一種紅外海面輻射成像模型的建立

其中,c1=3.743×108 (W.μm5/m2)，c2=1.4387×104(μm.K)，T為黑體表面的絕對溫度(單位為K)，λ為輻射波長(單位為μm).

在這種反射模型下，海水的透射率可以認(rèn)為是0，則發(fā)射率與反射率之和近似為1，因此近似的有[3]：

　(10)

三、數(shù)值結(jié)果與討論

我們所拍攝的可見光海面圖像為灰度圖像，如圖2所示.可知，對于灰度圖像，其象素的最大值是255，最小值是0.象素的灰度值就體現(xiàn)了該象素所對應(yīng)的海面的幾何結(jié)構(gòu)，對于拍攝條件相同的兩種波段下的圖像來說，唯一的相同之處就是入射角和散射角相同，就是根據(jù)這個條件反演出可見光海面圖像所對應(yīng)的紅外圖像，因此關(guān)鍵之處就是首先要求出入射角θ.在式(5)中，令Pi.g=255，則Pr就代表了圖像中各個象素的灰度值，這樣便可根據(jù)式(5)求出某一個象素的入射角θ，然后將θ的值代入式(8)，就可以求出這個象素對應(yīng)于紅外圖像下的此象素的灰度值，遍歷可見光圖像下的每一個象素，便可獲得該圖像關(guān)于紅外波段下的圖像.

圖2　可見光海面圖像

根據(jù)式(5)求θ的解析解是不可能的，本文提出了一種數(shù)值求解法，很好地解決了這一問題.θ的范圍是0°～90°，所以cosθ的值域是[0,1]，由式(2)、(3)可以看出，只要知道cosθ的值即可，不必具體求出θ的值.具體求解cosθ的步驟如下：

1.cosθ從0開始，按一定步長，先給定一個值，求出一個P′r.

2.求出兩個Pr之間的誤差.

3.判斷誤差是否滿足精度要求，如果滿足則記錄cosθ的值，退出.否則cosθ值加上步長重復(fù)上述步驟.

圖3就是根據(jù)上述步驟兩得出的λ=10.6μm波長下圖2所對應(yīng)的紅外圖像.圖4對應(yīng)的是圖2僅考慮自身輻射時的紅外圖像.

圖3　與圖2對應(yīng)的λ=10.6μm紅外海面圖像

圖4　與圖2對應(yīng)的自身輻射時λ=10.6μm紅外海面圖像

四、結(jié)　　論

本文利用可見光海面圖像與同樣拍攝條件下的紅外海面圖像之間的內(nèi)在聯(lián)系，推導(dǎo)出了建立紅外海面輻射成像模型的一種方法.由于條件所限，無法獲得相同條件下真實的紅外海面圖像進(jìn)行進(jìn)一步的理論分析與討論.但該算法形式簡單，運(yùn)算速度快，是建立紅外海面輻射成像的一種有效算法.