Конус, покрытый краской с высокой излучательной способностью

Водная ванна с регулируемой температурой

ВОЙ инфракрасной области спектра/ для этого требуется, чтобы было получено тело, обладающее очень высокой излучательной способностью, и чтобы можно было точно контролировать его температуру. Исходящее от такого абсолютно черного тела излучение точно известно и может быть использовано при калибровке прибора.

Как показано на рис. П.35, удобный эталон абсолютно черного тела - это коническая структура. Конус используется потому, что если поверхность с высокой излучательной способностью имеет такую форму, то получаем в результате увеличенный в несколько раз коэффициент излучательной способности

[13]. Структура с особенно высокой излучательной способностью (приблизительно 0,999) получается из меди, покрытой лаком с высокой излучательной способностью, таким, как Эппли Парсонс Блэк [14]. В силу своей высокой удельной теплопроводности медная основа обеспечивает однородную температуру всей структуры. Далее конус погружается в хорошо изолированную ванну с водой, температуру которой можно регулировать с точностью до 0,1 °С. Для равномернога распределения воды вокруг теплоизолированной структуры используется перемешивающий мотор; температура воды измеряется; прецизионными термометрами. Затем абсолютно черное тело> помещают ниже входной апертуры прибора и одновременно записывают температуру абсолютно черного тела и выходной сигнал прибора. Обычно в поле используют два абсолютно черных тела, температуры которых попадают в температурный диапазон сцены. Это значит, что одно абсолютно черное тело имеет температуру чуть ниже минимальной ожидаемой температуры сцены, а температура другого - чуть выше максимальной ожидаемой температуры сцены.

Если диапазон температур сцены невелик относительно ее-абсолютной средней температуры, то между выходным сигналом прибора и действительной температурой излучения сцены может быть установлена линейная зависимость. Если диапазон температур сцены составляет значительную часть ее абсолютной средней температуры (например, 0,1), тогда в процедуре нелинейной калибровки для получения температуры излучег1ия как функции длины волны должен быть использован закон излучения Стефана - Больцмана (см. разд. П.1). Это предполагает, что излучательная способность сцены постоянна по всему диапазону длин волн. Наоборот, можно предположить, что температура сцены постоянна, и установить излучательную спо-82

Рис. 11.35. Полевой тепловой калибровочный эталон

собность, зависящую от длины волны, от 7 до 15 мкм. Способ интерпретации тепловых данных - дело вкуса и зависит в значительной мере от конкретной исследуемой проблемы.

Спектральные информационные системы. На первый взгляд кажется, что сбор спектральной информации в полевых условиях- простая процедура. Действительно, относительно легко взять прибор для спектральных измерений в поле, получить

Перфорирование

Файл

! Обработка калибровочных данных

Откалиброванные данныа

Библиотечные магнитные ленты данных спектрометра

Специальная последующая обработка

Специальные библиотечные магнитные ленты

Рис. 11.36. Поток данных в полевой инструментальной системе (МСЛ - машинно-совместимая магнитная лента)

спектры, опубликовать получивщиеся спектры и закончить относительно простым экспериментом и результатом. Однако результаты такой простой процедуры могут быть очень малоправдоподобными, поскольку дополнительные данные, связанные со спектрами, будет очень трудно воспроизвести, пока не созданы тщательные процедуры, связывающие спектры с другими экспериментальными переменными.

На рис. 11.36 показан поток данных в полевой инструментальной системе, сконструированной так, чтобы обеспечить объединение дополнительных и спектральных данных. Данные, полученные спектральным измерительным прибором, представлены в двух основных формах: магнитная лента и твердая копия. Данные в виде твердой копии служат для подкрепления данных на магнитной ленте в случае неопределенности, возни-6* 83

кающей при обработке последних. Бланки полевых записей готовятся во время получения спектральных данных, так что перфокарты можно приготовить во время оцифровки спектральных данных (перевода их в машинный формат). Затем дополнительные данные объединяются с записанными на магнитной ленте спектральными данными и к каждому набору спектральных данных присоединяются идентифицирующие заголовки. Фотографические данные, полученные одновременно со спектральными данными, помешаются в систему, хранящую записи, так что идентифицирующую информацию в записях на магнитной ленте можно объединить и сравнить с фотографическими данными. Это дает аналитику данных, исследующему с помощью полевой системы определенный спектр, возможность получить детальное представление, как выглядит сцена, об агрономических и метеорологических ее вариациях, которые часто являются решающими факторами правильной интерпретации спектральных данных.

На рис. 11.37 приведен пример некоторых типичных выход-ных данных полевой системы спектральных данных, используемой в Лаборатории прикладных дистанционных исследований; университета Пэдью. Заголовок, соответствующий спектрам, содержит всю важную информацию о сцене в момент получения спектров. Аналитик может взять спектры в цифровом виде на магнитной ленте и обработать их с использованием машинных, программ, ориентированных на извлечение интересующей егО информации.

Дополнительные аспекты эффективной обработки спект;-ральных данных рассмотрены в разд. IV.3.

Многоспектральные построчно-прямолинейные сканеры

Многоспектральные построчно-прямолинейные сканеры (или просто многоспектральные сканеры) дают изображение после-довательно. Работу многоспектрального сканера удобно показать с помощью представленной на рис. П.38 функциональной блок-схемы. Объект сканируется растровым образом (строка за единицу времени), обычно оптико-механической системой. Излучение проходит через собирающую оптическую систему, создающую мгновенное поле зрения (МПЗ). Общее поле зрения (ОПЗ) создается сканирующим движением оптической системы. Затем с помощью диспергирующих призм, дифракционных решеток, дихроичных зеркал или фильтров излучение разлагается на спектральные составляющие. Набор детекторов улавливает диспергированное излучение. Детекторы в пространстве расположены так, чтобы соответствующие детекторы могли улавливать тот диапазон длин волн, к которому они чувствительны.

Сигналы, идущие с каждого детектора, усиливаются и обрабатываются (проходят через фильтры и/или оцифровываются)-