési adatokat a termikus infravörös tartományban, nem beszélünk a hőmérséklet, de a hő (legalább - sugárzás) kontrasztok.
Az arány közötti abszorbancia és emissziós az objektum által leírt Kirchhoff törvénye. G.Kirhgof bebizonyította, hogy az arány a emissziós és az abszorptivitás a test nem függ a természet és az összes szervek ugyanaz a frekvencia függvényében (hullámhossz), a sugárzás és hőmérséklet: szerinti Kirchhoff törvénye sugárzó test, amely elnyeli erőteljesen ezen a hőmérsékleten, amennyiben intenzitását kibocsátott.
A sugárzási tulajdonságait földi tárgyak
Nagyon fontos paraméter figyelembe venni a távoli tanulmány a felület, az emissziós a tárgy s. A tárgyak a környező világ - kőzetek, a talaj, a növények, a víz, stb - néhány tulajdonságokkal, különböző meghatározott sugárzás intenzitása a különböző tárgyak ugyanazon a hőmérsékleten. Ezek a különbségek hátterében a koncepció emissziós. A különbségek a emissziós a tárgy hatására a lehetetlensége közvetlenül detektáljuk a hőmérséklet a termikus tárgyak képei. Ha visszatérünk a Stefan-Boltzmann törvény, azt látjuk, hogy az intenzitás a hőmérsékleti sugárzás, megjelenik a hősugárzás infravörös képekkel (az érték a P a képletben), a magas hőmérséklet által állandó (határozza meg Planck törvénye sugárzás), mind az emissziós, amely, általánosságban elmondható, hogy ismeretlen.
Így a két objektum a föld felszínén lehet pontosan ugyanaz kinetikus hőmérsékleten, de jellemezhető különböző árakat hősugárzás révén vannak rögzítve, távérzékelési, mert a különbségek mértékű emisszióképesség. Az emissziós objektumok által meghatározott képeket, függhet az adott sor összefüggő tényezők mind az objektumok tulajdonságait és jellemzőit, így az adatok:
Színes. Tárgyak, amelyek sötétebb színű, jobban elnyeli és sugároz az elektromágneses energia (azaz jellemzi őket magasabb emissziós), mint a világosabb tárgyak, amelyek tükrözik a legtöbb bejövő felületükön energiát.
A felületi érdesség. Minél nagyobb a felületi érdessége az objektum hosszával összehasonlítva a hullám eset rajta, annál nagyobb az esély egy adott felületi energia abszorpció és a sugárzás.
Spressovanoy anyag. A emissziós a talaj, például fokától függ spressovanoy (összeállás): több porló anyagokkal van egy kisebb kapacitású hő felhalmozódását.
Térbeli kiterjedés és a forgatás engedéllyel. A emissziós kisebb tárgyak, és amely ezeket a nagyobb objektumok, ha a felvételt különböző felbontású változhat. Például, az emissziós egyetlen lapból mérve nagy felbontóképességű termikus Radiometer, más lesz, mint az egész fa koronát, látható radiometers alkalmazásával kisebb felbontású. Ez a tulajdonság figyelembe venni, ha a felvételt, nem csak a termikus tartományban, hanem a látható és a közeli infravörös tartományban.
Hullámhosszon. A emissziós sugárzás hullámhosszától függ a tárgy. Más tárgyak bocsátanak ki több különböző hullámhosszúságú. Különbségek a spektrális emissziós az objektum a termikus infravörös tartományban használják őket elválasztó multispektrális képek.
látószög. A emissziós egy tárgy függően változhat az a szög, amelyben rögzíti az érzékelő.
Az emissziós tökéletes feketetest vett egységét, valamint az összes valós objektumokat tartományban fekszik 0 és 1 közötti Különösen alacsony emisszió üveg és különböző fémek, ami a megjelenése képek a termikus infravörös tartományban jellemző sötét foltok helyét az épületek és szerkezetek üvegből vagy csiszolt fém tetők.
A emissziós Néhány anyag látható a táblázatban.