Мочохэоьатор

И в некоторых случаях она может обеспечить свое собственное юкно прозрачности и спектральную фильтрацию*.

Поток энергии: сигнал и шум. Многоспектральный сканер можно рассматривать как датчик излучения, дающий изображение в спектральном виде; излучение приходит от значительно удаленного объекта. Ранее мы рас смотрели различные методы скани рования и фокусирования излуче ния, идущего от исследуемого объ екта и попадающего на дисперги рующую оптику (монохроматор) На рис. 11.41 дан общий вид много спектрального сканера [15]. Энер гия идет от элемента разрешения на местности через атмосферу в апертуру сканера. Размер эффективной апертуры сканера определяется площадью собирающего зеркала. Фокусное расстояние сканера и, следовательно, его поле зрения определяются фокусным расстоянием собирающего зеркала и оптикой входной щели монохроматора. Электромагнитная энергия в моно-хроматоре и в диапазоне длин волн от Я до Я+АЯ выражается как

Мотор / - Сканирующее • зеркало j ф j

Собир.зющее зеркало Ар , (апертура \ сканере)

Входная щель

Площадь элемента разрешения на местности А А

Рис. 11.41. Схема системы датчиков на борту самолета [15]

ф = TaL)ApAX Вт,

(11.26)

где Та - Прозрачность атмосферы; L - спектральная плотность энергетической яркости элемента разрешения на местно- , СТИ, Вт/(м2-ср-мкм); Лр-апертура сканера, м; ip - МПЗ ; сканера, рад.

Спектральная плотность энергетической яркости элемента разрешения на местности есть или отраженное солнечное излучение, или тепловое излучение площадки земли, зависящее от ее температуры. Спектральная плотность энергетической яркости этой сцены, если рассматривать отраженное от Солнца излучение.

Lx = - ERcosQs Вт/(м2-ср-мкм),

(11.27)

* В отражательных системах некоторые вторичные оптические компоненты неизменно оказываются частично лежащими на пути излучения, которое идеально должно падать на первичное зеркало (см. рис. 11.40). Это не дает потерь в изображении, но делает его несколько тусклым. Такое свойство отражательных систем называют первичным маскированием.

где Е%-спектральная плотность энергетической освещенности элемента разрешения на местности, Вт/(м2-мкм); 0s - угол-Солнца, рад; R - коэффициент двунаправленного отражения,, безразмерная величина.

Отметим, что в этом уравнении предполагается, что R - это КДО сцены и что обычно это функция угла зрения бортовой сканирующей системы, как на рис. 11.42, а также угла Солнца i[l5]. Для простоты предположим здесь, что ,i? = 0,l и не зависит от угла зрения. В дальнейших вычислениях, чтобы получить рис. 11.42, используем модель солнечного излучения (см. рис, II.1). Рассматривая излучение в дальнем инфракрасном диапазоне, предположим, что исследуемый объект представляет собой абсолютно черное тело с излучательной способностью около 1 при температуре 300 К. Объединяя всю эту информацию, мы можем построить графики, показанные на рис. 11.43 [15]. Чтобы получить представление о потоке энергии, попадающем в сканер, рассмотрим типичную ситуацию. Вычислим значение Ф для спектрального диапазона 0,62-0,68 мкм для объекта с 10%-ным коэффициентом отражения, предполагая, что сканер имеет мгновенное поле зрения в 3 мрад и диаметр первичного зеркала 0,087 м. Кроме того, предположим, что-та = 0,5; =28 Вт/(м2-мкм-ср); Лрр2 = 5,37Х10-« м-ср; = 0,68-0,62 мкм = 0,06 мкм.

Тогда в соответствии с уравнением (11.26) получим

Ф = 0,5x28x5,37x10-8x0,6 = 4,5x10-8 Вт. (11.28)*

Рассмотрим другую задачу. Определим энергию при тех же условиях, но для абсолютно черного тела при температуре 300 К в спектральном диапазоне 10-12 мкм. Здесь Ьх = = 9,5 Вт/(м2-ср-мкм); ДЯ, = 2,0 мкм и

ф = 0,5x9,5x5,37x10-8x2,0 = 5,1x10-7 Вт. (1I.29)-

Эти вычисления дают нам общее представление о величине энергии, попадающей в многоспектральный сканер. Как же на входные данные сканера влияет шум? В основном шум ограничивает способность сканера обнаруживать изменения в отражении. Это проиллюстрировано рис. 11.44. Он также ограничивает способность сканера различать изменения в температуре и излучательной способности в той части спектра, где преобладают тепловые эффекты (рис. 11.45) [15].

Изменение потока энергии, попадающей в сканер, вызванное изменением L%, таково:

АФ = ТаЛ/.;Лр2ЛЯ =-ц Та/.хЛр2АЯ Вт. (11.30)

Тогда

ДФ = -Ф Вт. (Il.3l>

Спектральная плотность энергетической яркости £ сцены (отражательная):

в$ - угол Солнца

R - двунаправленный коэффициент отражения сцены

(Чистая атмосфера)

R = 0,1 (растительность, почва)

1.0 1,5 2,0

Длина полны (мкм)

Рис. П.42. Измеренное сканером отраженное солнечное излучение:

а - измерение спектральной плотности энергетической яркости, б - спектральная плотность энергетической яркости в отражательном диапазоне [15]

...........2

Кривая с логарифмическими масштабами по осям

С,; 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,8 1,0 !,5 2

Дни-а зопчи (/.км)

.3 4 5 6 S Ю !5

Рис. 11.43. Спектральная плотность энергетической яркости трех различных сцен в отражательном и излучающем диапазонах длин волн:

I - в,=45°, R=0,1, Т=300 К, г = 1,0; 2 - типичная земная раститель-

ность: 3 - типичная светлая почва [15]