(高清版)GBT 41541-2022 热红外遥感基本术语

热红外遥感基本术语Basicterminologyofthermalinfraredremotesensing2022-07-11发布国家标准化管理委员会I前言 2规范性引用文件 l3通用术语 4均匀表面专用术语 85非均匀表面专用术语 附录A(资料性)热红外辐射传输方程 附录B(资料性)常用温度反演算法 参考文献 索引 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院提出。本文件由全国遥感技术标准化技术委员会(SAC/TC327)归口。本文件起草单位：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院空天信息创新研究院、北京师范大学、河北地质大学、中国科学院水利部成都山地灾害与唐荣林。1热红外遥感基本术语本文件界定了热红外遥感中涉及的通用术语、均匀表面专用术语和非均匀表面专用术语。本文件适用于6μm～15μm谱段热红外遥感的科学研究、教育及产业应用。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3通用术语波谱范围为6μm～15μm的电磁辐射。辐射源在单位投影面积上、单位立体角内的辐射通量。单位波长或单位波数间隔上的辐[射]亮度。注：单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)]或瓦每平方米球面度负一次方厘米[W/(m²·sr·cm-l)]。温度大于绝对零度的物体单位面积上发出的辐射通量。注：单位为瓦每平方米(W/m²)。单位波长或单位波数间隔上的[辐射]出射度。注：单位为瓦每平方米微米[W/(m²·μm)]或瓦每平方米负一次方厘米[W/(m²·cm-l)]。[绝对]黑体[absolute]blackbody2GB/T41541—2022普朗克辐射体Planckianradiator注：黑体在任意波长的发射率均等于1。灰体greybody发射率在0～1之间且不随波长变化的热辐射体。热平衡thermalequilibrium孤立系统内部温度在空间上均匀分布、在时间上保持稳定的状态或两个热接触系统之间没有净热交换的状态。局地热平衡localthermalequilibrium局地系统内部温度在每个给定瞬间具有相对稳定分布的状态。普朗克定律Planck'slaw普朗克函数Planck'sfunction黑体辐射定律blackbodyradiationlaw注：随波长变化的普朗克定律表达式见公式(1)。……(1)B₄(T)——黑体的光谱辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)7:h——普朗克常数，取值为6.62607015×10-34,单位为焦秒(J·s);c——光速，取值为2.99752458×10°,单位为米每秒(m/s);λ——波长，单位为微米(μm);kg——玻尔兹曼常数，取值为1.380649×10-23,单位为焦每开尔文(J/K);T——黑体温度，单位为开尔文(K)。随波数变化的普朗克定律表达式见公式(2)。 (2)B。(T)——黑体的光谱辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度负一次方厘米[W/(m²·sr·cm-l)];h——普朗克常数，取值为6.62607015×10-34,单位为焦秒(J·s);c——光速，取值为2.99752458×10⁸,单位为米每秒(m/s);v——波数，单位为每厘米(cm-¹);kg——玻尔兹曼常数，取值为1.380649×10-23,单位为焦每开尔文(J/K);T——黑体温度，单位为开尔文(K)。3斯特藩-玻尔兹曼定律Stefan-Boltzmannlaw描述整个波长范围内黑体的总[辐射]出射度与黑体温度的四次方成正比关系的定律。注：斯特藩-玻尔兹曼定律表达式见公式(3)。 (3)式中：M(T)——黑体的总[辐射]出射度，单位为瓦每平方米(W/m²);T——黑体温度，单位为开尔文(K);B₄(T)——黑体的光谱辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];维恩位移定律Wien'sdisplacementlaw描述黑体辐射峰值对应的波长与黑体温度成反比关系的定律。注：维恩位移定律表达式见公式(4)。式中：λmx—-辐射峰值对应波长，单位为微米(μm);b——常数，取值为2.897771955×10³,单位为微米开尔文(μm·K);T——黑体温度，单位为开尔文(K)。基尔霍夫定律Kirchhoff'slaw热辐射定律thermalradiationlaw描述在热平衡或局地热平衡状态下，任意物体的光谱[辐射]出射度与其吸收率的比值等于同温度、同波长下黑体的光谱[辐射]出射度，即吸收率等于发射率的定律。注：基尔霍夫定律表达式见公式(5)。……式中：Eλ(T)——物体的光谱[辐射]出射度，单位为瓦每平方米微米[W/(m²·μm)];αx(T)——物体的吸收率；M₄(T)——同温度、同波长下黑体的光谱[辐射]出射度，单位为瓦每平方米微米[W/(m²·gm)]。描述在热平衡或局地热平衡状态下，任意物体的反射、透射和吸收辐射通量之和等于入射到该物体上的辐射通量，即反射率、透射率和吸收率之和为1的定律。注：对于不透明物体，透射率为0,因此吸收率或发射率等于1和反射率的差值。4热红外辐射传输方程thermalinfraredradiativetransfermodel描述热红外辐射在大气中传输规律的方程。注：简化方程见附录A。热力学温度thermodynamictemperature表征物质内部分子的平均热能，等于内能对熵的导数，是温度的绝对测量值。注：单位为开尔文(K)。电磁辐射对介质穿透能力的量度，等于从介质表面到辐射强度衰减为1/e(约37%)倍时的深度。注1:穿透深度表达式见公式(6)。 (6)式中：δ,——穿透深度，单位与波长单位相同；λ₀——电磁波在真空中的波长，单位为微米(μm);k——复折射率的虚部，介于0.01～1之间。注2:热红外波段的穿透深度约为0.lλ。～10λ。之间。表皮温度skintemperature厚度等于穿透深度的表皮的综合温度。注：单位为开尔文(K)。空气动力学温度aerodynamictemperature空气温度廓线外推至源/汇位置处的温度。注：单位为开尔文(K)。辐射温度radiationtemperature;radiativetemperature与热辐射体总[辐射]出射度相等的黑体的温度。注：单位为开尔文(K)。[来源：GB/T36299—2018,3.15,有修改]辐射亮度温度radiancetemperature亮温在同一波长间隔上，与光谱辐[射]亮度相同的黑体的温度。5环境辐射surroundingradiation;environmentradiation目标物接收的半球(2π)空间内其他物体自身发射和散射的热辐[射]照度。注：单位为瓦每平方米(W/m²)。自身[光谱]辐[射]亮度self-emitted[spectral]radiance在给定方向上，热辐射体自身发射的光谱辐[射]亮度。注：单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)]或瓦每平方米球面度负一次方厘米[W/(m²·sr·cm-¹)]。离地[光谱]辐[射]亮度surface-leaving[spectral]radiance在给定方向上，位于表面近上方的传感器接收到的表面出射的光谱辐[射]亮度。注1:离地[光谱]辐[射]亮度表达式见公式(7)。Lsl,x(0,g)=Nx(i,,q)+Li-ex(o,g)]Ls,x………(7)式中：R₄(T,θ,φ)——热辐射体的自身[光谱]辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];ex(0,φ)——方向[光谱]发射率；Lx——周围环境光谱辐[射]亮度和大气下行光谱辐[射]亮度之和，单位为瓦每平方米球面度微米注2:“近上方”指从表面开始到不需要考虑大气上行辐射作用的范围。在同一波长间隔上，与离地[光谱]辐[射]亮度相同的黑体的温度。注：单位为开尔文(K)。星上[光谱]辐[射]亮度satellite[spectral]radiance在给定方向上，表面离地[光谱]辐[射]亮度经大气作用后被卫星传感器接收到的光谱辐[射]亮度。注：入瞳[光谱]辐[射]亮度表达式见公式(8)。Lx(θ,φ)=t₁(0,φ)Lyx(0,φ)+Lw.x(0,φ) (8)式中：Latx(0,φ)——入瞳[光谱]辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];Lu(θ,φ)离地[光谱]辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];Lu,λ(0,φ)——大气上行光谱辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)]。星上亮温satellitebrightnesstemperature在同一波长间隔上，与入瞳[光谱]辐[射]亮度相同的黑体的温度。物体表面反射到指定方向的辐射通量与半球(2π)空间入射在物体表面上的辐射通量之比。6GB/T41541—2022宽波段发射率broadbandemissivity热辐射体的总[辐射]出射度与相同温度下黑体的总[辐射]出射度之比。注：宽波段发射率表达式见公式(9)。……(9)式中：E₂(T)——物体的光谱[辐射]出射度，单位为瓦每平方M(T)——黑体的总[辐射]出射度，单位为瓦每平方米(W/m²)。表面下行长波辐射surfacedownwardlongwaver大气下行长波辐射atmosphericdownwardlongwave表面接收的大气自身发射和散射的长波辐射。注：单位为瓦每平方米(W/m²)。表面上行长波辐射surfaceupwelling表面自身发射辐射和反射大气下行长波辐射之和。注：单位为瓦每平方米(W/m²)。表面长波净辐射netsurfacelongwav表面下行长波辐射和表面上行长波辐射的差值。注：单位为瓦每平方米(W/m²)。电磁辐射不能在介质中传播的特定窄波段。注：表现为发射率光谱在此特定窄波段中最小。噪声等效温差noiseequivalentdifferentialtemperature;NEAT;noiseequivalenttemperaturedifference;NETD传感器能够识别出的最小温度差异，等于信噪比为1时目标和背景的温差。注1:目标温度是入射光谱辐亮度和噪声等效光谱辐亮度之和的亮温，背景温度是入射光谱辐亮度的亮温。注2:单位为开尔文(K)。通道等效参数channel-effectiveparameter随波长变化的参数(发射率、大气上行辐射、大气下行辐射、透过率、辐[射]亮度等)在传感器通道响应范围内的等效值。注：通道等效参数表达式见公式(10)。7GB/T41541—2022式中：X;——参数X在通道i的通道等效参数；λ₁——传感器通道响应范围的下界，单位为微米(μm);λ₂——传感器通道响应范围的上界，单位为微米(μm);f;(λ)——光谱响应函数；X₄——给定波长λ处的参数值。3.36卫星传感器某一通道的大气总透过率相对于气压的变化。注：通道权重函数表达式见公式(11)。 (11)H;(p)——通道i的通道权重函数；r;(p)—-通道i的大气透过率；p——气压，单位为百帕(hPa)。不同观测方向上存在热辐射差异的现象。注：发射率的角度效应、不同观测方向上具有不同温度的组分在传感器瞬时视场内所占比例存在差异以及大气路径不同是造成热辐射存在方向性的原因。将不同观测方向上的表面温度纠正到统一的参考方向上的过程。将不同观测时间上的表面温度纠正到统一的参考时间上的过程。温度与发射率分离temperature/emissivityseparation;separationoftemperatureandemissivity从离地[光谱]辐[射]亮度中分离出温度和发射率的过程。物质热惰性(阻止物理温度变化)特征的量度。注：热惯量表达式见公式(12)。P=[KDc、]1/………………(12)式中：P——热惯量，单位为焦每平方米二分之一次方秒开尔文[J/(m²·s¹/2·K)];8GB/T41541—2022K——热传导率，单位为焦每米秒开尔文[J/(m·s·K)];D——密度，单位为千克每立方米(kg/m³);c,——比热，单位为焦每千克开尔文[J/(kg·K)]。4均匀表面专用术语均匀表面homogeneoussurface传感器瞬时视场内由目标物可视部分组成、厚度等于穿透深度且质地和温度均一(同质同温)的连续投影面。方向[光谱]发射率directional[spectral]emissivity方向[光谱]比辐射率在给定方向上热辐射体的自身[光谱]辐[射]亮度与同温同波长下黑体的光谱辐[射]亮度之比。注：方向[光谱]发射率表达式见公式(13)。……(13)式中：e₄(θ,φ)—-方向[光谱]发射率；R₄(T,0,φ)——热辐射体的自身[光谱]辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];B₄(T)——黑体的光谱辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)]。4.3半球[光谱]比辐射率热辐射体的自身[光谱]辐[射]亮度在半球空间上的积分与同温同波长下黑体的光谱辐[射]亮度的积分之比。注：半球[光谱]发射率表达式见公式(14)。……(14)式中：ex——半球[光谱]发射率；R₄(T,θ,φ)——热辐射体的自身[光谱]辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];θ—-天顶角，单位为弧度(rad);φ——方位角，单位为弧度(rad);B₃(T)——黑体的光谱辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];辐射计温度radiometrictemperature从传感器接收到的光谱辐[射]亮度中消除周围环境、大气和发射率作用反演得到的表面温度。9GB/T41541—2022注1:对于地面传感器测量而言，辐射计温度表达式见公式(15)。式中：)Trx——辐射计温度，单位为开尔文(K);B₃¹——普朗克函数的逆函数，单位为开尔文(K);L₄(θ,φ)——传感器接收到的光谱辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·gm)];Ex(0,φ)——方向[光谱]发射率；LsA——周围环境光谱辐[射]照度与大气下行光谱辐[射]照度之和除以π,单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)]。式中：Trx——辐射计温度，单位为开尔文(K);B₄¹——普朗克定律的逆函数；L₃(θ,φ)——传感器接收到的光谱辐[射ex(θ,φ)——方向[光谱]发射率；Lsx——周围环境光谱辐[射]照度与大气下行光谱辐[射]照度之和除以π,单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)]。注2:常用辐射计温度反演算法见附录B。4.5热传导方程thermalconductionequation描述半无限大均匀介质的温度随时间变化规律的方程。注：热传导方程表达式见公式(17)。K——热传导率，单位为焦每米秒开尔文[J/(m·s·K)];D—-密度，单位为千克每立方米(kg/m³);T(x,t)——在x深度和t时刻的温度，单位为开尔文(K)。热传导率thermalconductivity导热系数热量通过物体速率的量度。………………注：热传导率表达式见公式(18)。式中：K——热传导率，单位为焦每米秒开尔文[J/(m·s·K)];Q——热量，单位为焦(J);S——面积，单位是平方米(m²);t——时间，单位为秒(s);T——在x深度和t时刻的温度，单位为开尔文(K);x——深度，单位为米(m)。……物体内部温度变化速率的量度。注：热扩散率表达式见公式(19)。………(19)式中：k——热扩散率，单位为平方米每秒(m²/s);K——热传导率，单位为焦每米秒开尔文[J/(m·s·K)];c₄——比热，单位为焦每千克开尔文[J/(kg·K)];D——密度，单位为千克每立方米(kg/m³)。物质存储热能力的量度，等于在一定条件下物体温度升高1K需要吸收的热量。注：单位为焦每开尔文(J/K)。单位质量的热容量。注：单位为焦每千克开尔文[J/(kg·K)]。非均匀表面inhomogeneoussurface传感器瞬时视场内由目标物可视部分组成、厚度等于穿透深度且质地或温度不均一的连续投影面。注：质地或温度不均一包括同质异温、异质同温和异质异温。给定方向上，半球方向[光谱]反射率的补集。注：方向[光谱]r-发射率表达式见公式(20)。Ea(θ,φ)=1-p₄(0,φ)……(20)式中：GB/T41541—2022方向[光谱]e-发射率directional[spectral]e-emissivity给定方向上，非均匀表面各均匀组分总光谱辐[射]亮度与同各均匀组分具有相同波长和温度分布的黑体总光谱辐[射]亮度之比。……(21)方向[光谱]表观发射率directional[spectral]apparentemissivity给定方向上，考虑非同温组分的温差贡献，在与波长和方向无关的参考温度处非均匀表面的光谱辐[射]亮度与黑体的光谱辐[射]亮度之比。EpA(0,φ)λθ9B 组分[表面]温度component[surface]temperature非均匀表面中各个均匀组分的表面温度。注：单位为开尔文(K)。组分[光谱]发射率component[spectral]emissivity非均匀表面中各个均匀组分的表面[光谱]发射率。[等效]方向辐射计温度[effective]directionalradiometrictemperature使用非均匀表面的方向[光谱]r-发射率、方向[光谱]e-发射率或者方向[光谱」表观发射率获取的注1:常用[等效]方向辐射计温度反演算法见附录B。注2:单位为开尔文(K)。GB/T41541—2022(资料性)热红外辐射传输方程晴空大气条件下，假设大气水平均一，在局地热平衡状况下，不考虑大气散射影响，单色光热辐射传输方程可简写，见公式(A.1):L₄(θ,φ)=t₄(0,φ)·ε₄(0,φ)·B₄(T.)L₄(θ,φ)λθφB₄T、pps(0,φ,θ',φ')——Laa(θ’,φ')……(A.1)——传感器入瞳处的光谱辐射亮度，单位为瓦每平方米球面度微米「W/(m²·——观测天顶角，单位为弧度(rad);——观测方位角，单位为弧度(rad);——大气透过率；——目标比辐射率；——普朗克函数，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];——目标真实温度，单位为开尔文(K);——大气层气压P对应的温度，单位为开尔文(K);——气压，单位为百帕(hPa);目标二向性反射率分布函数，单位为每球面度(sr-¹);——人射天顶角，单位为弧度(rad);——入射方位角，单位为弧度(rad);——特定方向上的大气下行光谱辐亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)]。(资料性)常用温度反演算法B.1单通道算法也叫单窗算法，仅使用热红外大气窗口内大气吸收效应较小的单个通道的观测数据(辐[射]亮度或亮度温度)来反演表面温度。B.2劈窗算法也叫分裂窗算法，基于10窗算法spli之间相邻两个通道大气吸收作用的差异，利用其观测数据(辐[射]亮度或亮度温度)的线性或非线性组合来反演表面温度。B.3温度发射率分离算法基于目标发射率波谱形状建立发射率关系模型以增加方程个数，利用多光谱观测数据(离地[光谱]辐[射]亮度或地面亮温),同时反演出表面温度和发射率。假设白天和夜晚两个时刻表面发射率变化不大以减少未知数个数，利用白天和夜晚两时刻多通道的观测数据(辐[射]亮度或亮度温度),同时反演出表面温度和发射率。[2]GB/T14950—2009摄影测量与遥感术语[4]GB/T34509.2—2017陆地观测卫星光学遥感器在轨场地辐射定标方法第2部分：热红外[5]GB/T36296—2018遥感产品真实性检验导则[6]GB/T36297—2018光学遥感载荷性能外场测试评价指标[7]GB/T36299—2018光学遥感辐射传输基本术语[8]JJF1032—2005光学辐射计量名词术语及定义汉语拼音索引B半球方向反射率……3.28半球[光谱]比辐射率……………4.3半球[光谱]发射率…………………4.3比热[容]……………4.9表面长波净辐射……3.32表面上行长波辐射…………………3.31表面温度……………3.18表面下行长波辐射…………………3.30表皮温度……………3.18C穿透深度……………3.17D大气下行长波辐射…………………3.30导热系数……………4.6[等效]方向辐射计温度…………5.7地面亮温……………3.25F方向[光谱]比辐射率……………4.2方向[光谱]表观发射率…………5.4方向[光谱]e-发射率………………5.3方向[光谱]发射率…………………4.2方向[光谱]r-发射率………………5.2非均匀表面…………5.1[辐射]出射度………3.4辐[射]亮度…………3.2辐射亮度温度………3.21辐射计温度…………4.4辐射温度……………3.20G光谱辐[射]亮度………………3.光谱[辐射]出射度…………………3.5H黑体辐射定律………3.10环境辐射……………3.22灰体…………………3.7J基尔霍夫定律………3.13局地热平衡…………3.9[绝对]黑体…………3.6绝对温度……………3.16均匀表面……………4.1K空气动力学温度……3.19宽波段发射率………3.29L离地[光谱]辐[射]亮度……………3.24亮度温度……………3.21亮温…………………3.21N能量守恒定律………3.14P普朗克定律………3.10普朗克辐射体………3.6普朗克函数…………3.10Q全辐射体……………3.6R3热传导方程…………4.5热传导率……………4.6热辐射定律…………3.13热辐射方向各向异性………………3.37热辐射方向性………3.37热惯量………………3.41热红外辐射…………3.1热红外辐射传输方程………………3.15热扩散率……………4.7热力学温度…………3.16热平衡………………3.8热容量………………4.8入瞳[光谱]辐[射]亮度…………3.26S剩余射线谱带………3.33斯特藩-玻尔兹曼定律……………3.11T通道等效参数………3.35通道权重函数………3.36W维恩位移定律……3.12温度角度归一化……3.38温度时间归一化…………………3.39温度与发射率分离…………………3.40X星上[光谱]辐[射]亮度…………3.26星上亮温……………3.27Z噪声等效温差………3.34自身[光谱]辐[射]亮度…………3.23组分[表面]温度…………………5.5组分[光谱]发射率…………………5.6英文对应词索引A[absolute]blackbody………………3.6absolutetemperature……………3.16aerodynamictemperature…………………………3.19angularnormalizationoftemperature…………3.38at-sensor[spectral]radiance……………………3.26atmosphericdownwardlongwaveradiation…………………3.30Bblackbodyradiationlaw…………………………3.10brightnesstemperature……………3.21broadbandemissivity………………3.29Cchannelweightingfunction………………………3.36channel-effectiveparameter………………………3.35component[spectral]emissivity…………………5.6……………………5.5D…………………5.3……………………4.2directional[spectral]r-emissivity…E……………………5.7Ffullemitter…………………………3.6fullradiator…………………………3.6Ggreybody…………………………3.7……………………3.25Hheatcapacity………………………4.8IKLlocalthermalequilibrium…………3.9N………………………3.32NEAT………………3.34NETD………………3.34noiseequivalentdifferentialtemperature……………………3.34noiseequivalenttemperaturedifference………………………3.34Ppenetrationdepth…………………3.17Planck'sfunction…………………3.10Planck'slaw………………………3.10Planckianradiator…………………3.6Rradiance……………………………3.2radiantemittance……………………3.4radiantexitance……………………3.4radiancetemperature……………3.21radiationtemperature……………3.20radiativetemperature……………3.20radiometrictemperature……………4.4reststrahlenband…………………3.33Ssatellitebrightnesstemperature…………………3.27satellite[spectral]radiance……………………3.26self-emitted[spectral]radiance…………………3.23separationoftemperatureandemissivity………………………3.40skintemperature…………………3.18