黑體校正演算法

1. 請問紅外線測溫儀的工作原理

紅外線測溫儀是利用波長在0.76～100μm之間的紅外線，對物體進行掃描成像，來進行對物體的設備在線故障診斷和安全保護以及節約能源等，因此，紅外線測溫儀一直以來都是國家研究的重要項目，包括在日常生活中，甚至在醫學領域中，都是充當著一個重要的角色，為我們檢測出許許多多存在卻看不見的問題，但是他的工作原理是什麼?小編為你們解釋。

紅外測溫的理論原理

在自然界中，當物體的溫度高於絕對零度時，由於它內部熱運動的存在，就會不斷的向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位於0.75μm~100μm的紅外線。他最大的特點是在給定的溫度和波長下，物體發射的輻射能有一個最大值，這種物質稱為黑體，並設定他的反射系數為1，其他的物質反射系數小於1，稱為灰體，由於黑體的光譜輻射功率P(λT)與絕對溫度T之間滿足普朗克定。說明在絕對溫度T下，波長λ處單位面積上黑體的輻射功率為P(λT)。根據這個關系可以得到相應的的關系曲線，即可的出：

(1)隨著溫度的升高，物體的輻射能量越強。這是紅外輻射理論的出發點，也是單波段紅外測溫儀的設計依據。

(2)隨著溫度升高，輻射峰值向短波方向移動(向左)，並且滿足維恩位移定理，峰值處的波長與絕對溫度T成反比，虛線為處峰值連線。這個公式告訴我們為什麼高溫測溫儀多工作在短波處，低溫測溫儀多工作在長波處。

(3)輻射能量隨溫度的變化率，短波處比長波處大，即短波處工作的測溫儀相對信噪比高(靈敏度高)，抗干擾性強，測溫儀應盡量選擇工作在峰值波長處，特別是低溫小目標的情況下，這一點顯得尤為重要。

紅外線測溫儀的原理

紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。被測物體和反饋源的輻射線經調制器調制後輸入到紅外檢測器。兩信號的差值經反放大器放大並控制反饋源的溫度，使反饋源的光譜輻射亮度和物體的光譜輻射亮度一樣。顯示器指出被測物體的亮度溫度。

這是小編總結的紅外線測溫儀的原理，大家是否清楚知道了?就是測量溫度在絕對零度以上的物體，都會因自身的分子運動而輻射出的紅外線。它在檢查、維修和標定的溫度方面能夠大大提高工作效率，節約時間，提高設備和系統的可用率。紅外線測溫儀現在已經用於電力、冶金、石化等多個方面了，甚至連航空運輸方面也是紅外線測溫儀的領域。

2. 黑體在紅外熱像儀中的作用是什麼怎麼實現的（已經有人告訴我說是校正，但我不理解，怎麼矯正的）

什麼是黑體？（1）在任何條件下，完全吸收任何波長的外來輻射而無任何反射的物體。（2）吸收比為1的物體. （3）在任何溫度下，對入射的任何波長的輻射全部吸收的物體。任何物體都具有不斷輻射、吸收、發射電磁波的本領。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關，因而被稱之為熱輻射。為了研究不依賴於物質具體物性的熱輻射規律，物理學家們定義了一種理想物體——黑體(black body)，以此作為熱輻射研究的標准物體。所謂黑體是指入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射( 當然黑體仍 黑體輻射然要向外輻射)。基爾霍夫輻射定律(Kirchhoff)，在熱平衡狀態的物體所輻射的能量與吸收率之比與物體本身物性無關,只與波長和溫度有關。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度下，黑體必然是輻射本領最大的物體，可叫作完全輻射體。
在紅外熱成像中不同物質輻射出來的電磁波是永不相交的，這種黑體只是一個參照物，相當於一個零點。但現實世界不存在這種理想的黑體，那麼用什麼來刻畫這種差異呢?對任一波長， 定義發射率為該波長的一個微小波長間隔內， 真實物體的輻射能量與同溫下的黑體的輻射能量之比。顯然發射率為介於0與1之間的正數，一般發射率依賴於物質特性、 環境因素及觀測條件。如果發射率與波長無關，那麼可把物體叫作灰體(grey body)， 否則叫選擇性輻射體。
紅外熱像儀在長期使用的過程中會受外部因素影響，而造成誤差，所以需要用黑體來校準。

3. 校準紅外熱成像儀為什麼用黑體輻射源

【校準紅外熱成像儀用黑體輻射源的原因】嚴格意義上說，黑體輻射源是—個被定義為具有較高輻射發射率與吸收性能的理想物體，其特點主要是：
1、可以吸收所有的輻射；
2、在波長—定情況下，沒有物體能夠比同溫度的黑體發射更多的能量；
3、黑體為—個漫發射體。
人們使用黑體已經有70餘年的時間了，用黑體為實驗室與野外測試提供輻射源作為標准參考依據。之後的一段時間，用黑體輻射源測定與檢驗熱成像儀的工作參數。在實際的應用中，近幾十年，黑體源作為參數依據，其整體性並沒有出現太大的變化，但是紅外熱成像儀卻發展的很快．熱像儀的校準要求黑體從單個的形式變為陳列分布，從—維向二維變化。黑體再不是以單個的形式出現，而是—個陳列，並且靈敏度的要求也上了幾個數量級。
黑體是用於標定紅外系統的基準源，它的光譜能量是可以通過計算而獲得，是工業、實驗室、科研、國防用來標定紅外點式測溫儀、線型掃描測溫儀、熱成像儀的標准源。在國防領域，可以作為整套光電測試系統的一部分。

常用黑體輻射源，用數字顯示文控器來控制輻射源溫度，可在環境溫度與1100℃范圍內任意設置黑體輻射溫度。精密熱電阻、熱電偶裝在黑體輻射源的內部，能提高黑體的精度和重復性。利用PID溫控器使用黑體輻射溫度解析度達到最高0.1℃，黑體輻射源使用了耐熱而性能穩定的保濕材料，具有壽命長、溫度穩定快的特點。其內部結構設計緊湊，便於攜帶，使用方便，是溫度測量儀器進行溫度校準的較理想的目標源。

4. 什麼是紅外學習，它的原理是什麼

1. 紅外學習是通過一個遙控器對多個遙控器學習，達到減少遙控器使用數量目的，方便家庭使用。

2. 遙控器由紅外接收及發射電路、信號調理電路、中央控制器8031.程序及數據存儲器、鍵盤及狀態指示電路組成。

   遙控器有兩種狀態：學習狀態和控制狀態。當遙控器處於學習狀態時，使用者每按一個控制鍵，紅外線接收電路就開始接收外來紅外信號，同時將其轉換成電信號，然後經過檢波、整形、放大，再由CPU定時對其采樣，將每個采樣點的二進制數據以8位為一個單位，分別存放到指定的存儲單元中去，供以後對該設備控制使用。當遙控器處於控制狀態時，使用者每按下一個控制鍵，CPU從指定的存儲單元中讀取一系列的二進制數據，串列輸出（位和位之間的時間間隔等於采樣時的時間間隔）給信號保持電路，同時由調制電路進行信號調制，將調制信號經放大後，由紅外線發射二極體進行發射，從而實現對該鍵對應設備功能的控制。

5. booth演算法的證明

比較好的帶符號數乘法的方法是布斯(Booth)演算法。它採用相加和相減的操作計算補碼數據的乘積。Booth演算法對乘數從低位開始判斷，根據兩個數據位的情況決定進行加法、減法還是僅僅移位操作。判斷的兩個數據位為當前位及其右邊的位(初始時需要增加一個輔助位0)，移位操作是向右移動。在上例中，第一次判斷被乘數0110中的最低位0以及右邊的位(輔助位0)，得00；所以只進行移位操作；第二次判斷0110中的低兩位，得10，所以作減法操作並移位，這個減法操作相當於減去2a的值；第三次判斷被乘數的中間兩位，得11，於是只作移位操作；第四次判斷0110中的最高兩位，得01，於是作加法操作和移位，這個加法相當於加上8a的值，因為a的值已經左移了三次。
一般而言，設y=y0,yly2…yn為被乘數，x為乘數，yi是a中的第i位(當前位)。根據yj與yi+1的值，Booth演算法表示如下表所示，其操作流程如下圖所示。在Booth演算法中，操作的方式取決於表達式(yi+1-yi)的值，這個表達式的值所代表的操作為：
0 無操作
+1 加x
-1 減x
Booth演算法操作表示
yi yi+1 操作 說明
0 0 無 處於0串中，不需要操作
0 1 加x 1串的結尾
1 0 減x 1串的開始
1 1 無 處於1串中，不需要操作
乘法過程中，被乘數相對於乘積的左移操作可表示為乘以2，每次循環中的運算可表示為對於x(yi+1-yi)2^31-i項的加法運算(i=3l，30，…，1，0)。這樣，Booth演算法所計算的結果 可表示為：
x×(0-y31)×2^0
+x×(y31-y30)×2^1
+x×(y30-y29)×2^2
…
[1]+x×(y1-y0)×2^31
=x×(-y0×231 +y1×2^30 +y2×2^29+y31×2^0)
=x×y
例：用Booth演算法計算2×(-3)。
解：[2]補=0010， [-3]補=1101，在乘法開始之前，R0和R1中的初始值為0000和1101，R2中的值為0010。
在乘法的第一個循環中，判斷R1的最低位和輔助位為10，所以進入步驟1c，將R0的值減去R2的值，結果1110送人R0，然後進入第二步，將R0和Rl右移一位，R0和R1的結果為11110110，輔助位為l。
在第二個循環中，首先判斷Rl的最低位和輔助位為0l，所以進入步驟1b，作加法，R0+R2=1111+0010，結果0001送入R0，這時R0R1的內容為0001 0110，在第二步右移後變為0000 1011，輔助位為0。
在第三次循環中，判斷位為10，進入步驟lc，R0減去R2，結果1110送入R0，R1不變；步驟2移位後R0和R1的內容為1111 01011，輔助位為1。
第四次循環時，因兩個判斷位為11，所以不作加減運算，向右移位後的結果為1111 1010，這就是運算結果(—6)。
這個乘法的過程描述如下表所示，表中乘積一欄表示的是R0、R1的內容以及一個輔助位P，黑體字表示對兩個判斷位的判斷。
用Booth補碼一位乘法計算2 ×(-3)的過程
循環
步驟
乘積（R0,R1, P）
0
初始值
0000 1101 0
第一次循環
1c：減0010
1110 1101 0
2：右移1位
1111 0110 1
第二次循環
1b：加0010
0001 0110 1
2：右移1位
0000 1011 0
第三次循環
1c：減0010
1110 1011 0
2：右移1位
1111 0101 1
第四次循環
1a：無操作
1111 0101 1
2：右移1位
1111 1010 1
4．補碼兩位乘
補碼兩位乘運算規則是根據補碼一位乘的規則，把比較yiyi+1的狀態應執行的操作和比較yi-1yi 的狀態應執行的操作合並成一步，便可得出補碼兩位乘的運算方法。
補碼兩位乘法運算規則如下
判斷位yi-1y iyi+1
操作內容
000
[zi+1]補=2-2[zi]補
001
[zi+1]補=2-2{[zi]補+[x]補}
010
[zi+1]補=2-2{[zi]補+[x]補}
011
[zi+1]補=2-2{[zi]補+2[x]補}
100
[zi+1]補=2-2{[zi]補+2[-x]補}
101
[zi+1]補=2-2{[zi]補+ [-x]補}
110
[zi+1]補=2-2{[zi]補+-x}補}
111
[zi+1]補=2-2[zi]補
由上表可見，操作中出現加2[x]補和加2[-x]補，故除右移兩位的操作外，還有被乘數左移一位的操作；而加2[x]補和加2[-x]補，都可能因溢出而侵佔雙符號位，故部分積和被乘數採用三位符號位。
例：[x]補=0.0101，[y]補=1.0101 求： [x�6�1 y]補。
解：求解過程如下表所示。其中乘數取兩位符號位即11.0101,[-x]補=1.1011取三符號位為111.1011。
部分積
乘數
說 明
000.0000
+ 000.0101
1101010
判斷位為010，加[x]補
000.0101
000.0001
+ 000.0101
0111010
→2位
判斷位為010，加[x]補
000.0110
000.0001
+ 111.1011
01
1001110
→2位
判斷位為110，加[-x]補
111.1100
1001
最後一步不移位，得[x�6�1 y]補
故[x�6�1 y]補=1.11001001
可見，與補碼一位乘相比，補碼兩位乘的部分積多取一位符號位（共3位），乘數也多取一位符號位（共2位），這是由於乘數每次右移2位，且用3位判斷，故採用雙符號位更便於硬體實現。可見，當乘數數值位為偶數時，乘數取2位符號位，共需作n/2次移位，最多作n/2+1次加法，最後一步不移位；當n為奇數時，可補0變為偶數位，以簡化邏輯操作。也可對乘數取1位符號位，此時共作n/2+1次加法和n/2+1次移位（最後一步移一位）。
對於整數補碼乘法，其過程與小數乘法完全相同。為了區別於小數乘法，在書寫上可將符號位和數值位中間的「.」改為「，」即可。
再補充一道例子，增加一下理解。呵呵
例1.37 設被乘數M=0111（7），乘數Q=0011（3），相乘過程如下：(其中的①②……是我自己加上去的)
A Q Q-1
①００００００１１ ０ 初始值
②１００１ ００１１０ A=A-M
③１１００１００１１右移（第1次循環）
④１１１００１００１右移（第2次循環）
⑤０１０１０１００１A=A+M
⑥００１０１０１００右移（第3次循環）
⑦０００１０１０１０右移（第4次循環）
乘法運算結束後，所得結果共8位，A寄存器中是乘積的高位部分，Q寄存器中是乘積的低位部分，即乘積=0010101=(21)(十進制）
例１.38設被乘數M=0111(7),乘數Q＝１１０１（－３），相乘過程如下：
A ＱＱ－１
００００１１０１０初始值
１００１１１０１０Ａ＝Ａ－Ｍ
１１００１１１０１右移（第１次循環）
００１１１１１０１Ａ＝Ａ＋Ｍ
０００１１１１１０右移（第２次循環）
１０１０１１１１０Ａ＝Ａ－Ｍ
１１０１０１１１１右移（第３次循環）
１１１０１０１１１右移（第４次循環）
乘積=11101011=(-21)(十進制)

6. 黑體在紅外測溫儀中有什麼作用啊越詳細越好，謝謝 急！

什麼是黑體？（1）在任何條件下，完全吸收任何波長的外來輻射而無任何反射的物體。（2）吸收比為1的物體. （3）在任何溫度下，對入射的任何波長的輻射全部吸收的物體。任何物體都具有不斷輻射、吸收、發射電磁波的本領。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關，因而被稱之為熱輻射。為了研究不依賴於物質具體物性的熱輻射規律，物理學家們定義了一種理想物體——黑體(black body)，以此作為熱輻射研究的標准物體。所謂黑體是指入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射( 當然黑體仍 黑體輻射然要向外輻射)。基爾霍夫輻射定律(Kirchhoff)，在熱平衡狀態的物體所輻射的能量與吸收率之比與物體本身物性無關,只與波長和溫度有關。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度下，黑體必然是輻射本領最大的物體，可叫作完全輻射體。
在紅外熱成像中不同物質輻射出來的電磁波是永不相交的，這種黑體只是一個參照物，相當於一個零點。但現實世界不存在這種理想的黑體，那麼用什麼來刻畫這種差異呢?對任一波長， 定義發射率為該波長的一個微小波長間隔內， 真實物體的輻射能量與同溫下的黑體的輻射能量之比。顯然發射率為介於0與1之間的正數，一般發射率依賴於物質特性、 環境因素及觀測條件。如果發射率與波長無關，那麼可把物體叫作灰體(grey body)， 否則叫選擇性輻射體。
紅外熱像儀在長期使用的過程中會受外部因素影響，而造成誤差，所以需要用黑體來校準

7. 紅外測溫儀怎麼校準

一、在黑體輻射源上，用二等以上標准熱電偶、光電高溫計或精度等級高於被校準紅外測溫儀的紅外測溫儀為標准，調校即可。

二、一切溫度高於絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布——與它的表面溫度有著十分密切的關系。

因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能准確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。

(7)黑體校正演算法擴展閱讀：

一、黑體輻射定律：

黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發射率為1。

應該指出，自然界中並不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發點，故稱黑體輻射定律。

二、物體發射率對輻射測溫的影響：

自然界中存在的實際物體，幾乎都不是黑體。所有實際物體的輻射量除依賴於輻射波長及物體的溫度之外，還與構成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態和環境條件等因素有關

因此，為使黑體輻射定律適用於所有實際物體，必須引入一個與材料性質及表面狀態有關的比例系數，即發射率。

該系數表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小於1的數值之間。根據輻射定律，只要知道了材料的發射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。

參考資料來源：網路-紅外測溫儀

參考資料來源：網路-黑體輻射定律

8. 大氣校正

遙感器接收目標輻射或反射的電磁波所形成的遙感原始圖像與目標相比是失真的，這是因為在太陽-大氣-目標-大氣-遙感器的光線傳播路徑中，許多因素的影響造成接收的信號不能准確的反映地表物理特徵。這些因素歸結為以下幾個方面：

（1）大氣內容物的影響

大氣主要由大氣分子和氣溶膠組成，這兩者的影響行為是不相同的。大氣分子瑞利散射、氣溶膠的Mie散射；大氣分子與氣溶膠的吸收及兩者的耦合作用。一方面，大氣的吸收導致消光，減少了輻射量，降低了圖像對比度，使圖像變得暗淡；另一方面，大氣散射導致的程輻射，增加了輻射量。

（2）表面因素的貢獻

在一般的應用中，為了簡化計算，假定地表為朗伯體，反射與方向無關。事實上任何錶面在物理特性與物質結構上都不是理想朗伯體，因此認為地面是朗伯體會帶來誤差，而當地表方向反射特性突出時，假設地面是朗伯體的大氣糾正方法精度受到限制。另一個因素是由於大氣散射的存在，鄰近像元的反射光也會進入目標視場從而影響輻射量，即交叉輻射。

（3）地形因素的影響

目標高度與坡向會對輻射造成影響。

（4）太陽輻射光譜的影響

太陽本身是一個黑體，其光譜輻射按照普朗克定律有一定的形狀，這個因素在反射率反演中需要予以考慮。

由以上可知，大氣對光學遙感的影響是十分復雜的。為此，學者們嘗試著提出不同的大氣糾正模型來模擬大氣的影響。但是對於任一幅圖像，其對應的大氣數據幾乎是永遠變化的，且難以獲得，因而應用完整的模型糾正每個像元是不可能的。最早的大氣糾正方法是從圖像本身來估計大氣參數，反復運用大氣模擬模型進行糾正。結合地面實況數據進行大氣校正是另一種方法，其包括兩種類型：一種是通過地面測定大氣參數（如可見光近紅外的氣溶膠的密度及紅外區域的水汽濃度），再結合輻射傳輸方程作近似求解；另一種是測得地面目標物的反射率，再與圖像數據進行比較來消除大氣的影響。地面同步測量有助於提高精度，但是卻需要人力物力，且應用區域也有限。此外還有一些大氣糾正的方法。例如在同一平台上，除了安裝獲取目標圖像的遙感器以外，也安裝上專門測量大氣參數的遙感器，利用這些數據進行大氣校正。

3.4.1 基於影像特徵的校正模型

基於圖像特徵的相對校正法是在沒有條件進行地面同步測量的情況下，借用統計方法進行圖像相對反射率轉換。從理論上來講，基於圖像特徵的大氣校正方法都不需要進行實際地面光譜及大氣環境參數的測量，而是直接從圖像特徵本身出發消除大氣影響，進行反射率反演，基本屬於數據歸一化的范疇。精確的大氣校正需要精確的測量大氣參數和復雜的運算，這些在許多遙感應用中，往往很難滿足。並且在某些應用中不一定需要絕對的輻射校正。此時，這種基於圖像的相對校正就能滿足其要求。

基於圖像特徵的相對校正法主要有內部平均法、平場域法、對數殘差法等。

（1）內部平均法

假定一幅圖像內部的地物充分混雜，整幅圖像的平均光譜基本代表了大氣影響下的太陽光譜信息。因而，把圖像DN值與整幅圖像的平均輻射光譜值的比值確定為相對反射率光譜，即

ρ_λ ＝ R_λ /F_λ （3.21）

式中：R_λ為像元在該波段的輻射值；F_λ為整幅圖像的平均輻射光譜值；ρ_λ為該像元的相對反射率。

（2）平場域法

平場域法是選擇圖像中一塊面積大且亮度高而光譜響應曲線變化平緩的區域，利用其平均光譜輻射值來模擬飛行時大氣條件下的太陽光譜。將每個像元的DN值與該平均光譜輻射值的比值作為地表反射率，以此來消除大氣的影響。

ρ_λ ＝ R_λ /F_λ （3.22）

式中：R_λ為像元在該波段的輻射值；F_λ為平場域的平均輻射光譜值；ρ_λ為該像元的相對反射率。

利用平場域消除大氣影響並建立反射率光譜圖像有兩個重要的假設條件：一個是平場域自身的平均光譜沒有明顯的吸收特徵；另一個是平場域輻射光譜主要反映的是當時大氣條件下的太陽光譜。

平場域模型已廣泛應用於遙感數據處理中，它是在內部平均法模型基礎上發展起來的，這種模型克服了內部平均法模型易受像幅內吸收特徵影響而出現假反射峰的弱點，而且計算量更小，其不足之處在於選取光譜地理平台單元時，會引入人為的誤差，而且需要對研究區內地物光譜有一定的先驗了解，當選取具有不同反射率等級的地理平台單元時，會引出不同處理結果。當研究區位於山區或其他地形起伏較大的復雜地區時，選擇地理平台單元較為困難。

（3）對數殘差法

對數殘差法的意義是為了消除光照及地形因子的影響。按照一定的規則調節每個像元值，使其在每一個被選定的波段上的值等於整個圖幅的最大值，然後對每一個波段減去其歸一化後的平均值。假設有：

DN_ij ＝ T_iR_ijI_j （3.23）

式中：DN_ij為像元i的j波段的灰度值；T_i 為像元i處表徵表面變化的地貌因子，對確定的像元所有的波段該值都相同；R_ij為像元i波段j的反射率；I_j為波段j的光照因子。

由表3.12我們可以看出，以上三種方法中，只有殘差圖像法是真正意義上的輻射校正。

表3.12 高光譜基於圖像特徵的相對校正法對各種影響輻射的物理因素的補償能力比較

3.4.2 地面線性回歸經驗模型

基於地面線性回歸經驗模型法是一個比較簡便的定標演算法，國內外已多次成功地利用該模型進行遙感定標實驗。它首先假設地面目標的反射率與遙感器探測的信號之間具有線性關系，通過獲取遙感影像上特定地物的灰度值及其成像時相應的地面目標反射光譜的測量值，建立兩者之間的線性回歸方程式，在此基礎上對整幅遙感影像進行輻射校正。該方法數學和物理意義明確，計算簡單，但必須以大量野外光譜測量為前提，因此成本較高，對野外工作依賴性強，且對地面定標點的要求比較嚴格。這種方法僅適用於地面實況數據特定的地區及時間。

3.4.3 利用波段特性進行大氣校正

在利用衛星遙感中，有相當部分的大氣散射光未經過地物反射，通過大氣吸收後，直接進入感測器。我們叫這種輻射為程輻射。嚴格地說，程輻射的大小與像元位置有關，隨大氣條件、太陽照射方向和時間變化而變化，但因其變化量微小而忽略。可以認為，程輻射度在同一幅圖像的有限面積內是一個常數，其值的大小隻與波段有關。一般來說，程輻射度主要來自米氏散射，即散射主要發生在短波波段，其散射強度隨波長的增大而減小，到紅外波段基本接近於零。可以把近紅外波段作為無散射影響的標准圖像，通過對不同波段圖像的對比分析來計算大氣影響。根據這個原理主要有三種方法：單影像直方圖調整法、單影像回歸分析法和多時相影像歸一化分析法。

（1）單影像直方圖調整法

採用單影像直方圖調整方法的前提條件是在一幅影像中存在某種地物如深海水體、高山背陰處等，其輻亮度值或反射率接近於0，這時其圖像直方圖的最小值就應該為0，如果不為0，就認為是大氣散射導致的。

（2）單影像回歸分析法

假定某紅外波段，程輻射影響接近於零，設為波段a，現需要找到其他波段相應的亮度最小值，這個值一定比a波段的亮度最小值大一些，設為波段b。分別以a，b波段的像元亮度值為坐標，作二維光譜空間，兩個波段中對應像元在坐標系內用一個點表示。由於波段之間的相關性，通過回歸分析在眾多點中一定能找到一條直線與波段b的亮度L_b 軸相交，即用最小二乘法擬合出一條直線，回歸方程為

L_b ＝ KL_a ＋ c （3.24）

式中：c為擬合的直線在L_b軸的截距；K為擬合直線的斜率。

高光譜遙感技術原理及礦產與能源勘查應用

高光譜遙感技術原理及礦產與能源勘查應用

式中：L_a為假定波段亮度最小值；

為所選黑區的像元均值。C是波段a中的亮度值為0時，在波段b中所具有的亮度值。可認為C就是波段b的程輻射值。然後將波段b中的所有像元值都減去這個截距值C，來去掉波段b中的程輻射值。

（3）多時相影像歸一化分析法

多時相影像歸一化首先要選取基準影像（設為b），然後對不同時相的所有其他影像的光譜特徵進行轉換，使它們具有與基準影像基本相同的輻射量級。多時相影像歸一化分析方法的一個重要步驟是選取偽不變特徵（Pseudo-Invariant Features，PIFs），也稱為輻射地面控制點。偽不變特徵具有如下特點：盡管某些變化是不可避免的，偽不變特徵的光譜特性應該隨時間變化很小，如深海水體、裸土。大屋頂或其他同質地物都是不錯的選擇；在一景影像中，偽不變特徵與其他地方的高程應該大致相同，山頂偽不變特徵在估計近海面大氣條件中的作用不大，因為大氣中的多數氣溶膠都出現在低於1000 m的大氣中；偽不變特徵包含的植被應盡可能少，由於環境脅迫和氣候周期的影響，植被光譜反射率會隨時間變化；偽不變特徵應該選在相對平坦的區域，使太陽高度角的逐日變化與所有歸一化目標的太陽光直射光束之間具有增加或減小的比例。

利用基準影像與其他時相影像的PIFs光譜特性之間的聯系進行回歸分析。該方法是假定時相b-1或b＋1的影像像元與基準影像b相同位置上的像元是線性相關的。這意味著，采樣像元的光譜反射特性在這一段時間內沒有發生變化，所以多時相影像回歸分析的關鍵是選取偽不變特徵。

地面覆蓋的遙感分類能力依賴於遙感亮度值（BV）和實際地表條件的穩定聯系。然而，太陽高度角、日地距離、各種不同感測器系統的探測器定標差異、大氣條件和太陽-目標感測器的幾何關系等因素會影響像元亮度值。影像歸一化減少了由非地表因素引起的像元亮度值變化，使不同時相的像元亮度值變化與地表條件的實際變化相聯系。歸一化處理使得從基準影像中得到的像元分類可用於其他的歸一化影像上。

3.4.4 大氣輻射傳輸模型理論方法

1972年，Turner與Spencer提出的通過模擬大氣-地表系統來評估大氣影響的方法，可作為最早的大氣輻射傳輸模型之一，當時研究的重點在於消除大氣對影像對比度的影響。20世紀80年代，許多學者對衛星影像的大氣校正研究做了大量工作，在模擬地-氣過程的能力上有了很大提高，發展了一系列輻射傳輸模型，例如我們熟知的LOWTRAN系列模型和5S模型。

自1990年以來，許多的輻射傳輸模型被用於大氣校正演算法中，涌現出一大批新的大氣校正模型，其中有的方法使用一些先進的數學演算法提高計算速度（如6S），試圖尋找精度與速度的最佳平衡點。

基於大氣輻射傳輸理論的大氣糾正模型主要考慮的問題有以下幾個方面：

1）構成大氣的氣體分子和氣溶膠的散射和吸收特性及兩者耦合效果的研究。其中，各模型主要考慮的是吸收及氣溶膠散射。大氣輻射傳輸模型中用到的大氣參數包括氣溫、氣壓、水汽含量、臭氧含量、能見度、水平氣象視距、灰塵顆粒度等，這些參數用於計算輻射傳輸方程中大氣的吸收透過率與散射透過率，以及氣溶膠光學厚度，因此輸入大氣參數的精度直接影響大氣校正的最終結果。同步實地觀測可以為大氣校正提供所需的大氣參數，但同步實地觀測需耗費大量人力物力，且對歷史數據無能為力。為此，6S和MODTRAN中提供了一系列既定參數供用戶選擇，這些參數是對大量觀測數據統計分析得到的，旨在模擬遙感器過境時的大氣狀況，但這與實際的大氣狀況存在差距。

2）地表特性的假設。高精度的大氣校正必須考慮地表非朗伯體特性。在6S中可以選擇均一非朗伯體模型。

3）模型中演算法的選擇。更精確的演算法往往會伴隨巨大的計算量，以往大氣糾正的過程中，學者往往會犧牲一定的精度來滿足計算速度的需求，現在隨著計算機科技的發展，越來越多的模型選擇了復雜而更精確的演算法來滿足高精度的需求。

在已有的模型中，最著名的輻射傳輸模型是MODTRAN和6S。分別是在對LOWTRAN與5S改進的基礎上發展而來。由於高光譜相機波段范圍是400～2500nm，擬分別採用6S 輻射傳輸模型和MODTRAN輻射傳輸模型進行大氣糾正。6S源代碼開放，可以很方便地進行修改和移植；MODTRAN可供自定義的參數多，均適合於相應的地表反射率反演系統開發。利用若干典型區域的長期地基觀測數據（如AERONET觀測站點所在區域），建立起局地氣溶膠模式和類型，結合6S和MODTRAN分別建立針對這些區域的大氣糾正模式。同時，在實驗驗證的基礎上對重點區域大氣輻射傳輸方程進行簡化，在不降低反演精度的前提下，減少運算次數，提高高光譜圖像在這些區域的地表反射率反演效率。

6S模型是1997年由Vermote和Tanre等人用Fortran語言編寫的適用於太陽反射波段（0.25～4μm）的大氣輻射傳輸模式。由於計算機水平和其他相關知識的發展，6S模型對5S模型提出了一系列的改進。主要改進如下：

1）在5S模型中，瑞利散射的大氣函數ρ，T，S被製成表，給使用帶來不便。在6S中，用滿足精度的解析表達式代替。

2）6S模型選用高精度的SOS模型代替原有方法處理分子和氣溶膠散射。SOS模型可以精確模擬機載遙感，並且提供處理非朗伯體（BRDF）臨近問題所需的輸入參數。

3）5S模型假定吸收作用與散射作用可以耦合，就像吸收粒子位於散射層的上面一樣。6S假設散射和吸收互不影響，主要考慮水汽吸收和氣溶膠散射的三種極端耦合情況：水汽吸收粒子覆在氣溶膠層之上；水汽吸收粒子在氣溶膠層之下；有一半水汽吸收粒子與氣溶膠輻射路徑混在一起。

4）5S中，氣體吸收傳輸用的是隨機波段模型。這個模型有兩個主要問題：首先，使用的是AFGL在1982年公布的大氣吸收線性參數，並沒有考慮太陽反射光譜段的一些其他吸收氣體；其次，採用20 cm^-1的波段間隔（過大）模擬寬波段輻射計（如1000 cm^-1）的吸收，這個較寬的波段間隔不適用於模擬更高光譜解析度（如100 cm^-1）光譜儀器的吸收情況。在6S中，不僅考慮新的吸收分子種類的影響，並且氣體的吸收以10 cm^-1的光譜間隔來計算。

5）為了兼顧計算效率，5S代碼僅模擬海平面上均勻朗伯體目標的反射率。在6S中，目標高程Z_t 可作為一項輸入：可依據Z_t 去除目標高度以下的大氣層，計算新的大氣廓線；由於Z_t對主要分布在低層大氣中的H₂ O產生很大的影響，故可根據Z_t 重新計算H₂ O含量，同理，可根據Z_t 重新計算氣溶膠的含量；6S將光學厚度視為目標高度處壓強的比例函數，從而很高精度的計算了Z_t 對分子光學厚度的影響。

6S模型定義了地表的反射率模型，包括均一地表和非均一地表兩種情況，在均一地表中又考慮了無方向性反射問題，在考慮方向性問題時用了九種不同的模型。利用較高精度的新模型解釋BRDF作用和臨近效應。

6）6S對5S資料庫的改進：

光譜積分步長達到了2.5nm（相比於原來的5nm）。

增加了新的吸收氣體（如CO₂，N₂O，CH₄），6S模型用HITRAN資料庫以10cm^-1解析度計算波段吸收參數。

IRC定義的四種基本氣溶膠微粒以更好的步長重新計算一次。

且6S中新加了5S中難以計算的氣溶膠模型（平流層型、沙漠型，以及生物燃燒產生的氣溶膠類型）。

6S給定了九種比較成熟的BRDF供用戶選擇，也可以自定義BRDF函數，作為參數輸入到6S，驗證研究反射率與地表BRDF的關系（表3.13 ，表3.14）。

表3.13 6S模型輸入參數

表3.14 6S模型輸出參數

LOWTRAN和MODTRAN模型是由美國空軍地球物理實驗室研製的大氣輻射模擬計算程序，在遙感領域被廣泛應用於圖像的大氣校正。

LOWTRAN是一個光譜解析度為20 cm^-1的大氣輻射傳輸實用軟體，它提供了六種參考大氣模式的溫度、氣壓、密度的垂直廓線；水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓線；其他13種微量氣體的垂直廓線；城鄉大氣氣溶膠、霧、沙塵、火山噴發物、雲、雨的廓線；輻射參量（如消光系數、吸收系數、非對稱因子的光譜分布）及地外太陽光譜。它可以根據用戶的需要，設置水平、傾斜及垂直路徑，地對空、空對地等各種探測幾何形式，適用對象廣泛。LOWTRAN的基本演算法包括透過率計算方法，多次散射處理和幾何路徑計算。

（1）多次散射處理

LOWTRAN採用改進的累加法，自海平面開始向上直至大氣的上界，全面考慮整層大氣和地表、雲層的反射貢獻，逐層確定大氣分層每一界面上的綜合透過率、吸收率、反射率和輻射通量。再用得到的通量計算散射源函數，用二流近似解求輻射傳輸方程。

（2）透過率計算

該模型在單純計算透過率或僅考慮單次散射時，採用參數化經驗方法計算帶平均透過率，在計算多次散射時，採用k分布法。

（3）光線幾何路徑計算

考慮了地球曲率和大氣折射效應，將大氣看作球面分層，逐層考慮大氣折射效應。

MODTRAN模型可以計算0到50000 cm^-1的大氣透過率和輻亮度，它在440 nm到無限大的波長范圍精度是2cm^-1 ，在22680cm^-1到50000cm^-1紫外波（200～440nm）范圍的精度是20cm^-1 ，在給定輻射傳輸驅動、氣溶膠和雲參數、光源與遙感器的幾何立體對和地面光譜信息的基礎上，根據輻射傳輸方程來計算大氣的透過率以及輻亮度。

開發MODTRAN是為了改進 LOWTRAN 的光譜解析度，MODTRAN 將光譜的半高全寬度（full width half maximum，FWHM）由LOWTRAN的20cm^-1減少到2cm^-1 ，目前的MODTRAN4.0它的光譜解析度已經達到2 cm^-1 ，改進了瑞利散射和復折射系數的計算精度，增加了DISORT計算太陽散射貢獻的方位角相關選項，並將七種BRDF模型引進到模型中，使地表的參數化輸入成為可能。

MODTRAN以卡片的形式來進行參數設置，操作起來清晰簡潔，可以在文本格式下直接對其輸出輸入參數文件進行修改。

9. 景陽熱成像產品有哪些特色

A： 測溫精度高而穩
測溫功能是紅外熱成像區別於傳統可見光攝像機的關鍵技術，國內的專業做紅外熱成像廠家普遍沒有成熟的測溫技術，盡管國外熱成像產品具備測溫功能，但其測溫方案對環境的適應性普遍較差，景陽基於紅外熱成像微測熱輻計特性設計的專有測溫校正演算法，解決現有的非接觸全景測溫系統存在的生產標定實施工藝困難、溫度漂移過大、測溫系統復雜等問題。通過相關參數的自動修正，實現全天候實時精確溫度測量，確保系統在全工作范圍內得到准確的溫度；測溫目標與紅外鏡頭之間的距離對測溫的准確度有較大的影響。
景陽創造性的採用軍用紅外雷達的目標距離估計技術，能夠自動對目標進行分析並對測溫准確度進行自適應補償，保證了大范圍內的目標測溫准確度。目前常規測溫精度已超過國家標准（±2℃或±2%取大者），特別針對人體測溫，景陽無需增加外置校準黑體，測溫精度可做到±0.3℃，已超越國內外專業紅外測溫廠家。實時測溫響應時間在30毫秒以內，一般適應於0℃～50℃環境條件，可實現在-40℃～+60℃全工作溫度段精確測溫。景陽的熱成像攝像機都帶有測溫功能，其它所有廠商都把紅外熱成像產品分為純圖像型與測溫型兩大類，其測溫型售價通常是圖像型的2倍以上。景陽具有測溫功能的產品比其他家純圖像型在性價比上更具優勢。
NUC演算法新而強
非均勻校正(NUC)用於修正熱成像幾十萬個熱敏單元之間的響應率不一致問題, NUC演算法的優劣是衡量國內外紅外熱成像廠家技術實力與水平的分水嶺。
目前就大家眾所周知的某國際知名紅外廠商的方案，仍然採用幾十年前的兩點直線校正方法，固然其優點是容易實現，數據處理量小硬體成本低，但其缺點也異常突出，兩點法採用強假設近似，實際工藝中需要進行分段多點校正降低誤差，無形中增加了生產成本。管中窺豹，長期以來國內外紅外熱成像從業人員由於技術封閉，各自為政，導致紅外熱成像技術多年來沒有什麼本質進步與核心突破。
景陽自主設計的單段無檔片非均勻校正演算法，解決了生產周期長、校正效果差的問題，能夠將焦平面陣列的非均勻性校正到接近背景雜訊的程度，徹底解決傳統方案的非均勻校正不徹底，導致成像效果與測溫精度不能達到預期的問題。擺脫了傳統基於機械運動結構調零擋片的束縛，使得校正通過純軟體實現，校正過程中圖像無中斷，提高了紅外熱成像產品的可靠性、耐振動、沖擊性能。
在非均勻完美校正的前提下，進一步通過特有的圖像處理演算法，改變紅外熱圖的成像效果。對紅外圖像細節自適應增強、平滑濾波，可根據不同場景溫差特點，自適應特有的圖像調節模式，寬動態適應能力強，在國產感測器產品上實現的紅外圖像顯示效果平滑無雜訊、適應性強，可達到國際領先水平。
生產工藝簡而快
紅外熱成像由於其技術限制，生產工藝異常復雜，先進的生產工藝是保證紅外熱成像批量產品化的重要前提。在傳統工藝情況下，一般廠家把圖像與測溫校正分別進行，這就使得測溫型設備的校正一般需要5小時左右，且一台恆溫箱一次只能校正一台。景陽的技術將圖像與測溫校正同步完成，一次校正時間不超過4小時，一台恆溫箱每次可同時校正10台以上設備。熱成像感測器由於是真空封裝，在長期使用後會產生真空度下降的問題；另外，一個設備為了不同的用途或者鏡頭損壞，還會有更換鏡頭的需要，如某國際大品牌的測溫型熱成像儀要求每年至少回廠校正一次。而景陽技術在一般精度要求下（滿足國標），用戶自己現場即可處理，不需要返廠進行專門校正。
安防基礎設施無縫對接---系統集成能力強而快
紅外熱成像技術作為一個有別於可見光的智能感測器，撥開它神秘的外衣，只要牢牢抓住紅外熱成像獨有的「圖像+測溫」特性，景陽不需重復造輪子，藉助可見光領域成熟的智能演算法、系統軟體、平台服務等安防基礎設施，可大大擴展熱成像產品的應用思路。
處在安防大數據時代的景陽科技擁有多年深耕智能視頻監控行業的核心技術與應用經驗，為熱成像技術的應用落地提供豐富的技術支撐。典型的成功案例是熱成像+可見光多光譜融合測溫預警系統，該系統融合了當今最前沿的紅外測溫及網路通信技術，具有全視場成像測溫能力，可以對鏡頭視場內區域每一個像素點進行實時精確測溫，真正達到「能見即能測」。可以全天候在線工作，全自動的按照既定的掃描線路對感興趣區域進行掃描，自動記錄紅外圖譜，並對每幀圖像的最高溫度進行分析，一旦分析結果超出設定閾值，系統會進行聲光報警，真正實現全程自動化。同時系統支持歷史溫度數據存儲與查詢，生成溫度變化趨勢報表。無需人工干預，進行聲光報警，真正實現全程測溫預警自動化。

10. Windows上思源黑體的顯示效果為什麼那麼差

Windows 對於字體的顯示策略是「盡可能清晰」，因此，會盡可能將字體的筆畫適配到像素網格中 (Grid Fitting)。
DirectWrite 在小字型大小下仍相當依賴 hinting, 而思源黑體應該並無 hinting 信息。所以，只能夠自動進行 gridfitting, 效果也因此呈現出「不可控」的狀態。
事實上，圖中的效果已經比 ClearType 要好了——圖中的 DW 對小字型大小也使用了 y 軸方向的抗鋸齒，而 ClearType 則完全不對 y 軸進行抗鋸齒。所以，如果是 ClearType, 效果會更加糟糕。
Belleve 用 sfdhanautohint 對思源黑體進行過修改，增加 hinting 信息。Tsentsiu Sans 是用思源黑體、M+ Fonts 組合並進行 hinting 的成品，可以搜索來使用試試。

順帶一提，不知是提問者的字體安裝有問題，還是 Chrome 的問題，圖中的粗體是演算法加粗，而非真正的思源黑體 Bold.