GB/T 41541-2022 热红外遥感基本术语

　　ICS 33 . 200 CCS A 77

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41541—2022

　　热红外遥感基本术语

　　Basicterminologyofthermalinfraredremotesensing

　　2022-07-1 1 发布 2023-02-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 41541—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 通用术语 1

　　4 均匀表面专用术语 8

　　5 非均匀表面专用术语 10

　　附录 A(资料性) 热红外辐射传输方程 13

　　附录 B(资料性) 常用温度反演算法 14

　　参考文献 15

　　索引 16

　　Ⅰ

　　GB/T 41541—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 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/TC 327)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环境研究所、中国科学院大学、北京大学、电子科技大学、大连海事大学。

　　本文件主要起草人：李召良、刘向阳、吴骅、周成虎、阎广建、钱永刚、尚国球、张仁华、赵伟、段四波、姜小光、高彩霞、邱实、王新鸿、刘照言、任华忠、周纪、赵恩宇、冷佩、高懋芳、唐伯惠、张霞、欧阳晓莹、唐荣林。

　　Ⅲ

　　GB/T 41541—2022

　　热红外遥感基本术语

　　1 范围

　　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 6 μm ~ 15 μm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

　　3.1

　　热红外辐射 thermalinfraredradiation

　　波谱范围为 6 μm ~15 μm 的电磁辐射。

　　3.2

　　辐[射]亮度 radiance

　　辐射源在单位投影面积上、单位立体角内的辐射通量。

　　注：单位为瓦每平方米球面度[W/(m2 · sr)] 。

　　[来源：GB/T 36299—2018,2 . 8]

　　3.3

　　光谱辐[射]亮度 spectralradiance

　　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-1 )] 。 [来源：GB/T 36299—2018 , 2 . 9,有修改]

　　3.4

　　[辐射]出射度 radiantexitance;radiantemittance

　　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 ) 。

　　[来源：GB/T 36299—2018 , 2 . 12,有修改]

　　3.5

　　光谱[辐射]出射度 spectral[radiant]exitance;spectral[radiant]emittance

　　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-1 )] 。

　　3.6

　　[绝对]黑体[absolute]blackbody

　　全辐射体 full radiator; full emitter

　　1

　　GB/T 41541—2022

　　普朗克辐射体 Planckian radiator

　　对任意入射方向、波长和偏振状态的入射辐射都能全部吸收的理想热辐射体。

　　注：黑体在任意波长的发射率均等于 1 。

　　[来源：GB/T 36299—2018,2 . 31]

　　3.7

　　灰体 greybody

　　发射率在 0~1 之间且不随波长变化的热辐射体。

　　[来源：GB/T 36299—2018,2 . 32]

　　3.8

　　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。

　　3.9

　　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。

　　3 . 10

　　普朗克定律 planck’slaw

　　普朗克函数 Planck’s function

　　黑体辐射定律 blackbody radiation law

　　描述给定温度下处于热平衡状态的黑体的光谱辐[射]亮度随波长或波数变化的函数关系的定律。注：随波长变化的普朗克定律表达式见公式(1) 。

　　……………………( 1 )

　　式中：

　　Bλ(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)] ;

　　h —普朗克常数，取值为 6.626 070 15 × 10- 34 ,单位为焦秒(J · s) ;

　　c —光速，取值为 2.997 524 58 × 108 ,单位为米每秒(m/s) ;

　　λ —波长，单位为微米(μm) ;

　　B —玻尔兹曼常数，取值为 1 . 380 649 × 10 - 23 , 单位为焦每开尔文(J/K) ;

　　T(K) —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) 。

　　BV = 2hc2 V ……………………( 2 )

　　式中：

　　BV(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-1 )] ;

　　h —普朗克常数，取值为 6.626 070 15 × 10- 34 ,单位为焦秒(J · s) ;

　　c —光速，取值为 2.997 524 58 × 108 ,单位为米每秒(m/s) ;

　　V —波数，单位为每厘米(cm-1 ) ;

　　KB —玻尔兹曼常数，取值为 1 . 380 649 × 10 - 23 , 单位为焦每开尔文(J/K) ;

　　T — 黑体温度，单位为开尔文(K) 。

　　2

　　GB/T 41541—2022

　　3 . 1 1

　　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) 。

　　M Bλ(T)sinθcosθdθdφdλ= σ · T4 ……………………( 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) ;

　　Bλ(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)] ;

　　λ —波长，单位为微米(μm) ;

　　θ —天顶角，单位为弧度(rad) ;

　　φ —方位角，单位为弧度(rad) ;

　　σ —斯特藩-玻尔兹曼常数，取值为 5. 670 374 419×10-8 , 单位为瓦每平方米四次方开尔文[W/(m2 ·K4 )]。

　　3 . 12

　　维恩位移定律 wien’s displacementlaw

　　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) 。

　　……………………( 4 )

　　式中：

　　λmax —辐射峰值对应波长，单位为微米(μm) ;

　　b — 常数，取值为 2.897 771 955 × 103 ,单位为微米开尔文(μm · K) ;

　　T — 黑体温度，单位为开尔文(K) 。

　　3 . 13

　　基尔霍夫定律 kirchhoff’slaw

　　热辐射定律 thermal radiation law

　　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) 。

　　……………………( 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)] ;

　　αλ(T)—物体的吸收率;

　　Mλ(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 · μm)]。

　　3 . 14

　　能量守恒定律 law ofconservationofenergy

　　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。

　　3

　　GB/T 41541—2022

　　3 . 15

　　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。

　　[来源：GB/T 36299—2018 , 4 . 30]

　　3 . 16

　　热力学温度 thermodynamictemperature

　　绝对温度 absolute temperature

　　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) 。

　　3 . 17

　　穿透深度 penetrationdepth

　　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) 。

　　δp = ……………………( 6 )

　　式中：

　　δp —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) ;

　　κ — 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 . 1 λ0 ~10λ0 之间。

　　3 . 18

　　表面温度 surfacetemperature

　　表皮温度 skin temperature

　　厚度等于穿透深度的表皮的综合温度。

　　注：单位为开尔文(K) 。

　　3 . 19

　　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) 。

　　3 . 20

　　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/T 36299—2018,3 . 15,有修改]

　　3 . 2 1

　　亮度温度 brightnesstemperature

　　辐射亮度温度 radiance temperature

　　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。

　　注：单位为开尔文(K) 。

　　4

　　GB/T 41541—2022

　　3 . 22

　　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 ) 。

　　3 . 23

　　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 )] 。

　　3 . 24

　　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, λ (θ,φ) = Rλ(T，θ,φ) + [1 - ελ (θ,φ) ] Ls, λ ……………………( 7 )

　　式中：

　　Lsl, λ (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)] ;

　　Rλ(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)] ; ελ (θ,φ) —方向[光谱]发射率;

　　Ls, λ — 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

　　[W/(m2 · sr · μm)]。

　　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。

　　3 . 25

　　地面亮温 groundbrightnesstemperature

　　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) 。

　　3 . 26

　　入瞳[光谱]辐[射]亮度 at-sensor[spectral]radiance

　　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) 。

　　Lsat，λ (θ,φ) = τλ(θ,φ) Lsl，λ (θ,φ) +Lu，λ(θ,φ) ……………………( 8 )

　　式中：

　　Lsat，λ (θ,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)] ;

　　τλ(θ,φ) — 大气透过率;

　　Lsl，λ (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(θ,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)] 。

　　3 . 27

　　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。

　　注：单位为开尔文(K) 。

　　3 . 28

　　半球方向反射率 hemispherical-directionalreflectance

　　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。

　　5

　　GB/T 41541—2022

　　[来源：GB/T 36299—2018,3 . 10]

　　3 . 29

　　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：

　　εw —宽波段发射率;

　　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)] ;

　　λ —波长，单位为微米(μm) ;

　　M(T)—黑体的总[辐射]出射度，单位为瓦每平方米(W/m2 ) 。

　　3 . 30

　　表面下行长波辐射 surfacedownwardlongwaveradiation

　　大气下行长波辐射 atmospheric downward longwave radiation

　　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 ) 。

　　3 . 3 1

　　表面上行长波辐射 surfaceupwellinglongwaveradiation

　　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 ) 。

　　3 . 32

　　表面长波净辐射 netsurfacelongwaveradiation

　　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 ) 。

　　3 . 33

　　剩余射线谱带 reststrahlenband

　　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。

　　3 . 34

　　噪声 等 效 温 差 noise equivalent differential temperature;NEΔT;noise equivalent temperature difference;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) 。

　　3 . 35

　　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) 。

　　6

　　GB/T 41541—2022

　　Xi ……………………( 10 )

　　式中：

　　Xi —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) ;

　　fi (λ) —光谱响应函数;

　　λ —波长，单位为微米(μm) ;

　　Xλ — 给定波长 λ 处的参数值。

　　3 . 36

　　通道权重函数 channelweightingfunction

　　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) 。

　　Hi ……………………( 11 )

　　式中：

　　Hi(p)—通道 i的通道权重函数;

　　τi(p)—通道 i的大气透过率;

　　p —气压，单位为百帕(hPa) 。

　　3 . 37

　　热辐射方向性 thermalradiationdirectionality

　　热辐射方向各向异性 thermal radiation directional anisotropy

　　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。

　　3 . 38

　　温度角度归一化 angularnormalizationoftemperature

　　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。

　　3 . 39

　　温度时间归一化 temporalnormalizationoftemperature

　　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。

　　3 . 40

　　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。

　　3 . 4 1

　　热惯量 thermalinertia

　　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=[KDcs] 1/2 ……………………( 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)] ;

　　7

　　GB/T 41541—2022

　　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 ) ;

　　cs — 比热，单位为焦每千克开尔文[J/(kg · K)] 。

　　4 均匀表面专用术语

　　4.1

　　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。

　　4.2

　　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：

　　ελ(θ,φ) —方向[光谱]发射率;

　　λ —波长，单位为微米(μm) ;

　　Rλ(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)] ; Bλ(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]发射率 hemispherical[spectral]emissivity

　　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：

　　ελ —半球[光谱]发射率;

　　λ —波长，单位为微米(μm) ;

　　Rλ (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) ;

　　Bλ(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)] ;

　　ελ (θ,φ) —方向[光谱]发射率。

　　4.4

　　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。

　　8

　　GB/T 41541—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) 。

　　TR，λ = B

　　式中：

　　TR，λ — 辐射计温度，单位为开尔文(K) ;

　　λ —波长，单位为微米(μm) ;

　　Bλ(-) 1 — 普朗克函数的逆函数，单位为开尔文(K) ;

　　Lλ (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 · μm)] ;

　　ελ (θ,φ) —方向[光谱]发射率;

　　Ls，λ —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)]。

　　对于卫星传感器测量而言，辐射计温度表达式见公式(16) 。

　　……………………( 16 )

　　式中：

　　TR，λ — 辐射计温度，单位为开尔文(K) ;

　　λ —波长，单位为微米(μm) ;

　　Bλ(-) 1 — 普朗克定律的逆函数;

　　Lλ (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 · μm)] ;

　　Lu，λ(θ,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)] ;

　　τλ(θ,φ) — 大气透过率;

　　ελ(θ,φ) —方向[光谱]发射率;

　　Ls，λ —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) 。

　　……………………( 17 )

　　式中：

　　K —热传导率，单位为焦每米秒开尔文[J/(m · s · K)] ;