DE10255023B4

DE10255023B4 - Verfahren zum Messen des Reflexionsgrades von Oberflächen

Info

Publication number: DE10255023B4
Application number: DE2002155023
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. Richter; Andreas MÜLLER
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: DE10255023A1

Abstract

Verfahren zum Messen des Reflexionsgrades von Oberflächen im Wellenlängenbereich von 2,4 bis 2,5μm bei Feldmessungen im Freien mit der Sonne als Beleuchtungsquelle, bei welchem Strahlungsdichte L₁ über einem Target (1) und Strahlungsdichte L₂ über einer Referenzfläche (2) gemessen werden, die gemessenen Strahlungsdichtewerte in elektrische Werte umgewandelt und zu Digitalzahlen DN₁, DN₂ digitalisiert werden und hieraus der relative Reflexionsgrad ρ₁ ^(rel) als Verhältnis von Target- und Referenzsignal berechnet wird als

mit c als kanalabhängigem radiometrischen Kalibrationskoeffizienten
mit folgenden Verfahrensschritten:
1.Es werden sowohl Temperatur T₁ des Targets (1) als auch Temperatur T₂ der Referenzfläche (2) gemessen;
2.Transmissionswerte τ und Luftlichtanteile L_P werden mit Hilfe eines Strahlungsmodells für verschiedene atmosphärische Situationen, wie Wasserdampfgehalte und Sonnenstände berechnet und in Look-up-Tabellen (LUT) gespeichert;
3.aus dem Verhältnis der Digitalzahlen von Target (1) und Referenzfläche (2) wird ein Level-0 (L0) Reflexionsgrad ρ₁ ^(L0) erhalten zu:

wobei ρ₁ und ρ₂ der absolute Reflexionsgrad des...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Reflexionsgrades von Oberflächen im Wellenlängenbereich von 2,4 bis 2,5μm bei Feldmessungen im Freien mit der Sonne als Beleuchtungsquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Reflexionsgradmessungen mit einem Spektroradiometer im Wellenlängenbereich 0,4–2,5μm werden sowohl im Labor als auch im Feld durchgeführt, um charakteristische spektrale Merkmale von künstlichen und natürlichen Oberflächen zu bestimmen. Der spektrale Reflexionsgrad wird dabei als Verhältnis der Signale über dem jeweiligen Objekt, das als "Target" bezeichnet wird, und einer Referenzfläche berechnet; hierbei wird als Ergebnis ein relativer Reflexionsgrad ρ^(rel) erhalten.

Die Standardmethode zur Messung des Reflexionsgrades von Oberflächen ist schematisch in 1 dargestellt. Ein Spektroradiometer 3, das in 1 als schematisierte ovale Linse wiedergegeben ist, nimmt Strahldichten L₁ und L₂ über dem Target 1 bzw. der Referenzfläche 2 auf, wandelt die Strahlungswerte in elektrische Werte (Strom oder Spannung) um und digitalisiert mittels eines PC diese Werte zu digitalen Zahlen DN₁, DN₂ (DN = digital number).

Die Messung kann durchgeführt werden, indem entweder ein Instrument mit nur einem Gesichtsfeld von dem Target 1 innerhalb kurzer Zeit zur Referenzfläche 2 bewegt wird, oder ein Instrument mit zwei Gesichtsfeldern gleichzeitig beide Objekte aufnimmt. Die Messdistanz ist üblicherweise etwa 1m. In jedem Fall wird der relative Reflexionsgrad als Verhält nis von Target- und Referenzsignal berechnet, (siehe M. J. Duggin und T. Cunia "Ground reflectance measurement techniques: a comparison", Applied Optics 22, S.3771-3777, 1983), was unter Verwendung der entsprechenden Digitalzahlen gemäß Gl.(1) formuliert wird als

Dabei sind eventuelle zeitabhängige Dunkelstromanteile am Signal bereits abgezogen. Zur Kürze und Klarheit der Präsentation wird der Kanal- oder Wellenlängenindex in den Gleichungen weggelassen. Wird momentan der Beitrag des Luftlichtes, d.h. von gestreuter Sonnenstrahlung bzw. Strahlung einer Laborlampe, sowie von emittierter Strahlung des Luftvolumens zwischen Sensor und Objekt, vernachlässigt, so kann dem digitalen Signal am Eingang der Apertur des Instruments eine Strahldichte L₁ gemäß Gl. (2) zugeordnet werden:

Hierbei ist c der kanalabhängige radiometrische Kalibrationskoeffizient, ρ_i ist der absolute Reflexionsgrad des Objektes, und E_g ist der globale Strahlungsfluß auf die Objektfläche, welche aus der direkten und diffusen Einstrahlung besteht. Somit kann Gl.(1) geschrieben werden als

Falls der absolute Reflexionsgrad ρ₂ der Referenzfläche bekannt ist, kann der absolute Reflexionsgrad des Targets 1 gemäß G1(4) berechnet werden:

Diese Standardmeßmethode beruht auf der Voraussetzung, dass die am Radiometer empfangene Strahlung ausschließlich auf reflektierter Strahlung von Target 1 und der Referenzfläche 2 besteht.

Bei Feldmessungen im Spektralbereich von 2,4–2,5μm mit der Sonne als Beleuchtungsquelle besteht jedoch ein nicht vernachlässigbarer Teil der empfangenen Strahlung bei Umgebungstemperatur aus emittierter Wärmestrahlung, da der atmosphärische Transmissionsgrad in den Absorptionsbereichen sehr gering ist und somit auch die solare Einstrahlung. Dies kann einen großen Messfehler in diesem Spektralbereich verursachen, falls Target und Referenzfläche nicht den gleichen Reflexionsgrad besitzen.

Aus DE 41 02 579 ist ein Verfahren zur Kompensation atmosphärischer Einflüsse im solaren bzw. thermalen Spektralbereich bekannt, bei welchem unter Berücksichtigung atmosphärischer Parameter, wie Lufttemperatur und Luftfeuchte, der Bodenreflektionsgrad bei solarer Bestrahlung im Spektralbereich von 0,4 bis 3μm gemessen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, beim Messen des Reflexionsgrades von Oberflächen für Reflexionswerte im Bereich von 2,4–2,5μm auch die vom Target und der Referenzfläche emit tierte Wärmestrahlung zu berücksichtigen und in das Messergebnis einfließen zu lassen. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs durch die Schritte in dessen kennzeichnenden Teil gelöst.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen im einzelnen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematisierte Darstellung des üblichen Standardverfahrens zum Messen eines Reflexionsgrades;
2 eine schematisierte Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen eines Reflexionsgrades;
3a und 3b Graphen von über der Wellenlänge aufgetragenen Transmissionsgraden für unterschiedliche Bandbreiten für einen vertikalen Weg von 1m bzw. vom Boden bis zum Weltraum;
4a und 4b die gesamte und die emittierte spektrale Strahldichte für ein Target mit einem Reflexionsgrad von 0,05 bei zwei verschiedenen Temperaturen;
5a und 5b Graphen bezüglich der von der Temperatur einer Target- und Referenzfläche abhängige Reflexionsgrade, und zwar in 5a für ein dunkles Target und in 5b für ein helles Target;
6a und 6b Graphen von bezüglich Temperatur von Target- und Referenzfläche abhängige Reflexionsgrade bei zwei verschiedenen Temperaturen;
6c und 6d Graphen von Reflexionsgraden bei Referenzflächen mit einem Reflexionsgrad von 0,05 in 6c und von 0,40 in 6d;
7a und 7b Graphen von Level-1, Level-2 oder Level-3 Reflexionsgraden bei zwei unterschiedlichen Temperaturen;
7c und 7d Graphen von Level-1, Level-2 oder Level-3 Reflexionsgraden bezüglich unterschiedlicher Referenzflächen;
8a und 8b Graphen betreffend den Einfluss eines Fehlers von 0,05 in dem Reflexionsgrad der Referenzfläche und unterschiedlichen Temperaturen;
8c und 8d Graphen betreffend den Einfluss eines Fehlers von 0,05 in dem Reflexionsgrad der Referenzfläche und unterschiedlichen Referenzflächen, und
9a bis 9d Graphen betreffend den Einfluss eines Temperaturfehlers von +1°C auf Level-3 Reflexionswerte bei zwei unterschiedlichen Temperaturen.
2 zeigt eine schematisierte Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zum Unterschied zu Standardverfahren dem nach 1 werden zusätzlich die Temperaturen T₁ und T₂ von Target 1 bzw. Referenzfläche 2 gemessen, um auf diese Weise die Effekte aufgrund der emittierten Wärmestrahlung zu eliminieren. Die Temperaturmessungen werden mit einem Kontakt-Thermometer durchgeführt, um unabhängig von dem Emissionsgrad des Objektes zu sein und um die kinetische Oberflächentemperatur zu erhalten. Zusätzlich können kleine Transmissions- und Luftlichtstrahldichte-Effekte berücksichtigt werden, indem Strahlungsübertragungsrechnungen für verschiedene atmosphärische Situationen (realistischer Bereich von Lufttemperaturen und Feuchte) durchgeführt und in look-up Tabellen (LUT) gespeichert werden, was nachstehend im einzelnen noch näher ausgeführt wird.
Gl.(2) ist eine gute Approximation für kurze Messdistanzen und wenn thermale Effekte der Wärmestrahlung vernachlässigt werden können, d.h. für Wellenlängen < 2,4 μm bei Umgebungstemperaturen. Falls diese Bedingungen verletzt sind, muss die komplette Strahlungsübertragungsgleichung gemäß Gl.(5) angewendet werden (Siehe K. Stamnes et al. "Numerically stable algorithm for discrete-ordinate-method radiative transfer in multiple scattering and emitting layered media", Applied Optics 27, S.2502–2509, 1988):
Hierbei ist L_p das sogenannte Luftlicht, d.h. gestreute Sonnen- oder Lampenstrahlung für den Weg von 1m zwischen Sensor und Objekt, sowie die emittierte Wärmestrahlung dieser Luftschicht; τ ist die atmosphärische Transmission (Objekt-Sensor), E_g ist der globale Strahlungsfluss auf die Oberfläche, ε_i ist der Emissionsgrad, T_i ist die Oberflächentemperatur, und L_bb(T_i) ist die nach dem Planck'schen Strahlungsgesetz emittierte Strahlung eines schwarzen Körpers.
In 3a und 3b sind typische Transmissionswerte in Graphen dargestellt, die mit dem MODTRAN Modell berechnet wurden. In 3a und 3b sind auf der Abszisse die Wellenlänge in μm und auf der Ordinate der Transmissionsgrad aufgetragen, und zwar in 3a für einen vertikalen Weg von 1m und in 3b für einen Weg vom Boden (Meereshöhe) bis zur Sonne bei einem Zenitwinkel von 40°. 3b zeigt die Transparenz der Atmosphäre für die direkte Sonneneinstrahlung, die besonders gering ist im Bereich von 2,48–2,50μm und Werte nahe 0 erreichen kann. Dies gilt für eine Atmosphäre im Sommer in mittleren geographischen Breiten bei einem ländlichen Aero sol, einer Sichtweite von 23km und einem Wasserdampfgehalt von 2gcm^-2. Die ausgezogen wiedergegebenen Graphiken geben die Ergebnisse für Instrumente mit einer spektralen Auflösung (Bandbreite) von 7nm wieder, während die gepunkteten Graphiken für Instrumente mit einer spektralen Auflösung von 2nm gelten.
4a und 4b zeigen einen Vergleich der gesamten und der emittierten Strahldichte jeweils für ein Objekt (Target) mit einem Reflexionsgrad ρ von 0,05 und jeweils einem Sensor in einer Höhe von 1m über dem Objekt und zwar in 4a bei einer Temperatur von 20°C und in 4b bei einer Temperatur von 35°C. Die Atmosphärenparameter entsprechen denjenigen in 3a und 3b.
In 4a und 4b geben die durchgezogenen Kurven die gesamte Strahldichte für ein Instrument mit einer Bandbreite von 7nm und die gepunkteten Kurven für eine Bandbreite von 2nm wieder. Das schattierte Gebiet im unteren Teil von 4a und 4b markiert den Bereich an rauschäquivalenter Strahldichte (noise equivalent radiance) NER = 1 × 10^-9 bis 1 × 10^-10 W cm^-2 sr^-1 nm^-1, der zur Detektion von Wärmestrahlung erforderlich ist. In 4a und 4b ist wiederum auf der Abszisse die Wellenlänge in μm und auf der Ordinate die Strahldichte in W cm^-2 sr^-1 nm^-1 aufgetragen.
Die Strahlungskomponente des Luftlichtes L_p von Gl.(5) liegt etwa zwei Größenordnungen unter der emittierten Strahldichte. Wie zu erkennen ist, macht die emittierte Strahlung in gewissen Spektralbereichen einen nicht vernachlässigbaren Anteil aus, insbesondere bei der kleineren spektralen Bandbreite von 2nm. Doch auch bei der Bandbreite von 7nm ist der Einfluss der emittierten Wärmestrahlung für genaue Messungen zu berücksichtigen wie im folgenden gezeigt wird.
Bei Labormessungen mit einer Lampe als Beleuchtungsquelle anstelle der Sonne entstehen auf dem kurzen Weg Lampe-Objekt von 1 bis 2m natürlich nur geringe Verluste in der Einstrahlungsintensität der Lampe. Daher liegt die Transmission des Weges Lampe-Objekt nahe bei 1 (siehe 3a). Somit ist der Anteil der Lampenstrahlung in gewissen Teilen des Bereichs von 2,4–2,5μm um den Faktor 10 bis 100 größer als die vom Objekt emittierte Strahlung und die Effekte aufgrund der Wärmestrahlung des Messobjektes spielen nur eine geringe Rolle. Daher wird das erfindungsgemäße Verfahren in erster Linie vorteilhaft sein bei Feldmessungen im Freien mit der Sonne als Beleuchtungsquelle.
Für undurchsichtige Oberflächen kann unter thermodynamischen Gleichgewichtsbedingungen die Beziehung ε_i = 1 – ρ_i genutzt werden (Kirchhoff'sches Gesetz), und somit gilt:
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Temperaturmessungen beider Objekte benötigt. In den folgenden Graphiken werden simulierte Ergebnisse nach dem bisherigen und dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgestellt; dabei wird zur Vereinfachung und um die Kernpunkte zu betonen, angenommen, dass beide Objekte die gleiche Temperatur haben, d.h. T₁ = T₂ = T. Die Gleichungen sind jedoch für den allgemeinen Fall formuliert.
Mit Hilfe von Gl.(3) und (6) kann das Verhältnis der digitalen Signale von Target 1 und Referenzfläche 2 in einem ersten Schritt als Level-0 (L0) Reflexionsgrad bezeichnet werden, der im Laufe der folgenden Prozessierung iterativ verbessert wird:
5a und 5b zeigen Beispiele von Level-0 Reflexionswerten im Spektralbereich von 2,4–2,5μm und zwar in 5a für ein dunkles Target mit einem Reflexionsgrad ρ₁ = 0,05 und in 5b für ein helles Target mit einem Reflexionsgrad ρ₁ = 0,40). Hierbei ist jeweils BaSO₄ als Referenz mit einem typischen Reflexionsgrad von ρ₂ = 0,85 verwendet. In 5a und 5b ist wiederum auf der Ordinate der Reflexionsgrad und auf der Abszisse die Wellenlänge in μm aufgetragen. Auch in 5a und 5b zeigen die durchgezogenen Kurven die Ergebnisse für ein Instrument mit einer spektralen Bandbreite von 7nm und die gepunkteten Kurven für eine Bandbreite von 2nm. Die Berechnungen wurden mit dem MODTRAN Strahlungs-Modell durchgeführt bei jeweils einer Target-Temperatur T = 35°C.
Aufgrund der thermalen Emission und geringen Transmissionsgraden in den atmosphärischen Absorptionsbereichen treten in diesen Bereichen größere Abweichungen von den wahren Reflexionsgraden von 0.05 und 0.40 auf, weil das solare Signal im Verhältnis zum emittierten Signal geringer wird. Wenn die Oberflächentemperatur des Objektes 20°C ist, sind die Amplituden der Abweichung vom wahren Wert um den Faktor 2 kleiner.
Bei einer Wellenlänge von 2,4μm ist die emittierte Targetstrahlung vernachlässigbar gegenüber der reflektierten Sonnenstrahlung; deshalb liegen beide Kurven für eine Bandbreite von 7nm und 2nm übereinander, während im Wellenlängenbereich von 2,48–2,50μm die Temperatureffekte besonders stark sind. Auch in 5a und 5b zeigen die durchgezogenen Kurven wieder die Ergebnisse für ein Instrument mit einer spektralen Bandbreite von 7nm und die gepunkteten Kurven für eine Bandbreite von 2nm.
6a bis 6d zeigen Beispiele von Level-0 Reflexionsgraden, wobei wiederum auf der Abszisse die Wellenlänge in μm und auf der Ordinate der Reflexionsgrad aufgetragen sind. Hierbei sind die Level-0 Reflexionsgrade für ein dunkles Target mit einem Reflexionsgrad p1 = 0,05 und ein helles Target mit einem Reflexionsgrad ρ₁ = 0,40 wiedergegeben, wobei der Einfluss von verschiedenen Temperaturen, nämlich T = 20°C und T = 35°C und bezüglich verschiedener Referenzflächen, nämlich BaSO₄ und Spectralon dargestellt. Hierbei hat Spektra-lon einen typischen Reflexionsgrad von ρ₂ = 0,95.
Das erfindungsgemäße Verfahren iteriert Gl.(7) und erfordert eine Kenntnis des Reflexionsgrades ρ₂ der Referenzfläche. Ferner werden die Temperaturmessungen beider Objekte benutzt, um den Anteil der emittierten Strahlung zu eliminieren. Beim ersten Schritt werden die Level-0 Reflexionswerte in den engen atmosphärischen Absorptionsbereichen durch den Mittelwert der Werte in den benachbarten Fensterbereichen ersetzt. Im Nahbereich von 2,5μm wird das benachbarte kurzwellige ("linke") atmosphärische Fenster verwendet, falls das langwellige Fenster ( > 2,5μm) nicht mehr gemessen wird.
Die aktuellen Bereiche der atmosphärischen Fenster und Absorption hängen etwas von der Kanalbandbreite des verwendeten Messinstrumentes ab und müssen an das jeweilige Instrument angepasst werden. Bei der Interpolation in Gl.(8a bis 8d) ergibt sich ein Fehler, falls der Reflexionsgrad in diesen Absorptionsbereichen wellenlängenabhängig ist. Dennoch ist dieser Fehler kleiner als der entsprechende Fehler in den Level-0 Werten.
Beim nächsten Schritt werden die Level-1 Reflexionswerte und die entsprechenden Emissionsgrade verwendet, um den Level-2 Reflexionsgrad ρ₁ ^(L2) gemäß Gl.(9) zu berechnen. Hierbei wird von der Gesamtstrahlung sowohl die emittierte Target/Referenzstrahlung als auch der Luftlichtanteil subtrahiert, obwohl dieser in den meisten Fällen vernachlässigt werden kann, da er typischerweise zwei Größenordnungen kleiner ist als die emittierte Strahldichte:
Während dieses Schritts wird der Beitrag der emittierten Target-/Referenzstrahlung als τε₁ ^(L1 ⁾L_bb(T₁) und τε₂L_bb(T₂) berechnet. Hierbei werden das Planck'sche Strahlungsgesetz, die spektralen Transmissionswerte für den Weg von 1m zwi schen Objekt und Sensor sowie die Kirchhoff-Gleichung ε₂ = 1 – ρ₂ verwendet.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Transmissionswerte (τ) und optional der kleine Luftlichtanteil (L_P) mit einem Strahlungsmodell, wie beispielsweise MODTRAN, für verschiedene Wasserdampfgehalte und Sonnenstände vorab berechnet und in Look-up Tabellen (LUT) auf einem PC gespeichert.
Zur Ermittlung des Level-3 Reflexionsgrads wird die Reflexion ρ₂ der Referenzfläche gemäß Gl.(10) berücksichtigt:
In 7a bis 7d sind Level-1 bis Level-3 Reflexionswerte für ein dunkles und ein helles Target und der spektralen Bandbreite 7nm bei der Temperatur T = 20°C und T = 35°C gezeigt. Hierbei sind bei fehlerfreier Messung des Reflexionsgrades einer BaSO4- oder Spectralon-Referenzfläche die Reflexionsgrade von Level-1 punktiert, von Level-2 gestrichelt und von Level-3 durchgezogen dargestellt. Der Fehler im Reflexionsgrad ist kleiner als 0,003 für die endgültigen Level-3 Daten und der berechnete Wert liegt sehr genau beim wahren Wert. Da bisher die Messungen als fehlerfrei angenommen wurden, wird im folgenden der Einfluss einer ungenauen Kenntnis des Reflexionsgrades der Referenzfläche und ein Fehler bei den Temperaturmessungen untersucht.
Die Reflexionswerte von Level-1 bis Level-3 der Gl.(8 bis 10) sind abhängig von der Kenntnis des absoluten Reflexionsgrades ρ₂ der Referenzfläche. In 8a bis 8d ist die Aus wirkung eines Fehlers in der Kenntnis des Reflexionsgrades ρ₂ aufgezeigt. Eine relativ große Unsicherheit von 0,05 beim Reflexionsgrad ρ₂ wurde angenommen, um mögliche Degradierungen der Oberfläche der Referenz im Laufe von vielen Feldmessungen zu berücksichtigen. In der Praxis wird die Unsicherheit jedoch eher bei 0,02 bis 0,03 Einheiten liegen. Somit halbieren sich die Fehler in 8a bis 8d in etwa.
8a bis 8d zeigen den Einfluss dieser Ungenauigkeit für eine Referenzfläche mit BaSO₄ (ρ₂ = 0,80 anstatt von 0,85) und Spectralon (ρ₂ = 0,90 anstelle von 0,95). Dies bewirkt einen Fehler von 5,9 % bei BaSO₄ bzw. von 5,3% bei Spectralon. Ein zusätzlicher kleiner Fehler entsteht in den Bereichen atmosphärischer Absorption, weil jeder Fehler im Reflexionsgrad der Referenz mit einem entsprechenden Fehler des Emissionsgrades verknüpft ist. Somit enthält die berechnete emittierte Strahlung einen gewissen Fehler. Diese Amplitudenvariation liegt üblicherweise im Bereich 0,001 für dunkle Flächen und 0,01 für helle Flächen bei der gewählten spektralen Auflösung von 7nm in 8a bis 8d (siehe die durchgezogenen Kurven für Level-3 Reflexionswerte).
9a bis 9d zeigen den Einfluss eines Fehlers von ±1°C bei der Messung der Oberflächentemperatur von Target und Referenz. Die durchgezogene Linie gilt für die Level-0 Reflexion, die nicht den Einfluß von Referenzreflexionsgrad und -Temperatur berücksichtigt. Die punktierte Kurve gilt für einen Fehler von +1°C für Target und Referenz, die gestrichelte Kurve für -1°C für beide Flächen, stets bezogen auf die beiden Oberflächentemperaturen von 20°C und 35°C.
Für den niedrigen Reflexionswert (0.05) werden Fehler von etwa ±0,01 (T=20°C) und ±0,025 Reflexionseinheiten (T = 35°C) erhalten. Für den hohen Reflexionsgrad (0,40) liegen die entsprechenden Fehler bei ±0,007 und ±0,015.
Die Ergebnisse sind für die Temperaturfehlerkombinationen (bias) +1°C/+1°C (Target/Referenzfläche) angegeben sowie für die Kombination -1°C/-1°C. Die Kombination +1°C/-1°C liegt nahe bei den Ergebnissen der Kombination +1°C/+1°C, die Kombination -1°C/+1°C liegt nahe bei der Kombination -1°C/-1°C und ist deshalb in der Graphik nicht mit aufgenommen. Für genaue Temperaturmessungen dürfte der Fehler aber eher in der Größe von ±0,5°C liegen, so daß die Fehler in 9a bis 9d halbiert werden.

Claims

Verfahren zum Messen des Reflexionsgrades von Oberflächen im Wellenlängenbereich von 2,4 bis 2,5μm bei Feldmessungen im Freien mit der Sonne als Beleuchtungsquelle, bei welchem Strahlungsdichte L₁ über einem Target (1) und Strahlungsdichte L₂ über einer Referenzfläche (2) gemessen werden, die gemessenen Strahlungsdichtewerte in elektrische Werte umgewandelt und zu Digitalzahlen DN₁, DN₂ digitalisiert werden und hieraus der relative Reflexionsgrad ρ₁ ^(rel) als Verhältnis von Target- und Referenzsignal berechnet wird als
mit c als kanalabhängigem radiometrischen Kalibrationskoeffizienten mit folgenden Verfahrensschritten: 1.Es werden sowohl Temperatur T₁ des Targets (1) als auch Temperatur T₂ der Referenzfläche (2) gemessen; 2.Transmissionswerte τ und Luftlichtanteile L_P werden mit Hilfe eines Strahlungsmodells für verschiedene atmosphärische Situationen, wie Wasserdampfgehalte und Sonnenstände berechnet und in Look-up-Tabellen (LUT) gespeichert; 3.aus dem Verhältnis der Digitalzahlen von Target (1) und Referenzfläche (2) wird ein Level-0 (L0) Reflexionsgrad ρ₁ ^(L0) erhalten zu:
wobei ρ₁ und ρ₂ der absolute Reflexionsgrad des Targets (1) bzw. der Referenzfläche (2), L_reflektiert(ρ₁) und L_reflek _tiert(ρ₂) die vom Target (1) bzw. von der Referenzfläche (2) reflektierte Strahlungsdichte und L_emittiert(ρ₁,T₁) und L_emittiert(ρ₂,T₂) die vom Target (1) bzw. der Referenzfläche (2) emittierte Strahlungsdichte bei den gemessenen Temperaturen T₁ und T₂ sind; 4.bei bekanntem Reflexionsgrad ρ₂ werden, indem LO-Reflexionsgrade ρ₁ ^(L0) in engen atmosphärischen Absorptionsbereichen durch den Mittelwert der Reflexionsgrade in benachbarten Fensterbereichen ersetzt werden, Level-1 (L1) Reflexionsgrade ρ₁ ^(L1) erhalten zu:
5.mit Hilfe der L1-Reflexionsgrade ρ₁ ^(L1) werden durch Subtrahieren von emittierter Targetstrahlung L_emittiert(ρ₁ ^(L1)) und emittierter Referenzstrahlung L_emittiert(ρ₂,T₂) von der Targetgesamtstrahlung L₁ bzw. der Referenzstrahlung L₂ Level-2 (L2) Reflexionsgrade ρ₁ ^(L2) erhalten zu:
6.unter Berücksichtigung des Reflexionsgrades ρ₂ werden Level-3 (L3) Reflexionsgrade ρ₁ ^(L3) erhalten zu: