红外遥感探测的物理基础

2遥感的物理基础

第二章 电磁波及遥感物理基础一、电磁波 二、物体的发射辐射 三、物体的反射辐射 四、地物波谱特性的测定 五、大气对辐射的影响

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第二章 电磁波及遥感物理基础遥感技术是建立在物体电磁波辐射 理论基础上的。本章主要学习电磁波的 发射和反射特性、地物波谱特性曲线及 应用。

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第二章 电磁波及遥感物理基础为什么我们的眼睛能够看见东西？

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第二章 电磁波及遥感物理基础一、电磁波1.什么是电磁波？ 变化的电场和磁场交替产生，以有限的速 度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。 电磁波是一种横波。

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一、电磁波2.电磁波的特性

波动性 粒子性

干涉、衍射、偏振

光电转换

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(1)干涉：由两个(或两个以上)频 率、振动方向相同，相位相同或相位差 恒定的电磁波在空间叠加时，合成波振 幅为各个波的振幅的矢量和，因此会出 现交叠区某些地方振动加强、某些地方 振动减弱或完全抵消的现象。 微波遥感中的雷达是应用了干涉原理成像的

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(2)衍射：光通过有限大小的障碍物 时偏离直线路径的现象。

研究电磁波的衍射现象对设计遥感仪器和提高 遥感图像几何分辨率具有重要意义。另外在数字影 像的处理中也要

红外探测系统

一、概论 1、基本功能

探测系统是通过接收目标红外辐射，并把辐射能量转换电信号，经放大处理，从而实现对目标特征量测量以及对目标方位探测的一类系统。

? 根据功用及使用的要求，分类：

辐射计：用来测量目标的辐射量，如辐射通量、辐射强度、

辐射亮度等；

光谱辐射计：用来测量目标辐射量的光谱分布； 红外测温仪，测量辐射体的温度； 方位仪：测量目标在空间的方位； 报警器：警戒一定的空间范围。

2、基本组成

红外探测系统是利用目标自身发射出的辐射能对目标进行探测的。

大气辐射目标与背景辐射光学系统调制/扫描器红外探测器预处理电路制冷机

?光学系统、探测器和信号放大器是探测系统最基本的组成部

分。

?图中的位置编码器可以是调制盘系统、十字叉或L形系统或 扫描系统。

3、基本要求

从功用考虑，有以下两点要求： ? 有良好的检测性能和高的灵敏度

所谓系统的灵敏度，是指系统检测到目标时所得要的最小入射辐射能，它可以用最低的入射辐射通量(W)或最低的辐照度(W/cm)等来表示。

对点目标而言，系统所接收到的辐射能与距离平方成反比，因此系统的灵敏度实际上就决定了系统的最大作用距离。

方位仪或报警器通常是在距目标较远的地方工作，对这类仪器的作用距离是有

红外探测技术研究

1.红外图像仿真：

红外成像仿真研究始于上世纪 70 年代，研究人员在红外成像仿真领域经过不断探索和实践，取得了显著的研究成果。在红外目标的仿真方面，Dobbs提出了一种基于热能测量结果的红外辐射出射度计算方法。PRISM 较为全面地分析了目标自身与背景的综合作用。J. Stets等人对目标、地物和大气的效果进行了初步分析，仿真出空中飞行目标的红外图像。M. R. Whalen 更为深入地研究了飞行器蒙皮、排气口以及尾焰的辐射特性。N. Nandhakumar等人建立了基于八叉树算法的目标仿真模型，主要引入了内热源的影响。

在红外背景仿真方面，Geofferey.Y.Gardner等最早采用对实拍红外图像纹理贴图的方法来开展了红外背景的仿真。Cianciolo等人结合实际的云层场景，得到云背景的红外仿真图像。Hummel 等人同样从实际场景出发，仿真了地表图像。此外， Yossi Bushlin等通过对典型场景实测数据建模，提出了一种基于模型变化的红外背景仿真方法。

针对天基探测系统的仿真分析基本方法虽然与普通的成像系统相同，但是仿真建模中的侧重点却存在较大不同，应重点考虑对于天基探测系统性能分析结果具有重要影响的因素。国外

红外探测器

一、简介

红外探测器(Infrared Detector)是能把接收到的红外辐射能转换成一种便于计量的物理量的器件,将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。

红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出

大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。

二、发展历史

1800年，F.W.赫歇耳在太阳光谱中发现了红外辐射的存在。当时，他使用的是水银温度计，即最原始的热敏型红外探测器。

1830年，L.诺比利利用当时新发现的温差电效应(也称塞贝克效应)， 制成了一种以半金属铋和锑为温差电偶的热敏型探测器。称作温差电型红外探测器(也称真空温差电偶)。其后，又从单个温差电偶发展成多个电偶串联的温差电堆。

1880年，S.P.兰利利用金属细丝的电阻随温度变化的特性制成另一种热敏型红外探测器,称为测辐射热计。1947年,M.J.E.高莱发明一种利用气体热膨胀制成的气动型红外探测器（又称高莱管）

被动红外探测器

迪信公司生产的被动红外探测器有多种型号，不同型号的探测器有不同的技术指标和安装方式等。本节将选择两种被动红外探测器加以具体介绍以供参考，其他型号的被动红外探测器将列表示出。

10.1.1 DS940/DS940T被动红外探测器

1．概述

DS940是一个探测性能很强的被动红外动态探测器。它使用了先进的信号处理技术，提供了高超的探测和防误报性能。有人通过探测区域时，探测器将会探测区域内人体的活动。探测到动态后，探测器则会向控制主机发送一报警信号。

2．规格

²输入电源：9V~15VDC，标准待机电流为17mADC。

²待机电源：无内部待机电池。 ²继电器：A式常闭开关接点间最大额定值为125mA，28VDC，在电阻负载时，最大为18VAC。 ²防拆装置：DS940T常闭（带外壳）。接点间的额定值为28VDC，最大电流为125毫安。防拆回路连接一24小时保护电路。

²工作温度：-29℃~+49℃。U.L.认可的安装条件下，工作温度为0℃~+49℃。 ²湿度：0~85%（非凝固） ²尺寸：7.6cm³5.7cm³3.8cm

²可选装置：B335旋转安

摘要：该设计是一种双路红外遥控开关，它能分别控制两路负载，可用于控制灯具、电风扇、排风扇等家用电器，设计介绍了可控制1KHZ和3KHZ的红外遥控开关，除具有一般红外遥控的发射、接收及控制外，还特别设计了利用锁相环实现加密的功能。另外，由于使用的器件以及电路的性能都较好，它的抗干扰性也是很好的，特别适用于对发射和接收要求高的场合。 关键词：发射器；接收器；锁相环电路；红外遥控开关

1

目录

§1设计任务与要求 .......................................................................................................................... 3

一、设计选题 ........................................................................................................................... 3 二、设计任务 ......................................

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. 红外探测器原理及技术

1. 红外探测器特性参数

1.1红外探测器分类

红外探测器是一种辐射能转换器，主要用于将接收到的红外辐射能转换为便于测量或观察的电能、热能等其他形式的能量。根据能量转换方式，红外探测器可分为热探测器和光子探测器两大类。

热探测器的工作机理是基于入射辐射的热效应引起探测器某一电特性的变化，而光子探测器是基于入射光子流与探测材料相互作用产生的光电效应，具体表现为探测器响应元自由载流子（即电子和/或空穴）数目的变化。由于这种变化是由入射光子数的变化引起的，光子探测器的响应正比于吸收的光子数。而热探测器的响应正比于所吸收的能量。

热探测器的换能过程包括：热阻效应、热伏效应、热气动效应和热释电效应。光子探测器的换能过程包括：光生伏特效应、光电导效应、光电磁效应和光发射效应。

各种光子探测器、热探测器的作用机理虽然各有不同，但其基本特性都可用等效噪声功率或探测率、响应率、光谱响应、响应时间等参数描述。

1.2等效噪声功率和探测率

我们将探测器输出信号等于探测器噪声时，入射到探测器上的辐射功率定义为等效噪声功率，单位为瓦。由于信噪比为1时功率测量不太方便，可以在高信号电平下测量，再根据下式计算：

//d s n s n

HA P NEP V V V

《遥感应用分析原理月方法》课件

遥感地学分析

邓孺孺副教授中山大学地理学院 遥感与地理信息工程系

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目第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章

录

绪 论 遥感物理基础 遥感平台——传感器其信息特征 遥感平台 传感器其信息特征 遥感数据的预处理 遥感地学分析与应用方法 遥感在各地学领域的应用 遥感与GIS的结合 遥感与GIS的结合 GIS 定量遥感基础 遥感发展前沿介绍

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第一章 遥感物理基础第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 电磁波谱及有关概念 表征电磁辐射的物理量 电磁辐射源 大气对辐射传输的影响 地物的波谱特征

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第一节 电磁波谱及有关概念一、电磁波谱及其产生机理 二、电磁波谱的划分 三、电磁波谱的特性

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一、 电磁波谱及其产生机理(一)电磁波谱的概念 (二)电磁波谱的产生的物理机制

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(一)电磁波谱的概念电磁波谱 将各种电磁波按其波长的(频率) 将各种电磁波按其波长的(频率) 大小，依次排列成图表， 大小，依次排列成图表，这个图表就叫电磁波 谱。 是粒子(电子、原子、分子等) 电磁波 是粒

红 外 探 测 器 1．量子效率

在某一特定波长上，每秒钟产生的光电子数与入射光子数之比。对理想的探测器，入射一个光子发射一个电子，?(?)?1。当然实际上不是所有的光子都可以被吸收，因此?(?)?1。

探测器对波长为?处的量子效率可以表示为：

?(?)?IS/e P/hv?34?10 其中h?6.6260755J.S，是普朗克常数，e是元电荷。

2. 响应率

输出信号电压S与输入红外辐射功率P之比即：

R?S(V/W)或（A/W）P

3. 响应波长范围

单色响应率与波长的关系，称为光谱响应曲线或响应光谱。热敏型红外探测器的响应率与波长无关。光电型红外探测器有峰值波长通常取响应率下降到

?p和长波限?c。

?p一半所在的波长为?c。光电探测器只有在小于?c范围

有响应，因此称为选择性红外探测器。

对于光子探测器，仅当入射光子的能量大于某一极小值光电效应。就是说，探测器仅对波长小于?c，或者频率大于

时才能产生 的光子才有响

应。因此，光子探测器的响应随波长线性上升，然后到某一截止波长?c突然下降为零。

而热型探测器响应波长无选择性，对可见光到远红外的各种波长

电子技术课程设计 综述 随着时代的不断进步，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。 前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射/收以及微波等技术为基础。而这里所设计的被动式红外报警器则采用的传感元件——热释电红外传感器。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。 1 红外线探测报警电路 1.红外探测、控制原理、发射与接收电路 1.1红外探测/控制基本原理 1.1.1红外线辐射及近红外光谱 红外辐射又称为红外线或红外光。红外光是人眼看不见的光，是一种电磁波